Технология конструкционных материалов

Курсовая работа

Выполнил: Муранов В.А., Группа: ПМ-971

Воронеж

Министерство Образования Российской Федерации

Воронежский Государственный Технический Университет

1999 год

Введение.

Основными задачами российской промышленности являются более полнолное удовлетворение потребностейнародного хозяйства высококачественной продукцией, обеспечение технического перевооружения и интенсификации производства во всех областях.

Поставленные задачи должны решать высококвалифицированные инженеры-машиностроители, в деятельности которых применение на практике технологических наук имеет очень большое значение.

В данной работе мы рассматриваем лишь небольшую часть основных процессов изготовления детали на примере втулки. Описаны основные параметры этой детали, технические характеристики материала, из которого она изготавливается. Способ получения и расчёта режимов резания технологических процессов, таких как фрезерование, протягивание, сверление и резьбонарезание. А также рассчитано основное технолгическое время изготовления данной детали.

		Деталь — втулка. Сталь45Х.

Описание конструкции детали.

Дано — втулка. Изготавливается из сортового проката круг . Материал детали Сталь 45Х (данные по этой стали приведены ниже); определяется ГОСТом 1050-74. Вид проката, из которого изготавливается деталь, — круг горячекатный повышенной и нормальной точности с постоянной характеристикой поперечного сечения; диаметр — 80мм. Определяется ГОСТом 2590-71. Внутренний диаметр проката — 25мм.

Втулка конструктивно представляет собой вал с отверстием.

Втулка — тело вращения. Из требований предъявляемых к шероховатости обрабатываемых поверхностей можно сделать вывод, что поверхности, обрабатываемые по 6-ому классу точности (R_A=2,5) являются остновными, то есть по ним присходит соединение втулки с другими деталями.

Втулку в основном изготавливают из конструкционных и легированных сталей, отвечающих требованиям высокой точности, хорошей обрабатываемости, малой чувствительности к конструкционным напряжениям, повышенной износостойкостью.

Втулка работает без смазки; нагрузки, действующие на неё, передаются черезтри отверстия диаметром 5мм. При помощи этих отверстий втулка крепится к корпусу, а отверстие диаметром 30мм используется для вала, который передаёт вращательное движение.

Деталь достаточно технологична, допускает применение высокопроизводительных режимов обработки, имеет хорошие базовые поверхности и проста по конструкции. Расположение крепёжных отверстий допускает многоинструментальную обработку. Поверхности вращения могут быть обработаны на многошпиндельных станках.

Выбор заготовки.

При выборе заготовки учитывают:

тип производства;

материал заготовки;

конфигурацию;

размеры;

элементы детали.

Данная деталь — втулка — изготавливается штамповкой на горизонтально-ковочных машинах (ГКМ). Штамповка на ГКМ является одним из самых производительных 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 ГКМ расчитывается по формуле:

где D_nk — диаметр поковки в 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, определяется высотой неровностей и дефектным слоем (R_z+T)=1.5 мм

Кривизна D_К (мкм/мм) для поковок диаметром 85мм, обработанных ковкой, 3мм.

Общая кривизна заготовки:

r_К0 = D_КL, где L — общая длина заготовки в м (с учётом припуска 63мм).

r_К0 = 0.003·0.063 = 1.89·10^-4м

Значение коэффициента уточнения К_у после обтачивания:

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 (ГОСТ 1050-74). Приведём особенности этой стали.

Материал заготовки.

Сталь 45Х.

Заменитель — стали: 40Х, 50Х, 45ХЦ, 40ХГТ, 40ХФ, 40Х2АФЕ.

Вид поставки:

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 которым предъявляются требования повышенной твёрдости, износостойкости, прочности и работающие при незначительных ударных нагрузках.

Температура критических точек, ⁰С

АС1	АС3(АСm)	r3(АrCm)	Ar1	MH
735	770	690	660	355

Химичекий состав (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 %

Ударная вязкость, КСИ, Дж/см²

Температура, 0С
+20	— 40	— 80
55	51	39

Механические свойства.

Г О С Т	Состояние поставки, режимы термообработки	Сечение, мм	КП	В 				КСИ Дж/см2	HB, не более
4543-71	Пруток. Закалка 8400С, масло. Отпуск 5200С, вода или масло	25	-	830	1030	9	45	49	-
8479-70	Поковки, нормализация.	До 100 300-500 500-800	315	315 315 315	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
	…нормализация	До 100 100-300 300-500	345	345 345 345	590 590 590	18 17 14	45 40 38	59 54 49	174-217 174-217 174-217
	…закалка, отпуск	500-800 100-300 300-500	395	345 395 395	590 615 615	12 15 13	33 40 35	39 54 49	174-217 187-229 187-229
		100-300 300-500	440	440 440	635 635	14 13	40 35	54 49	197-235 197-235
		До 100 100-300	490	490 490	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	248-293

s-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
774	106	sВ=1590 МПа
588	5×106	sВ=1150 МПа
588	-	Закалка 8300С, масло; отпуск 5750С

Технологические свойства.

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. Обрабатываемость резанием — в горячекатном состоянии при НВ 163-168,s_В=610МПа, К_{vтв.спл.}=1.20, К_{v б.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		33	Закалка 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		24.5-34.5	Твёрдость для полос прокалива-емости, HRC
Количество мартенсита, %					Критический диаметр, мм
					В воде				В масле
50 95					33-60 21-36				20-38 12-14

 

Размеры заготовки.

Разработка маршрутной технологии.

При разработке маршрутной технологии руководствуются следующими принципами:

1. В первую очередь обрабатывают те поверхности, которые являются базовыми при дальнейшей обработке.

2. Затем обрабатывают поверхности с наибольшим припуском.

3. Далее выполняют обработку поверхностей снятия металла, которая в наименьшей степени влияет на жёсткость детали.

4. К началу техпроцесса необходимо относить те операции, 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, сверлильный станок, 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. выбор заготовки).

Протягивание:

Операция 010.

Производится на горизонтально-протяжном станке, протяжкой для внутреннего протягивания, выполненной из быстрорежущей стали Р9К15 II типа.

Рис.2 Протягивание.

1. Снять деталь.

2. Установить протяжку.

3. Установить деталь и протяжку.

4. Протянуть отверстие 3.

Растачивание:

Операция 015. Производится на токарно-винторезном станке 1А616 прямоугольным расточным резцом 6´10мм, закреплённым в радиальном суппорте планшайбы , ГОСТ 10046-72.

1.Снять и установить деталь.

2.Подобрать резец.

3.Пройти заготовку с одной стороны до диаметра 49мм (начерно) на 28мм.

4.Развернуть заготовку другой стороной.

5. Пройти заготовку с этой стороны до диаметра 59мм (начерно) на 20мм.

6.Развернуть заготовку другой стороной.

7.Пройти заготовку с этой стороны до диаметра 50мм (начисто) на 28мм.

8.Развернуть заготовку другой стороной.

9. Пройти заготовку с этой стороны до диаметра 60мм (начисто) на 20мм.

Сверление:

Операция 020. Производится на настольно-сверлильном станке 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-сверлильном станке 2Н106П, гайконарезной головкой.

1. Снять и установить деталь.

2. Установить головку.

3. Нарезать резьбу 5r1 начисто на глубину 15мм.

4. Повторить операцию для остальных отверстий.

Фрезерование:

Операция 030. Производится на вертикально-консольном фрезерном станке 6Н104, наборной торцовой фрезой с зубьями из быстрорежущей стали 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 поверхности с фрезой диаметром 120мм.

5. Фрезеровать поверхности 1, 2 и 3 начисто.

Расчёт режимов резания и основного технологического времени.

1. Расчитываем режим резания и основное технологическое время операции 010 - протягивания.

Режим резания.

Параметр шероховатости R_a = 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 z_c = 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 45Х относится к первой группе обрабатываемости. Сила резания:

P = q₀Sl_pK_p , где q₀ — сила резания, кгс на 1мм, а Sl_p = суммарная длина режущих кромок зубьев, одновременно участвующих в работе, мм;

К_p — общий поправочный коэффициент на силу резания, учитывающий изменённые условия работы.

Для S₀ = 0.7 мм и g = 20°, q ₀ = 14.19 кгс/мм.

К_pм = 1, К_p0 = 1, К_рр=1, К_pn = 1.

Sl_p=pDz_p/z_c, где D = 30 мм — наибольший диаметр зубьев протяжки, z_p— число зубьев, одновременно участвующих в работе, z_c— число зубьев в секции.

z_{p =} l/t₀ + 1, где l — длина протягиваемой области, t₀ — шаг черновых зубьев;

z_p= 65/12 +1 = 6.42

Sl_p= pDz_p/z_c = 3.14·30·6.42/2 = 302.4 мм

Сила резанья:

P= q ₀Sl_pК_pм К_p0 К_pp К_pn = 14.19·302.4·1·1·1·1=4291 нгс

В единицах СИ P = 65361 H

Скорость гланого движения для шпинделя протяжек первой группы обрабатываемости крупносерийного производства V = 6 м/мин. Поправочный коэффициент на скорость K_Vu=1 (так как Р18).

Определяем скорость гланого движения резания, допустимую мощность электродвигателя станка (станок 7Б 510, N_д= 17 кВт).

V_доп= 65·102N_дh/p , где h=0.85

V_доп= 65·102·17·0.85/4291= 22.3 м/мин

Таким образом, V £ V_доп (6 £ 22.3). Следовательно принимаем скорость главного движения резания V = 6 м/мин.

Основное время:

, где L_px — длина рабочего хода протяжки: L_px= l_n+ l + l_доп =870-265+65+50 = =720мм;

K₁ — коэффициент, учитывающий обратный ускоренный ход,

К₁= 1 + V / V_ох = 1+6/20 = 1.3;

i – число рабочих ходов (одна заготовка i=1);

q — число одновременно обрабатываемых заготовок, q=1.

Таким образом T₀ = 720·1.3·1/(1000·6·1) = 0.16 мин