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 Мд = 0,003976×7850 = 31,2кг.
3.
Исходные данные для расчета припусков и допусков
—расчетная
масса поковки, определяемая по выражению:
Мп.
р.= Мд×Кр,
где
Мп. р.– расчетная масса поковки; Мд – масса детали; Кр
– расчетный коэффициент. Кр = 2; Мп. 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.
Общий
припуск на обработку поверхности:
номинальный
2Zном =
Dзаг–
Dдет
= 307 – 300 = 7мм;
максимальный
2Zmax = D – D = 310,3 – 299,895 =
10,405мм;
минимальный
2Zmin = 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 2Zном
= 0,30мм; на шлифование 2Zном
= 0,15мм.
Припуск
на черновое точение определим по выражению:
2Zчерн
= 2Zобщ
– (2Z + 2Z ) = 7 – (0,4+0,55) =
6,05мм.
Максимальные
и минимальные операционные припуски определим следующим образом:
2Zi
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;
2Zi
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;
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
2Zном
= Dотв
– D = 100 – 94 = 6мм;
максимальный
2Zmax = D – Dmin
= 100,035 – 92,8 = 7,235 мм;
минимальный
2Zmin
=
D – Dmax
= 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:
2Zсвер
= 2Zобщ
– (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
|
0,013
|
Наименование
|
Значение
|
Наибольшая
длина обрабатываемого изделия, мм:
|
1000
|
Высота
оси центров над плоскими направляющими станины, мм:
|
215
|
Пределы
оборотов, об/мин
|
12,5–1600
|
Пределы
подач, мм/об
|
|
Продольных
|
0,05–2,8
|
Поперечных
|
0,002–0,11
|
Мощность
электродвигателя главного привода, кВт
|
11
|
Наибольший
диаметр изделия, устанавливаемого над станиной, мм
|
400
|
Наибольший
диаметр обработки над поперечными салазками суппорта, мм
|
220
|
Наибольший
диаметр прутка, проходящего через отверстие в шпинделе, мм
|
50
|
Габаритный
размеры станка, мм
|
|
Длина
|
2795
|
Ширина
|
1190
|
Высота
|
1500
|
Масса
станка, кг
|
3005
|
6.
Техническая характеристика станков
Таблица
3. Станок токарно – винторезный 16К20
Таблица
4. Станок вертикально – сверлильный 2Н135:
Наименование
|
Значение
|
Размеры
конуса шпинделя
|
Морзе
4
|
Расстояние
оси шпинделя до направляющих колонны, мм
|
300
|
Расстояние
от торца шпинделя, мм:
до
стола
до
плиты
|
30–750
700–1120
|
Наибольшие
(установочное) перемещение сверлильной головки, мм
|
170
|
Перемещение
шпинделя за один оборот штурвала, мм
|
122,46
|
Рабочая
поверхность стола, мм
|
450–500
|
Наибольший
ход стола, мм
|
300
|
Количество
скоростей шпинделя
|
12
|
Количество
подач
|
9
|
Пределы
подач, мм/об
|
0,1–1,6
|
Мощность
электродвигателя главного движения, кВт
|
4,0
|
Габарит
станка: длина, ширина, высота, мм
|
1030–835–2535
|
Масса
станка, кг
|
1200
|
Таблица
5. Круглошлифовальный станок 3М150:
Наименование
|
Значение
|
масса
|
2600
|
2000–1370–1520
|
Мощность
электродвигателя главного движения, кВт
|
4,0
|
макс.
скорость шпинделя
|
2350
|
Наибольшая
длина обрабатываемой детали, мм
|
360
|
Наибольший
диаметр обрабатываемой детали, мм
|
100
|
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:
Cv=340;
Xv= 0,15; Yv=
0,45; Mv=
0,20; Kμν=
1; Kuv= 1; Knv=
0,8; Kφν=
0,7; Kφ1v=
1; Krv= 0,94; Kqv=
1; Kov= 1.
Коэффициент
Kv равен:
Kv=Kμv×Kuv×Knv×Kφv×Kφ1v×Krv×Kqv×Kov=
1·1·0,8·0,7·1·0,94·1·1= 0,53.
Скорость
резания равна:
v=Cv·Kv
/Tmv ·txv
·Syv = 340·0,53/600,20·1,70,15·0,80,45
= 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 Pz.
Cpz=
300; Xpz=
1,0; Ypz=
0,75; npz=
–0,15; Kμpz=1;
Kγpz= 1; Kλpz=
1; Kφ1v=
1; Krpz= 1;
Kφpz=
0,89;
Коэффициент
Kpz=
Kμpz× Kφpz×
Kγpz× Kλpz×
Krpz=
1×0,89×1×1×1 = 0,89.
Составляющая силы резания:
Pz=
10× Cpz×tXpz×SYpz×vnpz
× Kpz=
10×300×1,7×0,80,75×329,7–0,15×0,89
= 1610H.
Мощность
Nрез
потребляемую на резание, определим следующим образом:
Nрез=
= = 8,7 кВт.
Мощность
электродвигателя главного привода станка 16К20 Nдв
=
11кВт. Мощность на шпинделе станка с учетом КПД станка равна: Nшп=
Nдв×ηст=
11×0,85 = 9,35 кВт. Условие Nрез≤
Nшп
выполняется, следовательно, станок выбран верно.
Норма
штучного времени состоит из следующих составляющих:
Тшт
= То+Тв+Тобс+Тотд,
где
То– норма основного времени; Тв– норма вспомогательного
времени; Тобс– время обслуживания рабочего места; Тотд–
время на отдых и личные потребности.
Норма
основного времени: l1+l2
То
= (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:
То
= = 0,25 мин.
Норма
вспомогательного времени состоит из времени на установку и закрепление детали в
приспособлении tуст,
времени, связанного с переходом (включение и выключение подачи, подвод и отвод
инструмента и т.п.) tпер,
и времени на контрольные измерения tизм.
В
случае установки заготовки в патроне, измерении размеров получим:
Тв
= tуст+
tпер+
tизм=
0,11+0,14+0,08 = 0,33 мин.
Основное
и вспомогательное время в сумме дают оперативное время:
Топ
= То+ Тв = 0,25+0,33 = 0,58 мин.
Норма
штучного времени определиться следующим образом:
Тшт
= ( Тв+ То)×(1+(аобс+аотд)/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
= Cv·Dq·Kv/Tm·Sy·tx
(1),
где
Cv
=
18; q= 0,6; x
= 0,2; y = 0,3; m
= 0,25.
Определим
коэффициент Kv
по соотношению:
Kv
=
Kmv·Kuv·Klv
где
Klv
=
0,8; Kmv
=
1,07; Kuv
=
1,0; Kv
=
0,8·1,07·1 = 0,856.
Из
уравнения (1) находим скорость резания:
v
= 18·1000,6·0,856/800,25·1,10,3·1,50,2=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 Mкр
по формуле:
Mкр
= 10CM ·Dq·tx·Sy·Kp,
где
CM
=
0,09; q = 1,0; x
= 0,9; y = 0,8.
Mкр
=
10·0,09·1001·1,50,9·1,10,8·0,75=0,9·100·1,079·1,44·0,75
= 104 Н·м.
Осевая
сила определяется по формуле:
где
Cp
=
67; x = 1,2; y
= 0,65.
P0
= 10CM · tx·Sy·Kp = 10·67·1,51,2·1,10,65·0,75
= 868,3 H.
Мощность
резания определяют по формуле:
Ne
=
Mкр·n/9750
= 104·200/9750 = 2,1 кВт.
Расчет
норм времени:
Норма
штучного времени состоит из следующих состовляющих:
Тшт
= То+Тв+Тобс+Тотд,
где
То– норма основного времени; Тв– норма вспомогательного
времени; Тобс– время обслуживания рабочего места; Тотд–
время на отдых и личные потребности.
Норма
основного времени:l1+l2
То
= (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:
То
= = 1,6 мин.
Норма
вспомогательного времени состоит из времени на установку и закрепление детали в
приспособлении tуст,
времени, связанного с переходом (включение и выключение подачи, подвод и отвод
инструмента и т.п.) tпер,
и времени на контрольные измерения tизм.
В
случае установки заготовки в патроне, измерении размеров получим:
Тв
= tуст+
tпер+
tизм =
0,11+0,14+0,08 = 0,33 мин.
Таким
образом, оперативное время составляет:
Топ
= То+ Тв = 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.