/>Введение
Курсовая работа «Технология получения и обработкизаготовок» является обобщающей работой по дисциплине «Материаловедение».Выбранный в данной работе технологический процесс должен обеспечить высокуюпроизводительность труда, наиболее экономичное использование материалов, выбораоснастки с минимальными затратами при условии длительной эксплуатации,минимальную себестоимость готовых деталей.
Полученная в результате разработанноготехнологического процесса заготовка должна удовлетворять условиям,предъявляемым заданием для данной курсовой работы.
1 Общая схематехнологического процесса получения детали
На рисунке1.1 представлена общая технологическая схема получения и обработки заготовки,получаемой штамповкой.
/>
Рисунок 1.1 –Общая технологическая схема получения и обработки заготовки2 Выбормарки материала
Выборматериала обеспечивается необходимостью обеспечить требуемую надежность деталипри имеющихся экономических ограничениях. То есть, при минимальных затратах наизготовление детали получить максимальную выгоду.
В даннойкурсовой работе исходной деталью для проектирования является деталь “Пробка 5а”.На чертеже ТПЖА.752457. представлен её внешний вид, размеры, техническиетребования на её изготовление, заложенные конструктором.
Выборматериала заготовки определяется следующим требованиями:
- пределпрочности σВ ≥ 440 МПа;
- относительное удлинение d ≥18%;
- температураэксплуатации t= 500ºC.
В качествевариантов рассматриваются материалы: легированные стали 20ХМ и 23Х2НМФА ГОСТ 4543-73.В таблице 2.1 приводится их химический состав, а также механические ифизические свойства этих материалов.
Таблица 2.1 –Химический состав, механические и физические свойства материалов
Наименование
величины
Единицы
измерения
20ХМ
ГОСТ 4543-73
23Х2НМФА
ГОСТ 4543-73 Химический состав С % 0,82÷ 0,9 0,19 ÷ 0,26 Mn 0,4 ÷ 0,7 0,3 ÷ 0,6 V - 0,18÷ 0,28 Ni - 0,8 ÷ 1,2 Cr 0,8 ÷ 1,1 1,9 ÷ 2,4 Si 0,17 ÷ 0,37 0,17 ÷ 0,37 Mo 0,15 ÷ 0,25 0,35 ÷ 0,45 Механические свойства после закалки и высокого отпуска
σв МПа 440 440 Продолжение таблицы 2.1 δ % 18 16 HRC - 229 260 Физические свойства ρ кг/м3 7800 7830 λ кал/м·сек·˚ 46 36,5
Сталь 20ХМ – фланцы,шестерни, крестовины, втулки, зубчатые колеса, цилиндры и другие детали,работающие от -40ºС до +540ºС. Детали паровых и газовых турбин,арматура и детали трубопроводов, работающие при температурах до 500-540ºС./1/
Сталь 23Х2НМФА– высоконагруженные сварные узлы и конструкции, не подвергаемые закалке илинормализации после сварки. Сварные и не сварные детали, работающие длительнопри температуре до 600ºС.
Стоимостьматериала в относительных единицах можно оценить по формуле:
/>
гдеMi — концентрация i-го компонентасплава в масс.%;
Ci — его стоимость вотносительных единицах.Элемент 20ХМ 23Х2НМФА Si 1,44 1,44 Mn 2,6 2,6 Cr: из ферросплава 7,26 13,2 V - 26,6 Mo: из ферросплава 42,8 85,6 Ni - 54 ИТОГО: 54,1 183,44
Такимобразом, окончательно принимается материал заготовки быстрорежущая сталь 20ХМ. 3. Получениематериала
Для полученияданного материала применяются индукционные печи. В индукционных сталеплавильныхпечах выплавляют наиболее качественные коррозионно-стойкие, жаропрочные идругие стали и сплавы. Вместимость печей обычно колеблется от десятковкилограммов до 30 тонн металла. Схема индукционной бессердечниковой печи длявыплавки стали приведена на рисунке 3.1.
/>
Рисунок 3.1 — Схема индукционной печи для выплавки стали;
1 — тигель из огнеупорныхматериалов; 2 — водоохлаждаемый индуктор; 3- желоб для выпуска плавки; 4 — сталеразливочный ковш; 5 — металл;
6 — вихревые токи.
Плавкуметаллов проводят в тигле, изготовленном из основных или кислых огнеупорныхматериалов. Вокруг тигля располагается спиральный многовитковый индуктор,изготовленный из медной трубки, в которой циркулирует охлаждающая вода.
По характерутока, питающего индуктор, различают высокочастотные печи (10-1000 кГц), печи,работающие на повышенной (500-10000 Гц) и промышленной частоте (50-60 Гц).
Припропускании тока через индуктор в металле, находящемся в тигле, индуктируютсямощные вихревые токи, что обеспечивает нагрев и плавление металла. Шихтовыематериалы загружают сверху. Для выпуска плавки печь наклоняют в сторонусливного желоба. Под действием электромагнитного поля индуктора при плавкепроисходит интенсивная циркуляция жидкого металла, что способствует ускорениюхимических реакций, получению однородного по химическому составу металла,быстрому всплыванию неметаллических включений, выравниванию температуры. Вконце основной плавки проводят раскисление смесью из порошкообразной извести,кокса, ферросилиция, алюминия и другие. В кислых печах происходит«самораскисление» металла восстановленным кремнием; для окончательногораскисления применяют ферросплавы и алюминий.
4. Оценка технологичности детали
Деталь “Пробка5а” изготавливается из материала сталь 20ХМ штамповкой.
С точкизрения механической обработки деталь представляет некоторую сложности, т. к.необходимо изготовить сферу высокой точности и шероховатости. Отверстие Ø144предварительно получается штамповкой, но в дальнейшем обрабатываетсямеханически. Выступы на площадках среза сферы так же получаются в ходештамповки, но также подвергаются механической обработке. Сферическая областьтак же получается в ходе штамповки и доводится обработкой. Так каккрупносерийное производство, то затраты на оснастку компенсируютсяпроизводительностью. Отверстие и пазы в выступах получаются механическим путем.
Вкрупносерийном и массовом производстве проблемы изготовления и обработкирешаются введением более сложной оснастки, станков и инструмента.
5. Выбор способа получения заготовки
Исходнымиданными для выбора способа получения заготовки являются:
- чертеждетали;
- годоваяпрограмма выпуска 10000 шт./год (крупносерийное производство);
- наличиеоборудования и оснастки в заготовительном цехе конкретного предприятия.
Выбранныйматериал заготовки сталь 20ХМ не льется, поэтому существует определенноеограничение в применении других видов получения заготовки кроме как штамповки.Ниже рассматриваются два возможных варианта получения заготовки: штамповка нагидравлических молотах и штамповки на высокоскоростных газовых молотах.Критерием выбора метода получения заготовки является влиянияфакторов на изготовление.
Таблица5.1 — Матрицавлияния факторов Факторы Способы штамповки Высокоскоростные газовые молоты
Гидравлические
молоты 1 Форма и размеры заготовки 2 1 2 Технологические свойства 2 1 3 Точность изготовления и качество поверхности 2 1 4 КИМ 1 1 5 Механические и эксплуатационные свойства 1 1 6 Годовая программа 2 1 ИТОГО: 10 6
Итак, дляполучения заготовки используется штамповка на высокоскоростных газовых молотах.
6. Разработка чертежа заготовки
Чертежпоковки выполняют по имеющемуся чертежу детали в соответствии с требованиямиГОСТ 2.423 – 73 и ведут в определенной последовательности.
Вначале выбираютповерхность разъема штампов, далее по ГОСТ 7505-89 назначают припуски, допуски,напуски, штамповочные уклоны, радиусы закругления и указывают основныетехнические условия на поковку. Затем разрабатывают технологический процессштамповки.
Для полученияпоковки из заготовки с помощью штамповки будем использовать закрытые штампы,так как поковка имеет сложную форму и точность ее получения высокая.
Технологический процессполучения поковки
Технологическийпроцесс штамповки поковки сведем в таблицу представленную ниже с расчетомзаготовки. Найдем объем заготовки по формуле.
Vпок= 1/3ּ115ּ2302 ּπ – π/4ּ179ּ1402 – (230-182) ּ230ּ179 + π/4ּ27ּ632 = = 1805388,6 мм3≈ 1805,4 ּ10-6 м3
Найдемдиаметр заготовки по формуле
/>, (6.1)
где m – величина осадки (m=2).
/>
Площадьпоперечного сечения заготовки определится по формуле.
/> (6.2)
/>
Определимдлину заготовки по формуле.
/> (6.3)
/>.
Округляемдлину заготовки до 210 мм и проверяем условие 1,25 ≤m≤ 2,5
/>
Таблица 6.1 –Технологический процесс получения поковкиОперации и переходы Эскизы переходов Оборудование и инструмент Резка заготовки
/> Пилы, мерительный инструмент
Нагрев заготовки
t = 1000ºC Методическая печь Насадка с наметкой полости
/> Молот, штамп, робот
Окончательная
штамповка
/> Молот, штамп, робот Обрезка заусенцев и прошивка отверстия
/> Пресс, штамп для прошивки и обрезки Окончательный контроль по чертежу поковки Мерительный инструмент
Выбор положения поковки иопределение разъема штампа
При выбореположения поковки в штампе необходимо учесть следующее:
Требуетсяобеспечить равномерное или направленное затвердевание поковки;
Наиболееответственные, обычно обрабатываемые поверхности, надо делать нижними илибоковыми (эти поверхности получаются более чистыми), но не располагать их налинии разъема;
Рекомендуетсярасполагать поковку по возможности с меньшим вертикальным габаритом и большимгоризонтальным.
Выбор разъемаштампа зависит от конфигурации и размеров поковки, а также от характерапроизводства. Для данной штампа линия разъема будет одна, которая изображена начертеже поковки (ТПЖА.752457. -01).
Припуски на механическуюобработку
Припуском намеханическую обработку является слой металла (на сторону), предназначенный дляснятия в процессе механической обработки с целью получения требуемой чистотыповерхности и размеров, заданных чертежом детали. Величина припусков зависит отматериала детали, характера производства, положения обрабатываемой поверхностии регламентируется с ГОСТом. Припуск на поверхности по линии разъема должныбыть больше, так как в этой части поковки образуется избыток металла, могутскапливаться мелкие частицы шлака, неметаллические включения и газовые пузыри.
Припуски намеханическую обработку поковок назначаются по ГОСТу 7505 – 89. /2/
Æ230 при чистоте поверхности Rа 0,40 – припуск 2;
178 причистоте поверхности Rа 6,3 – припуск 2,8;
Дополнительные припуски
Данныеприпуски учитывают смещение по поверхности разъема штампа, а так же отклонениеот плоскостности данной поверхности.
Штамповочный уклон
Штамповочныеуклоны делают для облегчения выемок поковок из штампа. Размеры поковкиувеличиваются в направлении извлечения из штампа, то есть в сторону плоскостиразъема. На обрабатываемые поверхности поковок штамповочные уклоны даютсяповерх припусков на механическую обработку, на необрабатываемые – за счетувеличения или уменьшения размеров отливки.
Величинаштамповочных уклонов выбирается для наружных плоскостей – 5-7º, а длявнутренних – 7-10º.
Напуски
Напуск служитдля упрощения изготовления поковки. Например, режущие зубья в виде зубчатоговенца целесообразнее изготовить в процессе механической обработки. А такжеканавки, вырезанные в детали, получают механической обработкой.
Радиусы скругления
Для лучшегозаполнения металлов углов поковок и уменьшения износа штампов переходы ихповерхностей скругляются радиусами. Радиусы угловых впадин должны больше, чем унаружных углов.
Определимкоэффициент использования металла:
/>, (6.46)
где МД– объем детали,
Мзаг– объем поковки.
Vдет= 1/3ּ115ּ2302 ּπ – π/4ּ176ּ1442 – (230-178) ּ230ּ176 + π/4ּ23ּ602 — — π/4ּ40ּ102 — π/4ּ8ּ602 — π/4ּ20ּ202 — 30 ּ20 ּ20= 1485359,8 мм3≈ ≈ 1485,4 ּ10-6 м3
mД = VДּr (6.5)
mзаг = Vзагּr (6.6)
Плотностьстали r=7,82ּ106 г/м3; тогдамасса детали и поковки найдутся по следующим формулам:
mД =7,82 ּ106 ּ1485,4 ּ10-6 = 11,6 кг
mзаг=7,82 ּ106 ּ1805,4 ּ10-6 = 14,1 кг.
КИМ=/>=83%=0,83.
7.Разработка технологического процесса получения заготовки.Оборудование
Сущностьпроцесса и способы объемной штамповки
Объемнаяштамповка – придание заготовке заданной формы и размеров путем заполненияматериалом рабочей полости штампа. Полость штампа, которую заполняет металл приштамповке, называют ручьем.
По способуизготовления поковок горячую объемную штамповку разделяют на штамповку воткрытых штампах и штамповку в закрытых штампах, схемы которых представлены нарисунке 7.1.
/>
Рисунок 7.1 –Схемы штамповки в открытом (а) и закрытом (б) штампах:
1– верхняяполовина штампа; 2 – нижняя половина штампа; 3 – конфигурация поковки; 4 –заусенечная канавка; 5 – мостик.
В данномслучае применяется штамповка в закрытых штампах.
Закрытыми илибезоблойными называют штампы, в которых металл деформируется в замкнутомпространстве. В отличие от отрытых штампов, имеющих поверхность разъема в видеплоскости, закрытые штампы имеют разъем по сложной поверхности с направляющими,обеспечивающими точное соударение половин штампа в конце штамповки. Прибезоблойной штамповке расход металла уменьшается на 20%, кроме того,исключаются затраты на обрезку облоя. Однако закрытые штампы для деталейсложной формы конструктивно трудновыполнимы, дороги и быстро выходят из строя.Кроме того, при безоблойной штамповке необходимы точные соблюдения размеровзаготовки и установка ее по центру ручью штампа, иначе возможен брак –односторонние торцовые заусенцы и незаполнение формы штампа.
Технологическийпроцесс изготовления штампованной поковки состоит из следующих основныхопераций: разделки проката на мелкие заготовки; нагрева; штамповки; термическойобработки; очистки от окалины; правки; калибровки.
Для получениязаготовки используется штамповка на высокоскоростных газовых молотах. Ввысокоскоростных молотах создается высокое давление газа – азота или воздуха спомощью специальных гидравлических устройств. Энергия расширения газаиспользуется для встречного движения подвижных частей и двустороннего удара.
Молот состоитиз следующих составных частей: фундамента; шабота с рабочим инструментом,станины; падающих частей, основной деталью которых является баба молота;деталей управления.
При ударемолота по поковке происходит одновременно несколько процессов. Подвижные частизамедляют движение, отдавая запасенную ими энергию. Часть ее расходуется насовершение полезной работы, то есть деформацию поковки. Оставшаяся энергияпередается через поковку нижнему бойку и его основанию – шаботу.
8. Термическая обработка заготовки
Термическаяобработка представляет собой совокупность операций нагрева, выдержки иохлаждения, проводимых в определенной последовательности с целью изменениявнутреннего строения сплава и получения нужных свойств /3/.
Для снятиянапряжений, повышение вязкости, стабилизацияразмеров детали и снижение деформацийприменяют отжиг при температуре 8500– 9000С и охлаждениепроводят как в воде, так и на воздухе, что обеспечивает однородную структуру. Даннаятермообработка необходима для дальнейшей механической обработки заготовки.
Послемеханической обработки для получения необходимых свойств сталь подвергают нормализации. Отливку нагревают до температуры 880 ÷900 ˚С. Охлаждение проводится в воде. Происходит превращениеаустенита в перлит. Твердость перлита НВ 150 ÷ 200. Во времянормализации происходит увеличение количества связанного углерода, повышениетвердости, прочности, износостойкости. Для придания детали окончательныхсвойств, проводят высокий отпуск с охлаждением на воздухе. Температура отпуска600 ÷ 640˚С. Окончательной структурой является сорбит отпуска.
9. Механическая обработка
Механическаяобработка представляет собой совокупность действий, направленных на обеспечениенужной формы и размеров заготовки путем снятия слоя металла, назначенного наприпуски и напуски, режущим инструментами. При этом получают заданную точностьи чистоту поверхности.
Перваяоперация представляет собой подготовку баз для дальнейшей обработки детали. Онаосуществляется на специальном токарно-фрезерном станке различными инструментамирезцами, сверлами для рассверливания и фрезами. На рисунке 9.1 представленасхема обработки на первой операции.
/>
Рисунок 9.1 –Схема обработки на первой операции
Напоследующих операциях происходит обработка остальных поверхностей и доведение ихдо нужной шероховатости и требований по точности. Наружные поверхности иотверстие предварительно обрабатывают на станках специальных и токарных с ЧПУ,а доведение сферы на полировальном станке.
Заключение
Такимобразом, в данной курсовой работе был создан технологический процесс получениядетали – «Пробка 5а». Для заданных механических свойств был подобрансоответствующий материал – Сталь 20ХМ, для заданной программы 10000 штук в год– способ получения – штамповка. Разработан чертеж поковки, учитывая припуски намеханическую обработку, напуски, штамповочные уклоны и радиусы.