МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО
ОБРАЗОВАНИЯ
СВЕРДЛОВСКОЙ ОБЛАСТИ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ СРЕДНЕГО
ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
СВЕРДЛОВСКОЙ ОБЛАСТИ «СЕРГИНСКИЙ МНОГОПРОФИЛЬНЫЙ
ТЕХНИКУМ»
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
Разработка технологического
процесса термической обработки поршневого
пальца
ПМ.01. РАЗРАБОТКА,
ВНЕДРЕНИЕ И ВЕДЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
ПРОЦЕССОВ ТЕРМИЧЕСКОЙ И ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ
ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ
150408 МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ
И ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
Студент подпись Павловский
П.М.
00.00.0000 г.
Оценка выполнения и защиты
курсового проекта ____________
Руководитель подпись Скачкова
Н.В.
00.00.0000 г.
п.г.т. 2015 г.
ПРИНЯТО
УТВЕРЖДАЮ
на заседании Цикловой комиссии
Заместитель директора по УМР
«Металлургия, машиностроение
и
ГАОУ СПО СО «Сергинский
Материалообработка»
многопрофильный техникум»
Протокол №5 от «22» 01 2015 г.
______________С.А. Майорова
Председатель цикловой комиссии
«___»________________2015г.
___________/О.В. Чекасина/
Задание к курсовому
проекту
По МДК.01.01 «Технология
термического производства»
Оцениваемые рекомендации:
ПК 1.1. Разрабатывать технологический
процесс термической и химико-термической
обработки металлов.
ПК 1.2. Обеспечивать технологическую
подготовку производства по термической
и химико-термической обработке металлов.
ПК 1.3. Внедрять и сопровождать
в производстве технологический процесс
термической и химико-термической обработки
металлов.
ОК 1. Понимать сущность и социальную
значимость своей будущей профессии
ОК 2. Организовывать собственную
деятельность, выбирать типовые методы
и способы выполнения профессиональных
задач, оценивать их эффективность и качество.
ОК 3. Принимать решения в стандартных
и нестандартных ситуациях и нести
за них ответственность.
ОК 4. Осуществлять поиск и использование
информации, необходимой для эффективного
выполнения профессиональных задач, профессионального
и личного развития.
Тема проекта: Разработка технологического
процесса термической обработки: Поршневой
палец.
Исходные данные:
- Деталь: Поршневой палец- деталь автомобиля
- Тип производства: Крупносерийное
- Прочие данные при разработке
проекта Программа выпуска: 20000 шт. в месяц
- Использовать методические
рекомендации к выполнения КП
Руководитель проекта: Скачкова
Н.В.
Задание принял к исполнению:«12» февраля 2015 г.
Содержание КП
Титульный лист
Задание
Содержание
Введение
- Описание конструкции детали,
ее назначение и условия работы
- Технические требования, предъявляемые к термически обработанной детали
- Выбор и обоснование выбора
материала детали, характеристика
выбранного материала
4. Разработка технологического
маршрута изготовления детали
5. Выбор и обоснование выбора
операций термической обработки детали.
Разработка технологического
процесса термической обработки
6. Выбор и обоснование выбора
оборудования для всех операций, предусмотренных
технологическим процессом
7. Характеристика заданного
типа производства
8. Автоматическое регулирование
и контроль режима термической
обработки детали
9.Методы контроля отдельных
операций
10. Возможные виды брака
при термической обработке детали,
способы их предупреждения и
устранения
11. Техника безопасности,
охрана труда и промышленная
экология
12. Расчетная часть
12.1 Расчет производительности печи
12.2 Расчет потребного количества оборудования
Заключение
Приложения
Условные обозначения
Список используемой
литературы
Введение
Актуальными в настоящее время
являются вопросы повышения надёжности
идолговечности машин, приборов, установок,
повышение их качества иэффективности
работы, а следовательно, вопросы экономии
металлов, борьбы скоррозией и износом
деталей машин.
Роль этих проблем в долговечности
машин имеханизмов, приборов и других
особенно возросла в настоящее время,
так какразвитие большинства отраслей
промышленности (авиационная, ракетная,теплоэнергетика,
атомная энергетика, радиоэлектроника
и др.) связано сповышением нагрузок, температур,
агрессивности сред, в которых работаетдеталь.
Решение этих проблем прежде
всего связано с упрочнением поверхностныхслоёв
изделий.
Изменить свойства поверхности
можно различными способами: нанесением
наповерхность нового материала с необходимыми
свойствами; изменением составаповерхностного
слоя металла.
Во втором случае поверхностные
слои металла подвергают диффузионной
химико-термической обработке (ХТО), в
результате которой на поверхности изделияобразуется
новый, отличающийся от сердцевины, сплав.ХТО
позволяет получить в поверхностном слое
изделия сплав практически любогосостава
и, следовательно, обеспечить комплекс
необходимых свойств -физических, химических,
механических и других.
Одним из распространённых
методов ХТО является цементация. Процесс
цементациишироко применяют в промышленности
благодаря его высокой эффективности
идоступности. Он позволяет создавать
на рабочей поверхности детали слой,обладающий
высокой твёрдостью после закалки, износостойкостью,
эрозионнойстойкостью, контактной выносливостью
и усталостной прочностью при изгибе.
Этисвойства обеспечиваются при относительно
мягкой и вязкой сердцевине,придающей
детали необходимую конструктивную прочность.
1 Описание конструкции
детали, ее назначения и условий работы
- Описание конструкции детали
Деталь «поршневой палец» относится
к классу тел вращения (ОК 021-95) с габаритными
размерами 115×Ø45 мм. , ОСТ 23.3.1386
Палец — деталь машины
или механизма, длиной более одного и до трёх
диаметров . В сборке несущие другие детали,
сборочные единицы устанавливаются на
нём шарнирно или неподвижно или опираются
на один конец или оба конца. Простейший
и классический палец - это палец, соединяющий
две проушины или проушину и петлю троса.
В результате анализа чертежа детали
«поршневой палец» определенно, что
чертеж содержит все необходимые сведенья
о размерах, точности, качестве обрабатываемых
поверхностей, допускаемые отклонения
от правильной геометрической формы. Дано
указание о материале: Сталь 20 ГОСТ 1050.
1.2 Технологичность детали
В комплексе требований, предъявляемых
к технико-экономическим показателям
изделий, важное место занимают вопросы
технологичности конструкций. Обеспечение
технологичности конструкций изделий
является одной из задач технологической
подготовки производства. Технологичность
конструкции изделия определена ГОСТ
14.205-83 как совокупность свойств конструкции
изделия, определяющих ее приспособленность
к достижению оптимальных затрат при производстве,
эксплуатации и ремонте для заданных показателей
качества, объема выпуска и условий выполнения
работ
Общий показатель
технологичности термически обрабатываемой
детали суммируется изследующих показателей
технологичности её элементов:
-формы
-состояния поверхности
-материала
Форма детали «поршневой
палец» при термообработке не склонна
к деформации и к образованию трещин, сколов,
имеет минимальное количество опасных
концентраторов напряжений, таких как
резкие переходы сечений, острые углы,
прорези.
В детали «поршневой
палец» нет глухих отверстий, в которых
при закалке образуется паровая оболочка,
снижающая скорость охлаждения.
Состояние поверхности детали
«поршневой палец»:
Наличие на поверхности заусенцев,
рисок и других неровностей увеличивает
общую площадь, взаимодействующую с теплоносителем,
и увеличивает скорость поглощения теплоты.
Естественно, что неровные поверхности
более активно взаимодействуют и с активными
средами.
На поверхности деталей, подвергаемых
термообработке, не должно быть следов
резания, так как они могут привести к
образованию трещин.
Изделия с блестящей поверхностью
нагреваются и охлаждаются в нейтральной
атмосфере медленнее, чем в активной. Нагрев
в окислительной атмосфере из-за появления
слоя оксидов ускоряется.
Полированные поверхности после
их нагрева в нейтральной атмосфере плохо
смачиваются маслом. Поэтому для их закалки
либо применяют специальные сорта масел,
либо интенсивно перемешивают обычное
масло, либо быстро перемешивают изделия
в масле.
Поршневой палец не имеет рисок,
заусенцев, следов резания, трещин. Поверхность
блестящая и полированная.
Материал детали «поршневой палец» должен:
- обеспечить заданную совокупность
свойств при минимальном расходе ресурсов;
- иметь закаливаемость и прокаливаемость
в рабочих сечениях;
- иметь малую чувствительность
к отклонениям температуры и времени
обработки;
- иметь устойчивость против
окислениязерна и к образованию флокенов;
- иметьнезначительные изменения
объема;
- иметь стойкость против возникновения
трещин;
- хорошо обрабатываться
резанием.
Конструкция детали технологична.
Элементов, увеличивающих трудоёмкость
детали, не имеется.
1.3 Назначение детали «поршневой
палец»
Деталь «поршневой палец» соединяет
поршень с шатуном. Соединение двух этих деталей не может
быть жестким, так как и низ, и верх шатуна
постоянно перемещаются. Цилиндрический
палец позволяет верхней части шатуна «шататься»
при перемещении поршня по вертикали.
1.4 Условия работы
детали
Поршневой палец является одной
из наиболее ответственных и нагруженных
деталей ДВС. Он подвергается воздействию
сил, переменных как по величине, так и
по знаку. В многооборотных двигателях
нагрузка по характеру близка к ударной.
Кроме того, палец испытывает тепловую
нагрузку вследствие передачи тепла от
головки поршня и тепла, выделяющегося
при трении пальца о втулку верхней головки
шатуна и бобышки поршня.
В отечественной практике пальцы устанавливают
в поршень с натягом. После нагрева поршня
до рабочих температур палец в бобышках
вращается свободно. Вследствие изменения
величины и направления давления поршневой
палец прилегает попеременно то к одним,
то к другим сторонам отверстий в бобышках
поршня и втулки верхней головки шатуна.
В таких условиях масляный слой не обладает
достаточной толщиной и сопряжения детали
работают преимущественно в граничной
фазе трения при высоких удельных давлениях
и нагрузках при наличии абразива, что
приводит к повышенному износу пальца.
С увеличением износа зазор между деталями
возрастает. При знакопеременном нагружении
увеличение зазора приводит к появлению
и постепенному росту ударных нагрузок,
что вызывает выдавливание смазки и прогрессивное
увеличение износа.
Зазор, при котором в сопряжении появляется
металлический стук, следует считать предельно
допустимым. Для разных марок двигателей
он колеблется в пределах 0,007...0,010 мм.
Для восприятия высоких циклических
нагрузок качество поверхности пальца
должно соответствовать шероховатости
па = 0,16 мкм,
Условия работы определяют следующие
требования к конструкции поршневого
пальца: он должен иметь малую массу, минимальную
деформацию во время работы, достаточную
прочность и износостойкость с учетом
переменной и ударной нагрузок.
2 Технические
требования, предъявляемые к термически
обработанной детали
Поршневые пальцы испытывают при работе
очень большие напряжения, возникающие
вследствие сжатия, изгиба.
Исходя из условий работы и
назначения детали «поршневой палец»
наиболее важные требования к «поршневому
пальцу» следующие:
- твердостьповерхности 54-56 HRC,
твердость сердцевины 20 HRC;
- высокая прочность и
сопротивление пластической деформации;
- высокая износостойкость
поверхности;
- достаточная вязкость
сердцевины;
- формо- и размероустойчивость.
- микроструктура: поверхности
– мартенсит, остаточный аустенит,
сердцевина, феррито-перлитная смесь;
- глубина цементованного
слоя 1,5 – 2 мм
3 Выбор и обоснование
выбора материала для изготовления поршневого
пальца, характеристика выбранного
материала
3.1 Определение марок
стали для поршневого пальца
Быстрый износ поршневого пальца требует
или его ремонта или замены новым, что
увеличивает цеховые расходы и значительно
повышает себестоимость поршневых пальцев.
Поршневые пальцы как правило изготовляются
из хромистых или хромоникелевых сталей.
Чтобы получить высокую износоустойчивость
при вязкой сердцевине, палец цементируют
па глубину 1,5—2 мм, затем закаливают и
отпускают до нужной степени твердости.
Для выбора материала поршневого
пальца сравним марки цементуемых сталей
15Х и 20ХН3А.
3.2 Описание марок
стали поршневого пальца
Сталь марки 20ХН3А: конструкционная
легированная, хромоникелевая по ГОСТ
4543 .
Химический состав стали марки
20ХН3А представлен
в таблице 1.
Таблица 1
Химический состав стали марки
20ХН3А, %
C |
Si |
Mn |
Ni |
S |
P |
Cr |
Cu |
0.17 - 0.24 |
0.17 - 0.37 |
0.3 - 0.6 |
2.75 - 3.15 |
до 0.025 |
до 0.025 |
0.6 - 0.9 |
до 0.3 |