Основы проектирования технологических процессов изготовления изделий в машиностроении

Министерство образования Российской Федерации

Петрозаводский Государственный Университет им. Куусенена

Кафедра “Технологии металлов и ремонта”

Курс “Материаловедение и теория конструкционных материалов”

Курсовая работа

Основы проектирования технологических процессов изготовления изделий в машиностроении

Выполнил: студент гр. 43104

Ковалевский В.Н..

Руководитель: преподаватель

Эгиптп А.Э.

Петрозаводск

2005 г.

Петрозаводский государственный университет

кафедра технологии металлов и ремонта

Основы проектирования технологических процессов изготовления изделий в машиностроении

Задание к курсовой работе

“Материаловедение и технология конструкционных материалов”

Студенту Ковалевскому	Курса 1
Специальность 3113	Группа 43104

Содержание проекта

Расчётно-графическая часть объёмом в один лист формата А1 по согласованию с руководителем.

Задание выдано 12.04.05

Срок сдачи 31.05.05

Руководитель __________

1 ПРОИЗВОДСТВО ЗАГОТОВОК В МАШИНОСТРОЕНИИ МЕТОДОМ ГОРЯЧЕЙ ОБЪЁМНОЙ ШТАМПОВКИ

1.1 Исходные данные

Рисунок 1.1 - Эскиз шестерни.

1.2 Определение размеров исходного прутка проката

Объём заготовки определяется по формуле:

Vзаг = Vпок + Vз + Vв + Vуг, см3

(1)

где

Vзаг - объём заготовки, см³;

Vпок - объём поковки, см³;

Vз - объём заусенца, см³;

Vв - объём выдры при прошивки отверстия, см³;

Vуг - объём угара металла, см³.

Объём поковки представлен суммой простых геометрических элементов объемов:

Рисунок 1.2 – Элемент №1

Рисунок 1.3 – Элемент №2

Рисунок 1.4 – Элемент №3

Vпок = V1 + V2 + V3, см3

(2)

где

Vпок - объем поковки, см³;

V1 - объем элемента №1, см³;

V2 - объем элемента №2, см³;

V3 - объем элемента №3, см³.

Объём элементов определяется по формуле:

, см3

(3)

где

H - высота цилиндра, см;

D - наружный диаметр, см;

d - внутренний диаметр, см.

тогда

Масса поковки определяется по формуле:

, кг

(4)

где

- плотность стали, .

тогда

Объём облоя определяется по формуле:

, см3

(5)

где

F - площадь сечения выбирается по лит.1(табл. 1.7), принимаем 2,4 см²;

Р - периметр расположения заусенца, см.

Периметр расположения заусенца определяется по формуле:

, см

(6)

где

- наибольший диаметр заготовки, .

тогда

Рисунок 1.5 – Потери на выдру

Объём выдры определяется по формуле:

, см3

(7)

где

d - наружный диаметр фигуры №3, ;

S -толщина перемычки, мм.

Рисунок 1.6 – Толщина перемычки

Толщина перемычки определяется по формуле:

, мм

(8)

где

d - диаметр прошиваемого отверстия, ;

h - высота, мм.

Высота определяется по формуле:

, мм

(9)

тогда

Масса выдры определяется по формуле:

, кг

(10)

При одном нагреве заготовок в пламенной печи, потери на угар стали, составляют 2% от суммы объемов поковки и заусенца. При электронагреве 1%.

, см3

(11)

Масса угара определяется по формуле:

, кг

(12)

Объём заготовки считается по формуле 1:

Масса заготовки определяется по формуле:

, кг

(13)

1.2.1 Определение геометрических размеров отрезаемого прутка проката

Основной операцией, является операция осадки (увеличение диаметра и снижение её высоты).

Рисунок 1.7 – Операция осадки

Для удобства штамповки, чтобы не было потери устойчивости, отношение длины к диаметру нормирует коэффициент:

Для всех технологических расчетов принимаем .

Определим расчётный диаметр отрезаемого прутка проката:

, мм

(14)

Расчётный диаметр приводим с учётом стандартных диаметров горячекатаной круглой стали ГОСТ 2590.

Принимаем

Длина прутка рассчитывается по формуле:

, мм

(15)

1.3 Выбор оборудования и инструмента

Для отрезки заготовок используем пресс-ножницы гильотинного типа, рабочим инструментом которых являются ножи из инструментальной стали.

1 - отрезаемый пруток;

2 - неподвижный нож; 3 - подвижный нож;

4 - упор для фиксации.

Рисунок 1.8 – Отрезка заготовки в пресс-ножницах

Для снижения усилия резания заготовки нагревают, снижая их прочность во время резки.

Усилие резания определяется по формуле:

, кН

(16)

где

- коэффициент учитывающий состояние режущих кромок ножей, ;

- предел прочности металла, выбирается по лит.[1] (табл.1.9) с учётом нагрева стали до 800°С, ;

- площадь среза прутка, мм².

Площадь среза прутка определяется по формуле:

, мм2

(17)

тогда

По расчётному усилию выбираем ножницы.

Таблица 1.1 – Технические характеристики пресс-ножниц.

Модель	Усилие, кН	Размеры заготовки, мм		Мощность привода, кВт	Масса, кг
НБ 1427	500	40	36	3,8	1,9

Для штамповки используют двухстоечные паровоздушные молоты.

P – давление паровоздушной смеси;

1 – стойка; 2– основание-шабот;

3 – силовой паро-воздушный цилиндр;

4 – шток; 5 – баба молота;

6 – верхняя часть штампа;

7 – нижняя часть штампа.

Рисунок 1.9 – Эскиз молота

По массе поковки определяем массу падающих частей молота (баба молота, нижняя часть штампа, привод) лит.[1] (табл.1.11).

Масса поковки

Масса падающих частей - 1,5 тонны.

По массе падающих частей выбираем модель молота лит.[1] (табл.1.12).

Таблица 1 – Модель молота

Модель	Масса падающих частей, т	Наибольший рабочий ход бабы, мм	Масса молота с шаботом, т	Масса молота, т
М2143	2.0	1200	58.3	40

1.3.1 Выбор инструмента

В качестве инструмента используется молотовый штамп с наличием облоя (открытый штамп), изготовляемый из специальных легирующих инструментальных сталей: 5ХНМ, 5ХГМ, 4ХМФС, 8Х3.

1 - верхняя подвижная часть штампа, закрепляемая на бабе молота;

2 - плоскость разъема;

3 - нижняя неподвижная часть штампа, закреплённая на нижнем шаботе молота;

4 - внутренняя плоскость или фигура штампа;

5 - облой - заусенец;

6 - клиновидный выступ для креплений элементов штампа в оборудование;

7 - прошиваемая перемычка будущего отверстия.

Рисунок 1.8 – Эскиз молотового штампа для поковки шестерни открытого варианта

Для облегчения извлечения поковки из штампа на вертикальных стенках устанавливают штамповочные уклоны в пределах от 3º до 7º.

Для облегчения заполнения металлом полости штампа нагретым металлом назначают радиусы закругления всех переходов: наружное 1...6 мм, внутреннее принимаю в 3 раза больше.

1 - мостик; 2 - магазин;

3 - верхний штамп; 4 - нижний штамп;

5 - фигура штампа.

Рисунок 1.10 – Схема облойной канавки

Для уменьшения отходов в облой назначаем минимальную высоту облойного мостика:

, мм

(18)

Принимаем

Стойкость открытых штампов выбираем по лит.[1] (табл.1.13).

Принимаем стойкость – 9000 шт

1.4 Расчет припуски и допуски на поковку

Напуск – упрощение геометрической формы поковки и конструкции штампа по отношению к форме самой детали, в него входят все отверстия диаметром меньше 30 мм и упрощения геометрии фигуры.

Припуски – удаляемые из поковки слои дефектного наружного металла при механической обработке.

Расчет припусков ведется с определением исходного индекса поковки.

Исходный индекс поковки – условный показатель, учитывающий в обобщенном виде сумму конструктивных характеристик (класс точности, группу стали, степень сложности, конфигурацию поверхности разъема) и массу поковки.

Расчётная масса поковки определяется по формуле:

, кг

(19)

где

- масса детали, кг;

- расчетный коэффициент выбирается по лит.[1] (табл.1.1), .

тогда

Выбор класса точности поковки в зависимости от принятого оборудования лит.[1] (табл.1.2).

Принимаем для штамповочного молота класс точности – Т4.

Определение номера группы стали идущей на изготовление поковки производим по лит.[1] (табл.1.3).

Сталь 12ХН3А содержит:

- никель, Ni = 3%;

- хром, Cr = 1%;

- азот, N = 1%.

Принимаем группу стали – М2.

Степень сложности поковки определяется по формуле:

,

(20)

где

- масса поковки, кг;

- масса геометрической фигуры, в которую вписывается форма поковки.

рассчитывается по формуле:

, кг

(21)

, см3

(22)

, мм

(23)

, мм

(24)

тогда

Принимаем степень сложности – С1.

Исходный индекс поковки определяется по номограмме, лит.[1] (табл.1.4):

; М2; С1; Т4.

Принимаем исходный индекс – 9.

1.4.1 Определение припусков на механообработку

Выбор припуска на механическую обработку по лит.[1] (табл.1.5).

Наружный диаметр поковки:

, мм

(25)

где

- припуск на сторону, мм.

тогда

Внутренний диаметр поковки:

, мм

(26)

Высота (ширина) венца:

, мм

(27)

Высота ступицы:

, мм

(28)

Допуски на размер поковки (пределы, в которых размеры поковок будут считаться годными) назначаются с учетом износа штампа, когда при производстве нескольких тысяч поковок его размеры будут изменяться. Они выбираются по лит.[1] (табл.1.6).

Действительные размеры: ;

Действительные размеры: ;

Действительные размеры: ;

Действительные размеры: ;

1.5 Определение температурного интервала горячей объёмной штамповки

Цель нагрева – снижение механической прочности и повышение пластичности стали перед штамповкой.

Для исключения перегрева стали (ухудшения зёрен) и пережога стали (окисления зёрен) предел температуры нагрева рассчитывают по формуле:

, ºС

(29)

где

- температура плавления марки стали,

тогда

В случае горячей объёмной штамповки (наклёп отсутствует) рекомендуется завершить обработку давлением не ниже температуры рассчитанной по формуле:

,ºС

(30)

где

- содержание углерода в стали, .

тогда

Зона горячего объемного штампования Стали 12ХН3А находится в пределе от 828°С до 1289°С.

Если штамп закаливать при температуре  900°С, то холодный вариант обработки давлением.

1.6 Термическая обработка штамповок

Производится для снятия внутренних напряжений, вследствие, наклепа и для подготовки поковки к механической обработке резанием (снижение твердости и улучшение обрабатываемости).

Отжиг – нагрев от 750°С до 900°С в зависимости от содержания углерода в стали, выдержка при этой температуре и медленное охлаждение вместе с печью до 100…200°С.

Нормализация – нагрев, как при отжиге, но охлаждение на воздухе.

Для заданной марки стали рекомендуется вид термической обработки: нормализация + отпуск при 640…680°С.

1.7 Составление чертежа поковки

Первично в тонких линиях: поставляется контур детали, затем жирными линиями наносится контур поковки с учетом напусков, припусков, допусков штамповочных уклонов, радиусов закруглений и технических условий на поковку в тексте.

1.8 Карта технологического процесса

Карта технологического процесса представлена в левой части чертежа поковки.

2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ПРОИЗВОДСТВА СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Под технологическим процессом изготовления изделий в машиностроении, согласно ГОСТ 3.1109-82, понимают часть производственного процесса, содержащего целенаправленные действия по изменению состояния предмета труда. Предметами труда при изготовлении сварных конструкций в большинстве случаев служат заготовки из металлических сплавов, чёрных и цветных металлов, профили проката или механически обработанные изделия, которые, с помощью сварки, преобразуются в изделия различной степени сложности.

Рационально разработанный проект должен обеспечить изготовление изделия при минимальной трудоёмкости операций, при минимальном расходе сварочных материалов и электроэнергии с высоким качеством сварных конструкций, и при полном соблюдении мер по технике безопасности.

По окончании проектирования, устанавливается принципиальная технология с действующими стандартами и техническими условиями. В технических условиях содержатся требования к материалам и заготовкам, сборочным операциям, сварочным операциям, квалификации сварщиков, способам контроля и испытаниям конструкции, окраске, маркировке.

В карте технологических процессов приведены данные о заготовке, сборке, сварке изделия. Составленная карта должна быть понятна без пояснительной записки. В большинстве случаев технология изготовления сварных изделий, включает всю совокупность операций в порядке очереди, приведённой в одной общей карте технологического процесса, используя ключевые слова в повелительном наклонении.

2.1 Исходные данные

Разработать технологический процесс изготовления сварной цилиндрической ёмкости из листовой стали ГОСТ 17066-80, ГОСТ 19282-73.

Марка стали 09Г2 с пределом прочности  = 450 МПа.

Количество изделий в партии – 3.

Ширина листов – 1500мм.

Длина листов – 2000мм

Рисунок 2.1 – Эскиз свариваемой ёмкости

2.2 Заготовительные операции перед проведением сварочных работ

К заготовительным операциям относят следующие операции: правка материала, разметка, раскрой, обработка кромок и торцов, гибочные и вальцовочные работы. Правку листовой стали проводят в холодном состоянии. Слесарным методом правят незначительные по размеру листы, с применением ручного инструмента. Большей производительностью работ достигают с применением листоправильных вальцов (рис.2.2). При этом устраняют общие и местные неровности, волнистость кромки и др.

1 – приводные ролики; 2 – нижние приводные ролики; 3 – лист

Рисунок 2.2 – Схема правки листовой стали

Разметкой называется процесс вычерчивания детали на материале в натуральную величину с нанесением линий сгибов, вырезов и центров отверстий. При заготовке нескольких одинаковых деталей их размечают по шаблону (шаблон – фанера, картон и др.). Наметка заключается в переносе необходимых для изготовления детали размеров с шаблона на материал. Чертилкой обводятся линии контура детали, наметчик набивает керны через 50…70 мм.

Резка металла производится на пресс-ножницах, газо-резальных машинах и ручными резаками. Механическая резка ножницами, является основным способом получения прямых срезов для деталей толщиной до 20…30 мм. Для резки листовой стали применяют гильотинные и дисковые ножницы.

1,4 – ножи; 2 – разрезаемый лист;

3 – прижим; 5 – упор; 6,7 – дисковые ножницы

Рисунок 2.3 – Резка листовой стали на гильотинных ножницах

Технические данные гильотинных ножниц приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 – Технические данные гильотинных ножниц

Длина ножей, мм	Высота хода ножей, мм	Число ходов ножей, в мин	Мощность электродвигателя, кВт	Масса, т
1500	70	45	4,5	3,5

Детали сложной конфигурации, как правило обрабатываются с применением газокислородной резки. Оборудование для газокислородной резки стальных заготовок компонуется в виде поста, куда входят: баллон с кислородом, баллон с горючим газом или ацетиленовым генератором, редукторы, шланги, резаки. Техническая характеристика резака для ручной кислородной резки приведена в таблице 2.2.

Таблица 2.2 – Техническая характеристика газокислородного резака

Тип	Толщина разрезаемого листа, мм.	Расход газа, м3/г Давление газа, КПа			Масса, кг
		Кислород	Ацетилен	Пропан-бутан
«Маяк 2-02»	3 - 350	2,5-40 300-1200	--//--//--	0,3-0,8 20	1,05

Для предания необходимой геометрической формы цилиндра заготовке, к отрезанным на гильотинных ножницах листам применим гибку.

Гибочные работы в зависимости от толщины металла, а также радиуса кривизны производят в холодном или нагретом состоянии. Цилиндрическую форму придают деталям на трех валковых гибочных вальцах.

Холодную гибку на вальцах, листовых деталей, по заданному радиусу называют вальцовкой. Чтобы деталь после вальцовки получила форму цилиндра, кромки листов предварительно подгибают по меньшему радиусу. Деталь, имеющую форму замкнутого цилиндра, после вальцовки снимают с вальцов, предварительно освобождая верхний валок из подшипника (с одного конца).

а,б – подвальцовка концевых участков листа;

в – вальцовка листа в замкнутый цилиндр

1 – лист; 2 – постель.

Рисунок 2.4 - Схема вальцовки листа.

2.3 Сборка сварных конструкций

Сборкой называется процесс последовательного соединения деталей между собой в порядке, указанном в технологической карте, и скрепление их между собой прихватами или в специальных устройствах (кондукторах) для образования узла или конструкции. Существует несколько способов сборки: по предварительной разметке, по упорам, фиксаторам, или по шаблонам, по контрольным отверстиям.

При сборке сварочных конструкций используют приспособления, которые определяют серийность производства и формой конструкции. Исходными данными для разработки сборочно-сварочных приспособлений являются чертежи изделия, технические условия на изготовления

При разработке конструкции сборочного приспособления учитывается место его установки так, чтобы не мешать сварке изделия. Главным требованием, предъявляемым к основанию приспособления является – жёсткость. Необходимо учитывать влияние сварочных напряжений и деформаций. Не рекомендуется в одном приспособлении применять более двух типов прижимов. Для обеспечения свободного перемещения деталей под действием усадочных сил, приспособления размещают так, чтобы они не образовывали заминания контура после сварки.

Основными универсальными сборочно-сварочных приспособлениями служат:

Фиксаторы – опорные элементы, служащие для фиксации заданного положения детали в приспособлении. По конструкции различают: постоянные, сменные и откидные;

Струбцины – закрепляются на кромках соединяемых деталей. Их можно использовать автономно для соединения двух и более деталей между собой или для установки и закрепления деталей в определённых положениях;

Стяжки – обеспечивают правильность взаимного положения кромок соединяемых деталей;

Электромагнитные фиксаторы – используются для выравнивания кромок при стыковой сварке, а также для сборки перед сваркой деталей угловых и стыковых соединений (рис 2.5а).

а – электромагнитный фиксатор; б – скоба;

в – угловая сталь на прихватах с болтом; г – клинья

Рисунок 2.5 – Виды приспособлений.

В процессе изготовления сварных изделий, целый ряд операций связан с подготовительными работами, к которым относятся зачистка кромок, зачистка сварных швов и основного метала после сварки. Для этих целей применяют механизированный ручной инструмент, у которого главное движение осуществляется с помощью двигателя, а вспомогательное – вручную. По виду привода различают электрический и пневматический ручной механизированный инструмент.

При серийном производстве сварных металлоконструкций используют стационарные сборочно-сварочные приспособления, обеспечивающие поворот изделий в положение, удобное для сварки, а также перемещения изделий в процессе сварки. К ним относят позиционеры, кантователи, манипуляторы, вращатели и роликовые стенды. В кантователях, изделие крепят в планшайбах стоек кантователя и поворачивают с помощью привода в удобное для сварки положение. Позиционер используют для установки изделий в удобное положение, и обеспечения вращения изделия с маршевой скоростью, при различных углах наклона оси изделия.

2.4 Оборудование и инструмент для ручной дуговой сварки

В сварочном производстве для дуговой сварки применяем сварочный выпрямитель, технические характеристики которого приведены в таблице 2.3.

Таблица 2.3 – Технические характеристики сварочного выпрямителя

Марка	Сварочный ток, А	Напряжение работы, В	Мощность, кВт	Масса, кг
ВДУ-505У3	500	22…46	40	300

Согласно со стандартными условиям обозначения источников питания выбрали сварочный выпрямитель:

ВД – однопостовой с падающими внешними характеристиками для дуговой сварки;

У – для районов с умеренным климатом;

5 – размещение изделия в помещении с повышенной влажностью.

Таблица 2.4 – Характеристика источников питания.

Экономические показатели	Постоянный ток	Переменный ток
Удельный расход электроэнергии на 1кг наплавленного металла,	4………6	3,5…….4
Стоимость энергии, %	100	60
Стоимость оборудования, %	100	30
Занимаемая площадь на 1 пост, м2	1,5…….2,0	1,0…….1,5
Средний КПД	0,3……0,6	0,8…….0,85

Для сварочного выпрямителя принимаем электродержатели пассатижного типа ЭД – 310341, технические характеристики которого приведены в таблице 2.5.

Таблица 2.5 – Технические характеристики электродержателей.

Параметры	Величина
Сварочный ток, А	315
Диаметр электрода, мм	2,5...6
Сечение сварочного кабеля, мм2	35;50
Масса, кг	0,46

Для электродержатели пассатижного типа принимаем электроды:

Согласно типовой классификации, данная запись обозначает, что электрод типа Э46А по ГОСТ 9467 - 75, марки УОНИИ - 13/45, диаметром 3 мм, предназначен для сварки углеродистых и низколегированных сталей, с толстым покрытием (Д), группы 2 точности изготовления и качества 2, с установленной по ГОСТ 467-75 группой индексов 43 2(5), характеризующих наплавленный металл и металл шва (временное сопротивление разрыву не менее 430 Н/мм; относительное удлинение не менее 22%; ударная вязкость 3,5кгсм/мм при минимальной температуре -40ºС), с основным покрытием Б для сварки во всех пространственных положениях 1, на постоянном токе обратной полярности.

2.5 Определение массы изделия

Масса изделия находится путём сложения масс составляющих элементов и рассчитывается по формуле:

, кг

(31)

где

- масса обечайки, кг;

- масса днища, кг;

- масса крышки, кг;

- масса патрубка, кг.

Масса обечайки находится по формуле:

, кг

(32)

где

- объём обечайки, см³;

- плотность металла, .

Рисунок 2.6 – Эскиз обечайки.

Объём обечайки определяется по формуле:

, см3

(33)

где

- ширина листа, ;

- диаметр обечайки, ;

- толщина листа, .

тогда:

Масса днища находится по формуле:

, кг

(34)

где

- объём днища, см³.

Рисунок 2.7 – Эскиз днища.

Объём днища определяется по формуле:

, см3

(35)

где

- диаметр днища, ;

тогда:

Масса крышки находится по формуле:

, кг

(36)

где

- объём крышки, см³.

Рисунок 2.8 – Эскиз крышки.

Объём крышки определяется по формуле:

, см3

(37)

где

- внешний диаметр крышки, ;

- внутренний диаметр крышки, .

тогда:

Масса патрубка находится по формуле:

, кг

(38)

где

- объём патрубка, см³.

Рисунок 2.9 – Эскиз патрубка.

Объём патрубка определяется по формуле:

, см3

(39)

где

- ширина листа, ;

- диаметр обечайки, .

тогда:

2.6 Расчёт режимов и нормирование работ для электродуговой сварки

Режимом сварки называют совокупность основных характеристик сварочного процесса, обеспечивающих получение сварных швов заданных размеров, формы и качества.

При ручной сварке – это, диаметр электрода, сила сварочного тока, напряжение дуги, площадь поперечного сечения шва выполненного за один ход дуги, число проходов, род тока, полярность и т.д.

Рисунок 2.10 – Эскиз сварки обечайки.

Тип электродов и их марку выбирают по условию равнопрочности материала изделия и шва.

Материал изделия: Сталь 09Г2, предел прочности - .

Таблица 2.6 - Электроды для сварки углеродистой и низкоуглеродистой стали

Тип	Марка	Производительность сварки, г/А·ч	Род тока	Сварка
Э46	АНО-3 АНО-4	8	Постоянный и переменный	Конструкции из Ст3, Ст4, Сталь 20Г

Определение режимов сварки обычно начинают выбора диаметра электрода, который назначают в зависимости от толщины кромок листов при сварке стыковых соединений лит.[2] (табл.8).

Для расчётов, выбираем:

- диаметр электрода – 4 мм.;

- стандартную длину электрода – 450 мм.

Сила сварочного тока определяется по формуле:

, А

(40)

где

- допускаемая плотность тока определяется по лит.[2] (табл.10), принимаю ;

- диаметр электрода, .

тогда:

Силу сварочного тока можно, также определить по эмпирической формуле:

, А

(41)

2.6.1 Определение числа проходов

Согласно ГОСТ 2601-84 под проходом при сварке понимают однократное перемещение в одном направлении источника тепла при сварке или наплавке.

Площадь сечения сварного шва находится путём сложения составляющих элементов:

, мм2

(42)

Рисунок 2.10 - Геометрические элементы площади сечения стыкового шва.

После преобразования выражения к более удобному виду получаем, что расчёт площади сечения стыкового шва производится по формуле:

, мм2

(43)

где

- толщина фигуры 1, мм;

- длина фигуры 1, мм;

- угол наклона фигуры 2, ;

- высота фигуры 2, мм;

- толщина фигуры 3, мм.

Длина фигуры 1 определяется по формуле:

, мм

(44)

Высота фигуры 2 определяется по формуле:

, мм

(45)

где

- расстояние то фигуры 2 до края листа, .

тогда

Первый проход выполняется для проварки корня шва, площадь его сечения определяется по формуле:

, мм2

(46)

где

- диаметр проварочного электрода, .

тогда:

Площадь сечения последующих проходов определяется по формуле:

, мм2

(47)

Определим общее число проходов по формуле:

(48)

Полученное число проходов сравниваем с табличным, лит.[2] (табл.13). Рекомендуемое число проходов в стыковых соединениях, при толщине металла 5 мм, будет равняться 2 проходам.

Длина сварной дуги выбирается в зависимости от расчётного диаметра электрода и определяется по формуле:

, мм

(49)

В зависимости от длины сварной дуги, определяем напряжение рабочего хода дуги по формуле:

, В

(50)

где

- падение напряжения в дуговом промежутке, ;

- падение напряжения дуги на 1мм; .

тогда

Скорость сварки определяется по формуле:

, м/ч

(51)

где

- коэффициент наплавки по табл. 2.6, ;

- плотность стали, ;

тогда

Время горения дуги определяется по формуле:

, мин

(52)

где

- длина сварного шва, .

тогда

Расчёт потребного числа электродов для сварки начинаем с определения массы одного электродного стержня по формуле:

, г

(53)

где

- длинна электрода, ;

- диаметр электрода, .

тогда

Масса наплавленного электродного металла шва определяется по формуле:

, г

(54)

где

- площадь шва, ;

- длина шва, .

тогда

Необходимое количество электродов для сварки изделия определяется по формуле:

, шт.

(55)

где

- потери на огарок, ;

- потери на угар и разбрызгивание, .

тогда

2.6.2 Нормирование сварочных работ

В норму времени включают основные и вспомогательные затраты времени. Основное время сварки (чистое горение дуги) То определяется по формуле:

, мин

(56)

где

- коэффициент, учитывающий длину шва, ;

- коэффициент, учитывающий положение шва в пространстве, .

тогда

Вспомогательное время делится на время связанное со швом и время связанное со свариваемым изделием.

Во время связанное со швом входит время на: смену электродов, измерение и осмотр шва, зачистку шва и кромок.

Время на смену электродов определяется по формуле:

, мин

(57)

где

- объём сварного шва, см³.

Объём сварного шва определяется по формуле:

, см3

(58)

тогда

Время на измерение и осмотр шва определяется по формуле:

, мин

(59)

где

- длина шва, .

тогда

Время на зачистку шва и кромок определяется по формуле:

, мин

(59)

где

- количество слоёв, ;

- время на очистку последнего слоя шва на погонный метр шва в минуту;

- время зачистки шва в нижнем положения, .

тогда

Вспомогательное время связанное с изделием включает время на: установку, поворот и снятие изделия, переходы сварщика и клеймение шва.

Время на установку, поворот и снятие изделия, при весе изделия 103,13 кг, выбирается по лит.[2] (табл.15).

Принимаем

Время на переходы сварщика выбирается по лит.[2] (табл.16).

Принимаем

Время на установку клейма принимается равным 0,03 мин на один знак.

Принимаем

Вспомогательное время определяется по формуле:

, мин

(59)

Оперативное время рассчитывают по формуле:

, мин

(60)

где

- вспомогательное время, мин.

тогда

Время на обслуживание рабочего места (Тобсл), для ручной дуговой сварки составляет 3 процента от оперативного; при выполнении сварки на открытых площадях – 5 процентов, и рассчитывается по формуле:

, мин

(61)

Время на отдых и естественные надобности (Тотд), берётся равным 8 процентам от операционного при ручной дуговой сварке в неудобном положении (сварщик находится в согнутом положении) и рассчитывается по формуле:

, мин

(62)

Определение затрат на подготовительно-заключительное время (Тпз) приведены в таблице 2.6.

Таблица 2.6 – Нормы на подготовительно-заключительное время.

Элементы работы	Сложность подготовки к сварке, мин
Получение производственного задания и чертежей	7
Ознакомление с работой	5
Подготовка приспособлений	3
Сдача работы	2
Всего:	17

Норма на штучное время рассчитывается по формуле:

, мин

(63)

Время сварки для партии изделий рассчитывается по формуле:

, мин

(63)

где

- количество изделий в партии,

тогда

Выбор разряда работающего от вида сварных конструкций по лит.[2] (табл.18).

Принимаем 5 разряд рабочего – аппараты и ёмкости из углеродистой и легированной сталей, работающие под давлением.

2.6 Карта технологического процесса дуговой сварки

Карта технологического процесса сварки приведена в пояснительной записке на странице №28 в таблице 2.7.

Таблица 2.7 - Карта технологического процесса дуговой сварки.

			Поз.		Обозначение детали					Марка материала			Толщина, мм		Масса, кг		Кол-во, шт.
			14		15					16			17		18		19
			1		Обечайка					09Г2			5		65,78		1
			2		Днище										11,1
			3		Крышка										1,6
			4		Патрубок										5,1
№ операции	Наименование и содержание операции	Оборудование, приспособление, инструмент		Шов			Электрод				Сила тока, А	Скорость сварки, м/ч		Разряд работы		Тшт, мин
				Катет		Положение	Диаметр, мм	Марка	Расход, шт.
														Кол-во рабочих
				Длина
1	2	3		4		5	6	7	8		9	10		11		12
05	Заготовительная: Разметить обе-чайку, днище, патрубок соглас-но чертежа	Стол разметоч-ный, линейка мас-штабная, цирку-ль, кернер, чер-тилка												1 5
10	Резка заготовок	Гильотинные ножницы, пост газокислородной резки												1 5
15	Подготовка кро-мок под сварку	Пост газокисло-родной резки												1 5
20	Вальцевать обе-чайку и патрубок	Гибочный станок, вальцы, инстру-менты												2 5
25	Контрольная: Проверить раз-меры заготовки согласно черте-жа	Масштабная линейка, разме-точный стол												1 5
30	Установить обечайку на стол	Кран балка, стол сварщика, упоры												1 5
1	2	3		4		5	6	7	8		9	10		11		12
35	Сборочная: Прихватить уг-ловые кронштей-ны	Выпрямитель сварочный ВДУ-505У3, электро-додержатель ЭД-310341												1 5
40	Затянуть болты на угловых крон-штейнах	Набор слесарного инструмента КИ-500												1 5
45	Прихватить стык обечайки в трех точках	Выпрямитель сварочный ВДУ-505У3, электро-додержатель ЭД-310341												1 5
50	Установить днище на обе-чайку	Кран-балка												1 5
55	Прихватить дни-ще в четырех точках	Выпрямитель, держатель элект-родный												1 5
60	Снять болты и отрезать угловые кронштейны	Пост газокисло-родной резки, на-бор слесарного инструмента КИ-500												1 4
65	Контрольная: Проверить уста-новочные разме-ры	Линейка масштабная												2 5
70	Сварочная: Сварить дуговой сваркой в ниж-нем положение стыковой шов детали № 1	Выпрямитель сварочный ВДУ-505У3, электро-додержатель ЭД-310341		6 1916		Н	4	АНО-3	1		176	9		1 5
75	Зачистить сварной шов	Щетка проволоч-ная, молоток												1 5
80	Сварочная: Выполнить кольцевой шов деталей №1и №2	Выпрямитель сварочный ВДУ-505У3, электро-додержатель ЭД-310341		6 1916		Н	4	АНО-3	1		176	9		1 5
85	Зачистить сварочный шов	Щетка проволоч-ная, молоток												1 5
1	2	3		4		5	6	7	8		9	10		11		12
90	Повторить выбо-рочно сварочные операции для патрубка	Выпрямитель сварочный ВДУ-505У3, электро-додержатель ЭД-310341		6 1916		Н	4	АНО-3	1		176	9		1 5
95	Зачистить сварочный шов	Щетка проволоч-ная, молоток												1 5
100	Установить крышку обечай-ки	Кран-балка												1 5
105	Прихватить пат-рубок в четырех точках	Выпрямитель сварочный ВДУ-505У3, электро-додержатель ЭД-310341												1 5
110	Выполнить свар-ной шов соеди-нив детали №1 и №3	Выпрямитель сварочный ВДУ-505У3, электро-додержатель ЭД-310341		6 1916		Н	4	АНО-3	1		176	9		1 5
115	Зачистить сварочный шов	Щетка проволоч-ная, молоток												1 5
120	Установить пат-рубок на крышку	Кран-балка												1 5
125	Прихватить пат-рубок в четырёх точках	Выпрямитель сварочный ВДУ-505У3, электро-додержатель ЭД-310341												1 5
130	Выполнить коль-цевой шов дета-лей №1 и №4	Выпрямитель сварочный ВДУ-505У3, электро-додержатель ЭД-310341		6 1916		Н	4	АНО-3	1		176	9		1 5
135	Зачистить сварочный шов	Щетка проволоч-ная, молоток												1 5
140	Контрольная: Проверить гео-метрические раз-меры швов и га-бариты изделия согласно черте-жа	Шаблоны, линейка масштабная												2 5
1	2	3		4		5	6	7	8		9	10		11		12
145	Проверить сва-рочные швы на герметичность	Меловой раствор, кисть, керосин, лупа 10х												2 5
150	Окрасочная: Произвести за-щитную окраску изделия нитро-эмалью с предва-рительной грун-товкой	Краскопульт, грунтовка, шпат-левка, нитроэмаль												1 5

3 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК

3.1 Разработка эскиза заготовки с припусками на механическую обработку

Эскиз поковки – чертёж, где указаны геометрическая форма поковки с допусками на механическую обработку, штамповочные уклоны, радиусы закруглений, требования к форме и технические условия на изготовление детали.

Допуск – разность между наибольшим и наименьшим значением припуска.

Припуск – слой материала, удаляемый в процессе обработки для получения окончательных размеров и требуемого качества поверхности изделия. Припуски бывают операционные и промежуточные.

Напуски – слой материала, используемый для упрощения геометрии заготовки, с целью повышения её технологичности.

3.2 Технологический контроль

Технологичностью изделия – совокупность свойств конструирования изделий с целью получения оптимальных затрат при его изготовлении, эксплуатации и ремонте, с надлежащим качеством и в заданном количестве.

Технологичностью изделия определяется критериями:

1) трудоёмкость;

2) себестоимость;

3) возможность применения тепловых технологических процессов;

4) минимизация массы.

Технологичностью изделия можно выразить коэффициентом материалоемкости, определяемым по формуле:

,

(64)

где

- масса детали, ;

- масса заготовки, .

тогда

– деталь технологична

3.3 Выбор баз

Базы - поверхности, линия или точка, относительно которой производится обработка заготовки, сборка изделия, его измерения.

Виды баз:

1) Конструкторская база – определяет положение детали в сборочной единице;

2) Технологическая база – поверхность, служащая для установки детали в приспособлении (установочная);

3) Измерительная база – поверхность, относительно которой производятся измерения.

При выборе баз рекомендуется::

а) принцип постоянства баз - использование одних и тех же баз при обработке на различном оборудовании;

б) принцип совмещения баз - при возможности совмещать все базы в одной;

в) точность геометрической формы и отсутствие дефектов при выборе базовых поверхностей;

г) достаточная жесткость базируемых поверхностей.

3.4 Маршрут обработки

Маршрут обработки – это последовательность воздействий на заготовку с использованием установочного парка приспособлений и инструмента при обработке детали.

1. С тем чтобы не происходило потери жесткости при механообработке, сначала снимают припуски с наибольших диаметров и поверхности, где возможны появления деформаций, но не снижающие жёсткости изделия;

2. Для первоначальной обработки использовать черновые базы, а в дальнейшем использовать чистовые базы;

3. При механообработке различают: черновую, чистовую обработки и доводочные операции. При этом обработку заготовок следует производить на различном оборудовании, отделяя черновую обработку от чистовой, по времени, для снятия температурных эффектов;

4.1 Обработку начинать с удаления припуска в черновых операциях;

4.2 Чистовые операции, как правило, являются завершающими для большинства изделий;

4.3 Доводочных операции выполняют в два этапа:

I – коррекция геометрической формы;

II – достижение заданных технических требований на обработку.

Термическая обработка может быть применена для улучшения обрабатываемости заготовки. Может производиться между отдельными операциями механообработки, для создания заданных служебных свойств. Окончательная термическая обработка производится после черновых и чистовых операций, перед шлифованием.

В термическую обработку входят: отжиг, нормализация, отпуск, закалка.

Структура обработки поверхностей с повышенными техническими требованиями на изготовление:

Термическая обработка - Черновая обработка - Чистовая обработка - Термическая обработка - Шлифование - Доводочные операции

3.5 План операций

Механообработка разбивается по конкретным операционным воздействиям с составлением операционных карт (ОК), где указывается: метод обработки, конкретный переход, применяемое оборудование, приспособление, режущий и вспомогательный инструмент, смазочноохлаждающая жидкость, расход инструмента, эскиз заготовки при данной операции, средства измерения, а также режимы обработки и нормы времени.

Совокупность всех ОК составляет структуру механообработки, которая документируется в маршрутной карте (МК) см.табл.3.1.

Операции могут быть:

а) одно- и многоместные;

б) одно- и многооперационные.

По времени исполнения они различаются на:

а) последовательные;

б) параллельные;

в) последовательнопараллельные.

3.6 Расчет режимов резания

При механообработке под режимами резания понимается совокупность параметров: глубины резания, подачи, скорости резания и т.д.

Глубина резания – это, величина срезаемого слоя за один ход инструмента, измеренная в направлении перпендикулярном обработанной поверхности. Глубина резания определяется из вида обработки и рассчитывается по формуле:

при продольном точении:

, мм

(65)

где

- начальный диаметр заготовки, мм;

- требуемый диаметр заготовки, мм.

при подрезании торца:

, мм

(66)

где

- припуск заготовки, мм.

при отрезании заготовки:

, мм

(67)

где

- ширина режущего инструмента, мм.

Подача – величина относительного перемещения режущего инструмента относительно обработанной поверхности в единицу времени. Подача бывает:

А) на оборот ;

Б) минутная (скорость движения подачи) .

Скорость резания - это, величина перемещения наиболее удалённой точки режущего инструмента, относительно обрабатываемой поверхности в единицу времени. Она рассчитывается по формуле:

, м/мин

(68)

где

- диаметр обрабатываемой заготовки или диаметр инструмента в зависимости способа обработки, мм;

- частота вращения, об/мин.

Полученная из расчёта скорость корректируется, при этом учитывается характер обрабатываемого материала и свойства инструмента.

Частота вращения определяется по формуле:

, об/мин

(69)

где

- скорректированная скорость резания, м/мин.

Полученную частоту вращения корректируем по паспортным данным станка, причем принимается ближайшее меньшее значение с тем, чтобы сохранить стойкость инструмента.

Рассчитываются также и нормы времени на механическую обработку.

Основное (машинное) время – это, время, в течении которого происходит процесс снятия стружки без непосредственного участия рабочего. Оно рассчитывается по формуле:

, мин

(70)

где

- число ходов инструмента, мм;

- длина обработанной поверхности, мм;

- величина перебега, мм;

- величина врезания, мм.

Величина врезания определяется по формуле:

, мм

(71)

Кроме основного, рассчитывается также штучное время, вспомогательное, время переходов, время отдыха, время партии и подготовительно-заключительное время.

После всех расчётов определяют экономические показатели технологического процесса:

1) общие затраты машинного времени рассчитываются по формуле:

, мин

(72)

2) общие затраты времени труда рассчитываются по формуле:

, мин

(73)

3) себестоимость заготовки рассчитываются по формуле:

, руб

(74)

где

- стоимость материала, руб;

- заработная плата, руб;

- цеховые расходы, руб.

Таблица 3.1 – Маршрутная карта механической обработки

№	Эскиз обработки	Содержание операции	Оборудование	Инструмент	Приспособление
1	2	3	4	5	6
05	Контрольная: проверить наличие сопровождающей документации на поковку, проверить качество поковки, наличие видимых дефектов и точность размеров
10		Сверлильная: зенкеровать и развернуть отверстие, выдерживая размеры чертежа	Вертикально-сверлильный станок с применением СОЖ	Черновой и чистовой зенкер, развертка Р18, калибр	Пневматический зажим
15		Токарная: подрезать торец №1 и обработать наружный диаметр, выдерживая размеры чертежа	Токарно-винторезный станок с применением СОЖ	Токарный проходной и подрезной резцы Т15К6	Цанговая оправка
20		Токарная: подрезать торец №2	Токарно-винторезный станок с применением СОЖ	Токарный проходной и подрезной резцы Т15К6	Цанговая оправка
25		Протяжная: протянуть шпоночный паз выдерживая размеры чертежа	Горизонтально- протяжной станок, СОЖ	Протяжка шпоночная Р6М5, калибр	Зажимной патрон, кондукторная втулка
1	2	3	4	5	6
30		Зубофрезер-ная: нарезать зубчатый венец, выдерживая размеры чертежа	Зубофрезер-ный станок, СОЖ	Червячная фреза Р18	Зажимное приспособление станка
35	Термическая: химико-термическая обработка Стали 12ХН3А (цементация с последующей закалкой и отпуском)
40		Шлифоваль-ная: шлифовать зубья	Зубошлифова-льный станок	Шлифовальный круг, зубомер	Оправка, центра
45	Контрольная: проверить размеры указанные согласно чертежа и произвести клеймение

4 ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В курсовом проекте показан технологический процесс изготовления шестерни с помощью штамповки на молоте. Рассчитали ее объем и массу. Найдены припуски для поковки шестерни, также мы подобрали оборудование для ее изготовления и обработки.

Кроме того, в курсовом проекте разработан технологический процесс сварки цилиндрической конструкции. Подобрали электроды и оборудование для сварки, рассчитали силу сварного тока. Составлена карта изготовления и контроля качества сварной конструкции.

5 Список используемой литературы

1. Технология конструкционных материалов. Методические указания. ПетрГУ 1991г.

2. Разработка технологического процесса сварных конструкций. Учебное пособие ПетрГУ 1998г.

3. Марочник сталей и сплавов. В.Г. Сорокин и др. М., Машиностроение, 1989г. 640 с.

4. Стандарт предприятия. Документы текстовые учебные. Методическое пособие ПетрГУ 2000г. 31 с.