Основы проектирования технологического процесса изготовления детали

Размещено на http://www.allbest.ru/

Петрозаводский государственный университет

Кафедра технологии металлов и ремонта

Курс "Материаловедение и ТКМ"

Курсовая работа

на тему: "Основы проектирования технологического процесса изготовления детали"

Исполнитель: студент гр. 62102

Кротов М.В.

Руководитель: доцент, к.т.н. Скобцов И.Г.

Петрозаводск - 2013

Содержание

Введение

1. Выбор материала детали

2. Получение заготовки

2.1 Расчет массы детали

2.2 Расчет массы поковки

2.3 Определение исходного индекса

2.3.1 Определение степени сложности

2.3.2 Определение группы стали

2.3.3 Определение класса точности

2.4 Выбор припусков на обработку

2.5 Определение размеров поковки

2.6 Выбор штамповочных уклонов

2.7 Выбор допусков на расчетные размеры

2.8 Выбор радиусов закругления

2.9 Определение размеров исходной заготовки

2.9.1 Объём металла исходной заготовки

2.10 Определение диаметра исходной заготовки (теоретический диаметр)

2.11 Выбор оборудования

2.11.1 Определение усилия отрезки

2.11.2 Выбор модели ножниц для резки проката

2.11.3 Выбор модели штамповочного молота

3. Расчет режимов резания при механической обработке стакана

3.1 Определение глубины резания

3.2 Назначение подачи суппорта на один оборот детали

3.3 Назначение скорости резания

3.4 Расчет частоты вращения по принятой скорости резания

3.5 Действительная скорость резания

3.6 Мощность резания

3.7 Определение основного технологического времени при точении

4. Разработка технологического процесса термической обработки стакана

4.1 Предварительная термическая обработка

4.1.1 Температура нагрева

4.1.2 Продолжительность процесса предварительной ТО

4.2 Окончательная термическая обработка

4.2.1 Температура нагрева при отпуске

4.2.2 Продолжительность процесса окончательной ТО

Заключение

Список использованных источников



Введение

Данный курсовой проект выполнен по предмету Материаловедение. Темой работы является основы проектирования технологического процесса изготовления детали "стакан".

Стакан - это корпусная деталь, предназначенная для удержания в нём смазки или рабочей жидкости. (Например, стакан подшипников, стакан форсунки).

В стаканах, типовой представитель которых в задании, обычно размещают подшипники валов шестерен.

Из задания к курсовой работе известно, что деталь должна быть устойчива к реверсивным нагрузкам высокой интенсивности и обладать рядом механических характеристик. =300 МПа; =500МПа; д=19 %; ш=45 %; КСV=500кДж/м 2; = 60.

Цель проекта: получение навыков разработки технологического процесса изготовления детали.

Задачи: определить материал для детали по данным характеристикам, произвести расчеты для получения заготовки и механической обработки, выбрать вид термической обработки детали.



1. Выбор материала детали

Для изготовления детали "стакан" требуется металл повышенной твердости, износостойкости, прочности и работающие при незначительных ударных нагрузках.

Для этого подходит сталь 40Х (ГОСТ 8479-70). Сталь конструкционная легированная хромистая.

Сталь 40Х выделяется среди подобных изделий рядом следующих характеристик: назначением и функциональностью, химическим составом элементов, возможными заменителями, максимальной температурой работоспособности, литейным и техническим набором характеристик. Сталь 40Х особо применима для валов, как коленчатых, так и распределительных, шпинделей, бандажей, цилиндров, стаканов, различных видов и форм кулачков и т.д. Другими словами, для всех приборов и устройств, которые должны обладать максимальной прочностью, надежностью и износоустойчивостью. По своему химическому составу данная сталь содержит: медь, марганец, мышьяк, никель, фосфор, хром и др. Касаемо своих механических свойств сталь 40Х выдерживает многие перепады температур, различные климатические изменения и воздействия. Она спокойно проходит температурные испытания от 200 до 600 °.

Вариативная форма стали - лист. Он может быть холодно- и горячекатаным. Температура ковки на момент начала и конца может достигать 1250 и 700 ° соответственно.



2. Получение заготовки

В качестве способа получения поковки принимаем горячую объёмную штамповку.

2.1 Расчет массы детали

Изготовляемая деталь - стакан. Для расчета массы детали разбиваем ее на цилиндры и вычисляем объём каждого цилиндра, суммируем/вычитаем и умножаем на плотность стали.

M_д=V_д * с_cт=(V₁+ V₂ V₃ V₄) *с_cт

где с_{cт -} плотность стали, с_cт = 7800кг/.

V_1.. V_{4 -} объёмы цилиндров.

V=R²H,

где Н - длина цилиндра.

Расчет:

V₁=**0,043=0,0001899 м^3.

V₂= **0,0065=0,000247 м^3.

V₃= **0,0065=0,0000617 м^3.

V₄ = **0,043=0,0001298 м^3.

V_д = V₁+ V₂ V₃ V₄ = 0,0002442 м^3.

M_д= V_д * с_cт = 0,0002442*7800=1,91 кг.



2.2 Расчет массы поковки

M_п= M_д+ К_p,

где M_д - масса детали,

К_p - расчетный коэффициент для стакана по таблице 1 [1] принимаем К_p=1,6.

Тогда M_п=1,91*1,6=3,1 кг.

2.3 Определение исходного индекса

2.3.1 Определение степени сложности

С= M_п/ M_Ф,

где M_ф - масса геометрической фигуры, в которую вписывается поковка,

M_{п -} масса поковки.

Для определения размеров данной фигуры увеличиваем линейные размеры габаритов детали в 1,05 раза.

- диаметр цилиндра:

D_ц=1,05*D_max =1,05*0,11=0,116 м.

- высота цилиндра

H_ц=1,05*L =1,05*(0,05+0,006)= 0,059 м.

где L- длина цилиндра.

Отсюда рассчитываем массу фигуры:

M_ф= *(0,11/2)²*0,04*7800=3,3 кг.

Тогда

С=3,1/3,3=0,94.

Для соотношения M_п/ M_Ф=0,183 принимаем степень сложности С 1_.

2.3.2 Определение группы стали

При определении группы стали главной характеристикой является содержание углерода и легирующих элементов. Сталь 40Х относиться к сталям с массовой долей углерода 0,37-0,40 и суммарной массовой долей легирующих элементов до 0,5 %, на основе этих данных по таблице 3 [1] принимаем группу стали - М 2.

2.3.3 Определение класса точности

Класс точности поковок принимается в зависимости от применяемого технологического оборудования и вида технологической операции. По таблице 3 [1] принимаем класс точности - T4.

Исходный индекс определяем по номограмме (таблица 4 [1]). Для степени сложности - С 1; группы стали - M2; класса точности- Т 4, при массе поковки M_п=3,1 кг, исходный индекс 11.

2.4 Выбор припусков на обработку

Припуски на механическую обработку принимаем в соответствии с таблицей 5 [1] в зависимости от исходного индекса, номинального размера и шероховатости поверхности. механическая термическая обработка заготовка

D 75 мм Ra 1,6 мкм припуск 1,6.

D 110 мм Ra 1,6 мкм припуск 1,7.

D 62 мм Ra 1,6 мкм припуск 1,6.

D 55 мм Ra 1,6 мкм припуск 1,6.

H 50 мм Ra 12,5 мкм припуск 1,5.

H 6,5 мм Ra 12,5 мкм припуск 1,5.

Припуски назначаются только на те размеры, для которых предусмотрена механическая обработка. В нашем случае это наружный и внутренний диаметры, высота цилиндра и высота выступа.

2.5 Определение размеров поковки

D 75 мм =75+2*1,6=79 мм.

D 110 мм = 110+2*1,7=115,4 мм.

D 62 мм =62-2*1,6=58 мм.

D 55 мм = 55-2*1,6=51 мм.

H 50 мм =50+2*1,5=53 мм.

H 6,5 мм =6,5+2*1,5=9,5 мм.

2.6 Выбор штамповочных уклонов

Штамповочные уклоны на боковых поверхностях поковок облегчают их извлечение из штампов. При штамповке на молоте величина наружных уклонов равна 5.., внутренних уклонов - на 2.. больше наружных.

Принимаем величину уклонов:

-для наружных поверхностей .

-для внутренних поверхностей .

2.7 Выбор допусков на расчетные размеры

Допуски на расчётные размеры принимаем по таблице 6 [1]в зависимости от исходного индекса и расчетных размеров.

D 79 мм =.

D 115,4 мм =.

D 58 мм =.

D 51 мм =.

H 53 мм =.

H9,5 мм =

2.8 Выбор радиусов закругления

Радиусы закруглений на пересекающихся поверхностях поковки необходимы для лучшего заполнения полости штампа и предохранения ее от преждевременного изнашивания и поломок. Наружные радиусы закруглений устанавливают равными 1...6 мм, а внутренние - в 2…3 раза больше.

Принимаем величину радиусов закругления:

- наружные радиусы 2 мм;

- внутренние радиусы 4 мм.

2.9 Определение размеров исходной заготовки

2.9.1 Объём металла исходной заготовки

,

где - объём поковки;

- объём облоя (заусенца);

- объём перемычки при прошивке отверстия;

- потери на угар.

Объём поковки

.

Объём облоя (заусенца):

.

где P - периметр, по которому располагается заусенец, P=*11,54=36,24 см;

f - площадь сечения заусенца, . По таблице 7 [1] при массе поковки =3,1 кг принимаем f = 2,4.

Тогда объём облоя:

.

Объём перемычки при прошивке отверстия определяется исходя из толщены перемычки S:

.

где d - диаметр прошиваемого отверстия, d=51 мм - из чертежа поковки;

- высота верхней части поковки, мм. Определяется из чертежа поковки

.

Тогда:

.

Отсюда объём перемычки, .

.

Потери на угар принимаем равным 1 % от суммы объёмов поковки и заусенца (при индукционном нагреве заготовок).

.

Тогда объём металла для исходной заготовки:

=396+86,98+12,05+4,83=500 .

2.10 Определение диаметра исходной заготовки (теоретический диаметр)

Теоретический (расчетный) диаметр.

.

где К - нормируемый коэффициент, К=1,25…2,5. Принимаем К=2.

Тогда:

.

Расчётное значение диаметра заготовки проката необходимо согласовать с размерами диаметров сортамента горячекатаной круглой стали согласно ГОСТ 2590:68 мм.

Принимаем окончательное значение диаметра заготовки

2.11 Выбор оборудования

От правильного выбора оборудования зависят расход энергии, производительность, точность и качество получаемой поковки, стойкость штампов и в итоге - себестоимость поковки. Для отрезки сортового проката мерной длины используют пресс - ножницы, изготовляемые из инструментальных сталей. Резка заготовок выполняется за один рабочий ход пресс - ножниц. Для снижения усилия резки заготовки нагревают, снижая их прочность во время разделительной операции.

2.11.1 Определение усилия отрезки

,

где - коэффициент, учитывающий состояние режущих кромок ножей пресс - ножниц. изменяется от 1,0 для острых кромок до 1,7 для затупленных, принимаем =1,5;

- площадь среза прутка, ;

- предел прочности материала в нагретом состоянии, МПа. По таблице 8 [1]для температуры нагрева и предела прочности в холодном состоянии (для стали 40Х составляет 500 МПа согласно исходным данным) Принимаем =45 МПа.

Тогда:

.

2.11.2 Выбор модели ножниц для резки проката

Модель ножниц для резки проката выбираем по таблице 9 [1]в зависимости от полученного значения усилия отрезки таким образом, чтобы выполнилось условие:

.

Принимаем модель ножниц - НБ 1429.

2.11.3 Выбор модели штамповочного молота

Энергия удара штамповочного молота должна быть достаточна для деформирования заготовки в штампе. Для этого необходимо выдержать соответствие запасённой энергии при подъёме подвижной части молота грации масс поковок так, чтобы энергия удара не тратилась в холостую при малой массе поковки и завышенной мощности молота, и наоборот, чтобы не выполнялись лишние движения при эксплуатации маломощного молота с крупногабаритной поковкой.

Массу падающих частей молота принимаем по таблице 10 [1]в зависимости от массы поковки. =3,1 кг принимаем массу 15 т.

Полученная масса падающих частей служит критерием для подбора модели молота (таблица 11 [1]).

Принимаем модель штамповочного молота - М 2143.

3. Расчет режимов резания при механической обработке стакана

3.1 Определение глубины резания

Глубина резания при черновой и чистовой обработке (за один рабочий ход) соответственно равна:

;

,

где - припуск на черновое обтачивание;

- припуск на чистовое обтачивание.

Шероховатость поверхности Ra=12,5…50 мкм можно получить в результате чернового обтачивания поверхности. В этом случае , где - общий припуск на механическую обработку. Шероховатость поверхности Ra=0,8…2,5 мкм получается в результате сначала черновой, а затем чистовой обработки:

.

Снятие припуска за один рабочий ход не всегда возможно. В этом случае число рабочих ходов принимаем по таблице 5 [2] в зависимости от параметра шероховатости, жесткости технологической системы и общего припуска.

Тогда глубина резания при черновой обработке:

.,

где i - число рабочих ходов (таблица 5 [2]). Принимаем i =1.



3.2 Назначение подачи суппорта на один оборот детали

Предварительное значение подачи:

.

где - табличные значения подачи (принимаются по таблице 6 [2]).

- обобщенный поправочный коэффициент,

.

Здесь - коэффициенты, учитывающие состояние обрабатываемой поверхности, свойства материала инструмента, жесткость технологической системы, форму и вид обрабатываемой поверхности, влияние закалки, обрабатываемости материала при назначении подачи (таблица 7 [2]).

Тогда:

.

Окончательное значение подачи (паспортное значение - по таблице 2 [2]) должно быть принято близким или равным , т.е. .

Тогда: = 0,25 .

3.3 Назначение скорости резания

Теоретическая скорость резания:

,

где - табличные значения скорости резания, принимаются по таблице 8 [2]в зависимости от подачи и глубины резания, =192

- коэффициенты, учитывающие условия резания (таблица 9 [2]).

- обобщённый поправочный коэффициент при назначении скорости резания,

.

где - коэффициенты, учитывающие: свойства материала инструмента, влияние угла в плане, жесткость технологической системы, влияние закалки и смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ), обрабатываемость материала (таблица 10 [2]).

Т - период стойкости резца, для резцов, оснащённых пластинами из твердого сплава Т=90мин.

Тогда:

.

Отсюда:

.

3.4 Расчет частоты вращения по принятой скорости резания

.

Из частот вращения станка (таблица 2 [2]) выбираем ближайшую наименьшую частоту вращения: .

Тогда,

3.5 Действительная скорость резания

Определение действительной скорости резания:

.

3.6 Мощность резания

Определение мощности резания и сопоставление ее с мощностью электродвигателя станка

,

где - условная расчетная мощность (таблица 11 [3]);

- коэффициент, характеризующий обрабатываемый материал (таблица 12 [2]).

После расчета следует сравнить полученную мощность резания с мощностью электродвигателя станка по условию:

.

Получаем: 3,04 кВт7,5 кВт.

3.7 Определение основного технологического времени при точении

.

где i - число рабочих ходов;

- расчётная длина рабочего хода, мм,

.

Здесь - путь врезания резца,

= t * ctg;

- пробег резца, .



4. Разработка технологического процесса термической обработки стакана

4.1 Предварительная термическая обработка

В качестве предварительной ТО рекомендуется применить нормализацию. (Нормализацию используют для поковок из низко- и среднеуглеродистых сталей и низколегированных сталей).

4.1.1 Температура нагрева

Температура нагрева при ТО выбирается в зависимости от её вида (рис. 1 [4]) на основе справочных данных.

Сталь 40Х, количество углерода составляет 0.36-0.44 %, тогда нормализацию следует проводить при температуре 830.

4.1.2 Продолжительность процесса предварительной ТО

Общая продолжительность процесса ТО (.) складывается из двух составляющих - времени нагрева до заданной температуры () и времени выдержки при этой температуре (

.

Величина зависит от нагревающей способности среды, от размеров, формы деталей и от способа их укладки в печи. Расчёт проводят по следующей формуле:

.

где - минимальный размер максимального сечения, мм;

- коэффициент среды, (для газа);

- коэффициент формы, = 2 (для цилиндра);

- коэффициент равномерности нагрева, =1 (для всестороннего нагрева).

Тогда,

По данным для принимается 1 мин. для углеродистых сталей и 2 мин. для легированных на 1 мм. сечения.

Отсюда,

Тогда,

4.2 Окончательная термическая обработка

Окончательную ТО выполняют после основных операций механической обработки перед обработкой абразивным инструментом. Выбор окончательной ТО определяется показателями требуемых свойств материала детали.

Высокая твёрдость и прочность материала достигается закалкой и низким отпуском.

4.2.1 Температура нагрева при отпуске

Температура нагрева при отпуске определяется с учетом той твердости, которую необходимо получить в результате окончательной ТО (рис. 2 [4]).

У данной стали твердость (HRC) равна 60, тогда

4.2.2 Продолжительность процесса окончательной ТО

Расчёт продолжительности процесса окончательной ТО ведётся по формуле:

,

где N - коэффициент, зависящий от температуры отпуска, (N=10 мин).

a - коэффициент, зависящий от способа нагрева, ;

H - условная толщина изделия, мм.

Значение коэффициентов N, a приведены в таблице 1 [4].

Условная толщина изделия (Н) определяется по формуле:

,

где S - фактическая средняя толщина, (S=D=110 мм).

- коэффициент формы. (таблица 2 [4]),

- для цилиндра равен 1.

Отсюда,

Тогда,



Заключение

В данном курсовом проекте был спроектирован технологический процесс механической обработки детали "Стакан". Был выбран наиболее экономичный метод получения заготовки - горячая объёмная штамповка. При штамповке достигается необходимая точность и качество поверхностей заготовки. Разработанные этапы механической обработки позволяют за минимальное число операций обработать деталь до получения необходимого качества поверхности. Также за счет назначения наименьших припусков идет ресурсосбережение. Таким образом, достигнута главная цель курсового проекта - спроектировать технологический процесс изготовления детали "стакан" заданного качества и при минимальных затратах труда и материальных средств.



Список использованных источников

1. Расчетная работа №2 "Проектирование технологического процесса горячей объёмной штамповки".

2. Расчетная работа №3 "Расчет режимов резания при токарной обработке детали".

3. Малинен П.А. Основы проектирования технологического процесса изготовления детали. - Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ, 1998. - 32 с.

4. Малинен П.А., Казачков О.В. Разработка технологического процесса термической обработки деталей и инструментов. - Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ, 1994. - 36 c.

5. Марочник сталей и сплавов /Под ред. В.Г. Сорокина. - М.: Машиностроение, 1989. - 640 с.

Размещено на Allbest.ru