Реферат: Технология Конструкционных Материалов
МинистерствоОбразования Российской ФедерацииВоронежский Государственный ТехническийУниверситетКафедраСварочного Оборудования и Технологии Сварочного ПроизводстваКурсовая работа по «Технология Конструкционных Материалов»Группа: ПМ-971
Выполнил: Муранов В.А.
Принял: Зенин В.В.
Воронеж
1999 год
Оглавление.
1. Введение.
2. Описание конструкциидетали.
3. Выбор заготовки.
4. Сталь 45
5. Размеры заготовки.
6. Разработка маршрутнойтехнологии
7. Технологический процесс.
8. Расчёт режимов центробежноголитья и резанья, основного технологического времени.
9. Литература.
Введение.Основнымизадачами российской промышленности являются более полнолное удовлетворениепотребностейнародного хозяйства высококачественной продукцией, обеспечениетехнического перевооружения и интенсификации производства во всех областях.
Поставленныезадачи должны решать высококвалифицированные инженеры-машиностроители, вдеятельности которых применение на практике технологических наук имеет оченьбольшое значение.
Вданной работе мы рассматриваем лишь небольшую часть основных процессовизготовления детали на примере втулки. Описаны основные параметры этой детали,технические характеристики материала, из которого она изготавливается. Способполучения и расчёта режимов резания технологических процессов, таких какфрезерование, протягивание, сверление и резьбонарезание. А также рассчитаноосновное технолгическое время изготовления данной детали.
/> /> /> /> /> /> /> /> /> <td/>Деталь — втулка. Сталь45Х.
Описаниеконструкции детали.
Дано— втулка. Изготавливается из сортового проката круг />.Материал детали Сталь 45Х (данные по этой стали приведены ниже); определяетсяГОСТом 1050-74. Вид проката, из которого изготавливается деталь, — круггорячекатный повышенной и нормальной точности с постоянной характеристикойпоперечного сечения; диаметр — 80мм. Определяется ГОСТом 2590-71. Внутреннийдиаметр проката — 25мм.
Втулкаконструктивно представляет собой вал с отверстием.
Втулка— тело вращения. Из требований предъявляемых к шероховатости обрабатываемыхповерхностей можно сделать вывод, что поверхности, обрабатываемые по 6-омуклассу точности (RA=2,5) являются остновными, то есть по ним присходит соединениевтулки с другими деталями.
Втулкув основном изготавливают из конструкционных и легированных сталей, отвечающихтребованиям высокой точности, хорошей обрабатываемости, малой чувствительностик конструкционным напряжениям, повышенной износостойкостью.
Втулкаработает без смазки; нагрузки, действующие на неё, передаются черезтриотверстия диаметром 5мм. При помощи этих отверстий втулка крепится к корпусу, аотверстие диаметром 30мм используется для вала, который передаёт вращательноедвижение.
Детальдостаточно технологична, допускает применение высокопроизводительных режимовобработки, имеет хорошие базовые поверхности и проста по конструкции.Расположение крепёжных отверстий допускает многоинструментальную обработку.Поверхности вращения могут быть обработаны на многошпиндельных станках.
Выбор заготовки.
Привыборе заготовки учитывают:
тип производства; материал заготовки; конфигурацию; размеры; элементы детали.Данная деталь — втулка — изготавливается штамповкой нагоризонтально-ковочных машинах (ГКМ). Штамповка на ГКМ является одним из самыхпроизводительных 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 ГКМрасчитывается по формуле:
/> <td/> />где Dnk — диаметр поковкив 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, определяетсявысотой неровностей и дефектным слоем (Rz+T)=1.5мм
Кривизна DК (мкм/мм) для поковок диаметром 85мм, обработанныхковкой, 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 послеобтачивания:
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 (ГОСТ1050-74). Приведём особенности этой стали.
Материал заготовки.Сталь 45Х.
Заменитель— стали: 40Х, 50Х, 45ХЦ, 40ХГТ, 40ХФ, 40Х2АФЕ.
Видпоставки:
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 которымпредъявляются требования повышенной твёрдости, износостойкости, прочности иработающие при незначительных ударных нагрузках.
Температура критическихточек, 0С
АС1
АС3(АСm)
r3(АrCm)
Ar1
MH
735 770 690 660 355Химичекийсостав (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 %Ударнаявязкость, КСИ, Дж/см2
Температура, 0С
+20 — 40 — 80 55 51 39
Механическиесвойства.
Г
О
С
Т
Состояние поставки, режимы термообработкиСечение,
мм
/>КП
s0.2 sВ d3 y
КСИ
Дж/см2
HB, не более 4543-71Пруток. Закалка 8400С, масло.
Отпуск 5200С, вода или масло
25 - 830 1030 9 45 49 - 8479-70 Поковки, нормализация.До 100
300-500
500-800
315315
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 …нормализацияДо 100
100-300
300-500
345345
345
345
590
590
590
18
17
14
45
40
38
59
54
49
174-217
174-217
174-217
…закалка, отпуск500-800
100-300
300-500
395345
395
395
590
615
615
12
15
13
33
40
35
39
54
49
174-217
187-229
187-229
100-300
300-500
440440
440
635
635
14
13
40
35
54
49
197-235
197-235
До 100
100-300
490490
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 59 248-293s-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
774106
sВ=1590 МПа
5885×106
sВ=1150 МПа
588 -Закалка 8300С, масло; отпуск 5750С
/> <td/> />Технологическиесвойства.
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. Обрабатываемостьрезанием — в горячекатном состоянии при НВ 163-168,sВ=610МПа,Кvтв.спл.=1.20,Кvб.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 33Закалка 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 24.5-34.5Твёрдость
для полос прокалива-емости, HRC
Количество мартенсита, % Критический диаметр, мм В воде В масле50
95
33-60
21-36
20-38
12-14
/> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />Размеры заготовки.
/>
Разработка маршрутной технологии.
При разработке маршрутной технологии руководствуютсяследующими принципами:
1. В первую очередь обрабатывают те поверхности,которые являются базовыми при дальнейшей обработке.
2. Затем обрабатывают поверхности с наибольшимприпуском.
3. Далее выполняют обработку поверхностей снятияметалла, которая в наименьшей степени влияет на жёсткость детали.
4. К началу техпроцесса необходимо относить теоперации, 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, сверлильныйстанок, 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. выборзаготовки).
Протягивание:
Операция 010.
Производится на горизонтально-протяжномстанке, протяжкой для внутреннего протягивания, выполненной из быстрорежущейстали Р9К15 II типа.
/>
Рис.2 Протягивание.
1. Снять деталь.
2. Установить протяжку.
3. Установить деталь и протяжку.
4. Протянуть отверстие 3.
/>
Растачивание:
Операция015. Производится на токарно-винторезном станке 1А616 прямоугольным расточнымрезцом 6´10мм, закреплённым в радиальном суппорте планшайбы,ГОСТ 10046-72.
1.Снятьи установить деталь.
2.Подобратьрезец.
3.Пройтизаготовку с одной стороны до диаметра 49мм (начерно) на 28мм.
4.Развернутьзаготовку другой стороной.
5.Пройти заготовку с этой стороны до диаметра 59мм (начерно) на 20мм.
6.Развернутьзаготовку другой стороной.
7.Пройтизаготовку с этой стороны до диаметра 50мм (начисто) на 28мм.
8.Развернутьзаготовку другой стороной.
/>9. Пройти заготовку с этой стороны до диаметра 60мм (начисто) на 20мм.
Сверление:
Операция 020. Производится на настольно-сверлильномстанке 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-сверлильномстанке 2Н106П, гайконарезной головкой.
/>
1. Снять и установить деталь.
2. Установить головку.
3. Нарезать резьбу 5r1 начистона глубину 15мм.
4. Повторить операцию для остальных отверстий.
Фрезерование:
Операция 030. Производится на вертикально-консольномфрезерном станке 6Н104, наборной торцовой фрезой с зубьями из быстрорежущейстали 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 поверхностис фрезой диаметром 120мм.
5. Фрезеровать поверхности 1, 2 и 3 начисто.
Расчёт режимов резания и основноготехнологического времени.
1. Расчитываем режимрезания и основное технологическое время операции 010 — протягивания.
Режим резания.
Параметршероховатости 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 45Хотносится 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 условияработы.
Для S0= 0.7 мм и g = 20°, q0 =14.19 кгс/мм.
Кpм = 1, Кp0= 1, Крр=1, Кpn= 1.
Slp=pDzp/zc, где D = 30 мм — наибольший диаметр зубьев протяжки, zp<sub/>— числозубьев, одновременно участвующих в работе, zc<sub/>— числозубьев в секции.
zp= l/t0+ 1, где l — длина протягиваемой области, t0— шаг черновых зубьев;
zp<sub/>=65/12 +1 = 6.42
Slp= pDzp/zc = 3.14·30·6.42/2 = 302.4 мм
Сила резанья:
P= q0SlpКpм Кp0КppКpn = 14.19·302.4·1·1·1·1=4291 нгс
В единицах СИ P =65361 H
Скорость гланого движения дляшпинделя протяжек первой группы обрабатываемости крупносерийного производства V = 6м/мин. Поправочный коэффициент на скорость KVu=1(так как Р18).
Определяемскорость гланого движения резания, допустимую мощность электродвигателя станка(станок 7Б 510, Nд= 17кВт).
Vдоп=65·102Nдh/p,где h=0.85
Vдоп=65·102·17·0.85/4291= 22.3 м/мин
Такимобразом, V £ Vдоп (6 £ 22.3). Следовательно принимаем скорость главногодвижения резания V = 6 м/мин.
Основноевремя:
/>, где Lpx — длина рабочего хода протяжки: Lpx<sub/>= ln+ l + lдоп=870-265+65+50 = =720мм;
K1 — коэффициент, учитывающий обратный ускоренный ход,
К1=1 + V / Vох =1+6/20 = 1.3;
i – числорабочих ходов (одна заготовка i=1);
q — числоодновременно обрабатываемых заготовок, q=1.
Такимобразом T0=720·1.3·1/(1000·6·1) = 0.16 мин
2. Расчитываемрежимы резания и основное технологическое время операции 015 — растачивания.
Натокарно-винторезном станке 16Б16П растачивают отверстие диаметром d=30ммдо диаметра D=60мм, длиной 20мм. Параметр шероховатости выбраннойповерхности Ra= 1.6мкм. Материал заготовки сталь 45Х, sв=67кгс/мм2. Заготовка штампованная с предварительно обработаннойповерхностью.
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 принятьориентировочно V>100 м/мин рекомендуется S0=0.2..0.25 мм/об. Корректируем подачу по данным станкаS0=0.25мм/об.
Определяем скорость главногодвижения резания.
Для sв=67кгс/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 вращенияшпинделя по паспортным данным станка:
действительная частота: nд=1250 мин-1.
Действительная скоростьглавного движения резания:
Vд=pDnд /1000 = 3.14×60×1250/1000=235 м/мин » 5 м/с
Основное технологическоевремя.
T0=Li/nS0
i=1; длина раб.хода резца L=20мм; n=1250мин-1;S0=0.25мм/об
T0=20×1/(1250×0.25) = 0.05мин.
Поворачиваем деталь другойстороной 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 технологическоевремя.
T0=Li/nS0
i=1; длина раб.хода резца L=28мм; n=1600мин-1;S0=0.25мм/об
T0=28×1/(1600×0.25) = 0.07мин.
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=67кгс/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 вращенияшпинделя по паспортным данным станка:
действительная частота: nд=800 мин-1.
Действительная скоростьглавного движения резания:
Vд=pDnд /1000 = 3.14×55×800/1000=138м/мин » 2.3 м/с
Основное технологическоевремя.
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 технологическоевремя растачивания:
T0=0.07+0.05+0.015=0.135мин
3. Расчитываем режимрезания и основное технологическое время для операции 020 — сверления.
Глубина сверления— 20мм. Выбираем сверло диаметром 4.8мм с рабочей частью из стали Р18. Углысверла: 2j = 118°, 2j0= 70°, y = 40…60°; при стандартнойзаточке y = 55°, a = 11°. Принимаем w=24..32°. Возьмём w=25°.
Присверления стали с sВ £ 80 кгс/мм2 свёрлами диаметров от 2 до 6 мм подача
S0=0.08 – 0.18 мм/об. Принимаем средние значениядиапазона S0=0.13мм/об.
Основноевремя:
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, трёхотверстий — 0.75 мин.
4. Режим резания иосновное 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.
Длястали с sВ = 71…79кгс/мм2 Vтабл=67м/мин. Поправочные коэффициенты не учитываем, тогда Vu=Vтабл= 67 м/мин (» 1.1 м/с).
Частотавращения шпинделя станка, соответствующая найденной скорости главного движениярезания n = 1000Vu<sub/>/(pD) = 1000·67 /(3.14·4.8) = 918 мин-1.
Действительнаяскорость главного движения резания :
VD<sub/>= (pDn/1000) = 13.8м/мин (» 0.23 м/с).
Основноевремя:
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.
Основноевремя T0= 0.012мин, для трёх отверстий: T0= 0.036мин
5. Расчитываем режимрезания и основное технологическое время операции 030.
Режим резания:принимаем наборную торцовую фрезу, оснащённую пластинами из твёрдого сплаваТ15К6. Диаметр D фрезы принимаем D = 110мм счислом 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<sub/>=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 наскорость для стали с
sВ = 57ктс/мм2, КМv<sub/>= 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 вращенияшпинделя, соответствующая найденной скорости гланого движения резания: />.
Корректируемпо данным станка и устанавливаем:
n0 = 71 мин-1.
Действительнаяскорость главного движения резания:
/>
Определяемскорость движения подачи:
vs<sub/> =SM = Sz<sub/>z n0= 0.1·4·71 = 28.4 мм/мин.
Принимаемдействительную скорость подачи vs = 28 мм/мин. Основное время:
/>
Итак, частота вращения шпинделя:69мин-1; скорость подачи: 28.4 мм/мин.
Общее время дляобработки двух торцов: 1 минута.
Основное технологическое время изготовления всейдетали:
T0= 0.135 + 0.16 + 0.75 + 0.036 + 1 = 2.081 мин
Литература
1.Курсовое проектирование по технологии машиностроения. Минск, «Высшая школа»,1975.
2.Нефедов Н. А., Осипов К.А. Сборник задач и примеров по резанию металлов ирежущему инструменту. 5–е изд., перераб. и доп. — М: «Машиностроение», 1990.
3.Общемашиностроительные нормативы времени вспомогательного, на обслуживаниерабочего места и подготовительно–заключительного для технического нормированиястаночных 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. Том1,2. Под ред. А.Н. Малова. М. «Машиностроение», 1972.
6.Технология конструкционных материалов. Учебник для вузов. М. «Машиностроение»,1977.