Машиностроение

 

Введение

 

 

          Отличительной особенностью современного  этапа развития машиностроения  является широкое использование  достижений фундаментальных и  общеинженерных наук для решения  теоретических проблем и практических  задач технологии машиностроения. Различные разделы математических  наук, теоретической механики, физики, химии, материаловедения и многих  других наук принимаются в  качестве теоретической основы  новых направлений технологии  машиностроения или используются в качестве аппарата для решения практических технологических вопросов, существенно повышая общий теоретический уровень технологии машиностроения и ее практические возможности. Распространяются применение вычислительной техники при проектировании технологических процессов и математическое моделирование процессов механической обработки. Осуществляется автоматизация программирования процессов обработки на станках с ЧПУ. Создаются системы автоматизированного проектирования технологических процессов – САПР ТП. Углубляется разработка проблемы влияния технологии на физико-химическое состояние металла поверхностного слоя обрабатываемых заготовок, его дислокационное строение, размеры  кристаллических блоков и на эксплуатационные свойства и надежность деталей машин. Продолжается разработка проблемы технологической наследственности и упрочняющей технологии.

          Разрабатываются методы оптимизации  технологических процессов по  достигаемой точности, производительности  и экономичности изготовления  при обеспечении высоких эксплуатационных  качеств и надежности работы  машины. Создаются системы автоматизированного  управления ходом технологического  процесса с его оптимизацией  по всем основным параметрам  изготовления и требуемым эксплуатационным  качествам.

 Развертываются работы  по созданию гибких автоматизированных  производственных систем на основе  использования ЭВМ, автоматизация  межоперационного транспорта, робототехники и контроля.

           Продолжается совершенствование технологических процессов изготовления деталей машин и сборки (в особенности в направлениях создания малоотходной технологии, чистовой сборки и автоматизации сборочных работ). Развитие технологии машиностроения на данном этапе должно существовать переход к массовому применению высокоэффективных систем машин и технологических процессов, обеспечивающих комплексную механизацию и автоматизацию производства, техническое перевооружение его основных отраслей.

В данном проекте требуется  спроектировать технологический процесс  изготовления детали, представленного  на чертеже.

          Основная цель работы – приобретение  практических навыков в разработке технологических процессов и в выполнении технологических расчетов.

          В курсовом проекте должна  отображаться экономия затрат  труда, материала, энергии. Решение  этих вопросов возможно на  основе наиболее полного использования  возможностей прогрессивного технологического  оборудования и оснастки, создания  гибких технологий.

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 1. Материал, выбор вида заготовки и определение ее размеров

 

          При проектировании заготовок  исходными данными являются форма  и размеры готовой детали, ее  материал и технические требования  к точности изготовления. Прежде  всего, устанавливают способ изготовления  заготовки, который определяется, в том числе, и видом выбранного  материала заготовки. Согласно варианту задания для курсового проектирования заготовка должна быть изготовлена из стали марки «4».

          Сталь – основной металлический  материал, широко применяемый для  изготовления деталей машин, летательных  аппаратов, приборов, различных инструментов  и строительных конструкций. Широкое  использование сталей обусловлено  комплексом механических, физико  -  химических и технологических  свойств. Методы широкого производства  стали были открыты в середине  XIX в. В это же время были уже проведены и первые металлографические исследования железа и его сплавов.

          Материалы, идущие на изготовление  конструктивных элементов, деталей  машин и механизмов, должны наряду  с высокой прочностью и пластичностью  хорошо сопротивляется ударным нагрузкам, обладая запасом вязкости. При знакопеременных нагрузках конструкционные материалы должны обладать высоким сопротивлением усталости, а при трении – сопротивлением износу. Во многих случаях необходимо сопротивление коррозии. Учитывать, что в деталях всегда имеются дефекты, являющиеся концентратами напряжений, конструкционные материалы должны обладать высоким сопротивлением хрупкому разрушению и распространению трещин. Стали классифицируются на углеродистые и легированные. Углеродистые стали, классифицируют по содержанию углерода, назначению, качеству, степени раскисления и структуре в равновесном состоянии.

 

______________________

¹ Колесов, С.Н. «Материаловедение и технология конструкционных материалов»: - М.: Высш шк., 2004. - 512 с.

По содержанию углерода стали, подразделяются на низкоуглеродистые (< 0,3 % С), среднеуглеродистые (0,3-0,7 % С) и высокоуглеродистые (> 0,7 % С).

          По назначению стали классифицируют на конструкционные и инструментальные. Конструкционные стали, представляют наиболее обширную группу, предназначенную для изготовления строительных сооружений, деталей машин и приборов. К этим сталям относят цементуемые, улучшаемые, высокопрочные и рессорно-пружинные. Инструментальные стали, подразделяют на стали для режущего, измерительного инструмента, штампов холодного и горячего (до 200 ⁰С) деформирования.                                                                         По качеству стали, классифицируют на обыкновенного качества, качественные, высококачественные. Под качеством стали понимается совокупность свойств, определяемых металлургическим процессом ее производства. Стали обыкновенного качества бывают только углеродистыми (до 0,5 % С), качественные и высококачественные – углеродистыми и легированными.            По степени раскисления и характеру затвердевания стали классифицируют на спокойные, полуспокойные и кипящие. Раскисление – процесс удаления из жидкого металла кислорода, проводимый с целью предотвращения хрупкого разрушения стали при горячей деформации.                                         Полуспокойные стали по степени раскисления занимают промежуточное положение между спокойными и кипящими.                                                          Стали обыкновенного качества  выпускают в виде проката (прутки, балки, листы, уголки, трубы, швеллеры и т.п.) в нормализованном состоянии и в зависимости от назначения и комплекса свойств подразделяют на группы: А, Б, В.

           Качественные углеродистые стали выплавляются в электропечах, кислородных конвертерах и мартеновских печах по ГОСТ 1050–88. К ним предъявляются более жесткие требования по содержанию вредных примесей (серы — не более 0,04 %, фосфора — не более 0,035 %).

           Качественные углеродистые стали  маркируют двузначными цифрами  0,5 10, 15, …, 60, указывающими среднее  содержание углерода в сотых  долях процента.

            По содержанию углерода качественные углеродистые тали подразделяются на низкоуглеродистые (до 0,25% С), среднеуглеродистые (0,3 – 0,5 % С) и высокоуглеродистые конструкционные (до 0,65 % С).

            Качественные стали находят многостороннее  применение в технике, так как  в зависимости от содержания  углерода и термической обработки  обладают разнообразными механическими  и технологическими свойствами.

          Таблица 1.

Характеристика материала. Сталь Ст4

Марка	Сталь Ст4пс
Классификация	Сталь конструкционная углеродистая обыкновенного качества
Применение	балки двутавровые, швеллеры, угловая сталь

                         

Таблица 2.

Химический состав в % материала  Ст 4

C	0.18 – 0.27
Si	0.05 – 0.15
Mn	0.4 – 0.7
Ni	до 0.3
S	до 0.05
P	до 0.04
Cr	до 0.3
N	до 0.008
Cu	до 0.3
As	до 0.08

 

 

Таблица 3.

                Механические свойства при Т=20^oС материала Ст4

Сортамент	Размер	Напр.	SB	ST	d5	y	KCU	Терообр.
-	мм	-	МПа	МПа	%	%	kДм/м2	-
			420-540	240-270	23

 

Твердость материала  Ст 4

HB 104 =143 МПа

Обозначения:

 

Механические свойства:

sв	- Предел кратковременной  прочности , [МПа]
sT	- Предел пропорциональности (предел текучести для остаточной  деформации), [МПа]
d5	- Относительное удлинение  при разрыве , [ % ]
y	- Относительное сужение  , [ % ]
	KCU - Ударная вязкость , [ кДж / м2]
	HHB- Твердость по Бринеллю , [МПа]

               Применение: коленчатые валы, шатуны, оси, карданные валы, тормозные рычаги, диски трения, зубчатые колеса, шлицевые и шестеренные валы, анкерные болты;

Вид поставки: сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 4543-71, ГОСТ 2590-71, ГОСТ 2591-71, ГОСТ 2879-69, ГОСТ 10702-78. Калиброванный пруток ГОСТ 4543-71, ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 10702-78, ГОСТ 1051-73. Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 4543-71, ГОСТ 14955-77, ГОСТ 10702-78. Полоса ГОСТ 4543-71, ГОСТ 103-76. Поковки и кованые заготовки ГОСТ 1133-71, ГОСТ 4543-71.

Определение вида и размеров заготовки

               Заготовки – предмет производства, из которого изменением формы,  размеров, шероховатости и свойств  материала изготовляют деталь  или неразъемную сборочную единицу  1.

               Выбор заготовки заключается  в установлении метода ее изготовления, расчете или выборе припусков  на обработку резанием и определении размеров исходной заготовки.

               Стальные заготовки изготовляют  из горячего проката различных  размеров и профиля либо из  холодной стали. Для изготовления  сталей используются также ковка,  штамповка и литье.

               При выборе вида и метода  изготовления заготовки учитывают  конструкцию и материала детали, ее форму и размеры, тип производства  и имеющееся оборудование.

               Наиболее целесообразна исходная  заготовка, требующая наименьших  затрат при изготовлении детали  с учетом всех технологических  операций обработки и необходимого  качества детали. Формы и размеры  заготовки должны быть возможно  близкими к форме и размерам  готовой детали с тем, чтобы свети к минимуму обработку резанием.

               Для обеспечения возможности обработки заготовки снятием стружки, при назначении размеров заготовки учитывают припуски на обработку разанием. Припуск – слой материала, предусмотренный на заготовки и подлежащий удалению при обработке резанием для получения готовой детали 1. Металл, оставленный на выемках, пазах и отверстиях отливок и  поковок, образует напуск, также удаляемый при обработки.

__________________________

² Режимы резания металлов. Справочник / Под ред. Корчемкина А.Д. – М.: НИИТавтопром, 1995. – 456 с.

 

               Величина припусков зависит от  размеров детали, вида заготовки,  материала и требуемой точности  изготовления детали. Припуск должен  быть 

 минимальным, но достаточным для получения детали заданных размеров и качества.