Министерство образования и науки Украины

Сумский государственный университет

Кафедра прикладной гидроаэромеханики

Курсовая работа

на тему» Разработка энергосберегающего технологического процесса изготовления детали машины»

Сумы‑2006

Содержание

1. Задание на курсовую работу. 3

2. Обеспечение технологичности заготовки. 4

3. Заготовительный технологический процесс. 8

3.1 Выбор способа получения заготовки. 8

3.2 Проектирование кованой заготовки. 9

3.3 Получение сварной заготовки. 12

3.4 Технико-экономический анализ спроектированных заготовок. 14

4. Технологический процесс механической обработки. 17

4.1 Токарная операция. 17

4.2 Обработка фрезами. 17

5. Список использованных источников. 19

1. Задание на курсовую работу

Разработать энергосберегающий технологический процесс изготовления детали, показанной на рисунке 1.

2. Обеспечение технологичности заготовки

Под технологичностью конструкции детали или машины подразумевается наибольшее её соответствие тем определённым методам обработки и производства, в условиях которых она должна изготовляться. В одинаковых условиях производства более технологична та конструкция, трудоёмкость и себестоимость которой меньше. Отработка на технологичность обязательна на всех стадиях создания изделий.

Вопросы технологичности должны решаться комплексно, начиная со стадии проектирования заготовки и выбора метода её изготовления и заканчивая процессом механической обработки и сборки всего изделия. Технологичность, как правило, закладывается на стадии проектирования, поэтому от конструктора требуется высокий уровень технологической подготовки.

Технологичность – понятие относительное. Одна конструкция заготовки может быть технологична при данном типе производства и совершенно нетехнологична при другом.

Основными требованиями с точки зрения технологичности конструкции являются наименьший вес при достаточной жёсткости детали; лёгкий доступ к обрабатываемым поверхностям; наименьшее количество глухих отверстий; постоянные или уменьшающиеся в одном направлении диаметры соосных отверстий в корпусных деталях; удобство сборки машины и т.д.

Показатели технологичности различают двух видов: качественные и количественные.

Качественную оценку получают путём сравнения двух и более вариантов заготовок. Обычно такая оценка производится на стадии эскизного проектирования и всегда предшествует количественной оценке.

Количественные показатели дают возможность объективно и достаточно точно оценить технологичность сравниваемых конструкций. Выбор показателей зависит от назначения детали, типа производства, и условий эксплуатации. Для заготовок в качестве показателей технологичности используют трудоёмкость изготовления, технологическую себестоимость и коэффициент использования металла.

Трудоемкость изготовления заготовки представляет собой суммарные затраты времени на производство заготовки по всем технологическим операциям. Составляющие нормы времени на выполнение работ по отдельным операциям приводятся в соответствующих справочниках.

На ранних стадиях проектирования применяют приближенные методы оценки трудоемкости. Например, «весовым методом» трудоемкость оценивается по трудоемкости типовой заготовки, аналогичной по форме, точности и технологии изготовления:

где Тпр, Ттип – трудоемкость соответственно проектируемой и типовой заготовок. Gпр, Gтип – масса соответственно проектируемой и типовой заготовок.

Для оценки технологичности используют также отношение трудоемкости механической обработки к трудоемкости получения заготовки Тмех / Тзаг. Чем меньше это отношение, тем технологичнее заготовка. Отношение Тмех/ТЗаг зависит также от типа производства (для единичного производства оно максимально).

Технологическая себестоимость изготовления применяется для выбора наилучшего варианта заготовки в условиях одного способа производства (цеха, завода). В общем виде для одной детали она состоит из следующих элементов:

Ст.д = М + З + Ин.о + Соб,

где М – стоимость расходуемых основных материалов, грн./шт.;

З – заработная плата производственных рабочих, грн./шт.

Ин.о – возмещение износа оснастки, грн./шт.

Соб – расходы, связанные с содержанием и эксплуатацией оборудования за время изготовления одной детали, грн./шт.

Все элементы себестоимости взаимосвязаны. Например, изменение вида заготовки вызывает изменение затрат на механическую обработку. Изменение конструкционного материала может вызвать изменение номенклатуры технологического оборудования. Из сравниваемых вариантов выбирают тот, для которого технологическая себестоимость минимальна независимо от отдельных составляющих.

Коэффициент использования металла – это безразмерная величина, определяемая отношением массы изделия к массе израсходованного металла:

Ки.м= Gд/ Gр

где Gд – масса готовой детали

Gр – масса всего израсходованного металла, включая массу литников, облоя, окалины, брака и т.п.

Различают коэффициент Кв.г выхода металла, годного в заготовительных цехах, и коэффициент весовой точности Кв.т:

Кв.г = G3/Gр

где G3 – масса заготовки

Кв.т=Gд/Gз

При прочих равных условиях более выгодны высокие значения Ки.м. Для оценки влияния технологичности заготовки на коэффициент использования металла необходимо помнить, что Ки.м= Кв.г· Кв.т.

3. Заготовительный технологический процесс

3.1 Выбор способа получения заготовки

Одну и ту же деталь можно изготовить из заготовок, полученных различными способами. Одним из основополагающих принципов выбора заготовки является ориентация на такой способ изготовления, который обеспечит ей максимальное приближение к готовой детали. В этом случае существенно сокращается расход металла, объем механической обработки и производственный цикл изготовления детали. Однако при этом в заготовительном производстве увеличиваются расходы на технологическое оборудование и оснастку, их ремонт и обслуживание. Поэтому при выборе способа получения заготовки следует проводить технико-экономический анализ двух этапов производства – заготовительного и механообрабатывающего.

Разработка технологических процессов изготовления заготовок должна осуществляться на основе технического и экономического принципов. В соответствии с техническим принципом выбранный технологический процесс должен полностью обеспечить выполнение всех требований чертежа и технических условий на заготовку. В соответствии с экономическим принципом изготовление заготовки должно вестись с минимальными производственными затратами.

Из нескольких возможных вариантов технологического процесса при прочих равных условиях выбирают наиболее экономичный, при равной экономичности – наиболее производительный. Если ставятся специальные задачи, например срочный выпуск какой-нибудь важной продукции, решающими могут оказаться другие факторы (более высокая производительность, минимальное время подготовки производства и др.).

3.2 Проектирование кованой заготовки

Процесс ковки состоит в деформировании нагретой заготовки между бойками молота или пресса с помощью универсального инструмента. В зависимости от использования оборудования различают ковку машинную, которая выполняется молотом либо прессом, и ручную, которую выполняют с помощью молотка и кувалды. Ковкой изготовляют обычно простые по форме заготовки массой до 300 тонн и в большинстве случаев в условиях единичного и мелкосерийного производства. Основные операции технологического процесса ковки делят на разделительные, формоизменяющие и общие.

К разделительным операциям свободной ковки принадлежат обрубка, надрубка, ломка. Формоизменяющие операции – это осаждение, протягивание, разгонка, прошивание, изгибание, закручивание, выдавливание. Нагревание, обдувание, смазка и охлаждение являются общими операциями.

Перед ковкой изготовляют начальные заготовки.

Преимущества изготовления заготовок свободной ковкой – высокое качество металла, универсальность оборудования и инструмента, возможность изготовления заготовок значительных размеров и масс на маломощном оборудовании.

К недостаткам технологических процессов свободной ковки заготовок принадлежат сравнительно низкая продуктивность работы, высокая трудоемкость, небольшая точность формы и размеров заготовок, увеличенные затраты металла на напуски, выгорание, увеличенные припуски на механическую обработку, потребность в высокой квалификации работников, тяжелые условия труда, трудности с механизацией и автоматизацией производственных процессов.

Свободной ковкой изготовляют заготовки для больших валов и роторов турбин, двигателей внутреннего сгорания, пушечных стволов и других габаритных и ответственных деталей машин. Сложные ковки требуют многоразового повторения операций нагревания и ковки. Параметр шероховатости поверхностей поковок составляет Ra 20…80.

Исходный документ для разработки чертежа поковки – чертеж готовой детали.

Поковкам придают простую форму, ограниченную плоскими или цилиндрическими поверхностями. Нежелательны конические и клиновые формы поковок, пересечение нескольких цилиндрических элементов и призматических с цилиндрическими. Односторонние выступы предпочтительнее двусторонних. Нельзя выполнять ковкой ребра жесткости и пластики. Заготовки со значительной разницей поперечных сечений, а также сложной формы или поковок и отливок.

Стремясь максимально приблизить конфигурацию поковки к конфигурации детали, необходимо оценить возможность изготовления ковкой уступов и выемок. Ковка коротких уступов с небольшой высотой выступа экономически нецелесообразна. При отсутствии специального инструмента выемки выполняются в том случае, если их длина равна или больше ширины бойков. Если размеры или выемки малы, на эти участки поковки назначаются напуски. Для небольшого числа поковок изготовление специального инструмента часто обходится дороже, чем потери металла на напуски и на увеличение объема механической обработки.

По требованиям ГОСТ 7829–70, который распространяется на поковки общего назначения из углеродистой и легированной стали, изготовляемые свободной ковкой на молотах в единичном и мелкосерийном производстве, припуски на механическую обработку и отклонение размеров заготовок назначают в зависимости от типа поковки и ее размеров. Припуски на необрабатываемую поверхность не назначают. Предельные отклонения на все размеры поковок устанавливают в соответствии с их типом и номинальными размерами.

По согласованию между изготовителем и потребителем допускают изготовлять заготовки с большей, чем в стандартах, точностью, то есть с меньшими значениями отклонений, припусков и напусков. Допускается округлять расчетные

номинальные размеры заготовок к ближайшим значениям в сторону увеличения припусков на механическую обработку.

Дефекты кованых заготовок

Дефекты, возникающие при ковке, могут иметь различные причины. С исходным металлом связаны такие дефекты, как несоответствие химического состава, размеров и формы исходной заготовки, риски, волосовины, закаты, плены, трещины и др. Заусеницы, волосовины, трещины, закаты и другое удаляют заточкой или вырубкой.

Вследствие ошибок при нагреве заготовки возможно образование завышенного слоя окалины, обезуглероженного поверхностного слоя, изменение микроструктуры металла (перегрев, пережог). В процессе ковки возникают различные искажения формы, забоины, вмятины, вогнутые торцы, увеличивающие концевые припуски. При несоблюдении температурного режима ковки возможно образование наружных и внутренних трещин (расслоение), неблагоприятной микроструктуры поковки.

При очистке на поверхности поковки могут обнаружиться забоины, остатки окалины и следы травления. Необходимо отметить, что торцевые и закалочные трещины, расслоения, пережоги, значительные отклонения формы являются неисправимыми дефектами.

Спроектируем кованую заготовку для детали, указанной на рисунке 1.

Руководствуясь ГОСТ 7829–70 – Поковки из углеродистой и легированной стали, изготовляемые свободной ковкой на молотах, назначим припуски на размеры поковки (таблица 7):

для Ø110 мм припуск составляет 14±5 мм;

для Ø90 мм припуск составляет 20±5 мм;

для высоты Н=205±0,3 мм припуск равен 13±4 мм.

Чертёж заготовки – на рисунке 2.

Рассчитаем массу полученной заготовки.

V₁=πD²H/4=3,14*124²*218/4=2,63*10^-3 м³;

V₂=πd²H/4=3,14*70²*218/4=0,84*10^-3 м²;

ρ=7, 88*10³ кг/м³;

C_заг.=(V₁-V₂)* ρ=(2,63–0,84)*7,88=14,1 кг.

Расчётная масса поковки – 14,1 кг.

3.3 Получение сварной заготовки

Сварные заготовки широко распространены в машиностроении, что объясняется значительными преимуществами сварки по сравнению с другими способами соединения заготовок. Экономия материалов, снижение стоимости продукции, высокая производительность оборудования и качество продукции – далеко не все преимущества, которые обеспечивает использование сварки в машиностроительном производстве. Использование сварных заготовок позволяет упростить конструкцию исходных заготовок, уменьшить толщину стенок и массу заготовок, использовать разные профили сортового и специального проката.

По сравнению с отливками и поковками сварные заготовки благоприятствуют экономии металлов (40…60%), экономии капитальных затрат производства, уменьшают трудоёмкость изготовления и стоимость заготовок, сокращают сроки их изготовления.

К недостаткам сварных заготовок относят наличие в них внутренних напряжений, которые часто приводят к потере точности формы и размеров поверхностей; сложные по форме заготовки по сравнению с отливками имеют большую трудоёмкость изготовления и меньшую производительность труда; не все материалы отличаются достаточной свариваемостью.