Повышение эксплуатационных свойств круглых резцов из сплава Т14К8 с разработкой технологического процесса механической обработки детали «Бандаж тепловозный»

Привет студент

Повышение эксплуатационных свойств круглых резцов из сплава Т14К8 с разработкой технологического процесса механической обработки детали «Бандаж тепловозный».

3.4.1 Расчет номинальных размеров отливки

Чертежи

Кафедра материаловедения и технологии материалов ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ

Аннотация

Пояснительная записка содержит страниц , в том числе рисунков, таблиц, источника, приложения.

Графическая часть выполнена на 9 листах формата А1.

Пояснительная записка состоит из пяти разделов:

а) аналитический обзор;

б) исследовательская часть;

в) технологическая часть;

г) экономическая часть;

д) безопасность труда.

Данная дипломная работа носит научно-исследовательский характер. Изложены основные положения по повышению эксплуатационных свойств твердосплавного режущего инструмента.

Проведены исследования по различным видам термообработки твердого сплава Т14К8.

Произведен расчет технико-экономических показателей по повышению эксплуатационных свойств твердосплавного режущего инструмента методом термообработки и подсчитан годовой экономический эффект внедрения метода.

Рассмотрены вопросы безопасности труда с изложением наиболее опасных и вредных факторов.

The Summary

The explanatory note contains pages, including figures, tables, 42 references, and 3 appendices.

The graphic part is executed on 9 sheets of format А1.

The explanatory note will consist of five sections:

а) Literary survey;

b) An exploratory part;
c) A technological part;
d) An economic part;
e) A labor safety.

The given degree work has research character. Substantive provisions on increase of operational properties the cutting tool are stated.

Are carried out researches on heat treatment of firm alloys «T15K8 ».

Calculation of technical and economic parameters on increase of operational properties the cutting tool is made by a method of heat treatment and annual economic benefit of introduction of a method is counted up.

Safety issues of work with a statement of the most dangerous and harmful factors are considered.

Содержание

Введение………………………………………………………………………….	7
1 Аналитический обзор………………………………………………………….	8
1.1 Общие сведения о твердых сплавах………………………………………...	8
1.1.1 Классификация по составу………………………………………………...	8
1.1.1.1 Сплавы группы ВК……………………………………………………….	9
1.1.1.2 Сплавы группы ТК……………………………………………………….	9
1.1.1.3 Сплавы группы ТТК……………………………………………………..	9
1.1.1.4 Сплавы безвольфрамовой группы………………………………………	9
1.1.2 Технология производства………………………………………………….	10
1.1.3 Области применения……………………………………………………….	10
1.2 Обработка металлов резанием………………………………………………	11
1.2.1 Условия работы резца……………………………………………………..	11
1.3 Методы повышения эксплуатационных свойств режущего инструмента	12
1.3.1 Алмазная обработка……………………………………………………….	12
1.3.2 Ударное воздействие твердых тел………………………………………..	13
1.3.3 Износостойкие покрытия………………………………………………….	14
1.3.3.1 Алмазоподобные покрытия……………………………………………...	17
1.3.4 Термическая обработка……………………………………………………	19
1.3.5 Лазерное упрочнение………………………………………………………	23
1.3.6 Комбинированные методы упрочнения………………………………….	23
1.3.7 Направление дальнейших исследований…………………………………	27
2 Исследовательская часть………………………………………………………	28
2.1 Термическая обработка……………………………………………………...	28
2.2 Влияние термической обработки на свойства Т14К8 …………………….	31
2.3 Стойкостные испытания чашечных резцов Т14К8………………………..	37
2.4 Подведение итогов…………………………………………………………..	43
3 Технологическая часть………………………………………………………...	44
3.1 Назначение детали и анализ условий её эксплуатации……………………	44
3.1.1 Анализ свойств материала бандажа………………………………………	44
3.2 Анализ детали на технологичность…………………………………………	44
3.3 Определение типа производства……………………………………………	45
3.4 Выбор заготовки и метода ее изготовления………………………………..	45
3.4.1 Расчет номинальных размеров отливки………………………………….	45
3.5 Проектирование технологического маршрута обработки………………...	46
3.5.1 Выбор технологических баз……………………………………………….	46
3.6 Выбор оборудования, режущего и измерительного инструмента………..	48
3.6.1 Выбор оснастки…………………………………………………………….	50
3.6.2 Выбор режущего инструмента……………………………………………	50
3.6.3 Выбор измерительного инструмента…………………………………….	51
3.7 Определение режимов механической обработки………………………….	51
3.8 Нормирование технологического процесса………………………………..	53
3.8.1 Расчет нормы времени на механическую обработку для операции 005.	53
4 Экономическая часть………………………………………………………….	57
4.1 Исходные данные для технико-экономического обоснования упрочнения деталей «Твердосплавный чашечный резец RPUX 2709 M0 TN»…...	58
4.2 Организация производства………………………………………………….	59
4.3 Расчет стоимости основных фондов………………………………………..	60
4.4 Составление сметы затрат на упрочнение деталей………………………..	60
4.4.1 Расчет годового объема затрат на основные материалы………………...	60
4.4.2 Расчет заработной платы работников…………………………………….	61
4.4.3 Расчет расходов на содержание и эксплуатацию оборудования………..	64
4.4.4 Расчет цеховых расходов………………………………………………….	64
4.4.5 Смета затрат на годовой выпуск продукции и калькуляция себестоимости продукции……………………………………………………………..	65
4.5 Расчет оборотных средств…………………………………………………...	66
4.6 Технико–экономические показатели……………………………………….	66
4.7 Расчет экономического эффекта от упрочнения твердосплавных пластин……………………………………………………………………………	66
5 Безопасность труда…………………………………………………………….	68
5.1 Анализ и обеспечение безопасных условий труда на участке термической обработки……………………………………………………………….	68
5.2 Определение категории тяжести труда с учетом мероприятий по улучшению условий труда………………………………………………………..	71
5.3 Возможные чрезвычайные ситуации на участке…………………………..	76
Заключение……………………………………………………………………….	81
Список использованных источников…………………………………………...	82
Приложение А (обязательное) Комплект документов на изготовление детали «Бандаж тепловозный»……………………………………………………….	85
Приложение Б (рекомендуемое) Графическая часть…………………………..	95

Введение

Металлообработка является важнейшей отраслью промышленности. Режущий инструмент – главная составляющая металлообрабатывающей промышленности. Твердый сплав является основным материалом для изготовления режущего инструмента (резцов, зенкеров, сверл, разверток, фрез и других).

В 1925 году германской фирмой «Osram» по патентам Х. Шретера был получен спеченный твердый сплав на основе монокарбида вольфрама с кобальтом в качестве цементирующего металла. В 1926 году промышленное производство таких сплавов было начато германской фирмой «Krupp», выпустившей их под названием «Видиа» (как алмаз). На Лейпцигской ярмарке в 1927 году демонстрировался режущий инструмент из сплава Видиа N состава 94 % WC + 6 % Со. Инструмент произвел переворот в металлообрабатывающей промышленности, позволив увеличить скорость резания до 20 раз.

Развитию твердых сплавов способствовало два прогрессивных направления в технике: появление нового метода изготовления изделий из тугоплавких металлов – порошковая металлургия и разработка способов получения весьма твердых «металлоподобных» веществ – карбидов.

Дальнейшая разработка твердых сплавов характеризуется попытками полной или частичной замены карбида дефицитного вольфрама карбидами титана, тантала и молибдена, а также замены кобальта другой связкой – никелем, никеля с хромом, кобальта с молибденом или многокомпонентными железными сплавами.

В нашей стране в 1929 году под руководством Г. А. Меерсона и

Л. П. Малькова на Электроламповом заводе были получены первые образцы твердого сплава, а затем налажен и опытный выпуск изделий из твердого сплава, получившего название Победит (90 % монокарбида вольфрама и 10 % кобальта). В 1935 году налажено производство сплавов на основе карбидов вольфрама и титана – Альфа.

Анализ исследовательских работ в области твердых сплавов показывает, что улучшение их качества и повышение эксплуатационных характеристик проводится по следующим основным направлениям: совершенствование технологии; повышение свойств карбидной основы и связующей фазы; получение сплавов с регулируемой зернистостью; разработка многогранных неперетачиваемых пластин и пластин с износостойким покрытием; разработка безвольфрамовых и маловольфрамовых твердых сплавов; разработка керамических и оксиднокарбидных твердых сплавов.

Стойкость качественно изготовленного инструмента может быть значительно увеличена путем его дополнительной обработки.

Дальнейшее развитие металлообрабатывающей промышленности в первую очередь связано с повышением стойкости металлорежущего инструмента, что достигается в основном за счет нанесения износостойких покрытий и проведения термической обработки. Эти методы все шире используются в промышленности и дают значительный экономический эффект.

1 Аналитический обзор

1.1 Общие сведения о твердых сплавах

Развитие и совершенствование технологических процессов многих отраслей промышленности неразрывно связаны с применением твердых сплавов, что способствует существенному повышению эксплуатационных характеристик инструмента и производительности труда.

Твердые сплавы представляют собой композиционные материалы особого класса, обладающие высокой твердостью, износостойкостью и прочностью, которые сохраняются при сравнительно высоких температурах (до 800 °С). Кратко можно определить их как композицию, которая состоит из тугоплавкого соединения, как правило, карбида, и сравнительно «легкоплавкого» связующего металла.

Современные твердые сплавы получают из карбидов тугоплавких металлов (объемная доля более 50 %) и металлов железной группы спеканием в присутствии жидкой фазы. Основой спеченных твердых сплавов являются тугоплавкие и твердые металлоподобные вещества. Эти соединения (карбиды, бориды, нитриды, силициды), в большинстве своем имеют особую кристаллическую структуру, характерную для фаз внедрения.

Фазы внедрения, хотя они содержат до 60 % неметаллических атомов, обладают ярко выраженными металлическими свойствами: блестят, проводят электрический ток, их электросопротивление падает с повышением температуры.

«Громадные» силы сцепления в кристаллах фаз внедрения определяют высокие твердость, модуль упругости и температуру плавления.

Эти свойства фаз внедрения, связанные с их специфическим строением, были использованы при разработке износостойкого инструментального материала. Однако высокая хрупкость фаз внедрения не позволила применить их в виде отдельных соединений. Уменьшения хрупкости и повышения прочности добиваются введением металлов группы железа (кобальта).

Добавка к этим соединениям металла группы железа позволяет практически сохранить многие их свойства и существенно снизить хрупкость. Так, спеченные твердые сплавы WC–Co и WC–TiC–Co имеют твердость от 86 до 92 HRA, высокое сопротивление износу при трении о металлы и неметаллы, модуль упругости от 500 до 700 ГПа, предел прочности на сжатие от 4000 до 6000 Н/мм², предел прочности при изгибе от 1000 до 25000 Н/мм², ударную вязкость от 6,0 до 50 кДж/м². В химическом отношении твердые сплавы весьма устойчивы против воздействия кислот и щелочей, некоторые марки практически не окисляются на воздухе до 800 °С /1/.

1.1.1 Классификация по составу

Современные спеченные твердые сплавы можно классифицировать по составу на четыре основные группы/2/:

1 Сплавы WC–Co (некоторые марки сплавов этой группы содержат небольшие добавки других карбидов – ванадия, ниобия, тантала, хрома).

2 Сплавы WC–TiC–Co.

3 Сплавы WC–TiC–TaC(NbC)–Co.

4 Безвольфрамовые (БВТС) твердые сплавы TiC(TiN)–Ni–Mo.

1.1.1.1 Сплавы группы ВК

Сплавы группы WC–Co обозначаются буквами ВК с прибавлением цифры, указывающей процентное содержание кобальта.

Сплавы WC–Co наиболее прочные из известных спеченных твердых сплавов, но недостаточно твердые и износостойкие. Промышленные марки сплавов этой группы различаются по содержанию кобальта от 3 (ВК3) до 25 (ВК25) процентов.

1.1.1.2 Сплавы группы ТК

Сплавы WC–TiC–Co обозначаются буквами ТК. Цифра, следующая за буквой Т означает примерное содержание в сплаве карбида титана, а цифра после буквы К – содержание кобальта (Т14К8).

Сплавы WC–TiC–Co выпускают главным образом для оснащения инструментов при обработке резанием сталей. Эти сплавы выгодно отличаются от сплавов WC–Co своим свойством в значительно большей степени сопротивляться при высокой температуре (из-за большой скорости резания) образованию «лунки» на передней поверхности резца под воздействием непрерывно скользящей по ней «сливной» стружки, что и обеспечивает большую стойкость резца от износа, по сравнению со сплавами WC–Co. Вместе с тем эти сплавы менее прочные, но более твердые и окалиностойкие, чем сплавы WC–Co. Температура разупрочнения этих сплавов существенно выше, чем у WC–Co.

1.1.1.3 Сплавы группы ТТК

В обозначение группы WC–TiC–TaC(NbC)–Co входят три буквы – ТТК, обозначение аналогично сплавам ТК, но цифра после ТТ означает сумму карбидов титана и тантала (ниобия).

Сплавы группы WC–TiC–TaC(NbC)–Co применяются главным образом для обработки резанием. Промышленные сплавы этой группы содержат, как правило, от 5 до 15 % TiC, от 2 до 20 % TaC (NbC), от 5 до 15 % Co, остальное WC. Условно их называют «универсальными», так как во многих случаях инструмент из них применяют, как для обработки стали, так и чугуна благодаря их свойствам. По прочности они приближаются к сплавам WC–Co, а по твердости к WC–TiC–Co.

1.1.1.4 Сплавы безвольфрамовой группы

Наша промышленность выпускает только две марки безвольфрамовых твердых сплавов, которые обозначаются ТН-20 (TiC–Ni–Mo) и КНТ-16 (TiC(TiN)–Ni–Mo), в которых цифры означают примерное содержание никеля и молибдена.

Безвольфрамовые твердые сплавы разрабатывались как заменители сплавов первой и второй групп. Эти сплавы находятся еще в стадии разработки, технология их изготовления и оптимальные составы, как у нас, так и за рубежом еще окончательно не установлены. Сплавы обладают высокой твердостью и износостойкостью при резании сталей, но вследствие повышенной хрупкости применяются главным образом при чистовых и получистовых операциях (безударных).

К этой же группе можно отнести и сплавы на основе карбида титана со связкой из железа (стали), объемное содержание которой составляет около 50 %. По свойствам эти сплавы являются промежуточными между быстрорежущими сталями и твердыми сплавами. Обозначаются за рубежом они как Ferro–TiC, а у нас – ферротикар. Применяют их главным образом для оснащения штампов и различных износостойких деталей. Сплавы этой группы подвергаются термической обработке для увеличения твердости и благодаря своему составу более дешевые, чем спеченные твердые сплавы WC–CO и WC–TiC–Co.

1.1.2 Технология производства

Твердые сплавы получают методом порошковой металлургии /8/.

Технологический процесс состоит из следующих операций: взвешивание компонентов, мокрый размол и перемешивание порошков в шаровых мельницах, выпаривание ацетона, первое просеивание, приготовление пластификатора, замешивание смеси с пластификатором, выпаривание бензина, второе просеивание, контроль твердосплавной смеси, прессование, сушка изделий, спекание изделий, контроль качества изделий, механическая обработка пластин - шлифование и доводка, маркировка изделий.

Технология производства изделий из сплава Т, ТН и ТП такая же, как у стандартных твердых сплавов за исключением температуры спекания, которая несколько выше, чем у сплавов ВК8 и Т15К6.

1.1.3 Области применения

Спеченные твердые сплавы имеют в современной технике очень большое значение. Кроме наиболее распространенного применения этих материалов в качестве режущих, износостойких, буровых, штамповых сейчас получает все более широкое использование твердых сплавов для службы при высоких температурах и агрессивных средах. Выделим основные области применения:

1 Различный режущий инструмент (резцы, сверла, развертки, фрезы, зенкера и другие) – около 66 % от общего выпуска.

2 Буровой инструмент (резцы, шарошки, зубки и другие). Горнодобывающая и строительная индустрия – около 27 % от общего выпуска.

3 Спецназначения (деревообработка, конструкционные детали, обработка металлов давлением).

Из года в год области применения твердых сплавов все время расширяются, поэтому в настоящее время трудно назвать отрасль промышленности, где бы не применялись (в той или иной форме) твердые сплавы. Несмотря на то, что твердосплавные изделия в 3 и более раз дороже стальных (высоколегированных), они себя оправдывают за счет своих свойств. Их применение дает большой экономический эффект, особенно в автоматических установках и линиях, где быстрый выход из строя одной детали останавливает всю линию.

Отсюда применять твердосплавный режущий инструмент следует только при обработке труднообрабатываемых материалов и там, где можно получать большой экономический эффект /3/.

1.2 Обработка металлов резанием

Резание – сложный процесс, при котором инструмент подвергается разнообразным механическим нагрузкам и истиранию обрабатываемым материалом, иногда и при повышенных температурах /4/. Поэтому работоспособность инструмента, с одной стороны, определяется его прочностью, а с другой – износостойкостью. Выход резца из строя возможен по трем основным причинам:

- поломка при макроразрушении лезвия;

- его постепенное микроизнашивание под влиянием трения, приводящее к потере первоначальных размеров и формы;

- смятие режущей кромки в результате пластической деформации под влиянием усилий резания и высокой температуры (для сплавов с пониженной жаропрочностью).

1.2.1 Условия работы резца

Резец подвергается воздействию обрабатываемого материала по двум своим поверхностям: передней, на которую оказывает давление сходящая стружка, и задней, соприкасающейся с обрабатываемой деталью, о которую эта поверхность истирается (рисунок 1.1) /5/.

1 – передняя поверхность; 2 – задняя поверхность; 3 – лунка; 4 – полоска износа.

Рисунок 1.1 – Вид износа поверхностей резца

На передней поверхности образуется лунка, а на задней – полоска износа. На передней поверхности при некоторых скоростях резания может образоваться нарост, который обладает большей твердостью, чем обрабатываемый материал, и способен его резать. Температура образования от 550 до 600 °С. При малых или высоких скоростях он не образуется. Периодически нарост удаляется со стружкой и затем возникает вновь.

1.3 Методы повышения эксплуатационных свойств режущего инструмента из твердых сплавов

Одной из причин выхода из строя твердосплавного инструмента является наличие в нём микротрещин. До недавнего времени пайка твердосплавных пластин была практически единственным способом их крепления к оправке. Нагрев пластин токами высокой частоты приводил к появлению в ней термических напряжений, вызывающих появление микротрещин.

Разработка методов, позволяющих проводить крепление режущих твердосплавных пластин без их нагрева, позволила значительно увеличить стойкость инструмента.

В настоящее время более 30 % режущего инструмента выпускается с механическим креплением неперетачиваемых твердосплавных пластин. Использование такого инструмента дало возможность и на заводах - потребителях твердосплавного режущего инструмента применять различные способы, повышающие его эксплуатационные свойства.

Стойкость качественно изготовленного инструмента может быть значительно увеличена путем дополнительной обработки его поверхностного слоя или изменения структуры. Все способы повышения стойкости инструмента можно разделить на три группы/3/:

1 Способы, с помощью которых с рабочих поверхностей удаляется дефектный слой.

2 Способы, которые изменяют химический состав и структуру поверхностных слоев и повышают износостойкость режущих кромок: цианирование, сульфидирование.

3 Способы, с помощью которых на рабочие поверхности наносятся покрытия.

1.3.1 Алмазная обработка

При изготовлении твердосплавного инструмента и других изделий из твердых сплавов применяются различные виды размерной обработки, которые определенным образом воздействуют на состояние поверхностного слоя сплава и тем самым оказывают влияние на его прочностные характеристики.

Наиболее распространенной является абразивная обработка твердых сплавов алмазными кругами, а также кругами из карбида кремния зеленого (КЗ).

При алмазном шлифовании лучшая режущая способность алмазных зерен обеспечивает меньшие усилия и соответственно более низкие температуры в зоне контакта круга со сплавом, которые существенно зависят от характеристики алмазного круга и режимов шлифования. Без сомнения для каждого вида шлифования должны быть свои закономерности в изменении прочности твердости твердых сплавов в зависимости от режимов обработки и характеристики инструмента.

При шлифовании алмазными кругами в режущей зоне возникают высокие контактные температуры, хотя и более низкие, чем при шлифовании кругами КЗ. Однако образующийся при этом дефектный слой снимается калибрующей зоной, в результате чего прочность оказывается на 30 % выше, чем в исходном состоянии.

Практика работы с твердосплавными изделиями показывает, что для повышения прочности и долговечности алмазной обработке должна подвергаться не только рабочая поверхность, но и все остальные поверхности. Так Г. Л. Хаетом /2/ установлено, что время работы до поломки резцов с твердосплавной пластиной, шлифованной алмазным кругом, в 1,7 раза больше времени работы резцов с нешлифованными пластинами и в 1,5 раза больше для резцов с пластинами, шлифованными кругом КЗ.

Снятие поверхностного слоя твердых сплавов обязательно изменяет напряженное состояние приповерхностных слоев, каким бы мягким ни был режим обработки. Поэтому изменяются также прочностные характеристики твердых сплавов, подвергнутых алмазной обработке.

Напряжения растяжения на не шлифованной поверхности твердых сплавов обусловлены разностью коэффициентов линейного расширения фаз: карбида вольфрама и твердого раствора карбида вольфрама в кобальте. Величина и распределение остаточных напряжений при алмазном шлифовании зависят от характеристики кругов и режимов шлифования.

Обработка твердых сплавов алмазным инструментом дает несомненные преимущества по сравнению с обработкой инструмента из карбида кремния зеленого и является надежным способом формирования высококачественного поверхностного слоя твердосплавных изделий. При алмазной обработке возникают благоприятные изменения в тонкой кристаллической структуре, обуславливающие появление остаточных напряжений сжатия в поверхностном слое, вследствие чего повышаются прочность и долговечность твердых сплавов. Поэтому при анализе экономической эффективности мероприятий по применению алмазов при обработке твердых сплавов следует учитывать, что наряду с повышением производительности обработки, снижению себестоимости инструмента и так далее алмазная обработка улучшает эксплутационные характеристики твердосплавных изделий.

1.3.2 Ударное воздействие твердых тел

До недавнего времени для твердых сплавов вибрационная обработка применялась лишь как операция подготовки поверхности заготовок к пайке (галтовка), а также для снятия острых кромок режущих пластин.

Разработаны методы и оборудование для упрочняющей обработки твердых сплавов /2/ на основе применения вибрации. Вибрационная обработка представляет собой сложный процесс и является результатом взаимодействия масс ударно-колебательной системы с практически бесконечным числом степеней свободы, на движение которой существенное влияние оказывают аэродинамические силы трения. В зависимости от обрабатывающей среды вибрационная обработка может выполнять функции абразивной или упрочняющей обработки. Для твердых сплавов наиболее эффективным вариантом является виброабразивная обработка с последующим упрочнением в среде, где в качестве наполнителя используются твердосплавные шарики.

Вибрационная обработка по оптимальным режимам приводит к увеличению механических характеристик твердых сплавов по сравнению с исходным состоянием. Опытные данные говорят о повышении σ_изг упрочненных сплавов на величину от 25 до 50 %.

Влияние вибрационной обработки на твердые сплавы определяется прежде всего амплитудой и частотой колебаний контейнера, а также длительностью обработки и степенью загрузки контейнера.

Наиболее высокими значениями прочности и долговечности обладают сплавы, прошлифованные алмазными кругами по оптимальным режимам с последующим виброупрочнением. Более низкую прочность имеют сплавы, виброупрочненные после обработки кругами КЗ. Это объясняется тем, что на участках после обработки кругами КЗ в процессе циклического нагружения облегчается возникновение и развитие трещин.

Применение вибрационной обработки при изготовлении твердосплавного инструмента позволяет получить увеличение эксплуатационной стойкости в 1,3 раза, что обеспечивает большой экономический эффект.

Так же для упрочнения применяется термовибрационная и дробеструйная обработка.

1.3.3 Износостойкие покрытия

Существует большое число методов получения покрытий на рабочих поверхностях режущих инструментов. Под словом «покрытие» понимается такое образование на поверхности инструментального материала, которое, существенно отличаясь по своим кристаллохимическим, физико-механическим и теплофизическим свойствам от соответствующих свойств инструментального материала (основы), значительно улучшает свойство последнего.

С учетом специфики протекания процессов формирования покрытий, существующие методы можно разделить на три основные группы/3/:

1) при которых формирование покрытий осуществляется преимущественно между насыщающими элементами и структурами инструментального материала;

2) по комплексному механизму. Покрытия образуются за счет реакции между парогазовыми смесями, состоящими из соединения металлоносителя, носителя второго компонента, служащего как газом-транспортером, так и восстановителем. При этом одновременно в процессе формирования покрытий большой вклад вносят субструктура поверхности материала инструмента и интердиффузионные реакции между конденсатом и материалом инструмента;

3) за счёт химических и плазмохимических реакций потока частиц одновременно в объемах пространства, непосредственно примыкающего к насыщенным поверхностям инструментального материала.

Каждый из существующих технологических методов нанесения покрытий на режущие инструменты имеет преимущества и недостатки.

К методам первой группы относятся химико-термические методы образования покрытий (методы ХТМ), основанные на твердофазном, жидкостном и газофазовом насыщении поверхности инструмента.

Методы первой группы позволяют получать покрытия толщиной от 10 до 40 мкм, что дает возможность увеличить стойкость различных типов инструментов из быстрорежущих и углеродистых сталей в 2 раза.

К методам первой группы можно также отнести метод термодиффузионного насыщения твердосплавных пластин плоской формы (ДТ), разработанный во Всесоюзном научно-исследовательском институте твердых сплавов (ВНИИТС).

Ко второй группе методов относят методы химического осаждения покрытий из парогазовой фазы (методы ХОП), получившие в мировой практике наименование CVD (Chemical vapor deposition).

Методы ХОП получили широкое распространение для нанесения покрытий на основе карбидов, нитридов, карбонитридов титана, а также оксида алюминия на многогранные неперетачиваемые твердосплавные пластинки. На основе методов ХОП разработаны технологии, применяемые известными фирмами-производителями твердосплавных инструментов Сандвик Коромант (Швеция), Теледайн (США), Планзее (Австрия), Видиа Крупп (ФРГ), Юджин Карбон (Франция) и другими. Во ВНИИТСе разработан метод нанесения карботитановых покрытий на неперетачиваемые твердосплавные пластинки (метод ГТ).

Разновидностью методов ХОП является метод вакуумного титанирования (КВТК), разработанный Московским институтом инженеров транспорта совместно с Московским комбинатом твердых сплавов.

Отличительной особенностью покрытий, получаемых методами ХОП, является формирование переходной зоны между покрытием и твердым сплавом.

Методы второй группы обычно реализуются при температурах около 1000 °С, что исключает их использование для нанесения покрытий на инструменты из быстрорежущей стали, подвергнутые полной термической обработке. Используя методы второй группы можно получить покрытия на основе карбидов, нитридов и карбонитридов металлов IV – VI групп периодической системы элементов, использование которых позволяет повысить стойкость твердосплавных пластин от 3 до 10 раз в широкой области применения.

К третьей группе методов могут быть отнесены методы физического осаждения покрытий (методы ФОП), получившие названия в мировой практике PVD (Phisical vapor deposition).

Процессы ФОП обычно включают вакуумное испарение тугоплавкого металла – образователя соединений покрытия, его частичную или полную ионизацию (при частичной ионизации образуется пароплазменная фаза), подачу реакционного газа, химические и плазмохимические реакции, конденсацию покрытия на рабочих поверхностях режущего инструмента.

Среди методов ФОП наибольшее распространение получил метод конденсации покрытий из плазменной фазы в вакууме с ионной бомбардировкой поверхностей инструмента (метод КИБ), а также метод реактивного электронно-лучевого плазменного осаждения покрытий из плазменной фазы в вакууме (метод РЭП).

К методам третьей группы относятся также плазменные и детонационные методы напыления покрытий, которые лишь ограниченно используют при производстве режущих инструментов. Особенно неудовлетворительно работают инструменты с напыленными плазменными покрытиями, имеющими криволинейные поверхности или сложную форму режущей части. Это связано с сильно выраженным направленным эффектом потока частиц, формирующих покрытие. Обычно наиболее качественные покрытия образуются только на поверхностях инструмента, расположенных под прямым углом к потоку частиц.

Основными недостатками напыленных плазменных покрытий являются: высокая пористость, слабая адгезия с инструментальным материалом, необходимость тщательной подготовки поверхностей инструмента и то, что не всегда можно регулировать свойства покрытия, недостаточная производительность, больше уровень шума.

Наибольшее распространение в промышленности получили методы ХОП, которые используют для нанесения покрытий на многогранные неперетачиваемые твердосплавные пластины массового производства (метод ГТ).

Методы ФОП (КИБ, РЭП) широко используют для нанесения покрытий на различные типы инструментов из быстрорежущих сталей, твердых сплавов в условиях специализированных участков инструментальных цехов /6/.

В США ведутся работы по нанесению на твердые сплавы покрытий из тугоплавких оксидов (ZrO₂, Al₂O₃, HfO₂ и других).

Особое внимание материалу покрытия из Al₂O₃ уделяется не только из-за его свойств, но и стремления создать композиции, которые сочетали бы в себе достоинства твердых сплавов (прочность и пластичность) с высокой твердостью и окалиностойкостью керамических материалов. Однослойные покрытия из Al₂O₃ на твердых сплавах приводят к обезуглероживанию последних, а в случае инструмента – обуславливают склонность к выкрашиванию режущих кромок, в связи с чем однослойные покрытия из-за непрочного сцепления с основой не получили распространения.

В слоях TiC и Al₂O₃-α установлены остаточные напряжения – сжимающие. Сравнительные лабораторные испытания /1/ режущих свойств МНП с однослойным покрытием TiC и двухслойным Al₂O₃+TiC показали повышение стойкости до 2 раз, по сравнению с однослойными.

1.3.3.1 Алмазоподобные покрытия

Наиболее перспективным методом повышения износостойкости твердосплавного режущего инструмента является нанесение углеродных алмазоподобных покрытий.

Углерод существует в трех модификациях: sp³, sp² и sp¹. Благодаря этому три кристаллические формы углерода (алмаз, графит и карбин) имеют совершенно разные свойства. Алмаз изотропен и имеет sp³ связи между атомами углерода. Графит имеет слоистую структуру с сильной sp² связью в слое и слабой связью между слоями. Структура карбина представляет скорее теоретический интерес, так как в чистом виде эта модификация в природе не встречается. Аморфный углерод, в отличие от графита, не имеет слоистой структуры и поэтому характеризуется более высокой плотностью и твердостью. Аморфный углерод можно представить как трехмерную разупорядоченную сетку, состоящую из sp² и sp³ координированных атомов.

Алмаз может быть синтезирован из графита при высоком давлении невысокой температуре в присутствии катализатора. Для осаждения алмаза при низких давлениях используются самые различные методы и типы реакторов, в которых происходит разложение углеродсодержащего газа и одновременное образование атомарного водорода, такие как метод горячей нити, осаждение в плазме постоянного тока, в микроволновой плазме и высокочастотной плазме (рисунок 1.2).

Публикации об алмазоподобных пленках, образующихся при электрических разрядах в углеводородах, появились в середине пятидесятых годов этого века. Затем вышла работа Айзенберга и Шабо, которые для образования твердых углеродных пленок использовали ионы углеводорода, извлеченные из дугового разряда в углерод-аргоновой среде (работа Спенсера); был опубликован метод двойного пучка Вайсмантеля (рисунок 1.3); исследования Д. В. Федосеева по осаждению в низкотемпературной плазме тлеющего разряда /7/.

До сих пор нет устоявшейся терминологии для описания этих необычных углеродных и гидрогенизированных углеродных пленок. Используются такие названия как алмазоподобные пленки, твердые углеродсодержащие пленки, твердый углерод, а-С : Н и i-С пленки. Причем иногда разные названия используются для очень близких материалов и, наоборот, одно и то же название дается различным материалам.

Термин «алмазоподобный» используется очень широко из-за сходства этих пленок и алмаза, причем он должен применяться к пленкам с преимущественно sp³ связями. Название а-С : Н, которое возникло по аналогии с аморфным гидрогенизированным кремнием, подходит для тех случаев, когда известно, что пленка содержит водород.

При осаждении из ионных пучков средних энергий (50-500 эВ) образуется смесь мелкокристаллического алмаза и другой твердой аморфной фазы. Такие пленки содержат значительное количество sp³ связей, которые и обеспечивают алмазоподобные свойства пленок, такие как высокая твердость, ИК прозрачность, химическая инертность и низкий коэффициент трения. Термин «алмазоподобный углерод» обозначает как аморфный углерод (а-С), так и гидрогенизированный углерод (а-С : Н).

1 — радиочастотный (ВЧ) генератор; 2 — согласующее устройство; 3 — электроды; 4 — подложка.

Рисунок 1.2 – Схема радиочастотного метода

1, 2 — источники ионов;

3, 4 — электронные пушки.

Рисунок 1.3 – Схема метода двойного пучка

Алмазоподобные пленки могут содержать до 50 атомных процентов водорода, причем многие исследования говорят о том, что до половины водорода химически не связано с углеродом. Плотность алмазоподобных пленок, в зависимости от количества водорода содержащегося в них, колеблется от 1,5 до 3,0 г/см³.

Алмазоподобные пленки могут быть получены разными методами, но главной обшей чертой большинства методов является бомбардировка растущей пленки пучком ионов средних энергий. Особенно продуктивным является осаждение из моноэнергетических пучков единичных ионов (МSIВ), где нейтралы и другие ионы удаляются магнитным полем. Получаемые а-С пленки имеют наивысшее содержание sp³ связей по сравнению с распылением и лазерно-дуговой плазмой.

Методы получения и свойства алмазоподобных пленок уже хорошо поняты, тогда как в механизме осаждения еще очень много неясного.

1.3.4 Термическая обработка

Прочность твердых сплавов зависит от многих факторов, таких как фазовый состав сплава, размер зерен карбида и кобальтовой фазы, напряжения в кобальтовой и карбидной фазах. Исследования характера разрушения твердых сплавов, в том числе с использованием методов электронной металлографии и фрактографии, дают ценные сведения при выяснении вопроса, какой из этих факторов имеет преобладающее значение в обеспечении прочностных характеристик твердых сплавов.

Обычно используемые в промышленности среднезернистые сплавы, несмотря на значительную хрупкость карбида вольфрама, разрушаются в основном по кобальтовой фазе или по межфазным границам. Экспериментально доказано /2/, что пределы упругости и текучести твердых сплавов определяются состоянием связующей фазы.

Заключаем, что упрочнение твердых сплавов возможно путем воздействия на связующую фазу. Последняя представляет собой твердый раствор вольфрама и углерода в кобальте, причем концентрация этого раствора различна в зависимости от условий изготовления сплава.

Одним из вариантов упрочняющей обработки, основанной на изменении состояния связующей фазы, является термическая обработка.

Фазовый состав определяется не только наличием определенных фаз, но и их физико-механическими свойствами, такими как твердость, прочность, которые будут зависеть от степени растворения одних фаз в других. А это, в свою очередь, зависит от их кристаллического строения, вида элементарной и примитивной решеток, силы связей между атомами, электронного строения, а также от внешних условий получения фазового состава, например, скорости охлаждения, наличия свободного углерода, величины зерен исходных смесей, условий спекания, среды, в которой производится спекание.

Таким образом, изменяя внешние условия, можно влиять на элементы структуры сплавов, на структуру, а, следовательно, на их режущие свойства. Поэтому можно считать естественным, что существует такой вид термической обработки, которая, влияя на структуру сплава, вызывает в ней изменения, за счет которых режущие способности достигнут своего оптимального значения.

Современные методы спекания твердых сплавов имеют односторонний подход, основанный на недопущении в структурный состав сплава «нежелательных» фаз, то есть таких фаз, которые снижают прочность, твердость и другие физико-механические свойства. Это достигается принятыми режимами спекания. В то же время существуют такие условия термообработки, которые, если бы не вызывали возникновение «нежелательных» фаз, то приводили бы к резкому увеличению режущих свойств, так как помимо отрицательных действий условий термообработки, заключающихся в появлении этих фаз, существуют ещё и положительные, которые ведут к общему увеличению прочности и твердости.

Вполне возможно, что иными способами, кроме применения методов термообработки, повысить режущие свойства трудно. Что касается «нежелательных» фаз, то, хотя их первоначальное возникновение и неизбежно, можно попытаться избавиться от них, например при повторной термообработке, которая имела бы такие режимы, которые, не влияя на уже полученные при первой термообработке положительные результаты, аннулировали бы эти «нежелательные» фаз, допустим, растворив их или раздробив карбиды с последующим растворением в маточном растворе. До сих пор методы термической обработки твердых сплавов, хотя и давали некоторые повышения их свойств, но, безусловно, незначительное /8/.

В практике изготовления твердых сплавов после спекания применяется медленное охлаждение (от 2 до 5 °С/мин) с целью исключения влияния скоростей охлаждения на возможность появления трещин в изделии. В связи с этим вопросы ускоренного охлаждения сплавов после спекания являются пока лишь предметом научных исследований.

При появлении первых однокарбидных (вольфрамокобальтовых) твердых сплавов к ним пытались применять те же методы термообработки, что и для сталей. Для сплавов с низким содержанием кобальта эти попытки оказались безрезультатными. В ряде работ были получены первые положительные результаты при закалке сплавов на основе Ti – WC – сталь, а также применительно к спеченным легированным сталям с добавками сложных карбидов Ti – WC, Ti – Mo₂C, Ti – VC, VC – WC и при температуре закалки от 1100 до 1350 °С в масле. Состав и свойства цементирующей кобальтовой фазы спеченных пластин можно регулировать путем изменения в них содержания углерода, а также скорости охлаждения при дополнительной термообработке.

Эффективен метод упрочнения твердых сплавов термической обработкой, например, закалкой, позволяющей существенно повысить их прочностные характеристики. Исследованию подвергались твердые сплавы марок ВК15, ВК6, ВК8, ВК8В. Температура нагрева составила от 750 до 1200 °С и выше, скорость нагрева от 10 до 15 °С/с.

Термическая обработка спеченных сплавов способствует исправлению и улучшению структуры, а также повышению их физико-химических и режущих свойств. Известно, что упрочнение твердых сплавов возможно путем воздействия на связующую фазу. Последняя представляет собой твердый раствор вольфрама и углерода в кобальте, причем концентрация этого раствора различна в зависимости от условий изготовления сплава.

Одним из вариантов упрочняющей обработки, основанной на изменении состояния связующей фазы, является термическая обработка. Например, при температуре плавления эвтектики отмечается предельная растворимость WC в Co 10 %, при наличии в структуре сплава включений графита и 15 % – в случае получения образцов в вакууме, где возникает некоторое обезуглероживание. Эти данные свидетельствуют о зависимости растворимости WC и Co, связанной с содержанием в сплаве углерода.

Состав связующей фазы существенно влияет и на величину временного сопротивления твердых сплавов. Так, медленно охлажденные сплавы с 10 %-ным содержанием кобальта показывают большую прочность, чем быстро охлажденные. Объясняется это увеличением растворимости WC в Co при быстром охлаждении, то есть большей потерей пластичности. В то время же для высококобальтовых сплавов наблюдается обратная картина: большей прочностью обладают быстроохлажденные сплавы.

Твердые сплавы имеют много общего с дисперсионно-твердеющими сплавами и поэтому их пластичность, как правило, рассматривается исходя из основных элементов теории дисперсионного твердения. К этим сплавам их приближает и явление старения раствора WC в Co. Например, на образцах твердого раствора на основе кобальта, содержащего небольшое количество WC (3 %), наблюдалось повышение твердости HV с 1980 до 2170 МПа после закалки при температуре 1200 °С и последующего отпуска при температуре 600 °С.

Экспериментальные данные указывают на возможность изменять состав связующей фазы варьированием температурой спекания и условиями охлаждения, а также термической обработкой сплавов в спеченном состоянии и тем самым влиять на некоторые свойства твердых сплавов, зависящие от состояния связующей фазы.

Термической обработке твердых сплавов посвящен ряд работ, результаты которых во многом противоречивы /2/. В этих работах делались попытки проведения различных видов термической обработки как спеченных твердых сплавов, так и при изменении условий охлаждения в процессе спекания.

Термическая обработка спеченных сплавов проводится в большинстве случаев по двум направлениям:

– нагрев до температуры от 800 до 1250 °С с последующим охлаждением в различных средах;

– отжиг (или отпуск) при температуре от 600 до 1250 °С в течении нескольких часов. Иногда время отжига достигает 100 часов.

В этом случае добиваются в сплаве структурных превращений, а применение отпуска способствует снижению термических напряжений, но повышение прочностных характеристик достигается не во всех случаях.

Последнее связано, очевидно с тем, что среда, в которой образцы нагревались, время выдержки при заданной температуре, а также скорость охлаждения, не обеспечили, с одной стороны, протекания структурных превращений в твердом сплаве, а с другой – фиксирование возможных изменений структуры. В свою очередь, при дополнительном отжиге при температуре от 750 до 900 °С с последующей нормализацией (от 900 до 950°С) достигается улучшение механических характеристик и увеличение прочности твердосплавных изделий на 32 %. Производственные испытания этих твердосплавных инструментов показали увеличение их режущей способности в 1,3 раза.

Существуют попытки применения термической обработки для исправления структуры твердых сплавов, спеченных с нарушением технологии изготовления. Сущность термообработки при этом состоит в том, что сплавы нагревают в атмосфере водорода при температуре от 1225 до 1295 °С с последующей закалкой, после чего их отпускают в течении времени от 1 до 3 часов при температуре от 700 до 900 °С в нейтральной атмосфере или вакууме. Такая термообработка позволяет восстановить ударную вязкость твердых сплавов до уровня нормально спеченных.

Во многих случаях твердосплавные изделия для оснащения различных видов инструмента подвергаются пайке. Дополнительный нагрев до температуры пайки может существенно изменить эффект термической обработки. В связи с этим представляет интерес влияние нагрева ТВЧ до температуры пайки на физико-механические характеристики термообработанных сплавов /9/.

Исследования показали, что дополнительный нагрев ТВЧ до температуры пайки не приводит к заметному изменению магнитных характеристик. В связи с тем, что нагрев ТВЧ происходит очень быстро и выдержка при температуре пайки составляет менее 2 минут, процессы диффузионного перераспределения компонентов не успевают развиться, поэтому не изменяется структура, зафиксированная при закалке. Механические характеристики при этом остаются на уровне, достигнутом при закалке.

Таким образом, применение термической обработки для упрочнения твердых сплавов возможно также для изделий, подвергающихся пайке.

Различные изменения, которые претерпевают структурные составляющие твердого сплава, а также его состояния в целом определяются характером термической обработки.

Эти изменения играют неодинаковую роль в повышении прочностных характеристик твердых сплавов.

Целесообразно провести более глубокое изучение механизма упрочнения твердых сплавов при термической обработке с использованием современных методов электронной металлографии на основе дислокационных представлений о структуре материала. Это позволит целенаправленно регулировать режимы термообработки для получения твердых сплавов с заданными механическими характеристиками.

Для тяжело нагруженных резцов, требующих увеличения прочности во всем сечении твердого сплава, наиболее эффективной является термическая обработка, обеспечивающая наряду с повышением прочности увеличение износостойкости. Применение этого метода упрочнения не исключает последующей абразивной обработки, более того, эффект суммируется определенным образом.

1.3.5 Лазерное упрочнение

По литературным источникам известно, что воздействие лазерного излучения на твердый сплав вызывает упрочнение поверхностного слоя. В частности, для металлорежущих резцов передняя и задняя поверхности подвергались лазерному воздействию в различных сочетаниях и на оптимальных плотностях энергии на лазерной машине «Квант-16». Анализ данных показал, что стойкость резцов может быть повышена при облучении с определенными плотностями энергии. Так оптимальная плотность энергии для твердых сплавов Т5К10 и ВК8 от 1,3 до 1,5 Дж/мм и от 1,8 до 1,9 Дж/мм соответственно /10/.

Особенностью лазерной обработки твердых сплавов является возможность образования дефектов в процессе воздействия луча лазера: появление микротрещин, отслаивания участков поверхностного слоя и оплавления материала с образованием сетки микротрещин по периферии. Поэтому очень важно определить режимы, гарантирующие получение бездефектной поверхности.

Установлено, что оптимальная величина плотности энергии упрочнения определяется структурой и составом твердого сплава, зависит от коэффициента перекрытия луча лазера и исходной шероховатости поверхности.

Установлено, что максимальную стойкость обеспечивает твердосплавный резец, получивший только один импульс в оптимальном режиме лазерного излучения со стороны передней поверхности.

1.3.6 Комбинированные методы упрочнения

В журнале «Физика и химия обработки материалов» за 1995 год приведена работа ученых Омского государственного университета Полещенко К. Н., Полетика М. Ф., Геринга Г. И., Вершинина Г. А. по исследованию влияния комбинированного ионного облучения на элементный состав и износостойкость сплава WC–Co (сплав группы ВК). Методом масс-спектроскопии исследован элементный состав приповерхностных слоев сплава WC–Co, облученного ионными пучками различного состава. Установлено, что комбинированная ионно-лучевая обработка пучком (Zr⁺–Mo⁺–Zr⁺)–N⁺ позволяет повысить износостойкость режущих пластин из твердого сплава при обработке Ti-сплавов до 4 раз по сравнению с исходными образцами. Проведено моделирование распределения внедрения ионов по глубине образца с учетом радиационно-стимулированной диффузии и распыления поверхности /11/.

Учеными Якаиси М., Ко Т., Ямаока Н., Уэда Ф., Сасано М. японского холдинга «Mitsubishi» предложен новый композиционный материал для спеченного режущего инструмента с высоким сопротивлением скалыванию и способ его изготовления /1/. Композиционный материал для инструмента состоит из основы, представляющей собой твердый сплав, который содержит от 3 до 20 % Co, остальное – WC, и режущей части, являющейся спеченным материалом на основе алмаза, причем обе части соединены между собой путем спекания. В объеме режущей части дисперсно распределены частицы SiC диаметром не более 0,5 мкм при их содержании от 1 до 20 %. Вследствие диффузионной миграции компонентов при спекании композиционного материала в состав режущей части входит сплав системы Co–W–C в количестве от 0,1 до 20 %; диаметр частиц алмаза в режущей части должен составлять не более 1 мкм.

Способ изготовления композиционного материала включает изготовление основы приемами порошковой металлургии и изготовление режущей части, которое состоит из составления композиции состава от 1 до 10 % SiС (зернистостью 0,5 мкм), от 1 до 10 % органическое соединение, алмаз (зернистостью не более 0,5 мкм) – остальное, путем влажного перемешивания компонентов и последующего ее нагрева в бескислородной атмосфере органического соединения. Затем эту смесь формуют и соединяют с основой под давлением не менее 5 ГПа при температуре не менее 1400 °С, то есть в обычных условиях спекания при сверхвысоких давлениях. Полученный режущий инструмент характеризуется высокой износостойкостью /12/.

Например, смесь для режущей части, содержащую алмаз (зернистость частиц не более 0,5 мкм) – 98 %, SiC (зернистость не более 0,5 мкм) – 1 %, полиэтиленгликоль – 1 %, готовили перемешиванием в бензоле в течение 20 часов, после сушки смесь выдерживали при 200 и при 900 °С по 2 часа для карбидизации, а затем прессовали под давлением 200 МПа заготовку диаметром 7 и толщиной 1 мм. Заготовку для основы диаметром 7 и толщиной 3 мм прессовали из смеси WC – 97 %, Co – 3 %. Затем основу и режущую часть спекали вместе под давлением 5,5 ГПа при 1480 °С и выдержке 30 минут. При точении заготовки из спеченной Al₂O₃ в течение 25 минут со скоростью 10 м/мин, подаче 0,05 мм/об и глубине резания 0,2 мм сколов резца из композиционного материала не наблюдали, шероховатость получаемой поверхности была значительно ниже стандартной.

В НИИ проблем порошковой технологии и покрытий РИТЦ при Пермском государственном университете Косгор С. П., Губайдуллин Н. Ш. и Костров Д. В. провели исследование мультислойных вакуумно-плазменных покрытий и их свойств. Исследованию подверглись структура многослойных покрытий, состоящих из монослоев нитридов, карбидов Ti и Cr, а также микротвердость вакуумных конденсатов. Установлено, что уменьшение толщины микрослоев (h_s) от 1000 до 200 нм вызывает незначительное увеличение микротвердости, в интервале h_c от 200 до 5 нм наблюдается резкое увеличение микротвердости от 3750 до 5375 кг/мм². Тысячеслойное покрытие TiC–TiN оказалось до 2,5 раз тверже, чем покрытие только из TiC или TiN. Проведена оптимизация режимов и процессов напыления многослойных покрытий /13/.

В Днепропетровске (Украина) НИИ Черметмеханизация учеными Жаботинским В. И., Нерода В. Я., Грачевым К. Г. разработан процесс комплексной объемной термической обработки (КТО) твердых сплавов вольфрамовой группы. Комплексная термообработка обеспечивает при сохранении твердости повышение пластичности твердых сплавов, их устойчивость к ударным нагрузкам и вибрациям за счет формирования характерной карбидной структуры. Процесс комплексной термообработки является экологически чистым, поддается полной автоматизации. Освоенная технология позволяет обработать более 1 кг. в час твердого сплава и повысить производительность. Комплексная термообработка до 10 раз увеличивает срок службы твердосплавного инструмента в производственных условиях /14/.

В Италии разработана технология нанесения на режущий инструмент методом химического осаждения (метод Diamatorr) толстых (до 1 мм) пленок из чистого кристаллического алмаза без добавок легирующих элементов. При обычном методе нанесения поликристаллических алмазов процесс происходит при высоких давлении и температуре. При этом снижаются твердость и теплопроводность в сравнении с чистыми алмазами. Предложенный метод осуществляется при низком давлении; при этом сохраняются все основные характеристики алмазов. Полученное покрытие превосходит известные по твердости, теплопроводности, пределу прочности при высоких температурах. Фрезы с предложенным покрытием могут работать при скоростях от 6000 до 30000 оборотов в минуту.

В Японии Цумори Тосихиро и Син Эцу предложили способ нанесения тонких поликристаллических алмазоподобных пленок на острие режущих инструментов. К поверхности подложки подают газообразные водород и углеводород, и возбуждают СВ-колебания (от 300 МГц до 30 ГГц); образующаяся плазма белого свечения периодически контактирует с подложкой, в результате чего формируется пленка /15/.

В Российском научном центре «Курчатовский институт» разработаны технологии получения алмазоподобного покрытия при низком давлении и низкой температуре либо с помощью ионного распыления графита, либо из углеродосодержащей газовой фазы. Обе технологии позволяют наносить алмазоподобные покрытия практически на любые твердые подложки, изготавливать многослойные покрытия, получать свободные пленки из искусственного алмаза.

Институтом физики металлов УрО РАН под руководством к.ф.-м.н. Трахтенберга И. Ш. к.ф.-м.н. Владимировой А. Б. была проведена работа, в результате которой создана экспериментальная установка, позволяющая путем бомбардировки ионами азота с энергией около 30 кэВ проводить модификацию поверхности металлообрабатывающего инструмента с последующим нанесением алмазоподобного упрочняющего покрытия. Сравнительные испытания износостойкости инструмента, проведенные на Турбомоторном заводе с АПП на имплантированной и неимплантированной поверхностях показали значительное увеличение ресурса работы такого инструмента по сравнению с ненапыленным. Дальнейшее повышение ресурса работы может быть достигнуто оптимизацией режимов и условий имплантации /16/.

Чувашским государственным университетом предлагается технология и оборудование для нанесения алмазоподобных покрытий на изделия из различных материалов. Температура синтеза не выше 70 °С. Указанные покрытия заметно увеличивают стойкость режущего инструмента при обработке цветных металлов, пластмасс, древесины и других материалов. Уникальность физико-механических свойств алмазоподобных пленок (высокая твердость, теплопроводность и коррозионная стойкость, низкая электропроводность, хорошие антифрикционные свойства) вызывают интерес их широкого использования в различных областях практической деятельности человека.

В Югославии производилась работа в результате которой приведен обзор основных направлений в плазменной технологии обработки поверхности, приведен список основных мировых центров по разработке плазменной технологии. Основное внимание уделено применению плазменной технологии для улучшения поверхностных характеристик инструмента и других подверженных износу деталей. Обсуждаются плазменные технологии нанесения покрытий: физическое осаждение из пара (PVD-процесс), химическое осаждение из пара (CVD-процесс), плазменное напыление при атмосферном и пониженном давлении (процессы APS и LPPS). Приведены принципиальные схемы оборудования, описаны его возможности. Обсуждаются PVD-процессы, в частности «DPLEX» PVD, позволяющий одновременно осуществлять ионное азотирование и нанесение покрытия; а также процесс LPPS как один из наиболее эффективных для нанесения износостойких покрытий на инструмент и другие детали /17/.

В Институте проблем сверхпластичности металлов РАН Зариповым Н. Г., Кайбышевым О.А., Петровой Л. В., Ефимовой О. Ю. опубликован способ изготовления изделий из твердых сплавов на основе карбидов переходных металлов.

В КНР исследовали влияние параметров нового процесса, называемого карбоспеканием, на свойства твердых сплавов, WC–Co. Оптимальное содержание углерода для получения твердых сплавов с неоднородной структурой составило от 6 до 6,1 %, оптимальная температура спекания – от 1420 до 1450 °С. Получены твердые сплавы WC–Co с содержанием Со – 10 % с плотностью от 14,4 до 14,6 г/см³, твердостью от 88,2 до 89,9 HRA, s_в от 2600 до 2900 МПа. Может быть получен сплав с размером зерен WC менее 1 мкм.Современные сплавы содержат очень много компонентов, поэтому для расчета фазовых равновесий и диаграмм состояния используют новые компьютерные технологии и программы /19/. В Швеции для исследования и разработки твердых сплавов используют базу данных «Termo – Calc», созданную в Стокгольмском Королевском институте технологий и программу «Poly». Успешное использование компьютерных программ сильно зависит от точности и количества информации в базе данных. Расчет диаграмм состояний не только помогает в работе с многокомпонентными системами, но и является удобным средством представления результатов исследований. Построение диаграмм состояния на основе термодинамических расчетов позволяет ускорить и снизить стоимость разработок новых марок твердых сплавов /20/.

1.3.7 Направление дальнейших исследований

Исходя из вышесказанного, износостойкость твердосплавного инструмента может быть увеличена. Но большинство вышеприведенных методов еще не исчерпали своих возможностей. Процессы, происходящие в ходе реализации этих методов и зависимость свойств инструмента от режимов упрочнения, требуют дальнейших исследований. В особенности это относится к термической обработке и нанесению покрытий. Таким образом, можно сделать вывод: следует проводить запланированные эксперименты, варьируя режимы упрочнения и испытывая образцы, выявлять зависимости между режимами и полученными свойствами, в дальнейшем обоснованно подбирая наилучшие из них.

2 Исследовательская часть

Целью исследовательской части дипломной работы является изучение зависимости эксплуатационных свойств твердого сплава Т14К8 от режимов термообработки, а также выявление лучших из них для рекомендации к применению на производстве.

В опытах использовались чашечные резцы и штабики из Т14К8. Чашечный резец представлен на рисунке 2.1

Рисунок 2.1 – Чашечный резец RPUX 2709 M0 TN

2.1 Термическая обработка

В процессе исcледования была проведена термическая обработка твердосплавных образцов – штабиков 5х5х35 мм и чашечных резцов (рисунок 2.2), термическую обработку проводили на ПО «Стрела» г. Оренбурга в соляных ваннах СП2 и СП3. Отпуск проводили как на ПО «Стрела», так и в лаборатории кафедры «материаловедения и технологии материалов» ОГУ с нагревом образцов в муфельной печи ПМ-14, используя при этом для предотвращения обезуглероживания графитовые стаканы с засыпкой образцов графитовым порошком, закрытые крышками из листового асбеста и обмазанные огнеупорной глиной.

Рисунок 2.2 – Штабик из твердого сплава Т14К8

Рисунок 2.3 – Муфельная печь ПМ-14М с графитовым тиглем внутри

При проведении термообработки (ТО) штабиков из твердого сплава марки Т14К8 был принят следующий режим (рисунок 2.4):

1 Подготовка образцов предусматривала подогрев, для этого образцы положили в емкость и поместили рядом с ванной, при этом их нагревали в течение 5 минут до температуры 100-150 °С.

2 Нагрев предварительный в течение 5 минут в соляной ванне СП2. до температуры 850 °С.

3 Перенос приспособления с образцами в ванну окончательного нагрева, в которой выдержали в течение 5 минут при различных температурах Т_нагр:

Т_нагр = 1050 °С;

Т_нагр = 1100 °С;

Т_нагр = 1150 °С;

Т_нагр = 1200 °С;

Т_нагр = 1250 °С;

После нагрева в ванне СП3 образцы охлаждали на воздухе с обдувом – нормализация.

Для образцов после нормализации по всем перечисленным температурам – отпуск с выдержкой в печи в течение 1 ч при различных температурах Т_отп:

Т_отп = 400 °С;

Т_отп = 500 °С;

Т_отп = 600 °С;

Т_отп = 700 °С

Рисунок 2.4 – Схема термической обработки твердосплавных образцов

Термическая обработка чашечных резцов Т14К8 проводилась по следующим режимам:

1 Режим №1 (Нормализация)

Предварительный нагрев у ванны до температуры 100 – 150 °С, в течение 5 минут;

Подогрев в ванне при температуре 850 °С – 5 минут, перенос в ванну окончательного нагрева 1150 °С – 5 мин, охлаждение на воздухе

2 Режим №2 (Закалка + отпуск)

Предварительный нагрев у ванны до температуры 100 – 150 °С, в течение 5 минут;

Подогрев в ванне при температуре 850 °С – 5 минут;

Тз – нагрев 1150 °С – 5 мин, закалка в масле И–20 60–80 °С;

То – 550-600 °С – 15 мин, затем охлаждение на воздухе

3 Режим №3 (Закалка + отпуск)

Предварительный нагрев у ванны до температуры 100 - 150 °С, в течение 5 минут;

Подогрев в ванне при температуре 850 °С – 5 минут;

Тз - 1150 °С,/4 мин, закалка в масле И–20 60–80 °С;

То - 800 °С/ 15 мин, затем охлаждение на воздухе

4 Режим №4 (Изотермическая закалка)

Предварительный нагрев у ванны до температуры 100 - 150 °С, в течение 5 минут;

Подогрев в ванне при температуре 850 °С – 5 минут;

Окончательный нагрев до Тз – 1150 °С, в течение 5 мин – изотермическая закалка в расплаве KNO₃ + NaNO₃ + NaOH (при соотношении компонентов 1:1:1) при 560 °С/15 мин, с последующим охлаждением на воздухе;

5 Режим №5 (Нормализация)

Подогрев в ванне при температуре 1100 °С – 5 минут, охлаждение на воздухе.

После ТО, образцы отмывали от соли в 10 % растворе серной кислоты, и перед определением механических характеристик зачищали на алмазном круге.

2.2 Влияние термической обработки на свойства Т14К8 (штабики)

В качестве характеристик измеряли твердость по методу Виккерса, по 3 укола распределенных по длине стороны, с двух перпендикулярных сторон штабика (рисунок 2.5). Результаты измерений твердости штабиков приведены в таблице 2.1.

Рисунок 2.5 – Измерение твердости штабика

Прочность измерялась нагружением образца установленного на двух опорах на базе 30 мм для штабиков. Результаты измерений прочности штабиков приведены в таблице 2.2.

Таблица 2.1 – Твердость штабиков Т14К8

Температура нормализации, °С	Твердость HV, после отпуска при температуре, °С
Температура нормализации, °С	Без отпуска	400	500	600	700
Исходные без нагрева	1624	–	–	–	–
1050	1610	1655	1638	1565	1518
1100	1673	1684	1612	1539	1521
1150	1610	1663	1608	1523	1533
1200	1643	1659	1611	1594	1558
1250	1638	1676	1607	1580	1598

После закалки твердость повысилась незначительно, а при отпуске с увеличением температуры твердость снижается на 50 – 100 HV (3% – 6%).

По полученным значениям твердости были построены графики зависимости твердости штабиков от режимов термической обработки (рисунок 2.6).

1 – Т_нор = 1050 ˚С; 2 – Т_нор = 1100 ˚С; 3 – Т_нор = 1150 ˚С;

4 – Т_нор = 1200 ˚С; 5 – Т_нор = 1250 ˚С.

Рисунок 2.6 – График твердости штабиков Т14К8 в зависимости от термической обработки

Для твердого сплава Т14К8 зависимость твердости от температуры отпуска выглядит следующим образом: Т_отп= 400 ˚С для всех Т_нор приводит к повышению твердости на 30 – 50 HV, а дальнейшее повышение температуры отпуска приводит к снижению твердости.

Таблица 2.2 – Прочность штабиков Т14К8

Температура нормализации, °С	Прочность Н/мм², после отпуска при температуре, °С
Температура нормализации, °С	Без отпуска	400	500	600	700
Исходные без нагрева	1263	–	–	–	–
1050	2179	2122	2079	2110	2070
1100	2058	1994	1898	2066	2024
1150	1980	1730	1669	1680	1701
1200	1956	2030	1997	1860	1756
1250	1738	1819	1746	1615	1554

После закалки прочность образцов возросла на 500 – 800 Н/мм² (40% – 60%), а при отпуске, с увеличением температуры нагрева, снижалась на 100 – 200 Н/мм²(7% – 10%).

Графики прочности штабиков в зависимости от режимов термической обработки показаны на рисунке 2.7

1 – Т_нор = 1050 ˚С; 2 – Т_нор = 1100 ˚С; 3 – Т_нор = 1150 ˚С; 4 – Т_нор = 1200 ˚С;

5 – Т_нор = 1250 ˚С.

Рисунок 2.7 – График прочности штабиков Т14К8 в зависимости от термической обработки

Наилучшим режимом термообработки был признан режим нормализации с температурой T_нор = 1050 ˚С, без отпуска. Образцы подвергшиеся ТО при этом режиме обладали наибольшей прочностью – 2200 Н/мм².

Штабики выборочно были испытаны на износ при трении на специально сконструированной машине (рисунок 2.8). Испытания осуществляли по следующему принципу: предварительно взвешенный штабик закрепляли в державку 1, прижимаемую рычагом 2 к поверхности алмазного круга 3, алмазный круг приводится в движение электродвигателем 4, проводилось истирание в течение выбранного времени (30, 60, 90 секунд), после чего повторно взвешивали штабик и вычисляли потерю массы. Результаты испытаний приведены в таблице 2.3. Гистограммы износа показаны на рисунке 2.9

1 – державка для образца; 2 – рычаг; 3 – алмазный круг;

4 – электродвигатель.

Рисунок 2.8 – Машина для испытаний на износ при трении

Рисунок 2.9 – Гистограмма износа штабиков Т14К8 после истирания в течение 30, 60 и 90 с

Таблица 2.3 – Результаты испытаний на износ при трении штабиков Т14К8

t, ⁰C		Вес/износ,г после истирания,с
Нормализация	Отпуск	Исх.	30	60	90
–	–	10,958	10,890	10,841	10,780
–	–	–	0,068	0,117	0,178
1100	–	5,272	5,208	5,167	5,136
1100	–	–	0,064	0,105	0,136
1100	400	5,254	5,201	5,163	5,122
1100	400	–	0,053	0,091	0,132
1100	500	4,610	4,563	4,520	4,483
1100	500	–	0,047	0,090	0,127
1100	600	5,160	5,097	5,046	5,010
1100	600	–	0,063	0,114	0,150
1100	700	5,416	5,356	5,314	5,270
1100	700	–	0,060	0,102	0,146
1250	–	5,258	5,218	5,173	5,129
1250	–	–	0,040	0,085	0,129
1250	400	4,987	4,952	4,908	4,870
1250	400	–	0,035	0,079	0,117
1250	500	5,215	5,173	5,145	5,111
1250	500	–	0,042	0,070	0,104
1250	600	5,371	5,325	5,282	5,240
1250	600	–	0,046	0,089	0,131
1250	700	5,156	5,118	5,082	5,051
1250	700	–	0,038	0,074	0,105

Изнашивание при истирании происходит практически линейно с течением времени. Заметно снижение износа при всех режимах термообработки. Наименьший износ при T_нор = 1250 ˚С, T_отп = 400 ˚С – 0,035 г.

Стойкостные испытания штабиков проводились на заводе «Металлист» при торцевом точении стали 45. Торец обтачивался с подачей от центра заготовки к периферии при следующих параметрах: при глубине резания t = 1 мм, подаче S = 0,1 мм/об, частоте вращения шпинделя n = 400 мин^-1; Всего делали 1 проход, после чего фиксировали износ по задней и передней поверхности штабика (таблица 2.4).

Таблица 2.4 – Износ по передней и задней поверхности штабиков Т14К8 после стойкостных испытаний точением

Режим	Износ , мм
	закалка	Отпуск °С
	закалка	400	500	600	700
1050 °С воздух	–	0,27	0,22	излом	0,48
1050 °С воздух	–	царапина	царапина	излом	0,60
1100 °С воздух	излом	излом	0,26	0,25	0,41
1100 °С воздух	излом	излом	0,07	0,06	скол
1150 °С воздух	излом	излом	0,70	излом	излом
1150 °С воздух	излом	излом	0,43	излом	излом
1200 °С воздух	излом	0,29	0,66	излом	излом
1200 °С воздух	излом	царапина	царапина	излом	излом
1250 °С воздух	0,30	излом	0,20	излом	излом
1250 °С воздух	царапина	излом	0,42	излом	излом

Таблица 2.5 – Анализ результатов

Материал

Прочность,

σ_в, , Н/мм²

Твердость HV,

Износ при истирании, min, г

Износ при точении, min, мм

Т14К8

2122

(Т_н = 1050,

Т_о = 400)

1655

(Т_н = 1050,

Т_о = 400)

0,053

(Т_н = 1200,

Т_о = 400)

0,22

(Т_н = 1050,

Т_о = 500)

2070

(Т_н = 1050,

Т_о = 700)

1518

(Т_н = 1050,

Т_о = 700)

* – в скобках указана температура нормализации и отпуска в °С, при которых был получен результат

Лучшим режимом является: Т_нор = 1050 °С; Т_отп = 400 °С.

Анализ результатов экспериментальной работы по нормализации твердого сплава Т14К8 в расплаве солей показал, что оптимальный уровень свойств, т.е. максимальная твердость и прочность при минимальном износе при резании и износе при истирании показали резцы, обработанные при режиме: Т_нор = 1050 °С; Т_отп = 400 °С. Повышение прочности в 1,6 раза σ_в = 2122 Н/мм² (исходных σ_в = 1263 Н/мм²), твердость на том же уровне 1655 HV, износ при истирании 0,053 г, износ при точении 0,22 мм

2.3 Стойкостные испытания чашечных резцов Т14К8.

Стойкостные испытания чашечных резцов Т14К8 проводились при торцевом точении внутреннего диаметра бандажей из стали марки III. Испытания проводились на «ОЛРЗ» в колесном цехе. Процесс точения проходил согласно технологическому процессу изготовления тепловозного бандажа при следующих параметрах: глубина резания – 3 мм, подача – 0,8 – 1,12 мм/мин;, частота вращения шпинделя – 20 – 25 мин^-1. Стойкость резцов измерялась количеством проточенных бандажей до первого поворота резца и до его замены новым. Схема и процесс точения приведены на рисунках 2.10, 2.11.

Рисунок 2.10 – Схема точения чашечным резцом

Рисунок 2.11 – Процесс точения чашечным резцом

Процесс точения бандажа чашечным резцом осуществлялся на токарно–карусельном станке марки КС–412 (рисунок 2.12). В качестве заготовки использовалась отливка (рисунок 2.13). Заготовки для бандажей (ГОСТ 398-96, ГОСТ Р 52366-2005) ОЛРЗ получает с Нижнетагильского металлургического комбината в виде отливок. Материал заготовок – Сталь 2.

Рисунок 2.12 Токарно–карусельный станок КС–412

Рисунок 2.13 Заготовка бандажа

Проводилось наблюдение за стойкостью чашечных резцов, данные представлены в таблице 2.6.

Таблица 2.6 – Данные по стойкости чашечных резцов

№ резца	Количество проточенных бандажей до первого поворота N₁	Количество проточенных бандажей до полного износа N₂	N₂/N₁
1	11	25	2,27
2	9	21	2,33
3	13	25	1,92
4	5	20	4,00
5	7	24	3,43
6	11	26	2,36
7	13	30	2,31
8	15	33	2,20
9	17	36	2,12
10	10	22	2,20
11	14	29	2,07
12	16	31	1,94
13	17	33	1,94
14	13	28	2,15
15	13	29	2,23
16	12	32	2,67
17	10	29	2,90
18	13	28	2,15
19	6	36	6,00
20	10	24	2,40
21	4	4	1,00
22	8	24	3,00
23	9	9	1,00
24	11	32	2,91
25	16	38	2,38
26	13	27	2,08
27	8	21	2,63
28	12	25	2,08

Средняя стойкость твердосплавного чашечного резца до первого поворота составляет одиннадцать бандажей. Для определения и анализа стойкости резцов прибегают к математической статистике. Вероятность износа первой грани чашечного резца после N проточенных бандажей показана на рисунке 2.14. Число проточенных бандажей распределяется по нормальному закону (рисунок 2.15). Фактически график на рисунке 2.15 показывает величину вероятности того, что чашечным резцом будет проточено определенное количество бандажей.

Рисунок 2.14 – Вероятность износа первой грани резца после N проточенных бандажей

Число проточенных бандажей до первого поворота, шт.

Рисунок 2.15 – Нормальное распределение числа бандажей, проточенных до первого поворота резца

При точении бандажей резец при износе по передней поверхности, более допустимой, поворачивают на 120˚, т.е. обработку можно осуществлять до двух поворотов (тремя гранями резца) как показано на рисунке 2.16

Рисунок 2.16 – Схема использования граней чашечного резца

Ниже, на рисунке 2.17 представлены два вида износа резцов, испытанных в процессе точения бандажа тепловоза ЧМЭ – 3.

а) выкрашивание

б) хрупкое разрушение

Рисунок 2.17 – Виды износа резца.

После испытаний были проведены металлографические исследования и измерена твердость чашечных резцов. На рисунке 2.18 выборочно показаны структуры испытанных резцов с увеличением 1280 раз.

а б

в г

д е

а – без термообработки, размеры карбидных включений TiC и WC 4 – 5 мкм; б – Т_нагр150 ⁰С/5мин – 850 ⁰С/5мин – 1150 ⁰С/5мин – нормализация, размеры карбидных включений TiC и WC 2 – 4 мкм; в – Т_нагр150 ⁰С/5мин – 850 ⁰С/5мин – 1150 ⁰С/5мин – закалка, размеры карбидных включений TiC и WC 2 – 3 мкм; г – Т_нагр150 ⁰С/5мин – 850 ⁰С/5мин – 1150 ⁰С/5мин – закалка+отпуск800⁰С, размеры карбидных включений TiC и WC 1 – 2 мкм; д – Т_нагр150 ⁰С/5мин – 850 ⁰С/5мин – 1150 ⁰С/5мин – изотермическая закалка, размеры карбидных включений TiC и WC 2 – 3 мкм; е – 1100 ⁰С/5мин – нормализация, размеры карбидных включений TiC и WC 2 – 4 мкм

Рисунок 2.18 – Микроструктуры чашечных резцов после различных режимов термообработки x1280.

2.4 Подведение итогов

В проведенной работе использованы различные режимы термообработки чашечных резцов и штабиков, а именно закалка в соляных печах–ваннах. Нагрев в соляных печах–ваннах проводился до температур 1050°С, 1100°С, 1150°С, 1200°С, 1250°С. Такой вид термообработки защищает образцы от вредного влияния кислорода (окисления). По результатам обработки наилучшим для Т14К8 режимом является: для штабиков Т_нор = 1050 °С, Т_отп = 400 °С; для чашечных резцов предварительный нагрев у ванны до температуры 100 - 150 °С, в течении 5 минут, подогрев в ванне при температуре 850 °С – 5 минут, Тз – нагрев 1150 °С – 5 мин, закалка в масле И–20 60–80 °С, То – 550–600 °С – 15 мин, затем охлаждение на воздухе. Твердость образцов составила:1665 HV – для штабиков; 1685 HV – для чашечных резцов.

Микроанализ проводился традиционным методом, образцы шлифовались на алмазной пасте ВОМ 125/100 ГОСТ 25593–83. Выбор травителя проводился по справочнику [ ]. В результате травителем был выбран щелочной раствор натрия (NaOH) и красной кровяной соли (K₃[Fe(CN)₆]). При измерении величины зерна имеют место допущения, использован метод хорд.

При измерении твердости по Виккерсу, производилась торировка твердомера, имел место разброс в пределах 3%.

Вывод: на основании проведенных исследований по термической обработке образцов из твердого сплава Т14К8 при различных режимах закалки установлено, что термообработка приводит: к увеличению стойкости чашечных резцов при точении до 1,3 раза, а при некоторых режимах и до 1,5 раза. Испытания штабиков на истирание показывают улучшения от 30% до 50%. Стойкостные испытания штабиков точением не показали удовлетворительных результатов.

Наилучшие результаты для штабиков из твердого сплава Т14К8 получаются при следующем режиме: нагрев до температуры 1050 ºС, выдержка в течение 5 минут, затем отпуск при температуре 400 ⁰С с последующим охлаждением на воздухе. Твердость образца после обработки по данному режиму составила 1665 HV.

Для чашечных резцов при режиме: предварительный нагрев у ванны до температуры 100 – 150 °С, в течение 5 минут, подогрев в ванне при температуре 850 °С – 5 минут, Тз – нагрев 1150 °С – 5 мин, закалка в масле И–20 60–80 °С, То – 550 – 600 °С – 15 мин, затем охлаждение на воздухе. Твердость образца – 1685 HV.

Влияние термообработки при других режимах не столь значительно или имеет отрицательный характер и требует дополнительных исследований в данном направлении.

3 Технологическая часть

3.1 Назначение детали и анализ условий её эксплуатации

Внешняя поверхность бандажа служит поверхностью катания колесной пары железнодорожного транспорта.

Бандаж изготовлен из материала сталь бандажная марка III, ГОСТ 398–71, основной рабочей поверхностью является поверхность катания.

Твердость рабочих поверхностей по техническим условиям должна быть не более 230…240 HВ.

Основными видами износа поверхностей являются истирание поверхности профиля гребня, задиры (ползуны).

3.1.1 Анализ свойств материала бандажа

Восстанавливаемая деталь (бандаж тепловоза) изготовлена из материала сталь бандажная марка III ГОСТ 398–71, химический состав и механические свойства которой представлены в таблицах 3.1 – 3.2

Таблица 3.1 – Химический состав стали марки III по ГОСТ 398–71

Химический состав в процентах

C	Si	Cr	Mn	Ni	Fe
0,25	0,06	0,2	1,7	0,3	остальное

Таблица 3.2 – Механические свойства стали марки III по ГОСТ 398–71

Временное сопротивление разрыву σ_В, Н/мм³	Относительное удлинение, %	Относительное сужение, %	Твердость, НВ	Удельная вязкость при 20 ⁰С Дж/см²
930 – 1110	10	14	169	0,25

3.2 Анализ детали на технологичность

В качестве заготовки используют отливку, изготовленную из стали бандажной марки III, ГОСТ 398–71.

Она достаточно технологична, допускает применение высокопроизводительных режимов обработки, имеет хорошие базовые поверхности для первоначальных операций. Конфигурация детали не вызывает значительных трудностей при получении заготовки.

Требуемую точность и шероховатость можно получить путем обработки на станках нормальной точности и в универсальных приспособлениях нормальной точности, контроль размеров и шероховатости можно вести универсальными средствами измерения.

На чертеже все размеры указаны согласно ряду предпочтительных чисел. Шероховатость поверхностей соответствует принимаемым значениям по ГОСТ ТУ3–751–73.

3.3 Определение типа производства

В машиностроении различают три основных типа производства: массовое, серийное, единичное. Массовое производство характеризуется узкой номенклатурой выпускаемых изделий при большом объеме выпуска. Серийное производство характеризуется более широкой номенклатурой выпускаемых изделий и меньшим объемом выпуска. Единичное производство характеризуется широкой номенклатурой и малым объемом выпуска изделий.

Тип производства ориентировочно может быть определен по объему выпуска (шт.) и массе деталей.

При массе детали 274 кг и количестве деталей 500 шт. в год по таблице

[ ] принимаем тип производства – серийное.

При серийном производстве используются универсальные и специализированые станки, оснащенные как универсальными так и универсально–сборными приспособлениями (УСП), что позволяет снизить трудоемкость и себестоимость изготовления изделия. Представляется так же возможным располагать оборудование в последовательности технологического процесса для одной или нескольких деталей, требующих одинакового порядка обработки. При мелкосерийном производстве обычно применяют универсальные металлорежущие станки.

3.4 Выбор заготовки и метода ее изготовления

Исходной заготовкой является отливка.

Механическая обработка детали выполняется на токарно–карусельном станке КС–412.

Согласно данным ОЛРЗ заготовки для изготовления бандажных колец получают методом литья.

Номинальные размеры элементов отливки, подвергаемых последующей механической обработке резанием, рассчитываются по формулам

где D_i, d_i, H, h_i – номинальные размеры детали по её чертежу, мм;

– допуски соответствующих размеров детали, мм;

– общие односторонние припуски на обработку отливки, установленные в п. 3.3.1.5.5 согласно таблице Е.2 [1].

Принимаем, что отливка выполняется в песчаную форму, степень точности С_Т поверхностей отливки составляет 7–8. При этом номер ряда припуска N_Zсоставляет 2–5 (приложение Д [1]). Общий припуск (на сторону), мм для номера ряда N_Z = 5 выбираем в зависимости от общего допуска элемента отливки , мм. Для отверстия диаметром 882 мм односторонний припуск по таблице Е.2 составляет: 3,3 + 4,6 + 5,4 = 13,3 мм. Допуск на рассматриваемое отверстие составляет 5 мм и внутренний диаметр отливки

Di_отл = 882 + 0,5 ^.5 - 2^.13,3 = 857,9 мм ≈ 858 мм.

Аналогичным образом рассчитываются припуски на остальные элементы отливки.

Допуски на установленные размеры определяются по приложению Г.2 [1]. Формовочные уклоны определяются по приложению Ж.1 [1]. Эскиз заготовки представлен на рисунке 3.1

Рисунок 3.1 – Эскиз заготовки бандажа

3.5 Проектирование технологического маршрута обработки

3.5.1 Выбор технологических баз

Одним из основных правил базирования деталей в технологическом процессе является правило, в силу которого черновые (необработанные) поверхности заготовки нельзя повторно использовать в качестве технологических баз. Исходя из этого, на первых операциях следует обработать именно будущие технологические базы детали. При разработке технологического процесса следует стремиться использовать один и тот же комплект технологических баз, не допуская без особой необходимости смены технологических баз.

В качестве технологических баз на первых операциях (черновых баз) следует принимать поверхности детали, не подвергаемые механической обработке, что позволит обеспечить требуемое относительное положение обрабатываемых и необрабатываемых поверхностей детали.

На операции 005 «Токарная» схема базирования показана на рисунке 3.2

Рисунок 3.2 - Схема базирования

Маршрут изготовления детали представлен в таблице 3.3

Таблица 3.3 - Технологический маршрут изготовления детали

№ опер	Наименование и содержание перехода	Эскиз и схема базирования	Группа станков и оборудования
1	2	3	4
001	Дефектовочная		–
005	Токарная		токарно–карусельный станок КС–412.
	1) Точить поверхность 1, выдерживая размер 143⁺²мм.
	2) Расточить отверстие 2, выдерживая размер Ø898 мм.
	3) Расточить отверстие 3, выдерживая размер Ø882 мм на длине L=14^{+1 мм.}
	4) Расточить отверстие 2, выдерживая размеры Ø900 мм на длине L=14^{+1 мм.}
	5) Расточить канавку 5, выдерживая ширину 9^+0,25мм на глубину 4 мм
	6) Точить канавку 6, выдерживая размер Ø921мм и конусностью 2:1
	7) Точить фаски 7, 8, 9, выдерживая размер 1,5×45⁰

Продолжение таблицы 3.3

1	2	3	4
010	Контрольная		Дефектоскоп ДГСМ
015	Термическая Нагреть бандаж до температуры 250⁺⁵⁰ ⁰С		Электрогорн
020	Слесарная Запрессовать на колесо		Пресс
025	Контрольная

3.6 Bыбop оборудования, режущего и измерительного инструмента

При выборе оборудования для каждой технологической операции необходимо учитывать назначение обработки, габаритные размеры деталей, размер партии обрабатываемых деталей, расположение обрабатываемых поверхностей, требования к точности и качеству обрабатываемых поверхностей.

В соответствии с технологическим маршрутом изготовления детали выбираем следующие станки и оборудование:

а) для операции 005 «Токарная» – Карусельный станок КС–412;

б) для операции 010 «Контрольная» – Дефектоскоп ДГСМ;

в) для операции 015 «Термическая» – Индукционный электрогорн

ЭК–28–52;

г) для операции 020 «Прессовая» – Гидравлический пресс П6334;

д) для операции 025 «Контрольная» – специальный контрольно–дефектовочный вращательный стенд.

Технические характеристики выбранного оборудования представлены в таблицах 3.4 – 3.6

Таблица 3.4 – Техническая характеристика токарно–карусельного станка мод. КС–412.

Характеристика	Единица величины	Значение
1	2	3
Наибольшие параметры обрабатываемой заготовки
диаметр	мм	1600
высота	мм	1000
масса	кг	6300
Диаметр планшайбы	мм	1400
Частота вращение планшайбы	мин^-1	0,9 - 280
Подача суппорта
вертикальная	мм/мин	0,1 – 1000
горизонтальная	мм/мин	0,1 – 1000

Продолжение таблицы 3.4

1	2	3
Мощность электродвигателя	кВт	7
Габаритные размеры
длина	мм	3170
ширина	мм	3025
высота	мм	4100
Масса	кг	21000

Таблица 3.5 – Техническая характеристика индукционного электрогорна ЭК–28–52.

Характеристика	Единица величины	Значение
Мощность	кВт	75
Размеры рабочего пространства
длина	мм	1800
ширина	мм	1500
высота	мм	600
Габаритные размеры
длина	мм	2860
ширина	мм	1800
высота	мм	2500
Наибольшая рабочая температура	⁰С	900
Производительность	кг/ч	350
Масса	кг	6200

Таблица 3.6 – Техническая характеристика гидравлического пресса мод. П6334

Характеристика	Единица величины	Значение
1	2	3
Номинальное усилие	кН	2500
Наибольший ход штока	мм	500
Наибольшее расстояние между запрессовочным столом и штоком	мм	710
Размеры запрессовочного стола
длина	мм	630
ширина	мм	560
Расстояние от оси штока до станины	мм	620

Продолжение таблицы 3.6

1	2	3
Скорость штока
вспомогательный ход	мм/с	125
рабочий ход	мм/с	20
Мощность привода	кВт	44
Габаритные размеры
длина	мм	2500
ширина	мм	2320
Масса пресса		10400

3.6.1 Выбор оснастки

Установочная оснастка выбирается исходя из вида оборудования, на которое она устанавливается, а также зависит от размера детали и инструмента.

Выбираем следующие виды оснастки на каждую операцию:

а) для операции 005 «Токарная»: прихваты станочные ГОСТ 46675–82;

б) для операции 010 «Контрольная»: контрольный стол;

в) для операции 015 «Термическая»: установочный поддон;

г) для операции 020 «Прессовая»: специальное приспособление;

д) для операции 025 «Контрольная»: специальный контрольный стенд.

3.6.2 Выбор режущего инструмента

Режущий инструмент выбираем в зависимости от марки обрабатываемого материала. Режущий инструмент, используемый при изготовлении детали, представлен в таблице 3.7

Таблица 3.7 – Режущий инструмент

Наименование инструмента	Размер инструмента или державки, мм	Материал режущей части	ГОСТ
005 Токарная
Резец чашечный	40х40	Т14К8	ГОСТ
Резец расточной φ = 45⁰	40х40	Т15К6	ГОСТ 18883– 80
Резец канавочный	40х40	Т15К6	Спец.

3.6.3 Выбор измерительного инструмента

Измерительный инструмент выбирается в зависимости от размеров и точности измеряемых поверхностей. Измерительный инструмент, используемый при изготовлении детали, представлен в таблице 3.8

Таблица 3.8 – Измерительный инструмент

Наименование инструмента	Точность измерения, мм	Предел измерения, мм	ГОСТ
005 Токарная
Штангенциркуль бандажный ИМ 01–02–60	0,1	0–1000	Специальный
Шаблон КШ–39	–	–	Специальный
Нутромер НИ–1250	0,1	950–1000	ГОСТ 10–88
Набор образцов шероховатости 0,4–3,2 ШЦ	–	–	ГОСТ 9378–93
020 Контрольная
Контрольный стенд–вращатель, набор измерительных инструментов	–	–	–

3.7 Определение режимов механической обработки

При назначении режимов резания учитываем характер обработки, тип и размеры инструмента, материал режущей части, материал и состояние заготовки, тип и состояние оборудования.

В данном дипломном проекте режимы резания определяются табличным методом с последующей их корректировкой на фактические условия резания. Табличные значения режимов обработки принимаем по картам [10].

Результаты расчетов помещаем в сводную таблицу 4.8 режимов резания.

Для операции 002 «Карусельная» определение режимов обработки приводим полностью.

Геометрические параметры режущего инструмента

Резец расточной по ГОСТ 18885 – 80. Материал режущей части – твердый сплав Т15К6.

Глубина резания

Глубину резания t, мм, примем равной половине припуска на обработку.

Поперечная подача

По таблице 36 [10] определяем значение подачи, величина которой для обработки стали марки III по ГОСТ 398–71 резцами, оснащенными пластинками из твердого сплава составляет: S = 0,2 – 0,4 мм/oб. Примем подачу S = 0,25 мм/об.

Скорость резания

По таблице 27 [10] расчетная скорость резания v, м/мин. определяется по формуле

v = v_таблК₁К₂К₃К₄ ,

где v_табл – табличное значение скорости резания, м/мин.;

К₁ , К₂ , К₃ и К₄ – коэффициенты, зависящие соответственно от материала заготовки, состояния обрабатываемой поверхности, материала инструмента и главного угла резца в плане.

По таблице 35 [10]:

К₁ = 1, К₂ = 0,85, К₃ = 0,65 и К₄ = 0,81.

Табличное значение скорости резания v_табл принимается равным:

v_табл = 160 м/мин [10].

Расчет ведем для 4-го перехода (максимальный диаметр обработки 900 мм).

Расчетное значение скорости резания

v = 106,5 ^.1 ^.0,85 ^.0,65 ^.0,81 = 56,1 м/мин.

Частота вращения шпинделя

Расчетное значение частоты вращения шпинделя, n, мин^-1, вычисляем по формуле

где v – скорость резания, м/мин,

D_max – наибольший диаметр резания (диаметр отверстия) , мм.

По паспорту токарно–карусельного станка КС–412 выполняем корректировку и принимаем следующее значение фактической частоты вращения шпинделя: n_ф = 20 мин^-1.

Фактическую скорость резания v_ф при n_ф= 20 мин^-1определим по формуле:

Для остальных переходов и операций режимы обработки определяем аналогичным образом, а результаты вычислений сводим в таблицу 3.9

Таблица 3.9 – Объединенная таблица режимов резания

№ опер	№ пер	Содержание перехода	t, мм	n, мин^-1	S_м, мм/об	V, м/мин
005	1	Точить поверхность 1, выдерживая размер 143⁺²мм.	3,0	20	0,72	13,0
	2	Расточить отверстие 2, выдерживая размер Ø898 мм.	3,0	20	0,72	52,0
	3	Расточить отверстие 3, выдерживая размер Ø882 мм на длине L=14^{+1 мм.}	2,0	20	0.72	50,0
	4	Расточить отверстие 2, выдерживая размеры Ø900 мм на длине L=129^{+1 мм.}	1,0	20	0,25	56,5
	5	Расточить канавку 5, выдерживая ширину 9^+0,25мм на глубину 4 мм	1,0	16	0,25	45,0
	6	Точить канавку 6, выдерживая размер Ø921мм и конусностью 2:1	1,0	16	0,28	45,0
	7	Точить фаски 7, 8, 9, выдерживая размер 1,5×45⁰	1,0	16	0,28	45,0

3.8 Нормирование технологического процесса

3.8.1 Расчет нормы времени на механическую обработку для операции 005

После определения содержания операций, выбора оборудования, инструмента и расчета режимов резания определяются нормы времени.

Расчет ведется в следующей последовательности:

а) на основании рассчитанных режимов обработки по каждому переходу вычисляется основное (технологическое) время T_o, мин.;

б) по содержанию каждого перехода устанавливается необходимый комплекс вспомогательных работ и определяется вспомогательное время Т_в, мин, с учетом возможных совмещений и перекрытий;

в) по нормативам, в зависимости от вида операций и типа оборудования, устанавливается время на обслуживание рабочего места, отдых и естественные надобности Т_обсл, мин, и Т_отд, мин.;

г) определяется норма штучного времени Т_шт, мин.

Операция 005 «Токарная»

Основное время, Т_о, мин, операции вычисляется по формуле:

где L – длина обработки, мм.

s – подача при точении, мм/об;

i – число проходов.

Длина обработки, L, мин, вычисляется по формуле:

L = l₁ + l₂ + l₃, мм

где l₁ = 133 мм – длина резания;

l₂ =0 – длина врезания расточного резца, мм.

l₃ = 0 – длина перебега расточного резца, мм.

В соответствии с выбранными в п. 6.10 режимами обработки при точении подача s = 0,45 мм/об, число проходов i = 5, n = 135 мин^-1.

По чертежу детали l₁ = 26 мм, по картам [10] l₂= 2,0 мм и l₃ = 5,0 мм,

L = 133,0 + 0 + 0 = 133,0 мм

Основное время первого перехода

Вспомогательное время Т_в, мин, связанное с переходом (измерение, установка и снятие) определяется по [11, приложение 16]:

Т_в. = 0,4 мин.

Оперативное время первого перехода Т_оп , мин., определяется по формуле

Т_оп= Т_о.+ Т_в. ,

Т_оп1.= 27,1 + 0,4 = 27,5 мин.

Оперативное время остальных переходов определяется аналогично. Выполненные расчеты показали, что оперативное время остальных переходов составляет:

Т_оп.2-7= 77,5 мин.

Общее оперативное время Т_оп, мин., операции вычисляется по формуле

Т_оп.= Т_оп1 + Т_оп.2-7.

Т_оп.= 27,5 + 77,5 = 105,0 мин.

Время Т_отд , мин., на отдых и личные надобности принимаем в размере 4% от оперативного

Т_отд.= 0,04 Т_оп. = 0,04 ^. 105,0 = 4,2 мин.

Время Т_обсл, мин, на обслуживание рабочего места определяем по карте 56, лист 1 [11]

Т_обсл. = 0,56 мин.

Штучное время Т_шт, мин., операции 005 определим по формуле

Т_шт.= Т_оп. + Т_обсл.+ Т_отд. , мин.

Т_шт. = 105 + 0,56 + 4,2 = 109,76 мин.

Штучно–калькуляционное время Т_шт.к, мин., вычисляется по формуле

Т_шт.к.= Т_шт. +,

где Т_пз. – подготовительно-заключительное время на партию деталей, мин.;

n – количество деталей в партии.

Время Т_пз., мин, определяется по карте 80, лист 1 [11]: Т_пз. = 24 мин., количество деталей в партии принимается равным п = 100 шт.

Для остальных операций выполняем аналогичные расчеты, и все полученные результаты сводим в таблицу 3.10

Таблица 3.10 – Нормативы времени на изготовление колесной пары

Время, мин.

№ опер.	Наименование операции	№ перехода	Т₀	Т_В	Т_шт	Т_пз	Т_шт.к
1	2	3	4	5	6	7	8
005	Токарная	1	1,8	2,2	109,7	16,0	109,9
		2	14,6	2,2
		3	12,4	2,1

Продолжение таблицы 3.10

1	2	3	4	5	6	7	8
005	Токарная	4	16,6	2,4
		5	8.6	1,3
		6	4,5	0,9
		7	3,6	0,6
015	Термическая	1	120,0	1,3	150,7	14,0	146,8
020	Слесарная	1	1,8	2,7	4,5	24,0	4,2
020	Слесарная	2	1,8	2,7	4,5	24,0	4,2
025	Контрольная	1	8,5	1,1	8,5	14,0	8,5

По полученным данным на листе 7 графической части отчета выполняем технологический маршрут изготовления детали «Бандаж тепловоза», а на листе 8 – схему наладок.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

4 Экономическая часть

4.1 Исходные данные для технико–экономического обоснования упрочнения деталей «Твердосплавный чашечный резец RPUX 2709 M0 TN»

Необходимое количество твердосплавных чашечных резцов RPUX 2709 M0 TN – 3000 штук в год. Средняя цена твердосплавного чашечного резца RPUX 2709 M0 TN составляет 206,69 рублей за штуку. Упрочнение термообработкой позволяет увеличить срок службы резца в 1,5 раза. Отсюда необходимое количество термообработанных твердосплавных чашечных резцов составляет 2000 штук в год. Ниже приведен расчет затрат на упрочнение резцов.

Годовая программа, штук/год: 2000

Вес детали, кг.: 0,05

Режим работы:

– количество рабочих дней в неделю – 5

– число смен – 1

– продолжительность смены, час – 8

Технологический процесс, данные для расчета стоимости основных фондов и составления сметы затрат приведены в таблицах 4.1 – 4.6.

Таблица 4.1 – Технологический процесс упрочнения

№ опер.	Наименование операции	Время t_шт., мин.	Вид оборудования	Разряд работ
1	Предварительный нагрев	4	Ванна соляная для термообработки СВС 20/13	5
2	Окончательный нагрев	3	Ванна соляная для термообработки СВС 20/13	5
3	Закалка	5	Ёмкость для закалки деталей	5
4	Отпуск	20	Ванна соляная для термообработки СВС 20/13	5
5	Моечная	8	Установка для мойки АМ 800	3
6	Сушильная	3	Сушильная камера НК 6.6.6/3,5	3

Примечание: обработка деталей ведется партиями по 25 штук, в таблице 4.1 указано штучное время t_шт. на партию.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Таблица 4.2 – Данные об оборудовании и транспортных средствах

№ операции	Вид оборудования и транспортных средств	Мощность, кВт	Цена, руб.	Норма амортизации, %	Площадь, м²
1,2 и 4	Ванна соляная для термообработки СВС 20/13	25	379960	10	3,5
3	Ёмкость для закалки деталей	–	124	20	2
5	Установка для мойки АМ 800	5	99000	10	3,0
6	Сушильная камера НК 6.6.6/3,5	4	47770	10	2,5
–	Тележка	–	10000	10	2

Таблица 4.3 – Данные для расчета затрат на материалы для упрочнения и энергоносители

№ опера- ции	Наименование материала (энергоносителя)	Суточная потребность, Р_сут	Стоимость, Ц_м
1,2	Соль BaCl₂	4 кг/сут.	80 руб./кг
3	Масло индустриальное И20	0,5 л/сут.	35,5руб/л
4	Соль KNO₂	1 кг/сут.	35 руб./кг
	Соль NaNO₃	1 кг/сут.	18,5 руб./кг
	Щёлочь NaOH	0,5 кг/сут.	90 руб./кг
5	Щёлочь NaOH	2 кг/сут.	90 руб./кг
	Мыло хозяйственное	2 кг/сут.	15 руб./кг
	Вода	5 м³/сут.	14,74 руб./м³
–	Электроэнергия	–	2,35 руб/кВт-ч

Таблица 4.4 – Часовые тарифные ставки

Таблица 4.5 – Размеры месячных окладов

Наименование профессии	Оклад, руб/мес
Мастер	8500
Уборщица	4400

Таблица 4.6 – Данные для расчета косвенных расходов

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Показатели	Единицы измерения	Значения
Нормы амортизации:
– здания	%	2,5
– инвентарь	%	20
– инструмента	%	50
Стоимость 1 м³ здания	руб/м³	4000
Стоимость тонны грузооборота	руб/т	1000

4.2 Организация производства

Результаты расчёта количества рабочих мест (С_расч,С_пр) и их загрузки (К_загр) сводятся в таблицу 4.7.

Таблица 4.7 – Результаты расчёта количества рабочих мест и их загрузки

№ операции	Наименование операции	Наименование оборудования	t_шт, мин	С_расч	С_пр	К_загр, %
1	Предварительный нагрев	Ванна соляная для термообработки СВС 20/13	4	0,0028	1	0,49
2	Окончательный нагрев	Ванна соляная для термообработки СВС 20/13	3	0,0021	1	0,49
3	Закалка	Ёмкость для закалки деталей	5	0,0036	1	0,36
4	Отпуск	Ванна соляная для термообработки СВС 20/13	20	0,0142	1	1,42
5	Моечная	Установка для мойки АМ 800	8	0,0057	1	0,57
6	Сушильная	Сушильная камера НК 6.6.6/3,5	3	0,0021	1	0,21

Загрузка рабочих мест по производству в целом (К_{загр уч}, %):

Поправочный коэффициент на проектируемом производстве (К_попр):

4.3 Расчет стоимости основных фондов

Результаты расчета стоимости основных фондов сводятся в таблицу 4.8.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Таблица 4.8 – Основные фонды

Группы основных фондов	Условное обозначение	Стоимость, руб
Группы основных фондов	Условное обозначение	без учета К _попр	с учетом К_попр(0,01)
1 Здания и сооружения	Ф_зд	720000	7200
2 Рабочие машины и оборудование	Ф_об	970283	9703
3 Транспортные средства	Ф_тран	10000	100
4 Инструмент	Ф_{цен инст}	0	0
5 Производственный и хозяйст-венный инвентарь	Ф_{цен. инв}	31049	310
Итого	Ф_оф	1731332	17313

4.4 Составление сметы затрат на упрочнение деталей

4.4.1 Расчет годового объема затрат на основные материалы

Расчет годового объема затрат на основные материалы (С_ом, руб/год) производится по формуле:

Расчет потребности в материалах на заданный объем производства (Р _м, кг/год) ведется с учетом суточного расхода материалов и загрузки оборудования на операциях, где они используются:

4.4.2 Расчет заработной платы работников

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Штатное расписание работников сведено в таблицу 4.9.

Таблица 4.9 – Штатное расписание работников

Наименование профессии	Система оплаты	ЧТС по разрядам, руб/час (оклад, руб/мес)						Всего ставок
Наименование профессии	Система оплаты	1	2	3	4	5	6	Всего ставок
1 Основные рабочие:	Повременно- премиальная
Термист						40		3
Мойщик				31				1
Сушильщик				31				1
Итого								5
2 Вспомогательные рабочие:	Повременно- премиальная
Наладчик				20				0,2
Электромонтер				20				0,04
Ремонтный слесарь				20				0,09
Браковщик					22			0,2
Итого:								0,53
3 Уборщица	Оклад	4400						0,5
4 Мастер	Оклад	8500						0,5
Всего:								6,53

Результаты расчёта годового фонда заработной платы работников сводятся в таблицы 4.10, 4.11, 4.12.

Таблица 4.10 – Результаты расчета годового фонда заработной платы основных рабочих

№ операций	Профессия	Разряд	Трудоемкость годовой программы , час/год	Часовая тарифная ставка , руб/час	Фонд часовой заработной платы, руб/год				Фонд годовой заработной платы, руб/год		Количество рабочих, чел
№ операций	Профессия	Разряд	Трудоемкость годовой программы , час/год	Часовая тарифная ставка , руб/час	Прямой фонд	Премия	Доплата неосвобожденному бригадиру	Итого, Фонд часовой заработной платы	Оплата отпуска	Итого, Фонд годовой заработной платы	Количество рабочих, чел
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
1,2	Термист	5	9,33	40	429	300	0	729	97	826	1
3	Термист	5	6,67	40	307	215	0	522	69	591	1
4	Термист	5	26,67	40	1227	859	0	2086	277	2363	1
5	Мойщик	3	10,67	31	380	266	0	646	86	732	1
6	Сушильщик	3	4,00	31	143	100	0	243	32	275	1
Итого								4226	561	4787	5

Таблица 4.11 – Результаты расчета годового фонда заработной платы вспомогательных рабочих

№ рабочего	Профессия	Разряд	Количество рабочих часов, час/год	Часовая тарифная ставка, руб/час	Количество ставок	Фонд часовой заработной платы, руб/год			Фонд годовой заработной платы, руб/год		Количество рабочих, чел
№ рабочего	Профессия	Разряд	Количество рабочих часов, час/год	Часовая тарифная ставка, руб/час	Количество ставок	Прямой фонд	Премия	Итого, Фонд часовой заработной платы	Оплата отпуска	Итого, Фонд годовой заработной платы	Количество рабочих, чел
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
1	Наладчик	3	1680	20	0,2	77	54	131	17	148	1
2	Электромонтер	3	1680	20	0,04	15	10	25	3	28	1
3	Ремонтный слесарь	3	1680	20	0,09	35	25	60	8	68	1
4	Браковщик	4	1680	22	0,2	85	60	145	19	164	1
Итого					0,53			361	47	408	4

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Таблица 4.12 – Результаты расчёта годового фонда заработной платы

управленческого персонала и МОП

Профессия	Числен-ность работ-ников, чел	Оклад, руб/мес	Основная заработная плата, руб/год	Дополнительная заработная плата, руб/год	Фонд годовой заработной платы, руб/год
Мастер	1	8500	1989	181	2170
Уборщица	1	4400	1030	94	1124

4.4.3 Расчет расходов на содержание и эксплуатацию оборудования

Результаты расчетов оформляем в таблицу 4.13.

Таблица 4.13 – Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования.

Статьи расходов	Условное обозначение	Сумма, руб/год
1 Расходы на содержание оборудования и рабочих мест, в том числе:	С _содоб	2727
- заработная плата вспомогательных рабочих, обслуживающих оборудование и отчисления на социальные нужды	С _зпоб	332
- стоимость вспомогательных материалов	С _вм	22
- расходы на энергию всех видов	С _эн	2373
2 Расходы на текущий ремонт оборудования	С _ремоб	519
3 Расходы на содержание и эксплуатацию транспорта	С _{эксплтр}	200
4 Амортизация производственного оборудования и транспортных средств	С _{амсумоб}	980
5 Прочие расходы на содержание и эксплуатацию оборудования	С _проб	110
Итого расходов на содержание и эксплуатацию оборудования	РСЭО	4536

4.4.4 Расчет цеховых расходов

Результаты расчета оформляем в таблицу 4.14.

Таблица 4.14 – Цеховые расходы

Статьи расходов	Условное обозначение	Сумма, руб/год
1 Расходы на содержание общецехового персонала	С _зпцех	4706
2 Расходы на содержание зданий и сооружений	С _содзд	216
3 Расходы на текущий ремонт зданий	С _ремзд	173
4 Амортизация зданий и ценного инвентаря	С _{амсумцех}	242
5 Возмещение быстроизнашивающегося малоценного инвентаря	С _{возммцинв}	78
6 Расходы на БРИЗ	С _бриз	65
7 Расходы по охране труда	С _охртр	33
8 Прочие цеховые расходы	С _прцех	165
Итого цеховых расходов	ЦР	5678

4.4.5 Смета затрат на годовой выпуск продукции и калькуляция себестоимости продукции

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Смета затрат на годовой выпуск продукции оформляется в виде таблицы 4.15.

Таблица 4.15 – Смета затрат на упрочнение деталей «Твердосплавный резец»

Статьи затрат	Сумма, руб/год
1 Основные материалы за вычетом отходов	1112
2 Основная заработная плата производственных рабочих	4226
3 Дополнительная заработная плата производственных рабочих	561
4 Отчисления на социальные нужды по заработной плате производственных рабочих	1728
5 Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования	4536
6 Цеховые расходы	5678
Цеховая себестоимость, С _год (итого)	17841

Цеховая себестоимость детали (С _дет, руб/шт) равна:

4.5 Расчет оборотных средств

Результаты расчета сводим в таблицу 4.16.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Таблица 4.16 – Нормируемые оборотные средства

Элементы оборотных средств	Условное обозначение	Сумма, руб
1 Основные материалы	Н _ом	556
2 Вспомогательные материалы	Н _вм	22
3 Незавершённое производство	Н _нзп	38
4 Готовая продукция	Н _гп	357
5 Малоценный инструмент	Н _мцинст	0
Итого	Н _обср	973

4.6 Технико–экономические показатели

Результаты расчета сводим в таблицу 4.17.

Таблица 4.17 – Технико-экономические показатели

Показатели	Единица измерения	Значение
1 Объем выпуска:
а) в натуральном выражении	шт/год	2000
б) по стоимости	руб/год	17841
2 Численность основных рабочих	чел	5
3 Стоимость основных фондов	руб	1731332
в т.ч. рабочие машины и оборудование	руб	970283
4 Фондовооруженность труда	руб/чел	346266
5 Производственная площадь	м²	22,5
6 Фонд годовой заработной платы всех рабо- тающих	руб/год	8489
7 Производительность труда
а) в натуральном выражении	шт/год/чел	400
б) по стоимости	руб/год/чел	3568
8 Фондоотдача	руб/год/руб	1,03
9 Цеховая себестоимость детали	руб/шт	8,92
10 Норматив оборотных средств	руб	973

4.7 Расчет экономического эффекта от упрочнения твердосплавных резцов.

Годовой экономический эффект от упрочнения резцов (Э _год, руб/год) рассчитывается по формуле:

Э_год = N_год × С_нов – N_вып × (С_нов + С_дет), (4.13)

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

где С_нов – стоимость неупрочненного резца, руб/шт;

N_год – годовая потребность в неупрочненных резцах, шт/год.

Э_год = 3000 × 206,69 – 2000 × (206,69 + 8,92) = 188850 руб/год.

5 Безопасность труда

5.1 Анализ и обеспечение безопасных условий труда на участке термической обработки

При термической обработке металлов и сплавов возможно воздействие на работников различных опасных и вредных производственных факторов, в том числе:

– незащищенные подвижные элементы производственного оборудования;

– движущиеся транспортные средства;

– аэрозоли фиброгенного действия (пыли);

– неблагоприятный микроклимат рабочей зоны;

– повышенная температура поверхностей оборудования и материалов;

– опасный уровень напряжения в электрической цепи, замыкание которой может произойти через тело человека;

– повышенный уровень электромагнитного излучения (ультрафиолетового, видимого, инфракрасного, лазерного, микроволнового, радиочастотного);

– повышенная напряженность магнитного поля;

– повышенный уровень шума на рабочем месте;

– пониженная освещенность рабочего места;

– пожаро– и взрывоопасность;

– химические факторы общетоксического, раздражающего, канцерогенного воздействия на организм работника;

– тяжесть и напряженность труда.

Всем этим факторам необходимо уделять постоянное внимание.

Человек, участвующий в производственном процессе, постоянно подвергается опасности, особенно при работе на оборудовании.

Вредные вещества (пыль, пары металлоорганических соединений, вредные вещества) проникают в организм человека через дыхательные пути, через кожу и оказывают раздражающее действие на слизистую оболочку глаз, дыхательные пути, кожу В организме человека пыль вызывает раздражение дыхательных путей, приводит к появлению специфических заболеваний. Концентрация пыли и других вредных веществ в воздухе рабочей зоны не должны превышать значений, установленных ГОСТ 12.1.005-88. ПДК вредных веществ в воздухе: пыль – 4 мг/м³, аммиак – 20 мг/м³, бария нитрат – 0,5 мг/м³, калия карбонат – 2 мг/м³, натрия гидрокарбонат – 5 мг/м³. Фактическое содержание вредных веществ в воздухе пыль – 2 мг/м³, аммиак – 10 мг/м³, бария нитрат – 0,1 мг/м³, калия карбонат – 1,9 мг/м³, натрия гидрокарбонат – 5 мг/м³

На организм человека большое влияние оказывает микроклимат помещения.

По ГОСТ 12.1.005-88 установлены следующие оптимальные параметры.

Для холодного периода:

температура воздуха рабочей зоны составляет t=16-19 °C;

относительная влажность воздуха W = 45-55 %;

скорость движения воздуха V = не более 0,3 м/с.

Для теплого периода:

температура воздуха рабочей зоны составляет t=19–21 °C;

относительная влажность воздуха W = 35–45 %;

скорость движения воздуха V = не более 0,2 м/с.

Для данного участка в холодный период года при средней тяжести работ(IIб) установлены следующие параметры:

температура воздуха рабочей зоны составляет t=14–15 °C;

относительная влажность воздуха W = 80 %;

скорость движения воздуха V = не более 1,0 м/с.

Для того же участка в теплый период года:

температура воздуха рабочей зоны составляет t=25–27 °C;

относительная влажность воздуха W = 80 %;

скорость движения воздуха V = не более 0,6 м/с.

Вывод: данные значения не удовлетворяют условиям ГОСТ 12.1.005–88 необходимы мероприятия по улучшению условий труда

Огромное значение имеет освещенность помещения. При недостаточной освещенности и плохом качестве освещения состояние зрительных функций человека находится на низком исходном уровне, повышается утомление зрения в процессе выполнения работы, возрастает риск производственного травматизма.

Рациональное освещение производственных помещений оказывает положительное психофизиологическое воздействие на работающих, способствует повышению производительности труда, обеспечению его безопасности, сохранению высокой работоспособности человека в процессе труда.

Освещенность на участке установлена согласно СНиП 23.05–95 для IV разряда зрительных работ: в светлое время суток за счет дневного света через боковые проемы количеством 5 штук размерами 3×1,5 метра с КЕО = 1,7 %, в темное время суток за счет двух рядов люминесцентных ламп, обеспечивающих освещенность равную 200 Лк. Это обеспечивает хорошую видимость объекта, увеличивает скорость различения деталей и положительно сказывается на производительности выполнения работ.

На участке термической обработки шум не превышает 60 дБ что удовлетворяет требованиям ГОСТ 12.1.003–83 80 дБ для производственных помещений

Основные причины несчастных случаев от воздействия электрического тока:

– случайное прикосновение или приближение на опасное расстояние к токоведущим частям, находящимся под напряжением;

Защита людей от поражения электрическим током в условиях производства достигается следующим: наличие изоляции, ограждений, расположению на недоступной высоте, блокировками, наличием защитных заземлений и автоматического отключения, устройством изолирующих полов, а также постоянный инструктаж по технике безопасности с работниками.

В производственном цехе, для предотвращение поражения электрическим током, предусмотрено защитное заземление.

Для заземления электроустановок различных назначений и напряжений в большинстве случаев делают одно общее заземление, обеспечивающее наименьшее сопротивление.

При наличии заземления вследствие стекания тока на землю напряжение прикосновения уменьшается и, следовательно, ток, проходящий через человека, оказывается меньше чем в незаземлённой установке. Чтобы напряжение на заземлённом корпусе оборудования было минимальным, ограничивают сопротивление заземления. Для электроустановок напряжением до 1000 В при изолированной нейтроли трансформатора, генератора сопротивление защитного заземления должно быть не более 4 Ом [31]

При обслуживании электроустановок и работе с оборудованием, предназначенным для термообработки метала, возникает риск возникновения пожара.

По приложению В [31]устанавливаем степень огнестойкости зданий:

Складские помещения – 1 степень огнестойкости зданий.

Участок по закалке резцов – 3 степень огнестойкости зданий.

По приложению Г [31]определяется категория производства по пожарной опасности:

Исходя из характера технологического процесса в здании и видов используемых при восстановлении материалов и веществ, а также вид готовой продукции, присваиваем категорию пожарной опасности. По указанным в исходных данных характеристикам здания складских помещений относят к 1 степени огнестойкости. В соответствии с классификацией производства по пожарной опасности данные здания относятся к категории Д. Здание склада с ГСМ относится к 1 степени огнестойкости, к категории производства В по пожарной опасности. Здание участка по термической обработке металлов и сплавов относится 3 степени огнестойкости к категории производства Г по пожарной опасности.

5.2 Определение категории тяжести труда с учетом мероприятий по улучшению условий труда

В результате мероприятий по улучшению условий и охране труда, t˚ воздуха на рабочем месте термиста на участке по термической обработке металлов и сплавов, в холодный период года в помещении повысилась с 14˚С до 18˚С, в теплый период года снизилась с 27˚С до 22˚С; относительная влажность воздуха снизилась с 81% до 68%; скорость движения воздуха в теплый период года снизилась с 0,6 м/с до 0,3 м/с, в холодный период года снизилась с 1,0 м/с до 0,5 м/с, за счет установки систем кондиционирования воздуха. Кратность превышения ПДК по промышленной пыли снизилась с 50 до 1,0, за счет пылеуловителей. Уровень шума снизился с 86 дБА до 70 дБА, за счет применения индивидуальных средств защиты (вкладышей, наушников, шлемов). Освещенность была в 2 раза меньше нормы по СНиП 100 лк, стала в 1,2 раза выше по СНиП 220 лк, за счет установки более мощных ламп и их своевременной индивидуальной замены. Число важных объектов сократилось наблюдения с 10 до 5, за счет автоматизации оборудования.

Определим динамику изменения производственного травматизма и работоспособности в этих условиях при обслуживании в течении смены.

Результаты оценки условий труда, в баллах до и после внедрения мероприятий приведем в виде таблицы 6.1.

Факторы

Оценка факторов

Натуральные

величины

баллы

Натуральные

величины

баллы

Санитарно – гигиенические:

Т˚воздуха на рабочем месте

в теплый период года

в холодный период года

Относительная влажность воздуха, %

Скорость движения воздуха, м/с

в теплый период года

в холодный период года

Промышленная пыль

(кратность превышения ПДК)

Шум, дБА

Освещенность по отношению к СНиП, раз.

27^оС

14^оС

0,6

1,0

22^оС

18^оС

0,3

0,5

1,0

>1,2

Психофизиологические:

Число важных объектов наблюдения

Общая физическая нагрузка, выполняемая мышцами корпуса и ног за смену, кгс – м

Рабочая поза, рабочее место

95 000

Наклоны корпуса под углом 30^о от 100 до 300 раз в смену.

67000

Рабочее место стационарное, поза свободная, корпус и конечности находятся в удобном положении.

Таблица 5.1 – Результаты оценки условий труда, в баллах до и после внедрения мероприятий

Интегральная оценка тяжести труда, в баллах, определяется по выражению:

где U_т – интегральный показатель категории тяжести в баллах;

X_max – элемент условия труда на рабочем месте, имеющий наибольший балл;

∑Х_i– сумма количественной оценки, в баллах значимых элементов

^I=1 условий труда без X_max;

n – количество элементов условий труда;

10 – число, введенное для удобства расчетов.

До внедрения мероприятий:

Что соответствует пятой категории тяжести труда.

После внедрения мероприятий:

Что соответствует третьей категории тяжести труда.

Вычислим степень утомления, условных единицах

где У – показатель утомления в условных (относительных) единицах;

15,6 и 0,64 – коэффициенты регрессии;

UТ – интегральный показатель категории тяжести труда в баллах.

До внедрения мероприятий:

После внедрения мероприятий:

Зная степень утомления определяем уровень работоспособности, т. е. величину противоположную утомлению, по выражению

R = 100 – У,

где R – уровень работоспособности в относительных единицах.

До внедрения мероприятий:

R = 100 – У1

R = 100 – 62,7 = 37,3

После внедрения мероприятий:

R = 100 – У2

R = 100 – 39,8 = 61,2

Определим, как изменилась работоспособность при изменении тяжести труда и как это повлияло на его производительность по выражению:

ППТ – прирост производительности труда;

R2 и R1 – работоспособность в условных единицах до и после внедрения мероприятий, понизивших тяжесть труда;

0,2 – поправочный коэффициент, отражающий усредненную зависимость между повышением работоспособности и ростом производительности труда.

Рост производственного травматизма определяется по выражению

где К – рост производственного травматизма, количество раз;

UТ – интегральный показатель тяжести труда в баллах.

До внедрения мероприятий

После внедрения мероприятий

Вывод: В результате внедрения мероприятий по эргономике и охране труда, возрос уровень работоспособности и производительности, снизилась утомляемость. Коэффициент травматизма снизился с 3,7 до 1,9 раза.

5.3 Возможные чрезвычайные ситуации на участке

Чрезвычайная ситуация – это неожиданная, внезапно возникающая обстановка на определенной территории или объекте экономики в результате аварии, катастрофы, опасного природного явления или стихийного бедствия, которые могут привести к человеческим жертвам, ущербу здоровью людей или окружающей среде, материальным потерям и нарушению жизнедеятельности людей.

На данном участке возможны следующие чрезвычайные ситуации, связанные с особенностями технологического процесса.

Замыкание электрической проводки, вследствие чего может выйти из строя оборудование, и рабочий персонал получит электротравму.

На участке используется установка ТВЧ для термической операции, работающая от электричества, и закалочные баки, наполненные маслом. Возможно воспламенение масла и получение работниками термических ожогов, также возникает опасность пожара на всем участке и прилегающей территории.

Возможностью возникновения чрезвычайных ситуаций на проектируемом участке является несоблюдение правил техники безопасности, выхода

из строя оборудования, отклонения от технологического процесса и других не запланированных ситуаций.

Чрезвычайные ситуации могут возникнуть и в результате стихийных действий сил природы, крупных аварий и катастроф на промышленных объектах.

Выявить пожарную обстановку на территории участка, при воспламенении емкости с маслом массой 1 т, в зависимости от степени огнестойкости зданий, категории пожарной опасности производства, плотности застройки территории и степени разрушения здания.

Характеристика элементов объекта:

– складские помещения – одноэтажные здания с металлическим каркасом, с крышей и стеновым заполнением из волокнистой стали, с пределом огнестойкости несущих стен и заполнения между стенами и чердачного перекрытия – 3 ч.

– участок по термической обработке металлов и сплавов – кирпичное здание с пределом огнестойкости стен 2 ч, чердачные перекрытия деревянные штукатуренные, с пределом огнестойкости 0,75 ч. На этом участке ведется термическая обработка твердосплавных пластин для резцов.

Определение огнестойкости зданий и сооружений, относящихся к участку по термической обработке металлов и сплавов.

Расчет движения людских потоков и определение размеров цеха производят в следующем порядке.

1) Определение общей постановки задачи. Определить время эвакуации людей из производственного цеха в нормальных условиях движения и устранить возможные скопления людей и задержки.

2) Выбор расчетных предельных состояний. Установлено t_пр =1,2 минут для цеха, t_э = 3,4 минут для эвакуации всех людей.

3) Установление количества людей в каждом потоке и начальной плотности каждого потока на первом участке пути движения. Количество людей в цеху 45 человек, так как люди находятся в верхней одежде, то f = 0,10 м². Тогда количество людей находящихся на участке данной площади

N = 45∙0,1=4,5 м²

Площадь, не занятая оборудованием, составляет 30% от площади помещений

F = 0,3∙30∙4,5=40,5

Определим среднюю плотность размещения людей в цеху по формуле

D =N/F

где N – количество людей, находящихся на участке данной площади, чел.;

F – площадь пути коммуникационного участка, м².

D = 4,5/40,5 = 0,11 м²

Соответствующие скорости движения находим по графику горизонтальных путей, v_А = 40 м/мин /**/

4) Расчет параметров каждого потока и времени движения.

Расчет движения каждого потока производят до места слияния потоков друг с другом. Затем, учитывая время выхода головных и замыкающих частей потока, расчет ведут с учетом слияния и переформирования до места слияния со следующим потоком.

L_А = 4 + 12 = 16 м,

L_А– длина эвакуационного маршрута, м.

Тогда время движения наиболее удаленного человека до выхода рассчитывается по формуле

t_А = L_А/v_А

t_А= 16/40 =0,4мин

Проверяем ширину выходов из цеха. Для того, чтобы не было скопления людей перед выходами, проем должен пропустить всех людей к тому времени, когда к нему подойдет наиболее удаленный человек.

Наибольшая возможная интенсивность движения в проеме в нормальных условиях = 10,59 м/мин, следовательно за время t_А через проемы цеха может пройти людей и рассчитывается по формуле

N₁ = t_А

N₁ = 10,59∙1,5∙0,4<14,5 м²

Поскольку проемы не в состоянии пропустить всех людей к моменту подхода последнего человека , то перед ними образуется скопление людей. D_max= 0,90 и соответствующей ей интенсивностью движения в проеме ₀= 9,00 м/мин

t_А=4,5/9∙0,9=0,55мин

Это время меньше установленного t_пр = 1,2 мин

Из проемов потоки выходят на участок первого горизонтального пути шириной = 2 м с интенсивностью движения по ним

9∙1,2/3=3,6 м/мин

Таким образом, время движения по участкам зависит только от их протяженности и скоростей потоков

t_э = 1,2 + 0,55 = 1,75 мин

На основании данных результатов можно сделать вывод, что заданное проектное решение комуникационных путей не удовлетворяет требованиям, поскольку t_э> t_пр; 1,75 > 1,2.

Необходимая для этого ширина проема составит :

м,

м.

Определение пожарной обстановки на участке по термической обработке металлов и сплавов.

По приложению Д [1] зависимости от степени огнестойкости зданий и сооружений, степени разрушений, категории производства по пожарной опасности и плотности застройки определяем границы зон пожаров. При слабых и средних разрушениях возможно образование отдельных и сплошных пожаров. При сильных разрушениях образование зон пожаров в завалах.

Вывод: Воспламенение емкости одной тонны масла вызовет на участке и прилегающей территории сложную пожарную обстановку. Наиболее опасные в пожарном отношении элементы: склад ГСМ – образование сплошного пожара; участок по термической обработке металлов и сплавов.

Мероприятия по пожарной профилактике при проектировании в строительстве промышленных предприятий.

Повышение огнестойкости зданий и сооружений достигается облицовкой или оштукатуриванием металлических конструкций. Преимуществом пользуются материалы, обладающие минимальным коэффициентом температуропроводности.

Зонирование территории заключается в группировании при генеральной планировке предприятий в отдельные комплексы объектов, родственных по функциональному назначению и признаку пожарной опасности. Для таких комплексов на промышленной площадке отводят определенные участки. При этом сооружения с повышенной пожарной опасностью располагаются с подветренной стороны.

При зонировании учитывают рельеф местности, направление и силу господствующих ветров и т.п. Например, склады ЛВЖ и резервуары с горючим размещают в более низких местах, чтобы разлившаяся при пожаре ЛВЖ не могла стекать к низлежащим цехам и строениям.

Для предупреждения распространения пожара с одного здания на другое между ними устраивают противопожарные разрывы. При определении противопожарных разрывов исходят из того, что наибольшую опасность в отношении возможного воспламенения соседних зданий и сооружений представляет тепловое излучение от очага пожара. Количество воспринимаемой теплоты соседним с горящим объектом зданием зависит от свойств горючих материалов и температуры пламени, величины излучающей поверхности, площади световых проемов, группы возгораемости ограждающих конструкций, наличия противопожарных преград, взаимного расположения зданий, метеорологических условий и т.п.

К противопожарным преградам относят стены, перегородки, перекрытия, двери, ворота, люки, тамбур – шлюзы и окна. Противопожарные стены должны быть выполнены из несгораемых материалов, иметь раздел огнестойкости не менее 2,5 ч и опираться на фундаменты. Противопожарные стены рассчитывают на устойчивость с учетом возможности одностороннего обрушения перекрытий и других конструкций при пожаре.

При проектировании зданий необходимо предусмотреть безопасную эвакуацию людей на случай возникновения пожара. При возникновении пожара люди должны покинуть здание в течение минимального времени, которое определяется кратчайшим расстоянием от места их нахождения до выхода наружу. В соответствии со СНиП 2 – 2 – 80 число эвакуационных выходов из зданий, помещений и с каждого этажа зданий определяется расчетом, но должно составлять не менее двух. Эвакуационные выходы должны располагаться рассредоточено. При этом лифты и другие механические средства транспортирования людей при расчетах не учитывают. Ширина участков путей эвакуации должна быть не менее 1 м, а дверей на путях эвакуации – не менее 0,8 м. Ширина наружных дверей лестничных клеток должна быть не менее ширины марша лестницы, высота прохода на путях эвакуации – не менее 2 м. При проектировании зданий и сооружений для эвакуации людей должны предусматриваться следующие виды клеток и лестниц: незадымляемые лестничные клетки (сообщающиеся с наружной воздушной зоной или оборудованные техническими устройствами для подпора воздуха); закрытые клетки с естественным освещением через окна в наружных стенах; внутренние открытые лестницы (без ограждающих внутренних стен); наружные открытые лестницы. Для зданий с перепадами высот следует предусматривать пожарные лестницы.

Удаление газов и дыма из горящих помещений производится через оконные проемы, аэрационные фонари, а также с помощью специальных дымовых люков, легкосбрасываемых конструкций. Дымовые люки предназначены для удаления продуктов горения, обеспечения не задымлённых смежных помещений и управления процессами на пожарах (с тем чтобы придать пламени желаемое направление). Дымовые люки устанавливают в подвальных помещениях, в перекрытиях складских и бесфонарных производственных зданий. Площадь сечения дымовых люков определяют расчетом.

Заключение

Повышение эксплуатационных свойств круглых резцов из сплава Т14К8 с разработкой технологического процесса механической обработки детали «Бандаж тепловоза».

Приведены общие сведения о твердых сплавах и обработке металлов резанием. Рассмотрены методы повышения эксплуатационных свойств твердосплавного режущего инструмента.

В исследовательской части дипломного проекта проведены испытания образцов (чашечные резцы, штабики) из сплава Т15К8 на изменение износостойкости, твердости, а также микроструктуры в зависимости от режимов термообработки.

Разработан технологический процесс механической обработки детали «Бандаж тепловоза» который является сборочной единицей колесной пары тепловоза ЧМЭ – 3.

В экономической части проведен расчет затрат на упрочнение деталей «Твердосплавный чашечный резец RPUX 2709 M0 TN».

В разделе безопасности труда проанализированы условия работы в цехе по упрочнению твердосплавных чашечных резцов, произведен расчет тяжести труда и эвакуации при пожаре.

Скачать: moy-diplom.part1.rar moy-diplom.part2.rar

Категория: Дипломные работы / Дипломные работы по машиностроению

Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь.
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.

Часовые тарифные ставки по разрядам, руб/час

Вспомогательные