Министерство образования и науки Украины
Сумский государственный университет
Кафедра прикладной гидроаэромеханики
Курсовая работа
на тему» Разработка энергосберегающеготехнологического процесса изготовления детали машины»
Сумы‑2006
Содержание
1. Задание накурсовую работу. 3
2.Обеспечение технологичности заготовки. 4
3.Заготовительный технологический процесс. 8
3.1 Выбор способа получениязаготовки. 8
3.2 Проектирование кованойзаготовки. 9
3.3 Получение сварной заготовки. 12
3.4 Технико-экономический анализспроектированных заготовок. 14
4. Технологическийпроцесс механической обработки. 17
4.1 Токарная операция. 17
4.2 Обработка фрезами. 17
5. Списокиспользованных источников. 19
/>/>/>/>
1. Задание накурсовую работу
Разработать энергосберегающий технологический процессизготовления детали, показанной на рисунке 1.
/>/>/>2. Обеспечение технологичности заготовки
Под технологичностью конструкции деталиили машины подразумевается наибольшее её соответствие тем определённым методамобработки и производства, в условиях которых она должна изготовляться. Водинаковых условиях производства более технологична та конструкция,трудоёмкость и себестоимость которой меньше. Отработка на технологичностьобязательна на всех стадиях создания изделий.
Вопросы технологичности должны решатьсякомплексно, начиная со стадии проектирования заготовки и выбора метода еёизготовления и заканчивая процессом механической обработки и сборки всегоизделия. Технологичность, как правило, закладывается на стадии проектирования,поэтому от конструктора требуется высокий уровень технологической подготовки.
Технологичность – понятие относительное.Одна конструкция заготовки может быть технологична при данном типе производстваи совершенно нетехнологична при другом.
Основными требованиями с точки зрениятехнологичности конструкции являются наименьший вес при достаточной жёсткостидетали; лёгкий доступ к обрабатываемым поверхностям; наименьшее количествоглухих отверстий; постоянные или уменьшающиеся в одном направлении диаметрысоосных отверстий в корпусных деталях; удобство сборки машины и т.д.
Показатели технологичности различают двухвидов: качественные и количественные.
Качественную оценку получают путём сравнения двух и болеевариантов заготовок. Обычно такая оценка производится на стадии эскизногопроектирования и всегда предшествует количественной оценке.
Количественные показатели дают возможность объективно и достаточно точнооценить технологичность сравниваемых конструкций. Выбор показателей зависит отназначения детали, типа производства, и условий эксплуатации. Для заготовок вкачестве показателей технологичности используют трудоёмкость изготовления,технологическую себестоимость и коэффициент использования металла.
Трудоемкость изготовления заготовки представляет собой суммарныезатраты времени на производство заготовки по всем технологическим операциям. Составляющиенормы времени на выполнение работ по отдельным операциям приводятся в соответствующихсправочниках.
Наранних стадиях проектирования применяют приближенные методы оценки трудоемкости.Например, «весовым методом» трудоемкость оценивается по трудоемкости типовойзаготовки, аналогичной по форме, точности и технологии изготовления:
/>
гдеТпр, Ттип – трудоемкость соответственно проектируемой и типовой заготовок. Gпр,Gтип – масса соответственно проектируемой и типовой заготовок.
Дляоценки технологичности используют также отношение трудоемкости механическойобработки к трудоемкости получения заготовки Тмех / Тзаг. Чем меньше этоотношение, тем технологичнее заготовка. Отношение Тмех/ТЗаг зависит также оттипа производства (для единичного производства оно максимально).
Технологическаясебестоимость изготовления применяется для выбора наилучшего варианта заготовкив условиях одного способа производства (цеха, завода). В общем виде для однойдетали она состоит из следующих элементов:
Ст.д= М + З + Ин.о + Соб,
гдеМ – стоимость расходуемых основных материалов, грн./шт.;
З– заработная плата производственных рабочих, грн./шт.
Ин.о– возмещение износа оснастки, грн./шт.
Соб– расходы, связанные с содержанием и эксплуатацией оборудования за времяизготовления одной детали, грн./шт.
Всеэлементы себестоимости взаимосвязаны. Например, изменение вида заготовкивызывает изменение затрат на механическую обработку. Изменение конструкционногоматериала может вызвать изменение номенклатуры технологического оборудования.Из сравниваемых вариантов выбирают тот, для которого технологическаясебестоимость минимальна независимо от отдельных составляющих.
Коэффициент использования металла – это безразмернаявеличина, определяемая отношением массы изделия к массе израсходованногометалла:
Ки.м=Gд/ Gр
гдеGд – масса готовой детали
Gр– масса всего израсходованного металла, включая массу литников, облоя, окалины,брака и т.п.
Различаюткоэффициент Кв.г выхода металла, годного в заготовительных цехах, и коэффициентвесовой точности Кв.т:
Кв.г= G3/Gр
гдеG3 – масса заготовки
Кв.т=Gд/Gз
Припрочих равных условиях более выгодны высокие значения Ки.м. Для оценки влияниятехнологичности заготовки на коэффициент использования металла необходимопомнить, что Ки.м= Кв.г· Кв.т.
/>/>/>/>3. Заготовительный технологический процесс/>/>/>/> 3.1 Выбор способа получения заготовки
Однуи ту же деталь можно изготовить из заготовок, полученных различными способами.Одним из основополагающих принципов выбора заготовки является ориентация натакой способ изготовления, который обеспечит ей максимальное приближение кготовой детали. В этом случае существенно сокращается расход металла, объеммеханической обработки и производственный цикл изготовления детали. Однако приэтом в заготовительном производстве увеличиваются расходы на технологическоеоборудование и оснастку, их ремонт и обслуживание. Поэтому при выборе способаполучения заготовки следует проводить технико-экономический анализ двух этаповпроизводства – заготовительного и механообрабатывающего.
Разработкатехнологических процессов изготовления заготовок должна осуществляться наоснове технического и экономического принципов. В соответствии с техническимпринципом выбранный технологический процесс должен полностью обеспечитьвыполнение всех требований чертежа и технических условий на заготовку. Всоответствии с экономическим принципом изготовление заготовки должно вестись сминимальными производственными затратами.
Изнескольких возможных вариантов технологического процесса при прочих равныхусловиях выбирают наиболее экономичный, при равной экономичности – наиболее производительный.Если ставятся специальные задачи, например срочный выпуск какой-нибудь важнойпродукции, решающими могут оказаться другие факторы (более высокая производительность,минимальное время подготовки производства и др.).
/>/>/>/>3.2 Проектирование кованойзаготовки
Процесс ковки состоит в деформировании нагретой заготовкимежду бойками молота или пресса с помощью универсального инструмента. Взависимости от использования оборудования различают ковку машинную, котораявыполняется молотом либо прессом, и ручную, которую выполняют с помощью молоткаи кувалды. Ковкой изготовляют обычно простые по форме заготовки массой до 300тонн и в большинстве случаев в условиях единичного и мелкосерийного производства.Основные операции технологического процесса ковки делят на разделительные,формоизменяющие и общие.
К разделительным операциям свободной ковки принадлежатобрубка, надрубка, ломка. Формоизменяющие операции – это осаждение,протягивание, разгонка, прошивание, изгибание, закручивание, выдавливание.Нагревание, обдувание, смазка и охлаждение являются общими операциями.
Перед ковкой изготовляют начальные заготовки.
Преимущества изготовления заготовок свободной ковкой – высокоекачество металла, универсальность оборудования и инструмента, возможностьизготовления заготовок значительных размеров и масс на маломощном оборудовании.
К недостаткам технологических процессов свободной ковки заготовокпринадлежат сравнительно низкая продуктивность работы, высокая трудоемкость,небольшая точность формы и размеров заготовок, увеличенные затраты металла нанапуски, выгорание, увеличенные припуски на механическую обработку, потребностьв высокой квалификации работников, тяжелые условия труда, трудности смеханизацией и автоматизацией производственных процессов.
Свободной ковкой изготовляют заготовки для больших валов ироторов турбин, двигателей внутреннего сгорания, пушечных стволов и другихгабаритных и ответственных деталей машин. Сложные ковки требуют многоразовогоповторения операций нагревания и ковки. Параметр шероховатости поверхностей поковоксоставляет Ra 20…80.
Исходный документ для разработки чертежа поковки – чертежготовой детали.
Поковкам придают простую форму, ограниченную плоскими илицилиндрическими поверхностями. Нежелательны конические и клиновые формыпоковок, пересечение нескольких цилиндрических элементов и призматических сцилиндрическими. Односторонние выступы предпочтительнее двусторонних. Нельзя выполнятьковкой ребра жесткости и пластики. Заготовки со значительной разницейпоперечных сечений, а также сложной формы или поковок и отливок.
Стремясь максимально приблизить конфигурацию поковки кконфигурации детали, необходимо оценить возможность изготовления ковкой уступови выемок. Ковка коротких уступов с небольшой высотой выступа экономическинецелесообразна. При отсутствии специального инструмента выемки выполняются втом случае, если их длина равна или больше ширины бойков. Если размеры или выемкималы, на эти участки поковки назначаются напуски. Для небольшого числа поковокизготовление специального инструмента часто обходится дороже, чем потериметалла на напуски и на увеличение объема механической обработки.
По требованиям ГОСТ 7829–70, который распространяется напоковки общего назначения из углеродистой и легированной стали, изготовляемыесвободной ковкой на молотах в единичном и мелкосерийном производстве, припускина механическую обработку и отклонение размеров заготовок назначают взависимости от типа поковки и ее размеров. Припуски на необрабатываемуюповерхность не назначают. Предельные отклонения на все размеры поковокустанавливают в соответствии с их типом и номинальными размерами.
По согласованию между изготовителем и потребителемдопускают изготовлять заготовки с большей, чем в стандартах, точностью, то естьс меньшими значениями отклонений, припусков и напусков. Допускается округлятьрасчетные
номинальные размеры заготовок к ближайшим значениям всторону увеличения припусков на механическую обработку.
Дефекты кованых заготовок
Дефекты, возникающие при ковке, могут иметь различныепричины. С исходным металлом связаны такие дефекты, как несоответствиехимического состава, размеров и формы исходной заготовки, риски, волосовины,закаты, плены, трещины и др. Заусеницы, волосовины, трещины, закаты и другоеудаляют заточкой или вырубкой.
Вследствие ошибок при нагреве заготовки возможно образованиезавышенного слоя окалины, обезуглероженного поверхностного слоя, изменение микроструктурыметалла (перегрев, пережог). В процессе ковки возникают различные искаженияформы, забоины, вмятины, вогнутые торцы, увеличивающие концевые припуски. Принесоблюдении температурного режима ковки возможно образование наружных ивнутренних трещин (расслоение), неблагоприятной микроструктуры поковки.
При очистке на поверхности поковки могут обнаружитьсязабоины, остатки окалины и следы травления. Необходимо отметить, что торцевые изакалочные трещины, расслоения, пережоги, значительные отклонения формыявляются неисправимыми дефектами.
Спроектируем кованую заготовку для детали, указанной нарисунке 1.
Руководствуясь ГОСТ 7829–70 – Поковки из углеродистой илегированной стали, изготовляемые свободной ковкой на молотах, назначимприпуски на размеры поковки (таблица 7):
для Ø110 ммприпуск составляет 14±5 мм;
для Ø90 мм припуск составляет20±5 мм;
для высоты Н=205±0,3 мм припуск равен13±4 мм.
Чертёж заготовки – на рисунке 2.
Рассчитаем массу полученной заготовки.
V1=πD2H/4=3,14*1242*218/4=2,63*10-3 м3;
V2=πd2H/4=3,14*702*218/4=0,84*10-3 м2;
ρ=7, 88*103 кг/м3;
Cзаг.=(V1-V2)* ρ=(2,63–0,84)*7,88=14,1 кг.
Расчётная масса поковки – 14,1 кг./>/>3.3 Получение сварной заготовки
Сварные заготовки широко распространены в машиностроении,что объясняется значительными преимуществами сварки по сравнению с другими способамисоединения заготовок. Экономия материалов, снижение стоимости продукции,высокая производительность оборудования и качество продукции – далеко не всепреимущества, которые обеспечивает использование сварки в машиностроительномпроизводстве. Использование сварных заготовок позволяет упростить конструкциюисходных заготовок, уменьшить толщину стенок и массу заготовок, использоватьразные профили сортового и специального проката.
По сравнению с отливками и поковками сварные заготовкиблагоприятствуют экономии металлов (40…60%), экономии капитальных затратпроизводства, уменьшают трудоёмкость изготовления и стоимость заготовок,сокращают сроки их изготовления.
К недостаткам сварных заготовок относят наличие в нихвнутренних напряжений, которые часто приводят к потере точности формы иразмеров поверхностей; сложные по форме заготовки по сравнению с отливкамиимеют большую трудоёмкость изготовления и меньшую производительность труда; невсе материалы отличаются достаточной свариваемостью.
Под свариваемостью понимают способность материалов врезультате сварки создавать надёжное их соединение.
Технологичность сварных заготовок обеспечиваетсярациональным выбором материалов их составных частей, способов их получения,конструкцией сварных элементов и режимом сварки.
Спроектируем сварную заготовку для детали на рисунке 1.
Оптимальнымспособом сварки в данном случае может служить механизированная дуговая сварка.
Дуговаясварка (ручная, полуавтоматическая и автоматическая) является наиболеераспространенным способом сварки. Ручная сварка применяется для сварки швовнебольшого размера; за один проход без предварительной разделки кромок онапозволяет сваривать детали толщиной 4… 8 мм. Автоматическая сварка можетвестись одним или несколькими электродами под слоем флюса, в среде защитныхгазов (аргона, гелия, углекислого газа) или самозащитой проволокой. При этомрезко повышается толщина свариваемых деталей (до 15 м без разделки кромок)и производительность сварки (в 6…8 раз по сравнению с ручной сваркой). Сварка вуглекислом газе углеродистых и низколегированных сталей характеризуетсястабильностью режима сварки, хорошим формированием сварного шва, высокимкачеством соединения. Производительность полуавтоматической сварки примерно в2…4 раза выше, чем ручной.
Сучетом технологических соображений выбираем полуавтоматическую аргонно-дуговуюсварку сварочной проволокой: Св‑18ХМА. По ГОСТ 1477 Г-76 выбираемтип сварного шва (СВ.), обеспечивающий провар сварного соединения приодносторонней многопроходной сварке. Зная конфигурацию и размеры исходныхчастей заготовки, оформляем ее чертеж (рисунок 3). Расчетная масса заготовки –7,96 кг.
/>/>3.4 Технико-экономический анализ спроектированных заготовок
Еслизаготовка может быть получена несколькими способами, возникает необходимость впроведении технико-экономического анализа возможных вариантов, чтобы на егооснове выбрать оптимальный. Выбор оптимального способа производства заготовокосуществляют путем сопоставления технико-экономических показателей рассматриваемыхтехнологических вариантов. Задача состоит в том, чтобы определить, какой изсравниваемых вариантов экономически более целесообразен. Оценить способыполучения заготовки можно по одному или нескольким одновременно из следующихпоказателей: трудоемкость изготовления заготовок; коэффициент использованияматериала себестоимость изготовления заготовки; затраты на основноеоборудование, технологическую оснастку, сварочные материалы, топливо и др. Трипервые применяются наиболее часто.
Впунктах 3.2 и 3.3 приведены примеры проектирования кованой и сварной заготовокдля детали. Технико-экономический анализ заготовок проводим по себестоимостидеталей, изготовленных из различных заготовок, и коэффициенту использованияметалла.
Себестоимостьпоковок в значительной степени определяется группой сложности и классом точностипоковки, так как от них зависит сложность и стоимость изготовления штампа.Большую часть себестоимости составляют затраты на металл. Угар, облой иклещевина существенно повышают массу исходной заготовки. Связанная с ними доляпотерь металла относительно увеличивается с уменьшением массы поковки иувеличением её сложности.
Наибольшийэффект в снижении себестоимости достигается при увеличении коэффициента весовойточности (отношение массы готовой детали к массе заготовки), так как расходы наметалл во много раз превышают любые другие расходы на изготовление деталей.
Себестоимостьдетали оцениваем по методике упрощенного расчета себестоимости.
Длякованой заготовки по прейскуранту и по массе 14,1 кг определяем базовую ценуЦ’З = 506 грн./т. (Цены взяты на момент 1991 года) С учетом доплаты засерийность (+6%) фактическая оптовая цена отливки составляет Ц3=536 грн./т.Затраты на механическую обработку Сстр, принимаем округленно 500 грн./т. Себестоимостьдетали, изготовленной из кованой заготовки:
Сд=Сз·Мз+Сстр.(Мз-Мд)
С= 0,536·14,1 +0,5 (14,1 – 4,2) =12,5 грн.
Мз– масса заготовки;
Мд– масса готовой детали.
Длясварной заготовки определяем себестоимость свариваемых частей и приведенныезатраты сварочных работ. Оптовая цена штампованной части заготовки при массе 7,96кг и группе серийности С2 составляет ЦТр = 510 грн./т. Следовательно, еестоимость Ст.чз = 0,510*7,96= 4,06 грн. Приведенные затраты сварочных работ Ссв= 0,23 грн. определяем по формуле; нормативные затраты и коэффициенты берем всправочниках. Следовательно, себестоимость сварной заготовки составляет
С3св=4,06 + 0,23 = 4,29 грн.
Сучетом общей массы сварной заготовки 12,4 кг определяем себестоимость детали, изготовленной из сварной заготовки:
Ссвд=4,29+0,5(7,96–4,2)=6,17 грн.
Коэффициентыиспользования металла соответственно равны:
Ки.м=4,2/14,1 = 0,30;
Ки.мсв= 4,2/7,96 = 0,53.
Наосновании полученных данных делаем вывод: в заданных условиях производства дляизготовления детали наиболее выгодна сварная заготовка. Энергосбережение припроцессе сварки при изготовлении детали: – применять сварочное оборудование сбольшим КПД; – устранение или уменьшение холостого хода сварочного агрегата; – правильныйвыбор электродов.
3.5Термическая обработка выбранной заготовки
Следующимэтапом является термическая обработка. Термическая обработка сварных заготовокпроизводится с целью улучшения свойств металла шва и околошовной зоны и дляснятия сварочных напряжений. Режим термообработки определяется химическимсоставом, теплофизическими и механическими свойствами материала. Термообработкаспособствует обеспечению точности последующей механической обработки заготовки,а также стабильности размеров и формы сварного изделия в процессе эксплуатации./>
4. Технологический процесс механическойобработки/> 4.1 Токарная операция
Токарнаяобработка производится для формирования новых поверхностей более точных спомощью режущего инструмента (резца) и образованием стружки.
Благодарясравнительно простому оборудованию и достаточно высокой производительноститруда точение является одним из широко применяемых видом обработки металловрезанием. Производим токарную обработку с помощью токарно-винторезного станка ипроходного резца. Энергосбережением на данном этапе является правильный подбортокарно-винторезного станка, правильное закрепление резцов, применениеусовершенствованных резцов для обработки данной детали, применениесмазывающе-охлаждающихжидкостей. В значительной мере уменьшают энергозатраты станки с числовымпрограммным управлением (ЧПУ)./> 4.2 Обработка фрезами
Различают черновое, получистовое, чистовое и тонкоефрезерование. Черновое фрезерование применяют как метод предварительнойобработки поковок, припуск на предварительную обработку которых превышает 3 мм.Получистовое фрезерование применяют для уменьшения погрешностей геометрическихформ и пространственных отклонений. Чистовое фрезерование применяют либо как методокончательной обработки после чернового и получистового фрезерования, либо какметод промежуточной обработки после чернового фрезерования перед последующейотделочной обработкой. Тонкое фрезерование применяют как метод окончательнойобработки плоскостей торцовыми фрезами.
4.3 Контрольная операция
ОТКпроверяет готовую деталь на точность линейных размеров. Шероховатостьобработанной поверхности, твердость поверхности и другие параметры, которыедолжны соответствовать чертежу и технологическим требованиям.
/>Список использованных источников
1.Проектирование и производство заготовок в машиностроении: Учеб. Пособие/ П.А. Руденкои др. – К.: Выща школа, 1991. – 247 с.
2. Корсаков В.С. Основытехнологии машиностроения. – М.: Высшая школа, 1974. – 335 с.
3. Белецкий Д.Г. Технологиянасосостроения. – М.: Государственное научно-техническое издательствомашиностроительной литературы, 1956. – 507 с.
4. Градиль В.П. Справочникпо единой системе конструкторской документации. – Х.: Прапор, 1988. –255 с.
5. Боженко Л.І.Технологія машинобудування. Проектування та виробництво заготованок: Підручник.– Львів: Світ, 1996. – 368 с.
6.Прейскурант №25–01. Оптовые цены на отливки, поковки и горячие штамповки. –М.: Прейскурант-издат, 1980. – 368 с.
7. ГОСТ7829–70. Поковки из углеродистой и легированной стали, изготовляемые свободнойковкой на молотах. Припуски и напуски.