43309

Расчет пружины

Курсовая

Политология и государственное регулирование

Выбор марки стали для изготовления пружины Марка стали – 85 1. Высокие свойства максимальные пределы упругости и выносливости пружины и рессоры имеют при твердости HRC 40 45 структура тростит которая достигается после закалки с равномерным и полным мартенситным превращением по всему объему металла и среднего отпуска при 400 500 С в зависимости от стали.Обоснование выбора марки стали для изготовления пружины Особенности работы рессорнопружинных сталей состоят в том что при значительных ударных или статических нагрузках в них не...

Русский

2013-11-06

1.17 MB

79 чел.

1 часть

1.Выбор марки стали для изготовления пружины

Марка стали – 85

1.1.Анализ условий работы и требования предъявляемые к пружине

Пружина – деталь общего назначения, должна иметь сквозную прокаливаемость, т.к. испытывает напряжения сжатия.

Пружины испытывают в работе многократные знакопеременные нагрузки и после снятия нагрузки должны полностью восстанавливать свои первоначальные размеры. В связи с такими условиями работы металл, применяемый для изготовления пружин, должен обладать, кроме необходимой прочности в условиях статического, динамического или циклического нагружений, достаточно хорошей пластичности, высокими пределами упругости и выносливости и высокой релаксационной стойкостью, а при работе в агрессивных средах (атмосфере пара, морской воде и др.) должен быть также и коррозионностойким.

Не менее важны для металла пружин также технологические свойства — малая склонность к росту зерна и обезуглероживанию в процессе термической обработки, глубокая прокаливаемость, низкая критическая скорость закалки, малая чувствительность к отпускной хрупкости.

На качество пружин влияет состояние поверхности прутков, проволоки и полос. Наличие наружных дефектов (трещин, закатов, плен, волосовин, раковин, заусенцев, вдавленной окалины и др.), а также обезуглероженного слоя снижает упругие и циклические свойства металла. Поэтому наружные дефекты на поверхности прутков и полос должны быть удалены зачисткой или шлифованием, а глубина обезуглероженного слоя не должна превышать определенной нормы, установленной ГОСТом на рессорно-пружинную сталь.

Высокие свойства (максимальные пределы упругости и выносливости) пружины и рессоры имеют при твердости HRC 40—45 (структура—тростит), которая достигается после закалки (с равномерным и полным мартенситным превращением по всему объему металла) и среднего отпуска при 400—500° С (в зависимости от стали).

1.2.Обоснование выбора марки стали для изготовления пружины

Особенности работы рессорно-пружинных сталей состоят в том, что при значительных ударных или статических нагрузках в них не допускается остаточная деформация. В связи с этим стали должны обладать высоким сопротивлением малым пластическим деформациям, которое оценивается пределом упругости (текучести) и сопротивлением хрупкому разрушению. Поэтому рессорно-пружинные стали, такие как 75, 85, 60Г, 55С2А, 70С3А, 50ХГР, 60С2Н2А, 60С2ХФА - применяются для изготовления пружин, рессор и других деталей пружинного типа. В частности Сталь 85 удовлетворяет всем требованиям, для изготовления пружины с заданными свойствами: σВ – 1130 Н/мм; σ0,2 – 940 Н/мм; прокаливаемость – 8 мм. Её использование экономически наиболее выгодно по сравнению с легированными пружинными сталями.

1.3.Характеристика стали 85, химический состав и механические свойства

Сталь 85. Вид поставки - Сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 14959-79, ГОСТ 2590-71, ГОСТ 2591-71, ГОСТ 2879-69, ГОСТ 7419.0-78, ГОСТ 7419.1-78, ГОСТ 7419.3-78, ГОСТ 7419.5-78 — ГОСТ 7419.8-78. Калиброванный пруток ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78. Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 14955-77, ГОСТ 7419.0-78, ГОСТ 7419.1-78, ГОСТ 7419.3-78, ГОСТ 7419.5-78 — ГОСТ 7419.8-78. Лента ГОСТ 2283-79. Полоса ГОСТ 103-76, 4405-75, ГОСТ 82-70, ГОСТ 7419.2-78, ГОСТ 7419.4-78. Поковки и кованые заготовки ГОСТ 1133-71.

Заменитель - стали: 70, 75, 80.

Назначение - пружины, фрикционные диски и другие детали, к которым предъявляются требования высоких прочностных и упругих свойств и износостойкости.

Химический состав стали 85:

Марка стали

Кремний (Si), %

Марганец (Mn) , %

Медь (Cu) , %

Никель (Ni) , %

Сера (S) , %

Углерод (C) , %

Фосфор (P) , %

Хром (Cr) , %

85

0.17-0.37

0.50-0.80

не более 0.20

не более 0.25

не более 0.035

0.82-0.90

не более 0.035

не более 0.25

Механические свойства стали 85[источник]:

Термообработка, состояние поставки

Сечение, мм

σ0,2, МПа

σB, МПа

δ, %

HRC

Сталь категорий: 3,3А,3Б,3В,3Г,4,4А,4Б. Закалка 820°С, масло, отпуск 470°С.

980

1130

8

Проволока. Закалка 920°С, охлаждение в масле с температурой 40°С, выдержка 1 мин. Отпуск 500°С, выдержка 15 мин.

6,5

1540

5

Закалка 1000°С, вода. Закалка 870°С, вода. Отпуск 250°С.

1,0

1650

1750

9

>47

Температуры критических точек стали 85:

Ас1 - 720°С

Ас3 - 730°С

Структурный класс – эвтектоидная сталь

Класс по твёрдости и вязкости – высокой твёрдости

Класс по химическому составу – высокоуглеродистая сталь

Класс по качеству – качественная конструкционная

2.Разработка маршрутной технологии изготовления пружины

1. Получение заготовки – проволока (кузнечный цех).

2. Предварительная термообработка – отжиг полный (термический участок кузнечного цеха).

3. Контроль твёрдости (термический участок кузнечного цеха).

4. Предварительная механическая обработка (механический цех).

5. Окончательная термообработка - закалка, отпуск средний (термический участок механического цеха).

6. Контроль твёрдости (термический участок механического цеха).

7. Окончательная механическая обработка (механический цех).

8. Контроль качества готовой детали (механический цех).

Пружинную сталь перед пуском в производство выборочно контролируют по длине прутков, диаметру и состоянию поверхности. Контролю подлежит не менее 3% прутков с замерами сечения не менее чем в пяти местах (по середине и концам).

Технология изготовления цилиндрических винтовых пружин предусматривает выполнение следующих операций.

Резка прутков. Заготовки нарезают в холодном или нагретом до температуры 750— 900°С состоянии на пресс-ножницах или эксцентриковых прессах.

Оттяжка концов заготовки. Перед завивкой концы заготовок нагревают в щелевых печах до температуры 900—950° С. Печь перед нагревом должна быть прогрета до температуры 1150—1250° С. Длина нагреваемого конца заготовки не менее 0,8 длины оттяжки. Температура в конце оттяжки не менее 800° С. Продолжительность нагрева 8—15 мин. Концы оттягивают на молоте или на ковочных (обжимных) вальцах.

Нагрев под навивку и навивка. Пружины навивают и закаливают с одного нагрева заготовки до температуры 900—950° С в полуметодической печи. Продолжительность нагрева должна быть 10—30 мин. Навивку нагретых прутков выполняют на специальных станках. Для мелкосерийного производства используют токарно-винторезные станки, оборудованные соответствующими приспособлениями для навивки. После навивки выравнивают шаг витков на калибровочном прессе, поджимают концы пружины и проверяют ее высоту, а при помощи угольника определяют перпендикулярность пружины к ее опорной поверхности по высоте.

Термическая обработка. Предварительная – отжиг полный; окончательная -  закалка, отпуск средний. Твердость металла после отпуска должна составлять НВ 370-440 (HRC 40-47). Если технологически невозможно навить и закалить пружину с одного нагрева, то после навивки ее повторно нагревают под закалку.

Механическая обработка (сжатие для снятия остаточной деформации, обработка торцов). Остаточную деформацию снимают после охлаждения пружины однократным сжатием до соприкосновения витков с выдержкой 5—8 с. Торцы пружин с диаметром более 8 мм обрабатывают на лобовых и торцовых шлифовально-обдирочных станках с охлаждающей жидкостью, с диаметром прутка до 8 мм на токарных станках.

Упрочнение (наклёп, заневоливание). Наклёп производится в дробемётной установке. Режим наклепа устанавливают такой, при котором каждая точка поверхности пружины находится под действием потока дроби в течение 20—30 с. Подача дроби 70—100 кг/мин, диаметр дробин 0,8—1,2 мм. После наклепа пружины должны иметь поверхность светлого (серебристого) цвета без зон с черновиками. Кроме дробемётной обработки, для упрочнения пружин применяют заневоливание, заключающееся в выдерживании пружин в сжатом состоянии в течение определенного времени, и метод многократного обжатия с последующим наклепом дробью. При заневоливании пружину после термической обработки сжимают до отказа и выдерживают в таком состоянии 20-40 ч и затем разгружают. При методе многократного обжатия пружину подвергают 5-10-кратной нагрузке-разгрузке на прессе также до соприкосновения витков.

В результате пружина получает остаточную осадку и приобретает окончательную высоту в свободном состоянии, соответствующую чертежу, а в самой пружине создаются остаточные напряжения обратного знака, вследствие чего при ее работе истинные напряжения оказываются меньше, чем они были бы без заневоливания.

Пружина приобретает способность выдерживать большую нагрузку и имеет увеличенный рабочий прогиб при тех же габаритных размерах.

3.Разработка технологического процесса термической обработки

3.1.Разработка технологического процесса предварительной термической обработки пружины

Полный отжиг заключается в нагреве стали на 30—50 °С выше верхней критической точки для полного превращения структуры стали в аустенит и последующем медленном охлаждении до 500—600 °С для образования феррита и перлита. Скорость охлаждения для углеродистых сталей около 50—100 °С/ч.

3.2.Разработка технологического процесса окончательной термической обработки пружины

Окончательная термообработка пружины включает закалку и средний отпуск.

Закалка. Температура закалки для стали 85 составляет 830—870° С. Охлаждающая среда при закалке - вода при температуре 30-40 °С.

Закалку производят следующим образом. Партию пружин укладывают и закрепляют на дне сетчатой металлической корзины. Пружины предварительно подогревают, если этого требует технология обработки стали, затем помещают в печь, нагретую до заданной температуры, и выдерживают при этой температуре до полного прогрева металла по всему сечению. Длительность выдержки зависит от размера сечения проволоки и марки стали. После этого производится закалка в закалочной среде. Для предупреждения коробления при нагреве под закалку пружины сжатия до термической обработки скрепляют мягкой стальной проволокой, соединяя торцовые (нерабочие) витки с рабочими витками. Иногда для предупреждения короблений и искажений формы пружины применяют приспособления (рис. 67), а также простые швеллерные балки.

Рис. Х.Х. Приспособления для термической обработки пружин

а – с посадкой пружины в стакан,

б – с посадкой пружины на оправку;

1 – ограничитель,

2 – съёмная верхняя опорная площадка,

3 – пружина,

4 – нижняя опорная площадка,

5 – оправка.

Для закалки крупных пружин применяют чугунные обоймы. Обойма имеет форму бруса, в котором засверливаются отверстия с уступом для установки пружины. Обойма заполняется пружинами и устанавливается в печь для нагрева. Закалку осуществляют при осторожном погружении пружин в закалочную среду вместе с обоймой.

Закалочными средами для пружинных сталей могут быть масло, вода, воздух и др. Жидкая закалочная среда помещается в специальный бак, который имеет систему охлаждения, - для регулирования температуры закалочной среды. При закалке в воде происходит очень резкое охлаждение, что способствует образованию трещин в материале пружин. Такую закалку применяют для пружинных сталей очень редко, а если применяют, то добавляют в воду различные примеси (известь, мыло, мел и др.), для того чтобы уменьшить скорость охлаждения пружинной стали.

Температура закалочной среды оказывает большое влияние на структуру и свойства стали после закалки. Например, если температура масла под закалку равна 60° С, то пружина не получает полной закалки, а закалка пружины в масле, нагретом до температуры 30° С, дает требуемую твердость. Масло является самой распространенной средой для закалки. Его применение обеспечивает изготовление пружин хорошего качества с наименьшим браком по термической обработке.

Все закалочные среды имеют различную теплопроводность, и наиболее нагретые слои среды находятся в верхней части закалочного бака. Для того чтобы температура среды была равномерна по всему объему, через нее при помощи специальной трубки продувают сжатый воздух. Применяют и другие способы охлаждения и перемешивания закалочных сред.

Отпуск средний. Для повышения вязкости и устранения внутренних напряжений все пружины после закалки подвергают отпуску в двухзонных конвейерных печах. При этом наибольший интервал между закалкой и отпуском допускается не более 4 ч. Температура отпуска должна быть в пределах 480—520 °С. Охлаждают в воде, температура которой не должна превышать 100 °С, или на воздухе в закрытом помещении.

Отпуск пружин из патентированной проволоки заключается в нагреве их до температуры 250 — 350° С и выдержке при этой температуре в течение 15 — 30 мин. Если не производить отпуск пружин из патентированной проволоки, то при трехкратном и более обжатии до соприкосновения витков свободная высота пружины уменьшается, а пружина делает осадку без изменения количества витков и увеличивается в диаметре.

При выполнении отпуска для таких пружин величина осадки при трехкратном и более обжатии уменьшается почти вдвое, а упругие свойства увеличиваются. При этом наружный диаметр отпущенной пружины несколько уменьшается, а количество витков увеличивается на 1—2%. Все изменения размеров пружин из патентированной проволоки, которые происходят при термической обработке, должны быть учтены при навивке на автоматах, а также при выборе оправок и шага навивки пружин.

Термическая обработка пружин уменьшает остаточные деформации за счет уменьшения внутренних напряжений, увеличивает упругие свойства и вязкость, благодаря чему обеспечиваются высокое качество и надежная работа пружин.

Рис. 2. Режим термической обработки
стали 85

  

                   а                                   б                                  в

Микроструктура стали 85 после термообработки

а – микроструктура после отжига

б – микроструктура после закалки

в – микроструктура после отпуска

3.3.Структурные превращения в стали при термической обработке

Структурные превращения углеродистых сталей определяются содержанием углерода и применяемой обработкой. Горячекатаные, нормализованные и отожжённые стали имеют феррито-перлитную структуру. С увеличением содержания углерода, количество перлита увеличивается и при содержании в стали 0,8% углерода, наряду с перлитом, появляется избыточный цементит. Увеличение содержания углерода приводит к повышению прочности и падению вязкости, при этом порог хладноломкости уменьшается.

Структура закалённой стали зависит от содержания углерода и температуры нагрева под закалку. Углерод, растворённый в аустените, понижает интервал аустенитного превращения.

При содержании углерода в аустените более 0,5% - температура окончания мартенситного превращения находится ниже комнатной температуры, вследствие чего после закалки, наряду с мартенситом, присутствует остаточный аустенит. Даже в небольших количествах остаточный аустенит понижает сопротивление остаточным напряжениям и при больших количествах может вызвать разрушение пружин при выдержке под напряжением или в процессе эксплуатации вследствие протекания изотермических мартенситных превращений.

Увеличение количества углерода до 0,8% приводит к замедлению темпа роста твёрдости, так как появляется остаточный аустенит, а при содержании углерода больше эвтектоидного состава, твёрдость стали возрастает незначительно за счёт появления избыточного цементита.

В углеродистых сталях в сечениях около 40 мм даже при закалке в воду в сердцевине протекает феррито-перлитное превращение.

3.4.Влияние химического состава стали 85 на превращение в процессе термообработки

Рис.Х.Х. Диаграмма изотермического превращения аустенита стали 85

4.Разработка методики контроля качества готовой продукции

4.1.Разработка методики контроля качества пружины

N

Операции контроля

Средства и методы контроля

1

Контроль исходного материала (пружинная проволока, лента и прутки):

а) Химический состав;

б) Механические свойства;

в) Наружные дефекты;

г) Глубина обезуглероженного слоя и отсутствие шлаковых включений;

д) Геометрические размеры.

а) Лабораторный или спектральный анализ.

б) Проверка по искре;

испытания на разрывной машине; испытания на закручивание, на гибы

перегибом, на предел выносливости.

в) Внешний осмотр лупой или бинокулярным микроскопом.

г) Металлографический анализ (просмотр шлифа под микроскопом).

д) Измерение размеров сечения микрометром. Габаритные размеры мерных заготовок измеряются метрической линейкой или рулеткой.

2

Контроль пружин при навивке:

а) Проверка геометрических размеров (высота, наружный диаметр, число витков, шаг витков);

б) Проверка на отсутствие внешних повреждений витков.

а) Размеры проверяются микрометром ценой деления 0,01 мм и штангенциркулем с ценой деления 0,1 мм. Количество витков проверяется счетом. При наладке завивочного станка делают несколько пробных пружин, которые срочно проводят через все операции последующей обработки (отпуск, зачистка торцов и подвергают измерению упругости на весах. В соответствии с полученными результатами

упругости в основные размеры пружины вводят поправки; увеличивают или уменьшают диаметр пружины от первоначального размера, иногда добавляют или уменьшают число витков в пределах допустимого их количества.

После внесения поправок делают повторную пробу на упругость. Партию пружин запускают в навивку после того, как получены правильные соотношения размеров и требуемая упругая характеристика пружины.

б) Осмотр с помощью лупы. Повреждения и риски на нитках не допускаются.

3

Контроль процесса термообработки:

а) Пружины, подвергающиеся после навивки низкому отпуску;

б) Пружины, подвергающиеся после горячей навивки закалке и отпуску.

а) Соблюдение технологии термообработки. Проверка осмотром по цветам побежалости на поверхности пружин

б) Соблюдение времени нагрева, температуры по пирометру и по цвету каления, проверка температуры

вязкости масла в закалочной ванне

отсутствие в масле воды

Выборочная проверка пружин в

лаборатории на обезуглероживание поверхности после горячей навивки,

структуры после термической обработки,

выборочная проверка твердости.

4

Испытание многократной осадкой или заневоливание

Многократная осадка пружин на гидравлическом или винтовом прессе с последующей проверкой длины пружины.

Заневоливание сжатием пружин до соприкосновения витков и выдержка в таком положении от 12 до 48 час. Заневоливание пружин можно производить на болтах, на специальных шомполах, оправках или на приспособлениях с винтовой затяжкой пружин между двумя плитами.

5

Контроль геометрических размеров после осадки или заневоливания пружин и шлифовки опорных витков

Проверка штангенциркулем, линейкой, шаблонами. Осмотр опорных витков (не допускается наличие заусенцев, затаскивание или чрезмерная перешлифовка концов опорных витков). Проверка пружин на плите под угольник или на специальных приспособлениях (проверяется перпендикулярность торцов, кривизна по продольной оси, равномерность шага витков и основные геометрические размеры фасонных пружин).

6

Специальный контроль пружин:

а) Контроль внешних дефектов физическими методами;

б) Испытания на выносливость.

а) Наиболее распространенными физическими методами для контроля внешних дефектов в ответственных пружинах являются магнитная и люминесцентная дефектоскопия.

б) Испытание пульсирующей нагрузкой на специальных вибрационных машинах.

4.1.1. Характеристика люминесцентного метода контроля внешних дефектов

Люминесцентная дефектоскопия основана на способности некоторых веществ (люминофоров) поглощать лучистую энергию и отдавать ее в виде свечения при воздействии ультрафиолетовых лучей. Люминесцентная дефектоскопия используется для выявления поверхностных дефектов, выходящих на наружную поверхность контролируемых деталей из сталей перлитного и аустенитного классов. Этим способом выявляют скрытые дефекты в деталях из черных и цветных металлов и неметаллических материалов. Для контроля на поверхность детали наносят люминесцентный раствор (трансформаторное масло, керосин и бензин в объемном соотношении 1:2:1 с добавлением 0,25 г/л дефектоля — вещества золотисто-зеленого цвета, усиливающего яркость свечения). Через 10... 15 мин деталь насухо протирают и наносят на контролируемые участки порошок талька или углекислого натрия и облучают поверхность ртутно-кварцевой лампой. Порошок вытягивает из трещин и пор люминофор, который в виде свечения указывает на дефектные места. В практике используют стационарный дефектоскоп ЛДА-3.

4.2.Дефекты, возникающие при термической обработке пружины

Дефекты пружин при горячей навивке. Несоответствие диаметра навитой пружины требуемому по чертежу. Этот дефект возникает в результате нарушения технологического процесса, неправильного выбора диаметра оправки; неправильной работы приспособления, направляющего заготовку на оправку, и недостаточного натяга. При устранении перечисленных недостатков диаметр навитой пружины будет соответствовать требуемому по чертежу.

Различный диаметр витков. Причинами возникновения дефекта являются неравномерный нагрев заготовки по всей длине и отсутствие постоянного натяга заготовки во время навивки. Чтобы ликвидировать этот дефект, необходимо обеспечить равномерный нагрев заготовки по всей длине и отрегулировать приспособление на соответствующий натяг.

Риски и царапины на поверхности пружин. Появление этих дефектов зависит от зажимного приспособления, которое осуществляет натяг заготовки на оправку. Для устранения дефектов необходимо проверить состояние отверстия зажимного устройства и при обнаружении дефектов устранить их.

Риски и царапины возможны также при неправильном направлении заготовки в зажимное отверстие. Подача заготовки в зажимное отверстие должна быть равномерной и параллельной оси отверстия зажимного приспособления. При невыполнении этих требований создаются условия для неравномерного хода заготовки через зажимное устройство, заготовка испытывает неравномерный натяг, что приводит к рискам, царапинам, подрезам и надрывам.

Неправильное расположение оттянутых концов пружин в торцовой плоскости. Этот дефект можно устранить в процессе навивки пружины: при подходе оттянутого конца заготовки к направляющему приспособлению ввертывают конец так, чтобы при навивке нерабочего витка пружины оттянутый конец не был вывернут. При небольших искривлениях оттянутые концы торцов пружины правят специальными крючками.

Поперечные трещины на витках пружины, обнаруживаемые после термической обработки или после механических испытаний. Дефект появляется вследствие нарушения заданного режима нагрева заготовок перед навивкой. Пружины с такими дефектами являются браком.

Дефекты пружин при холодной навивке. Несоответствие диаметра навивкой пружины требуемому по чертежу. Этот дефект устраняют подбором оправок требуемого диаметра и обеспечением постоянного натяга проволоки на оправку при станочной и ручной навивке. При навивке на автоматах необходимо устранить регулировкой неполадки в навивочном механизме, проверить подгонку оправок и натяг проволоки.

Несоответствие свободной высоты пружин требуемой по чертежу. Этот дефект в пружинах растяжения связан с величиной натяга проволоки. Образовавшиеся зазоры между витками пружин растяжения свидетельствуют о недостаточном натяге проволоки во время навивки. Необходимо тщательно отрегулировать и наладить механизм навивки для обеспечения плотного прилегания витков один к другому.

В пружинах сжатия этот дефект возникает при не правильной настройке шагового приспособления, автоматах — при неправильной наладке и регулировке шагового механизма. Дефект исчезает при устранении перечисленных недостатков.

Овальность пружин. Дефект возникает в результате смещения канавок для проволоки в подающих роликах механизма подачи автомата. При устранении смещения канавок дефект исчезает.

4.3.Методы предупреждения образования брака и способы его устранения.

В процессе термической обработки может возникать брак. При отжиге и нормализации могут возникнуть следующие виды брака: обезуглероживание, перегрев металла, пережог металла.

Обезуглероживание — выгорание углерода с поверхности металла, что при последующей закалке может привести к образованию трещин. Перегрев возникает при нагреве металла до температуры, превышающей установленную, или при длительной выдержке металла в печи. При перегреве зерна металла укрупняются. Это приводит к снижению прочности, вязкости и способствует образованию трещин при закалке. Перегрев стали может быть устранен повторным отжигом или нормализацией. Пережог металла — окисление границ зерен, ведущее к потере прочности стали, является неисправимым дефектом.

При закалке наиболее опасным видом неисправимою брака являются закалочные трещины, образующиеся при излишне резком охлаждении в результате действия больших внутренних напряжений. Другими видами брака при закалке являются обезуглероживание, перегрев и коробление деталей.

Перегрев устраняют повторным отжигом, а чтобы избежать коробления, детали закаливают в специальных штампах и приспособлениях.

2 часть

1.Выбор марки стали для изготовления метчика ручного

Марка стали – 11ХФ

1.1.Анализ условий работы и требования предъявляемые к метчику ручному

Режущий инструмент работает в условиях длительного контакта и трения с обрабатываемым металлом. В процессе эксплуатации должны сохраняться неизменными конфигурации и свойства режущей кромки. Материал для изготовления режущего инструмента должен обладать высокой твердостью (63—66 HRC) и износостойкостью, т. е. способностью длительное время сохранять режущие свойства кромки в условиях трения.

Чем больше твердость обрабатываемых материалов, толще стружка и выше скорость резания, тем больше энергия, затрачиваемая на процесс обработки резанием. Механическая энергия переходит в тепловую. Выделяющееся тепло нагревает резец, деталь, стружку и частично рассеивается. Поэтому основным требованием, предъявляемым к инструментальным материалам, является высокая теплостойкость, т. е. способность сохранять твердость и режущие свойства при длительном нагреве в процессе работы.

Режущие свойства инструмента ухудшаются не только под влиянием высокой температуры, но и таких явлений, как адгезия, вызывающая спаривание обрабатываемого материала с рабочей поверхностью инструмента, ускоренное выкрашивание и окисление поверхности, диффузия, абразивно-механическое изнашивание режущей кромки и поверхностей инструмента. Во избежание преждевременного разрушения режущей кромки необходимо, чтобы инструментальный материал был достаточно прочным.

Рабочая кромка инструмента находится в условиях, близких к неравномерному всестороннему сжатию и переводящих металл в более пластичное состояние вследствие возрастания доли касательных напряжений. При очень больших напряжениях может наблюдаться деформирование и пластическое течение тонкого поверхностного слоя.

Режущие инструменты подвергаются воздействию повышенных напряжений, чаще всего изгиба и кручения. Максимальный изгибающий или крутящий момент возникает в участках, несколько удаленных от контактирующей поверхности, например в основании зуба фрезы, метчика и т.д. В некоторых инструментах могут возникать растягивающие напряжения. Работа многих инструментов связана с ударными нагрузками или вибрациями, не устраняемыми полностью в системе станок - обрабатываемая деталь - инструмент или создаваемыми условиями резания, например при сквозном сверлении, при работе многолезвийных инструментов (фрезы, долбяки и т.д.). Поэтому инструмент должен обладать высокой твердостью рабочей части режущего инструмента, превышающей твердость детали. Инструмент с недостаточной твердостью не может резать: его форма и размеры быстро изменяются. Кроме того инструмент должен быть вязким. При низкой вязкости образуются трещины, происходит выкрашивание и поломка инструмента.

В процессе работы режущего инструмента происходит непрерывное трение - износ поверхности режущей кромки инструмента. Поэтому режущий инструмент должен обладать высокой износостойкостью.

Материал для режущего инструмента должен отвечать не только основным эксплуатационным свойствам, перечисленным выше, но и технологическим свойствам, которые характеризуют поведение стали при изготовлении инструмента и его термической обработке: стали для режущего инструмента должны обладать высокой закаливаемостью и прокаливаемостью, устойчивостью к деформации при термической обработке, стойкостью против закалочных трещин, стойкостью против окисления и обезуглероживания, не должны быть загрязнены неметаллическими включениями, снижающими качество инструмента.

1.2.Обоснование выбора марки стали для изготовления метчика ручного

В готовом инструменте сталь должна обладать высокой твёрдостью (63-66 HRC). Кроме того сталь должна иметь высокие прочность, сопротивление пластической деформации и теплостойкость. Теплостойкость – главное и необходимое свойство для резания с повышенной скоростью или труднообрабатываемых материалов. Для изготовления метчиков применяются быстрорежущие стали Р6М5, Р6М5К5, Р9М4КВ, Р9К1С; углеродистые У11А, У12А, а также низколегированные стали 11ХФ, 13Х, 9ХС. Сталь 11ХФ удовлетворяет необходимым требованиям для изготовления метчика ручного. Низколегированная сталь 11ХФ обладает большей устойчивостью переохлажденного аустенита, следовательно большой прокаливаемостью и несколько более высокой износостойкостью, чем углеродистые стали, и пригодна для работы при температурах 200-250° С. Применение стали 11ХФ вместо быстрорежущих сталей более выгодно с экономической точки зрения.

1.3.Характеристика стали 11ХФ, химический состав и механические свойства

Сталь 11ХФ.

Заменитель – стали: У11А, У12А.

Назначение - для метчиков и другого режущего инструмента диаметром до 30 мм, закаливаемого с охлаждением в горячих средах.

Химический состав стали 11ХФ:

Марка стали

Углерод (C), %

Хром (Cr), %

Ванадий (V), %

Марганец (Mn), %

Кремний (Si), %

11ХФ

1,05-1,15

0,4-0,7

0,15-0,30

0,4-0,7

0,15-0,35

Механические свойства:

Марка стали

Твердость после отжига, НВ

Твердость после закалки, HRC (в водном  растворе)

Твердость после закалки, HRC (в масле и горячих средах)

Твердость после отпуска, HRC

σв, МПа

11ХФ

не более 229

62÷65

62÷64

62÷64

2500

Температуры критических точек стали 11ХФ:

А1 - 755° С

А3 - 870° С

Мн - 195° С

Структурный класс – заэвтектоидная сталь (перлитный класс)

Класс по теплостойкости – нетеплостойкая низколегированная

Класс по твёрдости и вязкости – высокой твёрдости

Класс по прокаливаемости – небольшой прокаливаемости

2.Разработка маршрутной технологии изготовления метчика ручного

1. Получение заготовки – пруток (кузнечный цех).

2. Предварительная термообработка – отжиг изотермический (термический участок кузнечного цеха).

3. Контроль твёрдости (термический участок кузнечного цеха).

4. Предварительная механическая обработка (механический цех).

5. Окончательная термообработка - закалка, отпуск низкий (термический участок механического цеха).

6. Контроль твёрдости (термический участок механического цеха).

7. Окончательная механическая обработка (механический цех).

8. Контроль качества готовой детали (механический цех).

9. Правка готового инструмента при необходимости (механический цех).

3.Разработка технологического процесса термической обработки метчика ручного

3.1.Разработка технологического процесса предварительной термической обработки изготовления метчика ручного

Предварительная термическая обработка проводится с целью получения оптимальных структуры и свойств в исходном состоянии. Направлена на получение структуры зернистого перлита и заключается в изотермическом отжиге при 750÷820 °С с изотермической выдержкой при температуре на 10–30 °С ниже Ас1. Охлаждение после отжига на воздухе.

Отжиг. Задача отжига — перекристаллизация для измельчения зерна и получения структуры зернистого перлита. Эта структура обеспечивает низкую твёрдость, хорошую обрабатываемость резанием и лучшие свойства при последующей закалке.

Температуры нагрева должны быть лишь немного выше Ac1 чтобы сохранить нерастворенной большую часть избыточных карбидов и получить структуру зернистого перлита.

Обработка для устранения крупнозернистости. После горячей пластической деформации (особенно в случае ковки при высоких температурах), если степень ковки была меньше 3, в заготовках больших сечений (диаметром или стороной больше 80—100 мм) часто наблюдается разнозернистость или однородное крупное зерно балла 5—7. В этом случае с целью перекристаллизации и рекристаллизации аустенита отжиг поковок из легированных и особенно высоко легированных сталей рекомендуется проводить с двойным нагревом: сначала при 1000—1050° С, а затем при 900—950° С. Возможна и другая обработка. Поковки диаметром до 400 мм из этих сталей нагревают до 650° С, выдерживают 4—5 ч, продолжают нагрев до 950—960° С, охлаждают до 100° С, нагревают до 840—860° С, выдерживают 8—10ч и медленно охлаждают до комнатной температуры.

Обработка для предупреждения образования флокенов. К образованию флокенов чувствительны заэвтектоидные и доэвтектоидные стали. Замедленное охлаждение кованого или прокатанного металла крупного профиля в отапливаемых колодцах (20—25 ч для проката диаметром 80—130 мм и до 40—50 ч для проката большого сечения) практически полностью предупреждает образование флокенов.

3.2.Разработка технологического процесса окончательной термической обработки изготовления метчика ручного

Окончательная термическая обработка направлена на получение максимальной твердости и заключается в закалке при 840÷860 с охлаждением в масле и последующем низкотемпературном отпуске при 150÷170 °С. Цель закалки – получение мартенситной структуры, низкого отпуска - снятие внутренних напряжений и превращение остаточного аустенита в мартенсит.

Непрерывная закалка. Закалку этого вида применяют в основном для инструмента из углеродистых и низколегированных сталей, обладающих малой устойчивостью переохлажденного аустенита и требующих вследствие этого ускоренного охлаждения. В зависимости от прокаливаемости стали, а также диаметра инструмента охлаждение осуществляют в воде или водных растворах солей и щелочей, а также в масле. Недостатком этого вида закалки является возникновение повышенных внутренних напряжений, что может в отдельных случаях вызвать сильное коробление или образование трещин.

Отпуск инструментальных сталей, упрочняемых в результате мартенситного превращения (нетеплостойкие стали). Температуры отпуска нетеплостойких сталей пониженные (120—220° С), что объясняется необходимостью сохранения высокой твердости инструментов. Лишь при необходимости работы инструмента при динамических нагрузках их повышают до 300—350° С.

Для предупреждения образования трещин, вызываемых напряжениями, отпуск выполняют немедленно после закалки.

Механические свойства сталей изменяются неодинаково в зависимости от превращений, протекающих при отпуске, а следовательно, от его температуры. Твердость сталей при отпуске до 200° С снижается на HRC 1—3 в результате частичного распада мартенсита и сохраняется на уровне HRC 60.

В процессе отпуска прочность и ударная вязкость стали возрастают вследствие уменьшения концентрации углерода в мартенсите и снятия напряжений, снижающих склонность стали к хрупкому разрушению. В связи с этим в результате отпуска больше повышается прочность сталей, закаленных с охлаждением в воде, чем закаленных в масле или в горячих средах, и имеющих меньшие напряжения.

Превращение остаточного аустенита происходит выше температур заметного снижения твёрдости (при 200— 240° С), поэтому в нетеплостойких сталях после отпуска при 150—180° С он сохраняется почти полностью и, превращаясь при хранении или эксплуатации инструмента, может вызывать изменение его размеров.

Рис. 2. Режим упрочняющей термической обработки
стали 11ХФ

     а          б

Рис. 1. Микроструктура стали 11ХФ:

а – после отжига

б – после закалки и низкого отпуска

3.3.Структурные превращения в стали при термической обработке

В нетеплостойких сталях, как наименее легированных, содержание углерода в перлите 0,6—0,8%. Превращение перлита в аустенит сопровождается полным переходом углерода в γ-твердый раствор, поэтому в результате последующей закалки в стали обеспечивается высокая твердость.

Перлит по своей морфологии может быть зернистым (точечным), пластинчатым или смешенным. Это различие морфологии перлита обусловливается в первую очередь температурой отжига. Более низкая температура отжига и наличие в аустените нерастворённых включений карбидов или областей с повышенной концентрацией углерода, служащих центрами кристаллизации при последующем охлаждении, способствуют образованию при отжиге зернистого перлита.

При повышенной температуре нагрева во время отжига образуется пластинчатый перлит (вследствие растворения большого числа карбидных частиц и выравнивания состава аустенита). При последующем замедленном охлаждении большинство карбидов выделяется по границам зерен, вследствие чего образование пластинчатого перлита высокоуглеродистой стали подчас сопровождается появлением карбидной сетки.

Дисперсность перлита зависит от состава стали и условий охлаждения ниже А1. Замедленное охлаждение и повышенная температура изотермической выдержки (ниже А1) способствуют коагуляции карбидов: они становятся более крупными — в виде зерен или пластин.

При повышенной скорости охлаждения и пониженной температуре изотермической выдержки образуется точечная структура перлита. Строение перлита углеродистых и низколегированных сталей характеризуется по десятибалльной шкале (ГОСТ 1435—74). Баллы I и 2 отвечают стали с точечным перлитом и повышенной твердостью, 3—6 — стали с зернистым перлитом, 7—8 — стали с менее однородным крупнозернистым перлитом пониженной твердости, 9—10 —стали с пластинчатым перлитом. Твердость стали возрастает с повышением степени дисперсности перлита и легированности (в особенности кремнием и хромом) ферритной составляющей. Дисперсность перлита влияет на поведение стали при закалке.

Мелкие карбиды (точечные или пластинчатые) быстрее растворяются при нагреве под закалку и не могут эффективно сдерживать рост зерна, в результате чего стали обладают меньшей прочностью и ударной вязкостью и более чувствительны к образованию трещин. По этим причинам эвтектоидные и заэвтектоидные стали металлургические заводы поставляют со структурой зернистого перлита.

3.4.Влияние химического состава стали 11ХФ на превращение в процессе термообработки

Рис.Х.Х. Диаграмма изотермического превращения аустенита стали 11ХФ

4.Разработка методики контроля качества готового инструмента

4.1.Разработка методики контроля качества метчика ручного

Контроль качества нетеплостойких сталей осуществляется по ГОСТ 5950–73.

Для нетеплостойких сталей в состоянии поставки после отжига или высокого отпуска контролируются: перлит зернистый, обезуглероженный слой, твердость НВ. После закалки контролируются следующие параметры: карбидная сетка, размер зерна, карбидная неоднородность (только по требованию заказчика), твердость HRC. Допустимые параметры структуры зависят от марки стали, размера заготовки. Все параметры структуры, за исключением обезуглероженного слоя, оцениваются методом сравнения со шкалами стандартов.

Контроль качества инструментальных сталей является важной составляющей, обеспечивающей качество готового инструмента. Наличие дефектов в структуре сталей ухудшает основные и технологические свойства. При обнаружении дефектов необходимо провести мероприятия, направленные на их устранение.

4.2.Дефекты, возникающие при термической обработке метчика ручного

Наличие в структуре пластинчатого перлита, остатков карбидной сетки – это дефекты отжига. Они сказываются на твердости стали в состоянии поставки. В результате ухудшается обрабатываемость резанием, давлением, т.е. снижаются технологические свойства. Остатки карбидной сетки – это дефекты ковки, отжига. Наследуются в готовом инструменте, т.к. нагрев при неполной закалке не обеспечивает полное растворение вторичных карбидов. Этот дефект структуры отрицательно отражается на основных свойствах готового инструмента, особенно на ударной вязкости и прочности сталей. Крупное зерно, выше допустимого стандартами, т.е. нагрев стали – это дефект упрочняющей обработки. Он связан с нагревом стали при закалке. Опасен резким снижением ударной вязкости сталей.

Дефекты структуры – это исправимые дефекты. Наличие остатков карбидной сетки, крупное зерно устраняются нормализацией, а наличие пластинчатого перлита – высоким отпуском или повторным изотермическим отжигом.

Недостаточная твердость после закалки – это тоже дефект, вызванный либо недогревом стали при закалке, либо неправильным охлаждением. Несоблюдение режима отпуска может также привести к снижению твердости стали ниже допустимого стандартом значения. Такой вид дефекта устраняется промежуточной нормализацией с последующей упрочняющей обработкой по оптимальному режиму.

4.3.Методы предупреждения образования брака и способы его устранения.

Карбидная сетка, не наблюдавшаяся в стали в состоянии поставки - возникает из-за окончания ковки при излишне высокой температуре или выполнения ее с небольшой деформацией, особенно если сталь затем медленно охлаждали при 950÷750 °С, или отжига с чрезмерно высоким нагревом.

У углеродистых и низколегированных сталей устраняется нагревом выше Асm (870÷890 °С), после которого заготовки охлаждают воздушным дутьем или в масле. Далее следует обычный отжиг. Для устранения очень тонкой сетки достаточен отжиг при 780÷800 °С с выдержкой 3÷6 ч.

Структура пластинчатого или точечного перлита - образуется после ковки или в результате неправильного выполнения отжига. Для получения структуры зернистого перлита необходимо сталь со структурой точечного перлита подвергнуть отпуску при 670÷700 °С или нормальному отжигу, а сталь со структурой пластинчатого перлита и неизбежной при этом карбидной сеткой подвергнуть нормализации с последующим отжигом, как указано выше.

Перегрев при закалке - устраняется обычным отжигом и последующей закалкой.

Пониженная твердость после закалки - получается в результате недогрева или замедленного охлаждения. При недогреве в структуре заэвтектоидной стали наблюдаются участки перлита, при замедленном охлаждении – участки троостита. Устраняют отжигом и закаливая по рекомендуемому режиму.

Мягкие пятна (участки с пониженной твердостью и трооститной структурой) - возникают у сталей небольшой прокаливаемости при закалке с охлаждением в воде вследствие образования паровых пузырей на поверхности инструмента. Устраняются при применении в качестве охлаждающей среды водных растворов солей.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ВОСТОЧНОУКРАИНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМЕНИ ВЛАДИМИРА ДАЛЯ  

Кафедра «Материаловедения»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе по дисциплине

«СПЕЦИАЛЬНЫЕ СТАЛИ И СПЛАВЫ»

Тема: «Выбор марок стали и назначение технологических параметров термической обработки деталей машин и инструментов»

СТУДЕНТ:               СТУДЕНТ СТУДЕНТ СТУДЕНТОВИЧ

ГРУПА:                                                                  ММ-000

РУКОВОДИТЕЛЬ:                                       ПРЕПОД П.П.

Луганск 2010

ВОСТОЧНОУКРАИНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМЕНИ ВЛАДИМИРА ДАЛЯ  

Кафедра материаловедения

Дисциплина: Специальные стали и сплавы

Специальность: инженерное материаловедение

Курс 4  Группа ММ-000 Семестр 7

ЗАДАНИЕ

к курсовой работе студента

Студента Студента Студентовича

1. Тема работы: «Выбор стали для изготовления инструментов и назначение режимов термической обработки, обеспечивающих их высокие эксплуатационные свойства»

2. Срок сдачи студентом завершенной работы: 20.12.2010

3. Исходящие данные к работе: пружина, вид заготовки – прокат, σВ – 1130 Н/мм, σ0,2 – 940 Н/мм, прокаливаемость – 8 мм; метчик ручной, обработка – резание, скорость резания – 5 м/мин, твёрдость обрабатываемого материала – 55 HB, обрабатываемый материал – Л80.

4. Содержание пояснительной записки: анализ условий работы и требований предъявляемых к инструменту; выбор марок стали для изготовления инструмента; разработка маршрутной технологии изготовления инструмента; определение технологических параметров термической обработки; контроль качества инструмента

5. Список графического материала: два листа формата А1

6. Дата выдачи задания  1.09.2010

КАЛЕНДАРНЫЙ ПЛАН

Название этапов курсовой работы

Срок исполнения этапов работы

Примечание

Ι

ЧАСТЬ 1. 1. ВЫБОР МАРКИ СТАЛИ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРУЖИНЫ.

1.1. Анализ условий работы и требования, предъявляемые к пружине.

1.2. Обоснование выбора марки стали для изготовления пружины.

1.3. Характеристика стали, химический состав и механические свойства.

2. РАЗРАБОТКА МАРШРУТНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРУЖИНЫ.

10.10.10

25%

ΙΙ

3. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПРУЖИНЫ.

3.1. Разработка технологического процесса предварительной термической обработки изготовления пружины.

3.2. Разработка технологического процесса окончательной термической обработки изготовления пружины.

3.3. Структурные превращения в стали при термической обработке.

3.4. Влияние химического состава стали на превращения в процессе термической обработки.

4. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ГОТОВОЙ ПРУЖИНЫ.

4.1. Разработка методики контроля качества пружины.

4.1.1. Характеристика люминесцентного метода контроля внешних дефектов

4.2. Дефекты, возникающие при термической обработке пружины.

4.3. Методы предупреждения образования брака и способы его устранения.

ВЫВОДЫ ПО ЧАСТИ 1.

ЛИСТ С ГРАФИЧЕСКИМ МАТЕРИАЛОМ 1.

18.10.10

50%

Название этапов курсовой работы

Срок исполнения этапов работы

Примечание

ΙII

ЧАСТЬ 2. 1. ВЫБОР МАРКИ СТАЛИ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МЕТЧИКА РУЧНОГО.

1.1. Анализ условий работы и требования, предъявляемые к метчику ручному.

1.2. Обоснование выбора марки стали для изготовления метчика ручного.

1.3. Характеристика стали, химический состав и механические свойства.

2. РАЗРАБОТКА МАРШРУТНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МЕТЧИКА РУЧНОГО.

14.11.10

75%

IV

3. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ МЕТЧИКА РУЧНОГО.

3.1. Разработка технологического процесса предварительной термической обработки изготовления метчика ручного.

3.2. Разработка технологического процесса окончательной термической обработки изготовления метчика ручного.

3.3. Структурные превращения в стали при термической обработке.

3.4. Влияние химического состава стали на превращения в процессе термической обработки.

4. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ГОТОВОГО МЕТЧИКА РУЧНОГО.

4.1. Разработка методики контроля качества метчика ручного.

4.2. Дефекты, возникающие при термической обработке метчика ручного.

4.3. Методы предупреждения образования брака и способы его устранения.

ВЫВОДЫ ПО ЧАСТИ 2.

ЛИСТ С ГРАФИЧЕСКИМ МАТЕРИАЛОМ 2.

V

Защита курсовой работы

20.12.10

Студент                                                                                           Студент С. С.

Руководитель                                                                                  Препод П. П.

01.09.2010

РЕФЕРАТ

Пояснительная записка содержит  стр.,  рис.,  табл., 0 литературных источников, 2 приложения.

Рассмотрен анализ условий работы пружины и метчика ручного. Выбраны и обоснованы марки сталей, назначены режимы предварительной и окончательной термообработки. Разработана маршрутная технология изготовления пружины и метчика ручного.

Описана методика контроля качества готового инструмента, а также дефекты, возникающие при термообработке и способы устранения брака.

Ключевые слова:

СТАЛЬ, ТЕРМООБРАБОТКА, ДЕФЕКТЫ, БРАК, СТРУКТУРА, КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА, ЛЮМИНЕСЦЕНТНАЯ ДЕФЕКТОСКОПИЯ, ОТЖИГ, ЗАКАЛКА, ОТПУСК, РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ, ПРУЖИНА, МЕТЧИК РУЧНОЙ.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение………………………………………………………………

ЧАСТЬ 1

ВЫБОР МАРКИ СТАЛИ И НАЗНАЧЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ МЕТЧИКА РУЧНОГО

1. Выбор марки стали для изготовления пружины………………………

1.1. Анализ условий работы и требования, предъявляемые к пружине…….

1.2. Обоснование выбора марки стали для изготовления пружины…………

1.3. Характеристика стали 85, химический состав и механические свойства…………………………………………………………………….

2. Разработка маршрутной технологии изготовления пружины…………..

3. Разработка технологического процесса термической обработки пружины.........................................................................................................

3.1. Разработка технологического процесса предварительной термической обработки изготовления пружины…………………………………………

3.2. Разработка технологического процесса окончательной термической обработки изготовления пружины………………………………………….

3.3. Структурные превращения в стали при термической обработке……..

3.4. Влияние химического состава стали 85 на превращения в процессе термической обработки…………………………………………………….

4. Разработка методики контроля качества готовой пружины………….

4.1. Методика контроля качества пружины……………………………

4.1.1. Характеристика люминесцентного метода контроля внешних дефектов………………………………………………………………………..

4.2. Дефекты, возникающие при термической обработке пружины……….

4.3. Методы предупреждения образования брака и способы его устранения….

Вывод по части 1…………………………………………………………….

ЧАСТЬ 2

ВЫБОР МАРКИ СТАЛИ И НАЗНАЧЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ МЕТЧИКА РУЧНОГО

5. Выбор марки стали для изготовления метчика ручного…………………..

5.1. Анализ условий работы и требования, предъявляемые к метчику ручному………………………………………………………………….

5.2. Обоснование выбора марки стали для изготовления метчика ручного.

5.3. Характеристика стали 11ХФ, химический состав и механические свойства……………………………………………………………………..

6. Разработка маршрутной технологии изготовления метчика ручного…….

7. Разработка технологического процесса термической обработки метчика ручного………………………………………………………………………….

7.1. Разработка технологического процесса предварительной термической обработки изготовления метчика ручного………………………………

7.2. Разработка технологического процесса окончательной термической обработки изготовления метчика ручного………………………………..

7.3. Структурные превращения в стали при термической обработке……..

7.4. Влияние химического состава стали 11ХФ на превращения в процессе термической обработки……………………………………………………

8. Разработка методики контроля качества готового метчика ручного……

8.1. Методики контроля качества метчика ручного……………..

8.2. Дефекты, возникающие при термической обработке метчика ручного…..

8.3. Методы предупреждения образования брака и способы его устранения….

Вывод по части 2………………………………………………….................

Заключение…………………………………………………………………..

Список использованных источников………………………………………

ВВЕДЕНИЕ

Современное машиностроение характеризует нёпрерывно растущую энергонапряженность и тяжелые условия эксплуатации машин. Такие условия работы машин предъявляют к материалам особые требования. Для удовлетворения этих требований создано много сплавов на основе различных металлов.

В современной технике широко применяют стали, обеспечивающие высокую конструкционную прочность, и сплавы, которые остаются прочными при высоких температурах, вязкими при температурах, близких к абсолютному нулю, обладающие высокой коррозионной стойкостью в агрессивных средах или другими физико-химическими свойствами. Число новых сплавов непрерывно растет.

За последние годы достижения материаловедения обеспечили небывалый прогресс в разработке конструкционных и инструментальных материалов в различных областях техники.

ВЫВОД ПО ЧАСТИ 1

В ходе работы выполнен анализ условий работы и требований, предъявляемых к пружине. Обоснован выбор марки стали для изготовления данной детали. Описана характеристика стали, химический состав и механические свойства.

Разработана маршрутная технология изготовления пружины. Выбраны виды предварительной и окончательной термообработки. На основе диаграммы изотермического распада переохлажденного аустенита стали 85 определены скорости охлаждения при отжиге и закалке.

Разработана методика контроля качества пружины. Описаны дефекты, возникающие при термообработке и причины их образования. Приведены методы предупреждения образования брака и способы его устранения.

ВЫВОД ПО ЧАСТИ 2

В ходе работы выполнен анализ условий работы и требований, предъявляемых к метчику ручному. Обоснован выбор марки стали для изготовления данного инструмента. Описана характеристика стали 11ХФ, химический состав и механические свойства.

Разработана маршрутная технология изготовления метчика ручного. Выбраны виды предварительной и окончательной термообработки. На основе диаграммы изотермического распада переохлажденного аустенита стали 11ХФ определены скорости охлаждения инструмента при отжиге и закалке.

Разработана методика контроля качества метчика ручного. Описаны дефекты, возникающие при термообработке и причины их образования. Приведены методы предупреждения образования брака и способы его устранения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате анализа условий работы и требований, предъявляемых к пружине и метчику ручному, описаны условия работы и требования, предъявляемые к сталям для их изготовления.

Выбраны и обоснованы марки сталей для изготовления пружины и метчика ручного. Описаны характеристики сталей, химический состав, механические свойства, критические точки. Указаны классы по химическому составу, качеству и назначению. Описаны влияния легирующих элементов на свойства сталей.

Составлена маршрутная технология изготовления пружины и метчика ручного. Определены необходимые виды предварительной и окончательной термической обработки. Приведены диаграммы изотермического распада переохлажденного аустенита, выбранных марок сталей и нанесены на них скорости охлаждения.

Разработана и описана методика контроля качества готовой продукции. Описаны дефекты, возникающие при термической обработке и причины их образования. Рассмотрены методы предупреждения образования брака и способы его устранения.

Работа пружин, рессор и тому подобных деталей характеризуется тем, что в них используют только упругие свойства стали. Большая суммарная величина упругой деформации пружины (рессоры и т. д.) определяется ее конструкцией — числом и диаметром витков, длиной пружины. Поскольку возникновение пластической деформации в пружинах не допускается, то от материала подобных изделий не требуется высокой ударной вязкости и высокой пластичности. Главное требование состоит в том, чтобы сталь имела высокий предел упругости (текучести).

Пружины, рессоры и подобные им детали изготавливают из конструкционных сталей с повышенным содержанием углерода (но, как правило, все же более низким, чем у инструментальных сталей) — приблизительно в пределах 0,5—0,7% С, часто с добавками марганца и кремния.

Рессорно-пружинные углеродистые и легированные стали имеют высокий модуль упругости, ограничивающий упругую деформацию. В связи с этим их применяют для изготовления жестких, упругих элементов.

На качество и работоспособность пружины большое влияние оказывает состояние поверхности. При наличии трещин, плен и других поверхностных дефектов пружины оказываются нестойкими в работе и разрушаются, вследствие развития усталостных явлений в местах концентрации напряжений вокруг этих дефектов. Кроме обычных пружинных материалов, имеются и специальные, работающие в специфических условиях (повышенные температуры, агрессивные среды, и т. д.).

Недорогие и достаточно технологичные рессорно-пружинные стали широко используют в авто- и тракторостроении железнодорожном транспорте, станкостроении. Кроме того, они находят применение и для силовых упругих элементов приборов. Часто эти материалы называют пружинными сталями общего назначения.

Технологичность инструментального материала, т.е. степень его соответствия технологии термической обработки, обработки давлением, механической обработки и др., является свойством, определяющим возможность использования его в конструкции режущего инструмента. Так, материалы с плохой шлифуемостью будут неудобны при изготовлении и переточке инструмента; слишком узкий температурный интервал нагрева материала при термообработке может привести к браку и т. п. Технологичность материала может оцениваться и такими его свойствами, как свариваемость, припаиваемость и др.

Способность противостоять изнашиванию при трении также является важным свойством материала инструмента, так как при работе он подвергается истиранию в местах контакта с заготовкой. Износостойкость характеризуется работой трения, отнесенной к величине стертой массы материала.

Понятно, что материал режущих инструментов не должен состоять лишь из дорогих и дефицитных элементов, поскольку это будет сказываться на его стоимости и широте применения.

Инструментальные стали применяют достаточно широко для изготовления корпусной и крепежно-присоединительной частей режущих инструментов, а во многих случаях и их режущей части. Если инструмент работает при низких скоростях резания и не нагревается свыше 200-220 °С, то его можно изготовлять из углеродистой инструментальной стали марок У7А, У8А, У10А, У13А, или легированной – 8ХФ, 9ХФ, 11ХФ, 9ХС, 9ХВГ и др. Обычно режущий инструмент для таких слесарных работ, как опиливание, шабрение, рубка, нарезание резьбы (т. е. напильники, шаберы, зубила, метчики, плашки и др.), делается из этих сталей и после термической обработки может иметь высокую твердость.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Геллер Ю.А. Инструментальные стали. М.: Металлургия, 1983-527с.

2. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение: Учебник для высших технических учебных заведений 3-е издание, перераб. и доп. -М: Машиностроение, 1990.-528с.

3. Гуляев А.П. Материаловедение. - 6-е изд., перераб. - М: Металлургия, 1986.- 688с.

4. Инструментальные стали. Справочник./Поздняк Л.А., Тишаев С.И. и др. М.: Металлургия, 1977,-168с.

5. Гуляев А.П. Инструментальные стали. Справочник. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1975 -272с.

6. Рябичева Л.А., Препод П.П. Інструментальні матеріали: навчальний посібник - Луганськ: Вид-во СНУ ім. В.Даля, 2008. - 248с.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

58290. Число і цифра 2. Написання цифри два. Лічба предметів. Монети 1 к., 2 к 35 KB
  Скільки всього кружечків Викласти 1 жовтий трикутничок потім 1 синій. Скільки всього трикутничків Як же отримати число 2 Висновок: щоб отримати число 2 треба до 1 додати 1. Скільки намистинок ліворуч Скільки намистинок праворуч...
58291. Деятельность в социально-гуманитарной сфере и профессиональный выбор 62.5 KB
  Знать: что такое профессия чем она отличается от специальности; условия способствующие успешному трудоустройству; мотивы определяющие выбор конкретной профессии; особенности профессий социально-гуманитарной направленности. Мотивы выбора профессии.
58292. Лічба предметів. Поняття довгий, короткий, найдовший, найкоротший, однакові за довжиною 33 KB
  Повторення вивченого матеріалу Порахувати від 1 до 10; порахувати від 10 до 1; порахувати від того числа яке показує вчитель на картці. Порахувати овочі поєднати їх з відповідною цифрою. Завдання: порахувати скільки на малюнках гарбузів помідорів.
58294. Лічба і порівняння предметів. Знаки «більше», «менше», «дорівнює». Написання цифр 1 і 2 36 KB
  Вчитель показує картку з цифрою а учні відкладають відповідну кількість однакових геометричних фігур. Ознайомлення з математичними знаками Діти викладають на партах ліворуч 1 геометричну фігуру а праворуч дві.
58298. Склад числа 4. Чотирикутник. Розпізнавання геометричних фігур. Написання цифр 32.5 KB
  Мета: формування в учнів вміння порівнювати числа; познайомити з чотирикутником; вчити розпізнавати геометричні фігури й називати їх; вдосконалювати навички усної лічби; розвивати спостережливість увагу логічне мислення.