Федеральное агентство пообразованию (Рособразование)
Архангельский государственныйтехнический университет
Кафедра технологии конструкционных
материалов и машиностроения
КУРСОВАЯ РАБОТА
По дисциплине: «Технология металлов итрубопроводо-строительных материалов»
На тему: Разработка технологии изготовлениядетали из чугуна
Студент: Танцюра Сергей Анатольевич
Факультет ИНиГ
Курс 3
Группа 5
Руководитель: Е.В.Фомин
Архангельск
2010
ОГЛАВЛЕНИЕ
1 РАСШИФРОВКА МАРКИ МАТЕРИАЛА
2 СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МАТЕРИАЛА
3 ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА
4 СХЕМА ОТЛИВКИ МЕТОДОМ ЛИТЬЯ В КОКИЛЬ
5 СХЕМА ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ 3, 4, 5
6 НАЗВАНИЕ СТАНКА, ИНСТРУМЕНТА И ЗАЖИМНЫХ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ЗАДАНИЕ К ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТЫ (ВАРИАНТ11)
Наименование детали — крышка.
Материал — СЧ 20.
Характер производства — массовый.
Обрабатываемыеповерхности – 3,4,5 (рисунок 1).
1. Расшифруйте марку материала.
2. Укажите способ выплавки данногоматериала и обоснуйте его выбор.
3. Укажите режим ТО.
4. Нарисуйте микроструктуру материалапосле ТО.
5. По эскизу детали разработайтетехнологию ее изготовления методом литья в кокиль. Опишите последовательностьопераций и приведите эскиз кокиля и собранной литейной формы.
6. Приведите схемыобработки поверхностей 3, 4, 5 детали, названия и единицы величин,характеризующих рабочие движения.
7. Для каждой схемыукажите название станка, инструмента и зажимных приспособлений.
8. Приведите эскизы инструмента дляобработки поверхностей 3, 4, 5.
/> />
Рисунок 1 — Крышка
1 РАСШИФРОВКА МАРКИ МАТЕРИАЛА
Чугунами называют сплавыжелеза с углеродом, в которых углерода содержится свыше 2℅. В зависимостиот состояния углерода в чугуне различают: белые, серые, ковкие и высокопрочныечугуны.
Серый чугун – это сплавсистемы Fe – C – Si, содержащий вкачестве примесей марганец, фосфор и серу. Углерод в серых чугунах находится ввиде графита пластинчатой формы. Химический состав серых чугунов: C – 2,4…3,8 %, Si – 1…5 %, Mn – 0,5…0,8 %, P –0,2…0,4 %, S – до 0,12 %. Структура отливок определяетсяхимическим составом чугуна и технологическими особенностями его термообработки.Такое название чугун получил по виду излома, который имеет серый цвет.
Структурно серый чугунсостоит из металлической основы и графитовых включений. По составу металлическойосновы различают чугуны: серый перлитный ( П + Г); серый феррито-перлитный (Ф+ П + Г); серый ферритный ( Ф + Г ). Механические свойства серого чугуназависят от свойств металлической матрицы, формы и размеров графитовыхвключений. Свойства металлической матрицы чугунов близки к свойствам сталей.Графит, имеющий невысокую прочность, снижает прочность чугуна. Чем меньшеграфитовых включений и выше их дисперсность, тем больше прочность чугуна.Графитовые включения обуславливают уменьшение предела прочности чугуна прирастяжении, его пластичности. Свойство графита образовывать смазочные пленкиобусловливает снижение коэффициента трения и увеличивает износостойкостиизделий из чугуна. Графит улучшает обрабатываемость чугуна резанием.
Серый чугун (ГОСТ 1412-85)маркируют буквами «С» (серый), «Ч» (чугун) и цифрами. Первая группа цифрпоказывает среднее значение предела прочности чугуна при растяжении, вторая –среднее значение предела прочности при изгибе.
Данный материал СЧ-20расшифровывается как серый чугун, характеризующийся пределом прочности прирастяжении в 20 МПа.
2 СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МАТЕРИАЛА
Производствочерных металлов из железной руды — сложный технологический процесс, которыйможет быть условно разделен на две стадии. На первой стадии получают чугун, ана второй — его перерабатывают в сталь.
Чугунвыплавляют в доменных печах (рисунок 2). Исходными материалами для производствачугуна являются железные руды, топливо и флюсы. Железные руды — горные породысодержащие железо в виде химических соединений с кислородом и другимиэлементами. В состав железных руд, кроме того, входят и другие соединения ввиде кремнезема, глинозема, известняка и т. п. (объединяемые общим понятием — «пустая порода»). Обычно для производства чугуна используют магнитныйжелезняк (Fe3O4) с содержанием железа до 70%, красный железняк (Fe2О3 ),содержащий до 65% железа, и бурый железняк (2Fe2О3*2H2О), содержащий до 60%железа. Топливом в доменном процессе служит кокс, получаемый при сухойперегонке (сжигание без доступа воздуха) коксующихся каменных углей. Флюсы(плавни) — известняки, доломиты, песчаники применяют для понижения температурыплавления пустой породы и перевода ее и золы топлива в шлак.
Доменная печьпредставляет собой шахту, снаружи покрытую металлическим кожухом и изнутрифутерованную огнеупорным кирпичом. Печь через верхнюю часть, называемуюколошником непрерывно загружают шихтой, чередуя слои руды, флюса и топлива. Дляподдержания горения топлива в нижнюю часть печи — горн через фурмы подают поддавлением нагретый воздух.
/>
Рисунок 2- Схема доменной печи
1 – шахта; 2 – колошник; 3 –загрузочное устройство; 4 – металлический кожух; 5 – футеровка; 6 –цилиндрическая часть печи; 7 – заплечики; 8 – горн; 9 – шлаковая летка; 10 –чугун; 11 – летка для выпуска чугуна; 12 – воздухоподающая труба
3 ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА
чугун литье кокиль деталь
Термической обработкойназывают нагревание изделия и заготовок до определенной температуры в сочетаниис выдержкой при этой температуре и последующем охлаждении с заданной скоростью.Термическая обработка позволяет изменять в желательном направлении структуру исвойства машиностроительного материала в изделии, причем диапазон регулированиясвойств может быть очень широким. Термическая обработка может сочетаться схимическим воздействием или пластическим деформированием, что дополнительнорасширяет ее возможности. Все основные виды термической обработки, а такжехимико-термическая, термомеханическая и механотермические обработки основаны напротекании перекристаллизации в структуре металлического материала. Факторами,влияющими на изменение структуры и свойств материала, являются температуранагрева, его продолжительность и скорость, а также скорость охлаждения.
Серыйлитейный чугун подвергают термической обработке: отжигу, закалке, отпуску,поверхностной закалке, азотированию. Для чугунных отливок чаще других видовтермической обработки применяют отжиг. Отжиг отливок из серого чугуна устраняетвнутренние напряжения и отбел. Внутренние напряжения возникают принеравномерном охлаждении отливок и часто приводят к трещинам. Отбел — этообразование твердой поверхностной корки, состоящей из цементита, на отливках изсерого чугуна при литье в металлические формы. Слой цементита затрудняетобработку режущими инструментами. Отжиг для устранения внутренних напряженийвыполняют путем медленного нагревания отливок до 500—550° С и выдержки при этойтемпературе в течение 2—5 ч с последующим медленным охлаждением вместе с печьюдо 250° С, а затем на воздухе. Отжиг для устранения отбела производят путемнагрева отливок до 850—870° С. Отливки выдерживают при этой температуре втечение 1—5 ч, и охлаждают сначала вместе с печью до 500° С, а затем навоздухе. В результате цементит распадается на железо и углерод, а твердостьповерхностного слоя отливок снижается.
Микроструктура материалапосле термической обработки
/> />
а) б)
Рисунок 3 — Микроструктура серогочугуна
1 – перлит; 2 – графит отжига; 3 –феррит
4 СХЕМА ОТЛИВКИ МЕТОДОМ ЛИТЬЯ ВКОКИЛЬ
Кокилем называютметаллическую форму, заполняемую расплавом под действием гравитационных сил.
Сущность способазаключается в применении многократно используемой литейной формы, котораяформирует конфигурацию и свойства отливки. При этом способе литья либо совсемисключается применение, либо расходуется малое количество песчаных смесей лишьна изготовление разовых стержней. В связи с этим отпадает необходимость вземлеприготовительных отделениях.
Модельная оснастка прилитье в кокиль включает подогреваемые стержневые ящики (для изготовлениясплошных или оболочковых стержней), ящики для холоднотвердеющих стержневыхсмесей и т.д.
Металлическая формаобладает по сравнению с песчаной значительно большими теплоемкостью,теплопроводностью, прочностью и нулевой газопроницаемостью. Материалами длякокилей служат чугуны серые СЧ20, СЧ25 и высокопрочный ВЧ42-12;низкоуглеродистые стали 10 и 20; легированные стали 15ХМЛ и др.; алюминиевыесплавы АЛ9 и АЛ11; медь.
Наибольшеераспространение получили чугунные кокили. Металлические стержни изготовляют изконструкционных углеродистых (простой) и легированных (сложной формы) сталей.Кокили небольших размеров либо отливают, либо получают обработкой резанием изпоковок. Рабочие полости и элементы литниковой системы в последнем случаеполучают электрофизической или электрохимической обработкой. Более крупныекокили выполняют литыми. С целью стабилизации размеров и форм кокили проходятсложную термическую обработку.
По конструкции кокилибывают простыми и сложными. В зависимости от расположения плоскости разъемакокили делятся на неразъемные (вытряхные); с вертикальной, горизонтальной исложной (комбинированной) плоскостями разъема.
Последовательностьизготовления отливки в кокиле показана на рисунке 5. Она состоит из небольшогочисла основных операций.
/>
Рисунок 4 – Последовательностьизготовления отливки
а — очистка полуформ; б — установкастержней; в — заливка расплава; г — частичное удаление металлического стержня; д- извлечение отливки
/>Рисунок 5– Эскиз разреза металлическойформы – кокиля
1 – отливка; 2 – нижняя часть кокиля; 3 – средняя часть кокиля;4 – стержень; 5–приемная воронка (верхняя часть кокиля); 6 – вентиляционныеканалы; 7 – питатели
/>Эскизотливки с необходимыми припусками на механическую обработку представлен нарисунке 6.
Рисунок 6 – Эскиз отливки
5 СХЕМАОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ 3, 4, 5
Поверхность 3 мы будемобрабатывать проходным отогнутым резцом (Рисунок 7)
/>
Рисунок 7 – Обтачиваниецилиндрической поверхности (3) на проход проходным отогнутым резцом
Поверхность 4 обработаемпроходным упорным резцом (рисунок 8)./> />
Рисунок 8 – Обтачиваниецилиндрической поверхности (4) до упора проходным упорным резцом
/> />
Поверхность 5 обработаемпроходным отогнутым резцом (рисунок 9).
Рисунок 9 – Подрезание торцовойповерхности (4) на проход проходным отогнутым резцом
Элементы резания ипараметры срезаемого слоя.
Для осуществленияпроцесса обработки заготовки необходимо произвести настройку станка, т. е.определить и задать на станке следующие три параметра: скорость главногодвижения, величину подачи и глубину внедрения режущего инструмента вобрабатываемую заготовку. Эти параметры называются элементами резания, а ихсовокупность называется режимом резания.
Скорость главногодвижения называютскоростью резания. Эта величина перемещения поверхности резания относительнорежущей кромки в единицу времени в процессе главного движения. Скорость резанияизмеряют в метрах в минуту, при шлифовании в метрах в секунду. υ=(πDn)/1000 М/мин. />
Скорость подачи или подача S — это скорость перемещения инструмента относительнозаготовки в направлении подачи. При точении подача S, мм/об, определяется величиной перемещения инструмента заодин оборот заготовки. В ряде случаев бывает необходимо знать величину минутнойподачи sМ: sM = S* п.
Глубина резания t определяет толщину срезаемого слояза один проход. Она определяется расстоянием между обрабатываемой иобработанной поверхностями, измеренными по нормали к последней. При точениицилиндрической поверхности глубину резания определяют полуразностью диаметровдо и после обработки:
t= (D — d)/2
В ряде случаевоказывается необходимым использовать понятия ширины и толщины срезаемого слояматериала. Шириной среза b называютрасстояние между обработанной и обрабатываемой поверхностями, измеренное поповерхности резания, а толщиной среза а — расстояние между двумяпоследовательными положениями поверхностей резания за время одного оборотазаготовки.
Станки токарной группыпредназначены для обработки наружных и внутренних поверхностей вращения(цилиндрических, конических и фасонных), обработки плоских торцевыхповерхностей (подрезание торцов), нарезания резьбы и некоторых других работ. Внашем случае необходимо произвести торцевание отверстия подрезным резцом иобработку внутренней поверхности детали расточным резцом. Для обработкиотверстий используются сверла, зенкеры, развертки и др.
Главным движением у всехстанков токарной группы является вращение заготовки. Движение подачи сообщаетсярежущему инструменту. В машиностроении станки токарной группы составляют 30—40% от общего парка металлорежущих станков. В зависимости от масштабапроизводства, конфигурации, размеров и массы деталей их обработка осуществляетсяна различных типах станков. Токарные и токарно-винторезные станки предназначеныдля выполнения всех основных видов токарных работ в условиях единичного имелкосерийного производства.
6 НАЗВАНИЕ СТАНКА, ИНСТРУМЕНТА ИЗАЖИМНЫХ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ
Основные узлы и устройствотокарно-винторезного станка 1К62
Станок (рисунок 10)состоит из следующих основных узлов: станины 1, передней бабки 3, задней бабки7, коробки подач 2, фартука 10 и несущего суппорта 6, на котором расположенрезцедержатель 5.
Обрабатываемую заготовкузакрепляют в патроне 4, в центрах или в специальном приспособлении,устанавливаемом вместо патрона. Наиболее часто закрепление деталей на токарныхстанках происходит в трех- и четырехкулачковом патронах. Трехкулачковыесамоцентрирующие патроны (рисунок 13) применяют для закрепления осесимметричныхзаготовок. Четырехкулачковый патрон имеет независимые перемещение всех четырехкулачков, что позволяет закреплять несимметричные детали. При работе станкаобрабатываемая заготовка совершает непрерывное вращательное (главное) движение.
Резец закрепляется врезцедержателе 5 суппорта и получает во время работы продольное или поперечноедвижение подачи. В передней бабке размещается коробка скоростей – механизм,позволяющий сообщать шпинделю различные числа оборотов n. Коробка подач позволяет изменять скорости перемещениясуппорта, а следовательно, и резцедержателя с резцом (величину подачи).Передача движения от коробки подач к фартуку может осуществляется с помощьюходового валика 9 или ходового винта 8.
Задняя бабкапредназначена для поддержания правого конца детали при обработке в центрах идля закрепления инструмента при обработке отверстий.
Станок 1К62 являетсяуниверсальным. Он применяется для выполнения разнообразных токарных работ, длянарезания различных резьб.
/>
Рисунок 10 — Токарно-винторезныйстанок 1К62
Эскизы инструмента для обрабатываемыхповерхностей
Проходным отогнутымрезцом (рисунок 11) можно выполнять подрезание торца при поперечной подаче иобтачивание — при перемещении с продольной подачей.
/>
Рисунок 11 – Резец проходнойотогнутый
Резец токарный проходнойупорный с пластинами из твердого сплава изготовлен по ТУ 2.035.0220916.044.91,(отличается от ГОСТа отсутствием заточки твердых сплошных пластин.)предназначен для обточки и отрезки деталей или заготовок из сталей, чугунов илицветных металлов и сплавов на универсальном и автоматизированным оборудовании.Марка применяемых пластин из твердого сплава ВК8, Т15К6, Т5К10.
/>
Рисунок 12 – Резец проходной упорный
Зажимное приспособление:трехкулачковый самоцентрирующий патрон
Заготовки, отношениедлины к диаметру которых l/d меньше четырех, чаще всего устанавливают изакрепляют в трехкулачковых самоцентрирующих патронах. Они очень удобные дляработы, так как все кулачки вниз перемещаются одновременно, благодаря чемудеталь, имеющая цилиндрические очертания закрепляется точно по оси шпинделя.Кроме того, значительно сокращается время на установку и закрепление детали.Применяют два вида кулачков: закаленные и незакаленные. Обычно пользуютсязакаленными кулачками благодаря их малой изнашиваемости. Но при их зажиметакими кулачками на деталях после обработки остаются следы в виде вмятин. Чтобыизбежать этого, рекомендуется использовать незакаленные кулачки, которые передустановкой детали протачиваются и точно пригоняются по диаметру детали.Трехкулачковый патрон имеет простое строение. На корпусе 1 расположены трирадиальных паза, по которым перемещаются кулачки 2.
/>
Рисунок 13 — Общий вид трехкулачковогосамоцентрирующего патрона
1 – кулачки; 2 – коническое колесо соспиральной канавкой
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Солнцев Ю.П. Металловедение итехнология металлов. — М.: Металлургия, 1988.
2. Гуляев А.П. Металловедение. — М.:Металлургия, 1977.
3. Скобников К.М., Глазов Г.А., ПетрашЛ.В. Технология металлов и других конструкционных материалов. – Ленинград.: Машиностроение,1972.
4. Сидорин Г.Ф., Косолапое Г. Ф.,Макарова В. И. Основы материаловедения. — М.: Машиностроение, 1976.
5. Лахтин Ю.М., Леонтьева В. П.Материаловедение. — М.: Машиностроение, 1972.
6. Яковлев Б.Н. Изготовление деталейлитьем: методические указания к выполнению лабораторных работ. — Арх-ск: АЛТИ,1985.