Выбор материала для деталей мелкого крепежа и технологии их изготовления

 

РЕФЕРАТ

 

Дипломный проект содержит страниц текста – 84, таблиц – 21,       иллюстраций – 17,    использованных источников – 26.

Цель работы: выбор материала и технологии нанесения коррозионно-стойкого покрытия, оборудования и проекта участка для метизов и проект участка в условиях ОАО «МЗТМ».

Объект исследования: детали мелкого крепежа (метизы), работающие в агрессивных средах.

Методы исследования и аппаратура: толщинометр МТ-41НЦ, камера соляного тумана.

Результаты  работы и их новизна: после выполненного анализа требований, предъявляемых к коррозионно-стойким метизам, и условий их эксплуатации выбрана технология термодиффузионного цинкования и газодинамического напыления, которые позволяют получить высокую стойкость к коррозии в агрессивных средах.

Основные характеристики и показатели: коррозионная стойкость, скорость коррозии, толщина покрытия, твёрдость покрытия.

Значимость  работы и выводы: технико-экономические расчеты показали целесообразность данной работы, так как годовой экономический эффект после внедрения составит около 27395,00 грн., а коррозионная стойкость метизов повысится в 3 раза по сравнению с ранее используемыми.

Область применения: машиностроение.

Выполнены расчеты  по соблюдению норм по охране труда  на участке.

Ключевые  слова: КОРРОЗИЯ, ЦИНКОВАНИЕ, КОРРОЗИОННАЯ СТОЙКОСТЬ, МЕТИЗЫ, БАРАБАННАЯ ПЕЧЬ, ЭКОНОМИКА, ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ.

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение………………………………………………………………………5

Технико-экономическое  обоснование………………………………………9

1 Анализ условий  эксплуатации деталей………………………………….10

2 Выбор материала для деталей мелкого крепежа и технологии

их изготовления……………………………………………………………..11

3 Выбор материала  покрытия и технологии его  нанесения……………...17

3.1 Горячее цинкование…………………………………………….....18

3.2 Электролитическое  цинкование………………………………….19

3.3 Зингование………………………………………………………....20

3.4 Термодиффузионное  цинкование………………………………...22

3.5 Газодинамическое  напыление……………………………………26

4 Выбор основного  оборудования…………………………………………30

4.1 Оборудование  для термодиффузионного цинкования………….30

4.2 Оборудование для газодинамического напыления……………...32

5 Выбор дополнительного  и вспомогательного оборудования………….33

6 Контроль качества  покрытий…………………………………………….35

7 Планировка  участка………………………………………………………37

8 Экономика  производства…………………………………………………39

9 Охрана труда………………………………………………………………58

10 Гражданская  оборона……………………………………………………67

Выводы и  рекомендации…………………………………………………...80

Перечень ссылок…………………………………………………………....82

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

    В  промышленности достаточно широкое  распространение получила отрасль, задачей которой является придание защитных свойств деталям, которые в дальнейшем будут использоваться в условиях, приводящих к коррозии металла. Это выгодно с экономической точки зрения, поскольку нет необходимости постоянно заменять детали, подвергнутые коррозии, что приведёт к уменьшению расходов на производство и т.д. В настоящее время  в общей системе мероприятий по защите металлических изделий от коррозии основную роль играют защитные покрытия. Различают покрытия на органической и неорганической основе. К первой группе относятся лакокрасочные, полимерные и пластмассовые покрытия, ко второй группе – металлические, окисные и солевые.

     Наиболее распространёнными являются металлические  защитные покрытия такие как цинковые, хромистые, алюминиевые, оловянные и др. Помимо защиты от коррозии такие покрытия могут придавать изделию декоративный вид – красивую, блестящую поверхность. Также покрытия из металлов могут сообщать поверхности изделий определённые оптические, магнитные, антифрикционные и другие свойства. Цинковые покрытия очень широко применяются; по различным данным около 40 % мирового производства цинка расходуется для защиты стали от коррозии. Существует множество способов для его нанесения на самые разнообразные детали, начиная от гаек и болтов и заканчивая листами и трубопрокатом [1].

     Для нанесения  цинкового покрытия существует  множество различных способов  и технологий, которые используются  в промышленности. Практическое применение находят следующие способы нанесения цинковых покрытий:

    1) погружение изделий в расплавленный цинк (горячий способ);

     2) метод термической диффузии;

     3) металлизация распылением металлом из пульверизатора;

     4) контактный метод осаждения цинка;

     5) электролитический метод.

     Горячий способ покрытия заключается в том, что изделия погружают в ванну с расплавленным металлом или же нагретую поверхность деталей натирают расплавленным металлом. К недостаткам этого способа следует отнести неравномерность толщины слоя и большой расход металла. Следует отметить, что этот способ непригоден для деталей со сложной формой и резьбой.

     Диффузионный способ нанесения основан на диффузии в поверхностные слои деталей какого-либо металла при высокой температуре. Диффузионные покрытия наносят при нагреве деталей в твёрдой (порошкообразной), жидкой или газообразной фазе металла.

     Способ металлизации распылением заключается в нанесении на поверхность деталей слоя металла распылением расплавленного металла.

     Способ контактного осаждения осуществляется без применения внешнего источника тока, за счёт вытеснения менее благородными металлами более благородных из растворов их солей. Толщина таких покрытий, как правило, невелика и защитные свойства их невысоки.

     Электролитический метод заключается в нанесении цинковых покрытий на поверхность изделий в растворах электролитов под действием электрического тока [2].

     Следует подчеркнуть, что в данном проекте основная задача сводится к выбору такой технологии нанесения покрытия, которая позволила бы получить качественное покрытие для деталей, работающих в агрессивных коррозионных средах, при этом не требовала бы больших денежных и трудовых затрат.

     В настоящее время высокое качество цинкового покрытия могут обеспечить следующие технологии:

     1) термодиффузионное цинкование – антикоррозионное покрытие формируется в результате насыщения цинком поверхности металлических изделий в порошковой среде при температуре 290-450 °С. Оно обладает прочным сцеплением (адгезией) с основным металлом за счет взаимной диффузии железа и цинка в поверхностных интерметаллидных фазах, поэтому не происходит отслаивание и скалывание покрытия при ударах, механических нагрузках и деформациях обработанных изделий [3];

     2) зингование – нанесение на  поверхность деталей специального  покрытия Zinga. Состав Zinga представляет собой однокомпонентную систему, состоящую из чистой цинковой пудры (электролитического цинка), летучих веществ, связующих агентов (ненасыщенных углеводородов). Наносится такое покрытие валиком, кистью, распылением и либо окунанием. При этом получается высококачественное покрытие, которое сочетает достоинства горячего цинкования и лакокрасочных покрытий, исключает ряд их недостатков и имеет уникальные преимущества [4];

     3) газодинамическое напыление. Технология нанесения покрытия включает в себя нагрев сжатого газа (воздуха), подачу его в сверхзвуковое сопло и формирование в этом сопле сверхзвукового воздушного потока, подачу в этот поток порошкового материала, ускорение этого материала в сопле сверхзвуковым потоком воздуха и направление его на поверхность обрабатываемого изделия. Создаваемые таким образом покрытия свободны от большинства недостатков, присущих другим методам нанесения металлических покрытий, и обладают рядом технологических, экономических и экологических преимуществ [5].

     Каждая из перечисленных технологий  имеет свои преимущества и  недостатки, исходя из которых, можно выбрать наиболее подходящую для покрытия деталей крепежа.

 

 

 

 

 

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ  ОБОСНОВАНИЕ

 

     Большинство  технологий для нанесения покрытий, применяемых на производстве, являются устаревшими и не в состоянии обеспечить высокие свойства и качество покрытий. Тоже касается и оборудования, которое обладает низкой производительностью и часто выходит из строя. В связи с этим целесообразно заменить используемую ранее технологию на новую, которая не только позволит получать высококачественные защитные покрытия, но и сэкономить на расходах из-за замены старого оборудования на современное с более высокой производительностью.

    Кроме того, имеется плюс с точки зрения экологичности поскольку технологии, используемые на данный момент, являются вредными для здоровья рабочего персонала из-за наличия в производстве кислот и различных химических растворов. Инновационные же технологии отличаются безопасностью, поскольку в них не применяются указанные вещества.

     Следует отметить, что применение новой технологии нанесения покрытий позволит уменьшить трудовые и временные затраты, что является на сегодняшний день немаловажным аспектом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 АНАЛИЗ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ДЕТАЛЕЙ

 

     Метизы (болты, гайки, шпильки и т.д.) работают в условиях агрессивных  коррозионных сред, т.к. они используются для крепежа конструкций, работающих в агрессивных условиях. В связи с этим возникает необходимость обеспечения высокой коррозионной стойкости эксплуатируемых деталей.

     Во  время эксплуатации детали испытывают  статические нагрузки, которые могут послужить причиной их выхода из строя. Важно учитывать влияние концентраторов напряжений (резьба, шлицы и т.д.), которые чаще всего определяют наиболее напряжённые зоны детали, поскольку влияние различных факторов на ровные детали и детали с надрезом неодинаковое. В этом и состоит одна из основных причин различия между конструкционной прочностью и свойствами материала.

     Основными величинами, характеризующими конструкционную прочность деталей под действием статических нагрузок, являются: σ_0,2, σ_в, δ и ψ. Поэтому при выборе материала для изготовления метизов необходимо учитывать способность материала обеспечить требуемый уровень значений этих величин [6].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 ВЫБОР МАТЕРИАЛА ДЛЯ ДЕТАЛЕЙ МЕЛКОГО КРЕПЕЖА И ТЕХНОЛОГИИ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

 

Для изготовления мелкого крепежа обычно применяются низкоуглеродистые качественные стали. Средне- и высоколегированные стали применяют только в случае, когда предполагается, что детали будут работать в условиях высоких температур при значительных нагрузках. Основываясь на литературных данных, можно сделать вывод, что нецелесообразно изготавливать метизы из дорогостоящих сталей с высоким содержанием легирующих элементов, поскольку в дальнейшем на них будет нанесено покрытие, которое в полной мере защитит детали от действия коррозии и сохранит необходимый уровень механических и эксплуатационных свойств.

Рассмотрим несколько  марок сталей, применяемых для изготовления крепежа на ОАО «Азовмаш»: сталь 10сп, 20сп, 35. Химический состав указанных сталей приведен в табл. 2.1

 

     Таблица  2.1 – Химический состав сталей 10сп, 20сп и 35, мас. % [7]

 

Марка стали	C	Si	Mn	Cr	N	Cu	As	Ni	S	P
				не более
10пс	0,07-0,14	0,05-0,17	0,35-0,65	0,15	-	0,25	0,08	0,25	0,04	0,035
20пс	0,17-0,24	0,05-0,17	0,35-0,65	0,25	-	0,25	0,08	0,25	0,04	0,035
35	0,32-0,40	0,17-0,37	0,50-0,80	0,25	-	0,25	0,08	0,25	0,04	0.035