Технология конструкционных материалов

метки: Материал, Технология, Материаловедение, Конструкционный, Заготовка, Деталь, Сталь, Диаметр

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 (R _A =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 (R _z +T)=1.5 мм

Кривизна D _К (мкм/мм) для поковок диаметром 85мм, обработанных ковкой, 3мм.

Общая кривизна заготовки:

r _К0 = D_К L, где L — общая длина заготовки в м (с учётом припуска 63мм).

r _К0 = 0.003·0.063 = 1.89·10^-4 м

Значение коэффициента уточнения К _у 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, ⁰ С

А С1	А С3 (АС m )	r 3 (АrCm )	Ar 1	M H
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/см ²

Температура, 0 С
+20	— 40	— 80
55	51	39

Механические свойства.

Г О С Т	Состояние поставки, режимы термообработки	Сечение, мм	КП	  В  				КСИ Дж/см 2	HB, не более
4543-71	Пруток. Закалка 840 0 С, масло. Отпуск 520 0 С, 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	—	s 0,2 =830 МПа, sВ =980 МПа, НВ=285
380	—	s 0,2 =550 МПа, sВ =780 МПа, НВ=217
774	10 6	s В =1590 МПа
588	5×10 6	s В =1150 МПа
588	—	Закалка 830 0 С, масло; отпуск 5750 С

Технологические свойства.

Температура ковки, ⁰ С: 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,s _В =610МПа, К_{v тв.спл.} =1.20, К_{v 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 850 0 С
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 R _a = 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 z_c = 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 = q ₀ Sl_p K_p , где q₀ — сила резания, кгс на 1мм, а Sl_p = суммарная длина режущих кромок зубьев, одновременно участвующих в работе, мм;

К _p — общий поправочный коэффициент на силу резания, учитывающий изменённые условия работы.

Для S ₀ = 0.7 мм и g = 20°, q ₀ = 14.19 кгс/мм.

К _{p м} = 1, К_{p 0} = 1, К_рр =1, К_pn = 1.

Sl _p =pDz_p /z_c , где D = 30 мм — наибольший диаметр зубьев протяжки, z_p — число зубьев, одновременно участвующих в работе, z_c — число зубьев в секции.

z _{p =} l/t₀ + 1, где l — длина протягиваемой области, t₀ — шаг черновых зубьев;

z _p = 65/12 +1 = 6.42

Sl _p = pDz_p /z_c = 3.14·30·6.42/2 = 302.4 мм

Сила резанья:

P= q ₀ Sl_p К_{p м} К_{p 0} К_pp К_pn = 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 K _Vu =1 (так как Р18).

Определяем скорость гланого движения резания, допустимую мощность электродвигателя станка (станок 7Б 510, N _д = 17 кВт).

V _доп = 65·102N_д h/p , где h=0.85

V _доп = 65·102·17·0.85/4291= 22.3 м/мин

Таким образом, V£V _доп (6 £ 22.3).

Следовательно принимаем скорость главного движения резания V = 6 м/мин.

Основное время:

, где L_px — длина рабочего хода протяжки: L_px = l_n + l + l_доп =870-265+65+50 = =720мм;

K ₁ — коэффициент, учитывающий обратный ускоренный ход,

К ₁ = 1 + V / V_ох = 1+6/20 = 1.3;

• i – число рабочих ходов (одна заготовка i=1);
• q — число одновременно обрабатываемых заготовок, q=1.

Таким образом T ₀ = 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 R _a = 1.6мкм. Материал заготовки сталь 45Х, s_в =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 R _A = 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 s _в =67 кгс/мм² , t до 15мм , подаче в 0.25мм и j=0 скорость резания V_табл =218м/мин.

Коэффициенты равны единице.

V _и =218м/мин

Частота вращения шпинделя.

n=1000V _и /pD = 1000×218/3.14×60=1157 мин^-1 .

Корректируем частоту вращения шпинделя по паспортным данным станка:

действительная частота: n _д =1250 мин^-1 .

Действительная скорость главного движения резания:

V _д =pDn_д /1000 = 3.14×60×1250/1000=235 м/мин » 5 м/с

Основное технологическое время.

T ₀ =Li/nS₀

i=1; длина раб.хода резца L=20мм; n=1250мин ^-1 ; S₀ =0.25мм/об

T ₀ =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

V _д =pDn_д /1000 = 3.14×50×1600/1000=251.2 м/мин » 4.18 м/с

Основное технологическое время.

T ₀ =Li/nS₀

i=1; длина раб.хода резца L=28мм; n=1600мин ^-1 ; S₀ =0.25мм/об

T ₀ =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 s _в =67 кгс/мм² , t до 2.5мм , подаче в 0.25мм и j=0 скорость резания V_табл =133м/мин.

Коэффициенты равны единице.

V _и =133м/мин

Частота вращения шпинделя.

n=1000V _и /pD = 1000×133/3.14×55=770 мин^-1 .

Корректируем частоту вращения шпинделя по паспортным данным станка:

действительная частота: n _д =800 мин^-1 .

Действительная скорость главного движения резания:

V _д =pDn_д /1000 = 3.14×55×800/1000=138м/мин » 2.3 м/с

Основное технологическое время.

T ₀ =Li/nS₀

i=1; длина раб.хода резца L=3мм; n=800мин ^-1 ; S₀ =0.25мм/об

T ₀ =3×1/(800×0.25) = 0.015 мин.

Итого общее технологическое время растачивания:

T ₀ =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°, 2j ₀ = 70°, y = 40…60°; при стандартной заточке y = 55°, a = 11°. Принимаем w=24..32°. Возьмём w=25°.

При сверления стали с s _В £ 80 кгс/мм² свёрлами диаметров от 2 до 6 мм подача

S ₀ =0.08 – 0.18 мм/об. Принимаем средние значения диапазона S₀ =0.13 мм/об.

Основное время:

T ₀ =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 .

T ₀ = 12.92 /(400·0.13) = 0.25 мин.

Итак, подача сверла S ₀ =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 s _В = 71…79 кгс/мм² V_табл =67 м/мин. Поправочные коэффициенты не учитываем, тогда V_u =V_табл = 67 м/мин (» 1.1 м/с).

Частота вращения шпинделя станка, соответствующая найденной скорости главного движения резания n = 1000V _u /(pD) = 1000·67 / (3.14·4.8) = 918 мин^-1 .

Действительная скорость главного движения резания :

V _D = (pDn/1000) = 13.8 м/мин (» 0.23 м/с).

Основное время:

T ₀ = (l + l₁ )/(nP), где l — длина резьбы (15мм), l₁ — врезание и перебег резца (1.2мм), P — шаг резьбы (1) или подача.

T ₀ = (10+1.2)/(918·1) = 0.012 мин.

Итак, скорость главного режима резания: V _D = 13.8 м/мин.

Основное время T ₀ = 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°, j ₀ = 5°; j₁ = 5°. Глубина резания: t = 1.5мм = h. Подача на зуб фрезы S_z = 0.1мм/зуб, поправочный коэффициент на подачу: K_{j Sz} =1, так как j = 60°. Скорость главного движения резания: t до 5мм, и

S _z до 0.24мм/зуб: v_табл = 1.94 м/мин. Учитывая поправочные коэффициенты на скорость для стали с

s _В = 57 ктс/мм² , К_{М v} = 1.26. Для случая чистовой обработки К_nv = 1. С учётом коэффициентов:

v _u = v_табл

• К_{М v} ·К_nv = 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:

n _{0 =} 71 мин^-1 .

Действительная скорость главного движения резания:

Определяем скорость движения подачи:

v _s = S_M = S_z zn₀ = 0.1·4·71 = 28.4 мм/мин.

Принимаем действительную скорость подачи v _s = 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:

T ₀ = 0.135 + 0.16 + 0.75 + 0.036 + 1 = 2.081 мин

Список литературы

[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/kursovaya/tehnologii-materialov/

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.