Контрольная работа по "Материаловедению"

 

Выбор технологии термической обработки, последовательность обработки и обоснование:

Упрочняющая термическая обработка  осуществляется путем закалки и  последующего высокого или среднего отпуска. При этом, если выбор температуры нагрева для углеродистых сталей определяют из диаграммы Fe-С, то для легированных сталей эта температура несколько выше, так как получение легированного аустенита при наличии элементов Cr , Mo , V идет при более высоких температурах. В этом случае пользуются справочными данными.

Температуру отпуска выбирают в  зависимости от показателей прочности  и пластичности, необходимых для  той или иной детали. Например, такая  зависимость для сталей 40ХН показана на рис.22.

На чертежах вместо требований к  прочности детали обычно указывают  твердость. При этом можно пользоваться соотношением (приближенным):

НВ = 10НRС_э = 0,0385s_в (МПа).

Имеется и эмпирическое соотношение (взаимосвязь) между показателями прочности, пластичности и усталостной прочностью при кручении:  s_-1 = 0,3s_в (0,29 + 0,39Y) (МПа),    а     t_-1= 0,65s_-1,

где: s^-1 – предел усталости при изгибе;

t^-1 – предел усталости при кручении;

y - относительное поперечное сужение, %.

Например, если согласно рис.22 s_в стали 40ХН = 1020 МПа; а Y= 41%, предел усталости стали 40ХН после закалки и отпуска при 600⁰С, будет соответствовать 14 МПа:

s^-1 = 0,3 × 1020 (0,29 + 0,39 × 0,41) = 14 МПа.

Улучшаемые стали в изделиях, например, валы двигателей часто подвергаются поверхностной закалке с последующим низким отпуском. В этом случае полный режим термической обработки включает улучшение и затем поверхностную закалку.

Последовательность механической и термической обработок в  этом случае выглядит следующим образом:

1. Изготовление заготовки вала двигателя на фрезеровочном станке с последующим отжигом (НВ = 172 ед.).

2. Улучшение: закалка от 820⁰С в масле и далее отпуск при 600⁰С, (НВ = 241 ед.).

3. Предварительная механическая  обработка заготовки вала.

4. Поверхностная закалка на глубину 2..3 мм и низкий отпуск 220⁰С, (НR_с= 56..62 ед.).

5. Окончательная механическая обработка  вала, включая шлифование канавок в размер.  

 

 

 

 

 

Такой маршрут обработки позволяет улучшить свойства «тела» вала, придать высокую износостойкость канавок вала и получить замечательное сочетание показателей пластичности, прочности и износостойкости данного изделия.

Следует обратить внимание на то, что  свариваемость улучшаемых сталей затруднена, однако исходя из специфики данной детали это недостаток не критичен.

 

Технологический процесс,контроль качества дефектов:

 

Схема технологического процесса изготовления коленчатого вала

 

Операция	Оборудование и оснастка
Резка штанги на длину заготовки  с предварительным подогревом до 450--550° С	Нагревательная шахтная печь, пресс-ножницы
Нагревание заготовки до 1220--1340° С	Полуметодическая печь
Предварительная штамповка при 1000° С (минимальная температура)	Паровой штамповочный молот, штамп
Окончательная штамповка	То же
Обрезка заусенца и клещевины (допускается  заусенец не более 2,5 мм)	Обрезные пресс и штамп
Выкрутка 2 и 3-го колена относительно 1 и 4-го на 90°±2° (горячая)	Выкрутная машина
Правка заготовки в двух ручьях (горячая)	Паровой молот, правильный штамп
Подогрев вала (по мере необходимости)	Полуметодическая печь
Выкрутка остальных колен (горячая)	Выкрутная машина
Нормализация (температура печи 850--870° С, время нагрева 35 мин, охлаждение на воздухе)	Конвейерная печь
Контроль твёрдости (диаметр отпечатка 4,3—4,7 мм)	Пресс Бринеля, измерительная лупа
Очистка заготовки травлением или  дробью	Травильный агрегат, дробемётная  камера
Холодная правка по коренным шейкам (допускается биение шеек I и V не более 2,5 мм; биение хвостовика не более 3 мм относительно тех же шеек)	Правильный гидравлический пресс
Окончательный контроль

 

 Заготовка подвергается термообработке (нормализации), это регламентирует  твёрдость, снимает внутренние  напряжения, что обеспечивает более производительную и качественную механическую обработку. При изготовлении горячештамповочных заготовок коленчатых валов требуется обеспечить особенно высокое уплотнение металла в местах наибольших напряжений (по коренным и шатунным шейкам) за счёт качественной проковки.

Не следует допускать перерезания  волокон в местах сопряжения шеек вала со щёками. Современные технологические  процессы изготовления горячештамповочных заготовок коленчатых валов обеспечивают кривизну вала 1,0—1,3 мм, овальность шеек 1,5—2,0 мм, продольный и поперечный перекосы 1,0—2,0 мм, неперпендикулярность торца фланца 0,5—0,8 мм, припуски по диаметру шеек 5,0—6,5 мм, припуски по торцам щёк 3,0—4,0 мм.

В условиях крупносерийного и массового  производства заготовки стальных коленчатых валов штампуются на ковочных прессах, это обеспечивает более высокую производительность (до 2 раз) по сравнению со штамповкой на молотах. Кроме того, штамповка на прессах повышает точность заготовки за счёт уменьшения штамповочных уклонов и позволяет снизить припуски на механическую обработку (на 30--40%) за счёт лучшего обжатия металла в штампах и повышения точности формы заготовки. Лучшие результаты получаются, когда сочетаются штамповка на ковочных прессах с высадкой фланца на ГКМ. Горячештамповочные заготовки коленчатых валов изготовляются по 8—9-му классам точности.

Заготовки чугунных коленчатых валов  получают литьём в земляную или оболочковую  форму. При литье валов коренные и шатунные шейки изготавливают  полыми за счёт установки литейных стержней. У крупных литых валов делают полыми и щёки, что снижает вес вала. У литых валов исключается трудоёмкая обработка масляных каналов, т.к. при отливке вала ставятся специальные трубки. Структура литого вала способствует лучшему гашению вибрации при работе двигателя. При отливке в земляную форму в качестве связующего используют  жидкое стекло, которое скрепляет форму при продувке её углекислым газом.

Более прогрессивным методом изготовления заготовки коленчатых валов является литьё высокопрочного глобулярного чугуна (s_в=61кГ/мм² и НВ 185—255) в оболочковые формы. Литьё в оболочковые формы обеспечивает высокий коэффициент использования металла, высокое качество отливки, точность до 5-го класса и чистоту до 4-го класса по ГОСТ 2789—59. Высокая точность отливки позволяет сократить трудоёмкость механической обработки (на 20—25%) за счёт уменьшения припусков. Литые валы лучше обрабатываются, менее чувствительны к концентрации внутренних напряжений и имеют меньшую начальную неуравновешенность, что облегчает условия эксплуатации станков и инструментов.

В условиях крупносерийного и массового  производства изготовления оболочковых  форм на основе термореактивных смол может быть организовано по полуавтоматическому  или автоматическому циклу, а  литьё деталей в оболочковые  формы производится на конвейере. Эти особенности оболочкового литья позволяют сократить технологический цикл изготовления заготовок коленчатых валов, потребность в площадях заготовительных цехов, а также потребность в формовочных материалах в 10—15 раз. Литые заготовки коленчатых валов подвергают термообработке (нормализация, обжиг) с целью снятия внутренних напряжений и выравнивания структуры. После термообработки литой вал правят в горячем состоянии. Отливки коленчатых валов характеризуются следующими данными; припуски по диаметру шеек 3,0—3,5 мм; смещение отливки по линии разъёма формы 0,2—0,4 мм; припуски по торцам со стороны шеек 1,5—2,0 мм; овальность шеек 0,5—1,0 мм; кривизна вала 1,0—1,5 мм.

Контроль коленчатых валов. 
 
Качество обработки вала многократно контролируется. Промежуточный контроль предупреждает попадание бракованных деталей на последующие операции обработки и помогает управлять процессом изготовления валов. Контроль коленчатых валов является трудоёмкой работой, т.к. у вала в общей сложности контролируется около 100 различных показателей качества и он имеет большое количество поверхностей с высокой точностью размеров, формы и взаимного расположения. Поэтому контроль качества вала должен выполняться с применением автоматических устройств. В качестве таких устройств могут быть индикаторные с настройкой для одновременного измерения различных размеров и отклонений, а также пневматические, электроконтактные и электронные устройства. 
При проверке биения коренных шеек вал устанавливается на призматические опоры коренными шейками I и V в многомерное индикаторное контрольное приспособление. Диаметр коренных и шатунных шеек проверяется на стенде превмоскопами. Для проверки положения торцов применяются электроконтактные устройства, которые не только показывают то или иное отклонение, но могут и фиксировать его.

 

Список  литературы

1. Методическое пособие Воздвиженская.
2. Википедия http://ru.wikipedia.org/wiki/%D1%E8%EB%F3%EC%E8%ED
3. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение. М., 1972, 1980
4. Гуляев А.П. Металловедение. М., 1986
5. Новиков И.И. Дефекты кристаллического строения металлов. М., 1983
6. Антикайн П.А. Металловедение. М., 1972