ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра металлургического оборудования

КУРСОВАЯ РАБОТА ПО ДИСЦИПЛИНЕ

“Ресурсосберегающие технологии упрочнения и повышения износостойкости”

Студент: Неповинных Д.Ю. “____”___________2017

Группа: М-МО-16

Руководитель: Челядина А.Л. “____”__________2017

Липецк, 2017

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение………………………………………………………………………… 3

1. Разработка режимов поверхностной закалки с нагревом током высокой частоты…………………………………………………………………………... 4

2. Определение оптимальных режимов закалки для упрочнения деталей машин……………………………………………………………………………. 8

3. Разработка режимов упрочнения поверхностей деталей статическими методами поверхностного пластического деформирования (ППД)……….. 11

Библиографический список…………………………………………………... 13

Введение

История эксплуатации технологического оборудования показывает, что более 80% отказов машин, агрегатов и их узлов происходит из-за износа.

Выполнение курсовой работы предусматривает ознакомление и изучение различных методов упрочнения машиностроительных материалов с расчетами режимов обработки и последующей оценки качественных изменений параметров выбранного материала.

Целью выполнения курсовой работы является практическое освоение методик выбора способов упрочнения деталей машин из конструкционных сталей различного назначения и марочного состава и методов расчета режимов обработки

Курсовая работа состоит из следующих этапов:

- постановка и уточнение задачи с учетом анализа литературных источников и патентной информации;

- разработка технического предложения;

- выбор оборудования и технологии для выполнения поставленной задачи;

- расчет режима обработки, состава реагентов и других необходимых характеристик, схемы установки, графики параметров процесса;

- оценка полученных результатов обработки.

Примерные темы курсовой работы:

1. Разработка режимов поверхностной закалки с нагревом током высокой частоты.

2. Разработка оптимальных режимов закалки для упрочнения деталей машин.

3. Разработка режимов упрочнения поверхностей деталей статическими методами поверхностного пластического деформирования.

В методических указаниях приведен пример выполнения разделов работы, расчетные формулы, схемы и справочные материалы.

1. Разработка режимов поверхностной закалки с нагревом током высокой частоты

Рассчитать режим нагрева ТВЧ для поверхностной закалки участка вала насоса диаметром 100 мм, изготовленного из стали 45Х, с длиной поверхности, подвергающейся закалке 150 мм и толщиной закаленного слоя 5 мм; подобрать способ охлаждения и рассчитать кривую охлаждения. Определить с помощью кривой охлаждения по анизотермической диаграмме превращения аустенита полученный структурно-фазовый состав упрочненного слоя. Подобрать технологию поверхностной закалки, определить форму и размеры индуктора и спрейера, а также параметры их взаимного перемещения.

Исходя из требуемой толщины упрочненного слоя определим минимальное и максимальное время нагрева, с:

t_min = 0,0014δ² = 0,035; t_max = δ²/5 = 5.

По диаграмме для сталей с содержанием углерода 0,45% на рис. 2 этому интервалу времени нагрева соответствует диапазон температур нагрева от 980 до 1350° С. Выбираем из этого диапазона максимальную температуру нагрева, равную 1100° С.

Определяем количество теплоты, выделяющееся в единичном объеме поверхностного слоя заданной толщины и необходимое для достижения этой температуры, Дж:

Q = Т_max·с·γ·δ = 1373·0,55·7,8·0,5 = 2945.

Исходя из найденного значения определим силу индукционного тока, А:

.

Частота тока определяется в зависимости от требуемой толщины упрочняемого слоя, Гц:

.

Определим минимальную допустимую и оптимальную частоту тока, обеспечивающую кпд процесса не менее 50%, Гц:

и .

Рассчитанная частота тока превышает как минимально допустимое, так и оптимальное значение и может быть принята в качестве рабочей величины.

Рис. 1. Анизотермическая диаграмма превращения аустенита для стали 45Х

В качестве охлаждающей среды выбираем воду. Вода подается на поверхность через спрейерное устройство. Характеристика охлаждающей способности воды b₀ = 0,0582, температура воды Т = 20° С. Коэффициент теплоодачи с поверхности b = 0,0582/0,5 = 0,1164.

Рассчитаем кривую охлаждения поверхности детали от температуры Т_max = 1100° С до Т = 100° С с шагом 100° С по формуле

.

Полученные значения приведены в табл. 2.

Таблица 2

Температура, °С	Время, с	Температура, °С	Время, с
840	1,66	400	6,3
700	2,8	300	8,1
600	3,8	200	10,8
500	4,9	100	15,7

После сопоставления полученных значений кривой охлаждения с анизотермической диаграммой превращения аустенита для стали 45Х (см. рис. 1) определяем, что структура упрочняемого слоя состоит из 100%-го мартенсита и имеет твердость порядка 60 НRC.

Исходя из размеров упрочняемой поверхности, выбираем для проведения поверхностной закалки схему непрерывно-последовательного нагрева и охлаждения. Так как нагрев ведется за счет создания максимальной плотности тока, то минимальная высота индуктора должна быть равна h_u = (10…15)δ = 50…75 мм.

Принимаем высоту индуктора равной 60 мм. Диаметр индуктора рассчитываем исходя из диаметра вала с учетом величины зазора 3 мм: d_i = d + 2а = 106 мм. Индуктор изготовлен из медной профилированной трубки сечением 5×10 мм с расстоянием между витками 3-5 мм и состоит из 8 витков. Скорость перемещения индуктора определим исходя из времени нагрева: v_и = h_и/t_и = 24 мм/с.

Спрейер движется за индуктором на расстоянии, равном 5δ, что составляет 25 мм. Высота спрейера должна составлять не менее 10δ, то есть 50 мм. Так как скорости движения индуктора и спрейера должны совпадать, определяем требуемую высоту спрейера исходя из рассчитанного времени охлаждения: h_с = v_и·t_охл = 24·15,7 = 377 мм.