Технологический процесс термической обработки колеса зубчатого

Допуски и припуски на поковки регламентируются ГОСТ 7505-89.

На ВКМ изготавливаются следующие поковки: зубчатые колеса, шестерни, конические шестерни с валом; цилиндрические шестерни с валом, кольца, втулки, шестерни с фланцем и т. д.

В нашем случае, поковку возможно технологически выполнить на ВКМ.

 

3. Разработка  технологического маршрута изготовления  детали

Маршрут обработки - общий  план получения детали, начиная с  заготовительной операции и до окончательного получения детали с заданными размерами и техническими параметрами - можно представить в виде табл.1.

 

 

 

 

 

 

Таблица 1. Технологический маршрут изготовления детали

№ п/п	Операция	Цех (участок)	Оборудование	Инструмент
1	Заготовительная	Заготовительный	Пресс-ножницы	Нож
2	Изготовление заготовки (штамповка)	Кузнечный	Вертикально-ковочная машина	Штамп
3	Отжиг	Термический	СНЗ – 3.4.1,2/13	Корзина
4	Черновая механическая обработка	Механический	Токарный станок	Резцы
5	ХТО – цементация, с последующей  закалкой и низким отпуском	Термический	СШЦ – 3.4/10,5	Корзина
6	Чистовая механическая обработка	Механический	Зубошлифовальный станок	Шлифовальный круг
7	Закалка	Термический	ТВЧ-печь	Масляная ванна
8	Отпуск	Термический	СНО-2,55.1.7/12	Поддон
7	Контроль	Лаборатория ОТК	Контроль твердос-ти, толщины слоя после ХТО	Прибор ТК (пресс Роквелла)

 

4. Разработка  чертежа заготовки:

Методика проектирования и разработки чертежа штампованной заготовки представлена в [9]. Конструирование поковки производится на базе чертежа готовой детали в соответствии с требованиями ГОСТ 7505–89. Контур готовой детали (рис.1, а) на чертеже (эскизе) вычерчивается штрихпунктирными линиями, а контур поковки должен быть вычерчен вокруг контура готовой детали сплошными линиями, как показано на рис.1, б.

 

 

 

 

 

                  а - чертеж готовой детали                                б - пример чертежа поковки

Рис.1. Пример чертежа поковки

 

4.1. Определение класса точности поковки

Класс точности поковки  устанавливается в зависимости  от технологического процесса обработки давлением и оборудования, используемого для ее изготовления (табл. 1,[9]), а также исходя из требований, предъявляемых к точности размеров поковки. Т.к. в нашем случае тип производства – серийный, точность размеров поковки – нормальная, а способ получения заготовки - штамповка на вертикально-ковочных машинах (ВКМ), то по таблице 1 [9] получаем, что класс точности поковки - Т4.

4.2-5. Определение группы стали, степени сложности поковки,

массы поковки и конфигурации поверхности разъема штампа

В соответствии с ГОСТ 7505–89 эти характеристики определяются по табл. 2.

Группа  стали зависит от содержания углерода и легирующих элементов и в нашем случае, т.к. сталь 10ХА, низколегированная, с массовой долей углерода до 0,35% включительно и суммарной массовой долей легирующих элементов до 2,0% включительно, группа стали – М1.

Степень сложности поковки С определяют путем вычисления отношения массы (объема) поковки M_п к массе (объему) M_ф геометрической фигуры, в которую вписывается поковка:

С = M_п / M_ф.

Различным степеням сложности  поковок соответствуют следующие  численные значения отношения С = M_п / M_ф:  С1 – свыше 0,63; С2 – свыше 0,32 до 0,63 включительно; С3 – свыше 0,16 до 0,32 включительно; С4 – до 0,16 включительно.

Для определения массы поковки вначале необходимо рассчитать ее объем. Для чего необходимо условно разделить объем детали (см. рис. 2) на несколько простых фигур:

1) Цилиндр длиной l₁₌ 8,5 см и диаметром 3,5 см.

2) Цилиндр длиной l₂₌ 7,2 см и диаметром 4,2 см.

3) Цилиндр длиной l₃₌ 5,2 см и диаметром 6,0 см.

4) Цилиндр длиной l₄₌ 5,5 см и диаметром 3,2 см.

После вычисления объема каждой из этих фигур (объем цилиндра определяется по формуле V=p ^· D^2· L/4; p=3,14 находится суммарный объем детали V_д.

V₁ = 3,14 • 3.5² • 8.5 / 4 = 81,7 см³

V₂ = 3,14 • 4.2² • 7.2 / 4 = 99,7 см³

V₃ = 3,14 • 6² • 5.2 / 4 = 147 см³

V₄ = 3,14 • 3.2² • 5.5 / 4 = 44,2 см³

V_д = V₁ + V₂ + V₃ +V₄= 372,6 см³

По известному объему детали с учетом массовой плотности  стали (r = 7,8 г/см³ = 0,0078 г/мм³) определяется масса детали M_д:

M_д = r • V_д. = 372,6 • 7,8 = 2906,3г или 2,9 кг

Затем определяется расчетная масса поковки M_пр. Расчетная масса поковки представляет собой массу металла, подвергаемого пластической деформации в процессе объемной штамповки. В эту массу не входит масса облоя. Расчетную массу поковки вычисляют по формуле

M_пр = M_д • K_р,

где K_р – расчетный коэффициент, устанавливаемый согласно ГОСТ 7505–89 по табл. 3 [9]. Т.к. заготовку шестерни получают объемной штамповкой, принимается K_р = 1,5.

M_пр = 2,9 • 1,5 = 4,3 кг

Объем V_ф геометрической фигуры, в которую вписывается поковка:

V_ф = p ^· D^2· L/4= 3,14 ^·6,5^2· 21,5/4=713 см³

Масса M_ф геометрической фигуры, в которую вписывается поковка:

M_ф = r • V_ф = 7,8*713 = 5,6 кг

Следовательно степень сложности поковки будет определяться

С = M_пр / M_ф. = 0,7

и, следовательно, соответствовать С1.

Поверхностью  разъема штампа называют поверхность, по которой соприкасаются между собой разъемные части штампа. Эта поверхность выбирается так, чтобы поковка свободно извлекалась из обеих половин штампа. С целью облегчения заполнения деформируемым металлом рабочей полости штампа желательно выбирать поверхность разъема штампа таким образом, чтобы внутренние полости штампа имели наименьшую глубину.

Учитывая характер конструкции поковки, получаемой в данной лабораторной работе (см. рис. 1), целесообразно выбрать плоский разъем штампа.

 

4.6. Определение исходного индекса

Исходный индекс, необходимый  для последующего назначения припусков  и  допусков на размеры поковки, определяется в зависимости от массы поковки, группы стали, степени сложности и класса точности поковки.

В соответствии с ГОСТ 7505–89 исходный индекс назначается  по табл. 4 [9], а методика пользования этой таблицей показана в табл. 5.

Для определения исходного индекса по табл. 4 [9] в графе «Масса поковки» необходимо найти строку, соответствующую этой массе, и, смещаясь вправо по горизонтали или по утолщенным наклонным линиям вправо вниз, до пересечения с вертикальными линиями, соответствующими заданным величинам группы стали М, степени сложности поковки С и класса ее точности Т, определить величину исходного индекса (от 1 до 23).

У нас масса поковки – 4,3 кг, класс точности поковки - Т4, группа стали – М1, степень сложности поковки – С1, поэтому величина исходного индекса будет равна – 11.

4.7. Выбор припусков на механическую обработку

Припуск – это слой металла, который будет удаляться  при дальнейшей обработке поковки на металлорежущих станках с целью получения из нее готовой детали.

Припуск на механическую обработку включает основной, а также дополнительный припуск, учитывающий отклонения формы поковки. Все припуски сторону назначаются на одну номинального размера поковки. Это означает, что любой обрабатываемый наружный размер поковки увеличивается (внутренний уменьшается) по сравнению с соответствующим ему размером готовой детали на величину, равную двум припускам на сторону. В данном случае толщинами считаются размеры поковки, обозначаемые H₁, H₂, и H₃ (см. рис. 1) а размеры, обозначаемые d₁, d₂, d₃ и d₄ будут считаться диаметрами.

Основной припуск на сторону на механическую обработку  линейных размеров и шероховатости  поверхности готовой детали определяется по табл. 6 [9] и, при исходном индексе 13, размеры с учетом удвоенного припуска будут равны:

на диметры:

35мм припуск на сторону = 1,6мм и получим 35 + 1,6 × 2 = 38,2мм

42мм припуск на сторону = 1,6мм                   42 + 1,6 × 2 = 45,2мм

60мм припуск на сторону =  1,6мм                   60 + 1,6 × 2 = 63,2мм

32мм припуск на сторону =  1,6                       32 + 1,6 × 2 = 35,2мм

на длину 212мм припуск на сторону = 1,8мм   212 + 1,8 × 2 = 215,6мм

Дополнительный припуск на сторону, учитывающий возможную изогнутость поковки и ее отклонения от плоскостности и прямолинейности, определяется по табл. 7.

на диметр 63,2мм при Т4 припуск на сторону – 0,3мм           63,8мм

4.8. Определение допусков на размеры поковки.

Допуски на размеры поковки при исходном индексе 11 назначаются по табл. 8 [9]. Согласно ГОСТ 7505–89 разрешается округлять линейные размеры поковки с точностью до 0,5 мм. Допуски, взятые по табл. 8 [9], для внутренних размеров поковки берутся с обратным знаком:

для диаметров:

35 мм допуск -1,6 мм (отклонения верхнее + 1,1 мм, нижнее – 0,5 мм) = 36,1 мм

42 мм -2,0 мм (отклонения верхнее +1,3мм, нижнее -0,7мм) = 43,3 мм

60 мм-2,0 мм (отклонения верхнее +1,3мм, нижнее -0,7мм) = 61,3 мм

32 мм-1,6 мм (отклонения верхнее + 1,1 мм, нижнее – 0,5 мм) = 33,1мм

Для длинны 212мм -2,5мм (отклонения верхнее + 1,6 мм, нижнее – 0,9 мм) = 213,6мм

 

 

 

 

 

 

 

 

4.9. Выбор кузнечных напусков.

Под кузнечным напуском понимают дополнительный объем или  слой металла на обрабатываемых или  необрабатываемых резанием частях поверхности  поковки, необходимый для осуществления  формообразующих операций штамповки.

Кузнечные напуски на поковке могут быть образованы штамповочными уклонами, радиусами закруглений углов поковки и перемычками наметок отверстий, которые получают при дальнейшей обработке резанием. Все кузнечные напуски назначают сверх припуска на обработку резанием. Это повышает отход металла при механической обработке и утяжеляет поковку.

4.9.1. Выбор штамповочных уклонов

Для облегчения заполнения рабочей полости штампа деформируемым металлом и извлечения из нее поковки на боковых поверхностях ручья штампа необходимы штамповочные уклоны. Они назначаются сверх припусков.

Величина штамповочных уклонов в соответствии с табл. 9 [9]  (ГОСТ 7505–89) на наружной поверхности равна 5 мм, поэтому на наружняя длинна поковки по периметру поковки будет 215,8 + 5 = 220,8 мм.

 

Чертеж заготовки

По полученным результатам  вычерчиваем заготовку (см. рис. 1, б).

Вычерчиваем штрихпунктирными линиями контур готовой детали (рис.1, а), а контур поковки вычерчиваем вокруг контура готовой детали сплошными линиями с учетом вычисленных размеров припyсков, допусков и напусков и получаем чертеж заготовки.

 

5. Разработка  технологического процесса Т.  О.

5.1. Последовательность  операций и назначение режима

 

В соответствии с технологическим  маршрутом изготовления детали (табл. 1, п. 4), после горячей штамповки перед цементацией, для улучшения обрабатываемости материала режущим инструментом, снятия внутренних напряжений, а также улучшения структуры, назначаем предварительной термической обработкой отжиг, для проведения которой необходима выдержка охлаждением на спокойном воздухе. Охлаждение осуществляем в электрической камерной печи СНЗ – 3.4.1,2/13 (расшифровка индекса печи: С – нагрев сопротивлением, Н – нагревательная камера, З – защитная или окислительная атмосфера, ширина 300 мм, длина 400 мм, высота рабочего пространства 120 мм, максимальная рабочая температура в 1300°С (см. табл. 11 [8]). Время нагрева до заданной температуры, в соответствии с табл. 4 [8], будет равно 63,2×55 = 3476 сек или 57,9 мин. Время выдержки при температуре нагрева в электрических печах ориентировочно берется в пределах 1,0 –

1,5 мин на 1 мм сечения  детали. В нашем случае будет 1×63,2= 63,2 мин. Охлаждение на спокойном воздухе при скорости 1⁰С/с произойдет за 900 сек или за 15,0 мин. Общее время 57,9 + 55 + 15,0 = 127,9 мин, или 2,13 часа. В камерных печах для загрузки и выгрузки деталей используют подвесные клещи на монорельсе.

Следующим этапом в соответствии с технологическим маршрутом (табл. 1, п. 4) является черновая механическая обработка.

Черновая механическая обработка производится на токарном станке, режущим резцом.

Следующим этапом в соответствии с технологическим маршрутом (табл. 1, п. 5) является цементация-вид химико-термической обработки (ХТО). Цементация заключается в насыщении поверхностного слоя детали углеродом до концентрации 0,8-1% для обеспечения (после закалки) изделия с высокой твердостью и износостойкостью на поверхности и с вязкой сердцевиной. Цементация состоит из следующих операций: нагрев деталей в герметически закрытой среде газообразного карбюризатора на 50-80°С выше А_С3; выдержка; медленное охлаждение, после чего проводится закалка с последующим низким отпуском.