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.