Московский Государственный Технический Университет

имени Н. Э. Баумана

Курсовой проект

по теме

Технологический процесс изготовления детали

”Сопловая лопатка”

Калуга

Введение

Одним из значимых факторов технического прогресса в машиностроении, как и в других отраслях, является совершенствование технологии производства. Особенность современного производства - применение новых конструкционных материалов. Обработка этих материалов требует совершенствования существующих технологических процессов и создания новых методов, основанных на совмещении механического, теплового, химического и электрического воздействия.

Обработка резанием является и на многие годы останется основным технологическим приемом изготовления точных деталей машин и механизмов. Трудоемкость механосборочного производства в большинстве отраслей машиностроения значительно превышает трудоемкость литейных, ковочных и штампованных процессов, взятых вместе. Обработка резанием имеет достаточно высокую производительность и отличается исключительной точностью. Нужно также учитывать универсальность и гибкость обработки резанием, обеспечивающие ее преимущество перед другими формообразованиями, особенно в индивидуальном и мелкосерийном производствах.

Дисциплина “ПФИ” изучает основы резания металлов и включает в себя изучение геометрии инструментов, виды инструментов, физические основы процессов резания, методы формообразования, расчет параметров режимов резания.

Конструктивная часть сопловой лопатки

Сопловая лопатка устанавливается в регулируемый сопловой аппарат. На каждую лопатку надевается шестеренка, одна ведущая, соединенная с приводом гидромеханизма, которая позволяет устанавливать углы в процессе работы.

Одним из основных требований, предъявляемых к конструкции поворотных лопаток, является обеспечение одинаковой геометрии всех межлопаточных каналов.

Это достигается соблюдением точного положения оси лопаток и минимальными зазорами во всех звеньях поворотного механизма. Каждая лопатка на внешней или внутренней цапфе имеет зубчатый сектор, которым лопатка соединена с общим поворотным кольцом.

Кольцо поворачивается с помощью привода на небольшой угол, перемещая одновременно все лопатки.

Поворотное кольцо имеет радиальные пазы, в которые входят сферические наконечники рычагов лопатки. Привод каждой лопатки можно выполнить со стороны внешней или внутренней цапфы.

Существует два варианта перемещения поворотного зубчатого кольца: непосредственным воздействием сервомеханизма (электрического, пневматического, гидравлического) на поворотное кольцо и воздействием механизма на одну ведущую лопатку, с которой связано кольцо, соединенное с остальными ведомыми лопатками.

Для сохранения постоянного радиального зазора между выходной кромкой лопатки и рабочим колесом турбины необходимо, чтобы ось поворота лопатки проходила через выходную кромку.

Это может быть достигнуто применением круглых бобышек, расположенных по обеим сторонам лопатки, бобышки позволяют упростить организацию уплотнения цапфы в месте выхода ее из корпуса.

Технические условия на литые лопатки соплового аппарата

Настоящие технические условия распространяются на литые лопатки соплового аппарата, изготовленные методом литья по выплавляемым моделям, а также с применением керамических стержней. Плавка металла и заливка форм производится в вакууме. Химический состав должен соответствовать требованиям ГОСТ 1-90126-85 для сплава ЖС6К - ВИ и ЖС6У - ВИ.

Отливки подвергаются термической обработке алитированию согласно ТТ чертежа по технологии термического цеха, утвержденный Главным металлургом. Механические свойства сплавов проверяются на индивидуально отлитых или прилитых к блоку образцах, прошедших термическую обработку совместно с отливками данной партии - плавки и должны соответствовать требованиям. Испытанию подвергаются два образца. В случае получения неудовлетворительных результатов испытаний, проводят повторные испытания на удвоенном количестве образцов. При получении неудовлетворительных результатов повторных испытаний разрешается проводить повторную термическую обработку с последующим испытанием образцов в установленном порядке. В случае получения неудовлетворительных результатов после повторной термической обработки плавка бракуется. Поверхность отливок должна быть очищена от пригара и зачищена от заусениц. На механически необрабатываемых поверхностях пера лопатки допускаются чистые раковины диаметром не более 1,5 мм. и глубиной не более 1/3 толщины стенки в количестве не более 1 шт. на квадратный сантиметр контролируемой поверхности. Раковины должны быть расположены друг от друга, от выходной кромки пера на расстоянии не менее 3,0 мм., но не должны располагаться в одном поперечном сечении пера лопатки.

При ренгенопросвечивании допускаются следующие пороки литья :

а) газовые раковины, шлаковые включения и зазоры диаметром не более 2,0 мм. в количестве не более 2 штук, на каждые 2,0 кв.см. просвечиваемой поверхности лопатки, расположенные друг от друга и от входной кромки пера на расстоянии 3,0 мм.

б) рассредоточенные рыхлоты, размер и место расположения, которых определяются по контрольному образцу ренгено - пленки, согласованной с разработчиком.

в) выявленный при ренгеноконтроле фон структуры литого материала допускается согласно эталонной ренгено - пленки.

При люминесцентном контроле допускается:

а) рассредоточенная пористость площадью не более 2 на 5 мм в радиусе перехода от фланца к профилю лопатки.

б) трещины не допускать.

в) визуальному контролю - для выявления наружных пороков литья;

ренгенопросвечиванию - для выявления внутренних пороков литья.

Химический состав сопловой лопатки

Марка сплава ЖС6К-ВИ:(компоненты)

никель - основа

углерод - 0,13-0,20

хром - 9,5-12,0

алюминий - 5,0-6,0

вольфрам - 4,5-5,5

молибден - 3,5-4,5

титан - 2,5-3,2

кобальт - 4,0-5,5

ниобий ----

не более

бор - 0,02

церий - 0,025

цирконий - 0,04

марганец - 0,4

кремний - 0,4

железо - 2,0

сера - 0,015

фосфор - 0,015

прочие: не более

свинец - 0,001

виснут - 0,0005

Режим термической обработки контрольных образцов

Нагрев в замкнутой среде - аргоне до 1210±10°С, выдержка 4 часа, охлаждение до 850°С под током аргона, а затем на воздухе.

Выбор способа получения заготовки

Правильно выбрать заготовку - значит правильно определить рациональный метод ее получения, установить припуски на ее механическую обработку.

Целесообразность, экономичность и эффективность применения того или иного вида заготовки зависит от нескольких факторов:

- технологических свойств материала;

- конструкции и размеров детали;

- точности выполнения заготовки и требуемого качества ее поверхности;

- программы выпуска;

На основании анализа вышеперечисленных факторов выбираем в качестве заготовки лопатки отливку.

Сущность литейного производства

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 множество способов литья:

в песчаные формы (рис. 1), 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.

Металлорежущие станки

К современным машинам и приборам предъявляются высокие требования по технико-эксплуатационным характеристикам, точности и надежности работы. Эти показатели обеспечиваются высокой точностью размеров и качеством обработанных поверхностей деталей машин и приборов. Поэтому, несмотря на большие достижения технологии производства высококачественных заготовок, роль обработки резанием и значение металлорежущих станков в машиностроении непрерывно повышаются.

Современные металлорежущие станки -- это разнообразные и совершенные рабочие машины, использующие механические, электрические и гидравлические методы осуществления движений и управления рабочим циклом, решающие самые сложные технологические задачи.

Станкостроение развивается как в количественном, так и качественном отношении. Непрерывно повышаются точность, производительность, мощность, быстроходность и надежность работы станков.

Улучшаются эксплуатационные характеристики, расширяются технологические возможности, совершенствуются архитектурные формы станков.

Успешное развитие станкостроения обеспечивает перевооружение всех отраслей нашей промышленности высокопроизводительными и высококачественными станками, многие из которых отвечают требованиям мировых стандартов.

Характеристика метода точения

Технологический метод формообразования поверхностей заготовок точением характеризуется двумя движениями: вращательным движением заготовки (скорость резания) и поступательным движением режущего инструмента -- резца (движение подачи).

Движение подачи осуществляется параллельно оси вращения заготовки (продольная подача), перпендикулярно к оси вращения заготовки (поперечная подача), под углом к оси вращения заготовки (наклонная подача),

Разновидности точения: обтачивание -- обработка наружных поверхностей; растачивание -- обработка внутренних поверхностей; подрезание -- обработка плоских (торцовых) поверхностей;

резка -- разделение заготовки на части или отрезка готовой детали от заготовки -- пруткового проката.

На вертикальных полуавтоматах, автоматах и токарно-карусельных станках заготовки имеют вертикальную ось вращения, на токарных станках других типов -- горизонтальную. На токарных станках выполняют черновую, получистовую и чистовую обработку поверхностей заготовок.

Определение типа производства. Под типом производства понимают совокупность основных признаков, которые определяют характер технологических процессов и организации производства.

Существуют три основных типа производства: единичное, серийное, массовое.

Единичное - изделие выпускается штуками, повторяемость отсутствует, либо незначительна.

Серийное - выпуск изделий осуществляется сериями.

Массовое - характеризуется выпуском одних и тех же изделий в больших количествах, непрерывно.

Тип машиностроительного производства оценивается по коэффициенту серийности:

К_СЕР < 1 - массовое производство;

1 < К_СЕР 10 - крупносерийное производство;

10 < К_СЕР 20 -серийное производство;

К_СЕР 20 - мелкосерийное производство;

_Д - действительный пакет производства.

где _Р - расчетный пакет производства;

_З - коэффициент загрузки станка;

_З = 0,75..0,8

t_шт.ср. - штучное среднее время, которое затрачивается на выполнение одной операции.

Расчетный такт производства определяется следующим образом:

Ф - фонд времени работы оборудования;

N - годовая программа выпуска деталей. (2880)

Ф = [D₁ - D₂ - D₃ - D₄]cmk,

где D₁ = 365 - число календарных дней в году;

D₂ = 8 - число праздничных дней в году;

D₃ = 104 - число выходных дней за год;

D₄ = 28 - число предвыходных и предпраздничных дней в году;

С = 8 - число часов в смене;

m = 2 - количество смен;

k = 0,95 - коэффициент учитывающий простой оборудования;

Расчет припусков

Припуск - слой материала, удаляемый с поверхности заготовки в целях достижения заданных свойств обрабатываемой поверхности детали.

Основные размеры лопатки (по чертежу):

Наружный диаметр 1: d₁ = 12±0,4 мм;

Наружный диаметр 2: d₂ = 42±0,4 мм;

Наружный диаметр 3: d₃ = 20±0,4 мм;

Лопатка изготовлена из сплава ЖС6К-ВИ.

Припуски на механическую обработку определяются табличным методом:

Полученные размеры заготовки:

d_н1 = 10,2 мм;

d_н2 = 40 мм;

d_н3 = 19 мм;

Расчет припуска на механическую обработку по наружному диаметру производится расчетно-аналитическим методом. Минимальный припуск при обработке наружных и внутренних поверхностей вращения:

,

где R_zi-1 - высота микронеровностей для элементарной поверхности на предшествующем переходе;

Т_i-1 - глубина дефектного поверхностного слоя на предшествующем переходе;

с_i-1 - суммарное значение пространственных отклонений для элементарной поверхности на предшествующем переходе;

yi - погрешность установки заготовки при выполняемом переходе.

Исходные данные:

Наименование детали: лопатка сопловая

Заготовка отливка 12кв.

Масса 0,173 кг.

12±0,4(8кв) отливка (14кв) шлифование (14 кв)	42±0,4(8кв) отливка (14кв) точение чистовое (14 кв)	20±0,4 (8-9 кв) отливка (14кв) точение чистовое(13 кв.)

Полученные в результате расчета общие припуски и размеры заготовки корректируем с учетом следующих дополнений: 1) назначаем технологические напуски для крепления заготовки при термической обработке, взятии проб для физико-механических испытаний, а также напуски, упрощающие конфигурацию заготовки и сглаживающие местные углубления, переходы и уступы; 2) назначаем радиусы закруглений в соответствии с размерами заготовки. Эскиз заготовки приведен в технологическом процессе механической обработки лопатки

Технологические переходы обработки поверхности 1	Элементы припуска, мкм	2zmin мкм	dp мм	? мм	мкм	dmin мм	dmax мм	zmin.пр мкм	zmax.пр мкм
	Rz	h
Отливка	40	160	-	-	-	12		600	13	12,4	-	-
Шлифование	5	15	-	-	1800	10,2	1,8	300	10,5	10,2	2500	2200
Отливка	40	160	-	-	-	42		400	43	42,6	-	-
Точение чистовое	25	25	-	-	2000	40	2	300	40,5	40,2	2500	2400
Отливка	40	160	-	-	-	20,4		400	21,2	20,8	-	-
Точение Чистовое	25	25	-	-	1400	19	1,4	200	19,5	19,3	1700	1500

Описание приспособления:

Приспособление служит для установки и закрепления детали при сверлении центр. отверстий и нарезания резьбы, для проведения определенных операций. Основными элементами конструкции стола являются основание (дет.поз.1) которая крепит все приспособление непосредственно к столу станка болтам через Т-образные вырезы, на основании.

К основанию крепится: кронштейн (2), на котором установлена опора (3); стойка (10), на котором установлен прихват (11); и главная пневматическая связь, осуществляющая работу приспособления. Принцип работы приспособления:

Сжатый воздух с давлением Р=5 атм. поочерёдно подаётся в полости перед поршнем и в полость за поршнем пневмоциллиндра через два штуцера (7) (впускной и выпускной) и перемещает поршень со штоком при зажиме и разжиме детали. Шток (9) давя на прихват (11), зажимающий деталь осуществляют зажим детали.

Описание наладки на токарную операцию №070

Разработана наладка на токарную операцию №070, в процессе которой выполняется точение поверхностей заданных в тех. процессе проекта. Операция выполняется на токарном станке модели 16К20Т1. Инструменты выполняющие обработку детали - резцы ВК6М. Обработка ведется специальными - канавочными, гостированными, подрезным и проходным резцами. Деталь - лопатка сопловая устанавливается в раст. кулачки и пожимается задним центром, затем ведется обработка детали режущим инструментом.

Описание наладки на шлифовальную операцию №110

Разработана наладка на шлифовальную операцию №110, в процессе которой выполняется шлифование 3-х лысок. Операция выполняется на плоскошлифовальном станке модели 3Г71. Процесс обработки заготовки резанием производится инструментом - абразивным шлифовальным кругом ПП2502575. Лопатка устанавливается и закрепляется в специальном приспособлении для шлифования, при помощи двух центров. Приспособление устанавливается на магнитную плиту, обеспечивающею необходимое положение приспособления вместе с закрепленной деталью относительно режущего инструмента. Стол, на котором установлено приспособление, движется в поперечном направлении, относительно шлифовального круга.

Описание технических характеристик токарного станка 16К20Т1

Наибольший диаметр обрабатываемой заготовки:

над станиной:500

над суппортом: 215

наибольший диаметр прутка, проходящего через отверстие шпинделя:53

Наибольшее длина обрабатываемой заготовки:900

Частота вращения шпинделя (об/мин): 10-2000

Число скоростей шпинделя:24

Наибольшее перемещение суппорта:

продольное:900

поперечное:250

Подача суппорта, мм/об (мм/мин):

продольная: 0,01-2,8

поперечная: 0,005-1,4

Число ступеней подач: Б/с

Скорость быстрого перемещение суппорта, (мм/мин):

продольная: 6000

поперечная5000

Мощность электродвигателя привода главного движения, кВт 11

Габаритные размеры:

длина, мм 3700

ширина, мм 1770

высота, мм 1700

Масса, кг 3800

Режимы резания:

Глубина резанияопределяется в основном припуском на обработку, который выгодно удалять за один проход. Однако для уменьшения усилийрезания иногда необходимо снять общий припуск за несколько проходов: 60% при черновой, 20-30% при получистовой и 10- 20% при чистовой обработке.

Подача ограничивается силами, действующими в процессе резания, которые могут привести к поломкережущегоинструмента, деформации и искажению формы заготовки, а также к поломке станка. Целесообразно работать с максимально возможной подачей.

Обычно подача назначается по таблицам справочников (по режимам резания), составленным на основе специальных исследований и изучения опыта работы машиностроительных заводов. После выбора подачи из справочников ее корректируют по кинематическим данным станка, на котором будет вестись обработка (берется меньшая ближайшая подача).

При одинаковой площади поперечного сечения среза нагрузка на резец меньше при работе с меньшей подачей и большей глубиной резания, а нагрузка на станок (по мощности) меньше при работе с большей подачей и меньшей глубиной резания.

Скорость резаниязависит от конкретных условий обработки, которые влияют на стойкость инструмента (время работы инструмента от переточки до переточки). Чем с большей скоростью резания допускается работа инструмента при одной и той же стойкости, тем выше его режущие свойства, тем более он производителен.

На скорость резания, устанавливаемую для инструмента, влияют его стойкость, физикомеханические свойства обрабатываемого материала, подача и глубина резания, геометрия режущей части резца, размеры сечения державки резца, смазочно-охлаждающая жидкость (СОЖ), допустимый износ резца.

Физико-механические свойства обрабатываемых материалов, от которых зависит их сопротивление силам резания, в значительной мере определяют скорость резания . С большей скоростью обрабатываются автоматные стали, цветные и легкие сплавы.

Увеличение подачи и глубины резания вызывает интенсивный износ резца, что ограничивает скорость резания. Например, при увеличении подачи в 2 раза скорость резания необходимо уменьшить на 20-25%, а при увеличении в 2 раза глубины резания скорость резания следует уменьшить на 10-15%.

Необходимая скорость резания и соответствующая ей стойкость инструмента определяются геометрией режущей части резца, режущими свойствами инструментального материала, обрабатываемостью заготовки и другими факторами.

Для резцов из быстрорежущих сталей увеличение площади сечения державки позволяет повысить скорость резания, так как улучшаются условия отвода теплоты и повышается жесткость резца, а для твердосплавных резцов влияние площади сечения держании на скорость резания незначительно.

При черновом точении сталей резцами из быстрорежущих сталей обильная подача СОЖ (8-12л/мин) повышает скорость резания на 20-30%, а при чистовом точении подача СОЖ с интенсивностью 4-6 л/мин обеспечивает повышение скорости резания на 8-10%.

Для твердосплавного инструмента необходимо постоянное охлаждение, так как при прерывистом охлаждении могут образоваться трещины на пластине и резец выйдет из строя.

Наиболее распространенным инструментом для измерения размеров деталей, полученных после черновой и получистовой обработки, является штангенциркуль.

Нормирование операций:

Токарная операция

1.Основное технологическое время:

где L - глубина резания (расчетная длина обработки в направлении подачи)

i - число переходов,

n - частота вращения,

S - подача.

2.Вспомогательное время:

На установку

tдет = 1 мин. (принять)

Время связанное с переходом

tпер = 0,5 мин.

tвсп = tдет + 2 tпер = 2 мин.

3.Оперативное время:

tоп = to + tвсп

4.Штучное время:

Т_шт = Т0 + tвсп + Тоб + Тсобст. н.

Т_об + Т_{собст. н.} = 4,6%·Т_осн

Расчет осевой силы поршневого привода:

Пневмоцилиндр двухстороннего действия:

Р=5 атм. (, )

При давлении сжатого воздуха на поршень в бесштоковой полости:

(1)

D- диаметр поршня, (см)

d- диаметр штока, (см)

Р- давление сжатого воздуха, МПа

- КПД, учитывающий потери в пневмоциллиндре (0,85-0,9)

В формуле (1) для упрощения расчета опускаем КПД, но для надёжности зажима найденную силу Q на штоке увеличиваем в 1,5 раза, тогда:

(кгс)

или972,87 (Н)

в штоковой полости:

(кгс)

или 1174,4 (Н)

Общее время срабатывания пневмоциллиндра можно определить по упрощенной формуле:

с

D - диаметр поршня, (см)

L - длина хода поршня, (см)

- диаметр воздуховода, (см)

V - скорость перемещения воздуха (V=180м/с, Р=0,506625 МПа)

Список используемой литературы

1. Справочник технолога машиностроителя ( А.Г. Косилова, Р.К. Мещеряков)

2. Режимы резания (Г.И.Грановский, П.П. Грудов и др.)

3. Станочные приспособления (В.П. Близнюк, В.В. Данилевский)

4. Приспособления для металлорежущих станков (А.К. Горошкин)