РЕФЕРАТЫ ПО НАУКЕ И ТЕХНИКЕ
Курсовая: Технология конструкционных материалов
Технология конструкционных материалов
Курсовая работа
Выполнил: Муранов В.А., Группа: ПМ-971
Воронеж
Министерство Образования Российской Федерации
Воронежский Государственный Технический Университет
1999 год
Введение.
Основными задачами российской промышленности являются более полнолное удовлетворение потребностейнародного хозяйства высококачественной продукцией, обеспечение технического перевооружения и интенсификации производства во всех областях.
Поставленные задачи должны решать высококвалифицированные инженеры-машиностроители, в деятельности которых применение на практике технологических наук имеет очень большое значение.
В данной работе мы рассматриваем лишь небольшую часть основных процессов изготовления детали на примере втулки. Описаны основные параметры этой детали, технические характеристики материала, из которого она изготавливается. Способ получения и расчёта режимов резания технологических процессов, таких как фрезерование, протягивание, сверление и резьбонарезание. А также рассчитано основное технолгическое время изготовления данной детали.
 |
|||
|
Деталь — втулка. Сталь45Х. |
Описание конструкции детали.
Дано — втулка. Изготавливается из сортового проката круг
. Материал детали Сталь 45Х (данные по этой стали приведены
ниже); определяется ГОСТом 1050-74. Вид
проката, из которого изготавливается деталь, — круг горячекатный повышенной и
нормальной точности с постоянной характеристикой поперечного сечения; диаметр —
80мм. Определяется ГОСТом 2590-71. Внутренний диаметр проката — 25мм.
Втулка конструктивно представляет собой вал с отверстием.
Втулка — тело вращения. Из требований предъявляемых к шероховатости обрабатываемых поверхностей можно сделать вывод, что поверхности, обрабатываемые по 6-ому классу точности (RA=2,5) являются остновными, то есть по ним присходит соединение втулки с другими деталями.
Втулку в основном изготавливают из конструкционных и легированных сталей, отвечающих требованиям высокой точности, хорошей обрабатываемости, малой чувствительности к конструкционным напряжениям, повышенной износостойкостью.
Втулка работает без смазки; нагрузки, действующие на неё, передаются черезтри отверстия диаметром 5мм. При помощи этих отверстий втулка крепится к корпусу, а отверстие диаметром 30мм используется для вала, который передаёт вращательное движение.
Деталь достаточно технологична, допускает применение высокопроизводительных режимов обработки, имеет хорошие базовые поверхности и проста по конструкции. Расположение крепёжных отверстий допускает многоинструментальную обработку. Поверхности вращения могут быть обработаны на многошпиндельных станках.
Выбор заготовки.
При выборе заготовки учитывают:
тип производства;
материал заготовки;
конфигурацию;
размеры;
элементы детали.
Данная деталь — втулка — изготавливается штамповкой на горизонтально-ковочных машинах (ГКМ). Штамповка на ГКМ является одним из самых производительных способов и рентабельна для заготовки данной детали. Производительность до 400 поковок в час. Допуски и припуски на поковки, изготовляемые на ГКМ, ркгламентируются ГОСТом 7505-55. Требуемое усилие на ГКМ расчитывается по формуле:
 |
где Dnk — диаметр поковки в мм;
k— коэффициент. Для поковок простой формы k=0.05
P=0.05·(80)2 = 320, тс
Точность и качество поверхности заготовки, изготовливаемой ковкой по ГОСТу 7505-55 3-я группа точности, определяется высотой неровностей и дефектным слоем (Rz+T)=1.5 мм
Кривизна DК (мкм/мм) для поковок диаметром 85мм, обработанных ковкой, 3мм.
Общая кривизна заготовки:
rК0 = DКL, где L — общая длина заготовки в м (с учётом припуска 63мм).
rК0 = 0.003·0.063 = 1.89·10-4м
Значение коэффициента уточнения Ку после обтачивания:
чернового и однократного — 0.06
получистового — 0.05
чистового — 0.04.
Данная деталь — втулка — относится ко второй группе (повышенной точности) — деталь крупносерийного и среднесерийного производства.
Втулка изготавливается из материала Сталь45Х (ГОСТ 1050-74). Приведём особенности этой стали.
Материал заготовки.
Сталь 45Х.
Заменитель — стали: 40Х, 50Х, 45ХЦ, 40ХГТ, 40ХФ, 40Х2АФЕ.
Вид поставки:
1. Сортовой прокат, в том числе фасонный. ГОСТы: 4543-71, 2590-71, 2591-71, 10702-78.
2. Калиброванный пруток. ГОСТы: 7417-75, 8559-75, 8560-78, 1051-73.
3. Шлифованный пруток и серебрянка. ГОСТ 14955-77.
4. Лист толстый. ГОСТы: 1577-81, 19903-74.
5. Полоса. ГОСТы: 103-76, 82-70.
6. Поковки и кованные заготовки. ГОСТы: 1133-71, 8479-70.
Назначение: валы, шестерни, оси, болты, шатуны, втулки и другие детали, к которым предъявляются требования повышенной твёрдости, износостойкости, прочности и работающие при незначительных ударных нагрузках.
Температура критических точек, 0С
|
АС1 |
АС3(АСm) |
r3(АrCm) |
Ar1 |
MH |
|
735 |
770 |
690 |
660 |
355 |
Химичекий состав (ГОСТ 4543-71):
|
С |
0.41-0.49 % |
|
Si |
0.17-0.37 % |
|
Cr |
0.80-1.10 % |
|
Mn |
0.50-0.80 % |
|
P |
Не более 0.035 % |
|
S |
Не более 0.035 % |
|
Cu |
Не более 0.30 % |
|
Ni |
Не более 0.30 % |
Ударная вязкость, КСИ, Дж/см2
|
Температура, 0С |
||
|
+20 |
— 40 |
— 80 |
|
55 |
51 |
39 |
Механические свойства.
|
Г О С Т |
Состояние поставки, режимы термообработки |
Сечение, мм |
 КП
|
s0.2 sВ d3 y |
КСИ Дж/см2 |
HB, не более |
|||
|
4543-71 |
Пруток. Закалка 8400С, масло. Отпуск 5200С, вода или масло |
25 |
- |
830 |
1030 |
9 |
45 |
49 |
- |
|
8479-70 |
Поковки, нормализация. |
До 100 300-500 500-800 |
315 |
315 315 315 |
570 570 570 |
17 12 11 |
38 30 30 |
39 29 29 |
167-207 167-207 167-207 |
|
…закалка, отпуск |
500-800 |
315 |
315 |
570 |
11 |
30 |
29 |
167-207 |
|
|
…нормализация |
До 100 100-300 300-500 |
345 |
345 345 345 |
590 590 590 |
18 17 14 |
45 40 38 |
59 54 49 |
174-217 174-217 174-217 |
|
|
…закалка, отпуск |
500-800 100-300 300-500 |
395 |
345 395 395 |
590 615 615 |
12 15 13 |
33 40 35 |
39 54 49 |
174-217 187-229 187-229 |
|
|
100-300 300-500 |
440 |
440 440 |
635 635 |
14 13 |
40 35 |
54 49 |
197-235 197-235 |
||
|
До 100 100-300 |
490 |
490 490 |
655 655 |
16 13 |
45 40 |
59 54 |
212-248 212-248 |
||
|
100-300 |
540 |
540 |
685 |
13 |
40 |
49 |
223-262 |
||
|
До 100 |
590 |
590 |
735 |
14 |
45 |
59 |
235-277 |
||
|
До 100 |
640 |
640 |
785 |
13 |
42 |
59 |
248-293 |
|
s-1, МПа |
n |
Состояние металла |
|
343 |
- |
s0,2=830 МПа, sВ=980 МПа, НВ=285 |
|
380 |
- |
s0,2=550 МПа, sВ=780 МПа, НВ=217 |
|
774 |
106 |
sВ=1590 МПа |
|
588 |
5×106 |
sВ=1150 МПа |
|
588 |
- |
Закалка 8300С, масло; отпуск 5750С |
 |
Технологические свойства.
Температура ковки, 0С: начала —1250, конца — 780. Заготовки сечением до 100мм охлаждаются на воздухе. 101-300 — в мульде.
Свариваемость: трудносвариваемая. Способы сваривания: РДС, необходимы подогрев и последующая термообработка. Обрабатываемость резанием — в горячекатном состоянии при НВ 163-168,sВ=610МПа, Кvтв.спл.=1.20, Кv б.ст.=0.95
Флокеночувствительность: есть.
Склонность к отпускной хрупкости: есть.
Прокаливаемость (ГОСТ 4543-71)
|
Расстояние от торца, мм |
Примечание |
|||||||||
|
1.5 |
4.5 |
7.5 |
9 |
12 |
13.5 |
16.5 |
19.5 |
24 |
33 |
Закалка 8500С |
|
54-60 |
51.5-58.5 |
47.5-57 |
45-55 |
39.5-52.5 |
37.5-47 |
34.5-43.5 |
31-42 |
28.5-39.5 |
24.5-34.5 |
Твёрдость для полос прокалива-емости, HRC |
|
Количество мартенсита, % |
Критический диаметр, мм |
|||||||||
|
В воде |
В масле |
|||||||||
|
50 95 |
33-60 21-36 |
20-38 12-14 |
Размеры заготовки.
 |
Разработка маршрутной технологии.
При разработке маршрутной технологии руководствуются следующими принципами:
1. В первую очередь обрабатывают те поверхности, которые являются базовыми при дальнейшей обработке.
2. Затем обрабатывают поверхности с наибольшим припуском.
3. Далее выполняют обработку поверхностей снятия металла, которая в наименьшей степени влияет на жёсткость детали.
4. К началу техпроцесса необходимо относить те операции, на которых можно ожидать появление брака из-за скрытых дефектов (трещины, раковины и т.д.).
Технологический процесс.
1. Исходное сырьё для получения заготовки: Сталь45Х.
2. Метод получения заготовки: штамповка.
3. Оборудование: горизонтально-ковочная машина, фрезерный станок, сверлильный станок, протяжной станок, токарный станок.
4. Операции механической обработки:
005 — заготовительные
010 — протягивание
015 — расточка
020 — сверление
025 — резьбонарезание
030 — фрезерование
Заготовительная операция описана выше (см. выбор заготовки).
Протягивание:
Операция 010.
Производится на горизонтально-протяжном станке, протяжкой для внутреннего протягивания, выполненной из быстрорежущей стали Р9К15 II типа.
Рис.2 Протягивание.
1. Снять деталь.
2. Установить протяжку.
3. Установить деталь и протяжку.
4. Протянуть отверстие 3.
 |
Растачивание:
Операция 015. Производится на токарно-винторезном станке 1А616 прямоугольным расточным резцом 6´10мм, закреплённым в радиальном суппорте планшайбы , ГОСТ 10046-72.
1.Снять и установить деталь.
2.Подобрать резец.
3.Пройти заготовку с одной стороны до диаметра 49мм (начерно) на 28мм.
4.Развернуть заготовку другой стороной.
5. Пройти заготовку с этой стороны до диаметра 59мм (начерно) на 20мм.
6.Развернуть заготовку другой стороной.
7.Пройти заготовку с этой стороны до диаметра 50мм (начисто) на 28мм.
8.Развернуть заготовку другой стороной.
9. Пройти заготовку с этой стороны до
диаметра 60мм (начисто) на 20мм.
Сверление:
Операция 020. Производится на настольно-сверлильном станке 2Н106П, сверлом диаметром 4.8 мм, ГОСТ 4010-64.
1. Снять и установить деталь.
2. Подобрать сверло.
3. Сверлить отверстие диаметром 5мм на глубину 20мм.
4. Повторить операцию для остальных отверстий.
Резбонарезание:
Операция 025. Производится на настольно-сверлильном станке 2Н106П, гайконарезной головкой.
 |
1. Снять и установить деталь.
2. Установить головку.
3. Нарезать резьбу 5r1 начисто на глубину 15мм.
4. Повторить операцию для остальных отверстий.
Фрезерование:
Операция 030. Производится на вертикально-консольном фрезерном станке 6Н104, наборной торцовой фрезой с зубьями из быстрорежущей стали Р18.
1. Снять и установить деталь
2. Подобрать фрезу диаметром 110 мм.
3. Точить поверхности 1, 2 и 3 начерно.
Рис.5 Фрезерование. Заготовка для простоты показана условно.
4. Повторить операцию для противоположной поверхности с фрезой диаметром 120мм.
5. Фрезеровать поверхности 1, 2 и 3 начисто.
Расчёт режимов резания и основного технологического времени.
1. Расчитываем режим резания и основное технологическое время операции 010 - протягивания.
Режим резания.
Параметр шероховатости Ra = 2.5 мкм. Твёрдость Стали 45Х 220 HB. Берём протяжку шлицевую из быстрорежущей стали Р18. Подача зубьев на стороны S0 = 0.07 мм/зуб. Шаг зубьев t0=12мм. Число зубьев в секции zc = 2. Общая длина протяжки 870мм. Передний угол g = 20°, задний угол на черновых зубьях a = 3°, на чистовых зубьях a = 2°, на колибрующих зубьях a = 11°.
Сталь 45Х относится к первой группе обрабатываемости. Сила резания:
P = q0SlpKp , где q0 — сила резания, кгс на 1мм, а Slp = суммарная длина режущих кромок зубьев, одновременно участвующих в работе, мм;
Кp — общий поправочный коэффициент на силу резания, учитывающий изменённые условия работы.
Для S0 = 0.7 мм и g = 20°, q 0 = 14.19 кгс/мм.
Кpм = 1, Кp0 = 1, Крр=1, Кpn = 1.
Slp=pDzp/zc, где D = 30 мм — наибольший диаметр зубьев протяжки, zp — число зубьев, одновременно участвующих в работе, zc — число зубьев в секции.
zp = l/t0 + 1, где l — длина протягиваемой области, t0 — шаг черновых зубьев;
zp = 65/12 +1 = 6.42
Slp= pDzp/zc = 3.14·30·6.42/2 = 302.4 мм
Сила резанья:
P= q 0SlpКpм Кp0 Кpp Кpn = 14.19·302.4·1·1·1·1=4291 нгс
В единицах СИ P = 65361 H
Скорость гланого движения для шпинделя протяжек первой группы обрабатываемости крупносерийного производства V = 6 м/мин. Поправочный коэффициент на скорость KVu=1 (так как Р18).
Определяем скорость гланого движения резания, допустимую мощность электродвигателя станка (станок 7Б 510, Nд= 17 кВт).
Vдоп= 65·102Nдh/p , где h=0.85
Vдоп= 65·102·17·0.85/4291= 22.3 м/мин
Таким образом, V £ Vдоп (6 £ 22.3). Следовательно принимаем скорость главного движения резания V = 6 м/мин.
Основное время:
, где Lpx — длина рабочего хода протяжки: Lpx = ln+ l + lдоп =870-265+65+50 = =720мм;
K1 — коэффициент, учитывающий обратный ускоренный ход,
К1= 1 + V / Vох = 1+6/20 = 1.3;
i – число рабочих ходов (одна заготовка i=1);
q — число одновременно обрабатываемых заготовок, q=1.
Таким образом T0 = 720·1.3·1/(1000·6·1) = 0.16 мин
2. Расчитываем режимы резания и основное технологическое время операции 015 - растачивания.
На токарно-винторезном станке 16Б16П растачивают отверстие диаметром d=30мм до диаметра D=60мм, длиной 20мм. Параметр шероховатости выбранной поверхности Ra= 1.6мкм. Материал заготовки сталь 45Х, sв=67 кгс/мм2. Заготовка штампованная с предварительно обработанной поверхностью.
Выбираем резец и устанавливаем его геометрические размеры: j= 0°; g=5°, f=0.25 мм, r=1мм.
Глубина резания t=D-d/2=60-30/2=15мм
Подача для RA= 1.6мкм при обработке стали твердосплавным резцом , если принять ориентировочно V>100 м/мин рекомендуется S0=0.2..0.25 мм/об. Корректируем подачу по данным станка S0=0.25мм/об.
Определяем скорость главного движения резания.
Для sв=67 кгс/мм2, t до 15мм , подаче в 0.25мм и j=0 скорость резания Vтабл=218м/мин.
Коэффициенты равны единице.
Vи=218м/мин
Частота вращения шпинделя.
n=1000Vи /pD = 1000×218/3.14×60=1157 мин-1 .
Корректируем частоту вращения шпинделя по паспортным данным станка:
действительная частота: nд=1250 мин-1.
Действительная скорость главного движения резания:
Vд=pDnд /1000 = 3.14×60×1250/1000=235 м/мин » 5 м/с
Основное технологическое время.
T0=Li/nS0
i=1; длина раб.хода резца L=20мм; n=1250мин-1; S0=0.25мм/об
T0=20×1/(1250×0.25) = 0.05 мин.
Поворачиваем деталь другой стороной и обрабатываем с диаметра 30мм до диаметра 50 мм на 28мм.
t=50-30/2=10мм
Vд=pDnд /1000 = 3.14×50×1600/1000=251.2 м/мин » 4.18 м/с
Основное технологическое время.
T0=Li/nS0
i=1; длина раб.хода резца L=28мм; n=1600мин-1; S0=0.25мм/об
T0=28×1/(1600×0.25) = 0.07 мин.
Выбираем резец 3мм и устанавливаем его геометрические размеры: j= 0°; g=10°, f=0.25 мм, r=1мм.
t=D-d/2=55-50/2=2.5мм
Для sв=67 кгс/мм2, t до 2.5мм , подаче в 0.25мм и j=0 скорость резания Vтабл=133м/мин.
Коэффициенты равны единице.
Vи=133м/мин
Частота вращения шпинделя.
n=1000Vи /pD = 1000×133/3.14×55=770 мин-1 .
Корректируем частоту вращения шпинделя по паспортным данным станка:
действительная частота: nд=800 мин-1.
Действительная скорость главного движения резания:
Vд=pDnд /1000 = 3.14×55×800/1000=138м/мин » 2.3 м/с
Основное технологическое время.
T0=Li/nS0
i=1; длина раб.хода резца L=3мм; n=800мин-1; S0=0.25мм/об
T0=3×1/(800×0.25) = 0.015 мин.
Итого общее технологическое время растачивания:
T0=0.07+0.05+0.015=0.135 мин
3. Расчитываем режим резания и основное технологическое время для операции 020 — сверления.
Глубина сверления — 20мм. Выбираем сверло диаметром 4.8мм с рабочей частью из стали Р18. Углы сверла: 2j = 118°, 2j0 = 70°, y = 40…60°; при стандартной заточке y = 55°, a = 11°. Принимаем w=24..32°. Возьмём w=25°.
При сверления стали с sВ £ 80 кгс/мм2 свёрлами диаметров от 2 до 6 мм подача
S0=0.08 – 0.18 мм/об. Принимаем средние значения диапазона S0=0.13 мм/об.
Основное время:
T0=L /(nS0).
При двойной заточке сверла врезание y = 0.4D = 0.4·4.8 = 1.92мм. Перебег сверла D=0.5…2 мм, принимаем D=1мм. Тогда L=10+1.92+1=12.92мм; n — частота вращения шпинделя, n = 400 мин-1.
T0 = 12.92 /(400·0.13) = 0.25 мин.
Итак, подача сверла S0=0.13 мм/об.
Основное время сверления отверстия — 0.25 мин, трёх отверстий — 0.75 мин.
4. Режим резания и основное технологическое время для операции 025 — резьбонарезания.
Станок — 2Н106П. Материал пластинки резца Т15К6. Угол профиля резца 60°; a = 6°, g = 0, r = 0.11мм. Число рабочих ходов: i = 2.
Для стали с sВ = 71…79 кгс/мм2 Vтабл=67 м/мин. Поправочные коэффициенты не учитываем, тогда Vu=Vтабл = 67 м/мин (» 1.1 м/с).
Частота вращения шпинделя станка, соответствующая найденной скорости главного движения резания n = 1000Vu /(pD) = 1000·67 / (3.14·4.8) = 918 мин-1.
Действительная скорость главного движения резания :
VD = (pDn/1000) = 13.8 м/мин (» 0.23 м/с).
Основное время:
T0 = (l + l1)/(nP), где l — длина резьбы (15мм), l1 — врезание и перебег резца (1.2мм), P — шаг резьбы (1) или подача.
T0 = (10+1.2)/(918·1) = 0.012 мин.
Итак, скорость главного режима резания: VD= 13.8 м/мин.
Основное время T0 = 0.012 мин, для трёх отверстий: T0 = 0.036 мин
5. Расчитываем режим резания и основное технологическое время операции 030.
Режим резания : принимаем наборную торцовую фрезу, оснащённую пластинами из твёрдого сплава Т15К6. Диаметр D фрезы принимаем D = 110мм с числом зубьев z = 4. Геометрические размеры фрезы: j=60° , a = 12° (считаем, что толщина срезаемого слоя d > 0.08мм); g = -5°, l = 5°, j0= 5°; j1 = 5°. Глубина резания: t = 1.5мм = h. Подача на зуб фрезы Sz = 0.1мм/зуб, поправочный коэффициент на подачу: KjSz =1, так как j = 60°. Скорость главного движения резания: t до 5мм, и
Sz до 0.24мм/зуб: vтабл = 1.94 м/мин. Учитывая поправочные коэффициенты на скорость для стали с
sВ = 57 ктс/мм2, КМv = 1.26. Для случая чистовой обработки Кnv = 1. С учётом коэффициентов:
vu = vтабл· КМv ·Кnv = 1.94·1.26·1 = 2.4 м/мин (»0.04 м/с).
Частота вращения шпинделя, соответствующая найденной скорости гланого движения резания:
.
Корректируем по данным станка и устанавливаем:
n0 = 71 мин-1.
Действительная скорость главного движения резания:
Определяем скорость движения подачи:
vs = SM = Sz z n0 = 0.1·4·71 = 28.4 мм/мин.
Принимаем действительную скорость подачи vs = 28 мм/мин. Основное время:
Итак, частота вращения шпинделя: 69мин-1; скорость подачи: 28.4 мм/мин.
Общее время для обработки двух торцов: 1 минута.
Основное технологическое время изготовления всей детали:
T0 = 0.135 + 0.16 + 0.75 + 0.036 + 1 = 2.081 мин
Список литературы
1. Курсовое проектирование по технологии машиностроения. Минск, «Высшая школа», 1975.
2. Нефедов Н. А., Осипов К.А. Сборник задач и примеров по резанию металлов и режущему инструменту. 5–е изд., перераб. и доп. — М : «Машиностроение», 1990.
3. Общемашиностроительные нормативы времени вспомогательного, на обслуживание рабочего места и подготовительно–заключительного для технического нормирования станочных работ. Изд. 2–е, М., «Машиностроение», 1974.
4. Справочник металлиста. В 5–ти т. Т. 3. Под ред. А. Н. Малова. М. «Машиностроение», 1977.
5. Справочник технолога машиностроителя. В 2-х томах. Изд. 3, переработанное. Том 1,2. Под ред. А.Н. Малова. М. «Машиностроение», 1972.
6. Технология конструкционных материалов. Учебник для вузов. М. «Машиностроение», 1977.
