3 Разработка технологического процесса изготовления заготовки листовой штамповкой

Изготовить деталь рис. 2 листовой штамповкой.

3.1 Исходные данные

90

6,5

6

1,8

Рисунок 3 – Эскиз детали.

Для изготовления детали (рис. 3.4) – исходная заготовка – листовой прокат (из табл. А.1) необходимо: разработать маршрут изготовления детали; рассчитать мощность необходимую для выполнения разделительных операций; выбрать оборудование; рассчитать размеры заготовки для изготовления детали; рассчитать усилие формообразующей операции и операций вырубка и пробивка.

3.2 Разработка маршрута изготовления детали листовой штамповкой

005 Отрезка.

Ножницы гильотинные.

010 Отрезка.

Ножницы гильотинные.

015 Вытяжка.

Пресс 160 т ПД 476. Штамп Ж3 810.090.

020 Вырубка.

Пресс 10 т К 2320. Штамп Ж3.102.889.

025 Пробивка.

Пресс 10 т К 2320. Штамп Ж3.805.689.

3.3 Расчет мощностей для выполнения разделительных операций

Отрезка – разделительная, заготовительная операция получения заготовок из листового проката в виде полос. Для отрезки выберем ножницы с наклонными (гильотинные) ножами. Качество резки зависит от заточки ножей и от зазора z между ними. Для расчета – зазор z из табл. А.2 .

а) Мощность, необходимая на выполнение разделительных операций

определяется по формуле (кВт): кВт

где A – работа резки за один ход (Н ^. мм),

n – число ходов ножа в минуту (ход/мин),

η – коэффициент полезного действия ножниц η = 0,75.

б) Работа резки за один ход определяется по формуле (Н^.мм):

А = Р ^. Н=34116.9,*27.59=940602.9 Н*мм

где Р – усилие резки (Н);

Н – раскрытие ножниц (мм).

в ) Усилие резки Р определяется по формуле (Н):

Н

где S – толщина материала (м); σ_вср = 0,8 ^. σ_в (МПа);

К – коэффициент, учитывающий заточку ножей К = 1,75;

α – угол реза (угол раскрытия ножниц), град. (табл. А.2).

г) Раскрытие ножниц Н определяется по рис. 5 (на рисунке указываются размеры варианта) и формуле (мм):

Н = а + b=4+23.57=27.57мм,

где а = S + z=2,5+1,5=4 мм;

z – зазор между ножами равен 0,6S (мм) (табл. ).

b = L^. tgα=500*0,0438=23.57 мм,

где L – длина реза (наибольшая ширина разрезаемого металла), мм (табл. А.2).

3,17

27.57

23.57

4

2.5

500

Рисунок 3.1 – Схема резки на ножницах с наклонными (гильотинными) ножами

3.4 Выбор оборудования

По рассчитанной мощности, выбираем модель ножниц с наклонными ножами (гильотинные) (из табл. Б.1).

Характеристика	Модель ножниц
	НБ3314
Наибольшая толщина разрезаемого листа S, мм	2.5
Наибольшая ширина разрезаемого листа, мм	1600
Число ходов ножа в минуту	65
Мощность основного привода, кВт	3

3.5 Расчет размеров заготовки для выполнения формообразующей операции

Вытяжка – формоизменяющая операция для изготовления детали заданной конфигурации из листового материала.

а) Определение размеров заготовки под вытяжку.

Поверхность заготовки при вытяжке изменяется незначительно и размеры заготовки можно определять из условия равенства поверхности детали (по средней линии) и площади плоской заготовки (рис. 3.6).

Определение диаметра заготовки изделия при вытяжке выполняем по рис. 3.6 и формуле:

мм

В формуле диаметры: d₂ = D; d₃ = D₂; (D, D₂ по варианту задания табл. А.1). Размеры d₁ и f – рассчитываются.

f =H/cos9◦=81

Из треугольника следует, что tg9◦=х/Н, отсюда х=Н*tg9◦=80*0,16=12,8

d₁ = d₂ -2*x=105-2*12.8=79,4 мм

105

135

9^о±1^о

90

81

_79,4

Рисунок 2.5 – Эскиз для определения диаметра заготовки изделия при вытяжке

3.6 Расчет усилия для выполнения формообразующей операции

Чтобы сжимающие напряжения во фланце не привели к потере устойчивости (образованию складок), применяем прижим.

Величина усилия для подбора пресса при вытяжке определяется по формуле, МН:

P_пресс = π ^.D ^. S ^. σ_в ^. K + q ^.F_пр=

=3,14*188,15*2.7*1,2*460+0,3*5652=882210,5 Н ≈0,9МН

где D – диаметр заготовки под вытяжку, м;

q = 0,3 МН/м² – удельное усилие вытяжки, (для углеродистой стали);

F_пр – площадь контакта прижима и заготовки в начальный момент вытяжки, м².

F_пр= (d₃² – d₂²) = 0,785(135² – 105²) = 5652 м²

3.7 Расчет усилия при вырубке и пробивке

При вырубке и пробивке в штампах с параллельными режущими кромками усилие определяется по формуле, кН:

кН

г де π ^. D – длина окружности (периметр вырубаемого контура или пробиваемого отверстия, размеры диаметров по рис.5 и табл. А.1), в м;

s – толщина материала (по рис. 3.4 и табл. А.1) в м;

σ_ср – удельное сопротивление среза в МПа ( σ_ср = 0,8 ^. σ_в);

K = 1,2 – коэффициент запаса, учитывающий влияние притупления режущих кромок и колебание изменения механических свойств вырубаемого материала.

4 Разработка технологического процесса механической обработки заготовки

4.1 Исходные данные

Годовой объем выпуска деталей Вал – 180000 шт.

Данные по детали: Рабочий чертеж на рис. 1.

Рисунок 4.1 – Чертеж детали

1. HRC 41... 45.

2. Неуказанная шероховатость поверхностей Ra = 12,5 мкм.

3. Материал детали – сталь 45 ГОСТ 1050.

4. Масса детали –19,3 кг.

m=ρ*V, где ρ=7,85 г/см³

V₁=V₂= H*S= H*(π*d²)/4= 7*(3,14*9²)/4=445,09 см³

V₃= H*(π*d2)/4=20*(3,14*10²)/4=1570 см³

Vобщ=2*V₁+V₃=2*445,09+1570=2460,19см³

M=7,85*2460,19=19312,5 г ≈ 19,3 кг

4.2 Анализ изготавливаемого изделия

Деталь – вал, относится к группе цилиндрических изделий. Основное предназначение вала – передавать крутящий момент. Данный вал ступенчато-переменного сечения (имеет 3 ступени) и изготавливается из конструкционной среднеуглеродистой стали. Рабочие поверхности вала подвергают закалке.

Вал жесткий, так как отношение L к D равно 340/100=3,4 < 12.

Материалы для изготовления вала – сталь 45 ГОСТ 1050.

4.3 Анализ технологичности детали

Анализ рабочего чертежа детали вал позволяет сделать следующие заключения:

– основными конструкторскими базами является ось детали и торец, от которых заданы размеры;

– двустороннее расположение ступеней с равномерным перепадом диаметров не затрудняет процесс обработки. Изделие технологично.

4.4. Анализ материала детали:

Материал детали – Сталь 45 ГОСТ 1050.

Таблица 1– Химический состав материала

Марка стали	C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	Cu	As
45 ГОСТ 1050	0,42 - 0,45	0,17 - 0,37	0,5 - 0,8	до 0,25	до 0,04	до 0,035	до 0,25	до 0,25	до 0,08

Таблица 2– Механические свойства материала

Режим термообработки			Твер- дость, НВ	Времен- ное сопро-тивление разрыву, σв, МПа	Отно-ситель- ное удли-нение, δ, %	Ударная вязкость, αн, Дж/см2	Предел теку-чести, σт, МПа
Операция	Т, °С	Охлаж- даемая среда
Закалка	840- 880	Вода или масло	193	610	16	49	363
Отпуск	600	на воздухе

Таблица 3 – Технологические свойства материала

Свариваемость:	удовлетворительная
Интервал температур ковки, оС	800-1250
Пластичность при холодной обработке	удовлетворительная
Обрабатываемость резанием	высокая
Обработка давлением	удовлетворительная

4.5 Определение типа производства

Тип производства: крупносерийное, так как масса детали 19,3 кг, а объем выпуска – 18000 шт.

5 Выбор способа получения заготовки

В крупносерийном производстве заготовки для детали «Вал» получают из сортового крупного проката нормальной точности или штамповкой.

5.1 Назначение припусков и допусков на заготовку из проката для изготовления ступенчатого вала по рис. 4.1

Маршрут обработки:

1. Обтачивание черновое.

2. Обтачивание чистовое.

3. Шлифование: предварительное (черное).

4. Шлифование: окончательное (чистовое).

За основу расчета промежуточных припусков принимается наружный максимальный диаметр детали 100f7. Согласно точности f7 и шероховатости Ra1,6 поверхности Ø100 обрабатываемой детали определяются промежуточные припус­ки. При точении черновом припуск на обработку составляет 7 мм, при точении чистовом припуск 2 мм, на шлифовальную однократную обработку 0,7 мм.

5.1.1 Расчет размера заготовки прокат

По расчетным данным выбирается необходимый размер горячекатаного проката обычной точности по ГОСТ 2590.

Диаметр проката 110 (+0,6; –1,7) сталь 45 ГОСТ 1050:

.

Нормальная длина проката стали обыкновенного качества при диаметре 53 … 110 мм 4…7 м.

5.1.2 Припуски на подрезку торцовых поверхностей заготовки (Ø100 мм, длина 340 мм) 1,2 мм на сторону. Припуск на обработку двух торцовых поверхностей заготов­ки равен 2,3 мм.

5.1.3 Общая длина заготовки

,

где L_д – номинальная длина детали по рабочему чертежу, мм;

Z_т – припуск на подрезку торцовой поверхности, на сторону, мм.

5.1.4 Предельные отклонения на длину заготовки

При разрезке проката на ножницах точность резки 17-ый квалитет, Исходя из предельных отклонений 17-го квалитета ± 2,85 мм (для размера 342,4 мм) максимальная длина заготовки 342,4 + 2,85 = 345,25 мм (L_з.max = 345,25 мм).

5.1.5 Объем заготовки определяется по плюсовым допускам

где – длина проката (заготовки) с плюсовым допуском, см;

D_з.п. – диаметр заготовки по плюсовому допуску, см.

4.6.1.6 Масса заготовки прокат

5.1.7 Выбор оптимальной длины проката

5.1.7.1 Потери на зажим заготовки l_заж принимаются равными 80 мм.

5.1.7.2 Длина торцового обрезка проката (заготовка отрезается на ножницах):

l_об = (0,3 ÷ 0,5) d = 0,3 ^. 110 = 33 мм

где d = 90 мм –диаметр сечения заготовки:

5.1.7.3 Число заготовок, исходя из принятой длины проката по стандарту

1) Из проката длиною 4 м:

Получаем 11 заготовок из данной длины проката.

2) Из проката длиною 7 м:

Получаем 19 заготовки из данной длины проката.

5.1.7.4 Остаток длины (некратность) в зависимости от принятой длины проката

1) Из проката длиною 4 м:

L_нк4 = L_пр – l_об – l_заж – (L_{з max} ^. x₄) = 4000 – 33 – 80 – (345,25 ^. 11) = 89,25 мм.

В процентах:

П_нк4 = (L_нк4 ^. 100) /L_пр = (89,25 ^. 100) / 4000 = 2,23 %.

2) Из проката длиною 7 м:

L_нк7 = 7000 – 33 – 80 – (345,25 ^. 19) = 327,25 мм

В процентах:

П_нк7 = (327,25 ^. 100) / 7000 = 4,6 %.

Вывод: Из расчетов на некратность следует, что прокат длиною 4 м для изготовления заготовок более экономичен, чем прокат длиною 7 м.

5.1.8 Потери материала на зажим при отрезке по отношению к длине проката составят:

П_заж = (l_заж ^. 100) L_пр = (80 ^. 100) / 4000 = 2 %.

5.1.9 Потери материала на длину торцевого обрезка проката в процентном отношении к длине проката составят:

П_о.т = (l_об ^. 100) / L_пр = (33 ^. 100) / 4000 = 0,825 %.

5.1.10 Общие потери (%) к длине выбранного проката:

П_п.о. = П_н.к. + П_от + П_заж = 2,23 + 0,825 +2 = 5,05 %.

5.1.11 Расход материала на одну деталь с учетом всех технологических неизбежных потерь:

G_з.пр. = G_з (100 + П_п.о.) / 100 = 26(100 + 5,05) /100 = 27,3 кг.

4.6.1.12 Коэффициент использования материала:

К_и.м = G_Д / G_з.п.. = 19,3 /27,3 = 0,7.

5.1.13 Стоимость заготовки из проката:

С_м – стоимость 1 кг проката (13,4 руб.).

С_отх – стоимость одной тонны стружки (3200руб/т).

5.2 Пример назначения припусков и допусков на штампованную заготовку для изготовления ступенчатого вала по рис. 1.

Штамповочное оборудование: горизонтально-ковочная машина ГКМ.

Число переходов 2.

Нагрев заготовок индукционный.

5.2.1 Исходные данные детали

Материал – сталь 45 (по ГОСТ 1050: 0,42 – 0,45% С; 0,5 – 0,8% Mn; 0,17 – 0,37% Si).

Масса детали 19,3 кг.

5.2.2 Исходные данные для расчета

1) Масса поковки (расчетная) 25,09 кг [расчетный коэффициент К_р = 1,3

(19,3 ^. 1,3 = 25,09 кг).

2) Класс точности Т4.

3) Группа стали М2. Средняя массовая доля углерода в стали 0,45 % .

4) Степень сложности С1.

Степень сложности поковок, получаемых на горизонтально-ковочных машинах, допускается определять в зависимости от числа переходов: С1 – не более чем при двух переходах.

5) Определение исходного индекса.

Чис­ленную величину исходного индекса (ИН) определяем по формуле:

ИH = NI + (MS – 1) + (ST – 1) + 2(KT – 1)

где NI = 8; группа стали MS = 2 для М2; степень сложности поковки ST = 1 для CI; класс точности КТ = 4 для Т4). ИН = 8 + (2 – 1) + (1 – 1) + 2(4 – 1) = 15

Исходный индекс 15.

5.2.3 Назначение припусков на механическую обработку

Основные припуски на размеры назначаются на одну сторону номи­нального размера детали по табл. 13 ПРИЛОЖЕНИЕ 2, мм:

2,5 мм - диаметр 90 мм и шероховатость поверхности 0,8;

2,3 мм - диаметр 100 мм и шероховатость поверхности 1,6;

2,2 мм - толщина 70 мм и шероховатость поверхности 12,5;

2,6 мм - толщина 200 мм и шероховатость поверхности 12,5;

2,8 мм - толщина 270 мм и шероховатость поверхности 12,5;

2,8 мм - толщина 270 мм и шероховатость поверхности 12,5.

5.2.4 Размеры поковки, мм:

диаметр 90 + 2,5 ^. 2 = 95;

диаметр 100 + 2,3 ^. 2 = 104,6;

толщина 70 + 2,2 = 154;

толщина 200 + 2,6 ^. 2 = 205,2;

толщина 270 + 2,8 ^. 2 = 275,6.

5.2.5 Допускаемые отклонения размеров заготовки (по табл. 14 ПРИЛОЖЕНИЕ 2), мм:

диаметр 95 (+ 2,1; – 1,1);

диаметр 104,6 (+ 2,4; – 1,2);

толщина 154 (+ 3,0; – 1,5);

толщина 205,2 (+ 3,0; – 1,5);

толщина 275,6 (+ 3,3; – 1,7).

5.2.6 Эскиз (чертеж) на штампованную заготовку с техническими требованиями на изготовление на рис. 2.

1. HB 193... 217.

2. Степень сложности заготовки С1.

3. Группа стали M2.

4. Класс точности Т4.

5. Исходный индекс 15.

6. Радиусы закруглений внешних углов R = 4 мм.

7. Штамповочные уклоны 5°.

Рисунок 2 - Рабочий чертеж заготовки (поковка штампованная)

Эскиз (чертеж) поковки должен содержать все данные, необходимые для изготовления, контроля и приемки поковки, и выполняется в соответствии с требованиями стандартов ЕСКД. В основной надписи чертежа под наименованием детали пишут «Поковка штампованная».

Для выполнения эскиза (чертежа) поковки используют эскиз (чертеж) детали или его копию. Положение заготовки на эскизе (чертеже) должно соответствовать ее положению в процессе штамповки. Изображение детали на эскизе (чертеже) выполняется тонкими линиями.

При вычерчивании поковки учитываются припуски на механическую обработку и кузнечные напуски (штамповочные уклоны, внутренние радиусы закруглений, перемычки отверстий и др.) с указанием их размеров.

5.2.7 Определение массы штампованной заготовки выполняется по формуле:

G_з.ш. = V_з.ш. ^. γ

Для определения объема заготовки штампованной V_з.ш. рекомендуется условно разбивать фигуру заготовки на отдельные простые элементы и проставить на них размеры с учетом плюсовых допусков (рис. 3).

Сумма элементар­ных объемов составит общий объем заготовки. Принимая во внимание все потери материала (угар, облой, некратность, на отрезку и т.д.), в зависимости от метода получения заготовки определяют норму расхода материала на проектируемую деталь.

Рисунок 3 - Элементы заготовки для определения объема

1) Объем отдельных элементов заготовки: V₁, V₂ и V₃. Объем V₁ = V₃.

2 ) Общий объем штампованной заготовки:

3) Масса заготовки штампованной

G_з.ш. = γ ^. V_ш.з = 7,85 ^. 2957,7 = 23218 г =23,218 кг.

5.2.8 Неизбежные технологические потери (угар, облой и т.д.) при горячей объемной штамповке принимаются равными 10 %.

Расход материала на поковку с учетом технологических потерь П_т:

5 .2.9 Коэффициент использования материала на заготовку штампованную:

5.2.10 Стоимость заготовки штампованной

где С_м – стоимость 1 кг штамповки.

С_отх – стоимость одной тонны стружки.

6 Годовая экономия материала от выбранного варианта изготовления заготовки

7 Экономический эффект выбранного вида изготовления заготовки

Вывод: Технико-экономические расчеты показывают, что заготовка, полученная методом горячей объемной штамповки на горизонтально-ковочной машине, более экономична по использованию материала, чем заготовка из проката, однако себестоимость штампованной заготовки больше, поэтому принимается заготовка из горячекатаного круглого проката обычной точности.

8 Разработка маршрута обработки

Каждому методу обработки соответствуют достижимые точность получаемого размера и шероховатость поверхности, поэтому окончательная обработка поверхности подсказывается рабочим чертежом детали.

8.1 Технологический маршрут механической обработки разработан для поверхностей детали Ø100 и Ø90 f7 с точностью обработки 7-го квалитета и шероховатостью Ra 1,6 и Ra 0,8. Заготовка – прокат.

8.2 Маршрут обработки:

005 Токарная черновая.

010 Токарная черновая.

015 Токарная чистовая.

020 Токарная чистовая.

025 Контрольная.

030 Термическая НRC 41...45.

035 Шлифовальная однократная (черновая).

040 Шлифовальная однократная (черновая).

045 Контрольная.

8.3 Технологическая схема изготовления детали вал.

005 Токарная черновая.

Обтачивание поверхностей шеек вала с одной стороны и подрезание торцовых поверхностей ступеней вала. Технологическая база - центровые отверстия вала

010 Токарная черновая.

Обтачивание поверхностей шеек вала с другой стороны, а также подрезка обрабатываемых шеек вала. Технологическая база - центровые отверстия вала

015 Токарная чистовая.

Обтачивание поверхностей шеек вала под шлифование, и окончательная подрезка торцов ступеней вала (если отдельные торцы ступеней подлежат шлифовке, необходимо оставить припуск под шлифовку). Технологическая база - центровые отверстия вала

020 Токарная чистовая.

Обтачивание поверхностей шеек вала с припуском под шлифование, и окончательная подрезка торцов ступеней вала с другой стороны.

Технологическая база - центровые отверстия вала

025 Контроль промежуточный.

030 Термическая обработка HRC 41…45.

035 Шлифовальная.

Предварительное шлифование шеек вала в зависимости от требований чертежа по качеству поверхностей и точности обработки.

Технологическая база - центровые отверстия вала

040 Шлифовальная.

Окончательное шлифование поверхностей шеек вала согласно размерам по рабочему чертежу и шероховатостей поверхностей.

Технологическая база - центровые отверстия вала

045 Контроль окончательный.

9 Технологическое оснащение

К средствам технологического оснащения изготовления детали относят: станки; оборудование (прессовое, тер­мическое и др.); технологическую оснастку; режущие и вспомога­тельные инструменты (в том числе измерительные).

9.1 Оборудование для механической обработки деталей класса вал в серийном производстве.

005,010 Токарный многорезцовый полуавтомат 1А730, токарно-винторезный станок 16К20 ГОСТ 18097.

015,020 Токарный многорезцовый полуавтомат 1А730 или токарный многошпиндельный автомат 1Б240-6К.

025 Контрольный стол.

030 Печь.

035,040 Станок кругло-шлифовальный 3М150А, 3М153 ГОСТ 11654.

045 Контрольный стол.

9.2 Режущие и вспомога­тельные инструменты (в том числе измерительные), для операции токарной обработки ступенчатого вала в серийном производстве.

Наиболее характерной операцией для токарных станков является обточка цилиндрической поверхности, которая выполняется токарным проходным резцом. В зависимости от выполняемой операции, шероховатости поверхности, особенностей конфигурации детали токарные проходные резцы бывают: Прямые резцы, предназначенные для обработки цилиндрического валика, не имеющего буртика. Упорные резцы – для обтачивания участка валика определенной длины до упора в торец с подрезкой торца. Отогнутые резцы - могут выполнять две операции: подрезку торца при работе с поперечным перемещением и обточку цилиндрической поверхности этой же детали при работе с продольным перемещением. Широкие – для чистовой обточки с малой глубиной резания. На токарном станке резцами можно получить следующие поверхности: наружную цилиндрическую и коническую, цилиндрическую внутреннюю, резьбовую внутреннюю и наружную, фасочную, фасонную, сферическую, торцевую, кольцевую канавку, канавочную внутреннюю. Для получения вышеперечисленных поверхностей применяют следующие типы резцов: токарный проходной, упорный, подрезной, фасочный, канавочный отрезной, резьбовой, фасонный и расточный. Различают резцы: - проходные прямые (рис. 4, а), отогнутые (рис. 4, б), упорные (рис. 4, в) и широкие (рис. 4, г) для обтачивания наружных цилиндрических и конических поверхностей: подрезные (рис. 4, д) -для подрезания торцов заготовки; - отрезные (рис. 4, е) -для отрезания обработанной заготовки и протачивания кольцевых канавок; - расточные проходные (рис. 4, ж) и упорные (рис. 4, з) для растачивания сквозных и глухих отверстий; - фасонные стержневые (рис. 4, и), круглые (рис. 4, к) и призматические (рис. 4, л) для обработки фасонных коротких поверхностей с длиной образующей линии до 30...40 мм: - резьбовые - для нарезания наружных (рис. 4, м) и внутренних (рис. 4, н) метрических резьб. Резцы делят на черновые, получистовые, на правые и левые. Правые работают с подачей справа налево, а левые слева направо. По конструкции резцы подразделяют на цельные, с приваренной или припаянной пластиной режущего материала, со сменными пластинами. Широко применяют резцы с многогранными неперетачиваемыми пластинами (рис. 4, о). На рисунке 4, л показаны типы сменных многогранных режущих пластин.

Рисунок 4 - Токарные резцы

9.2.1 Приспособления.

Для установки и крепления заготовок валов, применяемых на токарных станках, приспособления можно разделить на приспособления для установки валов на центровых отверстиях для передачи вращательного момента от шпинделя и приспособления для крепления валов за опорные шейки.

К первой группе относят центры, поводковые патроны и люнеты. При обработке заготовок нежестких валов с L/D > 10 в качестве подводимых опор используют подвижные и неподвижные люнеты, которые крепят на каретке станка или станине.

Ко второй группе относят самоцентрирующие и несамоцентрирующие патроны, цанговые патроны и консольные оправки для крепления валов по наружным шейкам. Для наружного обтачивания валов на токарных станках применяют трехкулачковый самоцентрирующий патрон. Погрешность установки заготовок в этих патронах достигает 0,1 мм.

9.2.2 Инструменты для точения. Наружные цилиндрические поверхности обтачивают прямыми или отогнутыми проходными резцами. Для обработки нежестких валов применяют проходные упорные резцы. Обработку проводят с движением продольной подачи. Цилиндрические отверстия растачивают расточными резцами: сквозные – проходными, глухие упорными с движением продольной подачи. Обтачивают поверхности проходными резцами с движением продольной подачи. Обтачивание конических поверхностей с точным углом при вершине конуса проводят с помощью копировальной конусной линейки. Наружные конические поверхности обрабатывают способом поворота каретки верхнего суппорта на угол, равный половине угла при вершине обрабатываемого конуса. Резьбу на заготовках нарезают резьбовыми резцами. С поперечным движением подачи на токарно-винторезных станках подрезают торцы подрезными резцами, протачивают кольце- вые канавки прорезными резцами, обтачивают фасонные поверхности (с длиной образующей не более 30...40 мм) фасонными стержневыми резцами , отрезают готовые детали от заготовки отрезными резцами , что обеспечивает после отрезания чистый торец на детали.

9.2.3 Инструменты для контроля размера диаметра и шероховатости.

Штанген инструменты. Точные штангенинструменты широко распространены в инструментальном деле. Их применяют для измерения наружных и внутренних диаметров, длин, толщин, глубин и т. д. К числу точных штангенинструментов относятся штангенциркули с точностью отсчета 0,05 и 0,02 мм, штангенглубиномеры, штангензубомеры, штангенрейсмасы.

Приборы для контроля шероховатости: профилограф-профилометр, приборы светового сечения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В процессе выполнения курсовой работы произведено проектирование трех технологических процессов изготовления заготовок и технологического процесса обработки заготовки, а именно:

1) Разработка технологического процесса изготовления литой заготовки.

2) Разработка технологического процесса изготовления заготовки

листвой штамповкой.

3) Разработка технологического процесса изготовления заготовки сваркой.

4) Разработка технологического процесса обработки заготовки

В ходе проектирования получены умения и навыки решения практических задач, оформления текстовых документов, схем, чертежей деталей.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Технология конструкционных материалов: Учебник для студентов машиностроительных специальностей вузов. 6-е изд., испр. и доп. / А.М. Даль-ский, Т. М. Барсукова, А. Ф. Вязов и др. – М.: Машиностроение, 2005. – 592 с.

2. Марочник сталей и сплавов. 2-е изд., доп. и испр. / А. С. Зубченко, М. М. Колосков, Ю. В. Каширский и др. / Под общ. ред. А.С. Зубченко. – М.: Машиностроение, 2003. - 784с.: ил.

3. Тарасова Т.С. «Разработка технологического процесса механической обработки детали вал в условиях серийного производства» Методические указания к выполнению ОргСРС. Приложения. [Электронный ресурс]: методическое указание / Т.С. Тарасова//Сборник «Методические указания» Выпуск 2. - Электрон. текстовые дан.(1 файл: 1,28МБ) - Волжский: ВПИ (филиал) ВолгГТУ, 2013. – Систем. требования: Windows 95 и выше; ПК с процессором 486 +; CD-ROM.

4. Тарасова, Т.С. Методические указания к выполнению практических занятий по дисциплине «Технологические процессы в машиностроении» [Электронный ресурс] : методические указания / Т.С. Тарасова// Сборник «Методические указания» Выпуск 2. – Электрон. текстовые дан. (1файл : 7824 Kb). – Волгоград : ВПИ (филиал) ВолгГТУ, 2011. – систем. требования : Windows 95 и выше ; ПК с процессором 486+ ; CD-ROM.

5. Тарасова, Т.С. Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Технология конструкционных материалов» [Элек-тронный ресурс] : методические указания / Т.С. Тарасова// Сборник «Методические указания» Выпуск 2. – Электрон. текстовые дан. (1файл : 352 Kb). – Волгоград : ВПИ (филиал) ВолгГТУ, 2013. – систем. требования : Windows 95 и выше ; ПК с процессором 486+ ; CD-ROM.

ОВЕТЫ НА КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Ответы на контрольные вопросы

2. Какие дефекты литья снижают прочность отливки?

Качественные отливки не должны содержать горячих и холодных трещин, газовых и усадочных раковин, рыхлот, пористости, шлаковых и песчаных включений.

3. Как правильно расположить отливку в форме?

Расположение отливки в форме выбирают руководствуясь следующими првилами:

а) всю отливку (или ее основную часть) размешать в одной полуформе (желательно в нижней);

б) большие горизонтальные поверхности отливки располагать внизу формы, так как верхнее их расположение приводит к обгоранию и осыпанию смеси верхней полуформы, затрудняет выход газов и загрязняет металл всплывающими шлаковыми включениями;

в) обрабатываемые поверхности отливки располагать в нижней или боковых частях формы;

г) отливки из сплавов, дающих большую усадку (сталь, цветные сплавы), размещать так, чтобы обеспечить направленное затвердевание (тонкие части отливки - внизу, массивные - вверху), либо предусматривать установку прибылей.

При выборе плоскости разъема модели и формы следует избегать сложных криволинейных разъемов формы и модели.

Количество стержней должно быть минимальное. Увеличение количества стержней снижают точность отливок и удорожают стоимость модельного комплекта.

4. Как выбирается место подвода металла в полость формы?

а) для длинных отливок металл следует подводить в направлении длинной оси отливки;

б) при наличии в отливке ребер питатели подводить против ребер, чтобы обеспечить заполнение их более горячим металлом;

в) стремиться подводить металл в необрабатываемую часть отливки, так как в случае размыва формы неметаллические включения не обнаруживается при механической обработке;

г) не подводить металл так, чтобы струя падала с большой высоты и разбрызгивалась;

д) для одновременного затвердевания разностей отливки металл подводить в более тонкую часть, а для направленного затвердевания – в более массивную часть отливки.

7. Почему образуются горячие и холодные трещины в отливках?

В результате неравномерного затвердевания в отливках тонких и толстых частей и торможения усадки формой при охлаждении возникают внутренние напряжения. Если величина внутренних напряжений превысит предел прочности сплава, то в теле ее образуются трещины.

Горячие трещины — обычно хорошо видимые разрывы поверхности отливки, распространяющиеся по границам кристаллов.

Холодные трещины — очень тонкие разрывы поверхности отливки. Холодные трещины распространяются по зернам , а не по их границам.

8. Что понимают под технологичностью литой детали?

Технологичность литой детали — это конструктивны особенности детали, при которых максимально обеспечиваются требования литейной технологии и технологии механической обработки с минимальными затратами.

9. Что входит в состав модельного комплекта?

Модельный комплект - включают литейную модель, модели литниковой системы, стержневые ящики, модельные плиты.

Литейная модель - приспособление, которым в литейной форме получают отпечаток, соответствующий конфигурации и размерам отливки.

Размеры модели больше размеров отливки на величину линейной усадки сплава и припуска на механическую обработку.

Модели могут быть деревянные, металлические и из пластмасс.

Стержневой ящик - формообразующее изделие, имеющее рабочую полость для получения в ней литейного стержня нужных размеров и очертаний из стержневой смеси.

Модельные плиты формируют разъем литейной формы, на них закрепляют части модели.

10. Литейные свойства сплавов и их влияние на качество отливки.

Основные литейные свойства сплавов: жидкотекучесть , усадка(линейная и объемная) сплавов, склонность к образованию трещин, газопоглощенне , ликвация.

Жидкотекучесть - способность сплава течь в расплавленном состоянии по каналам литейной формы, заполнять ее полости и четко воспроизводить контуры отливки.

С увеличением содержания серы, кислорода, хрома жидкотекучесть снижается; с увеличением содержания фосфора, кремния, алюминия, углерода житкотекучесть увеличивается.

Усадка - свойство металлов и сплавов уменьшать объем при охлаждении в расплавленном состоянии, в процессе затвердивания и в затвердевшем состоянии при охлаждении до температуры окружающей среды.

Различают объемную и линейную усадку. Линейная усадка составляет: для серого чугуна - 0,9... 1,3 %; для углеродистых сталей - 2...2,4 %; для алюминиевых сплавов - 0,9., 1,5 %; для медных сплавов - 1,4...2,3 %.

Газопоглощение - способность литейных сплавов в расплавленном состоянии растворять водород, азот, кислород и другие газы. При затвердевании и последующем охлаждении растворимость газов уменьшается, в результате их выделения в отливке могут образоваться газовые раковины и поры.

Ликвация- неоднородность химического состава сплава в различных частях отливки. Наибольшую склонность к ликвации проявляют сера, кислород, фосфор, углерод.

Зональная ликвация, когда различные части отливки имеют различный химический состав, вследствие различия температуры кристаллизации отдельных компонентов или их плотности.

Дендритная ликвация, когда химическая неоднородность наблюдается в каждом зерне.

11. В чем сущность литья в песчано-глинистые формы?

Сущность литья в песчано-глинистые формы заключается в получении отливок из расплавленного металла, затвердевшего в одноразовых формах, которые изготовлены из формовочных смесей путем уплотнения с использованием модельного комплекта.

12. Назначение литниковой системы и ее основные элементы.

Литниковая система - совокупность каналов и резервуаров, по которым расплав поступает из разливочного ковша в полость формы.

Основными элементами (рис. 1.1) являются: литниковая чаша 5, которая служит для приема расплавленного металла и подачи его в форму; стояк б -вертикальный или наклонный канал для подачи металла из литниковой чаши в рабочую полость или к другим элементам; шлакоуловитель 12, с помощью которого удерживается шлак и другие неметаллические примеси; питатель 13 одни или несколько, через которые расплавленный металл подводится в полость литейной формы.

Рисунок 1.1 – Литейная форма

Выпор 4 служит для вывода воздуха и газов из полости формы при заливке металла и ставится над самой высокой частью отливки. Для вывода газов предназначены и вентиляционные каналы 9.

13. Операции технологического процесса изготовления отливок.

Технологический процесс получения отливок в разовых песчаноглинистых формах состоит из следующих основных операций:

1. Изготовление литейных форм.

2. Изготовление стержней.

З. Приготовление расплава.

4. Сборка литейной формы.

5. Заливка литейной формы жидким металлом.

6. Охлаждение отливок.

7. Выбивка отливок и стержней.

8. Обрубка и зачистка отливок.

9. Очистка отливок.

14. Порядок разработки технологии получения отливки.

Разработка технологии получения отливки начинается с изучения чертежа и конструкции детали, в зависимости от которой необходимо выбрать: способ формовки; расположение отливки в форме; плоскость разъема модели и формы; количество стержней; место подвода металла в полость формы; конструкцию и размеры литниковой системы, опок.

2 Ответы на контрольные вопросы

1. Какие достоинства присущи листовой штамповке?

Достоинства листовой штамповки: малая металлоемкость изделия; высокая точность изделий; хорошее качество поверхности, низкая себестоимость изготовляемых деталей.

2. Основные виды раскроя материала.

Различают шесть видов раскроя деталей (заготовок), область применения которых определяется формой и размерами штампуемых деталей – раскрой прямой, наклонный, встречный, комбинированный, многорядный и с вырезкой перемычек.

3. На какие группы разделяют операции листовой штамповки?

Операции листовой штамповки разделяются на две группы: разделительные и формоизменяющие. При разделительных операциях происходит полное или частичное отделение одной части материала от другой. Формоизменяющие операции приводят к изменению формы и размеров заготовки или полуфабриката и перераспределению в них материала.

4. Разделительные операции листовой штамповки.

Разделительными операциями осуществляется отрезка рулонного и листового проката на ленты и полосы, вырубка плоских деталей различной формы, получение заготовок для последующей штамповки пространственных пустотелых деталей.

5. Формоизменяющие операции листовой штамповки.

Формоизменяющие операции – это операции обработки металлов давлением, в результате которых изменяется форма заготовки путем пластического деформирования (гибка, вытяжка, отбортовка, обжим и др.).

6. В чем сущность операции вытяжки ?

Вытяжка (без утонения стенок) – превращение плоской заготовки в полое изделие (стакан) с толщиной стенки, равной толщине заготовки или увеличение высоты полого полуфабриката.

При вытяжке фланец и вертикальные стенки вытягиваемой заготовки находятся в различных условиях напряженного и деформированного состояний. Во фланце в радиальном направлении действуют растягивающие напряжения σр, втягивающие фланец в отверстие матрицы, и сжимающие напряжения σс, действующие в тангенциальном направлении и уменьшающие диаметральные размеры заготовки.

7. Оборудование для выполнения разделительных операций.

Разделительные операции листовой штамповки подразделяются по типу используемого инструмента (оборудования) на две подгруппы: резку металла ножницами, являющуюся в большинстве своем заготовительной, и резку металла штампами.

8. Какие существуют штампы для листовой штамповки?

Штампы делят на простые и сложные. Простые штампы выполняют одну операцию. Сложные штампы за один ход ползуна пресса выполняют несколько операций.

9. Какое оборудование применяют для листовой штамповки?

Оборудование для листовой штамповки: механические прессы, гидравлические прессы, автоматы, различные ножницы, установки для штамповки с применением энергетических импульсов и др.

10. Назначение штампов последовательного действия.

Штампы последовательного действия выполняют последовательно несколько операций, например пробивку отверстия и вырубку по контуру.

3 Ответы на контрольные вопросы

1. Методы формовки заготовок из порошковых материалов.

Физико-механический метод превращения исходного материала в порошок осуществляется за счет механического измельчения материала в твердом или жидком состоянии без изменения его химического состава.

Химико-металлургический метод (процесс восстановления металлов из их оксидов или солей). В качестве восстановителя используется водород, оксид углерода, аммиак, природный газ, кокс и др.

2. Основные операции процесса производства порошковых изделий.

Процесс изготовления изделий из порошковых материалов включает операции изготовления порошков, формования, спекания и окончательной обработки с целью повышения физико-механических свойств, получения окончательных размеров и формы, нанесения декоративных и защитных покрытий.

3. Почему спекание и термообработку порошковой заготовки рассматривают как две различные операции?

Спекание - важная операция технологического процесса изготовления порошковых изделий. Полученные порошковые формовки характеризуются недостаточным контактом между частицами.

С целью восстановления поверхностных оксидов при спекании применяют восстановительные атмосферы, а для химически активных металлов - защитные атмосферы (азот, аргон и др.), спекание в вакууме, для удаления из материалов газов, летучих примесей и защиты от воздействия воздуха.

Спекание проводится в электропечах сопротивления непрерывного действия различных типов: конвейерных; рольганговых; с шагающим подом; толкательных.

К электропечам периодического действия, применяемым для спекания, относятся вакуумные высокотемпературные индукционные печи.

4. В чем преимущества порошковой металлургии?

А) Возможность получения таких материалов, которые трудно или невозможно получать другими методами. К ним относятся:

— некоторые тугоплавкие металлы (вольфрам, тантал);

— сплавы и композиции на основе тугоплавких соединений (твёрдые сплавы на основе карбидов вольфрама, титана и др.)

— композиции из металлов и неметаллов (медь — графит, железо — пластмасса, алюминий — окись алюминия и т.д.);

— пористые материалы (для подшипников, фильтров, уплотнений, теплообменников) и др.

Б) Возможность получения некоторых материалов и изделий с более высокими технико-экономическими показателями.

В) При использовании чистых исходных порошков (например, карбонильный метод) можно получить спечённые материалы с меньшим содержанием примесей и с более точным соответствием заданному составу, чем у обычных литых сплавов.

5. Как осуществляется легирование поверхностного слоя заготовки?

6. Этапы процесса формования.

7. Свойства металлических порошков.

Химические свойства металлических порошков в основном зависят от исходного материала.

Физические свойства металлических порошков предопределяют: размеры, форма, микротвердость, плотность частиц и тип кристаллической решетки металла частиц.

К технологическим свойствам относятся:

- текучесть;

- прессуемость (способность металлических порошков образовывать под давлением изделие, имеющее заданные размеры, форму и плотность);

- формуемость (способность сохранять приданные им под давлением формы в заданном интервале значений пористости);

- уплотняемость (способность к уменьшению объема под воздействием давления или вибрации);

- спекаемость (прочность сцепления частиц как результат термической обработки прессованных заготовок).

8. Объемная и весовая дозировки и их применение.

Объемная дозировка применяется при массовом производстве и автоматическом прессовании.

Весовая дозировка применяется при неавтоматическом прессовании, в мелкосерийном производстве, а также для точных по массе изделий или когда в состав смеси входят драгоценные металлы (золото, платина, серебро).

9. Операции процесса изготовления изделий из порошковых материалов.

Процесс изготовления изделий из порошковых материалов включает операции изготовления порошков, формования, спекания и окончательной обработки с целью повышения физико-механических свойств, получения окончательных размеров и формы, нанесения декоративных и защитных покрытий.

10. Какими методами изготовляются порошки?

Изготовление порошков основано на двух методах: физико-механическом и химико-металлургическом.

11. Какое сырье применяют для восстановления медных, никелевых, кобальтовых и вольфрамовых порошков?

Сырьем для восстановления медных, никелевых и кобальтовых порошков служат оксиды меди (Cu2O; CuO), монооксид никеля (NiO), оксиды кобальта (Co2O3, Co3O4). Сырье для восстановления вольфрама - продукт разложения вольфрамовой кислоты H2WO4 или паравольфрамат аммония 5Na2O . 12WO3 . 11H2O.

12. Какие печи применяют для восстановления медных, никелевых, кобальтовых и вольфрамовых порошков? Температура восстановления.

Восстановление медных, никелевых, кобальтовых порошков проводят в муфельных печах водородом, диссоциированным аммиаком, природным газом. Температура восстановления для меди – 400…500 ˚С; для никеля – 700…750 ˚С; для кобальта – 520…570 ˚С. После восстановления получают губку, которая хорошо растирается в порошок. Восстановление вольфрама проводят в электропечах водородом (850…900 ˚С) или углеродом (1350…1550 ˚С). Также получают порошки молибдена, титана, циркония, ниобия, стали.

13. Цель дополнительной обработки порошковых изделий?

С целью получения заданных свойств порошковые изделия в случае необходимости подвергают дополнительной обработке.

14. Применение изделий из металлических порошков.

Порошковые металлические материалы используются практически в любой области техники, и объем их применения непрерывно расширяется. Антифрикционные материалы позволили повысить надежность и долговечность узлов трения, снизить потери на трение, существенно уменьшить стоимость.

Порошковые конструкционные материалы являются наиболее распространенной продукцией порошковой металлургии, которая применяется не только в технике, но и, например, в медицине при изготовлении имплантатов для стоматологии и ортопедии.

15. В каких пресс-формах получают изделия сложной формы?

Пресс-формы литьевого прессования используют для массового производства изделий практически любой сложности.

16. Зависимость между давлением прессования и плотностью прессовок.

Для расчета давления, необходимого при прессовании изделий заданной пористости, с учетом потерь усилия прессования на трение и боковое давление применяется формула:

где Рпр – давление прессования, МПа; Р – давление, необходимое для уплотнения порошка, МПа: μ – коэффициент внешнего трения; ξ – коэффициент бокового давления; ST – площадь поверхности внешнего трения (площадь боковой поверхности), мм2; S – площадь сечения прессовки, нормального к направлению прессования, мм2.

17. Что является целью формования металлических порошков?

Цель формования – придание заготовкам из порошка формы, размеров, плотности и механической прочности, необходимых для последующего изготовления изделия.

18. Оборудование для грубого измельчения материала?

Для грубого измельчения (частицы размером 1..10мм) применяют дробилки разных типов: валковые, конусные, бегунки.

19. Оборудование для тонкого измельчения материала?

Для тонкого измельчения применяют шаровые мельницы – вращающиеся, инерционные, планетарные.

20. С каких этапов начинается формование?

Формование включает этапы: отжиг, классификацию, приготовление смеси, дозирование, дегазацию и затем формование.

21. Оборудование для перемешивания порошковой смеси.

Для перемешивания порошковой смеси использую смесители.

22. Какие печи применяют для спекания порошковых формовок?

Спекание проводится в электропечах сопротивления непрерывного действия различных типов: конвейерных; рольганговых; с шагающим подом; толкательных. К электропечам периодического действия, применяемым для спекания, относятся вакуумные высокотемпературные индукционные печи.

23. В чем отличие способа шликерного формования от других?

Шликерное формование заготовок из порошков проводится без приложения внешнего давления. При этом способе концентрированную суспензию (шликер) мелкого порошка (размер частиц 1…10 мкм) в жидкости (вода, спирт, четыреххлористый углерод), заливают в форму. Форма изготовляется из гипса, нержавеющей стали, спеченного стеклянного порошка, пластика. Металлический порошок оседает на стенках формы при направленном перемещении суспензии. Перемещения создаются за счет разряжения, создаваемого за перфорированной стенкой стальной формы.