Разработка технологического процесса изготовления детали методом ПМ

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего  профессионального образования

Пермский Государственный  Технический Университет

Кафедра «Порошкового материаловедения».

 

 

 

 

Курсовой проект

 

Тема: «Разработка технологического процесса изготовления детали методом ПМ»

 

 

Выполнил: студент

группы КПМ-08

Кибанов Ф.А.

Проверила: Оглезнева С.А.

 

 

 

 

 

 

г. Пермь, 2011

                                  Исходные данные

Рис.1   Эскиз детали “Колодка”

Условия работы и технические требования к изготовлению детали:

Плотный, с высокой  ударной прочностью

V_дет = 3,119 см³

ρ_дет = 7,4 г/см³

m_дет = ρ_дет * V_дет = 23,08 г

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

Введение                                                                                                               4

1. Выбор порошков и химического состава                                         5-7
2. Выбор, обоснование и описание технологической схемы         8-9

2.1. Технологический процесс

1. Подготовка порошков к смешиванию                   10-12
2. Смешивание                                                                  12-13
3. Прессование                                                                14-15
4. Спекание                                                                      15-16
5. Горячая штамповка                                                   16-17
6. Отжиг                                                                                 17
3. Выбор оборудования
1. Оборудование для дробления                                         18-19
2. Оборудование для просева                                                   19
3. Оборудование для сушки                                                       20
4. Оборудование для смешивания                                     20-21
5. Оборудование для прессования                                     21-22
6. Оборудование для спекания и отжига                             23
7. Оборудование для горячей штамповки                              24

Заключение                                                                                                     25

Список используемой литературы                                                            26

 

 

 

 

 

Введение

Порошковой  металлургией называют область техники, охватывающую совокупность методов изготовления порошков металлов и металлоподобных соединений, полуфабрикатов и изделий из них (или их смесей с неметаллическими порошками) без расплавления основного компонента. Из имеющихся разнообразных способов обработки металлов порошковая металлургия занимает особое место, так как позволяет получать не только изделия различных форм и назначений, но и создавать принципиально новые материалы, которые другим путем получить или очень трудно или невозможно. У таких материалов можно получить уникальные свойства, а в ряде случаев существенно повысить экономические показатели производства. При этом способе в большинстве случаев коэффициент использования материала составляет около 100%. Порошковая металлургия находит широчайшее применение для различных условий работы деталей изделий.

Методами порошковой металлургии  изготовляют изделия, имеющие специальные свойства: антифрикционные детали узлом трения приборов и машин (втулки, вкладыши, опорные шайбы и т.д.), конструкционные детали (шестерни, кулачки и др.), фрикционные детали (диски, колодки и др.), инструментальные материалы (резцы, пластины резцов, сверла и др.),

электротехнические детали (контакты, магниты, ферриты, электрощетки и др.) для электронной и радиотехнической промышленности, композиционные (жаропрочные и др.) материалы.

 

Основные  преимущества использования порошковой металлургии:

     ● снижает затраты на дальнейшую механическую обработку, которая может быть исключена или существенно уменьшена. Получает готовое изделие точное по форме и размер

ам. Обеспечивает высокое качество поверхности изделия.

     ● использует энерго- и ресурсосберегающие технологии. Уменьшает количество операций в технологической цепи изготовления продукта. Использует более чем 97% стартового сырья. Реализует многие последующие сборочные этапы ещё на стадии спекания.

     ●  позволяет получать изделия с уникальными свойствами, используя

многокомпонентные смеси, объединяя металлические  и не металлические компоненты. Изделия различной пористости (фильтры) с регулируемой проницаемостью; Подшипники скольжения с эффектом самосмазывания.

     ● получает более высокие экономические, технические и эксплуатационные характеристики изделий по сравнению с традиционными технологиями.

     ●   упрощает зачастую изготовление изделий сложной формы.

     ● позволяет экономить металл и значительно снижать себестоимость продукции

1 ВЫБОР ПОРОШКОВ  И ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА

Выбор типа материала  в каждом отдельном случае определяется конкретными условиями работы. Так, для изготавливаемой детали “Колодка”, которая должна отвечать следующим требованиям: материал плотный, с высокой ударной прочностью.

Данным требованиям  наиболее соответствуют конструкционные  порошковые стали.

Конструкционные порошковые стали — это спеченные  материалы, используемые для замены литых и кованых сталей при изготовлении деталей машин и приборов методами порошковой металлургии.

Основным документом, регламентирующим марки и свойства применяемых в России конструкционных  материалов на основе железа, является ГОСТ 28378-89. Согласно этому нормативному документу, все материалы на основе железа делятся на: стали малоуглеродистые, углеродистые и медистые; стали никельмолибденовые. медьникелевые, медьникельмолибденовые; стали хромистые, марганцовистые, хромникельмарганцовистые; стали нержавеющие, предназначенные для деталей, применяемых в различных отраслях техники.

Основой порошковых сталей служит железо, свойства которого при спекании оказывают большое  влияние на формирование структуры  и свойств стали. Наряду с порошковыми  сталями порошковые изделия могут изготавливаться на основе одного железного порошка, а также железа, легированного другими элементами. Применение в качестве исходного материала чистого железного порошка при изготовлении конструкционных деталей ограничено из-за низких прочностных свойств спеченного железа. В основном оно применяется для изготовления ненагруженных деталей, различных уплотнительных изделий и т. п. Свойства таких изделий зависят от их плотности, величины и характера межчастичных границ, метода получения порошка, гранулометрического состава, удельной поверхности частиц, внутренней их рыхлости, технологии прессования (величины давления и скорости прессования), кратности прессования, температуры и времени спекания. Для получения практически беспористых изделий с повышенными механическими свойствами применяют горячее изостатическое прессование- экструзию, динамическое горячее прессование.

В связи с  низкой прочностью и твердостью спеченного железа, для повышения его механических свойств в железный порошок при  приготовлении порошковой смеси вводят легирующие добавки (фосфор, медь, хром, никель, молибден), а спеченные изделия подвергают химико-термической обработке: азотированию, сульфидированию, хромированию.

Для того, чтобы  выбрать одну из сталей для производства “колодки”, проанализируем стали марки ПК40, предназначенные для плотных износостойких изделий, подвергающихся большим ударным нагрузкам.

 

Таблица 1 “Свойства марок стали”

 

Марка стали	Твёрдость НВ, МПа	Временное сопротивление  при растяжении, МПа	Относительное удлинение, %
ПК40Х2	1400	700	4
ПК40Г2	1400	700	5
ПК40ХН2Г	1500	850	6
ПК40Н4Д2М	2200	880	4

 

На основании  полученных данных, из предложенных сталей, я выбираю сталь ПК40ХН2Г, так как она недорогая, обладает достаточной плотностью, износостойкая, прочная и способна выдерживать ударные нагрузки.

Легирующими элементами данной стали являются: хром, никель, марганец.

 

Хром положительно влияет на свойства стали. С железом хром образует α-γ-твердые растворы и интерметаллидные соединения, которые появляются в сплаве при содержании хрома свыше 30 %. Являясь сильным карбидообразующим элементом, хром образует в структуре стали сложные и двойные карбиды. Отличительной особенностью хрома является высокая устойчивость его оксидов, температура диссоциации которых почти достигает температуры плавления чистого хрома. Это осложняет процесс спекания, особенно когда хром вводится в смесь в виде чистого порошка хрома. Наличие оксидов затрудняет диффузионные процессы, а само спекание необходимо производить при высоких температурах в остроосушенных восстановительных средах (водороде, диссоциированном аммиаке). Поэтому структура спеченных хромсодержащих сталей отличается повышенной гетерогенностью и наличием фаз, которые по среднему составу материала не отвечают равновесной диаграмме его состояния.

 

Введение никеля в порошковые стали приводит к повышению механических свойств материала, что связано как с повышением прочности феррита, так и благоприятным воздействием никеля на состояние межчастичных границ. Никель способствует «рассасыванию» межчастичных границ, увеличению протяженности металлического контакта, повышает усадку и плотность изделий. Никелевые порошковые конструкционные стали содержат обычно 0,3–0,6 % углерода и 1–3 % никеля. Увеличение содержания никеля понижает оптимальное содержание углерода. В связи с тем, что никель при спекании вызывает большую усадку, для получения безусадочных изделий с высокими механическими свойствами порошковые стали легируют одновременно медью и никелем. Присадка к чистому железу 5 % никеля повышает прочность и твердость материала, оставляя его пластичность практически без изменений.

 

 

Ограниченное применение марганца в качестве легирующего элемента в

порошковой  металлургии связано с большой  трудностью восстановления его оксидов, которые сохраняются в сплавах даже при спекании в вакууме и остроосушенных средах. Поэтому при изготовлении порошковых смесей марганец вводят в виде порошков ферросплавов-лигатур, а при спекании применяют остроосушенные среды и высокие температуры (1200–1280 °С). Марганец придаёт стали вязкость, прочность и твёрдость.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 ВЫБОР, ОБОСНОВАНИЕ  И ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ

Технология изготовления конструкционных изделий описывается следующей схемой, Рис. 2 “Технологическая схема”

 

 

 

Для каждого  типа деталей строится своя технология. Чем выше качество изделий, тем дороже технология. Поскольку изделие должно продаваться, то качество и стоимость является определяющим при ее разработке.

Данная схема для изготовления  детали «колодка» из материала ПК40ХН2Г наиболее эффективна, т.к. обеспечивает деталь всеми необходимыми характеристиками.

 

2.1. Технологический процесс

2.1.1. Подготовка  порошков к смешиванию:

Порошки представляют собой совокупность частиц округлой и осколочной формы. Форма частиц и их размеры оказывают определенное влияние на их формуемость, спекаемость и определенный комплекс механических свойств порошковых изделий. Мелкие порошки имеют низкую текучесть, большую насыпную плотность, хорошую формуемость, большую усадку при спекании, что приводит к изменению размеров. Как правило, мелкие порошки не являются технологичными. Крупные порошки имеют хорошую текучесть, низкую насыпную плотность, хорошо формуются, имеют малый коэффициент усадки при спекании. Однако крупные порошки обуславливают крупную пористость, которая резко снижает прочность изделий. Оптимальным считают комбинацию крупных и мелких порошков, когда мелкие частицы занимают пространство между крупными. Крупные порошки являются наиболее чистыми. Таким образом, для приготовления шихты выбирают оптимальный размер частиц порошков, из которых будет приготавливаться шихта. При подготовке порошков от композиции к операции формования готовят шихту путем смешивания различных порошков. Для некоторых порошков используют операцию просева.