Технология конструкционных материалов

Технология конструкционных материалов 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 (RA=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 (Rz+T)=1.5 мм Кривизна DК (мкм/мм) для поковок диаметром 85мм, обработанных ковкой, 3мм. Общая кривизна заготовки: rК0 = DКL, где L — общая длина заготовки в м (с учётом припуска 63мм). rК0 = 0.003·0.063 = 1.89·10-4м Значение коэффициента уточнения Ку 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,sВ=610МПа, Кvтв.спл.=1.20, Кv 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 Ra = 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 zc = 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 = q0SlpKp , где q0 — сила резания, кгс на 1мм, а Slp = суммарная длина режущих кромок зубьев, одновременно участвующих в работе, мм; Кp — общий поправочный коэффициент на силу резания, учитывающий изменённые условия работы. Для S0 = 0.7 мм и g = 20°, q 0 = 14.19 кгс/мм. Кpм = 1, Кp0 = 1, Крр=1, Кpn = 1. Slp=pDzp/zc, где D = 30 мм — наибольший диаметр зубьев протяжки, zp — число зубьев, одновременно участвующих в работе, zc — число зубьев в секции. zp = l/t0 + 1, где l — длина протягиваемой области, t0 — шаг черновых зубьев; zp = 65/12 +1 = 6.42 Slp= pDzp/zc = 3.14·30·6.42/2 = 302.4 мм Сила резанья: P= q 0SlpКpм Кp0 Кpp Кpn = 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 KVu=1 (так как Р18). Определяем скорость гланого движения резания, допустимую мощность электродвигателя станка (станок 7Б 510, Nд= 17 кВт). Vдоп= 65·102Nдh/p , где h=0.85 Vдоп= 65·102·17·0.85/4291= 22.3 м/мин Таким образом, V £ Vдоп (6 £ 22.3). Следовательно принимаем скорость главного движения резания V = 6 м/мин. Основное время: , где Lpx — длина рабочего хода протяжки: Lpx = ln+ l + lдоп =870-265+65+50 = =720мм; K1 — коэффициент, учитывающий обратный ускоренный ход, К1= 1 + V / Vох = 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 2. Расчитываем режимы резания и основное технологическое время операции 015 - растачивания. На токарно-винторезном станке 16Б16П растачивают отверстие диаметром d=30мм до диаметра D=60мм, длиной 20мм. Параметр шероховатости выбранной поверхности Ra= 1.6мкм. Материал заготовки сталь 45Х, sв=67 кгс/мм2. Заготовка штампованная с предварительно обработанной поверхностью. Выбираем резец и устанавливаем его геометрические размеры: j= 0°; g=5°, f=0.25 мм, r=1мм. Глубина резания t=D-d/2=60-30/2=15мм Подача для RA= 1.6мкм при обработке стали твердосплавным резцом , если принять ориентировочно V>100 м/мин рекомендуется S0=0.2..0.25 мм/об. Корректируем подачу по данным станка S0=0.25мм/об. Определяем скорость главного движения резания. Для sв=67 кгс/мм2, t до 15мм , подаче в 0.25мм и j=0 скорость резания Vтабл=218м/мин. Коэффициенты равны единице. Vи=218м/мин Частота вращения шпинделя. n=1000Vи /pD = 1000×218/3.14×60=1157 мин-1 . Корректируем частоту вращения шпинделя по паспортным данным станка: действительная частота: nд=1250 мин-1. Действительная скорость главного движения резания: Vд=pDnд /1000 = 3.14×60×1250/1000=235 м/мин » 5 м/с Основное технологическое время. T0=Li/nS0 i=1; длина раб.хода резца L=20мм; n=1250мин-1; S0=0.25мм/об T0=20×1/(1250×0.25) = 0.05 мин. Поворачиваем деталь другой стороной и обрабатываем с диаметра 30мм до диаметра 50 мм на 28мм. t=50-30/2=10мм Vд=pDnд /1000 = 3.14×50×1600/1000=251.2 м/мин » 4.18 м/с Основное технологическое время. T0=Li/nS0 i=1; длина раб.хода резца L=28мм; n=1600мин-1; S0=0.25мм/об T0=28×1/(1600×0.25) = 0.07 мин. Выбираем резец 3мм и устанавливаем его геометрические размеры: j= 0°; g=10°, f=0.25 мм, r=1мм. t=D-d/2=55-50/2=2.5мм Для sв=67 кгс/мм2, t до 2.5мм , подаче в 0.25мм и j=0 скорость резания Vтабл=133м/мин. Коэффициенты равны единице. Vи=133м/мин Частота вращения шпинделя. n=1000Vи /pD = 1000×133/3.14×55=770 мин-1 . Корректируем частоту вращения шпинделя по паспортным данным станка: действительная частота: nд=800 мин-1. Действительная скорость главного движения резания: Vд=pDnд /1000 = 3.14×55×800/1000=138м/мин » 2.3 м/с Основное технологическое время. T0=Li/nS0 i=1; длина раб.хода резца L=3мм; n=800мин-1; S0=0.25мм/об T0=3×1/(800×0.25) = 0.015 мин. Итого общее технологическое время растачивания: T0=0.07+0.05+0.015=0.135 мин 3. Расчитываем режим резания и основное технологическое время для операции 020 — сверления. Глубина сверления — 20мм. Выбираем сверло диаметром 4.8мм с рабочей частью из стали Р18. Углы сверла: 2j = 118°, 2j0 = 70°, y = 40…60°; при стандартной заточке y = 55°, a = 11°. Принимаем w=24..32°. Возьмём w=25°. При сверления стали с sВ £ 80 кгс/мм2 свёрлами диаметров от 2 до 6 мм подача S0=0.08 – 0.18 мм/об. Принимаем средние значения диапазона S0=0.13 мм/об. Основное время: T0=L /(nS0). При двойной заточке сверла врезание y = 0.4D = 0.4·4.8 = 1.92мм. Перебег сверла D=0.5…2 мм, принимаем D=1мм. Тогда L=10+1.92+1=12.92мм; n — частота вращения шпинделя, n = 400 мин-1. T0 = 12.92 /(400·0.13) = 0.25 мин. Итак, подача сверла S0=0.13 мм/об. Основное время сверления отверстия — 0.25 мин, трёх отверстий — 0.75 мин. 4. Режим резания и основное технологическое время для операции 025 — резьбонарезания. Станок — 2Н106П. Материал пластинки резца Т15К6. Угол профиля резца 60°; a = 6°, g = 0, r = 0.11мм. Число рабочих ходов: i = 2. Для стали с sВ = 71…79 кгс/мм2 Vтабл=67 м/мин. Поправочные коэффициенты не учитываем, тогда Vu=Vтабл = 67 м/мин (» 1.1 м/с). Частота вращения шпинделя станка, соответствующая найденной скорости главного движения резания n = 1000Vu /(pD) = 1000·67 / (3.14·4.8) = 918 мин-1. Действительная скорость главного движения резания : VD = (pDn/1000) = 13.8 м/мин (» 0.23 м/с). Основное время: T0 = (l + l1)/(nP), где l — длина резьбы (15мм), l1 — врезание и перебег резца (1.2мм), P — шаг резьбы (1) или подача. T0 = (10+1.2)/(918·1) = 0.012 мин. Итак, скорость главного режима резания: VD= 13.8 м/мин. Основное время T0 = 0.012 мин, для трёх отверстий: T0 = 0.036 мин 5. Расчитываем режим резания и основное технологическое время операции 030. Режим резания : принимаем наборную торцовую фрезу, оснащённую пластинами из твёрдого сплава Т15К6. Диаметр D фрезы принимаем D = 110мм с числом зубьев z = 4. Геометрические размеры фрезы: j=60° , a = 12° (считаем, что толщина срезаемого слоя d > 0.08мм); g = -5°, l = 5°, j0= 5°; j1 = 5°. Глубина резания: t = 1.5мм = h. Подача на зуб фрезы Sz = 0.1мм/зуб, поправочный коэффициент на подачу: KjSz =1, так как j = 60°. Скорость главного движения резания: t до 5мм, и Sz до 0.24мм/зуб: vтабл = 1.94 м/мин. Учитывая поправочные коэффициенты на скорость для стали с sВ = 57 ктс/мм2, КМv = 1.26. Для случая чистовой обработки Кnv = 1. С учётом коэффициентов: vu = vтабл· КМv ·Кnv = 1.94·1.26·1 = 2.4 м/мин (»0.04 м/с). Частота вращения шпинделя, соответствующая найденной скорости гланого движения резания: . Корректируем по данным станка и устанавливаем: n0 = 71 мин-1. Действительная скорость главного движения резания: Определяем скорость движения подачи: vs = SM = Sz z n0 = 0.1·4·71 = 28.4 мм/мин. Принимаем действительную скорость подачи vs = 28 мм/мин. Основное время: Итак, частота вращения шпинделя: 69мин-1; скорость подачи: 28.4 мм/мин. Общее время для обработки двух торцов: 1 минута. Основное технологическое время изготовления всей детали: T0 = 0.135 + 0.16 + 0.75 + 0.036 + 1 = 2.081 мин Список литературы 1. Курсовое проектирование по технологии машиностроения. Минск, «Высшая школа», 1975. 2. Нефедов Н. А., Осипов К.А. Сборник задач и примеров по резанию металлов и режущему инструменту. 5–е изд., перераб. и доп. — М : «Машиностроение», 1990. 3. Общемашиностроительные нормативы времени вспомогательного, на обслуживание рабочего места и подготовительно–заключительного для технического нормирования станочных работ. Изд. 2–е, М., «Машиностроение», 1974. 4. Справочник металлиста. В 5–ти т. Т. 3. Под ред. А. Н. Малова. М. «Машиностроение», 1977. 5. Справочник технолога машиностроителя. В 2-х томах. Изд. 3, переработанное. Том 1,2. Под ред. А.Н. Малова. М. «Машиностроение», 1972. 6. Технология конструкционных материалов. Учебник для вузов. М. «Машиностроение», 1977.