Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования РФ

Южно-Уральский Государственный Университет

Кафедра «Станки и инструменты»

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛИ «ЗУБЧАТОЕ КОЛЕСО»

Пояснительная записка к курсовой работе

по дисциплине «Технология конструкционных материалов»

Руководитель______________(А. В. Щурова)

«____»_____________2006

Автор работы: Студент группы ТВ-217

___________________(В. М. Аносов)

«____»_____________2006

Работа защищена с оценкой

«____»_____________200

Челябинск

2006

Аннотация

Аносов В. М. Разработка технологического процесса изготовления детали «зубчатое колесо» - Челябинск: ЮУрГУ, ТВ, 2006, 39 стр., 30 илл. Библиография литературы -

4 наименования, 1 лист чертежей Ф. А4.

В курсовой работе разработан маршрутно-технологический процесс получения детали. Приведены способы получения заготовки. Описано получение заготовки методом горячая объемная штамповка. Приводится схема обработки резанием и способы контроля.

1. Технологический анализ для определения процесса изготовления детали

Зубчатое колесо 40 ГОСТ 1050 - 74 400 шт. m=2,5; Z=30; степень точности 7.

Эскиз детали

1. Торец 15, ;

2. Фаска 1,645, ;

3. Боковая поверхность цилиндра 15, ;

4. Отверстие, М8 - 7Н;

5. Торец 25, ;

6. Боковая поверхность цилиндра 25_-0,025, ;

7. Радиусный переход (галтерия) R2 с 25_-0,025 на 80, ;

8. Торец 80 _{- 0,2}, ;

9. Фаска 1,645, ;

10. Боковая поверхность цилиндра 80 _{- 0,2}, ;

11. Фаска 1645, ;

12. Торец 80 _{- 0,2}, ;

13. Внутренняя поверхность цилиндра 50, ;

14. Внутренний торец цилиндра 50, .

Зубчатое колесо:

40 ГОСТ 4543-71

Сталь среднеуглеродистая, с содержанием - С ~ 0,4.

2. Технология получения заготовки

2.1 Производство чугуна

Материалы, применяемые в доменном производстве

Для выплавки чугуна в доменных печах используют железные руды, топливо и флюсы.

Железные руды содержат железо в различных соединениях.

Магнитный железняк, содержащий магнитную окись железа Fe₃O₄, добывают в виде плотных кусковых пород (55 -- 60% железа). Наиболее крупные месторождения этой руды в нашей стране -- Соколовское и Сарбайское, Курская магнитная аномалия и др.

Красный железняк содержит Fe₂O₃ и имеет красноватый цвет (55--60% Fe). Крупные месторождения этой руды в нашей стране -- Криворожское, Курская магнитная аномалия, Атасуйское и др.

Бурый железняк содержит гидраты окислов железа 2Fe₂O₃3H₂O и Fe₂O₃H₂O (37--55% Fе). Бурый железняк широко распространен в земной коре. Богатые месторождения его в нашей стране -- Керченское, Аятское, Лисаковское.

Шпатовые железняки содержат FeCO₃ (30-- 40% Fe). Богатые залежи шпатового железняка в нашей стране находятся в Бакальском месторождении. Мы располагаем богатейшими в мире месторождениями железных руд. Более 48% мировых разведанных запасов железных руд приходится на долю России.

Марганцевые руды применяют для выплавки ферросплавов с 10--82% Mn, а также передельных чугунов, содержащих до 1% Mn. Марганец в рудах содержится в виде окислов и карбонатов: MnO₂, Mn₂O₃, Mn₃O₄, MnCO₃ и др. В рудах обычно содержится не более 22--45% Mn. Наиболее крупные месторождения марганцевых руд в нашей стране -- Чиатурское и Никопольское. По запасам марганцевых руд Россия занимает первое место в мире.

Хромовые руды используют для производства феррохрома, металлического хрома и огнеупорных материалов -- хромомагнезитов. Хромовые руды содержат сложные соединения хрома -- хромит (FeO, Cr₂O₃), магнохромит (Mg, Fe) Cr ₂O₄ и др. В рудах обычно содержится около 40 Cr₂O₃. Наша страна располагает богатейшими в мире запасами хромовых руд.

Комплексные руды используют для выплавки природно-легированных чугунов. Это железомарганцевые руды, содержащие, кроме железа, до 20% Mn (Атасуйское месторождение), хромоникелевые руды с 37--47% Fе, до 2% Cr, до 1% Ni (Халиловское месторождение), железованадиевые руды, содержащие до 0,17-- 0,35% V.

Топливо. Для доменного процесса требуется прочное, неспекающееся твердое топливо, которое служит не только горючим для нагрева шихты и ее расплавления, но и химическим реагентом для восстановления железа из руды. Естественные виды топлива не обладают необходимыми свойствами, так как они спекаются и недостаточно прочны. Поэтому для доменной плавки применяют твердое топливо -- кокс.

Флюсы. Пустая порода железных руд содержит окислы, температура плавления которых значительно выше развиваемых в доменной печи (Al₂O₃ - 2040°С, СаО - 2570С, MnO - 2800°С). Однако при определенном количественном соотношении этих окислов образуются легкоплавкие соединения -- шлаки, имеющие температуру плавления ниже 1300°С и обладающие хорошей текучестью при 1450--1600° С. Для перевода пустой породы руды и золы кокса в шлаки требуемого химического состава с определенными химическими свойствами в доменную печь при плавке загружают флюсы. Шлаки, образующиеся в доменной печи, должны содержать определенное количество основных окислов (СаО, MnO). Это необходимо для удаления серы из металла, в который она может переходить из кокса и железной руды при плавке. Рекомендуется, чтобы в шлаке отношение содержания (СаО+MnO)/( SiO₂ +А1₂O₃) 1. Обычно пустая порода руды состоит в основном из SiO₂ и А1₂O_3. При выплавке чугуна в доменных печах в качестве флюса используют известняк CaCO₃ или доломитизирванный известняк, содержащий CaCO₃ и MgCO₃.

Выплавка чугуна

Чугун выплавляют в печах шахтного типа - доменных печах. Сущность процесса получения чугуна в доменных печах заключается в восстановлении окислов железа, входящих в состав руды, которую загружают в печь, окисью углерода, водородом и твердым углеродом, выделяющимся при сгорании топлива в печи.

Устройство и работа доменной печи

Доменная печь (рис. 2.1.1) имеет стальной кожух, выложенный изнутри огнеупорным шамотным кирпичом. Рабочее пространство печи включает колошник 6, шахту 5, распар 4, заплечики 3, горн 1, лещадь 15. В верхней части колошники находится засыпной аппарат 8, через который в печь загружают шихту (офлюсованный агломерат и окатыши). Шихтовые материалы поступают в бункера, расположенные на рудном дворе: офлюсованный агломерат с агломерационной фабрики, а кокс от коксовых батарей коксохимического завода. Из бункеров шихтовые материалы подаются в вагон - весы, на которых взвешивают определенный порции шихты. Из вагона - весов кокс и агломерат передаются в вагонетку 9 скипового подъемника. Две скиповые вагонетки с помощью лебедки передвигаются по наклонному мосту 12 к засыпному аппарату 8 и, опрокидываясь, высыпают шихту в приемную воронку 7 распределителя шихты. При опускании малого конуса 10 засыпного аппарата шихта попадает в чашу 11, а при опускании большого конуса 13 -- в доменную печь. Такая последовательность работы механизмов засыпного аппарата необходима для предотвращения выхода газов из доменной печи в атмосферу. Для равномерного распределения шихты в доменной печи малый конус и приемная воронка после загрузки очередной порции материалов поворачиваются на угол, кратный 60. Все механизмы засыпного аппарата и скипового подъемника работают автоматически по заданной программе. В процессе работы печи шихтовые материалы постепенно опускаются вниз, а через загрузочное устройство в печь подаются новые порции шихтовых материалов в таком количестве, чтобы весь полезный объем печи был заполнен. Полезный объем печи -- это объем, занимаемый шихтой от лещади до нижней кромки большого конуса засыпного аппарата при его опускании. Современные доменные печи имеют полезный объем 2000--5000 м³. Полезная высота доменной печи достигает 35 м. В верхней части горна находятся фурменные устройства 14, через которые в печь поступают нагретый воздух, необходимый для горения кокса, и газообразное топливо, в некоторых случаях жидкое или пылевидное топливо. Предварительный нагрев воздуха необходим для уменьшения потерь теплоты в печи. Воздух поступает в доменную печь из воздухонагревателей. Для нагрева воздуха применяют воздухонагреватели регенеративного типа. Внутри воздухонагревателя (рис.2.1.2) имеется камера сгорания 2 и насадка 4, занимающая основной объем воздухонагревателя. Насадка выложена из огнеупорных кирпичей 3 так, что между ними образуются вертикальные каналы. В нижнюю часть камеры сгорания к горелке 1 подается очищенный от пыли колошниковый газ, который сгорает и образует горячие газы. Горячие газы, проходя через насадку, нагревают еe и удаляются из воздухонагревателя через дымовую трубу. Затем подача газа к горелке прекращается, и по трубопроводу через насадку пропускается холодный воздух, подаваемый турбовоздуходувной машиной. Доменная печь имеет несколько воздухонагревателей: в то время как в одних насадка нагревается горячими газами, в других она отдает теплоту холодному воздуху, нагревая его. Поcле охлаждении нагретой насадки воздухом нагреватели переключаются. Воздух, проходя через насадку воздухонагревателя, нагревается до 1000-1200°С и поступает к фурменному устройству 14 доменной печи (см. рис.2.1.1), а оттуда в ее рабочее пространство.

2.2 Производство стали

Сущность процесса

Основными материалами для производства стали являются передельный чугун и стальной лом (скрап). Содержание углерода и примесей в стали значительно ниже, чем в чугуне.

Таблица 1.1

Материал	C	Si	Mn	P	S
Предельный чугун	4-4,4	0,76-1,26	До 1,75	0,15-0,3	0,03-0,07
Сталь низкоуглеродистая	0,14-0,22	0,12-0,3	0,4-0,65	0,05	0,055

Поэтому сущность любого металлургического передела в сталь является снижение содержания углерода и примесей путем их избирательного окисления и перевода в шлак и газы в процессе плавки.

Примеси отличаются по своим физико-химическим свойствам, поэтому для удаления каждой из них в плавильном агрегате создают определенные условия, используя основные законы физической химии.

В соответствии с законом действующих масс скорость химических реакций пропорциональна концентрации реагирующих веществ. Поскольку в наибольшем количестве в чугуне содержится железо, с кислородом в сталеплавильной печи

Fe + 1/2O2 = FeO + 263,68 кДж (1)

Одновременно с железом окисляется Si, P, Mn, C и др.

Образующийся оксид железа при высоких температурах растворяется в железе и отдает свой кислород более активным элементам - примесям в чугуне, окисляя их:

2Fe + Si = SiO2 + 2Fe + 330,5 кДж

5FeO + 2P = P2O5 + 5Fe + 225,94 кДж

FeO + Mn = MnO + Fe + 122,59 кДж

FeO + C = CO + Fe - 153,93 кДж

Чем больше оксида железа содержится в жидком металле, тем активнее окисляются примеси. Для ускорения окисления примесей в сталеплавильную печь добавляют железную руду, окалину, содержащие много оксидов железа. Таким образом, основное количество примесей окисляется за счет кислорода оксида железа.

Скорость окисления примесей зависит не только от их концентрации, но и от температуры металла, и подчиняется принципу Ле Шателье, в соответствии с которым химические реакции, выделяющие теплоту, протекают интенсивнее при более низких температурах или при некотором понижении температуры, а реакции поглощающие теплоту, протекают активнее при высоких температурах или при некотором повышении температуры. Поэтому в начале плавки, когда температура металла невысока, интенсивнее идут процессы окисления кремния, фосфора, марганца, протекающие с выделением теплоты, а углерод интенсивно окисляется только при высокой температуре металла (в середине и конце плавки).

После расплавления шихты в сталеплавильной печи образуются две несмешивающиеся среды: жидкий металл и шлак. Металл и шлак разделяются из-за различных плотностей. В соответствии с законом распределения (закон Нернста), если какое-либо вещество растворяется в двух соприкасающихся, но не смешивающихся жидкостях, то распределение вещества между этими жидкостями происходит до установления определенного соотношения (константы распределения) постоянного для данной температуры. Поэтому большинство компонентов (Mn, Si, P, S) и их соединения, растворимые в жидком металле и шлаке, будут распределяться между металлом и шлаком в определенном соотношении, характерном для данной температуры.

Нерастворимые соединения, в зависимости от плотности будут переходить либо в шлак, либо в металл. Изменяя состав шлака, можно менять соотношение между количеством примесей в металле и шлаке так, что нежелательные примеси будут удаляться из металла в шлак. Убирая шлак с поверхности металла и наводя новым путем подачи флюса требуемого состава, можно удалять вредные примеси (серу, фосфор) из металла. Поэтому регулирование состава шлака с помощью флюсов является одним из основных путей управления металлургическими процессами.

Используя изложенные законы, процессы выплавки стали осуществляют в несколько этапов.

Первый этап - расплавление шихты и нагрев ванны жидкого металла. На этом этапе температура металла не высока; интенсивно происходит окисление железа, образование оксида железа и окисление примесей Si, P, Mn по реакциям (1)-(4). Наиболее важная задача этого этапа: удаление фосфора - одной из вредных примесей в стали. Для этого необходимо проведение плавки в основной печи, в которой можно использовать основной шлак, содержащий CaO. Выделяющийся по реакции (3) фосфорный ангидрид образует с оксидом железа нестойкое соединение (FeO)3? P2O5. Оксид кальция CaO - более сильное основание, чем оксид железа поэтому при невысоких температурах связывает ангидрид P2O5, переводя его в шлак:

2[P] + 5(FeO) + 4(CaO) = ?(4CaO? P2O5) + 5[Fe] (6)

Реакция образования фосфорного ангидрида протекает с выделением теплоты, поэтому в соответствии с принципом Ле Шателье для удаления фосфора из металла необходимы невысокие температуры ванны металла и шлака. Из реакций (3) и (6) следует также, что для удаления фосфора из металла необходимо достаточное содержание в шлаке FeO. Для повышения содержания FeO в шлаке в сталеплавильную печь в этот период плавки добавляют окалину, железную руду, наводя железистый шлак. По мере удаления фосфора из металла в шлак содержание фосфора в шлаке возрастает. В соответствии с законом распределения удаление фосфора из металла замедляется. Поэтому для более полного удаления фосфора из металла с его зеркала убирают шлак, содержащий фосфор, и наводят новый со свежими добавками CaO.

Второй этап - «кипение» металлической ванны - начинается по мере ее прогрева до более высоких температур, чем на первом этапе. При повышении температуры металла в соответствии с принципом Ле Шателье более интенсивно протекает реакция (5) окисления углерода, происходящая с поглощением теплоты. Поскольку в металле содержится больше углерод, чем других примесей (см. табл. 1.1), то в соответствии с законом действующих масс для окисления углерода в металл вводят значительное количество руды, окалины или вдувают кислород. Образующийся в металле оксид железа реагирует с углеродом по реакции (5), а пузырьки оксида углерода CO выделяются из жидкого металла, вызывая «кипение» ванны. При «кипении» уменьшается содержание углерода в металле до требуемого, выравнивается температура по объему ванны, частично удаляются неметаллические включения, прилипающие к всплывающим пузырькам CO, а также другие газы, проникающие в пузырьки CO. Все это способствует повышению качества металла. Поэтому этап «кипения» ванны является основным в процессе выплавки стали.

В этот же период создаются условия для удаления серы из металла. Сера в стали находится в виде сульфида [FeS], который растворяется также в основном шлаке (FeS). Чем выше температура, тем больше количество FeS растворяется в шлаке, т.е. больше серы переходит из металла в шлак. Сульфид железа, растворенный в шлаке, взаимодействует с оксидом кальция, также растворенным в шлаке:

(FeS) + (CaO) = (CaS) + (FeO) (7)

Эта же реакция протекает на границе металл - шлак между сульфидом железа в стали [FeS] и [CaO] в шлаке:

[FeS] + (CaO) = (CaS) + (FeO) (8)

Образующееся соединение CaS растворимо в шлаке, но не растворяется в железе, поэтому сера удаляется в шлак.

Как следует из реакции (7) и (8), чем больше в шлаке (CaO) и меньше (FeO), тем полнее удаляется из стали сера. Поэтому, при плавки в основных печах можно снизить содержание углерода и серы в стали, выплавлять сталь из шихты любого химического состава.

Третий этап (завершающий) - раскисление стали - заключается в восстановлении оксида железа, растворенного в жидком металле. При плавке повышение содержания кислорода в металле необходимо для окисления примесей, но в готовой стали кислород - вредная примесь, так как понижает механический процесс стали, особенно при высоких температурах. Сталь раскисляют двумя способами: осаждающим и диффузионным.

Осаждающее раскисление осуществляется введением в жидкую сталь растворимых раскислителей (ферромарганца, ферросилиция, алюминия), содержащих элементы(Mn,Si,Al, и др.), которые в данных условиях обладают большим сродством к кислороду, чем железо. В результате раскисления восстанавливается железо, и образуются оксиды MnO, SiO₂, Al₂O₃ и другие, которые имеют меньшую плотность, чем сталь, и удаляются в шлак. Однако часть их может остаться в стали, что понижает ее свойства.

Диффузионное раскисление осуществляют раскислением шлака. Ферромарганец, ферросилиций и другие раскислители в мелкоразмельченом виде загружают на поверхность шлака Раскислители, восстанавливая оксид железа, уменьшают его содержание в шлаке. В соответствии с законом распределения оксид железа, растворенный в стали начнет переходить в шлак. Образующиеся при таком способе раскисления оксиды остаются в шлаке, а восстановленное железо переходит в сталь, сто уменьшает содержание в ней неметаллических включений и повышает ее качество.

В зависимости от степени раскисленности выплавляют спокойные кипящие и полуспокойные стали.

Спокойная сталь получается при полном раскислении в печи и ковше.

Кипящая сталь раскислена в печи не полностью. Ее раскисление продолжается в изложнице при затвердивании слитка, благодаря взаимодействию FeO и углерода, содержащихся в металле. Образующийся при реакции FeO + C = Fe + CO оксид углерода выделяется из стали, способствуя удалению из стали азота и водорода. Газы выделяются в виде пузырьков, вызывая ее «кипение». Кипящая сталь практически не содержит неметаллических включений - продуктов раскисления, поэтому обладает хорошей пластичностью.

Полуспокойная сталь имеет промежуточную раскисленность между спокойной и кипящей. Частично она раскисляется в печи и в ковше, а частично в изложнице благодаря взаимодействию оксида железа и углерода, содержащихся в стали.

Легирование стали осуществляют введением ферросплавов или чистых металлов в необходимом количестве в расплав. Легирующие элементы, сродство к кислороду которых меньше, чем у железа (Ni, Co, Mo, Cu), при плавки и разливке практически не окисляются и поэтому их вводят в печь в любое время плавки (обычно вместе с остальной шихтой). Лигирующие элементы, у которых сродство к кислороду больше, чем у железа (Si, Mn, Al, Cr, V,Ti и др.), вводят в металл после или одновременно с раскислителем, в конце плавки, а иногда непосредственно в ковш.

Чугун переделывают в сталь в различных по принципу действия металлургических, дуговых электропечах.

Существует три способа производства стали:

1. Производство стали в конверторах;

2. Производство стали в мартеновских печах;

3. Производство стали в электропечах.

Данная сталь со средним содержанием углерода. Для её воспроизводства необходимо и достаточно применить «Мартеновские печи».

Производство стали в мартеновских печах

Устройство и работа мартеновской печи. Мартеновская печь (рис.2.3) - пламенная отражательная регенеративная печь. Она имеет рабочее плавильное пространство, ограниченное снизу подиной 12, сверху сводом 11, а с боков передней 5 и задней 10 стенками. Подина имеет форму ванны с откосами по направлению к стенкам печи. Футеровка печи может быть основной и кислой. Если в процессе плавки стали в шлаке преобладают основные окислы, процесс называют мартеновским процессом, а если кислые - кислым. Основную мартеновскую печь футеруют магнезитовым кирпичом, на который набивают магнезитовый порошок. Кислую мартеновскую печь футеруют динасовым кирпичом, а подину набивают из кварцевого песка. Свод мартеновской печи делают из динансового кирпича или магнезитохромитового кирпича. В передней стенке печи имеются загрузочные окна 4 для подачи шихты и флюса, а в задней - отверстие 9 для выпуска готовой стали.

В нашей стране работают мартеновские печи вместимостью 200-900т жидкой стали. Характеристикой рабочего пространства является площадь пода печи, которую условно подсчитывают на уровне порогов загрузочных окон. Например, для печи вместимостью 900т площадь пода составляет 115м². Головки печи 2 служат для смешения топлива (мазута или газа) с воздухом и подачи этой смеси в плавельное пространство.

Для подогрева воздуха и газа (при работе на низкокалорийном газе) печь имеет два регенератора 1). Регенератор - это камера, в которой размещена насадка - огнеупорный кирпич, выложенный в клетку. Отходящие из печи газы имеют температуру 1500 - 1600єC. Попадая в регенераторы, газы нагревают насадку до 1250 - 1280єС. Через один из регенераторов, например, правый, подают воздух, который, проходя через насадку, нагревается до температуры 1100 - 1200єС и поступает в головку печи, где смешивается с топливом: на выходе из головки образуется факел 7, направленный на шихту 6. Отходящие газы проходят через противоположную головку (левую), очистные устройства (шлаковики), служащие для отделения от газа частиц шлака и пыли, и направляются во второй (левый) регенератор, нагревая его насадку. Охлаждённые газы покидают печь через дымовую трубу 8. После охлаждения насадки правого регенератора переключают клапаны и поток газов в печи изменяет направление: через нагретые левый регенератор и головку в печь поступает воздух, а правый нагревается теплотой отходящих газов.

Факел имеет температуру 1750 - 1800єС и нагревает рабочее пространство печи и шихту. Факел способствует окислению примесей шихты при плавке.

В зависимости от состава шихты, используемой при плавке, различают разновидности мартеновского процесса: 1) скрап-процесс, при котором шихта состоит из стального лома (скрапа) и 25-45% чушкового предельного чугуна; процесс применяют на заводах, где нет доменных печей, но расположенных в промышленных центрах, где много металлолома; 2) скрап-рудный процесс, при котором шихта состоит из жидкого чугуна (55-75%), скрапа и железной руды; процесс применяют на металлургических заводах, имеющих доменные печи. Наибольшее количество стали производят скрап-рудным процессом в мартеновских печах с основной футеровкой, что позволяет переделывать в сталь различные шихтовые материалы.

Плавка стали скрап-рудным процессом в основной мартеновской печи. В печь с помощью завалочной машины загружают железную руду и известняк и после их прогрева подают скрап. По окончании прогрева скрапа в печь заливают жидкий чугун, который взаимодействует с железной рудой и скрапом. В период плавления за счёт оксидов руды и скрапа интенсивно окисляются примеси чугуна: кремний, фосфор по реакции (6), марганец и частично углерод. Оксиды SiO₂, P₂O₅, MnO, а также CaO и извести образуют шлак с высоким содержанием FeO и MnO (железистый шлак).

После расплавления шихты, окисление значительной части примесей и разогрева металла проводят период «кипения» ванны: в печь загружают железную руду или продувают ванну подаваемым по трубам 3 (см. рис2.3) кислородом. Углерод в металле интенсивно окисляется, образуется оксид углерода. В это время отключают подачу топлива и воздуха в печь и удаляют шлак.

Для удаления из металла серы наводят новый шлак, подавая на зеркало металла известь с добавлением боксита или плавикового шпата для уменьшения вязкости шлака. Содержание СаО в шлаке возрастает, а FeO уменьшается. Это создаёт условия для интенсивного протекания реакции (7) и (8) и удаления из металла серы.

В период «кипения» углерод интенсивно окисляется. Поэтому для «кипения» ванны шихта должна содержать избыток углерода (на 0,5-0,6%) сверхзаданного в выплавляемой стали. В процессе «кипения» металл доводится до заданного химического состава, его температура выравнивается по объёму ванны, из него удаляются газы и неметаллические включения. Процесс «кипения» считают окончившимся, если содержание углерода в металле соответствует заданному, а содержание фосфора минимальным, после этого металл раскисляют в два этапа: 1) в период «кипения» прекращают загрузку руды в печь, вследствие раскисление идёт путём окисления углерода металла, одновременно подавая раскислители - ферромарганец, ферросилиций, алюминий; 2) окончательно раскисляют алюминием и ферросилицием в ковше при выпуске стали из печи. После отбора контрольных проб сталь выпускают в сталеразливочный ковш через отверстие в задней стенке печи.

В основных мартеновских печах выплавляют, стали углеродистые конструкционные, низко- и среднелегированные (марганцовистые, хромистые), кроме высоколегированных сталей и сплавов, которые получают в плавильных электропечах.

Кислый мартеновский процесс. Этим способом выплавляют качественные стали. Поскольку в печах с кислой футеровкой нельзя навести основной шлак для удаления фосфора и серы, то применяют шихту с низким содержанием этих составляющих. Стали, выплавляемые в кислых мартеновских печах, содержат меньше водорода и кислорода, неметаллических включений, чем выплавленные в основной печи. Поэтому кислая сталь имеет более высокие механические свойства, особенно ударную вязкость и пластичность, и её используют для особо ответственных деталей: коленчатых валов крупных двигателей, роторов мощных турбин, шарикоподшипников.

3. Технология получения заготовки

3.1 Возможные способы получения заготовки

Виды обработка металлов давлением

Процессы обработки металлов давлением по назначению подразделяют на два вида:

1) для получения заготовок постоянного поперечного сечения по длине (прутков, проволоки, лент, листов), используемых в строительных конструкциях или в качестве заготовок для последующего изготовления из них деталей только обработкой резанием или с использованием предварительной обработки металлов давлением; основными разновидностями таких процессов являются прокатка, прессование и волочение;

2) для получения деталей или заготовок (полуфабрикатов), имеющих приближенно формы и размеры готовых деталей и требующих обработки резанием лишь для придания им окончательных размеров и получения поверхности заданного качества; основными разновидностями таких процессов являются ковка и штамповка.

Прокатка заключается в обжатии заготовки между вращающимися валками. Силами трения Р_тр заготовка втягивается между валками, а силы Р, нормальные к поверхности валков, уменьшают поперечные размеры заготовки (рис.3.1.1,а).



Прессование (рис.3.1.1,б) заключается в продавливании заготовки 2, находящейся в замкнутой форме 3, через отверстие матрицы 1, причем форма и размеры поперечного сечения выдавленной части заготовки соответствуют форме и размерам отверстия матрицы, а длина ее пропорциональна отношению площадей поперечного сечения исходной заготовки и выдавленной части и перемещению давящего инструмента 4.

Волочение (рис.3.1.1, в) заключается в протягивании заготовки 2 через сужающуюся полость матрицы 1; площадь поперечного сечения заготовки уменьшается и получает форму поперечного сечения отверстия матрицы.

Ковкой (рис.3.1.1, г) изменяют форму и размеры заготовки 1 путем последовательного воздействия универсальным инструментом 2 на отдельные участки заготовки.

Штамповкой изменяют форму и размеры заготовки с помощью специализированного инструмента -- штампа (для каждой детали изготовляют свой штамп).

Различают листовую и объемную штамповку. Листовой штамповкой (рис.3.1.1, д) получают плоские и пространственные полые детали из заготовок, у которых толщина значительно меньше размеров в плане (листа, ленты, полосы). Обычно заготовка деформируется с помощью пуансона 1 и матрицы 2. При объемной штамповке сортового металла (рис.3.1.1, е) па заготовку, являющуюся обычно отрезком прутка, воздействуют специализированным инструментом -- штампом 1, причем металл заполняет полость штампа, приобретая ее форму и размеры.

3.2 Выбор эффективного способа получения заготовки. Производство заготовки объемной штамповкой

Т.к. партия изготовляемых деталей составляет 400шт.

Производство не крупносерийное; материал детали не литейная сталь, в исключительных случаях заготовку можно получить способом горячей объемной штамповкой.

Производство заготовки горячей объемной штамповкой

Горячая объемная штамповка -- это вид обработки металлов давлением, при котором формообразование поковки из нагретой заготовки осуществляют с помощью специального инструмента -- штампа (см. рис.3.1.1, е). Течение металла ограничивается поверхностями полостей (а также выступов), изготовленных в отдельных частях штампа, так что в конечный момент штамповки они образуют единую замкнутую полость (ручей) по конфигурации поковки.

В качестве заготовок для горячей штамповки в подавляющем большинстве случаев применяют прокат круглого, квадратного, прямоугольного профилей, а также периодический. При этом прутки разрезают на отдельные (мерные) заготовки, хотя иногда штампуют и от прутка с последующим отделением поковки непосредственно на штамповочной машине. Мерные заготовки отрезают от прутка различными способами: на кривошипных пресс - ножницах, механическими пилами, газовой резкой и т. д.

По сравнению с ковкой штамповка имеет ряд преимуществ. Горячей объемной штамповкой можно получать без напусков поковки сложной конфигурации, которые ковкой изготовить без напусков нельзя. При этом допуски на штампованную поковку в 3--4 раза меньше, чем на кованую. Вследствие этого значительно сокращается объем последующей механической обработки; штампованные поковки обрабатывают только в местах сопряжения с другими деталями, и эта обработка может сводиться только к шлифованию.

Производительность штамповки значительно выше -- составляет десятки и сотни поковок в час.

В то же время штамповочный инструмент -- штамп -- дорогостоящий инструмент и является пригодным только для изготовления какой-то одной, конкретной поковки. В связи с этим штамповка экономически целесообразна лишь при изготовлении достаточно больших партий одинаковых поковок.

Кроме того, для объемной штамповки поковок требуются гораздо большие усилия деформирования, чем для ковки таких же поковок. Поковки массой в несколько сот килограммов для штамповки считаются крупными. В основном штампуют поковки массой 20--30 кг. Но благодаря созданию мощных машин в отдельных случаях штампуют поковки массой до 3 т.

Горячей объемной штамповкой изготовляют заготовки для ответственных деталей автомобилей, тракторов, сельскохозяйственных машин, самолетов, железнодорожных вагонов, станков и т. д.

Конфигурация поковок чрезвычайно разнообразна, в зависимости от нее поковки обычно подразделяют на группы. Например, штампованные поковки, показанные на рис.3.2.1, можно разделить на две группы: удлиненной формы, характеризующиеся большим отношением длины к ширине (рис.3.2.1,а), и круглые или квадратные в плане (рис.3.2.1,б).



Способы горячей объемной штамповки

Наличие большого разнообразия форм и размеров штампованных поковок, а также сплавов, из которых их штампуют, обусловливает существование различных способов штамповки.

Так как характер течения металла в процессе штамповки определяется типом штампа, то этот признан можно признать основным для классификации способов штамповки. В зависимости от типа штампа выделяют штамповку в открытых штампах и в закрытых.

Штамповка в открытых штампах (рис.3.2.2, а). Эта штамповка характеризуется переменным зазором между подвижной и неподвижной частями штампа. В этот зазор вытекает заусенец (облой), который закрывает выход из полости штампа и заставляет металл целиком заполнить всю полость. В конечный момент деформирования в заусенец выжимаются излишки металла, находящиеся в полости, что позволяет не предъявлять особо высоких требований к точности заготовок по массе. Заусенец затем обрезается в специальных штампах. Штамповкой в открытых штампах получают поковки всех типов (см рис.3.2.1,а, б)

Штамповка в закрытых штампах (рис.3.2.2, б, в). Эта штамповка характеризуется тем, что полость штампа в процессе деформирования остается закрытой. Зазор между подвижной и неподвижной частями штампа

при этом постоянный и небольшой, так что образование заусенца в нем не предусматривается. Устройство таких штампов зависит от типа машины, на которой штампуют. Например, нижняя половина штампа может иметь полость, а верхняя -- выступ (па прессах), или наоборот (на молотах). Закрытый штамп может иметь не одну, а две взаимно перпендикулярные плоскости разъема, т. е. состоять из трех частей (рис. 3.2.2, в).

При штамповке в закрытых штампах необходимо строго соблюдать равенство объемов заготовки и поковки, иначе при недостатке металла не заполняются углы полости штампа, а при избытке размер поковки по высоте будет больше нужного. Следовательно, в этом случае процесс получения заготовки усложняется, поскольку отрезка заготовок должна сопровождаться высокой точностью. Как правило, штамповкой в закрытых штампах получают поковки, показанные на рис.3.2.1 б.

Существенным преимуществом штамповки в закрытых штампах является уменьшение расхода металла, поскольку нет отхода в заусенец. Поковки, полученные в закрытых штампах, имеют более благоприятную макроструктуру, так как волокна обтекают контур поковки, а не перерезаются в месте выхода металла в заусенец. При штамповке в закрытых штампах металл деформируется в условиях всестороннего неравномерного сжатия при больших сжимающих напряжениях, чем в открытых штампах. Это позволяет получать большие степени деформации и штамповать малопластичные сплавы.

К закрытой штамповке можно отнести штамповку выдавливанием и прошивкой, так как штамп в этих случаях выполняют по типу закрытого и отхода в заусенец не предусматривают. Деформирование металла при горячей штамповке выдавливанием и прошивкой происходит так же, как при холодном прямом и обратном выдавливании.

3.2.1 Получение исходной заготовки для объемной штамповки в прокатном производстве

Инструмент и оборудование для прокатки

Инструментом прокатки являются валки, которые в зависимости от прокатываемого профиля могут быть гладкими (рис. 3.2.1.1., а), применяемыми для прокатки листов, лент и т. п.; ступенчатыми, например, для прокатки полосовой стали, и ручьевыми (рис.3.2.1.1., б) для получения сортового проката. Ручьем называют вырез на боковой поверхности валка, а совокупность двух ручьев пары валков образует калибр. Калибры бывают открытые (рис.3.2.1.1.,в). У открытых калибров линия разъема валков находится в пределах калибра, а у закрытых -- вне его пределов. На каждой паре ручьевых валков обычно размещают несколько калибров.

Валки состоят из бочки 1 (рабочая часть валка), шеек 2 (цапф) и трефы 3.

Шейки валков вращаются в подшипниках, устанавливаемых в станинах. В станине имеются нажимные механизмы для изменения расстояния между валками и регулирования взаимного расположения их осей. Комплект прокатных валков со станинами носит название рабочей клети 4 (рис.3.2.1.1.,г).

Крутящий момент от электродвигателя 8 через понижающий редуктор 7 передается шестеренной клети 6, от зубчатых колес которой с



помощью шпинделей 5 и муфт вращение передается на валки. Вследствие наличия шестеренной клети все валки рабочей клети являются ведущими.

Совокупность привода, шестеренной клети, одной или нескольких рабочих клетей образует прокатный стан. Прокатные станы классифицируют по трем основным признакам: по числу и расположению валков в рабочих клетях; по числу и расположению рабочих клетей; по их назначению.



На рисунке «3.2.1.2» показаны виды проката: Сортовой прокат (а) и специальный вид проката (б).

3.2.2 Описание оборудования и инструмента для горячей объемной штамповки (ГКМ)

Т.к производство крупносерийное и деталь зубчатое колесо с большой разницей в диаметре, заготовку рационально получать штамповкой на горизонтально-ковочной машине (ГКМ) высадкой (см.рис.3.2.2.1.,а).

Оборудование для горячей объемной штамповки и его технологические особенности

Для горячей объемной штамповки применяют молоты, кривошипные горячештамповочные прессы, горизонтально-ковочные машины, гидравлические прессы, винтовые прессы и машины для специализированных процессов штамповки. Процесс штамповки на машинах этого типа имеет свои особенности, обусловленные устройством и принципом их действия.

Горизонтально-ковочные машины. Эти машины имеют штампы, состоящие из трех частей (рис.3.2.2.1.): неподвижной матрицы 3, подвижной матрицы 5 и пуансона 1, размыкающихся в двух взаимно перпендикулярных плоскостях.

Пруток 4 с нагретым участком на конце его закладывают в неподвижную матрицу 3. Положение конца прутка определяется упором 2. При включении машины подвижная матрица 5 прижимает пруток к неподвижной матрице, упор 2 автоматически отходит в сторону, и только после этого пуансон 1 соприкасается с выступающей частью прутка и деформирует ее. Металл при этом заполняет формующую полость в матрицах, расположенную впереди зажимной части. Формующая полость может находиться не только в матрицах, но и совместно в матрице и пуансоне, а также только в одном пуансоне.

После окончания деформирования пуансон движется в обратном направлении, выходя из полости матриц; матрицы разжимаются, и деформированную заготовку вынимают или она выпадает из них. Штамповку па горизонтально-ковочной машине можно выполнять за несколько переходов в отдельных ручьях, оси которых расположены горизонтально одна над другой. Каждый переход осуществляется за один рабочий ход машины.

Кинематическая схема горизонтально - ковочной машины дана на рис.3.2.2.2. Главный ползун 7, несущий пуансон, приводится в движение от кривошипного вала 6 с помощью шатуна 5. Подвижная щека 1 приводится от бокового ползуна 3 системой рычагов 2; боковой ползун, в свою очередь, -- кулачками 4, сидящими на конце кривошипного вала машины. Горизонтально-ковочные машины строят усилием на главном ползуне до 31,5 МН.

Основными операциями при штамповке на горизонтально-ковочных машинах являются высадка (см. рис.3.2.2.1., а), прошивка (см. рис.3.2.2.1, б) и пробивка (см. рис.3.2.2.1 в).

4.Разработка технологии получения детали резанием

Порядок выполнения заданной детали.

4.1 Обработка заготовки на токарно-винторезном станке (черновая)

I-центра;

II-заготовка;

III- резец черновой токарный проходной отогнутый левый;

IV-резец проходной прямой с углом 45.

Станок токарно-винторезный.

I-центра;

II-заготовка;

III-резец черновой токарный проходной отогнутый правый;

Фаски 2,4,8 обрабатываются проходным прямым резцом с углом 45.

4.2 Обработка заготовки на токарно-винторезном станке

(чистовая)

Схема токарно-чистовой операции аналогична схеме токарно-черновой операции.

4.3 Обработка заготовки на вертикально-фрезерном станке

I-центра;

II-заготовка;

III-червячная фреза;

Станок вертикально-фрезерный.

4.4 Обработка заготовки на вертикально-сверлильном станке

I-центра;

II-заготовка;

III-сверло.

Станок вертикально-сверлильный.

I-центра;

II-заготовка;

III-сверло;

IV-метчик.

Станок вертикально-сверлильный.

4.5.Обработка заготовки на круглошлифовальном станке.

5.Контроль размеров детали

5.1 Контроль размеров отверстия

Заключение

В данном курсовом проекте были рассмотрены несколько способов получения заготовок и найден наиболее эффективный способ - горячей объемной штамповкой, был рассмотрен способ получения материала, т.е. легированной стали, начиная с железной руды, а также рассмотрен способ получения детали, контроль производится калибр - пробкой, калибр - скобой, т.к. партия изготовления деталей 1500 штук.

Литература

1. Материаловедение и технология обработки материалов. Сборник заданий к курсовой работе /А.В. Щурова. - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2001.- 40с.

2. Технология конструкционных материалов - 2-е изд., прераб. и доп. /А.М. Дальский, В.С.Гаврилюк, Л.Н.Бухарин и др.; Под общ. ред. А.М. Дальского. - М.: Машиностроение,1982.-570с.