Министерство образования Российской Федерации
Петрозаводский Государственный Университет им.Куусенена
Кафедра “Технологии металлови ремонта”
Курс “Материаловедение итеория конструкционных материалов”
Курсовая работа
Основы проектирования технологических процессовизготовления изделий в машиностроении
Выполнил: студент гр. 43104
КовалевскийВ.Н..
Руководитель:преподаватель
ЭгиптпА.Э.
Петрозаводск
2005 г.
Петрозаводский государственный университет
кафедра технологии металлов и ремонта
Основы проектирования технологических процессовизготовления изделий в машиностроении
Задание к курсовой работе
“Материаловедение и технологияконструкционных материалов”
Студенту Ковалевскому
Курса 1
Специальность 3113
Группа 43104
Содержание проекта
TOC o «2-3» h z «Заголовок 1;1; Заголовок01;2; Заголовок0;1; Заголовок 001;3» 1 ПРОИЗВОДСТВО ЗАГОТОВОК ВМАШИНОСТРОЕНИИ МЕТОДОМ ГОРЯЧЕЙ ОБЪЁМНОЙ ШТАМПОВКИ… PAGEREF _Toc105262985 h 3
1.1 Исходные данные PAGEREF _Toc105262986 h 3
1.2 Определение размеров исходного прутка проката PAGEREF _Toc105262987 h 3
1.2.1Определение геометрических размеров отрезаемого прутка проката PAGEREF _Toc105262988 h 6
1.3 Выбороборудования и инструмента PAGEREF _Toc105262989 h 7
1.3.1 Выборинструмента PAGEREF _Toc105262990 h 9
1.4 Расчет припуски и допуски на поковку PAGEREF _Toc105262991 h 10
1.4.1Определение припусков на механообработку PAGEREF _Toc105262992 h 11
1.5 Определение температурного интервала горячей объёмнойштамповки PAGEREF _Toc105262993 h 12
1.6 Термическая обработка штамповок PAGEREF _Toc105262994 h 13
1.7 Составление чертежа поковки PAGEREF _Toc105262995 h 13
1.8 Карта технологического процесса PAGEREF _Toc105262996 h 13
2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ПРОИЗВОДСТВА СВАРНЫХКОНСТРУКЦИЙ… PAGEREF _Toc105262997 h 14
2.1 Исходные данные PAGEREF _Toc105262998 h 14
2.2 Заготовительные операции перед проведением сварочныхработ PAGEREF _Toc105262999 h 15
2.3 Сборка сварных конструкций PAGEREF _Toc105263000 h 16
2.4 Оборудование и инструмент для ручной дуговой сварки PAGEREF _Toc105263001 h 18
2.5 Определение массы изделия PAGEREF _Toc105263002 h 19
2.6 Расчёт режимов и нормирование работ дляэлектродуговой сварки PAGEREF _Toc105263003 h 21
2.6.1Определение числа проходов PAGEREF _Toc105263004 h 22
2.6.2Нормирование сварочных работ PAGEREF _Toc105263005 h 25
2.6 Карта технологического процесса дуговой сварки PAGEREF _Toc105263006 h 27
3 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА МЕХАНИЧЕСКОЙОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК… PAGEREF _Toc105263007 h 32
3.1 Разработка эскиза заготовки с припусками намеханическую обработку PAGEREF _Toc105263008 h 32
3.2 Технологический контроль PAGEREF _Toc105263009 h 32
3.3 Выбор баз PAGEREF _Toc105263010 h 32
3.4 Маршрут обработки PAGEREF _Toc105263011 h 33
3.5 План операций PAGEREF _Toc105263012 h 34
3.6 Расчет режимов резания PAGEREF _Toc105263013 h 34
4 ЗАКЛЮЧЕНИЕ… PAGEREF _Toc105263014 h 38
5 Список используемой литературы… PAGEREF _Toc105263015 h 39
Расчётно-графическая частьобъёмом в один лист формата А1 по согласованию с руководителем.
Заданиевыдано 12.04.05
Сроксдачи 31.05.05
Руководитель__________
1 ПРОИЗВОДСТВО ЗАГОТОВОК В МАШИНОСТРОЕНИИМЕТОДОМ ГОРЯЧЕЙ ОБЪЁМНОЙ ШТАМПОВКИ
1.1 Исходные данные
Рисунок 1.1 — Эскиз шестерни.
1.2 Определение размеров исходного прутка проката
Объём заготовки определяется по формуле:
Vзаг = Vпок + Vз + Vв + Vуг, см3
(1)
где
Vзаг — объём заготовки, см3;
Vпок — объём поковки, см3;
Vз — объём заусенца, см3;
Vв — объёмвыдры при прошивки отверстия, см3;
Vуг — объём угара металла, см3.
Объём поковки представлен суммой простых геометрических элементовобъемов:
Рисунок 1.2 – Элемент №1
Рисунок1.3 – Элемент №2
Рисунок1.4 – Элемент №3
Vпок= V1+ V2+ V3, см3
(2)
где
Vпок — объем поковки, см3;
V1 — объемэлемента №1, см3;
V2 — объемэлемента №2, см3;
V3 — объем элемента №3, см3.
Объём элементов определяется по формуле:
3
(3)
где
H — высотацилиндра, см;
D — наружный диаметр, см;
d — внутренний диаметр, см.
тогда
Масса поковки определяется по формуле:
(4)
где
— плотность стали, .
тогда
Объём облоя определяется по формуле:
3
(5)
где
F — площадь сечения выбирается по лит.1(табл. 1.7), принимаем2,4 см2;
Р- периметр расположения заусенца, см.
Периметр расположения заусенцаопределяется по формуле:
(6)
где
— наибольший диаметрзаготовки,
тогда
Рисунок 1.5 – Потери на выдру
Объём выдры определяется поформуле:
3
(7)
где
d — наружный диаметр фигуры №3,
S -толщина перемычки, мм.
Рисунок 1.6 – Толщина перемычки
Толщина перемычки определяется по формуле:
(8)
где
d — диаметр прошиваемого отверстия,
h — высота, мм.
Высота определяется по формуле:
(9)
тогда
Масса выдры определяется поформуле:
(10)
При одном нагревезаготовок в пламенной печи, потери на угар стали, составляют 2% от суммыобъемов поковки и заусенца. При электронагреве 1%.
3
(11)
Масса угара определяется по формуле:
(12)
Объём заготовки считается по формуле 1:
Масса заготовки определяется по формуле:
(13)
1.2.1 Определение геометрических размеровотрезаемого прутка проката
Основной операцией, является операция осадки(увеличение диаметра и снижение её высоты).
Рисунок 1.7 – Операция осадки
Для удобства штамповки, чтобы не было потериустойчивости, отношение длины к диаметру нормирует коэффициент:
Для всехтехнологических расчетов принимаем .
Определим расчётный диаметротрезаемого прутка проката:
(14)
Расчётный диаметр приводим с учётом стандартныхдиаметров горячекатаной круглой стали ГОСТ 2590.
Принимаем
Длина пруткарассчитывается по формуле:
(15)
1.3Выбор оборудования и инструмента
Для отрезки заготовокиспользуем пресс-ножницы гильотинного типа, рабочим инструментом которыхявляются ножи из инструментальной стали.
1 — отрезаемый пруток;
2 — неподвижный нож; 3- подвижный нож;
4 — упор для фиксации.
Рисунок 1.8 – Отрезка заготовки в пресс-ножницах
Для снижения усилиярезания заготовки нагревают, снижая их прочность во время резки.
Усилие резанияопределяется по формуле:
(16)
где
— коэффициент учитывающий состояние режущихкромок ножей, ;
— предел прочности металла, выбирается по лит.[1](табл.1.9) с учётом нагрева стали до 800°С,;
— площадь среза прутка, мм2.
Площадь среза пруткаопределяется по формуле:
2
(17)
тогда
По расчётному усилию выбираем ножницы.
Таблица 1.1 – Технические характеристики пресс-ножниц.
Модель
Усилие, кН
Размеры заготовки, мм
Мощность привода, кВт
Масса, кг
НБ 1427
500
40
36
3,8
1,9
Для штамповки используют двухстоечные паровоздушныемолоты.
P– давление паровоздушной смеси;
1 – стойка; 2– основание-шабот;
3 – силовой паро-воздушный цилиндр;
4 – шток; 5 – баба молота;
6 – верхняя часть штампа;
7 – нижняя часть штампа.
Рисунок 1.9 – Эскиз молота
По массепоковки определяем массу падающих частей молота (баба молота, нижняя частьштампа, привод) лит.[1] (табл.1.11).
Масса поковки
Масса падающих частей — 1,5 тонны.
По массе падающих частей выбираем модель молота лит.[1](табл.1.12).
Таблица1 – Модель молота
Модель
Масса падающих частей, т
Наибольший рабочий ход бабы, мм
Масса молота с шаботом, т
Масса молота, т
М2143
2.0
1200
58.3
40
1.3.1 Выбор инструмента
В качестве инструмента используется молотовый штамп сналичием облоя (открытый штамп), изготовляемый из специальных легирующихинструментальных сталей: 5ХНМ, 5ХГМ, 4ХМФС, 8Х3.
1 — верхняяподвижная часть штампа, закрепляемая на бабе молота;
2 — плоскость разъема;
3 — нижняя неподвижная часть штампа, закреплённая нанижнем шаботе молота;
4 — внутренняя плоскость или фигура штампа;
5 — облой — заусенец;
6 — клиновидный выступ для креплений элементов штампав оборудование;
7 — прошиваемая перемычка будущего отверстия.
Рисунок 1.8 – Эскиз молотового штампадля поковки шестерни открытого варианта
Для облегченияизвлечения поковки из штампа на вертикальных стенках устанавливают штамповочныеуклоны в пределах от 3º до 7º.
Для облегчения заполнения металлом полости штампа нагретымметаллом назначают радиусы закругления всех переходов: наружное 1...6 мм,внутреннее принимаю в 3 раза больше.
1 — мостик; 2 — магазин;
3 — верхний штамп; 4 — нижний штамп;
5 — фигура штампа.
Рисунок 1.10 – Схема облойной канавки
Для уменьшения отходов в облой назначаем минимальнуювысоту облойного мостика:
(18)
Принимаем
Стойкость открытых штампов выбираем по лит.[1](табл.1.13).
Принимаем стойкость – 9000 шт
1.4 Расчет припуски и допуски на поковку
Напуск – упрощение геометрической формы поковки иконструкции штампа по отношению к форме самой детали, в него входят всеотверстия диаметром меньше 30 мм и упрощения геометрии фигуры.
Припуски – удаляемые из поковки слои дефектногонаружного металла при механической обработке.
Расчет припусков ведется с определением исходногоиндекса поковки.
Исходный индекс поковки – условный показатель,учитывающий в обобщенном виде сумму конструктивных характеристик (классточности, группу стали, степень сложности, конфигурацию поверхностиразъема) и массу поковки.
Расчётная масса поковки определяется по формуле:
(19)
где
— масса детали, кг;
— расчетныйкоэффициент выбираетсяпо лит.[1] (табл.1.1),
тогда
Выбор класса точности поковки в зависимости от принятого оборудования лит.[1] (табл.1.2).
Принимаем для штамповочного молота класс точности –Т4.
Определение номера группы стали идущей на изготовлениепоковки производим по лит.[1] (табл.1.3).
Сталь 12ХН3А содержит:
— никель, Ni= 3%;
— хром, Cr= 1%;
— азот, N= 1%.
Принимаем группу стали – М2.
Степень сложности поковки определяется по формуле:
(20)
где
— масса поковки, кг;
— масса геометрическойфигуры, в которую вписывается форма поковки.
рассчитывается поформуле:
(21)
3
(22)
(23)
(24)
тогда
Принимаем степень сложности – С1.
Исходный индекс поковки определяется по номограмме, лит.[1] (табл.1.4):
Принимаем исходный индекс – 9.
1.4.1 Определение припусков намеханообработку
Выбор припуска на механическую обработку по лит.[1] (табл.1.5).
Наружный диаметр поковки:
(25)
где
— припуск на сторону,мм.
тогда
Внутренний диаметр поковки:
(26)
Высота (ширина) венца:
(27)
Высота ступицы:
(28)
Допуски на размер поковки (пределы, в которых размерыпоковок будут считаться годными) назначаются с учетом износа штампа, когда при производственескольких тысяч поковок его размеры будут изменяться. Они выбираются по лит.[1] (табл.1.6).
Действительные размеры:
Действительные размеры:
Действительные размеры:
Действительные размеры:
1.5 Определение температурного интервалагорячей объёмной штамповки
Цель нагрева – снижение механической прочности иповышение пластичности стали перед штамповкой.
Для исключения перегрева стали (ухудшения зёрен) ипережога стали (окисления зёрен) предел температуры нагрева рассчитывают по формуле:
(29)
где
— температураплавления марки стали,
тогда
В случае горячей объёмной штамповки (наклёпотсутствует) рекомендуется завершить обработку давлением не ниже температурырассчитанной по формуле:
(30)
где
— содержание углерода встали,
тогда
Зона горячего объемного штампования Стали 12ХН3Анаходится в пределе от 828°С до 1289°С.
Если штамп закаливать при температуре 900°С, то холодный вариант обработки давлением.
1.6 Термическая обработка штамповок
Производится для снятия внутренних напряжений,вследствие, наклепа и для подготовки поковки к механической обработке резанием(снижение твердости и улучшение обрабатываемости).
Отжиг – нагрев от 750°С до 900°С в зависимости отсодержания углерода в стали, выдержка при этой температуре и медленноеохлаждение вместе с печью до 100…200°С.
Нормализация – нагрев, как при отжиге, но охлаждениена воздухе.
Для заданной марки стали рекомендуется вид термическойобработки: нормализация + отпуск при 640…680°С.
1.7 Составление чертежа поковки
Первично в тонких линиях: поставляется контур детали,затем жирными линиями наносится контур поковки с учетом напусков, припусков,допусков штамповочных уклонов, радиусов закруглений и технических условий напоковку в тексте.
1.8 Карта технологического процесса
Карта технологического процесса представлена в левойчасти чертежа поковки.
2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ПРОИЗВОДСТВАСВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Под технологическим процессом изготовления изделий вмашиностроении, согласно ГОСТ 3.1109-82, понимают часть производственногопроцесса, содержащего целенаправленные действия по изменению состояния предметатруда. Предметами труда при изготовлении сварных конструкций в большинствеслучаев служат заготовки из металлических сплавов, чёрных и цветных металлов,профили проката или механически обработанные изделия, которые, с помощьюсварки, преобразуются в изделия различной степени сложности.
Рационально разработанный проект должен обеспечитьизготовление изделия при минимальной трудоёмкости операций, при минимальномрасходе сварочных материалов и электроэнергии с высоким качеством сварныхконструкций, и при полном соблюдении мер по технике безопасности.
По окончании проектирования, устанавливаетсяпринципиальная технология с действующими стандартами и техническими условиями.В технических условиях содержатся требования к материалам и заготовкам,сборочным операциям, сварочным операциям, квалификации сварщиков, способамконтроля и испытаниям конструкции,окраске, маркировке.
В карте технологических процессов приведены данные озаготовке, сборке, сварке изделия. Составленная карта должна быть понятна безпояснительной записки. В большинстве случаев технология изготовления сварныхизделий, включает всю совокупность операций в порядке очереди, приведённой водной общей карте технологического процесса, используя ключевые слова вповелительном наклонении.
2.1Исходные данные
Разработать технологический процесс изготовлениясварной цилиндрической ёмкости из листовой стали ГОСТ 17066-80, ГОСТ 19282-73.
Марка стали 09Г2 с пределом прочности s= 450 МПа.
Количество изделий в партии – 3.
Ширина листов – 1500мм.
Длина листов – 2000мм
Рисунок 2.1 – Эскиз свариваемой ёмкости
2.2 Заготовительные операции передпроведением сварочных работ
К заготовительным операциям относят следующие операции:правка материала, разметка, раскрой, обработка кромок и торцов, гибочные ивальцовочные работы. Правку листовой стали проводят в холодном состоянии. Слесарнымметодом правят незначительные по размеру листы, с применением ручного инструмента.Большей производительностью работ достигают с применением листоправильных вальцов(рис.2.2). При этом устраняют общие и местные неровности, волнистость кромки идр.
1 – приводные ролики; 2 – нижние приводные ролики; 3 –лист
Рисунок 2.2 –Схема правки листовой стали
Разметкой называется процесс вычерчивания детали наматериале в натуральную величину с нанесением линий сгибов, вырезов и центровотверстий. При заготовке нескольких одинаковых деталей их размечают по шаблону(шаблон – фанера, картон и др.). Наметка заключается в переносе необходимых дляизготовления детали размеров с шаблона на материал. Чертилкой обводятся линииконтура детали, наметчик набивает керны через 50…70 мм.
Резка металла производится на пресс-ножницах, газо-резальныхмашинах и ручными резаками. Механическая резка ножницами, является основнымспособом получения прямых срезов для деталей толщиной до 20…30 мм. Для резкилистовой стали применяют гильотинные и дисковые ножницы.
1,4 – ножи; 2 – разрезаемый лист;
3 – прижим; 5 – упор; 6,7 – дисковые ножницы
Рисунок 2.3 – Резка листовой стали нагильотинных ножницах
Технические данные гильотинных ножниц приведены втаблице 2.1.
Таблица2.1 – Технические данные гильотинных ножниц
Длина ножей, мм
Высота хода ножей, мм
Число ходов ножей, в мин
Мощность электродвигателя, кВт
Масса, т
1500
70
45
4,5
3,5
Детали сложной конфигурации, как правилообрабатываются с применением газокислородной резки. Оборудование длягазокислородной резки стальных заготовок компонуется в виде поста, куда входят:баллон с кислородом, баллон с горючим газом или ацетиленовым генератором,редукторы, шланги, резаки. Техническая характеристика резака для ручнойкислородной резки приведена в таблице 2.2.
Таблица 2.2 – Техническая характеристика газокислородногорезака
Тип
Толщина разрезаемого листа, мм.
Расход газа, м3/г
Давление газа, КПа
Масса, кг
Кислород
Ацетилен
Пропан-бутан
«Маяк 2-02»
3 — 350
2,5-40
300-1200
--//--//--
0,3-0,8
20
1,05
Для предания необходимой геометрической формы цилиндразаготовке, к отрезанным на гильотинных ножницах листам применим гибку.
Гибочные работы в зависимости от толщины металла, атакже радиуса кривизны производят в холодном или нагретом состоянии. Цилиндрическуюформу придают деталям на трех валковых гибочных вальцах.
Холодную гибку на вальцах, листовых деталей, позаданному радиусу называют вальцовкой. Чтобы деталь после вальцовки получила