Технологическое проектирование процессов тепловой обработки материалов и изделий

Введение
Современное машиностроение стремится производить высококачественную продукцию с минимальными затратами и в кратчайшие сроки. Это приводит к повышению требований к геометрической точности и сложности деталей, а также к их работоспособности и свойствам.
1.
2. Расчет годовой производственной программы проектируемого термического цеха, отделения, участка
Годовая производственная программа, которая служит основой проектирования отделения термической обработки, представлена в таблице 1, брак - 3%. Объемы годной продукции составляют 964т.


3. Характеристика выпускаемой продукции
Вал – это деталь, которая является несущей деталью внутритрубных диагностических устройств для проведения профилактических очистных и измерительных внутреннюю полость трубопровода. Вал воспринимает нагрузку от расположенных на нем деталей. Таким образом, объект исследования данной работы – это вал.
Основное требование к валу: быть износостойкими, обладать хорошей проходимостью через запорные устройства, простыми по конструкции и дешевыми.

4. Выбор и обоснование материалов
Протяженность транспортных трубопроводов и, соответственно, их диагностика должна учитывать разные климатические зоны, в том числе работы в зонах с низкими температурами, т.е. потребность в хладостойкой стали. К таким сталям относят легированные стали, содержащие легирующие элементы как марганец, хром, никель и обладающие повышенной прочностью и пониженной склонностью к хрупким разрушениям.
Влияние легирующих элементов на свойства стали. Легирующие элементы влияют на свойства стали различными способами. Добавление хрома улучшает прокаливаемость и твердость, а сера может негативно влиять на вязкость и технологические свойства стали.
Влияние хрома:
* Увеличивает прокаливаемость стали, что улучшает ее механические свойства, в частности сопротивление хрупкому разрушению.
* Повышает твердость стали за счет повышения устойчивости переохлажденного аустенита к распаду.
Влияние серы:
* Сера образует сульфиды железа и марганца, которые могут изменять форму при термической обработке.
* При низких температурах горячей деформации может вызвать красноломкость стали.
* При высоких температурах горячей деформации может вызвать горячеломкость стали.
* Повышение содержания серы снижает вязкость стали и увеличивает ее анизотропию.
Влияние никеля:
* Упрочняет феррит, повышая его вязкость.
* Снижает хладноломкость стали, повышая порог хладноломкости.
* Улучшает упругие свойства стали.
* Измельчает зерно и противодействует его росту.
* Улучшает прокаливаемость и механические свойства.
* Повышает сопротивление коррозии.
* Увеличивает плотность стали.
Влияние фосфора:
* Упрочняет феррит.
* Усиливает хладноломкость стали.
* Увеличивает предел текучести феррита.
* Сильно уменьшает работу распространения трещины, что приводит к повышению порога хладноломкости.
 

5. Проектирование технологических процессов тепловой обработки материалов и изделий
Исходя из условий эксплуатации необходимо сохранение пластических, механических свойств, а также порога хладноломкости при отрицательных температурах не более - 60 ºС. Вал должен сохранять KCU при отрицательных температурах -60 в пределах 30 Дж/м2 и работать при температурах от минус 60 до плюс 450 ºС с сохранением высокого уровня порога хладноломкости. Всеми этими критериями обладает патрубок из стали 40ХНА.
Рассчитаем время нагрева изделий из стали 40ХНА в электрической печи периодического действия. Деталей диаметром 80 и длиной 354мм расположены в специальном приспособлении по схеме, приведенной на рис. 4. Температура нагрева изделий 820°С, температура печи 850°С. После загрузки холодного изделия в печь происходит интенсивный нагрев его поверхностных слоев. Нагрев центральных слоев протекает с меньшей скоростью из-за термического сопротивления изделия. Величина перепада температур по толщине изделия зависит от отношения термического сопротивления изделия к термическому сопротивлению передачи тепла к его поверхности.

6. Выбор типа здания и планировка оборудования проектируемого цеха, отделения, участка
Планировка термического участка включает в себя:
* Выбор рациональной компоновки.
* Определение геометрических размеров здания.
* Размещение строительных элементов, оборудования, транспортных средств и коммуникаций.
Компоновка термического участка. Термический участок в данном случае расположен в здании прямоугольной формы. Оборудование размещено по прямой вдоль пролета. С одной стороны пролета расположены шахтные и камерные печи для закалки, с другой - печи для отпуска. Расстояние между печами составляет 1,5-2 м.
Участок ТВЧ и участок промывки расположены по траектории грузопотока изделий. Они отделены от печного оборудования сетчатой перегородкой для уменьшения электромагнитного излучения и вредных паров.

7. Мероприятия по технике безопасности и охране окружающей среды
Влияние вредных веществ на организм человека. Вредные вещества, такие как пыль, пары металлоорганических соединений и другие, могут проникать в организм человека через дыхательные пути или кожу. Они обладают раздражающим действием на слизистую оболочку глаз, дыхательные пути и кожу.
Пыль. Пыль, проникающая в организм человека через дыхательные пути, вызывает раздражение и может привести к специфическим заболеваниям. Контроль концентрации вредных веществ. Концентрация пыли и других вредных веществ в воздухе рабочей зоны не должна превышать значений, установленных ГОСТ 12.1.003, ГОСТ 12.1.005 и методическими указаниями "Контроль содержания вредных веществ в воздухе рабочей зоны".
Меры защиты от вредных веществ. Для достижения нормативных значений содержания вредных веществ необходимо применять местные воздухоотсосы.
* Местные воздухоотсосы должны быть расположены таким образом, чтобы отсасываемый воздух не проходил через зону дыхания работника.
* Бортовые отсосы можно использовать в качестве местных отсосов.
* Круглые ванные и шахтные термические печи рекомендуется оборудовать кольцевыми отсосами.
Ограничения. Не допускается объединять воздуховоды вытяжных систем от термических печей и от закалочных масляных баков и ванн из-за возможного возгорания масла.
Выводы
В результате выполнения курсового проекта по ПМ.01 МДК.01.01 «Разработка технологических процессов изготовления деталей машин» был разработан технологический процесс механической обработки детали «Вал», который включает в себя: операции токарной обработки с ЧПУ, фрезерной, сверлильной, долбежной и шлифовальной обработки.