Выбор материала, обоснование видов и разработка режимов термической обработки зубчатых колес

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Электропечь сопротивления  для цементации.

Рис.5.1. Шахтная муфельная электропечь для газовой цементации:

1 – механизм подъема и поворота  крышки; 2 – корзина;

3 – муфель; 4 – нагреватели; 5 –  кожух; 6 – камера печи;

7 – вентилятор; 8 – крышка; 9 –  свеча; 10 – капельник;

11 – бачок с керосином.

 

 

Шахтные муфельные электропечи предназначены для химико-термической обработки деталей и светлого отжига проволоки и ленты из черного и цветных металлов в бунтах. Муфели и приспособления изготовляют из хромоникелевой стали или сплава. Материалом для нагревателей   служит   нихром Х20Н80 или безникелевые сплавы типа Х27Ю5Т.

Температура цементации 930 °С. В качестве футеровки применяют  шамот и теплоизоляционные материалы.  Электрические нагреватели располагают на стенах шахты печи.  СШЦМ для газовой цементации мелких деталей. Печь имеет жароупорный муфель, установленный на подставку, опирающуюся на футеровку пода печи. Футеровка выполнена из шамотного огнеупорного и теплоизоляционного материалов. Нагреватели расположены на стенках и поду шахты печи. Специальные приспособления из жаропрочных сталей, устанавливаемые в муфель, имеют съемные днища с отверстиями для прохождения газа-карбюризатора. Печь закрывается крышкой. Крышка имеет механизм подъема и поворота. В крышке имеются отверстия для подачи в муфель газа-карбюризатора и отвода отработанной атмосферы. По центру крышки установлен вентилятор  для перемешивания атмосферы в муфеле для получения стабильных результатов по глубине насыщения углеродом обрабатываемых деталей. Вентилятор включается после загрузки партии деталей в муфель и работает в течение всего времени химико-термической обработки. Для равномерного нагрева муфеля, а следовательно, и обрабатываемых деталей печь по высоте разделена на две самостоятельные температурные зоны. Верхняя часть печи теряет больше теплоты в окружающее пространство, чем нижняя часть, поэтому верхняя зона потребляет больше электрической энергии. В шахтной печи с муфелем исключается взаимодействие электрических нагревателей с цементующей атмосферой. Условия работы нагревателей в печах с муфелем и обычных печах с воздушной атмосферой аналогичны. Шахтные печи изготовляют различной мощности.

 

 

 

 

 

 

Электропечь сопротивления  для высокого, низкого отпуска  и закалки.

Рис. 5.2. Шахтная электропечь типа СШО, СШЗ:

1 – механизм подъема и поворота крышки; 2 – крышка;

3 – термопары; 4 – вентилятор; 5 – направляющие на экране;

6 – теплоизоляция; 7 – экран  с направляющими;

8 – нагреватели; 9 – песочный  затвор.

 

На рисунке 18 показана шахтная электропечь типа СШО, СШЗ с температурой нагрева до 700 °С. Печь работает с окислительной или защитной атмосферой и представляет собой каркас, футерованный огнеупорными и теплоизоляционными материалами. Сверху печь перекрывается поворотной крышкой с механизмом подъема и поворота. Вентилятор расположен внизу печи. Нагреватели размещены на боковых стенках печи. Между нагревателями и обрабатываемыми деталями или изделиями имеется экран с направляющими для предохранения его от повреждений при загрузке изделий (например, в виде бунтов). Для обеспечения равномерности нагрева печь разбита по высоте на три температурные зоны I-III. Температуру измеряют термопарами. Разъем между печью и крышкой уплотняют с помощью песочного затвора.

 

 

Закалочный  бак.

Рис. 5.3. Закалочный бак с механизированным перемещением стола

 

К оборудованию, предназначенному для охлаждения при закалке, относят  немеханизированные и механизированные закалочные баки, в которых детали охлаждаются в свободном состоянии, закалочные прессы, закалочные и гибозакалочные машины, в которых детали (шестерни, валы, листы, рессоры) закаливаются в зажатом состоянии.

Немеханизированный заклочный  бак представляет собой ёмкость  цилиндрической или прямоугольной  формы. Бак сваривают из  листовой низкоуглеродистой стали толщиной 4—6 мм. В термических цехах применяют небольшие закалочные баки для закалки мелких и средних деталей. Размеры баков в плане (в мм): 60х700, 700х1200. Глубина баков около 1000 мм. В немеханизированных баках все процессы по передаче деталей в бак, перемещению в баке и выдаче их из бака выполняют вручную. Ориентировочный объем закалочной жидкости в баке составляет 15 л на 1 кг охлаждаемых деталей. Для крупных деталей (штампы, валы и т. п.) размеры закалочных баков могут достигать нескольких метров.

 При определении  объема закалочного бака и его размеров следует учитывать, что для обеспечения: равномерных условий охлаждения деталей над ними и под ними должен быть слой закалочной жидкости толщиной не менее 100мм. Кроме того, уровень закалочной жидкости должен быть, от края бака на расстоянии не менее, чем 100—150 мм.

Для закалки деталей, применяют баки с механизированным перемещением закалочного стола, на который устанавливается поддон с нагретыми деталями. При помощи пневматического подъемника стол может опускаться и подниматься в баке.

 

Установка для  обработки холодом.

Рис. 5.4. Камера шкафная

 

Для охлаждения небольшого числа отдельных деталей, например, режущего инструмента, калибров и других изделий из высоколегированной стали применяют камеры полезным объемом 0,1—1,0м³. Камера шкафная (КТХ) оборудована компрессорной установкой, обеспечивающей охлаждение до —100°С, и электронагревателями, позволяющими нагревать камеру до 155°С. На рис.20 показан разрез камеры КТХ. Машинное отделение расположено в нижней части камеры. Электрические нагреватели расположены под рабочим пространством камеры. Крыльчатка вентилятора, вращаемая электродвигателем, направляет поток воздуха в воздухоохладитель, в котором размещён змеевик, последовательно соединённый со змеевиком испарителя, припаянным к поверхности внутреннего корпуса камеры. Через окно в двери можно при включенном осветительном приборе осматривать внутреннее пространство камеры.

Моечная машина.

 

Рис. 5.5. Схема малогабаритной моечной машины

 

В термическом производстве используют моечные машины различных типов. На рисунке 5.5 показана малогабаритная моечная машина с роликовым подом конструкции ЗИЛ. На сварной раме установлена моечная камера, вход в которую закрыт резиновой заслонкой. Контейнер с уложенными деталями устанавливают на роликовый под. В процессе промывки контейнер  совершает возвратно-поступательные перемещения в моечной камере со скоростью 2,9 м/мин.

 

Расчёт количества оборудования.

Определение потребного количества печей для каждой операции:

;

- потребное время работы печи, печи-час;

- действительный годовой фонд  времени, ч;

печи-час;

- оперативное время на термообработку  одной садки, ч;

- количество садок в годовой  программе;

- годовая программа выпуска, шт;

Определим количество оборудования для всех операций.

Исходные данные: =200000шт, =4180ч

1. Для цементации:

; 

 п/ч;  

; 

;    

.   

2. Для высокого отпуска:

;

 п/ч;

;  

;    

.    

3. Для закалки:    

;     

 п/ч;                          

;

;

.

 

 

 

4. Для обработки холодом:

;

п/ч;

  ;  

;    

.     

5. Для низкого отпуска:

;

 п/ч;

;

;

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Выбор методов контроля

Контроль параметров технологического процесса.

Контроль температуры.

Контроль и регулирование  температуры в печах проводится с помощью потенциометров. В настоящее время наиболее совершенным прибором является электронный автоматический потенциометр КСП-4. Первичным прибором-датчиком является термопара, тип термопары выбирается в зависимости от рабочей температуры печи. Марки и технические характеристики термопар приведены в таблице 6.1.

Таблица 6.1   

Марки и характеристики применяемых термопар ГОСТ 6616-74            

Операция	Темпе-ратура, °С	Тип термопары	Градуировка	Материал электродов	Предел измерения при  длительной работе		Предел измерения при кратковременной работе
цементация выс.отпуск закалка	960 650 880	ТХА	ХА	хромель- алюмель	50	1000	1300
обработка холодом	- 50	термометр	-	-	-	-	-
низ.отпуск	250	ТХК	ХК	хромель- копель	50	600	800

 

Контроль синтина.

Контроль расхода синтина осуществляется с помощью ротаметра и должен составлять 6,5...7,2мл/мин или 160...180капель/мин.

 

Контроль внешнего вида.

Проводится внешний  осмотр готовых деталей на коробление и изменение размеров. Контроль внешнего вида проводится на 100%.

 

Контроль твёрдости термически обработанных деталей.

Твёрдость является одной  из характеристик качества цементации. Твёрдость измеряется после цементации, закалки и низкого отпуска. Контроль твёрдости проводится по методу Роквелла (ГОСТ 9013-59) на приборе ТК-2 путём вдавливания в зачищенную поверхность алмазного конуса при нагрузке Р=1470Н. Показания прибора снимают по шкале «С» - чёрного цвета.

 

Контроль глубины цементованного слоя.

Для контроля глубины  цементованного слоя используют пресс  Бринеля. Этот метод заключается во вдавливании в зачищенную поверхность закалённого шарика диаметром 2,5мм при нагрузке равной Р=187,5Н.

 

Контроль микроструктуры.

Микроструктуру исследуют  на микроскопах, вырезанных из цементованных  и закалённых образцах с помощью специальных шкал, разработанных для данной стали. Содержание углерода определяется послойным химическим или спектральным анализом.