Разработка технологического процесса получения детали "Втулка"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

• Введение
• Характеристики используемого материала
• Типы производства
• Варианты изготовления детали
• Способы получения заготовки
• Способы изготовления данной детали
• Литье в песчано-глинистые формы
• Центробежное литье
• Определение режимов литья
• Механическая обработка заготовки
• Механическая обработка
• Рассверливание отверстий
• Шлифование
• Определение режима резания
• Термообработка
• Маршрутная карта на изготовление детали
• Заключение
• Список используемой литературы

• Введение
• Втулка - деталь машины, механизма, прибора цилиндрической или конической формы, имеющая осевое отверстие, в которое входит другая деталь. В зависимости от назначения применяют втулки подшипниковые, закрепительные, переходные и др.
• Подшипниковая втулка -- деталь неразъёмного подшипника качения, в отверстии которой вращается цапфа вала или оси. Такая втулка входит в корпусную деталь с натягом, иногда дополнительно крепится винтами. Производство втулок мелкосерийное из СЧ 25.
• Подшипник соединен с втулкой переходной посадкой, а с валом втулка соединена посадкой с натягом [4] (см. чертеж детали в приложениях). Неуказанные предельные отклонения размеров: валов h14, отверстий Н14, остальные ±IT14/2.

• Серый чугун
• Серыми называют чугуны с пластинчатой формой графита.
• Физические свойства чугуна с пластинчатым графитом [1]:

Марка чугуна	Плотность r, кг/м3	Линейная усадка, e, %	Модуль упругости при растяжении, Е?10-2МПа	Удельная теплоемкость при температуре от 20 до 200°С, G, Дж (кг?К)	Коэффициент линейного расширения при температуре от 20 до 200°С, a 1/°С	Теплопроводность при 20°С, l, Вт (м?К)
СЧ10	6,8?103	1,0	От 700 до 1100	460	8,0?10-6	60
СЧ15	7,0?103	1,1	» 700 » 1100	460	9,0?10-6	59
СЧ20	7,1?103	1,2	» 850 » 1100	480	9,5?10-6	54
СЧ25	7,2?103	1,2	» 900 » 1100	500	10,0?10-6	50
СЧ30	7,3?103	1,3	» 1200 » 1450	525	10,5?10-6	46
СЧ35	7,4?103	1,3	» 1300 » 1550	545	11,0?10-6	42

Марка чугуна	Массовая доля элементов, %
	Углерод	Кремний	Марганец	Фосфор	Сера
СЧ10	3,5 -- 3,7	2,2 -- 2,6	0,5 -- 0,8	0,3	0,15
СЧ15	3,5 -- 3,7	2,0 -- 2,4	0,5 -- 0,8	0,2	0,15
СЧ20	3,3 -- 3,5	1,4 -- 2,4	0,7 -- 1,0	0,2	0,15
СЧ25	3,2 -- 3,4	1,4 -- 2,2	0,7 -- 1,0	0,2	0,15
СЧ30	3,0 -- 3,2	1,3 -- 1,9	0,7 -- 1,0	0,2	0,12
СЧ35	2,9 -- 3,0	1,2 -- 1,5	0,7 -- 1,1	0,2	0,12

• Ориентировочные данные о временном сопротивлении при растяжении и твердости в стенках отливки различного сечения:

Марка чугуна	Толщина стенки отливки, мм
	4	8	15	30	50	80	150
Временное сопротивление при растяжении, МПа, не менее
СЧ10	140	120	100	80	75	70	65
СЧ15	220	180	150	110	105	90	80
СЧ20	270	220	200	160	140	130	120
СЧ25	310	270	250	210	180	165	150
СЧ30	-	330	300	260	220	195	180
СЧ35	-	380	350	310	260	225	205
Твердость НВ, не более
СЧ10	205	200	190	185	156	149	120
СЧ15	241	224	210	201	163	156	130
СЧ20	255	240	230	216	170	163	143
СЧ25	260	255	245	238	187	170	156
СЧ30	-	270	260	250	197	187	163
СЧ35	-	290	275	270	229	201	179

• По химическому составу серые чугуны разделяют на обычные (нелегированные) и легированные [3]. Обычные серые чугуны - сплавы сложного состава, содержащие основные элементы: Fe-C-Si и постоянные примеси: Mn, P, S. В небольших количествах в обычных чугунах может содержаться Cr, Ni и Cu, которые попадают из руды. Почти все эти элементы влияют на условия графитизации, количество графитных включений, структуру металлической основы и, как следствие, свойства чугуна.
• Углерод оказывает определяющее влияние на качество чугуна, изменяя количество графита и литейные свойства. Чем выше концентрация углерода, тем больше выделений графита в чугуне и тем ниже его механические свойства.
• Кремний обладает сильным графитизирующим действием; способствует выделению графита в процессе затвердевания чугуна и разложению выделившегося цементита.
• Марганец затрудняет графитизацию чугуна, несколько улучшает его механические свойства, особенно в тонкостенных отливках.
• Сера - вредная примесь. Она ухудшает механические и литейные свойства чугунов: понижает жидкотекучесть, увеличивает усадку и повышает склонность к образованию трещин.
• Фосфор в количестве до 0,3 % растворяется в феррите. При большей концентрации он образует с железом и углеродом тройную «фосфидную» эвтектику. Она имеет низкую температуру плавления (950 ^оС), что увеличивает жидкотекучесть чугуна, но дает высокую твердость и хрупкость.
• Таким образом, степень графитизации в чугуне возрастает с увеличением содержания углерода и кремния.
• Кроме химического состава, структура чугуна и его свойства зависят от технологических факторов, главным из которых является скорость охлаждения. С уменьшением скорости охлаждения увеличивается количество графита, с увеличением - количество химически связанного углерода.
• Ухудшая механические свойства, графит в то же время придает чугуну ряд ценных свойств. Он измельчает стружку при обработке резанием, оказывает смазывающее действие и, следовательно, повышает износостойкость чугуна, придает ему демпфирующую способность. Кроме того, пластинчатый графит обеспечивает малую чувствительность чугуна к дефектам поверхности. Благодаря этому сопротивление усталости деталей из чугуна соизмеримо со стальными деталями.
• В чугунах с высоким содержанием кремния при медленном охлаждении отливки первичная кристаллизация происходит в соответствии со стабильной диаграммой Fe - C; в этом случае графит появляется непосредственно из жидкой фазы. С увеличением скорости охлаждения создаются условия для первичной кристаллизации в соответствии с метастабильной диаграммой Fe - Fe₃C; из жидкой фазы выделяется цементит, а графит образуется вследствие его распада при дальнейшем охлаждении.
• Чем крупнее и прямолинейнее форма графитовых включений, тем ниже сопротивление серого чугуна разрыву. И, наоборот, чем мельче и разобщеннее графитовые включения, тем меньше их отрицательное влияние.
• По структуре металлической основы серые чугуны разделяют на три вида.
• 1. Ферритный серый чугун состоит из вязкой основы - феррита и крупных пластинок графита, что обуславливает его низкую прочность. В этом чугуне количество связанного углерода составляет больше 0,8%. Его применяют для отливок неответственного назначения.
• 2. Перлитно-ферритный серый чугун в своей структуре содержит перлит, феррит и графит, обладает повышенной прочностью, его широко используют для машиностроительных отливок из-за низкой стоимости по сравнению с перлитным чугуном. Количество связанного углерода в нем менее 0,8 % .
• 3. Перлитный серый чугун обладает высокой прочностью, которая обусловлена присутствием в его структуре перлита и мелких пластинок графита. В этом чугуне весь углерод находится в виде графита.
• Ферритные серые чугуны СЧ 10, СЧ 15, СЧ 18 предназначены для слабо- и средненагруженных деталей: крышки, фланцы, маховики, корпуса редукторов, подшипников, насосов, а также суппорты, тормозные барабаны, диски сцепления и пр.
• Ферритно-перлитные серые чугуны СЧ 20, СЧ 21, СЧ 25 применяют для деталей, работающих при повышенных статических и динамических нагрузках: блоки цилиндров, картеры двигателя, поршни цилиндров, барабаны сцепления, станины различных станков, зубчатые колеса и другие отливки.
• Перлитные серые модифицированные чугуны СЧ 30, СЧ 35, СЧ 40, СЧ 45 обладают наиболее высокими механическими свойствами, главным образом, из-за мелких разобщенных графитных включений. Измельчение графитных включений в них достигается путем модифицирования жидкого чугуна ферросилицием или силикокальцием (0,3-0,6 % от массы шихты). Модифицированные чугуны используют для деталей, работающих при высоких нагрузках или в тяжелых условиях износа: зубчатые колеса, гильзы блоков цилиндров, шпиндели, распределительные валы и пр. Чугуны этих марок обладают наибольшей герметичностью. По этой причине их широко применяют также для корпусов насосов, компрессоров, арматуры тормозной пневматики и гидроприводов.
• Для деталей, работающих при повышенных температурах, применяют легированные серые чугуны: жаростойкие (дополнительно содержат Сг, А1), жаропрочные (Сг, Ni, Мо). Применение находят также немагнитные, хромоникелевые чугуны с аустенитной структурой.
• Отливки из серого чугуна подвергают термической обработке. Используют низкий отжиг (~560°С) дли снятия внутренних напряжений и стабилизации размеров, нормализацию или закалку с отпуском для повышения механических свойств и износостойкости. Для повышения износостойкости гильз цилиндров, распределительных валов и других деталей отдельных двигателей автомобилей перлитные чугуны подвергают азотированию.
• Типы производства
• Тип производства представляет собой комплексную характеристику технических, организационных и экономических особенностей производства, обусловленных широтой номенклатуры, регулярностью, стабильностью и объемом выпуска продукции. Различают три типа производства: единичное, серийное, массовое.
• Единичное производство
• Единичное производство характеризуется широким ассортиментом продукции и малым объемом выпуска одинаковых изделий, зачастую не повторяющихся. Особенности этого типа производства заключаются в том, что рабочие места не имеют глубокой специализации, применяются универсальное оборудование и технологическая оснастка, большая часть рабочих имеет высокую квалификацию, значительный объем ручных сборочных и доводочных операций, здесь высокая трудоемкость изделий и длительный производственный цикл их изготовления, значительный объем незавершенного производства.
• Разнообразная номенклатура делает единичное производство более мобильным и приспособленным к условиям колебания спроса на готовую продукцию.
• Серийное производство
• Серийное производство характеризуется изготовлением ограниченной номенклатуры продукции партиями (сериями), повторяющимися через определенные промежутки времени. В зависимости от размера серии различают мелкосерийное, среднесерийное и крупносерийное производства. Особенности организации серийного производства заключаются в том, что удается специализировать рабочие места для выполнения нескольких подобных технологических операций, наряду с универсальным применять специальное оборудование и технологическую оснастку, широко применять труд рабочих средней квалификации, эффективно использовать оборудование и производственные площади, снизить, по сравнению с единичным производством, расходы на заработную плату.
• Массовое производство
• Массовое производство характеризуется изготовлением ограниченной номенклатуры однородной продукции в больших количествах в течение относительно продолжительного периода времени. Массовое производство - высшая форма специализации производства, позволяющая сосредоточивать на предприятии выпуск одного или нескольких типов одноименных изделий. Непременным условием массового производства является высокий уровень стандартизации и унификации при конструировании деталей, узлов и агрегатов.
• Особенности организации массового производства заключаются в том, что можно специализировать рабочие места на выполнении одной постоянно закрепленной операции, применять специальное оборудование и технологическую оснастку, иметь высокий уровень механизации и автоматизации производства, применять труд рабочих невысокой квалификации. Массовое производство обеспечивает наиболее полное использование оборудования, высокий уровень производительности труда, самую низкую себестоимость изготовления продукции по сравнению с серийным и тем более единичным производством. Этот тип производства экономически целесообразен при достаточно большом объеме выпуска продукции, поэтому необходимым условием массового производства является наличие устойчивого и значительного спроса на продукцию.
• Ориентировочная таблица для определения типа производства:

Масса детали, кг	Тип производства
	Еденичный	Мелко-серийный	Средне-серийный	Крупно-серийный	Массовый
<10	<10	10-2000	1500-75000	75000-200000	?200000
10-25	<10	10-1000	1000-500000	50000-100000	?100000
25-50	<10	10-500	500-35000	35000- 75000	?75000
5-10	<10	10-300	300-25000	25000- 50000	?50000
>10	<10	10-200	200-10000	10000- 25000	?25000

• При заданном количестве деталей, которое необходимо изготовить, выбираем мелкосерийное производство.
• Варианты изготовления детали
• Для изготовления данной детали рассматриваются следующие способы производства:

1. Литейное производство -- отрасль машиностроения, занимающаяся изготовлением фасонных заготовок или деталей путем заливки расплавленного металла в специальную форму, полость которой имеет конфигурацию заготовки (детали).

При охлаждении залитый металл затвердевает и в твердом состоянии сохраняет конфигурацию той полости, в которую он был залит. Конечную продукцию называют отливкой. В процессе кристаллизации расплавленного металла и последующего охлаждения формируются механические и эксплуатационные свойства отливок. Литьем получают разнообразные конструкции отливок массой от нескольких граммов до 300 т, длиной от нескольких сантиметров до 20 м, со стенками толщиной 0,5--500 мм (блоки цилиндров, поршни, коленчатые валы, корпуса и крышки редукторов, зубчатые колеса, станины станков, станины прокатных станов, турбинные лопатки и т. д.).

Для изготовления отливок применяют различные способы литья: в песчаные формы, в оболочковые формы, по выплавляемым моделям, в кокиль, под давлением, центробежное литье и др. Область применения того или иного способа литья определяется объемом производства, требованиями к геометрической точности и шероховатости поверхности отливок, экономической целесообразностью и другими факторами.

2. Обработка металлов давлением основана на использовании пластических свойств материалов. Эти свойства позволяют изменять форму и размеры заготовки под действием внешних сил (давления) и сохранять полученные форму и размеры после прекращения действия сил. Для увеличения пластичности металл нагревают до температуры, при которой наиболее полно проявляются его пластические свойства.

Обработка металлов давлением отличается высокой производительностью и экономным расходованием металла по сравнению с литьем и механической обработкой и, кроме того, улучшает механические свойства литого металла.

Различают следующие основные способы обработки металлов давлением: прокатка, волочение, прессование, свободная ковка, штамповка.

3. Обработка резанием -- это процесс получения детали требуемой геометрической формы, точности размеров, взаиморасположения и шероховатости поверхностей за счет механического срезания с поверхностей заготовки режущим инструментом материала технологического припуска в виде стружки.

Обладает малой энергоемкостью и высокой производительностью. Вследствие этого обработка резанием является основным, наиболее используемым в промышленности процессом размерной обработки деталей.

Для изготовления заготовки выбираем литье, так как оно позволяет получить отливку заданной формы с минимальным использованием металла. Для получения поверхности заданной шероховатости необходимо будет обработать полученную заготовку резаньем.

Способы изготовления данной детали

Литье в песчано-глинистые формы

Сущность процесса заключается в изготовлении отливок свободной заливкой расплавленного металла в песчаную форму [2]. После затвердевания и охлаждения отливки осуществляется ее выбивка с одновременным разрушением формы. Способ ЛПФ наиболее распространенный. Им изготовляют 80% отливок, т.к. этот способ простой и дешевый. Однако литье в песчаные формы имеет крупный недостаток, отливки не имеют точных механических размеров, нужно давать припуск на механическую обработку и усадку.

v Материалы и оснастка.

Ш Песчаная форма (ПФ) - разовая литейная форма, изготовленная из уплотненной формовочной смеси. ПФ состоит из двух полуформ. Для образования отверстий применяются песчаные стержни.

Ш Типовые составы формовочных и стержневых смесей.

§ Формовочная смесь - кварцевый песок, 3 - 5% огнеупорная глина, каменноугольная пыль (для повышенной податливости формы), древесные опилки для образования пористости.

§ Стержневая смесь - более прочная на порядок формовочной смеси, т.к. в нее добавляют упрочнители (олифа).

Ш Модельный комплект: модель детали, модели элементов литниковой системы, модельные плиты, стержневые ящики.

Ш Опоки.

v Основные технологические операции.

Ш Изготовление полуформ по модельным плитам (наиболее распространенными способами уплотнения смеси при машинной формовке являются прессование, встряхивание и их сочетание).

Ш Изготовление стержней.

Ш Сборка формы с простановкой стержней и подготовка ее к заливке.

Ш Заливка форм расплавленным металлом.

Ш Затвердевание и охлаждение отливок.

Ш выбивка отливок из форм и стержней из отливок.

Ш Отделение литниковой системы от отливок, их очистка и зачистка.

Ш Контроль качества отливок.

v Возможные дефекты отливок, причины и меры по их устранению.

Ш Недоливы и спаи. Образуются от не слившихся потоков металла, затвердевающих до заполнения формы. Возможные причины: холодный металл, питатели малого сечения.

Ш Усадочные раковины - закрытые внутренние полости в отливках с рваной поверхностью. Возникают вследствие усадки сплавов, недостаточного питания. Устраняют с помощью прибылей.

Ш Горячие трещины в отливках возникают в процессе кристаллизации и усадки металла при переходе из жидкого состояния в твердое при температуре, близкой к температуре солидуса. Склонность сплава к образованию горячих трещин увеличивается при наличии неметаллических включений, газов, серы и других примесей. Образование горячих трещин вызывают резкие перепады толщин стенок, острые углы, выступающие части. Высокая температура заливки также повышает вероятность образования горячих трещин.

Ш Для предупреждения образования горячих трещин в отливках необходимо обеспечивать одновременное охлаждение толстых и тонких частей отливок; увеличивать податливость литейных форм; по возможности снижать температуру заливки сплава.

Ш Пригар - трудноудаляемый слой формовочной или стержневой смеси, приварившийся к отливке. Возникает при недостаточной огнеупорности смеси или слишком большой температуре металла.

Ш Песчаные раковины - полости в теле отливки, заполненные формовочной смесью. Возникают при недостаточной прочности формовочной смеси.

Ш Газовые раковины - полости отливки округлой формы с гладкой окисленной поверхностью. Возникают при высокой влажности и низкой газопроницаемости формы.

Ш Перекос. Возникает из-за неправильной центровки.

v Область применения.

Ш Применяют во всех областях машиностроения. Получают отливки любой конфигурации 1…6 групп сложности. Точность размеров соответствует 6…14 группам. Параметр шероховатости Rz=630…80мкм.

Ш Можно изготавливать отливки массой до 250т. с толщиной стенки свыше 3мм.

v Преимущества.

Ш Конфигурация 1…6 групп сложности.

Ш Возможность механизировать производство.

Ш Дешевизна изготовления отливок.

Ш Возможность изготовления отливок большой массы.

Ш Отливки изготовляют из всех литейных сплавов, кроме тугоплавких.

v Недостатки.

Ш Плохие санитарные условия.

Ш большая шероховатость поверхности.

Ш Толщина стенок > 3мм.

Ш Вероятность дефектов больше, чем при др. способах литья.

Центробежное литье

Центробежный способ литья применяется главным образом для получения полых отливок типа тел вращения (втулок, обечаек для поршневых колец, труб, гильз) из цветных и железоуглеродистых сплавов, а также биметаллов [2]. Сущность способа состоит в заливке жидкого металла во вращающуюся металлическую или керамическую форму (изложницу). Жидкий металл за счет центробежных сил отбрасывается к стенкам формы, растекается вдоль них и затвердевает.

Сущность центробежного литья заключается в том, что заполнение формы расплавом и формирование отливки происходит при вращении формы вокруг горизонтальной, вертикальной, наклонной оси или при сложном вращении формы. Это обеспечивает дополнительное воздействие на расплав и затвердевающую отливку поля центробежных сил. Процесс реализуется на специальных центробежных машинах и столах. Чаще используют два варианта способа, при которых расплав заливается в форму с горизонтальной осью вращения или с вертикальной осью вращения. В первом случае получают отливки - тела вращения малой и большой протяженности, во втором - тела вращения малой протяженности и фасонные отливки.

Преимущества центробежного литья:

Ш Возможность улучшения заполняемости форм расплавом под действием давления, развиваемого центробежными силами; повышение плотности отливок вследствие уменьшения усадочных пор, раковин, газовых, шлаковых и неметаллических включений;

Ш уменьшение расхода металла и повышение выхода годного благодаря отсутствию литниковой системы при изготовлении отливок типа труб, колец, втулок или уменьшению массы литников при изготовлении фасонных отливок;

Ш исключение затрат на стержни при изготовлении отливок типа втулок и труб. Наряду с высокой производительностью и простотой процесса центробежный способ литья по сравнению с литьем в стационарные песчано-глинистые и металлические формы обеспечивает более высокое качество отливок, почти устраняет расход металла на прибыли и выпоры, увеличивает выход годного литья на 20...60 %.

Особенности формирования отливки обусловливают и недостатки этого способа литья:

Ш высокая стоимость форм и оборудования и ограниченность номенклатуры отливок,

Ш трудности получения отливок из сплавов склонных к ликвации;

Ш загрязнение свободной поверхности отливок неметаллическими включениями и ликватами; - неточность размеров и необходимость повышенных припусков на обработку свободных поверхностей отливок, вызванная скоплением неметаллических включений в материале отливки вблизи этой поверхности и отклонениями дозы расплава, заливаемого в форму.

Формы. Для изготовления отливок центробежным способом применяют различные литейные формы: металлические, песчаные, комбинированные (металлические с песчаными стержнями), керамические, оболочковые по выплавляемым моделям и др. Формы могут быть предназначены для изготовления отливок на машинах с горизонтальной и вертикальной осью вращения формы, для длинных или коротких отливок цилиндрической формы, для получения фасонных отливок; конструкция формы зависит также от характера производства (единичное, серийное, массовое).

Внешняя поверхность отливки оформляется формой под действием центробежной силы при V=3-8 м/с. Под действием центробежной силы происходит направленное затвердевание металла и вытеснение газовой и усадочной пористости. Качество деталей может сильно пострадать из-за образования усадочных раковин. Отлитый в форму металл начинает затвердевать с наружных слоев, и некоторое время поверхность отливки представляет собой как бы твердую корку, под которой имеется жидкий металл. Она (корка) отделяется от еще расплавленного металла, находящегося в глубине кюветы который, уменьшаясь в объеме, не заполняет целиком всего пространства формы.

Центробежное литье принадлежит к литейным процессам, основные операции которых выполняются с использованием машин. В зависимости от назначения машины для центробежного литья разделяют на универсальные, предназначенные для изготовления отливок общего назначения, труболитейные, предназначенные для изготовления чугунных и стальных труб, в том числе труб большого диаметра, специального назначения, предназначенные для изготовления однотипных отливок в массовом производств (гильзы двигателей внутреннего сгорания, биметаллические отливки и т. д.), а также валков прокатных станов и бумагоделательных машин. К последнему типу можно отнести и многошпиндельные машины для изготовления мелких отливок из цветных сплавов.

В зависимости от расположения в пространстве оси вращения изложницы различают машины с горизонтальной, вертикальной и наклонной осью вращения. В зависимости от конструктивного исполнения различают шпиндельные, роликовые машины и центробежные столы.

При получении отливок со свободной параболической поверхностью при вращении формы вокруг вертикальной оси расплав из ковша 1 заливают в форму 2, закрепленную на шпинделе 3, приводимом во вращение электродвигателем 4. Расплав 5 под действием центробежных и гравитационных сил распределяется по стенкам формы 2 и затвердевает, после этого вращение формы прекращают и извлекают из нее затвердевшую отливку 6.

Рис. 1 Схема получения отливки при вращении формы вокруг вертикальной оси:

1- ковш

2- форма

3- шпиндель

4- электродвигатель

5- расплав

6- отливка

Частота вращения изложницы при центробежном литье составляет 150--1200 об/мин. Изложницы перед заливкой нагревают до температуры 150--200 °С. Температуру заливки сплавов назначают на 100--150 °С выше температуры ликвидуса.



Рис. 2 Шпиндельная машина для отливок общего назначения:

1- желоб

2- крышка

3- защитный кожух

4- форма

5- система охлаждения

6- шпиндель

7- шкив

8- станина

9- бетонное основание

10- электродвигатель

11- клиноременная передача

Для изготовления втулки выбираем центробежное литье, так как его использование позволит уменьшить расход металла, получить более плотную отливку и увеличивает выход годного литья по сравнению с литьем в песчано-глинистые формы. Наружная поверхность втулки имеет форму уступов, поэтому будем использовать две полуматрицы.



Определение режимов литья

Назначаем припуски на механическую обработку отливки. Для верхний частей отливки припуск значительно выше, чем на боковых или нижних частей. В соответствии с габаритными размерами отливки назначаем припуск на верх - 3 мм, на бок и низ - 2.5 мм.

Рис. 3 Расположение припусков на механическую обработку заготовки

Расчет массы изделия:

металл литье отливка форма



Расчет массы заливаемого металла:

Расчет оптимальной скорости вращения изложницы для тонкостенных отливок при центробежном литье:

n - число оборотов изложницы, об/мин;

- плотность заливаемого сплава, г/см³;

R - наружный радиус отливки, см;

а - толщина стенки отливки, см;

Механическая обработка заготовки.

Механическая обработка -- обработка заготовки из различных материалов при помощи механического воздействия различной природы с целью создания по заданным формам и размерам изделия или заготовки для последующих технологических операций.

Для получения рассматриваемой втулки необходимо заготовку, полученную при помощи центробежного литья, обработать резанием на токарном станке.

Обработка резанием, осуществляется на металлорежущих станках путём внедрения инструмента в тело заготовки с последующим выделением стружки и образованием новой поверхности.

Виды резания:

- наружные цилиндрические поверхности -- точение, шлифование, притирка, обкатывание, суперфиниширование;

- внутренние цилиндрические поверхности -- растачивание, сверление, зенкерование, развертывание, протягивание, шлифование, притирка, хонингование, долбление;

- плоскости -- строгание, фрезерование, шлифование.

При обработке резанием механическая обработка также разделяется по чистоте обработанной поверхности:

· Черновая обработка

· Получерновая обработка

· Чистовая обработка

· Получистовая обработка

· Суперчистовая обработка

Рассверливание отверстий позволяет получить более точные отверстия и уменьшить увод сверла от оси детали. При сверлении отверстий большого диаметра (свыше 25-30 мм) усилие подачи может оказаться чрезмерно большим. Поэтому в таких случаях сверление производят в несколько приемов, т. е. отверстие рассверливают. Иногда при работе такими сверлами мощность станка может оказаться недостаточной. В таких случаях образование отверстий производится последовательно двумя сверлами разных диаметров, соотношение которых должно быть таким, чтобы диаметр первого сверла был больше длины поперечной кромки второго сверла. При этом условии поперечная кромка второго сверла не участвует в резании, вследствие чего значительно уменьшается усилие, необходимое для осуществления подачи, и, что очень важно, уменьшается увод сверла в сторону от оси обрабатываемого отверстия. На практике принято диаметр первого сверла брать равным примерно половине второго, что обеспечивает благоприятные условия износа сверла и равномерное распределение силы подачи при работе обоих сверл. Режимы резания при рассверливании отверстий те же, что и при сверлении.

Шлифование -- совокупность видов абразивной обработки материалов как чистовая и отделочная операция.

Шлифование используется для обработки и сглаживания поверхности твёрдых и хрупких материалов. Для этого употребляют твёрдый зернистый песок или более твёрдый наждак, насыпают его на твёрдую поверхность и трут об неё обрабатываемый предмет. Угловатые зерна, катаясь между обеими поверхностями, производят большое число ударов, от которых разрушаются понемногу выдающиеся места этих поверхностей, и округляются и распадаются на части сами шлифующие зерна. Если же одна из поверхностей мягкая, зерна в неё вдавливаются, остаются неподвижными, и производят на второй поверхности ряд параллельных царапин; в первом случае получается матовая поверхность, покрытая равномерными ямками, а во втором -- так называемый «штрих», сообщающий поверхности блеск, переходящий в полировку, когда штрих так мелок, что становится незаметным для глаза. Так, при шлифовке двух медных пластинок одной об другую с наждаком, обе получаются матовыми, а тот же наждак, будучи наклеен на поверхность бумаги, сообщит при трении об латунную поверхность блеск.

Хрупкое, твёрдое стекло стирается больше мягкой и упругой металлической пластинки, а порошок алмаза может стирать поверхность самого алмаза и куски кварца можно обрабатывать на точиле из песчаника. Ямки, производимые зёрнами наждака, тем мельче, чем мельче сами эти зерна; поэтому шлифование можно получать наиболее точно обработанные поверхности, как это делают при шлифовании оптических стекол.

Для обработки заданной втулки используем Токарно-винторезный станок ТВ-9, предназначенный для выполнения всех видов токарных работ в центрах, в патроне, в цанге, для нарезания резьбы.

Станок обеспечивает высокое качество обработанных поверхностей по форме и шероховатости. При обработке материала сталь 45 с использованием алмазных резцов при проведении отделочных операций достигается шероховатость поверхности Ra не более 0,2 мкм.

Рациональная компоновка станка, высокая надежность его узлов, оптимальное расположение органов управления делает станок удобным в эксплуатации и обслуживании. В опорах шпинделя станка установлены прецизионные радиально-упорные шарикоподшипники, что в сочетании с жесткой конструкцией основных узлов обеспечивает высокую точность обработки. Станок комплектуется различными принадлежностями и приспособлениями, позволяющими расширить его технологические возможности.

Токарно-винторезный станок ТВ-9 изготавливается класса точности Н.

Технические характеристики токарно-винторезного станка ТВ-9

Наибольший диаметр заготовки, устанавливаемый: - над станиной, мм - над суппортом, мм	220 100
Наибольшая длина обрабатываемого изделия, мм	510
Высота центров, мм	120
Диаметр сквозного отверстия в шпинделе, мм	18
Центр в шпинделе Морзе	3
Значение шага обрабатываемых метрических резьб, мм	0,8 &plusm; 2,5
Пределы частот вращения шпинделя, об/мин	60/105/185/315/555/975
Электродвигатель, кВт/В	1,1/380
Значение продольных рабочих подач суппорта, мм/об	0,04 ± 0,31
Радиальное биение шпинделя (для класса Н), мкм	10
Осевое биение шпинделя (для класса Н), мкм	10
Допуск круглости обработанного изделия (для класса Н), мкм	16
Габаритные размеры станка, мм, не более	1350 х 620 х 680
Масса станка, кг, не более	230 ± 5%

Определение режимов резания

Определим режимы резания для черновой обработки отверстия втулки. В качестве черновой обработки используем рассверливание.

а) Выбор сверла и его геометрических параметров.



Рис. 4 Спиральное сверло и его элементы

Принимаем сверло спиральное из быстрорежущей стали с цилиндрическим хвостовиком [6]. Основные размеры по ГОСТ 886-77: d=1.0-20 мм, L=56-254 мм, l=33-166 мм.

б) Назначаем режимы резания.

Определяем наибольшую глубину резания:

Назначаем подачу

s_o=0.6 об/мин [7, стр. 27]

Скорость резания:

V=V_таблК₁К₂К₃, где

К₁-коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала

К₂-от стойкости и марки твердого сплава

К₃-от вида обработки

V_табл=72 м/мин [7, стр. 30]

К₁=0,7

К₂=0,8

К₃=1

V=72*0.7*0.8*1=40.32 м/мин

Расчет числа оборотов шпинделя:

d - диаметр заготовки, мм

мин ^-1

Принимаем n=70 мин ^-1

Определяем действительную скорость резания:

где n-частота вращения шпинделя по паспорту станка.

Термообработка

Подшипниковая втулка испытывает высокие статические и динамические нагрузки в процессе эксплуатации, поэтому для повышения ее прочности проводим термообработку, состоящую из отжига, закалки и отпуска.

Графитизирующий отжиг применяют также для устранения отбела отливок из серого чугуна, возникающего при литье в металлические формы, в связи с чем повышается хрупкость и резко снижается обрабатываемость. При проведении данного отжига отливки нагревают до 850-950^оС в течение 2-х--3-х часов (первая стадия графитизации) и охлаждают на воздухе до температуры 20^оС или проводят вторую стадию графитизации (от 2-х до 6-ти часов). Быстрый распад цементита объясняется повышенным содержанием в серых чугунах кремния (1.5-3%). В результате отжига устраняется отбел и структура становится перлитной, феррито-перлитной или ферритной.

При объёмной непрерывной закалке чугун нагревают под закалку (медленно для отливок сложной конфигурации) до температуры на 40 - 60 ^оС выше интервала превращения (обычно до 850 - 930^оС) с получением структуры аустенит и графит. Затем дают выдержку для прогрева и насыщения аустенита углеродом; выдержка тем длиннее, чем больше феррита и меньше перлита, например, 10 - 15 мин для перлитных чугунов и до 1,5 - 2 часа для ферритных чугунов. Отливки охлаждают в воде (простой конфигурации) или в масле (сложной конфигурации).

После закалки от оптимальной температуры и выдержки, обеспечивающей достаточное растворение углерода в аустените, в ферритном чугуне получается мартенситная структура с максимальной твёрдостью HRC 55 -60. В чугунах высокопрочных, аустенит которых обладает пониженной критической скоростью закалки, твёрдость после закалки достигает HRC 60 -62. Прочность после закалки понижается. Прокаливаемость высокопрочного чугуна выше прокаливаемости серого чугуна. После закалки чугун подвергают низкому отпуску для снятия части внутренних напряжений или высокому отпуску с получением сорбитной или троостосорбитной структуры. Отпуск производится после закалки в зависимости от требований, предъявляемых к детали. Детали, работающие на истирание, подвергают низкому отпуску (t = 200--250° С), а не работающие на истирание -- высокому отпуску (t = 500--600° С).

Маршрутная карта на изготовление детали

Содержание или наименование операции	Станок, оборудование	Оснастка
Литье: -заливка жидкого металла во вращающуюся изложницу -извлечение затвердевшей отливки	Центробежная машина для получения отливок общего назначения	Вращающаяся металлическая форма с двумя разъемными полуматрицами
Механическая обработка: -Центрировать торец под растачивание, растачивание отверстия O182,2H7+0,46 до O180,3H7, получение шероховатости поверхности Ra=6.3 -Обточка верхнего и нижнего торца в размер 50 -Обточка наружной поверхности O222,5 до O220,3, получение шероховатости поверхности Ra=6.3 -Шлифование наружной цилиндрической поверхности, выдерживая размер O220s6), получение шероховатости поверхности Ra=3,2 -Шлифование отверстия O180,3 до O180H7, получение шероховатости Ra=3,2	Токарно-винторезный станок ТВ-9 Токарно-винторезный станок ТВ-9 Токарно-винторезный станок ТВ-9 Полуавтомат круглошлифовальный бесцентровый, модель 3Е185ВМ Станок внутришлифовальный 3К229А	Резец с пластинами из твердого сплава Резец с пластинами из твердого сплава Резец с пластинами из твердого сплава Алмазный инструмент на органических связках Алмазные отрезные круги на металлических связках
Промывка детали	Моечная машина
Термообработка: -отжиг детали -закалить деталь до HRC 55-60 и отпустить	Плита по ГОСТ 10905-86
Проверка детали на наличие трещин и соответствие геометрических параметров чертежу	Калибр пробка O180H7+0,35 для проверки отверстия втулки



Заключение

В данном курсовом проекте был разработан процесс изготовления детали типа «втулка» методом литья на центробежной машине для получения отливок общего назначения, с последующей механической обработкой резанием на токарно-винторезном станке ТВ-9 и шлифованием на внутришлифовальном станке.

Выбор изготовления детали центробежным литьем является оптимальным, потому что этот метод позволяет сократить расход металла и получить необходимую точность заготовки. Дальнейшая механическая обработка на винторезном токарном станке и на шлифовальном станке позволяют добиться необходимой точности поверхности детали.



Список используемой литературы

1. ГОСТ 1412-79 «Чугун с пластинчатым графитом для отливок. Марки.»

2. Дальский А.М., Арутюнова И.А. и др. «Технология конструкционных материалов: Учебник для машиностроительных специальностей вузов» М: Машиностроение, 1985 г.

3. Арзамасов Б.Н. «Материаловедение», М.: Изд-во МГТУ им. Баумана, 2003 г.

4. Кайнова В.Н., Лебедев Г.И., Гребнева Т.Н. «Нормирование точности изделий машиностроения», Н.Новгород, 2007 г.

5. Дальский А.М. «Справочник технолога-машиностроителя. Том 2», М. Изд-во «Машиностроение», 2001 г.

6. Ванин В.А., Преображенский А.Н., Фидаров В.Х. «Разработка технологических процессов изготовления деталей в машиностроении», Тамбов, 2007

7. Барановский Ю.В. «Режимы резания металлов». Справочник. М., «Машиностроение», 1972

Размещено на Allbest.ru