Разработка технологического процесса изготовления и термической обработки стакана

 Министерство общего образования

Российской Федерации

 

Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

 

 

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

 

По дисциплине:                             Материаловедение ____________________

_________________________________________________________________

^{(наименование  учебной дисциплины  согласно учебному  плану)}

 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

 

 

Тема: РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА  

ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СТАКАНА

 

.

 

 

 

Автор: студент  гр.  ММ-10          _________                                          Бородин А.И.                                                                                 ^{( группа )                        ( подпись )                                                      (ф.и.о.)}

 

 

ОЦЕНКА: _____________

 

Дата: ___________________

ПРОВЕРИЛ

 

Руководитель  проекта      профессор        _________                             Болобов В.И.

                  ^{( должность )                ( подпись )                                                              (ф.и.о)}

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Санкт-Петербург

2012

Аннотация

В данной курсовой работе необходимо разработать технологический процесс  изготовления детали (стакан) штамповкой. В разработку технологического процесса  входит:

- определение припусков на механическую  обработку детали;

- определение  размеров поковки;

- выбор переходов штамповки;

- проектирование  штампа;

- расчет режимов  предварительной и окончательной  термической обработки.

 

 

 

The summary

In the given course work it is necessary to develop technological process of manufacturing of a details by punching . Into development of technological process enters:

        - Definition (determination) припусков on machining of a details;

        - Definition (determination) of sizes of a forging;

- Choice of transitions of punching;

- Designing of a title block;

- Account of modes of preliminary and final thermal processing.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

Введение

Задачей данного курсового проекта  является разработка технологического процесса изготовления стакана при заданном объеме производства 1000 штук в год. Необходимо выбрать исходную заготовку, способ ее получения и размеры. Исходя из назначения детали его химического состава выбрать способ изготовления детали, режимы предварительной и окончательной термической обработки, рассчитать припуски и допуски на механическую обработку и выбрать режимы механической обработки. Попутно обосновывать выбор избранного процесса и описывать инструменты и оборудование с помощью которых достигается получение заданной детали и заданные механические свойства.

Исходные  данные

Задана  - допускаемое напряжение

N_год=1000 шт. – годовая программа

Выбор материала

Рассчитаем 

- временное сопротивление разрыву

- условный предел текучести

Затем пользуясь марочником выберем  сталь подходящую  , в данном случае это сталь 40Х (среднеуглеродистая). Содержание углерода 0,4%. 

Учитывая выбранный материал, высокие  требования к механическим свойствам  детали и заданную трудовую программу, в качестве метода получения заготовки  применяем обычную штамповку, состоящую из одной операции.

 

 

 

 

1. Назначение детали, характеристика  механических свойств и химического  состава исходного материала

1.1 Назначение детали

По заданию к курсовому проектированию необходимо разработать технологический  процесс изготовления детали –  стакан. Данная деталь относится к числу корпусных деталей, имеет цилиндрическую форму и, следовательно, может быть использована в различных рабочих условиях.

1.2 Химический состав материала

Выбор материала  зависит от характера  эксплуатации детали. В данном случае не учитываем условия работы детали и для изготовления детали – стакана применяем среднеуглеродистую сталь 40Х. 

Данную  деталь будем изготовлять при  помощи штамповки.

Данный материал - сталь 40Х содержит (в %):

Кремний (Si) 0.17-0.37

Медь (Cu), не более 0.30

Марганец (Mn) 0.50-0.80

Никель (Ni), не более 0.30

Фосфор (P), не более 0.035

Хром (Cr) 0.80-1.10

Сера (S), не более 0.035

1.3 Механические свойства материала

Механические свойства материалов – совокупность прочностных и  пластических характеристик.

Прочностные характеристики это характеристики, которые показывают способность  металла  сопротивляться деформации и разрушению:

- твердость - это способность  материала сопротивляться проникновению  в него постороннего тела;

- предел текучести – это напряжение, при котором происходит увеличение деформации при постоянной нагрузке;

           - предел  прочности – напряжение соответствующее  максимальной нагрузке ,которую  выдерживает образец до разрушения.

- Пластические характеристики  это свойства тела изменять свою форму без разрушения:

- относительное удлинение –  напряжение соответствующее максимальному  удлинению до начала разрушения  образца;

- ударная вязкость – способность  материала оказывать сопротивление  действию ударных нагрузок

 Эти данные приведены после ТО (нормализации);

Массовая доля углерода 0,4%

 

2. Маршрут изготовления  детали

З         Т₁        М₁        Т₂         М₂        Сб.

●  З – технологический процесс  изготовления заготовки. В этом пункте необходимо описать технологический процесс изготовления заготовки.

●  Т₁ – технологический процесс предварительной термической обработки проводимой для разупрочнения исходного материала, необходимый для того, чтобы провести предварительную механическую обработку.

●  М₁ – предварительная механическая обработка. Её проводим для того, чтобы предварительно обработать деталь для придания ей необходимой конфигурации после штамповки.

●  Т₂ – окончательная термическая обработка детали, проводится  для придания изготовляемой детали необходимой твердости.

●  М₂ – окончательная механическая обработка, проводится для дефектов после термической обработки и придания необходимой шероховатости эвольвенте зубчатого колеса.

●  С_б – сборка, деталь готова к применению и поступает в сборочный цех.

 

3. Разработка технологического  процесса изготовления

заготовки

3.1 Обоснование выбора способа  изготовления поковки

Изготовление заготовки из сортового  проката удобно и выгодно тем, что диаметр проката соответствует рассчитанным размерам заготовки, что в свою очередь выгодно, так как нам остается разрезать пруток проката на части и приступать к процессу штамповки.

Штамповку будем производить на горизонтально-ковочной машине, так как получаемые на горизонтально-ковочной машине поковки по форме и размерам очень близки к готовой обработанной детали и на горизонтально-ковочных машинах многие поковки возможно штамповать без заусенца (облоя), в результате чего высвобождается оборудование для обрезки и прошивки поковок и соответственно сокращаются трудовые затраты.

3.2 Определение степени сложности поковок

Припуском на механическую обработку  называется слой металла, предназначенный  для удаления при механической обработке.

            Для определения припусков на механическую обработку необходимо так же определить:

- класс точности изделия;

- группу стали;

- степень сложности детали.

Класс точности детали – II

            Группа стали – М₁(так  как  содержит  углерода   0,4%  и легирующих  элементов  до  2%.)

Степень сложности поковки С  – отношение объема детали к объему простого геометрического тела, в которое данная деталь может быть вписана. В данном  случае стакан можно вписать в цилиндр.

Формула для вычисления С:

  ,т.е.1 класс сложности

V_ф – объем фигуры, в которую вписывается деталь

3.3 Расчет массы поковки

Знать массу поковки необходимо для расчета массы заготовки  и назначения припусков на механическую обработку. Масса поковки рассчитывается по чистовым размерам детали.

Расчет массы поковки производится по формуле:

                                                                                                              (1)               

где М_пок – масса поковки, кг;

       V_пок – объём поковки, м³;

       g – удельный масса материала для стали g = 7800 кг/м³

Для определения объёма и массы  поковки разобьём деталь на три части:

       -  кольцо R₁ = 175 мм; R₀₁=116.5 мм; L₁ = 24 мм;

-  кольцо R ₂ = 135 мм; R₀₂=116.5 мм; L₂ = 96 мм;

-  кольцо R₃ = 135 мм; R₀₃ =80 мм; L₃=20 мм

где R - радиус детали на данном участке

      L-длина детали на данном участке

Объём поковки определяется по формуле:

V_пок=((R₁² –R₀²) L ₁ + (R ₂² –R₀₂²) L ₂ +(R₃²-R₀₃²)L₃)

                               (2)

Подставляя значения длин в формулу (2) получим объём поковки:

        Получив все  параметры для расчета массы  поковки, подставляем их в формулу  (2) получаем значение, соответствующее массе поковки:

                            

3.4 Расчет объема и массы заготовки.

 

Для определения массы исходной заготовки необходимо рассчитать ее объем.

При штамповке вдоль оси (в торец) объем исходной заготовки 

V_заг = k * (V_пок + V_отх),  м³

где k - коэффициент, учитывающий угар металла, k=1,01;

     V_пок - объём поковки, определяемый по чертежу (по номинальным размерам);

     V_отх - объём отходов

  V_отх=V_пер+V_з

 

Т.к. в данном случае нет  заусенцаи нет перемычки благодаря прошивке, то

V_отх= 0                 V_заг = k ∙ V_пок

           V_ЗАГ=1,01∙0,00343 = 0,0034643 м³.

M_ЗАГ=7800 ∙0,003515=27,022 кг

3.5 Назначение припусков на механическую  обработку

По ГОСТу 7505 - 55 найдем  для  массы  поковки  27,022 кг  с учетом  II  класса  точности,  М₁  и С₁  припуски. 

Определение припусков, допусков и  напусков

Исходный размер	Припуск на мех. обработку	Допуск	Припуск на усадку	Итого
Ø 350	2*5,4	+2,5 -1,2	0,8	Ø 361,6
Ø 270	2*3,6	+2,5 -1,2	0,8	Ø 278
Ø 160	-	+2,5 -1,2	0,8	Ø 159,2

 

Определяем припуски на механическую обработку. Для этого из строчки выбираем нужную толщину, длину или ширину поковки.

При конструировании штамповочных поковок  необходимо учитывать, что  на все поверхности поковки, перпендикулярные ходу инструмента, назначаются штамповочные уклоны, величина которых выбирается в зависимости от типа штамповочного оборудования. На поковках не  должно быть острых углов.

Сопрягаемые поверхности должны иметь  закругления, выполняемые радиусами  R=4 мм

Определение штамповочных уклонов:

• внешние -
• внутренние – не нужны, т.к. прошивка выполняется пуансоном диаметра равного диаметру отверстия.

 

3.6 Определение размера исходного прутка

        После  определения  массы   заготовки  находят  ее размеры.  При  штамповке  в  торец  необходимо, чтобы  длина  заготовки  не  превышала  2,5  ее  диаметра. В  противном  случае  может  произойти  искривление  продольной  оси. 

        Размеры заготовки  могут быть определены из  следующей  системы:

       

         Здесь D – стандартный размер сечения проката или слитка, используемого в качестве заготовки, l – длина заготовки.

         Возьмем   диаметр  исходной  заготовки   равный D=121 мм,

Длина  исходного  прутка  равна: L=4V_заг/ПD².

L=4∙0,0034643/3,14∙0,121²= 0,302м= 302мм

Осуществим проверку

             Штамповку будем производить в штампе, имеющем три ручья .

 

4.Технология  штамповки

        ГКМ  предназначены для относительно  точной  штамповки различных поковок. ГКМ отличаются  быстроходностью (50-60  ходов в минуту), что позволяет сократить время деформации  заготовки и снизить разогрев штампа.              

 4.1 Разработка  инструмента

        Чертеж поковки   разрабатывается  по  чертежу   детали.  Чертеж  инструмента (штампа) разрабатывается  по  чертежу  поковки.  Штамповочные  уклоны  способствуют  легкому  извлечению  поковки  из  штампа, а  радиусы  переходов  служат  легкому  течению  металла,  повышению стойкости штампа.

4.2 Технологический  процесс   штамповки

         Технологический   процесс – это  последовательность  операций, постепенно  приближающих  исходную  заготовку  к  форме  поковки.

         Все   операции  делятся на:

  а) подготовительные,

  б) штамповочные.

Подготовка  металла к  штамповке

  а) резка  металла,

  б) очистка  поверхности   заготовки  перед  нагревом (для  удаления  поверхностных  окислов, загрязнений),