Выбор материала и технология производства заготовок деталей и инструментов

ВЫБОР МАТЕРИАЛА И ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ЗАГОТОВОК ДЕТАЛЕЙ И ИНСТРУМЕНТОВ

Цель работы — провести анализ условий работы заданного изделия, выбор материала и технологических процессов получения выбранного материала и заготовок.

Заданное изделие — валик 5.17.005 выполненный из легированной конструкционной стали 30ХГСА ГОСТ 4543–71 предназначен для работы в условиях длительно действующих знакопеременных динамических и контактных нагрузок при температуре от +200⁰С до — 50⁰С в условиях средне агрессивных сред.

Характеристика материала сталь 30ХГСА Химический состав в % материала 30ХГСА.

Механические свойства при Т=20^oС материала 30ХГСА.

Где:

Для получения более высоких прочностных характеристик применяется термообработка: Закалка 880^oC, масло. Отпуск 540^oC, вода.

Материал детали сталь 30ХГСА является конструкционной легированной сталью ответственного назначения производимой в электропечах различного типа (дуговых, индукционных). Это производство стали позволяет быстро нагревать, плавить и точно регулировать температуру металла, создавать окислительную, восстановительную, нейтральную атмосферу или вакуум. В этих печах выплавляются стали и сплавы любого состава, можно более полно раскислить металл с образованием минимального количества неметаллических включений — продуктов раскисления.

На рис. 1 приведена схема индукционной тигельной электрической плавильной печи состоящей из водоохлаждаемого индуктора 3, внутри которого находится тигель 4 с металлической шихтой. Через индуктор проходит однофазный переменный ток повышенной частоты (500−1000кГц). Ток создает переменный магнитный поток, который пронизывает металл в тигле и наводит мощные вихревые токи (токи Фуко) нагревающие металл 1 до необходимой температуры.

Выплавленную сталь выпускают из плавильной печи в разливочный ковш, из которого её разливают в изложницы или кристаллизаторы установок для непрерывной разливки стали, где сталь затвердевает в слитки, которые затем подвергаются прокатке или ковке. На рис. 2 приведена схема ковша для разливки стали. Стальной сварной кожух 1 вложен внутри огнеупорным кирпичом 2. В днище ковша имеется керамический стакан 3 с отверстием 4 для выпуска стали. Отверстие 4 закрывается и открывается стопорным устройством со стальной штангой 6, на конце которой закреплена пробка 5 из огнеупорного материала. На штангу надеты трубки 7 из огнеупора, предохраняющие её от расплавления жидкой сталью. Стопор поднимают или опускают вручную или через привод с дистанционным управлением с помощью рычажного механизма 11.

Изложницы представляют собой чугунные формы для изготовления слитков. В зависимости от сорта наливаемой стали и назначения слитка изложницы выполняют с квадратным, прямоугольным, круглым и многогранным поперечными сечениями.

На рис. 3 приведена схема установки для непрерывной разливки стали. Жидкая сталь из ковша 1 1 через разливочное устройство 2 непрерывно подают в водоохлаждаемую изложницу без дна — кристаллизатор 3, из нижней части которого вытягивается затвердевший слиток 4. Перед заливкой металла в кристаллизатор вводят затравку, образующую его дно. Жидкий металл, попадая на кристаллизатор и его затравку, охлаждается, затвердевает, образуя корку. Затравка тянущими валками 5 вытягивается из кристаллизатора вместе с затвердевшим слитком, сердцевина которого находится в жидком состоянии. Скорость вытягивания слитка из кристаллизатора зависит от сечения слитка. На выходе из кристаллизатора слиток охлаждается водой, подаваемой через форсунки в зоне 6 вторичного охлаждения. Из зоны вторичного охлаждения слиток выходит полностью затвердевшим и попадает в зону 7 резки, где его разрезают газовым резаком 8 на куски заданной длины. УНРС может иметь до восьми кристаллизаторов, что делает возможным одновременную заливку нескольких слитков.

Конструкция детали и технологический способ её изготовления (токарное точение и фрезерование) предполагают применить заготовку в форме прутка круглого сечения диаметром 15 мм. Такие заготовки получают одним из видов обработки металлов давлением — прокаткой, при котором металл пластически деформируется вращающимися валками. Силами трения заготовка втягивается в валки, а силы нормальные к поверхности валков, уменьшают поперечные размеры заготовки.

Рис. 4.

На рис. 4 приведена схема основных видов прокатки.

Продольная (рис. 4, а)-между двумя валками, вращающимися в разные стороны, и перемещается перпендикулярно оси валков.

Поперечная прокатка (рис. 4, б) — валки, вращаясь в одном направлении, придают вращение заготовке, которая деформируется перемещаясь вдоль оси валков.

Поперечно-винтовая прокатка (рис. 4, в) — валки расположены под углом и сообщают заготовке при деформировании вращательное и поступательное движения.

Деформированный металл из-за повышенной плотности несовершенств в кристаллической решетке является термодинамически неустойчивым. При нагреве такого металла проходят процессы возврата и рекристализации, приводящие к стабилизации системы и возвращению всех свойств к свойствам металла до деформации.

В зависимости от температурно-скоростных условий деформирования различают холодную и горячую деформации.

Холодная деформация (температура деформирования ниже температуры начала рекристаллизации Т_кр) характеризуется наклепом — упрочнением из-за образования полосчатой микроструктуры.

Изменения, внесенные холодной деформацией в структуру металла устраняются термической обработкой — рекристаллизацией. При нагреве волокнистая структура деформированного металла без фазовых превращений заменяется на новые равноосные зерна. Для сплавов рекристаллизация начинается при Т_кр ?(0,5-0,6)*Т_пл. (Т_пл — температура плавления сплава).

Горячую деформацию проводят при температуре выше температуры рекристаллизации для получения полностью рекристаллизованной структуры. валик материал заготовка сталь При горячей деформации сопротивление деформированию примерно в 10 раз меньше, чем при холодной деформации из-за отсутствия упрочнения. Поэтому горячую обработку применяют для изготовления крупных деталей, так как требуется менее мощное оборудование, но при этом происходит интенсивное окисление поверхности с образованием окалины, что ухудшает качество поверхности и точность размеров.

Обработку, при которой металл имеет частично рекристаллизованную структуру, называется теплой деформацией.

Конструктивная особенность детали (валик 5.17.005.) с требованием получения 8 класса чистоты поверхностей позволяет применить тонкое (чистовое) точение как финишную обработку закаленной детали без последующего шлифования.