Курсовая работа: Изготовление типовой детали "фланец"

Содержание

Введение

1. Способ изготовления заготовки

2. Исходные данные по детали

3. Данные для расчета припусков и допусков

4. Расчет припусков и кузнечных напусков

5. Расчет размеров поковки и их допускаемые отклонения

6. Техническая характеристика станков

7. Расчет режимов резания и норм времени

Заключение

Список использованных источников

Введение

Фланцы могут быть элементами трубы, фитинга, вала, корпусной детали и т.д. Фланец в виде отдельных деталей чаще всего приваривают или привинчивают к концам соединяемых деталей.

Фланцы применяются для соединения изделий арматуры с трубопроводами, соединения отдельных участков трубопроводов между собой и для присоединения трубопроводов к различному оборудованию. Фланцевые соединения обеспечивают герметичность и прочность конструкций, а также простоту изготовления, разборки и сборки.

Форма уплотнительной поверхности фланца в трубопроводах зависит от давления среды, профиля и материала прокладки. Гладкие уплотнительные поверхности с прокладками из картона, резины и паронита применяются при давлениях до 4 Мн/м² (40 кгс/см² ), поверхности с выступом на одном Фланце и впадиной на другом с асбо-металлическими и паронитовыми прокладками – при давлениях до 20 Мн/м² (200 кгс/см² ), Фланец с конической уплотнительной поверхностью – при давлениях выше 6,4 Мн/м² (64 кгс/см² ).

Целью курсовой работы является: выбор, изготовления типовой детали – фланца, изучение химического состава стали 30ХГС, определение массы детали, определение припусков и кузнечных напусков, разработка технологического маршрута.

1. Способ изготовления заготовки

Так как производство крупносерийное выберем способ изготовления заготовки – горячую объемную штамповку. Штамповочное оборудование – КГШП (кривошипный горячештамповочный пресс).

2. Исходные данные по детали

Материал – сталь 30ХГС; химический состав (по массе) кремний (Si) 0,9÷1,2%, углерод (С) 0,28÷0,35%, марганец (Mn) 0,8÷1,1%, никель (Ni) до 0,3%, сера (S) до 0,035%, фосфор (P) до 0,035%, хром (Cr) 0,8÷1,1%, медь (Cu) до 0,3%; суммарная средняя массовая доля легирующих элементов (Si, Mn, Cr, Ni, Mo, W, V) 1,05+0,95+0,95+0,15 = 3,1%;

— масса детали М_д = 0,003976×7850 = 31,2кг.

3. Исходные данные для расчета припусков и допусков

—расчетная масса поковки, определяемая по выражению:

М_{п. р.} = М_д ×К_р ,

где М_{п. р.} – расчетная масса поковки; М_д – масса детали; К_р – расчетный коэффициент. К_р = 2; М_{п. р.} = 31,2×2 = 62,4кг.

– класс точности Т2;

– группа стали М2 (сталь со средней массовой долей углерода свыше 0,35 до 0,65% включительно или суммарной массовой долей легирующих элементов свыше 2,0 до 5,0% включительно).

– степень сложности С4. Размеры описывающие поковку геометрической фигуры диаметр 300×1,05 = 315 мм, диаметр 180×1,05 = 189 мм, длина 50×1,05 мм (1,05 – коэффициент увеличения габаритных линейных размеров детали, определяющих положение ее обрабатываемых поверхностей). Масса описывающей фигуры (расчетная), (31,5² ×3,14×5,25+3,14×5,25×18,9² )×7,8 = 157кг. Отношение массы поковки к массе описывающей ее фигуры 62,4/157 = 0,4;

– конфигурация поверхности разъема штампа П – плоская;

–исходный индекс 16.

4. Припуски и кузнечные напуски

–основные припуски на размеры (на сторону):

диаметр 300 и чистота поверхности 2,5 – припуск 3,2 мм;

диаметр 245 и чистота поверхности 3,2 – припуск 3,0 мм;

диаметр 215 и чистота поверхности 3,2 – припуск 3,0 мм;

диаметр 100 и чистота поверхности 2,5 – припуск 2,7 мм;

диаметр 180 и чистота поверхности 6,3 – припуск 3,0 мм;

толщина 50 и чистота поверхности 6,3 – припуск 2,7 мм;

толщина 50 и чистота поверхности 6,3 – припуск 2,7 мм;

глубина впадины 30 и чистота поверхности 3,2 – припуск 1,9 мм.

– дополнительные припуски, учитывающие:

смещение поковки по поверхности разъема штампа 0,3 мм;

отклонение от плоскости 0,3 мм;

– штамповочный уклон для наружной поверхности – не более 7⁰ , принимается 3⁰ ; для внутренней – не более 7⁰ , принимается 7⁰ .

5. Размеры поковки и их допускаемые отклонения

– размеры поковки:

диаметр 300+(3,2+0,3)×2 = 307 мм принимаем 307 мм;

диаметр 245+(3,0+0,3)×2 = 251,6 мм принимаем 252 мм;

диаметр 215+(3,0+0,3)×2 = 221,6 мм принимаем 222 мм;

диаметр 100–(2,7+0,3)×2 = 94 мм принимаем 94 мм;

диаметр 180+(3,0+0,3)×2 = 186,6 мм принимаем 187 мм;

толщина 50+(2,7+0,3)×2 = 53,3 мм принимаем 53 мм;

глубина 30×0,8 = 24 мм.

– допускаемые отклонения размеров:

диаметр 307 мм; диаметр 252 мм; диаметр 222 мм;

диаметр 187 мм; глубина 24 мм; толщина 53 мм; диаметр 94 мм;

– допускаемое отклонение от плоскости 0,6 мм;

– допускаемое отклонение от соосности выемки 24×0,01 = 0,24 мм (допускаемое отклонение от соосности не пробитых отверстий в поковках не более 1% глубины отверстия);

– допускаемая величина остаточного облоя 1,2 мм;

– допускаемая величина на смещение по поверхности разъема штампа 1,0 мм.

В соответствии с точностью размера мм и шероховатостью поверхности Ra = 2,5 мкм выбираем следующий технологический маршрут:

1). Обтачивание черновое, при этом достигается 12 квалитет точности, шероховатость поверхности Rz = 80мкм;

2). Обтачивание чистовое, при этом достигается 10 квалитет точности, шероховатость поверхности Rz = 40 мкм;

3). Шлифование чистовое, при этом достигается 7 квалитет точности, шероховатость поверхности Ra = 2,5 мкм.

Для обработки указанной поверхности в качестве чистовой технологической базы выберем наружную поверхность мм. Приспособление для базирования заготовки – 3-х кулачковый самоцентрирующий патрон.

Для выполнения токарных операций будем использовать токарно-винторезный станок 16К20, для выполнения шлифовальной – круглошлифовальный станок 3М150.

Выберем следующие инструменты:

резец проходной упорный отогнутый Т15К6;

шлифовальный круг 24А 32Н С2 6 К5 А2 ПП 100 м/с;

штангенциркуль ШЦЦ-II-250-0,01.

Расчет припусков.

Общий припуск на обработку поверхности:

номинальный 2Z_ном = D_заг – D_дет = 307 – 300 = 7мм;

максимальный 2Z_max = D – D = 310,3 – 299,895 = 10,405мм;

минимальный 2Z_min = D – D = 305,3 – 300 = 5,3мм.

В соответствии с выбранным маршрутом обработки данной поверхности разобьем общий припуск на межоперационные:

припуск на диаметр на чистовое точение при креплении заготовки в патроне равен 2Z_ном = 0,30мм; на шлифование 2Z_ном = 0,15мм.

Припуск на черновое точение определим по выражению:

2Z_черн = 2Z_общ – (2Z + 2Z ) = 7 – (0,4+0,55) = 6,05мм.

Максимальные и минимальные операционные припуски определим следующим образом:

2Z_{i max} = D – D ,

где D – наибольший предельный размер до обработки; D – наименьший предельный размер после обработки на данной операции.

2Z = 310,300 – 300,43 = 9,87мм;

2Z = 300,95 – 300,340 = 0,61мм;

2Z = 300,55 – 299,895 = 0,655мм;

2Z_{i min} = D – D ,

где D – наименьший предельный размер до обработки; D – наибольший предельный размер после обработки данной операции.

2Z = 305,300 – 300,95 = 4,35мм;

2Z = 300,430 – 300,350 = 0,08мм;

2Z = 300,340 – 300,000 = 0,34мм;

Результаты всех вычислений запишем в табл. 1

Таблица 1

№	Операция	Получаемый размер	Dmax , мм	Dmin , мм	2Z, мм	2Zmax , мм	2Zmin , мм
0	Штамповка	307	310,300	305,300	—	—	—
1	Токарная, черновая	300,95h12 (-0,520)	300,950	300,430	6,05	9,87	4,35
2	Токарная, чистовая	300,55h10 (-0,210)	300,550	300,340	0,40	0,61	0,08
3	Шлифование	300h7	300,000	299,895	0,55	0,655	0,34

В соответствии с точностью размера 100H7 и шероховатостью поверхности Ra = 2,5 мкм выбираем следующий технологический маршрут:

1). Сверление и рассверливание при этом достигается 11квалитет точности, шероховатость поверхности Rz = 80 мкм;

2). Зенкерование чистовое, при этом достигается 9 квалитет точности, шероховатость поверхности Rz = 40 мкм;

3). Развертывание точное, при этом достигается 7 квалитет точности, шероховатость поверхности Ra = 2,5 мкм;

Для выполнения токарных операций будем использовать станок вертикально-сверлильный 2Н135.

Выберем следующие инструменты:

зенкер насадной со вставочными ножами из быстрорежущей стали.

штангенциркуль ШЦЦ-II-250-0,01.

Расчет припусков.

Общий припуск на обработку поверхности:

номинальный 2Z_ном = D_отв – D = 100 – 94 = 6мм;

максимальный 2Z_max = D – D^min = 100,035 – 92,8 = 7,235 мм;

минимальный 2Z_min = D – D^max = 100 – 96,4 = 3,6 мм.

В соответствии с выбранным маршрутом обработки данной поверхности разобьем общий припуск на межоперационные:

Припуск на сверление определим по выражению:

2Z_свер = 2Z_общ – (2Z + 2Z ) = 6 – (0,32+0,1) = 5,58мм.

Максимальные и минимальные операционные припуски определим следующим образом:

2Z = D – D ,

где D – наибольший предельный размер после обработки; D – наименьший предельный размер до обработки.

2Z = 99,8 – 92,8 = 7мм;

2Z = 99,987 – 99,58 = 0,407мм;

2Z = 100,035 – 99,9 = 0,135мм.

2Z = D –D ,

где D – наименьший предельный размер после обработки; D – наибольший предельный размер до обработки.

2Z = 99,58 – 96,4 = 3,18мм;

2Z = 99,9 – 99,8 = 0,1мм;

2Z = 100 – 99,987 = 0,013мм.

Таблица 2

№	Операция	Получаемый размер	Dmax , мм	Dmin , мм	2Z, мм	2Zmax , мм	2Zmin , мм
0	Штамповка	94	96,4	92,8	—	—	—
1	Сверление	99,58H11 (+0,220)	99,8	99,58	5,58	7	3,18
2	Зенкерование	99,9H9 (+0,087)	99,987	99,9	0,32	0,407	0,1
3	Развертывание	100H7 (+0,035)	100,035	100	0,10	0,135	0,013

6. Техническая характеристика станков

Таблица 3. Станок токарно – винторезный 16К20

Таблица 4. Станок вертикально – сверлильный 2Н135:

Таблица 5. Круглошлифовальный станок 3М150:

7. Расчет режимов резания и норм времени

Расчет режимов резания и норм времени выполним для чернового точения: диаметр заготовки D = 300мм, глубина резания t = 1,7 мм, длина L =50мм, материал заготовки – сталь углеродистая конструкционная 30ХГС.

Для выполнения данной операции выберем проходной упорный резец со следующими параметрами: главный угол резца в плане φ = 90⁰ ; вспомогательный угол резца в плане φ₁ = 10⁰ ; главный передний угол γ = 10⁰ ; угол наклона главной режущей кромки λ =0⁰ ; сечение державки резца h = 25мм; b = 16мм; угол при вершине резца r = 1,0мм.

Зададим стойкость резца Т = 60 мин. Выберем подачу S = 0,8 мм/об

Рассчитаем скорость резания, определив все необходимые коэффициенты:

C_v =340; X_v = 0,15; Y_v = 0,45; M_v = 0,20; K_μν = 1; K_uv = 1; K_nv = 0,8; K_φν = 0,7; K_{φ 1 v} = 1; K_rv = 0,94; K_qv = 1; K_ov = 1.

Коэффициент K_v равен:

K_v =K_μv ×K_uv ×K_nv ×K_φv ×K_{φ 1 v} ×K_rv ×K_qv ×K_ov = 1·1·0,8·0,7·1·0,94·1·1= 0,53.

Скорость резания равна:

v=C_v ·K_v /T^m v ·t^x v ·S^y v = 340·0,53/60^0,20 ·1,7^0,15 ·0,8^0,45 = 359,6 м/мин.

Частота вращения шпинделя:

n =1000v/πD = 1000·359,6/3,14·300 = 381,7 мин^–1 .

Уточнив по паспортным данным станка 16К20 ближайшее меньшее значение, примем n = 350 мин^–1 .

Тогда действительная скорость резания равна:

v= = = 329,7 м/мин.

Рассчитаем составляющую силы резания P_z .

C_pz = 300; X_pz = 1,0; Y_pz = 0,75; n_pz = –0,15; K_μpz =1; K_γpz = 1; K_λpz = 1; K_{φ 1 v} = 1; K_rpz = 1;

K_φpz = 0,89;

Коэффициент

K_pz = K_μpz × K_φpz × K_γpz × K_λpz × K_rpz = 1×0,89×1×1×1 = 0,89.

Составляющая силы резания:

P_z = 10× C_pz ×t^Xpz ×S^Ypz ×vⁿ pz × K_pz = 10×300×1,7×0,8^0,75 ×329,7^–0,15 ×0,89 = 1610H.

Мощность N_рез потребляемую на резание, определим следующим образом:

N_рез = = = 8,7 кВт.

Мощность электродвигателя главного привода станка 16К20 N_дв = 11кВт. Мощность на шпинделе станка с учетом КПД станка равна: N_шп = N_дв ×η_ст = 11×0,85 = 9,35 кВт. Условие N_рез ≤ N_шп выполняется, следовательно, станок выбран верно.

Норма штучного времени состоит из следующих составляющих:

Т_шт = Т_о +Т_в +Т_обс +Т_отд ,

где Т_о – норма основного времени; Т_в – норма вспомогательного времени; Т_обс – время обслуживания рабочего места; Т_отд – время на отдых и личные потребности.

Норма основного времени: l₁ +l₂

Т_о = (L+l₁ +l₂ )×i/S×n,

где l₁ +l₂ – величина врезания и перебега инструмента; i – число проходов инструмента, необходимое для снятия припуска.

Величина врезания и перебега инструмента равна 3,5 мм, для удаления припуска необходим один проход инструмента, следовательно:

Т_о = = 0,25 мин.

Норма вспомогательного времени состоит из времени на установку и закрепление детали в приспособлении t_уст , времени, связанного с переходом (включение и выключение подачи, подвод и отвод инструмента и т.п.) t_пер , и времени на контрольные измерения t_изм .

В случае установки заготовки в патроне, измерении размеров получим:

Т_в = t_уст + t_пер + t_изм = 0,11+0,14+0,08 = 0,33 мин.

Основное и вспомогательное время в сумме дают оперативное время:

Т_оп = Т_о + Т_в = 0,25+0,33 = 0,58 мин.

Норма штучного времени определиться следующим образом:

Т_шт = ( Т_в + Т_о )×(1+(а_обс +а_отд )/100) = 0,58×(1+0,08) = 1,66 мин.

Диаметр отверстия, которое необходимо получить 100H7. Материал заготовки – сталь углеродистая конструкционная качественная 30ХГС. Глубина резания t = 1,5 мм, длина отверстия 100мм.

Для выполнения этой операции выберем зенкер насадной со вставными ножами из быстрорежущей стали. Диаметр зенкера 100мм и длина рабочей части L= 65мм.

Задаемся стойкостью зенкера Т = 80 мин. Подача S = 1,1 мм/об.

Определим скорость резания по формуле:

v = C_v ·D^q ·K_v /T^m ·S^y ·t^x (1),

где C_v = 18; q= 0,6; x = 0,2; y = 0,3; m = 0,25.

Определим коэффициент K_v по соотношению:

K_v = K_mv ·K_uv ·K_lv

где K_lv = 0,8; K_mv = 1,07; K_uv = 1,0; K_v = 0,8·1,07·1 = 0,856.

Из уравнения (1) находим скорость резания:

v = 18·100^0,6 ·0,856/80^0,25 ·1,1^0,3 ·1,5^0,2 =18·15,8·0,856/2,99·1,029·1,08 = 73 м/мин.

Частота вращения шпинделя:

n = = = 232 об/мин.

Уточненное значение частоты вращения щпинделя по паспортным данным станка 200 об/мин.

Уточненная скорость резания:

v = = = 62,8 м/мин.

Определим крутящий момент M_кр по формуле:

M_кр = 10C_M ·D^q ·t^x ·S^y ·K_p ,

где C_M = 0,09; q = 1,0; x = 0,9; y = 0,8.

M_кр = 10·0,09·100¹ ·1,5^0,9 ·1,1^0,8 ·0,75=0,9·100·1,079·1,44·0,75 = 104 Н·м.

Осевая сила определяется по формуле:

P₀ = 10C_M · t^x ·S^y ·K_p ,

где C_p = 67; x = 1,2; y = 0,65.

P₀ = 10C_M · t^x ·S^y ·K_p = 10·67·1,5^1,2 ·1,1^0,65 ·0,75 = 868,3 H.

Мощность резания определяют по формуле:

N_e = M_кр ·n/9750 = 104·200/9750 = 2,1 кВт.

Расчет норм времени:

Норма штучного времени состоит из следующих состовляющих:

Т_шт = Т_о +Т_в +Т_обс +Т_отд ,

где Т_о – норма основного времени; Т_в – норма вспомогательного времени; Т_обс – время обслуживания рабочего места; Т_отд – время на отдых и личные потребности.

Норма основного времени:l₁ +l₂

Т_о = (L+l₁ +l₂ )×i/S×n,

где l₁ +l₂ – величина врезания и перебега инструмента; i – число проходов инструмента, необходимое для снятия припуска.

Величина врезания и перебега инструмента равна 3,5 мм, для удаления припуска необходим один проход инструмента, следовательно:

Т_о = = 1,6 мин.

Норма вспомогательного времени состоит из времени на установку и закрепление детали в приспособлении t_уст , времени, связанного с переходом (включение и выключение подачи, подвод и отвод инструмента и т.п.) t_пер , и времени на контрольные измерения t_изм .

В случае установки заготовки в патроне, измерении размеров получим:

Т_в = t_уст + t_пер + t_изм = 0,11+0,14+0,08 = 0,33 мин.

Таким образом, оперативное время составляет:

Т_оп = Т_о + Т_в = 0,33+1,6 = 1,99 мин.

Заключение

В ходе выполнения курсовой работы был выбран способ изготовления типовой детали – фланца, изучен химический состав стали 30ХГС, были определены масса детали и расчетная масса поковки, определены класс точности (Т2), группа стали (М2) и степень сложности (С4). Назначены припуски и кузнечные напуски, установлены размеры поковки и их допускаемые значения. Разработан технологический маршрут для внутренней и внешней поверхностей детали, выбраны соответствующие станки и инструменты, рассчитаны режимы резания и норм времени.

В состав курсовой работы входят следующие чертежи:

– чертеж фланца;

– чертеж заготовки;

Список использованных источников

1. Методические указания к оформлению расчетно – проектных, расчетно – графических работ, курсовых и дипломных проектов [Текст] / Воронеж. гос. технолог. акад.; Сост. Ю.Н. Шаповалов, В.Г. Савеников, Е.В. Вьюшина. Воронеж, 2003.– 59 с.

2. Справочник технолога машиностроителя: В 2 т. Т. 2 [Текст] / Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. – 5-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 2001.– 944 с.

3. Оформление технологических документов на процессы и операции обработки резанием: Метод. указания к выполнению расчетно – практической работы по курсу «Технологические процессы» [Текст] / Воронеж гос. технолог. акад.; сост. Г.В Попов, Б.А. Голоденко, Ю.М. Веневцев. Воронж, 2003.–28 с.

Список нормативных документов:

1. ГОСТ 166 – 89. Штангенциркули. Технические условия [Текст].– М.: Изд-во стандартов, 1991.– 18 с.

2. ГОСТ 18879 – 73. Резцы токарные проходные упорные с пластинами из твердого сплава. Конструкция и размеры [Текст].– М.: Изд-во стандартов, 1974.– 6 с.

3. ГОСТ 2.105 –95. Общие требования к текстовым документам [Текст]. – М.: Изд-во стандартов, 1996.– 30 с.

4. ГОСТ 2255 –71. Зенкеры насадные со вставными ножами из быстрорежущей стали. Конструкция и размеры [Текст].– М.: Изд-во стандартов, 1972.– 5 с.

5. ГОСТ 3.118 – 82. ЕСТД. Формы и правила оформления маршрутных карт [Текст].– М.: Изд-во стардантов, 1984.– 22 с.

6. ГОСТ 3.1404 –86. ЕСТД. Формы и правила оформления документов на технологические процессы и операции обработки резанием [Текст].– М.: Изд-во стандартов, 1987.– 59 с.

7. ГОСТ 7505 – 89. Поковки стальные штампованные. Допуски, припуски и кузнечные напуски [Текст]. – М.: Изд-во стандартов, 1990.–54 с.