На участке термической обработки выполняются цементация и закаливание

Обновлено: 05.10.2024

Процессы функционирования различных систем и сетей связи могут быть представлены той или иной совокупностью систем массового обслуживания (СМО) – стохастических, динамических, дискретно-непрерывных математических моделей. Исследование характеристик таких моделей может -проводиться либо аналитическими методами, либо путем имитационного моделирования.

Имитационная модель отображает стохастический процесс смены дискретных состояний СМО в непрерывном времени в форме моделирующего алгоритма. При его реализации на ЭВМ производится накопление статистических данных по тем атрибутам модели, характеристики которых являются предметом исследований. По окончании моделирования накопленная статистика обрабатывается, и результаты моделирования получаются в виде выборочных распределений исследуемых величин или их выборочных моментов.

Сложные функции моделирующего алгоритма могут быть реализованы средствами универсальных языков программирования (Паскаль, Си), что предоставляет неограниченные возможности в разработке, отладке и использовании модели. Специализированные языки имеют средства описания структуры и процесса функционирования моделируемой системы, что значительно облегчает и упрощает программирование имитационных моделей, поскольку основные функции и моделирующего алгоритма при этом реализуются автоматически.

Специализированные языки имеют средства описания структуры и процесса функционирования моделируемой системы, что значительно облегчает и упрощает программирование имитационных моделей, поскольку основные функции и моделирующего алгоритма при этом реализуются автоматически. Программы имитационных моделей на специализированных языках моделирования близки к описаниям моделируемых систем на естественном языке, что позволяет конструировать сложные имитационные модели пользователям, не являющимся профессиональными программистами.

Одним из наиболее эффективных и распространенных языков моделирования сложных дискретных систем является в настоящее время язык GPSS. В качестве объектов языка используются аналоги таких стандартных компонентов СМО, как заявки, обслуживающие приборы, очереди и т.п.

На персональных компьютерах (ПК) типа IBM/PC язык GPSS реализован в рамках пакета прикладных программ GPSS/PC и GPSS World. Основной модуль пакета представляет собой интегрирующую среду, включающую помимо транслятора с входного языка средства ввода и редактирования текста и модели, ее отладки и наблюдения за процессами моделирования, графические средства отображения атрибутов модели, а также средства накопления результатов моделирования в базе данных и их статистической обработкой. Кроме основного модуля в состав пакета входит модуль создания отчета (GPSSWorld) GPSS/PC, а также ряд дополнительных модулей и файлов.

В данном курсовом проекте выполнено проектирование, реализация и анализ результатов выполнения поставленной задачи с помощью программы GPSSWorld.

1 Построение концептуальной модели

1.1. Постановка задачи

На участке термической обработки выполняются цементация и закаливание шестерен, поступающих через 10 + 5 мин. Цементация занимает 10 + 7 мин., закаливание - 10 + 6 мин. Качество определяется суммарным временем обработки. Шестерни с временем обработки больше 25 мин. покидают участок, с временем обработки до 25 мин. передаются на повторную закалку.

Смоделировать процесс обработки на участке 400 шестерен. Определить функцию распределения времени обработки и вероятности повторения полной и частичной обработки. При выходе продукции без повторной обработки менее 90 % обеспечить на участке мероприятия, дающие гарантированный выход продукции первого сорта 90 %.

1.2. Анализ исходных данных

При описании термической обработки шестерен задано время поступления шестерен - 10 + 5 мин., время цементации - 10 + 7 мин., и время закаливания - 10 + 6 мин. Эти данные являются входными параметрами.

Время поступления шестерен на участок термической обработки распределено в интервале от 5 до 15 минут, то есть шестерни с одинаковой вероятностью могут поступать через интервалы 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, …, 15 минут.

Время цементации распределено в интервале о 3 до 17 минут, то есть цементация производиться с интервалом 3, 4, 5, 6, …, 16, 17 минут.

Время закаливания распределено в интервале от 4 до 16 минут, то есть закаливание производиться с интервалом 4, 5, 6, …, 15, 16 минут.

Необходимо смоделировать процесс обработки 400 шестерен.

Итак, можно сделать вывод, что исходных данных для моделирования термической обработки шестерен достаточно.

1.3. Создание концептуальной модели

Процесс термической обработки шестерен следует:

Сначала шестерни поступают на первое устройство, которое производит цементацию. Затем на второе устройство, производящее закаливание поступающих после цементации шестерен. После обработки покидают участок шестерни, время обработки которых составило больше 25 минут, другие же, не прошедшие по времени возвращаются на повторную закалку.

Все компоненты участка термической обработки можно представить в следующем виде:

На участке термической обработки выполняется цементация и закаливание болтов поступающих через 10 ± 5 мин. Цементация занимает 10 ± 7 мин., а закаливание - 10 ± 6 мин. Качество определяется суммарным временем обработки. Болты со временем обработки больше 25 мин. считаются готовыми, с временем обработки от 20 мин. до 25 мин. подвергаются частичной повторной обработке, и при временем обработки меньше 20 мин. направляются на полную повторную обработку и считаются вторым сортом. Согласно описанию можно составить функциональную схему.

10 ± 5 мин.

Частично повторная обработка . Полная повторная обработка

2. Определение и формулировка математической задачи и цели моделирования.

Задачей моделирования будем считать разработку математического описания процесса функционирования участка термической обработки.

Целью является определение вероятности повторения полной, частичной обработки и количество болтов второго сорта при обработке 400 болтов.

Участок термической обработки можно представить в виде системы массового обслуживания (СМО), следовательно, для реализации задачи моделирования необходимо использовать математическое описание потоков СМО, т.е. необходимо описать входной поток болтов, поток болтов поступающих на цементацию, процесс цементации, поток болтов поступающих на закаливание, процесс закаливания, дисциплину обслуживания.

Описание потоков, процесса и дисциплины обслуживания.

Начнем с описания дисциплины обслуживания, которая заключается в следующем: поступающие болты обслуживаются по порядку в блоках цементации и закаливания, затем в соответствии с суммарным временем обработки (по правилу определения качества болтов, записанного в словесном описании) считаются готовыми, поступают на полную или частичную обработку.

где τ_i – интервал времени поступления между болтами,

t_i_-1 - время поступления (i-1)-го болта на участок термообработки.

В дальнейшем рассматриваем τ_i – интервал времени поступления между болтами, подчиняющийся равномерному закону распределения, равный 10 ± 5 мин.

Поток болтов поступающих на цементацию включает поток входных болтов и поток болтов поступающих на полную повторную обработку, т.е., в общем случае, не является эквивалентным потоку входных болтов. Характеризуется временем поступления i-го болта на цементацию:

где τ_i_Ц – интервал времени поступления между болтами на цементацию,

t₍_i_-1)Ц – время поступления (i-1)-го болта на цементацию.

Процесс обслуживания на участке цементации можно представить в виде потока обслуженных болтов на участке цементации, который характеризуется временем освобождения i-го болта, т.е. временем окончания обработки участком цементацииi-го болта:

t_i_Ц осв = t₍_i_-1)Ц осв +τ_i_Ц обр ,

где τ_i_Ц обр – случайное время обработки участком закаливания i-го болта,

t₍_i_-1)Ц осв – время окончания обработки участком закаливания (i-1)-го болта на участке закаливания (время освобождения (i-1)-го болта).

В дальнейшем рассматриваем τ_i_Ц обр – время обработки участком цементацииi-го болта, подчиняющееся равномерному закону распределения, равное 10±7 мин.

Поток болтов поступающих на закаливание можнопредставить в виде потока обслуженных болтов на участке цементации и потока болтов, поступающих на частичную повторную обработку. Поток характеризуется временем поступления i-го болта на закаливание:

где τ_i_З – интервал времени поступления между болтами на закаливание,

t₍_i_-1)З – время поступления (i-1)-го болта на закаливание.

Процесс обслуживания на участке закаливания можно представить в виде потока обслуженных болтов на участке закаливания, который характеризуется временем освобождения i-го болта, т.е. временем окончания обработки участком закаливания i-го болта:

t_i_З осв = t₍_i_-1)З осв +τ_i_З обр ,

где τ_i_З обр – случайное время обработки участком закаливания i-го болта,

t₍_i_-1)З осв – время окончания обработки участком закаливания (i-1)-го болта на участке закаливания (время освобождения (i-1)-го болта).

В дальнейшем рассматриваем τ_i_З обр –. время обработки участком закаливания i-го болта, подчиняющееся равномерному закону распределения, равное 10±6 мин.

3. Выбор и математическая запись критерия качества моделирования.

В соответствии с поставленной целью - определение вероятности повторения полной и частичной обработки и количества болтов второго сорта при обработке 400 болтов; правилом определения качества болтов записанным в словесном описании (пункт 1), необходимо определить суммарное время обработки болта на участке термической обработки (обработки на участках цементации и закаливания). После чего в соответствие с правилом определения качества болтов, болт направляются на полную повторную обработку и считаются вторым сортом, подвергаются частичной повторной обработке, считаются готовыми. Выбираем критерием качества моделирования суммарное время обработки болта (τ_i_å обр ). Математическая запись критерия: τ_i_å обр = τ_i_З обр + τ_i_Ц обр

Тогда по правилу определения качества болтов, записанного в словесном описании болты при суммарном времени обработки:

τ_i_å обр > 25 мин. - считаются готовыми;

25 мин.³ τ_i_å обр ³ 20 мин. - подвергаются частичной повторной обработке;

τ_i_å обр обр - 10±7 мин. τ_З обр - 10±6 мин.

В закалке сталь представляет собой особую категорию сталей с низким содержанием углерода, не превышающих 0,20%. Эта термическая обработка имеет цель рассеять атомы углерода на поверхности деталей, придавая им высокую твердость, отличную устойчивость к износу и делая их более прочными. Одной из наиболее сложных и распространенных форм термической обработки является цементация. Это метод, который включает введение стальных элементов в атомы углерода. Ниже можно подробно узнать, что такое закалка и цементация металла.

Что такое цементация стали

Когда речь идет о цементации стали, то подразумевается термохимический процесс, посредством которого поверхностная твердость стали увеличивается за счет ее обработки углеродом. Цель цементации- обеспечить твердую поверхность обрабатываемого металла, стойкую к износу и прочную сердцевину. Наряду с этим процессом, поскольку он основан на использовании углерода, часто проводится термообработка с закалкой в масле для улучшения структурных качеств стали.

Цементация изделий — это процедура, которая может выполняться на всех металлических компонентах, даже если она проводится на тех объектах, которые требуют устойчивости к износу, особенно в долгосрочной перспективе, и значительной устойчивости к ударам. Типичными примерами этой продукции являются детали трансмиссии автомобилей, зубчатые передачи, распределительные валы, пальцы и многие другие. Большинство компаний, занимающихся цементацией сталей, имеют технологичное оборудование, позволяющее работать даже с изделиями больших размеров и весом до 2 тонн.

Выделяют следующие виды цементации: газовую, твердую, цементацию пастами, жидкостную. Также существует струйная цементация.

Технология цементации стали состоит из следующих этапов:

нагрев;
поддержание температуры;
аустенизация поверхностным упрочнением;
науглероживание;
поверхностная диффузия углерода;
охлаждение;
аустенизация;
закалка;
закалка в масле;
отпуск цементации для снятия напряжения.

Существуют различные методы цементации. Одним из наиболее важных элементов считается достижение высокой температуры, температура цементации варьируется между 850 и 950 градусами.

В чем суть закалки стали

Закалка — это термическая обработка металла, проводимая для уменьшения негативного воздействия на материал.

Закалка применяется к стали и другим сплавам для улучшения их механических свойств. Во время закалки металл нагревается до высокой температуры, и эта температура поддерживается до тех пор, пока часть углерода не растворится. Температура закалки стали достигает 750–1150 °C. Затем металл закаливают, что включает его быстрое охлаждение в масле или воде. Закалка и отпуск идут рука об руку: отпуск производится сразу после закалки. Это дополнительный нагрев до более низких температур.

Могут быть разные режимы закалки – они определяются в соответствии с видом изделия.

В чем разница между закалкой и цементацией стали

Если сравнить оба варианты, то первым бросающимся в глаза различием будет обращение с обрабатываемыми изделиями. При закалке детали обрабатываются поочередно, а при цементации можно говорить об одновременной большого количества деталей.

Свойства металла после закалки

Оказывает полноценное влияние закалка на твердость. При закалке образуется сплав, обладающий высокой прочностью и износостойкостью. Однако после закалки увеличивается хрупкость и изделие не подходит для инженерных применений. Когда нужно, чтобы поверхность детали была достаточно твердой, чтобы противостоять износу и эрозии и выдерживать удары и ударные нагрузки, рекомендуется использовать поверхностную закалку. В каждом отдельном случае необходимо думать какая закалка подойдет для изделия.

Свойства металла после цементации

Все просто: метал будет иметь твердый внешний вид, что позволит ему после цементации переносить серьезные механические повреждения без преждевременного износа.

Еще одним важным преимуществом является то, что цементация обладает мягким внутренним слоем. Благодаря этому будет легко придать различные формы. Этот мягкий слой цементации особенно полезен при изготовлении металлических предметов с твердыми поверхностями (например, внутренние компоненты машин).

Некоторые нецементованные стальные сплавы обеспечивают естественную твердость поверхности. Однако они не имеют внутренней мягкости, необходимой для создания сложной формы.

Свойства цементации и закалки немного различаются. Выбор метода должен зависеть от изделия и целей. Наша компания предоставляет широкий спектр услуг по металлообработке, например, таких как объемная закалка.

ЦСР - Металлоконструкции и Металлообработка

Мы надежная компания, в основе деятельности которой – правила честной конкуренции и жесткого контроля качества услуг.

Разница между цементированием и закалкой поверхности - Разница Между

Содержание:

Основное отличие - закалка от поверхностного упрочнения

Термическая обработка - это использование тепла для изменения свойств материала, особенно в металлургии. Это тип промышленного процесса, связанного с изменением химических и физических свойств металлов и металлических сплавов. Существует четыре основных типа методов термообработки: отжиг, отпуск, закалка и нормализация. Закалка - это процесс повышения твердости металла. Существует два основных типа процессов закалки: закалка и закалка поверхности. Основное различие между упрочнением корпуса и упрочнением поверхности состоит в том, что Упрочнение корпуса повышает твердость поверхности металла путем вливания элементов в поверхность материалов, образуя тонкий слой более твердого сплава, тогда как упрочнение поверхности повышает твердость поверхности, в то время как ядро остается относительно мягким.

Ключевые области покрыты

1. Что такое закалка
- Определение, этапы метода
2. Что такое поверхностное упрочнение
- Определение, Дифференциальное поверхностное упрочнение, Дифференциальная металлическая структура Поверхностное упрочнение
3. В чем разница между закалкой и закалкой поверхности
- Сравнение основных различий

Ключевые термины: температура аустенизации, цементация, закалка в корпусе, дифференциальная термообработка, дифференциальное поверхностное упрочнение, пламенное упрочнение, закалка, индукционное упрочнение, азотирование, поверхностное упрочнение

Что такое закалка

Рассмотрим упрочнение корпуса из мягкой стали в качестве примера, чтобы понять упрочнение корпуса из металлического сплава. Метод упрочнения корпуса обычно используется для металлических сплавов с низким содержанием углерода, таких как мягкая сталь. Элементом, который вливается на поверхность, является углерод. Углерод наносится на глубину около 0,03 мм. Это делает ядро из стали нетронутым; таким образом свойства неизменны.

Процесс закалки

Рисунок 1: Сталь нагревается красным перед нанесением углерода на поверхность

Процесс закалки корпуса состоит из трех этапов:

Сталь нагревают до тех пор, пока она не станет красной.
Сталь извлекается из очага и погружается в образец элемента, который будет настаиваться на поверхности (например, углерод), и ей дают немного остыть.
Сталь снова нагревают до тех пор, пока она не станет красной, а затем охлаждается холодной водой.

Что такое поверхностное упрочнение

Поверхностное упрочнение - это процесс увеличения твердости внешней поверхности, в то время как ядро остается мягким.

Процесс поверхностного упрочнения

Существует два метода поверхностного упрочнения:

Дифференциальное поверхностное упрочнение
Дифференциальная металлическая структура

Дифференциальное поверхностное упрочнение

Дифференциальная термообработка приводит к повышению температуры аустенизации только поверхности металлического сплава, в то время как ядро остается ниже этой температуры. Сразу после того, как поверхность нагрелась до этой температуры, она была закалена. Существует два основных дифференциальных процесса поверхностного упрочнения: пламенное упрочнение и индукционное упрочнение.

Закалка пламени

В процессе отверждения пламенем используется О₂ газовая горелка для быстрого доведения поверхности до температуры аустенизации с последующим охлаждением.

Индукционная закалка

Этот процесс похож на процесс закалки в пламени, но с использованием катушек с электрическим наведением вместо пламени. Эти катушки создают магнитное поле вокруг катушек, заставляя электрический ток проходить через него. Из-за электрического сопротивления стали сталь нагревается. Когда его нагревают до желаемой температуры, его быстро гасят.

Рисунок 2: Закаленная звездочка

Дифференциальная металлическая структура

Дифференциальный процесс поверхностного упрочнения структуры металла делает поверхность более упрочненной, чем внутренняя часть металла. Это можно сделать двумя разными способами: науглероживание и азотирование.

карбюризация

При цементации металлический сплав помещают при высокой температуре на несколько часов в углеродистую среду. Температура должна быть выше, чем верхняя температура превращения металла (критическая температура). Затем углерод поглощается в сталь из углеродистой среды и медленно диффундирует в поверхностные слои.

Азотирование

Процесс азотирования использует азот и тепло. Обычно это используется для топливных насосов. В этом методе азот диффундирует на поверхность стали вместо углерода. Азотирование можно проводить при более низких температурах, чем науглероживание.

Разница между цементированием и закалкой поверхности

Определение

Закалка корпуса: Упрочнение корпуса представляет собой процесс упрочнения поверхности металла путем вливания элементов на поверхность металла, образуя тонкий слой из более твердого сплава.

Поверхностное упрочнение: Поверхностное упрочнение - это процесс увеличения твердости внешней поверхности, в то время как ядро остается мягким.

метод

Закалка корпуса: Упрочнение корпуса осуществляется путем красного нагрева стали, вливания углерода в поверхность и быстрого охлаждения.

Поверхностное упрочнение: Поверхностное упрочнение осуществляется путем нагревания стали до температуры аустенизации, поддерживая при этом сердечник ниже этой температуры, а затем сразу же охлаждая поверхность.

Основное использование

Закалка корпуса: Упрочнение корпуса обычно используется для низкоуглеродистых металлических сплавов, таких как мягкая сталь.

Поверхностное упрочнение: Поверхностное упрочнение используется для многих видов оборудования из стали.

гашение

Закалка корпуса: Закалка корпуса не требует немедленного гашения.

Поверхностное упрочнение: Поверхностное упрочнение требует немедленного закалки.

Заключение

Закалка - это вид термической обработки в металлургии. Существует два типа процессов закалки: закалка корпуса и поверхностное упрочнение. Основное различие между упрочнением корпуса и поверхностным упрочнением заключается в том, что упрочнение корпуса повышает твердость поверхности металла путем вливания элементов в поверхность материалов, образуя тонкий слой более твердого сплава, тогда как упрочнение поверхности повышает твердость поверхности, в то время как ядро остается относительно мягкий.

Ссылка:

Читайте также: