Курсовая работа (т): Разработка сквозной технологии производства шатуна

Из мелочи и рудной пыли получаем окатыши - полуфабрикат металлургического производства железа. Шихта, то есть смесь тонко измельчённых концентратов железосодержащих минералов, флюса (добавок, регулирующих состав продукта), и упрочняющих добавок (обычно это бентонитовая глина, будем экспериментировать), увлажняется и подвергается окатыванию во вращающихся чашах или барабанах.

В результате окатывания получают близкие к сферическим частицы диаметром 1-30 мм. Они высушиваются и обжигаются при температурах 1200-1300 C на специальных установках - обжиговых машинах. Обычно обжиговые машины представляют собой конвейер из обжиговых тележек (паллет), которые движутся по рельсам. В верхней части обжиговой машины над обжиговыми тележками располагают отопительный горн, в котором происходит сжигание газообразного, твердого или жидкого топлива и формирование теплоносителя для сушки, нагревания и обжига окатышей. Чаще же всего руду обжигают в кучах или в особых печах, например, вращательных, наподобие служащих для обжига цемента. Мы на первом этапе только подсушиваем окатыши.

Обожжённые окатыши приобретают высокую механическую прочность. При обжиге удаляется значительная часть сернистых загрязнений. При использовании окатышей исключается раздельная загрузка в печь руды и флюсов, значительно сокращается количество шлака при переработке руд с низким содержанием железа. Кроме того, повышается производительность плавки в печи.

Производится также термическая обработка руд, к которой относятся обжиг и агломерация. Благодаря обжигу в специальных печах при температуре 600-800RС из руды удаляются влага, углекислый газ, сера. В результате руда очищается и обогащается, становится более пористой и легче восстанавливается.

Агломерация заключается в спекании рудной мелочи в специальных машинах. Получающийся при этом агломерат состоит из пористых кусков руды с невысоким содержанием серы (сера частично выгорает в процессе спекания), что облегчает проникновение газов и тем повышает восстановимость руды.

2.6 Агломерация

Агломерация - метод для создания предметов из порошкового материала при нагревании ниже температуры плавления, при этом происходит слипание частиц между собой из-за затвердевания легкосплавных частей материала. Агломерация является процессом подготовки железорудного сырья.

Агломерат - окускованный рудный концентрат, полученный в процессе агломерации.

Окускование производят для переработки концентратов, полученных после обогащения, в кусковые материалы необходимых размеров.

При агломерации шихту, состоящую из железнойруды (40 - 50 %), известняка (15-20 %), возврата мелкого агломерата (29 - 39 %), коксовой мелочи (4 - 6 %), влаги (6-9 %), спекают на агломерационных машинах при температуре 1300 ... 1500 °С. При спекании из руды удаляются вредные примеси (сера, мышьяк), разлагаются карбонаты и получается кусковой пористый офлюсованный материал - агломерат.

Агломерация включает: подготовку шихты (дозировка отдельных компонентов, смешивание, увлажнение и окомкование), спекание подготовленной шихты на англомерационных машинах, обработку горячего спека (дробление, рассев с удалением кусков до 5-10 мм, охлаждение до 100°С, сортировка). Процесс спекания тесно связан с работой узлов и агрегатов, обеспечивающих подготовку сырых материалов для А. Поэтому первостепенное значение имеет стабилизация основных входных параметров процесса (усреднение и дозировка материалов, химический состав, влажность и т.д.), которые открывают пути к комплексной автоматизации агломерационного процесса. А. осуществляется на агломерационных фабриках, в состав которых входят склады для усреднения и хранения запасов шихтовых материалов, приёмные бункера, отделения для измельчения кокса и известняка (иногда и обжига известняка), шихтовое, спекательное и обарботки готового агломерата (рис.).

Рисунок 3- Процесс дробления и агломерации руды; пластинчатый питатель; 2- неподвижная решетка; 3- щековая дробилка; 4- валковая дробилка; 5- молотковая дробилка; 6,15- виброгрохоты; 7- реверсивный ленточный конвейер с ножами; 8- бункеры с шихтой; 9- ленточные питатели; 10- шихтосмеситель; 11- гранулятор; 12- агломерационная машина; 13- роторная дробилка; 14- зубчатая дробилка

.7 Производство стали в дуговых электропечах

Сталь, полученная в дуговых электропечах отличается низким содержанием серы, фосфора и неметаллических включений. Содержание легирующих элементов остается достаточно высоким.

Процесс электроплавки отличается возможностью регулирования температуры и состава металла. В дуговых электропечах производят, в основном, высоколегированные, инструментальные, нержавеющие, шарикоподшипниковые, жаропрочные и жаростойкие стали.

Технология плавки. Плавка в дуговой печи начинается с заправки печи. Жидкоподвижные нагретые шлаки сильно разъедают футеровку, которая может быть повреждена и при загрузке. Если подина печи во время не будет закрыта слоем жидкого металла и шлака, то она может быть повреждена дугами. Поэтому перед началом плавки производят ремонт - заправку подины. Перед заправкой с поверхности подины удаляют остатки шлака и металла. На поврежденные места подины и откосов - места перехода подины в стены печи - забрасывают сухой магнезитовый порошок, а в случае больших повреждений - порошок с добавкой пека или смолы.

Заправку производят заправочной машиной, выбрасывающей через насадку при помощи сжатого воздуха заправочные материалы, или, разбрасывающей материалы по окружности с быстро вращающегося диска, который опускается в открытую печь сверху. Основные преимущества способа получения стали в электрических печах - возможность создания высокой температуры в плавильномпространстве печи (более 2000 'С) и выплавки стали и сплавов любого состава; использование известкового шлака (до 50...60 % СаО), способствующего хорошему очищению металла от вредных примесей - серы и фосфора; возможность ведения плавки при всех режимах и условиях производства.

Рисунок 4- Схематичное изображение дуговой электропечи

Дуговая печь имеет сварной стальной цилиндрический корпус со сферическим днищем, который выложен внутри огнеупорным и теплоизоляционным кирпичом. Свод печи делается съемным и имеет отверстия для электродов (угольных или графитовых диаметром 400...500 мм и длиной 2 м). Число электродов соответствует числу фаз электрического тока. Крепятся они в электродержателях и при помощи специального механизма могут перемещаться вверх и вниз. Печь имеет рабочее окно и выпускное отверстие. Устанавливается печь на дугообразных полозьях и с помощью двигателя поворачивается в сторону выпускного отверстия со сливным желобом.

2.8 Машина непрерывного литья заготовок

МНЛЗ состоит из сталеразливочного и промежуточного ковшей, водоохлаждаемого кристаллизатора, системы вторичного охлаждения, устройства для вытягивания, оборудования для резки и перемещения слитка.

После выпуска металла из сталеплавильного агрегата, доводки по химическому составу и температуре на АКП, ковш поднимается литейным краном на поворотный стенд МНЛЗ. Поворотный стенд представляет собой вращающуюся конструкцию с двумя позициями для установки ковшей. После опустошения ковша в позиции разливки, стенд поворачивается на 180° и уже полный ковш находится в позиции разливки. После открытия шибера ковша, жидкий металл начинает поступать в промежуточный ковш. Промежуточный ковш является своего рода буфером между ковшом и кристаллизатором. После открытия стопора (стопорный механизм позволяет плавно регулировать поток металла в кристаллизатор, поддерживая в нем постоянный уровень) пром. ковша металл поступает в кристаллизатор. Кристаллизатор представляет собой водоохлаждаемую конструкцию, которая совершает вертикальные колебания, для предотвращения застывания металла на стенках кристаллизатора. В зависимости от конструкции МНЛЗ размеры кристаллизатора могут варьироваться. В кристаллизаторе происходит застывание стенок сляба. Далее, под воздействием тянущих роликов сляб попадает в зону вторичного охлаждения (дуговой участок ручья), где на металл через форсунки разбрызгивается вода. После выхода металла на прямолинейный участок ручья, происходит отрезание слябов.

Рисунок 5- Схематичное изображение машины непрерывного литья заготовок:: 1 - ковш, 2 - промежуточное разливочное устройство, 3 - кристаллизатор (изложница без дна), 4 - затвердевающий слиток, 5- тянущие валики, 6 - зона вторичного охлаждения, 7 - зона резки, 8 - газовый резак

В зависимости от сортамента холодного проката устанавливают необходимое число клетей с таким расчетом, чтобы за один пропуск через непрерывный стан получить заданную толщину проката. Трехклетевые непрерывные станы допускают прокатку полосы за одинпропуск через стан с суммарным обжатием 45-60% ;четырехклетевые непрерывные станы допускают за один пропуск через стан суммарное обжатие полосы 70-80% и пятиклетевые - суммарное обжатие полосы за пропуск до 90%.

.9 Прокат и резка стали

Прокатный стан - комплекс оборудования, в котором происходит пластическая деформация металла между вращающимися валками.

Прокатка металлов является таким видом пластической обработки, когда заготовка обжимается (сдавливается), проходя в зазор между вращающимися валками, при этом, она уменьшается в своём поперечном сечении и увеличивается в длину. Существует три вида прокатки:

·    продольная,

·        поперечная,

·        поперечно-винтовая (или косая).

Для дальнейшего производства прутка применяется продольная прокатка. При продольной прокатке деформирование заготовки осуществляется между вращающимися в разные стороны валками. Оси прокатных валков и обрабатываемой заготовки параллельны (или пересекаются под небольшим углом). Оба валка вращаются в одном направлении, а заготовка круглого сечения - в противоположном. В процессе поперечной прокатки обрабатываемая заготовка удерживается в валках с помощью специального приспособления. Обжатие заготовки по диаметру и придание ей требуемой формы сечения обеспечиваются соответствующей профилировкой валков и изменением расстояния между ними. Данным способом производят изделия, представляющие собой тела вращения (шары, оси, шестерни и пр.).

Металлургическая промышленность России выпускает разнообразные виды проката, отличающиеся по форме поперечного сечения и размерам. Все эти изделия перечень которых называется сортаментом, как правило, стандартизованы. Хотя сортамент прокатных изделий весьма обширен, все же представляется возможным весь прокат разбить на следующие основные четыре группы: сортовой, листовой, трубы, специальные виды проката (бандажи, колеса, периодические профили и пр.). Наиболее разнообразной является группа сортового проката, который подразделяется на простые и фасонные профили. Прокат в виде круга, квадрата, полос плоского сечения относится к простым профилям. Прокат сложного поперечного сечения относится к фасонным профилям. Таким образом заготовка для производства прутка относится к группе сортового проката простого профиля.

Весь сортовой прокат подразделяется на четыре группы: сталь крупносортная, среднесортная, мелкосортная и катанка диаметром от 5,5 до 9 мм. Заготовка для производства проволоки диаметром 3,6 мм относится к четвертой группе сортового проката.

Прокатка сортового металла включает следующие основные операции: нагрев до 1100-1250 °С; подачу нагретой заготовки к рабочим клетям и прокатку в несколько проходов в калибрах, постепенно приближающих сечение исходной заготовки к сечению готового профиля; резку проката на пилах или ножницах на части требуемой длины или сматывание в бунты; охлаждение на холодильниках; правку на роликовых правильных машинах; контроль и отправку на склад готовой продукции.

2.10 Получение заготовки путем горячей объемной штамповки

Горячая объёмная штамповка - это вид обработки металлов давлением, при которой формообразование поковки из нагретой заготовки осуществляют с помощью специального инструмента - штампа.

Изготовление заготовок шатунов горячей штамповкой отвечает требованиям поточно-массового производства, т.к. этот метод приближает форму и размеры заготовки к форме и размерам готовой детали за счёт применения специальной технологической оснастки и специального оборудования, что снижает отход металла в стружку при механической обработке. При этом обеспечивается выгодное расположение волокон в металле, что повышает прочностные показатели деталей.

Заготовка шатуна изготовляется из прутка длиной 400 мм. Отход на угар, заусенцы и клещевину составляет 40%. Поверхности шатуна, не подлежащие обработке, должны быть чистыми (без окалины, закатов, плён, расслоений и трещин). Шатуны, имеющие трещины любого размера и расположения, а также отклонение торцов верхней и нижней головок от положения в одной плоскости более чем на 1,0 мм, выбраковываются. Проверка на отсутствие трещин осуществляется на магнитном дефектоскопе в магнитном поле при силе тока 800 А.

2.11 Цементация детали

Последующую обработку детали производят цементированием. Оно необходимо для улучшения прочностных характеристик вала. Цементирование производится только наружной поверхности, обеспечивая внутреннему диаметру необходимую вязкость, что улучшает эксплуатационные характеристики.

Цементация стали - это процесс поверхностного насыщения машиностроительной малоуглеродистой стали углеродом, произведенный с целью поверхностного упрочнения деталей. Легированная сталь, имеет хорошую прокаливемость и закаливается на мартенсит даже при больших сечениях заготовок. Цементация деталей проводится при температуре 900-920 °С. На диаграмме изотермического превращения аустенита стали 40ХН2МА отсутствует зона перлито-троститного распада. Аустенит распадается или на игольчатый тростит, или на мартенсит.

Смягчающей обработкой для этой стали является высокий отпуск при 650-670°. Структура после такой термической обработки -сорбит с карбидами.

2.12 Расточка и хонингование отверстий

Предварительно растачивают отверстие до диаметра 92,4 мм резцом с пластинкой из твердого сплава Т5КЮ (частота вращения расточной головки 372 об/мин, подача головки - 0,23 мм/об). Окончательно растачивают отверстие до диаметра 92,96+0>034 мм резцом с пластинкой из твердого сплава Т30К4 (частота вращения расточной головки - 520 об/мир, подача - 0,1 мм/об). После этого вшатунныхшейкахпротачиваютсяполости для центробежной очистки масла, высверливаются отверстия под болты крышки, затем крышка срезается.

После расточки отверстие в нижней головке шатуна хонингуют в размер 93+0'021 мм.

Рисунок 6- Приспособление для расточки отверстий в головке шатуна: 1 - прижим; 2, 14 - съемные пальцы; 3 - накидная гайка; 4 - планка; 5, 15 - установочные втулки; 6, 10 - съемные приставки; 7 - палец срезанный; 8, 18 - направляющие втулки; 9, 12 - конусные шайбы; 11 - прихват; 13 - болт; 16 - установочный палец; 17 - упор; 19 - корпус

Рисунок 7- Хонинговальная головка: 1 - гидроцилиндр; 2 - опорная втулка: 3 - установочный палец; 4 - планка; 5 - колодка хонинго-вальной головки; 6 - алмазные бруски; 7 - поводок; в - чека; 9 - стержень; 10 - толкатель; 11 - корпус головки: 12 - разжимной конус; 13 - планка: 14 - прижимная втулка; 15 - шатун; 16 - корпус

Цель хонингования - сократить до минимума припуск на окончательную обработку алмазной разверткой до 5…8 мкм, повышение производительности.

Проведенные исследования показали, что хонингование и алмазное развертывание не нарушают координатное расположение осей отверстий и их взаимное расположение, параллельность и скрещивание окончательно формируются на операции расточки отверстий в малой головке.

Хонингование отверстия в нижней головке шатуна после расточки или наплавки производят на вертикально-хонинговальном станке, показанном на рис.5. Хонинговальную головку крепят в патроне, который устанавливают в шпиндель станка. Привод механизма разжима брусков встроен в шпиндельную бабку станка. Поступательное движение от привода передается толкателю 10 и через поводок 7 разжимному конусу 12. Последний, воздействуя на планки 13, разжимает колодки 5 с алмазными брусками 6. Хонингуют отверстие предварительно до диаметра 92,99+°>021 мм алмазными брусками марки 2768-0103-Г-АСР 100/8Q-50M-73 (ГОСТ 16606-71) при удельном давлении брусков 4-6 кгс/см2и окончательно до диаметра 93+0,021 мм алмазными брусками марки 2768-0103-1-АСМ 28/20-50М-73 (ГОСТ 16606-71) при удельном давлении брусков 3-5 кгс/см2. Хонинговальная головка должна делать 88 двойных ходов в минуту при 88 об/мин шпинделя станка. Расточку отверстия под втулку и во втулке под поршневой палец производят на алмазно-расточном станке.