Изготовление типовых деталей винтовых машин (на примере винтового компрессора)

Цель занятия: изучение механической обработки литых, без разъёма корпусов винтовых компрессоров (расточка внутренней поверхности, опор подшипников) и получение винтовых поверхностей на роторах – механосборочное производство завода винтовых машин.

В состав завода винтовых компрессоров вошли следующие цеха: №№ 1, 12, 13, 17, участок изготовления кузовов цеха № 10, участок запчастей № 26, участок сборки винтовых компрессоров и установок цеха № 8, участок ТНП 31.

Винтовая компрессорная машина состоит из корпуса, комплекта роторов, подшипниковых узлов и сальников.

Процесс изготовления делится на две части: изготовление корпусов и изготовление роторов. Изготовление корпусов начитается с прибытия в цех литейных заготовок корпуса. Заготовки подвергаются разметке, фрезеровке, искусственному старению, шлифовки плоскостей, сверлению, получистовому растачиванию, алмазной расточке, сверлению боковых отверстий, гидропневмоиспытанию (прочность и плотность), обрубке корпуса, контрольной операции. Всё это происходит в первом ряду цеха. Во втором ряду цеха происходит изготовление роторов винтовых компрессорных машин. Технологами ОГТ был разработан и внедрён оригинальный технологический процесс обработки роторов, включающий нарезку профиля зубьев роторов, контроль профильных зазоров в зацеплении, сборку роторов с охлаждением цапф в жидком азоте. Были применены специальные фрезы для нарезки профилей зубьев роторов, спроектированы и изготовлены копиры для заточки, проведена модернизация стенда для контроля роторов фирмы «Холройд». Изготовление ротора начинается с токарной обработки кованой заготовки. Ротор обрезается и зачищается, делается термообработка, а затем снова подвергают токарной обработке, фрезеруют и шлифуют. После этого производят нарезку зубьев с помощью зубофрезерного станка. Окончательная обработка ротора включает в себя стабилизацию, зачистку, шлифовку, балансировку. После этого ротор сдаётся в отдел технического контроля. После изготовления корпуса, ротора, сопутствующих деталей винтовых компрессорных машин, производят сборку компрессора. Затем компрессор окрашивают и подвергают испытательным проверкам.

3. 6 Инструментальная обработка и термическая обработка

Термическая обработка – совокупность операций теплового воздействия на металлы и сплавы с целью изменения их структуры и свойств в нужном направлнении. Основные виды термической обработки: отжиг, нормализация, закалка, отпуск, старение (искусственное).Тепловое воздействие может сочетаться с химическим (химико-термическая обработка). Разновидности термической обработки – обработка стали холодом, электротермическая обработки (ТВЧ).

· Отжиг

Отжиг – это вид термической обработки стали, заключающийся в нагреве до определённой температуры, выдержки и медленном охлаждении. Цель – улучшение структуры и обрабатываемости, снятие внутренних напряжений и т.д. В результате отжига металлы и сплавы приобретают структуру, близкую к равновесной.

Отжиг вызывает разупрочнение металлов и сплавов, сопровождающееся повышением пластичности и снятием остаточных напряжений.

· Нормализация

Нормализация – это вид термической обработки стали, заключающийся в нагреве выше линии GSE (по диаграмме Fe – C), выдержке и охлаждении на воздухе. Цель – придание металлу однородной мелкозернистой структуры для повышения пластичности и ударной вязкости.

При нормализации происходит полная фазовая перекристаллизация; последующее охлаждение на воздухе вызывает превращение аустенита в феррито-цементную смесь, однородную, имеющую мелкозернистое строение. Поэтому нормализацию применяют после литья и ковки – для устранения крупнозернистой структуры.

· Закалка

Закалка – это процесс термической обработки материалов, заключающийся в нагреве, выдержке и последующем быстром охлаждении с целью фиксации высокотемпературного состояния материала или предотвращения (подавления) нежелательных процессов, происходящих при медленном охлаждении. Целью закалки является повышение прочности или получение высокой твёрдости стали за счёт получения неравновесных структур, в основном, мартенсита. Причём эти неравновесные структуры можно получить лишь при очень высоких скоростях охлаждения. Закаленная сталь находится в неравновесном структурном состоянии, не свойственном стали при нормальной температуре 20°С. Структура стали – марсенит – имеет высокую твёрдость. Длительность выдержки при нагреве под закалку зависит от размеров изделий и массы садки (массы загружаемых в печь деталей).

Продолжительность выдержки для легированных сталей по сравнению с углеродистыми выше на 25-40%. После окончания выдержки в печи при температуре закалки сталь охлаждают в различных закалочных средах, обеспечивающих заданную скорость охлаждения.

· Охлаждающие среды при закалке

Скорость охлаждения оказывает решающее влияние на результаты закалки. При небольшой скорости охлаждения из аустенита образуется перлит. Для получения мартенсита необходима высокая скорость охлаждения. Наибольшую скорость охлаждения имеют углеродистые стали. Чтобы обеспечить такую высокую скорость охлаждения, необходимо прибегать к резкому охлаждению, которое достигается погружением закаливаемых изделий в холодную воду или в воду с добавлением едкого натра.

Наибольшую охлаждающую способность имеет вода, при этом её охлаждающую способность можно регулировать изменением температуры. Скорость отвода теплоты в воде можно увеличить добавлением солей или щелочей; для сталей лучше всего прибегать к добавкам едкого натра, т.к. щелочная среда не вызывает последующей коррозии стальных изделий.

К более мягким охладителям относятся машинное, индустриальное масла и др. (для легированных сталей).

· Отпуск металлов

Отпуск металлов – это термическая обработка закаленных сплавов (главным образом стали) – нагрев (ниже нижней критической точки), выдержка и охлаждение. Цель – получение требуемых механических свойств (оптимальное сочетание прочности, пластичности, ударной вязкости), снижение или полное устранение внутренних напряжений, уменьшение хрупкости закалённой стали.

Основные факторы при отпуске: температура нагрева и время выдержки.

Виды отпуска: низкий, средний, высокий.

· Низкий отпуск

Низкий отпуск осуществляется путём нагрева закалённой стали до 120-250°С. Цель низкого отпуска – уменьшение внутреннего напряжения в закалённой стали без снижения твёрдости (или очень мало снижая твёрдость). В результате низкого отпуска сталь становится менее хрупкой, инструмент после такого отпуска не ломается.

Такому отпуску подвергают режущий и мерительный инструмент, цементированные детали, детали шариковых и роликовых подшипников и др.

· Средний отпуск

Средний отпуск осуществляется путём нагрева закалённой стали до 350-450°С. При таких температурах образуется тростит отпуска, что приводит к заметному снижению твёрдости закалённой стали.

Типичные примеры применения среднего отпуска: пружины и рессоры, ударный штамповый инструмент холодного деформирования.

· Высокий отпуск

Высокий отпуск осуществляется путём нагрева закалённой стали до 500-650°С. При таких температурах образуется сорбит отпуска. При этом, по сравнению с закалённым состоянием, значительно понижается твёрдость и прочность и одновременно повышается пластичность и ударная вязкость.

Такому отпуску подвергаются валы, оси, шатуны, крепёжные детали, зубчатые колёса и др.

· Химико-термическая обработка

Химико-термическая обработка металлов – это тепловая обработка металлических изделий в химически активных средах для изменения химического состава, структуры и свойств поверхностных слоёв металлов. Основные виды: цементация, азотирование и др.

· Цементация

Цементация – химико-техническая обработка – диффузионное насыщение поверхности стальных изделий углеродом для повышения твёрдости и износостойкости.

После цементации изделие подвергают закалке на мартенсит с последующим отпуском.

Цементация применяется главным образом для повышения износостойкости трущихся деталей машин: зубчатых колёс, пальцев, толкателей и др., где наряду с высокой твёрдостью поверхности желательно получить вязкую сердцевину, чтобы обеспечить сопротивление деталей динамическим нагрузкам.

Среда, поставляющая углерод к поверхности цементируемых деталей, называется карбюризатором.

Находят применение два способа цементации:

1) цементация в твёрдом карбюризаторе;

2) газовая цементация.

Цементацию обычно проводят при температуре 500-600°С. Для получения высокой твёрдости цементированной поверхности после цементации необходимо провести закалку с отпуском.

· Азотирование

Азотирование – это процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали азотом при нагреве её в аммиаке. Азотирование очень сильно повышает твёрдость поверхностного слоя, его износостойкость, предел выносливости и сопротивление коррозии в таких средах, как атмосфера, вода, пар и т.д.

Азотированию подвергают среднеуглеродистые легированные стали. Наибольшее применение находит сталь 38Х2МЮА.

· Поверхностная закалка стали

Поверхностная закалка стали осуществляется путём индукционного нагрева детали, которая помещается в переменное магнитное поле. Индукционный нагрев происходит вследствие теплового действия тока, индуцируемого в изделии, помещённом в переменное магнитное поле.

При этом закаливается только поверхностный слой детали, тогда как сердцевина изделия остаётся незакалённой.

Основное назначение поверхностной закалки: повышение твёрдости, износостойкости и предела выносливости обрабатываемого изделия. Сердцевина изделия остаётся вязкой и воспринимает ударные нагрузки.

Поверхностная закалка с индукционным нагревом осуществляется в установках ТВЧ (ток высокой частоты). Для нагрева изделие устанавливают в индуктор, представляющий собой один или несколько витков медной трубки. Переменный ток, протекая через индуктор, создаёт переменное магнитное поле. В результате явления индукции в поверхностном слое возникают вихревые токи, и происходит выделение тепла.

После закалки с индукционным нагревом детали подвергают низкому отпуску. Время нагрева при закалке ТВЧ измеряется в секундах.

· Метод замера твёрдости

Метод замера твёрдости основан на вдавливании твёрдого наконечника в поверхность детали. После снятия нагрузки остаётся отпечаток, величина которого характеризует твёрдость детали.

· Печи

Печи состоят из металлического каркаса, выложенного огнеупорным кирпичом, по стенкам расположены нагреватели, по которым пропускается электрический ток. В рабочее пространство печи помещается термопара, которая передаёт сигнал на прибор контроля температуры.

· Оборудование термического цеха, приспособления, инструменты

– шахтные печи: низкотемпературные, с рабочей температурой до 700°С, высокотемпературные – до 1000°С;

– камерные печи – с рабочей температурой до 1000°С;

– соляная ванна с расплавом BaCl₂;

– камера холода для обработки холодом (при -70°С) колёс из стали 07Х16Н6;

– шахтные печи для химико-термической обработки (цементации и азотировании);

– установка высокочастотная для поверхностной закалки;

– приборы для измерения твёрдости: Бриннель и Роквелл.

Используемые приспособления: корзины, подвески, подставки, этажерки, приспособления для термофиксации пружин и т.д.

Инструменты: клещи различной конфигурации, кочерга, лопаты и т.д.

Используемые марки сталей: