Термическая обработка в машиностроении: Справочник

Листать книгу

Страницы: ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

скачать книгу Термическая обработка в машиностроении: Справочник

Рис. 7. Принципиальная классификация технологических способов машинной закалки (схемы механического воздействия на охлаждаемое изделие и фиксируемые геометрические элементы).
...
Варианты способов охлаждения: опускание (погружение) изделия в охлаждающую среду) повышение уровня среды (затопление изделии); охлаждение на месте (душироваиие, обдувка, струйное охлаждение)
...
Рис. 7. Принципиальная классификация технологических способов машинной закалки (схемы механического воздействия на охлаждаемое изделие и фиксируемые геометрические элементы).
...
Термическое упрочнение может рассматриваться во многих случаях в качестве одного из узловых этапов комплексного технологического маршрута. Здесь выявляется степень взаимной совместимости характеристик конструкции и реальных возможностей технологии.
...
разные технологические особенности термических операций, а также предшествующих и последующих операций процессов формообразования.
...
Несовместимость по этим факторам влечет за собой производственные затруднения, ухудшение эксплуатационных свойств, отсюда — необходимость корректирования конструкции и (или) технологии.
...
В соответствии с изложенным, взаимное влияние между конструкцией и технологией должно учитываться, начиная с ранней производственной стадии — при инженерных расчетах и конструкторском оформлении деталей, выборе материала и т. д. (рис. 8).
...
Конструкционные характеристики определяют принципиальную техническую возможность изготовления (в частности — упрочнения) изделий при реально существующем уровне технологии и других выбранных или заданных условиях, например, на отдельном предприятии или по кооперации (в той же или в другой отрасли промышленности); технические требования к наличным или подлежащим приобретению (разработке, изготовлению) средствам технологического оснащения (оборудованию, оснастке, аппаратуре, приборам); экономические показатели, по совокупности отражающие степень сложности подготовки и выполнения производственного процесса с учетом масштабов выпуска и требований к качеству продукции.
...
На каждой стадии производства реальные технологические возможности, имеющиеся в наличии и перспективе, могут ограничивать свободу принятия конструкторских решений и вынуждать в силу необходимости выбирать компромиссные варианты. Здесь осуществляется обратная связь между конструкцией и технологией.
...
Для конкретизации этих связей и их возможного количественного регламентирования посредством различных нормативных материалов применяется понятие конструкционно-технологического фактора (КТФ): это понятие объединяет то или иное конструкционное свойство (признак) изделия, рассматриваемое во взаимодействии (совокупности) с технологическими методами и средствами его осуществления. Разумеется, понятие КТФ становится актуальным в тех случаях, когда параметры изделия, материал, виды и режимы упрочняющей обработки накладывают взаимные ограничения, т. е. когда отсутствует возможность свободного варьирования того или иного параметра без существенных следствий для всех или ряда других. Основная классификация групп КТФ приведена иа рис. 9 (общее число отдельных конструкционно-технологических факторов — около 100).
...
Комплекс общепромышленных организационно-технических и технологических вопросов в области машиностроения охватывается системами нормативно-технической документации, разрабатываемыми Государственным Комитетом СССР по стандартам. Основное место среди этих систем принадлежит ЕСТПП — Единой Системе Технологической Подготовки Производства.
...
Имеются также системы; ЕСТД — Единая Система Технологической Документации; ГСИ — Государственная Система обеспечения единства Измерений; группы стандартов и методических указаний систем Качество продукции; Надежность в технике; Общие методы и средства контроля и испытания продукции; Методы статистического контроля качества, надежности, долговечности систем и др.
...
Имеется в виду обеспечение статической н динамической прочностиприэксплуатационныхусловиях нагру-жения, усталостной и износнойдолговечности, коррознониой стойкости н других свойств материалов в конструкционных деталях (элементах
...
Рис. 8. Схема основных расчетио-конструкторских и технологических этапов для упрочняемых элементов машин и приборов
...
применение в народном хозяйстве передовых прогрессивных методов и форм организаций производства и управления, разработанных на основе научных достижений и широкого обобщения производственного опыта предприятий разных отраслей промышленности;
...
при выполнении заданных эксплуатационных свойств и качества изделий обеспечение возможной унификации и технологичности их конструкций;
...
Требования государственной нормативно-технической документации должны выполняться подобно другим технологическим отраслям также в области технологии термической обработки изделий машиностроения и приборостроения.
...
6. ГОСТ 16.305—74. Контроль точности технологических процессов. Методы оценки точности в условиях серийного и массового производства. (Аналогичный стандарт для условий единичного и мелкосерийного производства — ГОСТ 16.306 — 74.)
...
6. ГОСТ 16.305—74. Контроль точности технологических процессов. Методы оценки точности в условиях серийного и массового производства. (Аналогичный стандарт для условий единичного и мелкосерийного производства — ГОСТ 16.306 — 74.)
...
Режимы нагрева при термической обработке стали включают следующие периоды: 1) нагрев до требуемой температуры с заданной или неустанавливаемой по величине скоростью подъема температуры металла;
...
Каждый из периодов режима характеризуется рядом тепловых параметров, в той или иной степени обусловливающих качество термической обработки; среди них — время (продолжительность) периода; распределение температуры в металле или перепады температуры между отдельными характерными точками его объема^ величина которых изменяется в ходе процесса; скорость изменения температуры.
...
Возможность и способ осуществления требуемых по данной технологии термической обработки режимов нагрева устанавливают, в частности, проводя тепловые расчеты. Проведение расчетов необходимо также при выборе печного оборудования, в ходе разработки технических требований на проектирование печей и печных агрегатов. Тепловые расчеты выполняются технологом по термической обработке стали, например, при переходе на другую номенклатуру обрабатываемых в имеющихся печах изделий, при текущей модернизации и совершенствовании печного оборудования, для уточнения паспортных характеристик печей, при снабжении их системами управления и т. д.
...
Расчеты подразделяют на оценочные, или инженерные, и специальные (уточненные), используемые, например, при исследовании процессов нагрева в печах. Их различие определяется поставленными целями и задачами и применяемыми методами решения. Методы эти отличаются характером и сложностью используемых моделей процесса нагрева и соответственно применением тех или иных вычислительных средств.
...
основы технологии процессов нагрева при термической обработке стали
...
и сами детали. Передача теплоты как от печи к загрузке, так и внутри нее происходит за счет излучения, конвекции и теплопроводности, причем часто одновременно действуют два или все три вида теплопередачи.
...
Расчет нагрева загрузки в общем случае представляет собой пространственную нестационарную задачу теплообмена между телами сложной геометрической формы с изменяющимися в ходе нагрева теплофизическими свойствами. Для практических расчетов печную камеру и загрузку разделяют на ряд отдельных частей (участков, ячеек), в пределах которых приближенно считают одинаковыми температуру и теплофизические свойства материалов. Связь между участками (каждого со всеми, участвующими с ним в теплообмене) описываются уравнениями теплопередачи. Чем больше деление на участки, тем более точным будет решение. Такая модель процесса нагрева в печах может быть реализована в виде программы для цифровой ЭВМ, и на этом методе основаны используемые в настоящее время специальные тепловые расчеты [7!.
...
В инженерных расчетах рассматривают упрощенную модель системы, когда теплообмен происходит между двумя телами — печью и загрузкой. Печное пространство представляют как внешний источник теплоты с заданной температурой или тепловым потоком. При этом сложный теплообмен расчленяют на отдельные виды с последующим суммированием их действия. Загрузка рассматривается одномерной — прогрев ее и распределение в ней температуры определяют по одному, наиболее характерному ее размеру, например по толщине.
...
В расчетах может ставиться прямая и обратная задачи. Прямая задача — определение по заданным внешним условиям нагрева характеристик теплового состояния загрузки: энтальпии (теплосодержания), средней по массе температуры, распределения или перепада температуры и др. Обратная задача — нахождение по известным параметрам теплового состояния загрузки распределения температуры или тепловыделений в печном пространстве. Практически, однако, обратная задача решается путем многократных расчетов с помощью модели, предназначенной для решения прямой задачи, т. е. путем подбора н приближения.
...
Для инженерных расчетов в ряде случаев используют более простую модель, если загрузка может быть представлена как теплотехнически тонкое тело. В отличие от теплотехнически массивного тела в тонком перепады температуры пренебрежимо малы, и поэтому не ставится задача их определения. Области тонких и массивных тел (или загрузок, которые могут быть ими представлены) разделяются по величине соотношения термических сопротивлений — внутреннего (по толщине загрузки) и внешнего (между печыо и загрузкой), т. е. чтелом Био:
...
где а — коэффициент теплоотдачи на поверхности загрузки, Вт/(м2-°С); Я — коэффициент теплопроводности, Вт/(м-°С); 5 — толщина загрузки, м.
...
Компоновка загрузки имеет важное значение для обеспечения заданных параметров нагрева и выполнения требований к его качеству (например, для того чтобы перепады температуры были в допустимых пределах). В этом отношении существенны две основные характеристики структуры загрузки — геометрическое расположение ее элементов (нагреваемых деталей и приспособлений) и теплофизические свойства их материалов, определяющие тепловые свойства загрузки в целом как физического тела. С учетом этого принимают ту или иную модель для теплового расчета.
...
По способам укладки изделий, связанным с условиями их транспортировки в печах, загрузки можно подразделить [7] на протяженные (лента, проволока, протягиваемые через печь при нагреве), однослойные (детали, укладываемые на транспортирующий механизм рядом друг с другом в один слой, например на
...
конвейерной ленте, на противнях) и многослойные (мелкие детали, располагаемые насыпью или в определенном порядке в контейнерах или на конвейере, пакеты листов, бунты проволоки и т. п.). Характерный вид представляют загрузки, которые компонуются из деталей, укрепленных на приспособлениях (специально сконструированных жаростойких пространственных конструкциях): шестерни, звездочки, кольца надевают на вертикальные или горизонтальные штыри, коленчатые валы крепят рядами вертикально или горизонтально и т. п. Несмотря на потери теплоты, связанные с нагревом приспособлений, такие загрузки получают все большее распространение, так как обеспечивают повторяемость качества термической обработки, большую равномерность температурного поля и хорошую циркуляцию печной атмосферы.
...
Оценку загрузки (тонкое или массивное тело) проводят с помощью числа Био. Часто, однако, необходимо провести предварительные расчеты, чтобы установить, можно ли не учитывать перепады температуры, которые имеют место в загрузке при данных конкретных условиях нагрева. Эго зависит от допустимого по данной технологии разброса температуры; если в расчете получаем соизмеримые с допускаемыми перепады, загрузку надо считать как теплотехнически массивное тело. При широких допусках на перепад температуры подобную загрузку можно рассматривать как тонкую. Распределение температуры в загрузке зависит и от интенсивности теплообмена на ее поверхности, так что одна и та же загрузка при различных режимах термической обработки на разных этапах нагрева и охлаждения может вести себя по-разному, например, при нагреве с большой скоростью представлять собой массивное тело, а при замедленном охлаждении в этой же печи — тонкое.
...
Многие виды загрузок заведомо можно принять тонкими для условий нагрева в промышленных печах; при этом следует оговаривать размер, по которому они являются таковыми, например, загрузку в виде уложенных в один ряд прутков, труб, листов, лент можно считать тонкой по толщине слоя, в то время как по другим двум размерам перепады могут быть существенными. Массивными загрузками могут быть слитки, слябы, ящики с насыпанными в них мелкими деталями и др. Наиболее сложный вид загрузок — комбинированные. Они состоят из отдельных деталей, между которыми печное излучение проникает в глубь загрузки на расстояние, соизмеримое с ее размерами. Примеры такой загрузки — валики, установленные с определенным шагом на поддоне в приспособлениях, шестерни, нанизанные па штыри, которые с определенным шагом размещены на поддоне.
...
Для насыпных загрузок, состоящих из нескольких слоев деталей, и комбинированны х, когда размеры отдельных деталей невелики относительно размера всей загрузки, теплофизические свойства загрузки как целого (в частности, ее теплопроводность) можно рассматривать как эффективные. Величина эффективной теплопроводности зависит от температуры, свойств материала деталей, формы полостей между ними (табл. 1) [9, 11].
...
Распространенным видом задания условий нагрева в печах является постоянная во времени температура печи. Под температурой печи понимают средневзвешенную температуру всех частей печной камеры, окружающих загрузку. Эта расчетная модель может быть принята для пламенных печей благодаря высокой интенсивности тепловыделений в них (рис. 1). По такой же модели, т. е. при постоянной температуре печи, можно рассчитать охлаждение загрузок излучением на поверхности с практически неизменной температурой, например в камерах
...
Для низкотемпературных печей и для печей с принудительной циркуляцией атмосферы необходимо учитывать конвекцию; уравнение теплопередачи от печи к загрузке в этом случае имеет вид
...
Коэффициент теплоотдачи конвекцией аК0Ии может быть рассчитан в зависимости от характера конвекции, формы загрузки и параметров среды по формулам, которые даны, в частности, в работе [6]. Некоторые данные по определению коэффициентов теплоотдачи для простых расчетных случаев приведены ниже.
...
Каждый участок поверхности загрузки по длине печи воспринимает постоянный тепловой поток в течение процесса нагрева. Температура газа по длине печи переменна — падает от начала к концу ее вследствие охлаждения газа.
...
Нагрев и охлаждение в жидких средах можно рассчитывать с помощью модели процесса, соответствующей постоянной температуре печи, в данном случае — среды. Основная сложность расчета теплообмена в жидких средах заключается в определении коэффициента теплоотдачи, существенно зависящего от многих факторов: температуры поверхности загрузки, физических свойств среды вблизи загрузки и в объеме ванны и др., причем в различной степени в ходе процесса. Данные по коэффициентам теплоотдачи при нагреве в жидких средах приведены, в частности, в работе [4].
...
Поступающий в загрузку в процессе нагрева тепловой поток идет на прирост энтальпии (теплосодержания) стали, который пропорционален скорости нагрева. Поэтому в условиях теплопередачи, соответствующих постоянному тепловому патоку, имеют дело с нагревом с постоянной скоростью подъема температуры загрузки (если не учитывать изменение теплофизических свойств стали). При постоянной температуре печи в загрузку в каждый момент времени поступает количество теплоты, пропорциональное разности между температурами печи и загрузки [см. (1)]. С изменением температуры загрузки это количество теплоты непрерывно меняется. При таких условиях скорость нагрева стали переменна.
...
где с — удельная массовая теплоемкость металла при средней за время процесса температуре, Дж/(кг-°С); 0 — масса металла, кг, Г — конечная температура нагрева или начальная температура охлаждения; С — начальная температура нагрева или конечная температура охлаждения, °С (см. рис. 2).
...
При постоянной температуре печи или окружающего пространства время нагрева или остывания тонкой загрузки излучением (в с) находится по соотно-' шению
...
Соотношение (5), являясь результатом интегрирования дифференциального уравнения нагрева излучением при постоянной температуре печи, представляет собой вид известной формулы Старка [1, 9]; коэффициент V
...
зависят от степени черноты двух участвующих в теплообмене тел. Поэтому следует внимательно относиться к выбору 6 как для печн, так и для загрузки. Для печного пространства при довольно больших значениях степени черноты стенок, газа, нагревателей и с учетом условий переизлучения в нем обобщенную (применительно к рассматриваемой модели) степень черноты обычно принимают равной 0,8—0,9. Степень черноты металла изменяется в широких пределах в зависимости от степени окисленности поверхности, которая, в свою очередь, определяется характером предшествующего процесса его обработки. Кроме того, степень черноты изменяется в ходе самого процесса нагрева. Она зависит также от шероховатости поверхности металла и с увеличением ее возрастает. Для поверхности загрузки, состоящей из множества мелких деталей, — насыпной, комбинированной — степень черноты выше, чем для поверхности отдельных деталей.
...
В работе [2] приведены данные по степеням черноты (излучательным способностям) различных сталей и сплавов. Так, для окисленной углеродистой стали рекомендованы значения е от 0,86 до 0,91 при температурах соответственно от 300 до 800° С.
...
Пример 1. Рассчитать время нагрева прутка диаметром 0,03 м из углеродистой стали до 1000° С в печи (газовой или электрической) с температурой 1200° С, Начальная температура детали 20° С, степень черноты ее поверхности езагр = 0,8.
...
Рис. 4. Коэффициент V для расчета нагрева тонких загрузок
...
Пример 2. Определить температуру печи, при которой такой же, как в предыдущем примере, стальной пруток диаметром 0,03 м будет нагреваться до температуры 1000° С за время 300 с, т. е. со скоростью около 3° С/с.
...
Анализ кривых нагрева излучением тонких загрузок при постоянной температуре печи показывает, что нагрев в этих условиях примерно до температуры Т'загр «
...
В печи с конвективным теплообменом при постоянной температуре печи (равной температуре газа (Г) длительность нагрева тонкой загрузки (в с) составляет
...
При нагреве с постоянной температурой печи (равной температуре газа на входе в загрузку) время нагрева (или охлаждения) загрузки определяют с помощью рис. 5
...
Пример 3. Определить время нагрева в электрической печи с принудительной конвекцией насыпной загрузки из мелких стальных деталей, имеющих форму цилиндра диаметром 0,01 м. Масса каждой детали 0,036 кг, площадь поверхности — 0,0016 м2.
...
Рис. 6. Зависимость коэффициента теплоотдачи при вынужденном движении воздуха вдоль плоской стенки от скорости воздуха V
...
Рис. 6. Зависимость коэффициента теплоотдачи при вынужденном движении воздуха вдоль плоской стенки от скорости воздуха
...
верхности и в центре загрузки, что позволяет получить и максимальный перепад по ее толщине, и определенное представление об изменении температуры по ее сечению.
...
При нагреве массивной загрузки в условиях постоянной температуры печи, что характерно, например, для второго этапа нагрева в садочной печи (рис. 10), используют широко распространенные в отечественной практике графики Будрина (рис. 11). Они предназначены для определения времени нагрева и охлажде
...
поверхности и оси цилиндра. С их помощью можно решать различные задачи, связанные с процессами нагрева плоской и цилиндрической загрузок в печах с постоянной температурой, в том числе определять время нагрева поверхности загрузки до заданной температуры, находить перепады температуры в загрузке в заданные моменты времени и температуру, до которой нагревается поверхность и середина загрузки через определенные промежутки времени от начала нагрева.
...
В [12] изложены методы определения температуры различных точек поверхности или середины загрузок не по одной, а по всем их координатным осям. Эти методы необходимо использовать в случаях, когда размеры загрузки по разным координатам близки между собой и ее нельзя рассматривать как бесконечную пластину или цилиндр, иначе это приводит к завышению времени нагрева.
...
Число Фурье, или относительное время, для пластины равно Fo = а-т/S2, для цилиндра Fo = ailR2, где а = Х
...
Рис. 10. Нагрев массивной загрузки в садочной печи
...

Цементация стали
Зварювальні матеріали
Контактная сварка
Термическая обработка в машиностроении: Справочник
Металлургия черных металлов

"Сварка-ЛИБ" - Техническая библиотека сварщика | Сварка, термообработка, материалы, металлы и сплавы

admin

Термическая обработка в машиностроении: Справочник