3 КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ

3.1 Характеристика детали и узла, в который она входит

В технологической части дипломного проекта разрабатывается технологический процесс изготовления шибера верхнего регулирующего клапана. Клапан необходим для перераспределения потоков конденсата температурой около .

Шибер, закрепленный на штоке, совершает возвратно поступательные движения, перекрывая по ходу движения спрофилированные окна, регулируя, тем самым, расход конденсата через них. В процессе работы шибер подвержен износу.

Наиболее существенными требованиями к шиберу являются:

1. Точность размеров и формы исполнительной поверхности;

2. Острота отсекающих кромок;

3. Износостойкость исполнительных поверхностей.

В соответствии с вышеизложенным, материалом штока–поршня выберем легированную конструкционную сталь 30Х ГОСТ 5949-75. Эту группу сталей следует рассматривать, как заменитель качественной конструкционной углеродистой стали. В тех случаях, когда качественная конструкционная углеродистая сталь не удовлетворяет требованиям по прочности, твердости и другим параметрам для выполнения ответственных деталей, для которых характерна работа с большими нагрузками, используют легированные конструкционные стали.

В результате анализа условий работы клапана регулирующего, выбираем материал, из которого будем изготавливать шибер. Всем требованиям работы удовлетворяет материал сталь 30X13. Сталь 30X13 хорошо обрабатывается резанием, является недорогим материалом с высокими прочностными свойствами и износостойкостью.

Заменитель – сталь 40X13.

Вид поставки – сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 5949–75, ГОСТ 2590–71, ГОСТ 2591–71, ГОСТ 2879–69. Калиброванный пруток ГОСТ 8559–75, ГОСТ 8560–78, ГОСТ 7417–75. Шлифованный пруток и сере­брянка ГОСТ 14955–77, ГОСТ 18907–73. Лист тонкий ГОСТ 5582–75. Лента ГОСТ 4986–70. Полоса ГОСТ 4405–75, ГОСТ 103–76. Проволока ГОСТ 18143–72. Поковки и кованые заготовки ГОСТ 25054–81, ГОСТ 1133–71.

Назначение материала – режущий, мерительный инструмент, пружины, карбюратор­ные иглы, штоки поршневых компрессоров, детали внутренних устройств аппа­ратов и другие различные детали, работающие на износ в слабоагрессивных средах до 450 °С.

Таблица 3.1 - Температура критических точек, °С

Ac1	Ac3 (Acm)	Ar3 (Arcm)	Art	Mh
810	860	660	710	240 [105]

Таблица 3.2 - Химический состав, % (ГОСТ 5632–72)

C	Si	Mn	Сг	S	P	Ti	Cu	Ni
	не более			не более
0,26–0,35	0,8	0,8	12,0–14,0	0,025	0,030	0,2	0,30	0,6

Таблица 3.3 - Механические свойства

ГОСТ	Состояние поставки, режимы термообработки	Сечение, мм	σ0,2	σв	δ5	ψ		KCU, Дж/см2	НВ (HКCэ), не более
			МПа		%
			не менее
5949–75	Закалка 950 – 1020 °С, масло. Отпуск 200 – 300 °С, воздух или масло	Образцы	–	–	–		–	–	(50)
18907–73	Прутки шлифован­ные, обработанные на заданную проч­ность	1 – 30	–	530 – 780	12		–	–	–
25054–81	Поковки. Закалка 1000 – 1050°С, мас­ло. Отпуск 700 – 750 °С, воздух	До 1000	588	735	14		40	29	Поверх­ности 235 – 277
18143–72	Проволока термообработанная	1– 6	–	490 – 830	12		–		–

Таблица 3.4 - Механические свойства прутков при 20 °С в зависимости от тепловой выдержки

Режим термообработки	Тепловая выдержка		σ0,2	σв	δ5		ψ	KCU, Дж/см2
	Темпе­ратура, °С	Вре­мя, ч	МПа		%
Закалка 1000 °С, воздух. Отпуск 650 °С, воздух.	550	3 000	670	860	16	51		44
	600	3 000	620	800	20	56		50
	550	7 000	610	800	18	54		40
	600	10 000	420 – 450	670	23 – 26	57		–

Таблица 3.5 - Ударная вязкость прутков сечением 25 мм KCU, Дж/см²

Температура, °С
+20	– 20	– 50
63	52	45

Таблица 3.6 - Механические свойства при повышенных температурах

Температура испытания, °С	σ0,2		σв	δ5	ψ			KCU, Дж/см2
	МПа			%
Прокат. Нормализация 1000 °С, воздух. Отпуск 650 °С, 2–3 ч
20		700	940	16		52	54
200		660	820	14		58	127
300		630	770	13		53	122
400		570	710	13		53	157
500		530	610	14		55	162
Образец диаметром 6 мм и длиной 30 мм, деформированный. Скорость деформирования 16 мм/мин. Скорость деформации 0,0091/0
800		77	89	67		98	–
900		93	130	82		82	–
1000		50	76	70		97	–
1100		37	43	71		98	–
1200		26	29	74		98	–

Таблица 3.7 - Механические свойства при испытании на длительную прочность

Предел ползучести, МПа	Скорость ползучести, %/ч	Температура испытания, °С
131	1/100 000	400
82	1/100 000	450

Предел выносливости σ_-1 = 372 МПа при n = 10⁷

Технологические свойства

Температура ковки, °С: начала 1250, конца 850, сечения до 400 мм подвер­гаются низкотемпературному отжигу с одним переохлаждением.

Свариваемость – не применяется для сварных конструкций.

Обрабатываемость резанием – в закаленном и отпущенном состоянии при НВ 241 и σ_в = 730 МПа, К_{U тв.спл.} = 0,70, К_{U б.ст.} = 0,45.

Флокеночувствительность (склонность к образованию дефектов внутреннего строения стали) – не чувствительна.

Склонность к отпускной хрупкости – малосклонна.

Коррозионная стойкость

Среда	Температура, °С	Длительность испытания, ч	Глубина, мм/год
Морская вода	100	93	0,01
63,4 % раствор H2SO4	15	24	2,1
Пар–воздух	100	50	0,018

Для повышения коррозионной стойкости рекомендуется производить отпуск при температуре до 300 °С или свыше 650 °С.

Жаростойкость – стойкая при длительном сроке службы с темпера­турой до 600–650 °С.

4.2. Определение вида производства

Проектируемая система регулирования и клапан регулирующий входят в разовый заказ на поставку турбины и выпускаются в единичном экземпляре, поэтому при проектировании технологического процесса механической обработки вводим универсальное оборудование, т.е. закрепление нескольких операций за одним рабочим местом. Вид производства и соответствующие ему формы организации работ определяют характер технологического процесса и его построение. Устанавливаем, что производство – единичное.

Единичное производство характеризуется широтой номенклатуры изготовляемых или ремонтируемых изделий и малым объемом выпуска изделий. Объем выпуска – количество изделий определенных наименований, типоразмера и исполнения, изготовляемых или ремонтируемых предприятием или его подразделением в течение планируемого интервала времени.

При использовании единичного производства количество выпускаемых изделий и размеры операционных партий заготовок (т.е. количество заготовок, поступающих на рабочее место для выполнения технологической операции) исчисляются штуками или десятками штук; на рабочих местах выполняются разнообразные технологические операции, повторяющиеся нерегулярно или не повторяющиеся совсем; используется универсальное оборудование; специальные приспособления и инструмент, как правило, не применяют (они создаются только в случаях невозможности выполнения операции без специальной технологической оснастки); исходные заготовки простейшие (литье в землю, горячий прокат, поковки) с малой точностью и большими припусками; взаимозаменяемость деталей и узлов во многих случаях отсутствует; широко применяется пригонка по месту; квалификация рабочих очень высокая; технологическая документация сокращенная и упрощенная; технические нормы, как правило, отсутствуют, применяются опытно–статистическое нормирование труда.

4.3. Оценка технологичности конструкции, узла, детали

Каждая деталь должна изготавливаться с минимальными трудовыми и материальными затратами. Эти затраты можно сократить в значительной степени от правильного выбора варианта технологического процесса, и его оснащение, механизации и автоматизации, применения оптимальных режимов обработки и правильной подготовки производства.

При оценке технологичности учитываются следующие характеристики:

• конструкция детали должна состоять из стандартных и унифицированных конструктивных элементов или быть стандартной в целом;

• детали должны изготовляться из стандартных унифицированных заготовок или заготовок полученных рациональным способом;

• размеры и поверхности детали должны иметь соответственно оптимальные степень точности и шероховатость;

• физико-химические и механические свойства и механические свойства материала, жесткость детали, ее форма и размеры должны соответствовать требованиям технологии изготовления;

• показатели базовой поверхности (точность, шероховатость) детали должны обеспечивать точность установки, обработки и контроля;

• конструкция детали должна обеспечивать возможность применения типовых и стандартных технологических процессов ее изготовления.

Показатели технологичности:

– трудоемкость;

– материалоемкость;

– унификация (конструктивная преемственность, повторяемость, стандартизация деталей и элементарность).

Определим коэффициент стандартизации:

, (4.1)

где:

N_ст. – число стандартных деталей ( деталей);

N_общ – число деталей всей конструкции ( деталей).

Тогда .