124532 (Технология конструкционных материалов)

Министерство образования Российской Федерации

Южно-Уральский Государственный Университет

Кафедра “Станки и инструмент”

Пояснительная записка к курсовой работе

по курсу “Технология конструкционных материалов”

170104-2007-190-18 ПЗ

ЧЕЛЯБИНСК 2007

План:

ВВЕДЕНИЕ

1. Холодное деформирование

2. Конструкционные материалы

3. Сущность процесса горячей объёмной штамповки, области её

применения

4. Оборудование

5. Разработка поковки и технологические операции получения поковки

6. Обработка детали резанием

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Аннотация

Пояснительная записка к курсовой работе по курсу “Технология конструкционных материалов”: Курсовая работа. – Челябинск: ЮУрГУ, 2007. – 22 стр. с ил.

Библиография литературы – 4 наименования, 5 листов чертежей формата А4.

В работе обзорно изложены различные способы штамповки деталей и приведены схемы.

В работе изложена последовательность изготовления штамповочных форм. Для заданной конфигурации детали, согласно полученным в ходе расчета значениям, разработана матрица, пуансон и прочая оснастка.

Настоящая работа проведена для полученных теоретических знаний основополагающих аспектов штамповочных процессов в рамках учебной программы курса “Технология конструкционных материалов”.

Введение

В современных условиях развития общества одним из основных факторов технологического процесса в машиностроении является совершенствование технологии производства. Коренное преобразование производства возможно в результате создания более совершенствованных средств туда, разработки принципиально новых технологий.

Развитие и совершенствование любого производства в настоящее время связано с его автоматизацией, создание робототехнических комплексов, широким использованием вычислительной техники, применением станков с числовым программным управлением. Все это составляет базу, на которой создаются автоматизированные системы управления, становятся возможными оптимизация технологических процессов и режимов обработки, создание гибких автоматизированных комплексов.

Важным направлением научно – технического прогресса является также создание и широкое использование новых конструкционных материалов. В производстве все шире используется сверхчистые, сверхтвердые, жаропрочные, композиционные, порошковые полимерные и другие материалы, позволяющие резко повысить технический уровень и надежность оборудования. Обработка этих материалов связана с решением серьезных технологических вопросов.

Создавая конструкции машин и приборов, обеспечивая на практике их заданные характеристики и надежность работы с учетом экономических показателей.

Описание технологических процессов основано на их физической сущности и предваряет сведения о строении и свойствах конструкционных материалов. Основные методы обработки конструкционных материалов: литье, обработка давлением, сварка и обработка резанием. Эти методы в современной технологии конструкционных материалов характеризуется многообразием традиционных и новых технологических процессов, возникающих на их слиянии и взаимопроникновении.

1. Холодное деформирование

Обычно под холодной штамповкой понимают штамповку без предварительного нагрева заготовки. Для металлов и сплавов, применяемых при штамповке, такой процесс деформирования соответствует условиям холодной деформации.

Холодную штамповку можно разделить на объемную штамповку (сортового металла) и листовую штамповку (листового металла) Разделение целесообразно из-за различия технологии штампования и отличия самих штампов.

Рассмотрим холодную объемную штамповку.

Холодная объемная штамповка

При холодном выдавливании заготовку помещают в полость, из которой металл выдавливают в отверстия, имеющиеся в рабочем инструменте. Выдавливание обычно производят на кривошипных или гидравлических прессах в штампах, рабочими частями которых является пуансон и матрица.

Холодное выдавливание

Способы холодного выдавливания:

1. прямое

2. обратное

3. боковое

4. комбинированное

1. При прямом выдавливании (рис.1, а) металл вытекает в отверстие, расположенное в донной части матрицы 2, в направлении, совпадающим с направлением движения пуансона 1 относительно матрицы. Так можно получать детали типа стержней с утолщениями. Зазор между пуансоном и цилиндрической частью матрицы должен быть достаточно мал для того, чтобы металл не вытекал в него.

Если на торце пуансона (рис.1, б) имеется стержень, перекрывающий отверстие матрицы до начала выдавливания, то металл выдавливается в кольцевую щель между стержнем и отверстием матрицы. В этом случае прямым выдавливанием можно получать детали типа трубки с фланцем.

2. При обратном выдавливании направление течения металла противоположно движению пуансона относительно матрицы. Наиболее часто встречающейся схемой обратного выдавливания является схема, при которой металл может вытекать в кольцевой зазор между пуансоном и матрицей (рис.1, в). По такой схеме изготовляют полые детали типа туб (корпуса тюбиков), экранов радиоламп и др.

Реже применяют схему обратного выдавливания, при которой металл выдавливается в отверстие в пуансоне, для получения деталей типа стержня с фланцем (рис.1, г).

3. При боковом выдавливании металл вытекает в отверстие боковой части матрицы в направлении, не совпадающем с направлением движения пуансона (рис. 1, д). Таким образом можно получить детали типа тройников, крестовин и т.п. В этом случае, чтобы обеспечить удаление заготовки после штамповки, матрицу выполняют состоящей из двух половинок с плоскостью разъема, совпадающей с плоскостью, в которой расположены осевые линии заготовки и получаемого отростка.

4. Комбинированное выдавливание характеризуется одновременным течением металла по нескольким направлениям и может быть осуществлено по нескольким из ранее рассмотренных схем холодного выдавливания (рис.1, е).

Рис. 1.

Холодная высадка

Холодную высадку выполняют на специальных холодновысадочных автоматах. Штампуют от прутка или проволоки. Используются заготовки диаметром 0,5 – 40 мм из черных и цветных металлов, а так же детали с местными утолщениями сплошные и с отверстиями (заклепки, болты, винты, гвозди, шарики, ролики, гайки, звездочки, накидные гайки и т.п.). На рис 2 показаны последовательные переходы штамповки двух характерных деталей.

Штамповкой на холодновысадочных автоматах обеспечивается достаточно высокая точность размеров и хорошее качество поверхности, вследствие чего некоторые детали не требуют последующей обработки резанием. Так, в частности, изготовляют метизные изделия (винты, болты, шпильки), причем и резьбу получают на автоматах обработкой давлением – накаткой.

Штамповка на холодновысадочных автоматах обладает большой производительностью и характеризуется высоким коэффициентом использования металла.

рис. 2.

Холодная штамповка в открытых штампах

Холодная штамповка в открытых штампах заключается в придании заготовке формы детали путем заполнения полости штампа металлом заготовки. Схема холодной штамповки аналогична схеме горячей объемной штамповки.

Холодной объемной штамповкой можно изготовлять пространственные детали сложных форм (сложные и с отверстиями). Холодная объемная штамповка обеспечивает так же получение деталей со сравнительно высокой точностью размеров и качеством поверхности. Это уменьшает объем обработки резанием или даже исключает ее. Так как штампуют обычно за один ход ползуна пресса, то холодная штамповка (даже при использовании нескольких переходов со своими штампами) характеризуется большей производительностью по сравнению с обработкой резанием. Однако, учитывая, что изготовление штампов трудоемко и дороже изготовления инструментов, используемого при обработке резанием, холодную штамповку следует применять при достаточно большой серийности производства.

2. Конструкционные материалы

Детали машин чрезвычайно разнообразны, и для их изготовления необходимы материалы с самыми различными свойствами. Требования к материалам серьезно возросли в эпоху научно-технического прогресса. В некоторых случаях для изготовления изделий необходимы материалы, обладающие следующими свойствами: повышенной коррозийной стойкостью, теплопроводностью и электропроводностью, особыми магнитными свойствами, тугоплавкостью, сверхпроводимостью и т.п. Для правильного использования имеющихся материалов, так же как и для обработки заготовок из них, важно иметь представление о их структуре, так как это дает возможность учитывать влияния режимов эксплуатации или обработки на характеристики изделия.

Свойства металлов и сплавов, применяемых в машиностроении

Все металлы имеют кристаллическое строение. Атомы в твердом металле расположены упорядоченно и образуют кристаллические решетки. Расстояния между атомами называют параметрами решеток и измеряют в нанометрах. С повышением температуры или давления параметры решеток могут изменяться. Некоторые металлы в твердом состоянии в различных температурных интервалах приобретают различную кристаллическую решетку, что всегда приводит к их изменению физико-химических свойств.

Перестройка кристаллических решеток при критических температурах называется полиморфными превращениями. Полиморфные превращения обозначают греческими буквами α, β, γ и другими.

Чаще в машиностроении применяются сплавы, а не чистые металлы. Кристаллическое строение сплава более сложное, чем чистого металла, и зависит от взаимодействия его компонентов при кристаллизации. Компоненты в твердом сплаве могут образовывать твердый раствор, химическое соединение и механическую смесь.

К основным свойствам металлов относятся механические, физические, химические, технологические и эксплуатационные.

Механические свойства. Основные из них – прочность пластичность, твердость и ударная вязкость.

Напряжение – это нагрузка (сила), отнесенная к площади поперечного сечения, МПа:

Деформация – это изменение формы и размеров тела под влиянием воздействия внешних сил или в результате физико-механических процессов, возникающих в самом теле. Различают упругую и пластическую деформацию.

Прочность – это способность твердого тела сопротивляться деформации или разрушению под действием статических или динамических нагрузок. Прочность при динамических нагрузках оценивают по ударной вязкости, Дж/м :

KC=A/F

Пластичность – это способность материала получать остаточное изменение формы и размера без разрушения.

Твердость – это способность материала сопротивляться внедрению в него другого, не получающего остаточных деформаций, тела.

Твердость по Бриннелю (HB, МПа):

НВ = Р/F

Физические свойства. К физическим свойствам металлов относятся температура плавления, плотность, температурный коэффициент, электросопротивление и теплопроводность. Физические свойства сплавов обусловлены их составом и структурой.

Химические свойства. К химическим свойствам относятся способность к химическому взаимодействию с агрессивными средами.

Технологические свойства. Способность материала подвергаться различным методам горячей и холодной обработки определяют по его технологическим свойствам. К технологическим свойствам металлов и сплавов относятся литейные свойства, деформируемость, свариваемость и обрабатываемость режущим инструментом. Эти свойства позволяют производить формоизменяющую обработку и получать заготовки и детали машин.

Литейные свойства определяются жидкотекучестью, усадкой и склонностью к ликвации.

Деформируемость – это способность принимать необходимую форму под влиянием внешней нагрузки без разрушения и при наименьшем сопротивлении нагрузки.

Свариваемость – это способность металлов и сплавов образовывать неразъемные соединения требуемого качества.

Эксплуатационные, или служебные свойства. В зависимости от условий работы машины или конструкции определяют коррозийную стойкость; хладостойкость; жаропрочность, жаростойкость; антифрикционность материала.

Коррозийная стойкость – сопротивление сплава действию агрессивных кислот и щелочных сред.

Хладостойкость – способность сплава сохранять пластические свойства при температурах ниже 0°С.