Технологичность формы детали

 

Правила обеспечения технологичности конструкции изделий регламентируется ГОСТом 14.201 — 83 и методическими рекомендациями МР186 — 85.

Этими документами установлены основные задачи отработки изделия на технологичность, последовательность их решения, систему показателей технологичности конструкции и стадии их определения. Технологичность изделия характеризуется:

- соответствием конструкции изделия современному уровню техники;

- экономичностью и удобствами в эксплуатации и при ремонте;

- в какой мере учтены возможности использовать наиболее экономичные и производительные технологические методы изготовления применительно к заданному выпуску и условиям производства.

Таким образом, технологичная конструкция изделия должна удовлетворять требованиям изготовления, эксплуатации, ремонта.

Нельзя технологичность конструкции рассматривать изолированно без взаимной связи и учета условий выполнения заготовительных процессов, процессов механической обработки, сборки и контроля.

В соответствии с нормами отработка конструкции на технологичность должна начинаться уже с составления технического задания на проектирование нового изделия. Эта работа продолжается на стадиях разработки эскизного и технического проектов. На стадии разработки рабочей документации проводится технологический контроль конструкторской документации на все детали, за исключением документации на стандартные крепежные изделия и покупные детали.

Технологичность — это комплекс требований и показателей, содержащий 22 показателя, характеризующие технологическую рациональность конструктивных решений в зависимости от вида изделий и стадии разработки конструкторской документации. Например, трудоемкость изготовления изделия; удельная материалоемкость изделия; коэффициент использования материала и т. д.

Численные показатели технологичности определяются в четырех случаях.

1. Для сравнительной оценки вариантов конструкции в процессе проектирования изделия.

2. Для определения уровня технологичности конструкции изделия.

3. Для накопления статистических данных по изделиям-представителям в целях последующего использования при определении базовых показателей и в процессе разработки изделия.

4. Для построения математических моделей с целью прогнозирования технического развития конструкции изделий.

Основные численные показатели технологичности:

Ти — трудоемкость изготовления изделия;

Кут — уровень технологичности конструкции по трудоемкости изделия;

Ст — технологическая себестоимость изделия;

Ку — уровень технологичности конструкции по себестоимости (технологической).

Разделяют требования к технологичности сборочной единицы и детали. Требования к технологичности сборочной единицы разбиты на три группы:

1. Требования к составу сборочной единицы.

2. Требования к конструкции соединения составных частей.

3. Требования к точности и методу сборки.

Требования к технологичности конструкции обусловливается технологической оснащенностью производства, которая зависит от объема выпуска и типа производства. Если тип производства, принятый при конструкторской отработке на технологичность, не соответствует расчетному для заданного объема выпуска, то технолог должен корректировать отдельные конструкторские решения.

Технологичность конструкций деталей, изготавливаемых резанием, зависит от технологичности формы детали; рационального выбора заготовки, в том числе ее материала; наличия удобных и надежных баз для установки заготовок.

 

Требования к технологичности формы детали

Технологичность форм детали оценивается с учетом особенностей выбранного технологического метода обработки, конкретных условий и типов производства, технологических возможностей и особенностей оборудования [5, 6].

Наиболее употребительные общие рекомендации по технологичности конструктивных форм деталей следующие:

- конструкция детали должна состоять из стандартных и унифицированных конструктивных элементов или быть стандартной в целом;

- детали должны изготовляться из стандартных или унифицированных заготовок;

- размеры и поверхности детали должны иметь соответственно оптимальные точность и шероховатость;

(примечание: оптимальные точность и шероховатость поверхности экономически и конструктивно обоснованные)

- физико-химические и механические свойства материала, жесткость детали, ее форма и размеры должны соответствовать требованиям технологии изготовления (включая процессы упрочения, коррозийной защиты и пр.), хранения и транспортирования;

- показатели базовой поверхности (точность, шероховатость) детали должны обеспечивать точность установки, обработки и контроля;

- заготовки должны быть получены рациональным способом с учетом заданного объема выпуска и типа производства;

- метод изготовления должен обеспечивать возможность одновременного изготовления нескольких деталей;

- сопряжения поверхностей деталей различных классов точности и чистоты должны соответствовать применяемым методам и средствам обработки;

- конструкция детали должна обеспечивать возможность применения типовых и стандартных технологических процессов ее изготовления;

- детали, получаемые на станках токарной группы, должны иметь максимальное число поверхностей вращения и минимальное число изменений диаметра сечения;

- в зависимости от отношения длины к диаметру валы закрепляются при обработке в патроне (L: d 5 ) или в центрах (L: d 10 ) или в центрах с люнетом {L:d> 10... 12);

- применение высокопроизводительных многорезцовых станков наиболее рационально при обработке валов, у которых длины ступеней кратны, а диаметры уменьшаются в одном направлении;

- конические переходы между ступенями вала и фаски следует назначать под обработку с учетом стандартных токарных проходных резцов с главным уклоном в плане j, равным 30, 45, 60 и 90°;

- поверхности отверстий также должны соответствовать по форме стандартному инструменту, например, глухие отверстия следует проектировать с коническим дном, образуемым режущей кромкой сверла. Отверстия должны соответствовать по размерам стандартным сверлам (ГОСТ 885 — 77), не следует предусматривать сквозные отверстия с отношением длины к диаметру более 10, так как требуются специальные сверла;

- глубина глухих отверстий не должна превышать шести диаметров; для глухих отверстий, подвергаемых чистовой обработке, следует указать ее длину, так как по всей длине трудно достичь шероховатости;

 

- глубина резьбы в глухих отверстиях должна быть согласована с размерами рабочей части метчика, не рекомендуется назначать резьбы длиной более трех диаметров, так как при этом затрудняется свинчиваемость деталей;

- детали, изготавливаемые на протяжных станках, должны иметь равномерную жесткость по длине и достаточную прочность;

- при обработке на станках с ЧПУ к конструкции изготавливаемых деталей предъявляют менее жесткие требования (например, сложные, фасонные, контурные и объемные поверхности можно получить без особых трудностей).

Конкретные примеры конструкторских решений представлены в табл. 1.2, причем, с левой стороны рисунка представлены нетехнологичные элементы деталей.

 

Таблица 1.2

Примеры технологичных и нетехнологичных конструкций

Основные технологические требования	Конструкция	Преимущества технологичной конструкции
нетехнологичная	технологичная
Обрабатываемые плоскости не должны быть сплошными			1. Уменьшение расхода шлифовальных кругов 2. Повышение точности и снижения шероховатости обработки 3. Снижение трудоемкости
Обрабатываемые плоскости следует располагать на одном уровне	\		1. Возможность обработки за один ход производительными методами - торцовым фрезерованием, плоским шлифованием и протягиванием 2. Возможность обработки нескольких заготовок одновременно 3. Упрощение контроля
Обрабатываемые плоскости должны быть открытыми. Узкие и длинные поверхности должны быть расположены так, чтобы их можно было обрабатывать вдоль плоскости			1. Возможность обработки торцовым фрезерованием 2. Повышение производительности и точности обработки
Закрытые плоскости должны иметь переходную поверхность, соответствующую размерам и виду инструмента			1. Снижение трудоемкости 2. Применение производительных методов обработки и нормализованного режущего инструмента

 

Продолжение табл. 1.2

Основные технологические требования	Конструкция	Преимущества технологичной конструкции
нетехнологичная	технологичная
Обрабатываемые плоскости не должны располагаться в углублениях			1. Применение производительных методов обработки 2. Снижение трудоемкости
В ступенчатых отверстиях наиболее точную ступень следует делать сквозной			1.Снижение трудоемкости обработки 2.Повышение точности обработки и стойкости инструмента 3.Упрощение конструкции инструмента
Шлицевые отверстия должны быть непрерывными			1. Предохранение инструмента от поломок и повышение его стойкости 2. Снижение трудоемкости обработки отверстия
Следует избегать глухих шлицевых отверстий			Возможность обработки отверстия производительным методом-протягиванием
Следует избегать глубоких шлицевых отверстий			1. Упрощение конструкции инструмента и повышение его стойкости 2. Упрощение процесса обработки
В отверстиях не должно быть обрабатываемых выточек			1. Снижение трудоемкости 2. Возможно применение производительных методов обработки
Для сокращения длины обрабатываемого отверстия следует обеспечить условия для наилучшего направления инструмента			1.Повышение точности обработки 2.Увеличение жесткости инструмента 3.Повышение производительности
Возможность нормального входа и выхода режущего инструмента			1. Предохранение инструмента от поломок 2. Повышение точности сверления 3. Повышение производительности

Продолжение табл. 1.2

Основные технологические требования	Конструкция	Преимущества технологичной конструкции
нетехнологичная	технологичная
Отверстия должны быть расположены так, чтобы можно было работать инструментом нормальной длины			1. Применение нормализованного инструмента и более полное его использование 2. Повышение точности обработки
Глухие отверстия с резьбой должны иметь канавки для выхода инструмента или в них должен быть предусмотрен сбег резьбы			1. Улучшение качества резьбы 2. Улучшение условий 3. Снижение трудоемкости
Конструкция отверстия с резьбой должна давать возможность работать резьбовым инструментом на проход			1. Повышение производительности 2. Улучшение условий работы инструмента 3. Применение инструмента, обладающего лучшими режущими свойствами
Следует избегать наклонного расположения оси отверстия			1. Упрощение конструкции приспособления 2. Возможность одновременно обрабатывать другие отверстия при параллельном расположении осей 3. Снижение трудоемкости обработки отверстий
Следует избегать закрытых пазов, обрабатываемых концевыми фрезами			1. Применение более производительного инструмента 2. Улучшение условий работы инструмента и особенно его врезания 3. Снижение трудоемкости обработки
Следует избегать закрытых гнезд и несквозных пазов			1. Сокращение числа рабочих ходов 2. Упрощение конструкции режущего инструмента 3. Снижение трудоемкости обработки

 

Технологичность конструкции заготовок деталей должна иметь в виду не только максимальную рационализацию механической обработки, но и упрощение процессов изготовления самих заготовок.

Литые заготовки из чугуна и стали в этом отношении должны удовлетворять следующим основным требованиям:

а) толщина стенок отливки должна быть по возможности одинаковой, без резких переходов тонкостенных частей в толстостенные; выполнение этого требования необходимо для получения однородной структуры отливки и уменьшения внутренних напряжений в ней;

б) форма любой заготовки должна предусматривать простой, без затруднений разъем модели;

в) поверхности отливки, расположенные перпендикулярно к плоскости разъема модели, должны иметь конструктивные литейные уклоны для того, чтобы изготовление литейных форм и стержней и удаление моделей из форм происходило без затруднений.

Уклон в направлении выхода модели из формы обозначается на чертежах линейной величиной b или отношением этой величины к высоте (длине) h данной поверхности отливки (b: h).

Величины литейных уклонов в зависимости от высоты (длины) h принимаются: 1: 5 при h < 2,5 мм; 1: 10 и 1: 20 при h в пределах 25...500 мм; 1: 50 при h > 500 мм.

В заготовках, полученных методами штамповки и ковки, должно быть обозначено:

а) отсутствие резких переходов в поперечных сечениях и усиление сечений в изгибах; б) выполнение переходов от одного сечения к другому по дугам относительно больших радиусов; в) закругление острых ребер у штамповок.

Штамповки должны иметь уклон поверхностей, расположенных перпендикулярно плоскости разъема штампа, необходимый для удаления заготовки из штампа. Величины уклонов для наружных поверхностей принимаются от 1: 10 до 1: 7; для внутренних — от 1: 7 до 1:5. При повышенной точности штамповки величина уклона принимается меньшей.

Технологичность конструкции изделия — это совокупность свойств конструкции изделия, определяющих ее приспособленность к достижению оптимальных затрат при производстве, эксплуатации и ремонте для заданных качества, объема выпуска и условий выполнения работы.

При отработке конструкции изделия на технологичность каждое изделие следует рассматривать как объект проектирования, производства и эксплуатации.

Требования к технологичности сборочных единиц рассмотрены в [5. 6].

 

Выбор материала заготовки

 

Конкретные материалы по выбору рациональных способов получения заготовок приведены в справочниках.

В табл. 1.3 приведены некоторые рекомендации по выбору материала заготовки.

Таблица 1.3

 

Технологические свойства сталей
Сталь	Технологические свойства
С низким содержанием углерода (не более 0,2 %) О8;В10;15;20;15Х;20Х	Хорошие свариваемость всеми видами сварки и обрабатываемость резанием. Штампуется в холодном состоянии. Подвергают термообработке (для сталей 20; 15Х; 20Х — цементация)
Со средним содержанием углеродов (не более 0,45%)35;45;35Х;45Х	Ограниченная свариваемость (рекомендуется подогрев с последующей ТО). Хорошая обрабатываемость резанием. Подвергают ТО — улучшению, закалке, нормализации, закалке ТВЧ
С высоким содержанием углерода 50; 55; 58; 60	Плохая свариваемость, склонность к образованию трещин. Сварка возможна при строго ограниченных условиях. Удовлетворительная обрабатываемость резанием. ТО — улучшение, нормализация, закалка ТВЧ
Продолжение таблицы 1.3
12Х18Н9Т	Хорошая свариваемость всеми видами сварки. Удовлетворительная обрабатываемость резанием. Штампуют в холодном состоянии (для сложных деталей необходима промежуточная ТО)
Сталь 9ХС; ХВГ 38Х2МЮА	Не применяют для сварных конструкций. Удовлетворительная обрабатываемость резанием. ТО — закалка в масле, отпуск на воздухе. Не применяют для сварных конструкций. Затруднительна обработка резанием. ТО — азотирование, закалка в масле или воде

В большинстве случаев вязкие, пластичные материалы дают после механической обработки повышенную шероховатость поверхности и, наоборот, при повышенной твердости шероховатость меньше при некотором повышении сопротивления резанию.

В связи с этим необходимо учитывать следующее:

- в деталях из углеродистых сталей с содержанием углерода до 0,3 % (Ст2, СтЗ, 08кп, 20) не рекомендуется назначать шероховатость меньше Ra = 6,3 мкм;

- среднеуглеродистые стали (35,40, 45, 50) лучше всего обрабатывать после улучшения до НRС_э = 25...30;

- высокоуглеродистые стали (У8, У10, У12) хорошо обрабатываются в отожженном состоянии;

- детали из алюминиевых сплавов для улучшения обрабатываемости подвергают закалке и старению.

При рассмотрении технологических свойств материалов, обрабатываемых резанием, учитывается коэффициент обрабатываемости данного материала быстрорежущим или твердосплавным резцом по отношению к эталонному материалу [12]. Этот коэффициент рассчитывается по следующей формуле:

 

где — скорость резания при 60-минутной стойкости и определенных условиях резания при 60-минутной стойкости резцов рассматриваемого материала; — скорость резания при 60-минутной стойкости резцов в случае обработки эталонного материала.

В табл. 1.4 приведены коэффициенты обрабатываемости резанием различных конструкционных материалов. За эталонную принята сталь 45 с s_в=650 МПа, 179 НВ; эталонная скорость резания при получистовом точении этой стали твердосплавными резцами 135 м/мин при 60-минутной стойкости, эталонная скорость резания при точении резцами из быстрорежущей стали Р18 — 75 м/мин при 60-минутной стойкости.

Абсолютное значение скорости резания при 60-минутной стойкости любой стали, отличной от эталонной, равно = * K_v,. Например, для стали с K_v = 0,8 =135*0,8=108 м/мин; для стали с K_v = 0,1 =72*0,1= 7,2 м/мин. Коэффициент обрабатываемости при точении можно применить для выбора скорости резания и при других видах обработки.

В нормативных документах обрабатываемые материалы группируются по группам обрабатываемости, последние — по видам обработки. Например, при протяжных работах группы обрабатываемости конструкционных материалов отличаются от групп обрабатываемости, существующих в нормативах, которые носят отраслевой характер и основаны на особенностях производства для определенной отрасли.

В табл. 1.4 приведены укрупненные значения коэффициентов обрабатываемости без учета особенностей эксплуатации в условиях каждой подотрасли, без разделения материалов на группы обрабатываемости.

При выборе марки стали для данной детали необходимо обеспечение, в первую очередь, прочности, надежности и долговечности детали, экономия металла с учетом специфических условий службы детали (температура, среда, характер действующих нагрузок и т. п.).

Таблица 1.4

Коэффициенты обрабатываемости резанием различных материалов

Марка стали	Состояние материала	Механические свойства	Коэффициент обрабатываемости
НВ	sв, МПа
Быстрорежущая сталь	Твердый сплав
Ст. 0	Горячекатаный	103...107		1,75	2,1
Ст, 2	«		320-420	1,7	1,5
Ст. 3	«		380-470	1,65	1,7
Ст. 5	«	156... 159	500-620	1,2	1,15
Ст. 08	«	131		1,6	2,1
Ст. 10КП	«	107		1.6	2.1
	«	143	—	1,6	1,5
	«	130	—	1,6	2,0
	«	187	—	1,1	1.2
	«	187	—	1.0	1,0
	«	<166	—	1,0	1,4
	«	170...179		1.0	1,0
	«	179...229		0,7	1,0
	Нормализованный	241		0,6	0,7
	«	241		0,6	0,7
20Х	Горячекатаный			1.3	1.7
35Х	«			0,95	1,2
40Х. 45Х	Нормализованный	207	—	0,7	0,8
50Х	«	<217	—	0,65	0,8
А12	Горячекатаный	167...2I7	—	—	1.6
20Л	Литье	126		1,3	0,5
ЗОЛ	«	187		0,8	0.5
35Л	«	<217		0,75	0,8
45Л	«	<201		0,6	0,8
55Л	«	<207		0,5	0,7
газ	«	<229	—	—	0,2
90ХФ	Нормализованный	1249…197	—	0,95	1,0
ШХ15	Отжиг	<207		0,5	0,9
20Г	Нормализованный	143..187	—	0,9	1.0
ЗОГ	«	149...197	—	0.8	0,8
40Г	«	174…207	—	0,7	0,8
50F	Закалка, отпуск	<229	—	0,55	0,8
65Г	«	>240	—	0,5	0,6
45П	Нормализованный			0.55	0,8
18ХГГ	«	156...159		0,9	1,0
ЗОХГТ	«	163...207	—	0,6	0,75
ЗОХМ	Закалка, отпуск	229...269		0,5	0,7
35ХМ	««			0,5	0,8
40ХФА	««	<241	—	0,6	0,7
40ХН	««	<255	_	0,8	1,0

 

 

Продолжение табл. 1.4

Марка стали	Состояние материала	Механические свойства	Коэффициент обрабатываемости
НВ	sв, МПа	Быстрорежущая сталь	Твердый сплав
12ХНЗА	Горячекатаный		_	0,7	0,8
12ХН4А	«		—	0.7	0,8
ЗОХГС	Закалка, отпуск	<229		0,5	0,7
ЗОХГСА	««	<229		0,5	0,7
35ХГСА	««	<229		0,5	0,7
38ХГН	««	187...236		0,9	1.0
38ХМЮА	««	240...270		0,5	0,7
12X13	««		—	0,9	0,9
(1X13)
20X13	««	229...268		0,6	0,8
(2X13)
40X13	Отжиг	—		_	0,7
(4X13)
14Х17Н2	Закалка		—	0,3	0,4
(1Х17Н2)
12Х18Н10Т	«		>6550	0,3	0,5
(Х18Н10Т)
Х15Н910	Отжиг	_	<1100	0,4	0,45
12X21Н5Т	Закалка	_	>700	0,4	0,45
ХН77Т10	Закалка, старение	<321		0,1	0,2
ХН67ВМТ10	««		—	0,1	0,1
ВТ5; ВТ5-1;	Отжиг	—	700...950	0,4	0,8
ВТ1; ВТ1-1;	«	____	<1200	0,45	0,45
ВТ1-2
ВТ6; ВТ6С	«	—	<1000	0,45	0,45
ВТ14; ВТ15	«	—	<1000	0,4	0,55
АЛ2; АЛ4;	Сост. поставки	—	150...400	—	10...12
Ml; М2; МЗ	««	—	290...300	—	4...6

 

Прежде всего необходимо выяснить характер действующих сил. Если деталь испытывает напряжения, растяжения или сжатия, которые равномерно распределены по сечению, то закалка должна обес­печить сквозную прокаливаемость. Поэтому с увеличением сечения детали должна увеличиваться степень легирования стали.

В табл. 1.5 приведены значения критического диаметра прокаливаемости D_к (95 % мартенсита) сталей в зависимости от легирования.

Таблица 1.5

Значения критического диаметра D_кпрокаливаемости

 

Марка стали	Dк, мм, при закаливании
40Х
40ХН
40ХНМ

 

Например, для изготовления детали диаметром 30 мм можно рекомендовать сталь 40Х (или другую сталь, имеющую такую же прокаливаемость), закаленную в воде, но если деталь сложная и охлаждение в воде приведет к короблению и трещинам, то вместо воды следует применять масло, а вместо стали 40Х —сталь 40ХН.

Если деталь испытывает изгибающие или крутящие нагрузки, то прокаливаемость не имеет столь важного значения. В этом случае можно выбрать ряд сталей:

— углеродистые и легированные стали с содержанием углерода 0,2 % — цементуемые

— легированные стали с содержанием углерода 0,4 % — азотируемые;

— углеродистые и низколегированные стали с содержанием углерода 0,4 — 0,5 % — для поверхностной закалки.

При сложно-напряженном состоянии (наиболее частый случай в современном машиностроении) сердцевина детали может испытывать значительные напряжения. В этом случае к металлу сердцевины предъявляются требования по прочности.

В табл. 1.6 приведены структура и свойства сердцевины детали диаметром 20 мм после цементации и закалки и низкого отпуска.

Таблица 1.6

Структура и свойства сердцевины детали

 

Сталь	Структура	МПа
20Х 18ХГГ	феррит + перлит бейнит мартенсит

 

При выборе материала для деталей необходимо учитывать и экономическую сторону. Чем более легирована сталь, тем она дороже. Основные назначения легирующих элементов — увеличение прокаливаемости, т. е. получение высокого комплекса механических свойств в крупных сечениях. Поэтому легирование стали следует применять для деталей крупных сечений.

Наиболее дефицитными элементами, применяемыми для легирования конструкционных сталей, являются никель и молибден. Эти элементы увеличивают прокаливаемость, так же, как и другие менее дефицитные (хром, марганец). Никель понижает порог хладноломкости, вследствие чего сталь становится более надежной. Молибден устраняет охрупчивание стали при высокотемпературном отпуске.

При назначении марки стали для деталей следует также учитывать способ ее металлургического производства.

Поэтому при выборе марки стали необходимо решить, что в данном конкретном случае более целесообразно применить сталь более высокой чистоты и удовлетвориться свойствами металла, полученными в состоянии поставки или после простейшей термической обработки (нормализации), или ориентироваться на термическое улучшение (закалка плюс соответствующий отпуск). При назначении режима термический обработки необходимо выбирать наиболее производительные и экономические способы, но обеспечивающие получение оптимальных, наилучших свойств.

Пример решения типовой задачи.

Задача. Необходимо изготовить вал двигателя диаметром 75 мм, работающего с вибрациями; сталь в готовом изделии должна иметь предел прочности не ниже 800 МПа, ударную вязкость не ниже 60 Дж/см². Подобрать необходимую марку стали, рекомендовать режим термической обработки, привести механические свойства и микроструктуру стали в готовом изделии.

Решение. Для изготовления изделий подобного назначения можно использовать сталь углеродистую качественную конструкционную (ГОСТ 1050 — 84) или сталь легированную конструкционную (ГОСТ 4543 — 81) с содержанием углерода 0,4...0,45%.

Вначале примем сталь углеродистую качественную. Сталь 45 в состоянии поставки или после нормализации имеет предел прочности при растяжении 610 МПа, ударную вязкость 30 Дж/см² ,что не удовлетворяет требованиям прочности и вязкости для материала вала.

Для повышения прочности конструкционной стали 45 можно применить закалку и высокий отпуск. Для этой стали после закалки и отпуска с нагревом до 500° ударная вязкость повышается до 60 Дж/см², а предел прочности до 750...850 МПа. После закал­ки (с охлаждением в воде) углеродистая сталь 45 получает структуру мартенсита. Однако вследствие небольшой прокаливаемости углеродистой стали эта структура в изделиях диаметром более 20...25 мм образуется только в сравнительно тонком поверхностном слое (толщиной до 2...4 мм).

В следующем слое аустенит в процессе охлаждения при закалке распадается от тростита или сорбита, а в середине изделия аустенит распадается с образованием структуры феррит плюс перлит. Чем больше сечение изделия, тем относительно больше масса металла, получающего структуру перлит и феррит и не воспринимающего, следовательно, закалку.

Последующий отпуск будет способствовать превращению мартенсита и тростита в сорбит в тонком поверхностном слое, но не воздействует на структуру и свойства перлита и феррита в основной массе изделия.

Таким образом, вал диаметром 75 мм, изготовленный из углеродистой стали, не будет иметь одинаковых свойств по сечению: они будут выше в тонком поверхностном слое и ниже в сердцевине. Хотя в работе основные нагрузки будут воспринимать поверхностные слои вала, надо учитывать и следующее:

1) чем больше сечение вала, тем тоньше (2...4 мм) поверхностный слой со структурой сорбита;

2) часть поверхностного слоя будет снята при окончательной чистовой обработке вала на станке, выполняемой после закалки и отпуска. Поэтому для изготовления вала сталь 45 не пригодна.

Рассмотрим сталь~45ХН. Сталь легирована никелем и хромом, т. е. элементами, повышающими прокаливаел(юсть. Эта сталь получает после закалки достаточно одно­родную структуру и механические свойства и прокаливается в сечении диаметром до 80 мм. Следовательно, при изготовлении вала диаметром 75 мм из стали 45ХН может быть обеспечена сплошная прокаливаемость по сечению.

Режим термической обработки стали 45ХН таков:

1. Закалка — нагрев до 830...850° С и охлаждение в масле.

При закалке вала из стали 45ХН с охлаждением в масле (а не в воде, как это требуется для углеродистой стали) возникают меньшие остаточные напряжения, а следовательно, и меньшая деформация. Структура стали после закалки — мартенсит; твер­дость HRC не ниже 56.

2. Отпуск — с нагревом до 550...580° С. Для предупреждения отпускной хрупкости
вал после отпуска следует охлаждать в масле или в воде. Структура стали после отпуска — сорбит.

Механические свойства стали 45ХН в изделии диаметром 75 мм после указанной термической обработки представлены в табл. 1.7.

Таблица 1.7

Механические свойства стали 45ХН после ТО

 

Сталь	Режим термической обработки (t, °С)	sв МПа	s0,02 , МПа	ss, МПа	j. %	KCV, Дж/см^2
45ХН	3830...850,М + О 550...600. В или М