Термическая обработка стали

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 30 Октября 2011 в 14:20, курсовая работа

Краткое описание

Важным видом обработки материалов является обработка металлов давлением. Благодаря повышению требований к качеству деформирующего инструмента и развитию современных промышленных мощностей существенно сокращены время, затрачиваемое на ту или иную операцию, а также повышено качество изготавливаемой продукции.
Рассматриваемые в данной курсовой работе прошивные пуансоны являются штамповым инструмент для горячего деформирования. Качество инструмента для прошивки существенным образом зависит от условий проведения термической обработки на машиностроительных заводах.

Содержание работы

Введение...…………………………………………………………………………5
Технологическая часть

Условия работы прошивных пуансонов.…………………………..………6
Обоснование выбора материала…………………………………………....8
Описание стали 4Х5МФС…………………………………………………..9
1.3.1 Назначение и особенности химического состава стали………………….9
1.3.2 Механические свойства стали…………………………………………….11
1.3.3 Технологические свойства стали 4Х5МФС……………………………...13
Технологическая схема обработки прошивных пуансонов……………..15
Выбор и обоснование параметров термической обработки……………..16
1.5.1 Закалка……………………………………………………………………...17
1.5.2 Отпуск………………………………………………………………………18
Контроль качества термической обработки……………………………...19
Возможный брак и способы его устранения……………………………..20

2. Выбор, описание и расчет основного, дополнительного и вспомогательного оборудования
2.1 Выбор и расчет необходимого количества оборудования………………...23
2.2 Описание выбранного оборудования……………………………………….26
2.2.1 Описание основного оборудования………………………………………26
2.2.2 Описание дополнительного и вспомогательного оборудования……….30
2.2.2.1 Дополнительное оборудование…………………………………………30
2.2.2.2 Вспомогательное оборудование………………………………………...31
2.3 Расчет нагрева металла………………………………………………………33
2.4 Тепловой расчет электродной печи–ванны СП–35/15…………………….36
3. Автоматизация……………………………………………………………......47
Планировка участка цеха…………………………………………………….49
.
Библиографический список …………………………………………….…….51

Содержимое работы - 1 файл

Записка.doc

— 1.70 Мб (Скачать файл)

ОГЛАВЛЕНИЕ 

    Введение...…………………………………………………………………………5 

  1. Технологическая часть
 
    1. Условия работы прошивных пуансонов.…………………………..………6
    2. Обоснование выбора материала…………………………………………....8
    3. Описание стали 4Х5МФС…………………………………………………..9

    1.3.1 Назначение и особенности химического состава стали………………….9

    1.3.2 Механические свойства стали…………………………………………….11

    1.3.3 Технологические свойства стали 4Х5МФС……………………………...13

    1. Технологическая схема обработки прошивных пуансонов……………..15
    2. Выбор и обоснование параметров термической обработки……………..16

    1.5.1 Закалка……………………………………………………………………...17

    1.5.2 Отпуск………………………………………………………………………18

    1. Контроль качества термической обработки……………………………...19
    2. Возможный брак и способы его устранения……………………………..20
 

    2.  Выбор,  описание и расчет основного,  дополнительного и вспомогательного оборудования 

    2.1 Выбор и расчет необходимого количества оборудования………………...23

     2.2 Описание выбранного оборудования……………………………………….26

     2.2.1 Описание основного оборудования………………………………………26

     2.2.2 Описание дополнительного и вспомогательного оборудования……….30

     2.2.2.1 Дополнительное  оборудование…………………………………………30

     2.2.2.2 Вспомогательное оборудование………………………………………...31

    2.3 Расчет нагрева металла………………………………………………………33

    2.4 Тепловой расчет электродной печи–ванны СП–35/15…………………….36 

    3.  Автоматизация……………………………………………………………......47

  1. Планировка участка цеха…………………………………………………….49

.

     Библиографический список …………………………………………….…….51

     Приложения                          

      1. Чертеж основного оборудования на 1 листах формата А1
      2. Чертеж планировки участка на 1 листе формата А2
      3. Схема автоматизации на 1 листе формата А3
      4. Спецификация на 2 листах формата А4
      5. Чертеж детали прошивного пуансона А4
 
 
 

Введение 

     Термическая обработка применяется в металлургии, машиностроении, и других важных отраслях промышленности. Она является неотъемлемым элементом технологического процесса полуфабрикатов, изделий и инструмента, определяет их надежность и долговечность в условиях эксплуатации.

     Важным видом обработки материалов является обработка металлов давлением. Благодаря повышению требований к качеству деформирующего инструмента и развитию современных промышленных мощностей существенно сокращены время, затрачиваемое на ту или иную операцию, а также повышено качество изготавливаемой продукции.

     Рассматриваемые в данной курсовой работе прошивные пуансоны являются штамповым инструмент для горячего деформирования. Качество инструмента для прошивки существенным образом зависит от условий проведения термической обработки на машиностроительных заводах.

     В настоящем курсовом проекте произведен выбор марки стали для штампового инструмента, режим их термической обработки. А также осуществлено проектирование цеха термической обработки прошивных пуансонов с годовой программой 700 т. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    1.ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 

    1. Условия работы прошивных пуансонов и предъявляемые к ним требования
 

     Прошивные пуансоны - это штамповый инструмент для горячего деформирования, работающий в условиях одновременного циклического воздействия высоких температур и удельных давлений при динамическом характере нагружения [1].  По сравнению с молотовыми штампами, штамповый инструмент для горячей высадки, протяжки, прессования и выдавливания находится более длительное время в соприкосновении с горячим металлом, нагревается до более высоких температур и испытывает при работе высокие давления без больших ударных нагрузок. 

     При работе пуансона для прошивки нелегированных  сталей на него оказываются следующие воздействия:

  1. высокие температуры нагрева (может доходить до 500 ˚С);
  2. циклическое воздействие напряжений от знакопеременных усилий при деформации;
  3. высокие действующие напряжения, уровни которых приближаются к пределам текучести штамповых сталей для горячего деформирования;
  4. термические напряжения, определяемые условиями нагрева и охлаждения штампов;
  5. химическое взаимодействие деформируемых материалов.

     Таким образом, материалы из которых будет  изготовлен штамповый инструмент для горячего деформирования должны обладать следующими эксплуатационными свойствами:

     – высокой теплостойкостью, определяющей сопротивление стали пластической деформации, смятию при нагреве. Теплостойкость обеспечивает сохранение необходимых прочностных свойств при нагреве. Она характеризуется пределом текучести сталей при температурах деформирования;

     –   высокой вязкостью, которая определяет сопротивление стали хрупким разрушениям после термической обработки на твердость HRC 45– 50 и характеризуется чаще всего ударной вязкостью;

     –   окалиностойкостью и сопротивлением коррозии под напряжением;

     – сопротивлением термической усталости (разгаростойкостью). Разгаростойкость характеризуется устойчивостью против образования трещин при многократном нагреве и охлаждении. При каждом цикле штамповки в момент разогрева поверхностные слои испытывают сжимающие напряжения, так как их тепловое расширение затруднено менее нагретыми глубинными слоями. В первый момент охлаждения охлаждаемый слой тоньше, чем разогретый слой металла. В результате этого в охлаждаемом слое появляются растягивающие напряжения. Многократное повторение действия напряжений, обусловленных сложным характером циклического температурно–силового воздействия, приводит к усталостной повреждаемости путем образования сетки разгарных трещин на рабочих поверхностях.

     А также к штамповому инструменту  предъявляются следующие технологические свойства:

     – минимальной деформируемостью при термической обработке;

     – широким интервалом закалочных температур;

     – высокой закаливаемостью и прокаливаемостью;

     – устойчивостью против обезуглероживания  и окисления;

     – удовлетворительной обрабатываемостью  давлением, резанием;

     – удовлетворительной  шлифуемостью.

     Так как прошивной пуансон, эскиз  которого приведен на рисунке 1, в процессе работы нагревается до высоких температур и испытывает высокие действующие напряжения, не подвергаясь значительным ударным нагрузкам, то преобладающими требованиями к стали, предназначенной для их изготовления, являются высокая прочность при рабочих температурах и стойкость против разгара. Повышенная пластичность и теплопроводность, малый коэффициент теплового расширения и высокое положение критических точек также имеют важное значение, так как способствуют уменьшению разгара.

Рисунок 1 – Эскиз прошивного пуансона

     Кроме того, такие стали должны обладать большей устойчивостью против отпуска, чем стали для молотовых штампов. 

    1.  Обоснование  выбора материала
 

     В таблице 2 представлены марки сталей, которые могут обеспечить необходимый комплекс свойств прошивных пуансонов, и их химический

состав [2]. 

Таблица 1–Химический состав сталей 4Х5МФС, 4Х5МФ1С, 4Х2В5МФ     (ГОСТ 5950– 73)

Сталь      Содержание  основных элементов, масс. %
     С Cr W Mo      V      Si
4Х5МФС 0.32– 0.40 4.5– 5.5 1.2– 1.5 0.3– 0.5 0,90– 1,20
4Х5МФ1С 0.37– 0.44 4.5– 5.5 1.2– 1.5 0.8– 1.1 0,90– 1,20
4Х2В5МФ 0.30– 0.40 2.2– 3.0 4.5– 5.5 0.6– 0.9 0.6– 0.9 0,1– 0,4

   Сталь 4Х2В5МФ относится к группе сталей высокой теплостойкости. Ее используют при горячем деформировании легированных сталей и жаропрочных сплавов в условиях разогрева до 650˚С. Так как пуансон для прошивки нелегированных сталей работает в условиях разогрева до 500– 520˚С, то необходимую теплостойкость смогут обеспечить и менее легированные, и как следствие более дешевые, - это стали 4Х5МФС, 4Х5МФ1С. Они относятся к группе сталей повышенной теплостойкости и вязкости. Сталь 4Х5МФС сохраняет удовлетворительный уровень прочности при длительном нагреве не выше 590˚С [2].

   Из  таблицы 1 видно, что сталь 4Х5МФ1С  имеет сходный химический состав со сталью 4Х5МФС и отличается лишь несколько большим содержанием  ванадия, поэтому является более  дорогостоящей.

     В связи с дороговизной сталей 4Х2В5МФ и 4Х5МФ1С, а также удовлетворительными характеристиками  стали 4Х5МФС, для изготовления прошивных пуансонов, работающих при температурах не превышающими 520°С, выбираем сталь 4Х5МФС. 

    1. Описание  стали 4Х5МФС

      1.3.1 Назначение и особенности химического  состава стали 

     Назначение: мелкие молотовые штампы, крупные (сечением более 200мм) молотовые и прессовые  вставки при горячем деформировании конструкционных сталей и цветных  сплавов в условиях крупносерийного  и массового производства, инструмент для высадки и выдавливания, пресс– формы литья под давлением алюминиевых, а также цинковых и магниевых сплавов.

     На  изотермической диаграмме, приведенной  на рисунке 2, при температурах выше мартенситной точки отчетливо видны два кинетических максимума, соответствующих диффузионному и промежуточному превращениям.

     Для обеспечения высокой прочности, а, следовательно, и требуемой закаливаемости в стали для горячих штампов должно содержаться достаточное количество углерода. Однако углерод понижает не только пластичность и вязкость стали, но и ее теплопроводность и стойкость против термической усталости. Поэтому содержание углерода в стали 4Х5МФС ограничивается 0,32– 0,40%. Химический состав стали приведен в таблице 2. Видно, что сталь 4Х5МФС легирована карбидообразующими элементами (хромом, ванадием, молибденом), повышающими стойкость против отпуска, а из элементов не образующих карбидов используется кремний. Хром придает стали хорошую окалиностойкость и повышенную износостойкость при нагреве. Молибден способствует уменьшению склонности стали к обратимой отпускной хрупкости при охлаждении после отпуска. Кремний, заметно повышающий критические точки, способствуют уменьшению разгара [1]. Температура критических точек стали 4Х5МФС представлена в таблице 3.

Информация о работе Термическая обработка стали