Изготовление корпуса бетонобойного снаряда в условиях серийного производства

СОДЕРЖАНИЕ

Задание

Введение

Анализ исходных данных

Выбор материала

Резка заготовок на пресс-ножницах

Горячая штамповка детали

Нагрев заготовки под штамповку

Задавка, прошивка и протяжка

Разработка маршрута технологического процесса

Изготовления детали

Расчет размеров штампованной заготовки корпуса типа «стакан»

Горячий обжим корпусов

Проектирование станочных операций

Заключение

Список использованной литературы

ЗАДАНИЕ

 

Тема: Разработать технологический процесс механической обработки детали – корпус 130 мм ББС в условиях серийного производства с разработкой схемы наладки на токарную операцию.

Перечень графического материала, подлежащего разработке:

1. Рабочий чертеж детали

2. Чертеж заготовки

3. Технологический процесс

4. Схема наладки на токарную операцию

Перечень вопросов, подлежащих разработке в пояснительной записке

1. Анализ исходных данных по проекту

2. Выбор заготовки

3. Разработка маршрута технологического процесса изготовления детали

4. Определение припусков на механическую обработку

5. Проектирование станочной операции (выбор оборудования, станочных приспособлений, режущих и вспомогательных инструментов, назначение режимов резания, техническое нормирование операции)

6. Описание схемы наладки на операцию

ВВЕДЕНИЕ

Бетонобойные снаряды предназначаются для разрушения железобетонных сооружений, прочных блиндажей противника, а также каменных и кирпичных зданий, приспособленных для обороны.

По своим конструктивным особенностям эти снаряды являются как бы промежуточным звеном между бронебойными и фугасными снарядами. Они обладают прочностью, достаточно для действия по бетону, и в то же время практически не уступают фугасным снарядам по фугасному действию.

Рис. Бетонобойный снаряд (а) и его действие по бетону (б)

Бетонобойное действие снаряда обеспечивается соответствующей конструкцией корпуса, применением хромистых сталей с высокими механическими свойствами и специальной двойной термической обработкой корпуса. Большое значение имеет снаряжение мощным взрывчатым веществом.

Устройство бетонобойного снаряда и его действие показаны на рис. Снаряд состоит из корпуса, взрывчатого вещества 2, донного взрывателя 3, дна 4 и медного ведущего пояска 5.

Бетонобойные снаряды применяются в основном в крупнокалиберных орудиях. Их действие складывается из ударного и фугасного.

Бетонобойные снаряды изготовляются в калибрах — 130, 152, 180, 203, 210 и 305 мм.

АНАЛИЗ ИХОДНЫХ ДАННЫХ

Получив задание к курсовому проекту, его выполнение необходимо начать с анализа чертежа и исходных данных. Задание составляет чертёж корпуса 130 мм бетонобойного снаряда и сборочный чертёж (корпус снаряда с запрессованным в него ведущим пояском) этого же снаряда, начерченных в программе «AutoCAD».

Рабочий чертеж детали является исходным документом для проектирования технологического процесса. Чертеж детали должен содержит необходимые проекции, виды и сечения, размеры, предельные отклонения размеров, геометрической формы и расположения поверхностей, требования по шероховатости поверхностей, покрытиям, показатели свойств материала готовой детали.

Корпус начерчен в масштабе 1:1 на формате А1. Анализируя чертёж, приходим к выводу что деталь симметрична и является телом вращения, имеет ось вращения (она же является осью симметрии).

На чертеже изменяем знак шероховатости, ввиду обновления требований к чертежам. Так же изменяем стили простановки размеров, шрифты и стили текста, количество слоёв, вводим их название, присваиваем слоям цвет, типы и толщины линий для более правильного и удобного пользования чертежом.

Выбираем материал корпуса, с учётом требований предъявляемым к бетонобойному снаряду по ГОСТ 10230 -75. Материал: сталь 45X1.

Выбираем способ получения штучной заготовки. Им является резка заготовок на пресс – ножницах так, как самый высокопроизводительный и дешевый способ, так же в крупносерийном и массовом производстве этот способ является основным.

Метод получения заготовки – горячая штамповка. Технологический процесс горячей штамповки складывается из получения штучной заготовки, нагрева ее, горячей штамповки, охлаждения и контроля.

Технологический процесс горячей штамповки заготовок типа «стакана» складывается из задавки, прошивки и протяжки.

ВЫБОР МАТЕРИАЛА

Легированные снарядные стали находят применение при изготовлении корпусов и деталей бронебойных и бетонобойных, а также фугасных снарядов, часто с особо прочной головкой (обычно крупного калибра).

Для изготовления корпусов бетонобойных и фугасных снарядов применяются хромистые стали марок С-45Х, С-50Х, 45X1, 46X1, 45X3 и другие. Хром, будучи карбидообразователем и растворяясь в значительном количестве в феррите, повышает прочность стали и улучшает ее прокаливаемость. Применение хромистой стали позволило повысить прочность корпусов бетонобойных снарядов, что позволяет обеспечить их ударное действие по железобетону. Применение хромистой стали для изготовления корпусов фугасных снарядов позволяет уменьшать толщину стенок корпуса, что приводит к повышению коэффициента наполнения.

Выплавка хромистых сталей производится преимущественно в основных мартеновских печах.

Химический состав и степень легирования определяются требованиями, предъявленными к снаряду по бронебойному действию, и должны назначаться в соответствии с калибром снаряда, его конструктивными особенностями и условиями пробивания брони.

Для прочности корпуса необходимо, чтобы химический состав стали обеспечивал прокаливаемость по сечению корпуса, высокую твердость и прочность при динамическом на-гружении сжимающими нагрузками. Твердость стали после термической обработки и. ее прокаливаемость зависят от содержания углерода. Твердость резко возрастает с увеличением содержания углерода до 0,6%, а затем рост твердости замедляется.

На прокаливаемость оказывают влияние хром, никель, марганец и молибден. Молибден повышает также вязкость и прочность стали при высокой твердости (при содержании молибдена в количестве 0,2—0,3%). Он снижает чувствительность стали к перегреву, делает структуру после термической обработки мелкозернистой, что повышает сопротивление корпуса при быстропротекающей динамической нагрузке. Содержание молибдена в количестве 0,2—0,3% улучшает обработку резанием.

Следовательно, наилучшее сочетание высокой твердости, прочности и вязкости достигается легированием стали хромом, никелем и молибденом.

Механические свойства легированных снарядных сталей размером до 200 мм, определенные на термически обработанных образцах или заготовках, должны соответствовать нормам.

Механические свойства стали определяются на термически обработанных продольных образцах. При этом предел прочности должен быть не менее 100 кг/мм², относительное сужение— не менее 35% и ударная вязкость не менее 5 кгм/см². Малолегированные стали проверяются также на прокаливаемость. Прокаливаемость определяется замером твердости по всему сечению образца.

Химический состав стали определяется по ковшовой пробе, взятой в середине разливки стали и в случае-необходимости на готовых штангах. Отклонение от норм допускается только по одному химическому элементу (углероду, марганцу, кремнию, хрому, молибдену) на величину от 0,02 до 0,05%. По никелю отклонение допускается на 0,1%.

С учётом выше сказанного выбираем марку стали для бетонобойного снаряда и записываем её состав:

Химический состав снарядных легированной стали (по ГОСТ 10230 -75):

Марка стали: 45X1

Углерод: 0,40 — 0,50 Молибден: —

Кремний: 0,17 — 0,40 Ванадии: —

Марганец: 0,50 — 0,80 Фосфор: 0,05

Хром: 1,10 — 1,40 Сера: 0.05

Никель: » 0,25 Медь: 0,30

РЕЗКА ЗАГОТОВОК НА ПРЕСС-НОЖНИЦАХ

Самым высокопроизводительным и дешевым способом является резка на ножницах и прессах. В крупносерийном и массовом производстве этот способ является основным. Он отличается и тем, что не вызывает дополнительных потерь металла на прорезку. Существенным недостатком его является искажение формы торцовой части заготовки.

В процессе резки на ножницах (особенно неотожженных высокоуглеродистых и легированных сталей) возможно образование торцовых трещин. Чем больше сечение разрезаемого проката, тем больше опасность их возникновения. Поэтому перед резкой заготовку подогревают в зависимости от марки стали до температуры 450—600° С. Если сталь поставляется в отожженном состоянии и разрезка не сопровождается заметными искажениями, обусловливающими возникновение дополнительных напряжений и образование трещин, подогрев перед резкой не обязателен. Подогрев стали перед резкой часто применяют также для того, чтобы снизить усилия резки и повысить стойкость ножей.

На боеприпасных заводах находят применение сортовые ножницы (выбираем ножницы, их характеристику записываем втабл.).

При выборе ножниц следует учитывать, что сведения по максимальному размеру сечения заготовки даны для металла с сг_в = 45 кг/мм². Ножницы усилием от 250 т и выше оснащают приводными рольгангами. Для ножниц меньших усилий рольганг поставляется по требованию заказчика. Современные конструкции чожниц снабжены автоматизированными прижимами и ревматическими упорами.

Технические характеристики ножниц

Номинальное усилие, т		630
Наибольшие размеры заготовок, мм	Диаметркруга	140
	сторона квадрата	120
Ход ползуна, мм		125
Длина заготовок,мм	наименьшая	85
	наибольшая	1500
Число ходов ползуна d минуту (не менее)		16

Рис. Схема резки штанг на сортовых ножницах

Схема резки штанг на сортовых ножницах приведена на рис.. Нижний нож 5 крепится к станине, верхний 2 — к ползуну, перемещающемуся в направляющих. Разрезаемая штанга 3 укладывается на ролик 4 и подается вручную или механически вперед до упора 1. Прижим 6 обеспечивает неподвижность положения штанги 3 в момент резки. При рабочем ходе ползуна ножниц верхний нож 2, имеющий режущую кромку соответствующей формы, разрезает пруток.

Потребное усилие Р для резки на сортовых ножницах ручьевыми ножами, соответствующими профилю проката, рассчитывают по эмпирической формуле

 

P = ka_nF,

где k — коэффициент, принимаемый для стали 0,6 — 0,9;

a_n — временное сопротивление разрыву, кг/мм²;

F — площадь сечения разрезаемой заготовки, мм².

При среднем значении коэффициента k получим приблизительно

 

Р= 0,75a_nF.

В технических характеристиках ножниц (табл.) указывают максимальное допускаемое сечение разрезаемого проката с временным сопротивлением разрыву a_n = 45 кг/мм²

Промышленность изготовляет автоматизированные пресс-ножницы с дифференцированным зажимом для резки штанг на штучные заготовки углеродистых и среднелегированных, а также неломких марок сталей и медноникелевых сплавов. Дифференцированный зажим обеспечивает высокую чистоту и точность торцов отрезаемых заготовок.

Пресс-ножницы типа № 1 с максимальным усилием 630 т предназначены для разрезки профилей: квадрат — 85 и круг—100 мм. Пресс-ножницы типа № 2 с максимальным усилием 1000 т предназначены для разрезки профилей: квадрат — 127 и круг — 140 мм.

На автоматизированных пресс-ножницах подача штанг на приводной рольганг осуществляется автоматическими питателями. При делении штанг на заготовки по весу взвешивание штанг в потоке металла на отдельном участке рольганга и подача их в зажимное приспособление производится автоматически.

Длина отрезаемой заготовки устанавливается специальным счетно-делительным устройством. Отрезанные заготовки по отводному рольгангу подаются в приемник. Некратные отходы сбрасываются в накопитель. Точность резки по длине заготовки ±0,5—1,0 мм для сечений квадрата 85—127 мм и круга 45—140 мм. Косина торцев не более 1°.

ГОРЯЧАЯ ШТАМПОВКА ДЕТАЛИ. НАГРЕВ ЗАГОТОВКИ ПОД ШТАМПОВКУ

Процесс нагрева заготовки для корпуса должен обеспечить:

1) равномерный прогрев по всему сечению с оптимальной скоростью до температуры штамповки;

2) минимальное окисление и обезуглероживание поверхности. Окалина, получаемая при нагреве, должна быть сухой и легко отделимой;

3) отсутствие микро- и макротрещин;

4) минимальную стоимость нагрева.

Штучная заготовка имеет квадратную форму.

Качество штампованных корпусов и других деталей снарядов зависит от правильного выбора режима нагрева, т. е. надлежащей скорости и температуры.

Равномерный прогрев по всему сечению заготовки (примерно до Т = 1200° С) крайне важен, так как даже при небольшой разнице в температуре прошивной пуансон отклоняется от своей оси, что приводит к разностенности корпусов. Скорость нагрева. Чем выше скорость нагрева, тем меньше окисление и обезуглероживание поверхности и тем он экономичнее. Однако при чрезмерно быстром нагреве в результате значительного температурного градиента по сечению заготовки в металле могут возникать термические напряжения, которые в некоторых случаях приводят к образованию микро- и макротрещин. Поэтому различают технически возможную и допускаемую скорость нагрева.

Технически возможная скорость нагрева при прочих равных условиях зависит от разности между максимальной температурой печи и средней температурой поверхности заготовки. Температура печи и конечная разность температур печи и нагрева заготовки являются основными факторами, при помощи которых можно регулировать скорость нагрева. В зависимости от формы поперечного сечения (круг, квадрат) нагреваемых заготовок и расположения их на поду печи время нагрева будет различным.

Окисление и обезуглероживание. При высоких температурах (свыше 1000° С) и при сжигании топлива с большим избытком воздуха процесс окисления идет быстрее, чем процесс обезуглероживания. В этом случае после удаления окалины на поверхности заготовки почти не будет обезуглеро-женного слоя. Если же в печи создана атмосфера; которая слабо окисляет железо, то под слоем окалины образуется обезуглероженный слой.

Количественные показатели величины угара следующие:

1)  весовой угар, в процентах от первоначального веса;

2) поверхностный угар — количество окисленного металла, отнесенного к единице поверхности, г/см²;

Осуществляется в специальной камере механическим воздействием на заготовку струей воды под давлением до 100 атм. Этим способом поверхность заготовки хорошо очищается. Установлено, что при резком охлаждении слоя окалины происходит сильное ее сжатие и растрескивание, вследствие чего она отделяется от поверхности заготовок. Это достигается при помощи тонких струй воды давлением 70—90 атм, направляемых из насадок под углом к поверхности заготовки. Количество воды должно быть минимальным, чтобы не происходило охлаждения поверхности основного металла, так как в этом случае не произойдет сжатие окалины и ее отслаивание.

ЗАДАВКА, ПРОШИВКА И ПРОТЯЖКА

Технологический процесс горячей штамповки заготовок типа «стакана» складывается из задавки, прошивки и протяжки.

Задавка. Исходной заготовкой для горячей штамповки корпусов типа «стакан» является квадратная штанга со скругленными ребрами. Большая величина допуска на изготовление штанги и косина торца исходной заготовки после ломки не обеспечивают качественного выполнения операции прошивки. Для обеспечения надежного направления прошивному пуансону и для устранения косины торца исходной заготовки вводится операция (или переход) задавки. Схема задавки приведена на рис. Исходная заготовка 3 устанавливается в прошивной матрице . Операцию задавки осуществляет задавочный пуансон 2. В результате этой операции оформляется конус на наружной поверхности заготовки, по которому она центрируется в прошивной матрице, а на торцевой поверхности образуется углубление от задавочного пуансона.

 

 

 

Рис.1 Схема задавки Рис.2 Схема прошивки

 

Прошивка. После операции «задавка» заготовка поступает в прошивочную матрицу и центрируется в ней за счет конического участка, при этом прошивочный пуансон 2 дополнительно центрирует заготовку 3 за счет лунки, выполненной на операции «задавка».

На торцевую поверхность заготовки или в предварительное углубление от задавки перед прошивкой забрасывается подсыпка (древесные опилки, графит, мазут, обрезки кожи), которая сгорая образует газовую подушку, выполняющую роль амортизатора между торцем пуансона и нагретой заготовкой.

Для более надежного направления пуансона при прошивке применяют кольца, обеспечивающие, однако, центрование только в начальный момент. После прошивки в камору корпуса снаряда наливают воду для отслаивания окалины, которая удаляется из каморы продувкой.

Усилие прошивки зависит от температуры металла, формы очертания и площади рабочей головки пуансона, сечения и длины заготовки и отношения диаметра пуансона к толщине стенки заготовки. С увеличением температуры предел прочности металла резко снижается, следовательно, уменьшается усилие прошивания. При температуре нагрева заготовки до 1200° С потребное усилие прошивки примерно в 2 раза меньше, чем при Т =900°C.

Форма очертания головки пуансона заметно влияет на величину усилия прошивания. Наименьшее усилие прошивания имеет место, когда торцевая часть головки пуансона закруглена. Но такая форма пуансона неприемлема, так как она не соответствует конструктивному очертанию дна каморы. Поэтому рабочая головка пуансона имеет форму цилиндра с округленными переходами торца. С увеличением диаметра пуансона повышается потребное усилие прошивания, так как увеличивается деформируемый объем металла, кроме того, увеличивается поверхность охлаждения и, следовательно, уменьшается пластичность металла. При одном и том же пуансоне, но разной толщине стенки заготовки усилие прошивания тем больше, чем меньше толщина стенки, так как тонкая стенка при соприкосновении с пуансоном охлаждается быстрее, чем толстая, а вследствие этого уменьшается пластичность металла. С увеличением длины прошивания потребное усилие пресса возрастает из-за увеличения работы сил трения и охлаждения заготовки.

Протяжка. Процесс протягивания корпусов снарядов (рис.3) состоит в том, что пуансон 2, входящий с зазором в прошитую заготовку 3, протягивает ее через 2 — 3 кольца 4, диаметр рабочей части которых меньше наружного диаметра заготовки. При протягивании происходит уменьшение диаметра и толщины стенки при одновременном увеличении длины заготовки. Снятие заготовки с пуансона производится при обратном его ходе при помощи съемника. Металл заготовки корпуса при протягивании находится под воздействием толкающего усилия и реакции стенок кольца. В деформируемом объеме, в различных сечениях физического реза металл испытывает все три основных вида напряжений: растяжения, сжатия и сдвига (напряжение на срез у дна).

Крепление протяжного пуансона и протяжных колец нежесткое. Это исключает искривление или поломку пуансона и кривизну каморы из-за неравномерной нагрузки при протягивании прошитых корпусов с разностенностыо.

Усилие протягивания зависит от ряда факторов, степень влияния и значение которых различны. Наиболее существенными из них являются следующие:

1) изменение размеров поперечного сечения . заготовок, определяемое величиной площади вытяжки — наибольшей разности площади кольцевого сечения прошитой и протянутой заготовки;

2) прочность металла заготовки, зависящая от температуры протягиваемой заготовки;

3) профиль протяжного коцьца и угол захода конической части;

4) состояние поверхности заготовки, рабочих колец и качество смазки.

Усилие для снятия штампованной заготовки с пуансона составляет 5 — 7% от усилия протяжки.

Горячая штамповка корпуса снаряда осуществляется на гидравлических прессах. В зависимости от размеров заготовки применяются либо отдельно гидравлические прессы, либо наладка для комбинированной штамповки — параллельная или последовательная прошивка и протяжка на одном .прессе в двух ручьях .

Контроль штампованных заготовок. Контролируются за готовки по размерам и состоянию поверхности. Выборочный контроль производится непосредственно после протяжки (в горячем состоянии) и 100%-ный — после остывания. До контроля поверхность каморы очищается от окалины ершом и протирается тряпкой или ветошью.

Контролируются разностенность, толщина дна, глубина каморы, диаметры каморы в трех сечениях, высота конуса

Наиболее характерными видами брака являются повышенная разностенность, неоформление нижней части штамповки, короткая штамповка, задиры и глубокие царапины, рванины и трещины, несоответствие диаметральных размеров каморы и т. п.

Повышенная разностенность составляет от 30 до 85% общего брака при штамповке. Основными причинами большого процента брака по разностенности являются плохое центрование заготовки, матрицы и прошивного пуансона относительно друг друга, увод прошивного пуансона вследствие неравномерного нагрева заготовки и повышенной косины торцевой поверхности заготовки при ломке.

Охлаждение после штамповки является в большинстве случаев операцией аналогичной либо нормализации, либо отжигу.

Назначение режимов охлаждения производится на основании химического состава плавки, требуемых механических свойств и обрабатываемости.

РАЗРАБОТКА МАРШРУТА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛИ

Основой для проектирования технологического процесса механической обработки служат сведения о детали, исходной заготовке, методах достижения требований по точности и шероховатости поверхностей, а также, тип производства, типовые или заводские технологические процессы и др.

Выбор технологических баз.

В ходе анализа чертежа детали уже должны быть намечены поверхности заготовки, которые могут и должны быть использованы в качестве технологических баз.

Для первой технологической операции выбирают базу, отвечающую соответствующим требованиям к черновым базам. В качестве черновой базы следует выбирать не обрабатываемые в дальнейшем поверхности с достаточно хорошим качеством для возможности правильного базирования и надежного закрепления заготовки. При изготовлении деталей типа «корпус» в качестве черновой базы обычно используют камору. При необходимости предусматривают использование искусственной технологической базы – центрового отверстия или обратного центра, соосной с каморой.

При выборе технологических баз для последующих операций надо следить, чтобы базы отвечали принципам совмещения конструкторских и технологических баз, единства и постоянства баз, обеспечивали надежное закрепление заготовки и точность взаимного положения обрабатываемых поверхностей.

Разработка маршрута технологического процесса.

В технологическом процессе первыми должны быть операции по удалению у заготовки прибыли и созданию технологических баз, например, центровых отверстий или обратных центров.

Дальнейшая последовательность операций технологического процесса устанавливается исходя главным образом из порядка обработки основных поверхностей обработки (черновой, чистовой, отделочной) и элементов (канавок, резьб, центрующих утолщений, стопорных отверстий и т.д.).

В массовом производстве целесообразно черновую и чистовую обработку выполнять на разных станках. Например, при изготовлении корпусов черновая и чистовая обработки обычно разделяются операциями обжима донной части и (или) термической обработки и выполняются на разных участках цеха.

В технологический процесс механической обработки включают операции переноса условного литера плавки для соблюдения правил поплавочного запуска металла в производство, контрольные операции и операции технологических испытаний (пневмо- и гидроиспытаний, магнитного дефектоскопирования, определения твердости металла и др.).

Маршрутно-операционный технологический процесс механической обработки детали представлен в графической части .

РАСЧЕТ РАЗМЕРОВ ШТАМПОВАННОЙ ЗАГОТОВКИ КОРПУСА ТИПА «СТАКАН»

Для определения размеров штампованной заготовки корпуса необходимо определить наружный диаметр заготовки D_шт, диаметры каморы в заданных сечениях d_шт, глубину каморы L_шт, толшину дна H_д и высоту конуса H_к.