Министерствообразования и науки
Государственноеобразовательное учреждение высшего профессионального образования
ПермскийГосударственный Технический Университет
Кафедрапорошкового материаловедения
Курсовойпроект
Тема:Разработка технологического процесса изготовления детали методом порошковойметаллургии
Выполнил: ст. гр. КПМ-07Егоров А. Г.Проверил: Оглезнева С.А.
Содержание
Введение
1. Выборпорошков и химического состава
2. Выбор,обоснование и описание технологической схемы
2.1 Технологическийпроцесс
2.1.1 Подготовка порошков ксмешиванию
2.1.2 Смешивание
2.1.3 Прессование
2.1.4 Спекание
2.1.5 Сульфидирование
2.1.6Калибрование
3. Выбороборудования
3.1 Оборудованиедля просева
3.2 Оборудованиедля сушки
3.3 Оборудованиедля смешивания
3.4 Оборудованиедля прессования
3.5 Оборудованиедля спекания
3.6 Оборудованиедля сульфидирования
3.7 Оборудованиедля калибровки
4 Техническийконтроль производства
Заключение
Список используемойлитературы
Введение
В последние десятилетияв нашей стране и за рубежом быстрое развитие получила новая отрасль науки и техники- порошковая металлургия. Успехи, достигнутые во многих отраслях новой техники,в значительной мере связаны с развитием порошковой металлургии.
Исследования вобласти разработки теоретических и технологических основ порошковой металлургии,проводившихся в 30-40х годах отдельными учёными, в настоящее время достигли высокогоразвития.
Металлическиепорошки и порошки металлических сплавов являются основным сырьём для производстваизделий методом порошковой металлургии: конструкционных, антифрикционных, пористых,коррозионностойких, жаропрочных и др. Металлические порошки используют также длянанесения на поверхность деталей износостойких и коррозионностойких покрытий. Порошкислужат сырьём в сварочной технологии.
Антифрикционныеспечённые материалы используются для изготовления деталей узлов трения (подшипниковскольжения, втулок, колец, шайб, подпятников и др.) различных машин и механизмов.Они применяются вместо дефицитных подшипниковых литых сплавов из цветных металлов,подшипников качения, антифрикционных сталей и чугунов. Применение спечённых антифрикционныхматериалов обуславливается рядом их преимуществ: экономия цветных металлов, снижениестоимости изготовления и уменьшение потерь металла в стружку; повышение производительноститруда; высвобождение станочного парка, квалифицированных рабочих и производственныхплощадей. Введение в состав спечённых антифрикционных материалов различных веществ,играющих роль твёрдой смазки, присадок, повышающих прочностные свойства материала,а также во многих случаях наличие остаточных пор в материале, которые после спеканияпропитываются смазочными жидкостями, увеличивают срок службы детали в 1,5-10 раз.В качестве присадок, играющих роль твёрдой смазки, обычно применяют графит, сульфиды,фторопласты, фториды и иногда оксиды.
Универсальностьметодов порошковой металлургии позволяет создавать сложные композиционные материалы,в которых введение соответствующих добавок позволяет достигать строго заданных свойств,необходимых для конкретных условий работы узла трения. Промышленность порошковойметаллургии в основном изготавливает антифрикционные спечённые материалы на основежелеза, меди и их сплавов.
1 Выборпорошков и химического состава
Выбор типа материалав каждом отдельном случае определяется конкретными условиями работы. Так, для изготавливаемойдетали “упор”, которая должна отвечать следующим требованиям: материал антифрикционный,тяжелые условия работы; Р=10 МПа, V=5 м/с, Т=2500С, оптимальным вариантомбудет антифрикционный материал на основе железа марки ПА-ЖГрДК (коэффициент трения0,01-0,1)
Состав: железо- 95,5%, графит — 1%, медь — 3%, сера — 0,5%.
Исходными материаламидля данного материала являются: порошок железа ПЖВ1.71.26 по ГОСТ 9849-86, порошокграфита С-1 по ГОСТ 4404-78, порошок меди ПМС-1по ГОСТ 4960-75. Серу вводим с помощьюоперации сульфидирования.
Медь – пластичныйметалл, хорошо сопротивляется ударным нагрузкам, имеет высокую теплопроводность,электропроводность, вязкость. Графит коллоидальный — широкий температурный диапазон,высокая нагрузочная способность, химическая инертность, отсутствие загрязнений,большая долговечность.
2. Выбор,обоснование и описание технологической схемы
Технология изготовленияспечённых антифрикционных изделий описывается следующей схемой, рисунок 1./> /> /> /> /> /> /> /> />
/> /> /> /> /> /> /> /> />
Рис. 1 – Технологическаясхема
По данной схемеизготавливаются материалы с пористостью 15-25%. С усложнением составов и повышениемтребований к эксплуатационным свойствам антифрикционных материалов усложняется итехнология их изготовления. Увеличивается количество операций, изыскиваются новыетехнологические приёмы.
Для каждого типадеталей строится своя технология. Чем выше качество изделий, тем дороже технология.Поскольку изделие должно продаваться, то качество и стоимость является определяющимпри ее разработке.
Данная схема дляизготовления детали «упор» из материала ПА-ЖГрДК наиболее эффективна, т.к. обеспечиваетдеталь всеми необходимыми характеристиками.
2.1 Технологическийпроцесс
2.1.1 Подготовкапорошков к смешиванию
Порошки представляютсобой совокупность частиц округлой и осколочной формы. Форма частиц и их размерыоказывают определенное влияние на их формуемость, спекаемость и определенный комплексмеханических свойств порошковых изделий.
Мелкие порошки имеют низкую текучесть, большую насыпную плотность,хорошую формуемость, большую усадку при спекании, что приводит к изменению размеров.Как правило, мелкие порошки не являются технологичными. Крупные порошки имеют хорошуютекучесть, низкую насыпную плотность, хорошо формуются, имеют малый коэффициентусадки при спекании. Однако крупные порошки обуславливают крупную пористость, котораярезко снижает прочность изделий.
Оптимальным считают комбинацию крупных и мелких порошков, когдамелкие частицы занимают пространство между крупными. Крупные порошки являются наиболеечистыми. Таким образом, для приготовления шихты выбирают оптимальный размер частицпорошков, из которых будет приготавливаться шихта.
При подготовкепорошков от композиции к операции формования готовят шихту путем смешивания различныхпорошков. Для некоторых порошков используют операцию просева.
2.1.1.1 Просев:обеспечивает получение фракций порошка, имеющих более узкие диапазоны размеров частицпо сравнению с исходным порошком. Это необходимо для получения заданной структурыи свойств материала изделия после формования и спекания. А так же для удаления мусораи посторонних включений в порошке. Просев порошков чаще всего осуществляют на виброситахввиду простоты устройства.
2.1.1.2. Сушка.Она предназначена для удаления избытка влаги в порошке. Порошок графита просушитьв сушильном шкафу в течение часа, при температуре 100-1500 С.
2.1.1.3. Передподготовкой приготовления шихты порошки проходят предварительный контроль на соответствиесертификатам. Гранулометрический состав (ГОСТ 18318–73) является важнейшейхарактеристикой порошков и определяется ситовым или микроскопическим анализом. Отнего зависит насыпная плотность, текучесть, формуемость и активность при спекании.Используется комплект сит с сетками (0071-016) ГОСТ 3584–73, устанавливаемый навстряхивающее устройство.
2.1.1.4. Исходныепорошки взвешиваются на весах, согласно их процентному содержанию в шихте, для порошкажелеза- 95,5 %, для порошка графита-1 %, для порошка меди — 3 %.
2.1.2. Смешивание
Операция смешиванияпорошков в общей технологической схеме изготовления изделия — одна из важнейших.Равномерность смешивания порошков оказывает важное влияние на качество готовой продукции.Конечной задачей смешивания является получение однородной смеси, т.е. такой, в которойчастицы различных компонентов распределены вполне равномерно.
Идеально однороднаясмесь получается, когда состав любой порции отвечает заданному составу. Однородностьсостава увеличивается с увеличением продолжительности смешивания и зависит от характеристикпорошков.
Композиции готовятпутем перемешивания порошков в течение 3 часов. Существует определенный порядоксмешивания: вначале перемешиваются легирующие добавки с небольшим количеством основногопорошка (железа); после перемешивания в течение 1 часа добавляется основная массапорошка и перемешивание продолжается еще в течение 2 часов.
Для предотвращенияликвации или других компонентов смеси, отличающихся по плотности от основного металла,шихту увлажняют бензином (до 1,5 %) или маслом (до 0,5 %).
Качество смешиванияконтролируется химическим и микрохимическим анализом проб, а также по физическими технологическим свойствам шихты (по насыпной плотности, текучести, уплотняемости,формуемости).
2.1.3Прессование
Детали узлов трения, как и многие другие, прессуют на гидравлическихили механических прессах в пресс — формах, изготовленных из закалённых легированныхсталей или твёрдых сплавов. Сущность процесса: уменьшение начального объема порошкаобжатием, тогда как при деформировании компактного материала его объем остаетсяпостоянным. Объем порошкового тела при прессовании изменяется в результате заполненияпустот между частицами за счет их смещения и пластической деформации. Величины давлений,применяемых при прессовании, зависят от прочности и пластичности прессуемого материала,наличия смазки, конструкции пресс — формы, требуемой конечной плотности и другихфакторов. Так для прессования детали «упор» требуется давление 700 МПа, оно обеспечиваетнеобходимую плотность прессовки и пористость 15-25%.
Технология прессования: холодное прессование в закрытых пресс–формах,одностороннее, т.к. отношение d/H
На полученных прессовках контролируем внешний вид, геометрию иплотность (по величине изделия и по высоте) (по ГОСТ 25281−82), методом взвешиваниясформованных изделий. Необходимо выявить заготовки с браком. Брак при прессованииобычно невелик, не >2-3% от всего количества изготовляемых деталей данного наименованияи может быть устранен.
2.1.4 Спекание
Технологическая операция, заключающаяся в нагреве и выдержке порошковыхформовок при температурах более низких, чем температура плавления основного компонента.(Температура спекания составляет 0,7 – 0,9 от абсолютной температуры плавления основногокомпонента). Спекание имеет основной целью увеличение их прочности. Упрощённо можнопредставить, что при спекании изменяется характер физической границы раздела частиц– межчастичные контактные поверхности – и за счёт увеличения подвижности атомовпри нагреве на ней возникают металлические связи или она исчезает совсем. Из конгломератачастиц создаётся более или менее плотный и однородный материал. Одновременно с решениемосновной задачи при спекании могут происходить окислительно-восстановительные идиффузионные процессы.
Применение защитных атмосферпри спекании изделий, спрессованных из порошков, обусловлено необходимостью предохраненияспекаемых материалов от окисления в процессе термической обработки, а также восстановленияоксидных плёнок, имеющихся на поверхности частиц. Окисление при спекании крайненежелательно, так как процесс уплотнения и упрочнения спекаемых брикетов тормозитсяи даже останавливается при образовании на поверхности частиц оксидных плёнок. Материалне окисляется в защитном газе, в котором парциальное давление кислорода меньше,чем упругость диссоциации оксидов спекаемого материала при температуре изотермическойвыдержки. Выбор защитной среды в значительной степени зависит от состава спекаемыхизделий, типа печей, экономических факторов и т. п. Взаимодействие с атмосферойне должно приводить к образованию соединений, ухудшающих свойства спечённых тел.В качестве защитной атмосферы при спекании применяют водород, диссоциированный газ,конвертированный природный газ, инертные газы, азот, эндо- и экзотермические газы,а также вакуум.
Спекание ведем при температуре1150С с углеродосодержащей засыпкой в течение 1-1,5 часов, чтообеспечивает формирование однородного твердого раствора.В качестве защитнойатмосферы используем диссоциированный аммиак (75% водорода и 25% азота; он на 30-50%дешевле, является хорошим заменителем водорода). Структура, получаемая при спекании,следующая: перлит, графит (в виде твердой смазки), поры, допускается феррит до 40%, отдельные включения цементита до 15 %. Спрессованные детали, поступающие на спекание,не должны иметь поверхностных дефектов. Между деталями и стенками графитового поддонадолжен быть гарантированный промежуток(1-2 мм).
При проведении спекания появляетсяне только брак, вызванный нарушением технологии, но и выявляется брак предыдущихопераций смешивания и формования, поэтому необходим контроль на наличие брака (короблениедеталей, обезуглероживание, вспучивание, корочка, налет, недопекание, пережог).
2.1.5 Сульфидирование
Проводят с целью уменьшениякоэффициента трения, повышения сопротивляемости антифрикционных материалов на основежелеза к схватыванию, повышения их износостойкости и твердости. Этот процесс применительнок нашему материалу достаточно прост. Для этого серой пропитывают пористый спрессованныйкаркас в течении 45 мин при температуре 130 – 1400С. Затем детали нагреваютв защитной среде до температуры 400 – 4500С в течение 60 мин, в результатечего образуются сульфиды железа.
2.1.6 Калибрование
Калибровка используетсядля получения более высокого класса точности геометрических размеров детали. Проводятпри давлении 0.2 – 0.3 от давления прессования исходной шихты. В данном случае –Рпр=700 МПа, следовательно, Рк =200 МПа.
Контролируется: размеры изделия,снимаются штангенциркулем, микрометром; внешний вид проверяется на отсутствие поверхностныхдефектов (трещины, сколы, шероховатости рабочих поверхностей). По объему и массепрессовки рассчитывается ее плотность, прочность, пористость. При наличии отклоненийот требуемых точных значений размеров, осуществляется наладка калибровочного автомата.Для проведения регулировочных операций устанавливается наладочный режим работы автомата.
3 Выбор оборудования
3.1 Оборудование для просева
Сито вращательно — вибрационное ВС 2 смонтированона литой станине. При включении машины вращение от электродвигателя передаётся валу,на котором насажены дебалансы.
Регулируя угол раствора между дебалансом, можно увеличитьили уменьшить частоту колебаний вибратора, покоящегося на резиновых трубках, смонтированныхв станине. К вибратору приварена камера с сеткой и бункером.
Просеиваемый материал через крышку засыпают в бункер,из которого он поступает на сетку. Колебания последней таковы, что частицы совершаюткруговое вращение, охватывая всю площадь сетки. Просеянный порошок поступает в приёмнуютару, установленную на тележке. Все детали сита, непосредственно контактирующиес порошком, выполнены из нержавеющей, кислотостойкой стали.
Техническая характеристика:производительность 250 кг/ч, мощность 7кВт, габариты 1,2/0,75/1,2 м.
3.2. Оборудованиедля сушки:
Для сушки порошкаграфита необходимо: температура сушки – 150/>,продолжительность сушки – 1 час, содержание графита в шихте – 1 %.
Подбираем оборудование:шкаф сушильный электрический лабораторный СНОЛ – 3,5.3,5.365/3м.
Характеристикипечи: мощность – 2.2 кВт, рабочая температура – 50-350/>, производительность 2 кг/ч,габариты 665-560-660.
3.3 Оборудованиедля смешивания
Для смешиванияпринимаем смеситель двухконусный. Корпус представляет собой сварной сосуд из двухсоединенных своими большими основаниями усеченных конусов, между которыми вваренацилиндрическая обечайка. Корпус вращается от электродвигателя с помощью зубчатойпередачи через шестерню, посаженую на ось смесителя. Сверху и снизу к корпусу крепятсяшиберные заслонки, закрывающие отверстия, через которые загружается и разгружаетсясмеситель. При вращении корпуса смесителя смешиваемый материал, скользя по внутреннимповерхностям, разъединяется и соединяется слоями, благодаря чему смешивание происходитбыстрее. Смеситель обеспечивает высококачественное усреднение порошков и приготовлениешихт различных составов.
Характеристикисмесителя: производительность 1300 кг/ч, мощность 2,2 кВт, объем 3 м3,габаритные размеры 3,2/2,0/2,4 м.
3.4 Оборудованиедля прессования
Обеспечивает получение бездополнительных движений в инструменте равномерную упрессовку изделий с одним переходомпоперечного сечения снаружи.
Размеры изделия ограничиваютсяусилием, насыпной высотой, максимальным размером детали в плане, а также коэффициентомпрессования применяемого порошка.
Автомат выполняет следующиеоперации:
засыпка порошка из бункерав кассету питателя;
перенос порошка кассетой кматрице;
заполнение матрицы порошком;
выталкивание изделия из матрицы;
сталкивание спрессованногоизделия на лоток
Для прессования порошковыхизделий производится наладка пресса-автомата. Прежде всего, пресс-форма для прессованиявтулки помещается на прессующий блок пресс. Проводятся регулировочные операции,пробное прессование. При наличии отклонений от требуемых значений высоты и массыосуществляется подналадка пресса.
Выполнив несколько цикловпрессования и получив стабильные результаты по размерам и массе прессовок в режиме«наладка», подключают кассету питатель, а пресс переключают на работу в автоматическомрежиме.
Для выбора пресса, необходимоопределить усилие прессования для данной детали, и затем усилие пресса с запасоммощности.
Необходимое усилиепрессование для детали «втулка» рассчитывается по формуле: Р = q * F,
Р – усилие прессование,тс
q– удельное усилие прессование,т/см2
F– Площадь детали «втулка», см2
Р = 7*8,35 = 58,4т.
Технические характеристикимеханического пресс-автомата КА-0628.
Номинальное усилие63 т, усилие выталкивания 19 т, наибольшая высота засыпки 125 мм, число ходов вминуту 32, мощность 22 кВт, габаритные размеры 1,77/2,50/2,29 м, масса 9,50 т.
3.5 Оборудованиедля спекания
Для спекания принимаемэлектропечь сопротивления с рольганговым подом для спекания антифрикционных и конструкционныхизделий СРЗ — 4×30×3/12.
Технические характеристики:
Производительность60 кг/ч, максимальная температура 12000С, мощность 85 кВт, размеры раб.пространства 0,3×0,4×0,5 м, габариты 16×1,85×2,85 м, атмосфера– диссоциированный аммиак.
3.6 Оборудованиедля сульфидирования
Состоит из двухопераций: пропитка серой и сульфидирующее спекание.
Для пропитки серойвыбираем масляную ванну МВ – 30 для пропитки пористых изделий. Производительность80 кг/ч, температура 1300С, мощность 2,7 кВт, габаритные размеры 0,5×0,6×0,7м.
Для спекания принимаемпечь ОКБ69А. Производительность 90 кг/ч, мощность 140 кВт, максимальная температура12000С, размеры рабочего пространства 0,64×0,76×0,25 м.
3.7 Оборудованиедля калибровки
Для калиброванияпринимаем механический пресс-автомат КО – 424. Номинальное усилие 25 т, ход головки150 мм, число ходов в минуту 32, усилие выталкивания 12 т, мощность 8,7 кВт, габаритныеразмеры 1,15×1,55×2,3 м.
4. Техническийконтроль производства
На каждом предприятиидолжен присутствовать отдел технологического контроля (ОТК), который следит за качествомпродукции (сырья) на всех этапах производства и делает заключение о годности. Толькопосле заключения специалиста ОТК деталь (сырьё) поступает на следующую операцию.
Цель техническогоконтроля – проверка соответствия качества сырья, готовой продукции и основных полуфабрикатовТУ или ГОСТам, предотвращение выпуска брака и своевременное устранение его причин.
1. Контрольвнешнего вида заготовок (на наличие раковин, сколов, трещин и др.) производитсявизуально перед спеканием.
2. Контрольразмеров заготовок производится калибрами и измерительными инструментами соответствующиеквалитетам, указанным в чертежах, после операции прессование, калибрования.
3. Контрольплотности заготовок производится после операций прессования, спекания.
4. Контрольтвердости заготовок определяется по ГОСТ 25698.
5. Контрольхимического состава. Контроль химического состава производится анализом проб стружки,взятых из заготовки. Взятие проб производится по ГОСТ 7565.
6. Определениемикроструктуры производится на травленных шлифах с помощью металлографического микроскопа.
Заключение
В данной работерассмотрена технология получения изделия «упор» методом порошковой металлургии.Высокие антифрикционные свойства обеспечиваются составом пористого материала – железо-медь-графит.Необходимость создания пористой структуры и умеренно нагруженного состояния позволилоприменение технологии однократного прессования и спекания. Сульфидирование примененодля повышения антифрикционных свойств и продления срока службы изделия.
Условия работыспеченной детали в режиме самосмазывания и ограниченной подачи смазки: допустимоедавление до 12 МПа при скорости скольжения до 3 – 8 м/с при повышенных температурах(2500С).
Списокиспользованной литературы
1.Роман О.В., Габриелов И.П. Справочник по порошковой металлургии: Порошки, материалы,процессы. Мн.: Беларусь, 1988.
2.Б.Н. Бабич, Е.В. Вершинина. Металлические порошки и порошковые материалы. М.: ЭКОМЕТ,2005.
3. Оборудование предприятийпорошковой металлургии. С.С.Кипарисов, О.В.Падалко. Учебник для вузов. М.: Металлургия,1988г.
4. Г.А. Либенсон, В.С. Панов.Оборудование цехов порошковой металлургии. М.: Металлургия, 1983.