Разработка технологий производства деталей машин

Заготовка.cdw

Каскеев Е.К..doc

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования «Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет (СибАДИ)»
Технология автомобиле- и тракторостроения
Тема: Разработка технологий производства
НТС-14А1 Каскеев Е.К.
доктор технических наук
Разработка технологического процесса штамповки детали «Клапан» 4
Разработка технологии открытой горячей объёмной штамповки 5
Инженерные проблемы и пути их решения 9
Разработка технологии механической обработки .. ..12
Библиографический список .16
Разработка технологического процесса изготовления деталей включает решение задач проектирования чертежа заготовки с использованием действующих нормативных данных; Разработка технологического маршрута обработки поверхностей деталей разработку карт операций технологического процесса.
Назначение условий выполнения отдельных операций технологического процесса предусмотрено исходя из требований:
Обеспечение максимальной производительности процессов;
Обеспечение заданных требований точности параметров шероховатости и других требований для решения поставленных задач предусмотрено на основных операциях этапов обработки лезвийными и абразивными инструментами с использованием современных смазочно-охлаждающих жидкостей.
Газотермические покрытия получают напылением расплавленных или доведенных до пластического состояния металлов сплавов и других материалов на предварительно подготовленную поверхность детали. Для расплавления материала применяют дуговой разряд плазменную струю газовое пламя и детонацию. Отсюда и название — электродуговая плазменная газовая металлизация и детонационное напыление.
Сущность названных процессов заключается в том что материал покрытия в виде проволоки (или порошка) вводится в дуговой разряд или в высокотемпературную зону газовой струи расплавляется и потоком воздуха или газа распыляется и направляется на поверхность детали формируя покрытие.
Газотермическими покрытиями восстанавливают и упрочняют изношенные детали а также защищают металлы от коррозии.
Для решения задач курсовой работы были использованы современные нормативные документы и источники научно-технической литературы.
Разработка технологического процесса штамповки
1. Особенности конструкции детали.
Клапаны перекрывающие впускные и выпускные отверстия цилиндров двигателя имеют ограниченные размеры и работают в тяжелых условиях: большие динамические нагрузки и высокие скорости перемещения в направляющих втулках при ограниченной смазке сложность теплоотвода и неравномерный нагрев отдельных участков продуктами сгорания обладающими повышенной коррозийной агрессивностью. Поэтому принятые материалы и конструкция отдельных элементов клапана должны обеспечивать ему высокую прочность износостойкость стойкость против коробления корродирования.
Клапаны используются в газораспределительном механизме двигателя и непосредственно осуществляют подачу в цилиндры воздуха и выпуск отработавших газов. На современных двигателях клапаны располагаются в головке блока цилиндров а место соприкосновения клапана с ней называется седлом. Различают впускные и выпускные клапаны. Для лучшего наполнения цилиндров диаметр тарелки впускного клапана как правило больше чем выпускного.
Клапан удерживается в закрытом состоянии с помощью пружины а открывается при нажатии на стержень. Пружина закреплена на стержне с помощью тарелки пружины и сухарей. Клапанные пружины имеют определенную жесткость обеспечивающую закрытие клапана при работе. Для предупреждения резонансных колебаний на клапанах может устанавливаться две пружины меньшей жесткости имеющие противоположную навивку.
Большинство современных ДВС имеют по два впускных и два выпускных клапана на каждый цилиндр. Помимо данной схемы ГРМ используется: двухклапанная схема (один впускной один выпускной) трехклапанная схема (два впускных один выпускной) пятиклапанная схема (три впускных два выпускных). Использование большего числа клапанов ограничивается размером камеры сгорания и сложностью привода.
Клапаны поршневых двигателей состоят из головки и стержня. Различают клапаны с плоской выпуклой и тюльпанообразной головками. Головки обычно имеют небольшой (около 2 мм) цилиндрический поясок и уплотнительную фаску» снятую под углом 45 или 30°. Фаска с углом 30° применяется только для впускных клапанов а угол 45° используется как для впускных так и выпускных клапанов. Цилиндрический поясок позволяет сохранять основной размер клапана в случае перешлифовки уплотняющей фаски при ремонтах увеличивает жесткость его головки и предохраняет ее кромки от разрушения. Клапаны оставшиеся без цилиндрического пояска легко обгорают и становятся непригодными для работы.
2. Разработка чертежа заготовки детали.
Заготовка детали представляет собой изделие полученное объёмной облойной штамповкой. Все поверки детали должны иметь припуски на последующую размерную обработку резцом фрезой шлифовальным кругом. Обоснование чертежа заготовки производится на основе методички. [1]
3. Выбор методов и способов производства заготовок объёмной штамповкой.
На основе анализа чертежа детали формы её поверхностей и требований точности принято решение изготовить заготовку методом объёмной штамповкой.
Разработка технологии открытой горячей объёмной штамповки.
1. Определение класса точности поковки (заготовки).
В учётом того что предприятие имеет в качестве оборудования пресса винтовые и гидравлические: класс точности назначен Т4.
2. Определение группы стали.
В соответствии с ГОСТ 7505-89 деформируемые стали подразделяются на три группы в зависимости от среднего массового содержания углерода и легирующих элементов (Si Mn Cr Ni W V Ti Al b т.д.).
С учётом массовой доли углерода в стали выбрана группа М2.
3. Определение степени сложности заготовки.
С учётом геометрической формы детали степень сложности заготовки назначена С3. Конфигурация поверхности разъёма штампа - Ис.
4. Определение исходного индекса.
Исходный индекс комплексный показатель характеризующий заготовку в целом от величины которого зависят припуски и допуски на размеры заготовки.
Выбираем значение расчетного коэффициента Кр по таблице 4 [1].
Характеристика детали
Типовые представители
валы оси цапфы шатуны рычаги сошки рулевого управления
круглые и многогранные в плане:
- квадратные прямоугольные многогранные;
фланцы ступицы гайки
комбинированной конфигурации (сочетание 1-й и 2-й групп)
кулаки поворотные коленчатые валы
с большим объёмом необрабаты-ваемых поверхностей
балки передних осей ры-чаги переключения коро-бок передач буксирные
с отверстиями углублениями поднутрениями (не оформляемы-ми в поковке при штамповке)
полые валы фланцы бло-ки шестерни
По типу детали выбираем значение расчётного коэффициента Кр= 14.
Определяем массу заготовки
Где Кр расчётный коэффициент по ГОСТ 7505-89 (табл. 4). Это масса ме-талла который подвергается пластической деформации (в эту массу не входит масса облоя); Мд масса готовой детали кг.
Исходный индекс: 15.
5. Выбор припусков на механическую обработку.
Припуски предусмотренные (односторонние) увеличения размеров заготовки по сравнению с номинальными размерами детали обеспечивающие после обработки заготовки на металлорежущих станках требуемые размеры и шероховатость поверхностей детали.[2]
Общий припуск включает основной (табл. 5) и дополнительный припуски (табл. 6)[1]. Последние учитывают отклонения формы заготовки за счёт сдвига верхней и нижней половин штампов искривления заготовки двойной термической обработки и др.
Припуски (Z1 и Z2) назначенные на параллельные поверхности имеющие различную шероховатость естественно будут отличаться. Они определяются для одних линейных размеров но по разным столбцам табл. 5 и табл. 6 [1].
Тогда линейные размеры детали (длина L высота H) будут равны
По наибольшему габаритному размеру детали а именно l=158мм (расчёт попадает в диапазон 80-160мм).
Принимая во внимание что шероховатость составляет Rz=10 Ra=16 выбираем размер припуска на каждую сторону 27мм.
С учётом выбора припуска на сторону размер припуска на диаметр равен 27мм*2=54мм.
Этим мы нашли припуск на наибольший размер. Его же примем на основные размеры заготовки.
6. Определение допусков на размеры заготовки.
Допуски на размеры заготовки а также верхние и нижние отклонения от номинальных размеров назначаются по табл. 7 [1] в зависимости от исходного индекса размеров заготовки и характера взаимодействия полостей штампа и заготовки недоштамповки по высоте износа полостей штампа и смещения его частей (они являются определёнными). Поэтому увеличение наружных размеров элементов заготовки из-за износа штампа компенсируется тем что верхнее отклонение принимается максимальным а уменьшение внутренних размеров элементов (полостей) компенсируется принятием верхнего отклонения минимальным. Принимаем отклонения: +27; -13.
7. Назначение напусков.
Напуски образуются за счёт объёмов металла между цилиндрическими и коническими поверхностями образованными за счёт уклонов а также поверх-ностями в местах скруглений. Уклоны нужны для облегчения удаления заготовки из штампа. Они составляют при штамповке на молотах 7 и 10 град.
Скругления в местах пересечения поверхностей облегчают заполнение металлом полостей штампа устраняют образование дефектов на поверхностях заготовки и снижают концентрацию напряжений в глубине полостей. Размеры наружных радиусов такие: при массе заготовки от 30 до 63 кг и глубине ручья от 25 до 80 мм 2035 мм; при массе от 63 до 100 кг и глубине ручья от 25 до 100 мм 30 40 мм.[3]
Величина внутренних радиусов (для заготовки) примерно в 3 раза больше соответствующих внешних.
8. Разработка чертежа холодной поковки.
При построении чертежа холодной поковки размеры которой контролируются перед механической обработкой используются данные пунктов 2.5 2.6 и 2.7 а также то что сквозные отверстия при штамповке на молоте получить нельзя. При диаметрах отверстий (в готовых деталях) более 30 мм полости «намечают».
В поковке предусматривается перемычка (пленка) которая удаляется пробивкой. Пленка выполняется плоской (рис. 14а) при диаметре отверстий менее 100 мм (толщина пленки определяется как Sо = (07–08) ). При диаметре отверстия больше 100 мм используется пленка с раскосом. Размеры ее такие: Sm Sma d1 = 012 d+ 3. Когда hd ≥ 17–20 то ограничиваются глухой прошивкой при R1 = 0.6d.
9. Разработка чертежа горячей поковки
Чертеж горячей поковки (рис. 17) [1] отличается тем что все размеры увеличиваются на 15 % и назначаются с округлением до десятых долей мм размеры высотные проставляются от плоскости разъема.
10. Определение размеров исходной заготовки.
При открытой штамповке по плоскости разъема между нижней и верхней частями штампа формируется облой (заусенец) рис. 15г часть которого осаживается между плоской поверхностью одной из частей штампа и мостиком другой (шириной b2). Чем меньше зазор hз и больше ширина мостика b2 тем больше сопротивление истечению металла из полости штампа и тем больше вероятность полного заполнения ручьев. Но соответственно увеличивается усилие штамповки. Опыт накопленный на производстве позволил определить рациональные размеры облойных канавок (табл. 8) и значит объем металла идущий в отход
где k –коэффициент заполнения металлом канавки для заусенца; для круглых поковок 05 – 064; для прочих форм 06 – 08; Sо – площадь поперечного сечения облойной канавки; Pп – периметр поковки при массе более 3 кг по контуру (точнее длина линии проходящей через центры тяжести поперечных сечений облоя в разных частях поковки).
С учетом всех отходов обьем металла необходимый для получения поковки (объем заготовки) равен
Vз = (Vп+Vо +Vпер +Vкл) Kу
где Vп–объем поковки; Vо– бъем облоя; Vпер–объем перемычки (принимается равным 025 Vo); Vкл –объем клещевины (объем части заготовки за которую ее удерживают клещами); Kу –коэффициент учитывающий угар металла при нагреве (101–при нагреве в электропечи 102 –при нагреве в пламенной печи).
Диаметр исходной заготовки (при штамповке круглой поковки) равен
где m= HзагDзаг (при осадке заготовки в торец m ≤ 20).
Инженерные проблемы и их пути решения
Определяющей проблемой обработки клапана является низкая износостойкость тарелки. Наблюдается нагревание и за счет этого деформация детали. Клапан истирается и как следствие приходит в негодность.
Предлагается добавить газотермическое напыление поверхностного слоя. Несомненным преимуществами данного вида обработки являются:
Повышении эксплуатационных свойств обработанных поверхностей Оборудование легко можно перестроить на обработку других типов деталей;
Улучшают отвод тепла:
Повышение износостойкости;
Формирование поверхностного слоя деталей напылением представляет собой процесс нанесения покрытия высокотемпературной скоростной струёй частиц нагретого или расплавленного материала которые при ударном взаимодействии с поверхностью осаждаются на ней.
Процесс нанесения покрытия напылением осуществляется газотермическим методом когда газообразная рабочая среда участвует в качестве наносимого материала и (или) в его транспортировании на обрабатываемую поверхность. Укрупнённая классификация таких методов приведена на рис. 1.
Рис. 1. Методы газотермического напыления
По источникам нагрева состоянию напыляемых материалов технологическим возможностям процессов методы газотермического напыления покрытий отличаются значительным многообразием. Однако принципиальная схема большинства этих процессов может соответствовать рис. 2.
Рис. 2 - Схема процессов газотермического напыления: 1 – магистраль подачи транспортирующего газа (воздуха); 2 – устройство подвода напыляемого материала; 3 – устройство подвода горючей среды; 4 – обрабатываемое изделие; 5 – напыляемый слой; 6 – зона расплавления напыляемого материала
В зоне 6 куда подаётся напыляемый материал горючие и транспортирующие газы создаются условия для распыления этого материала. Затем этот поток направляется на обрабатываемое изделие с формированием напылённого слоя 5. Перемещением изделия S обеспечивается непрерывность нанесения слоя.
Процессы нанесения покрытий напылением имеют ряд преимуществ при формировании поверхностного слоя с заданными свойствами:
)на разных этапах изготовления и восстановления деталей обеспечена возможность нанесения поверхностного слоя из материалов широкого диапазона составов. Существующие средства напыления обеспечивают широкие возможности регулирования этого состава;
)существующие процессы напыления обеспечивают нанесение слоя не только на практически неограниченный перечень материалов и сплавов но и на составы полимеров стекла и другие неметаллические материалы;
)во многих случаях процесс напыления не требует создания вакуума или замкнутой среды в рабочей камере что упрощает требования к технологическому оборудованию и расширяет геометрические размеры обрабатываемых изделий;
)по сравнению с электролитическим осаждением с нанесением слоя толщиной до 01 – 03 мм напылением возможно получение слоя до 1 – 2 мм и более;
)отечественная промышленность выпускает широкий набор напыляемых материалов комбинированное применение которых отвечает требованиям условий изготовления и восстановления изделий разного назначения.
К особенностям и недостаткам процессов напыления следует отнести:
- низкий КПД использования напыляемого материала при нанесении покрытий на мелкие детали когда значительная часть струи напыления уходит за пределы обрабатываемой поверхности;
- необходимость тщательной подготовки поверхности под нанесение слоя высоконагруженных деталей когда несоблюдение такой подготовки может повлечь недостаточное сцепление наносимого слоя с основой и его отслоение; вместе с тем трудоёмкость и себестоимость процессов подготовки поверхностей под напыление незначительно отличаются от подготовки поверхностей при нанесении слоя электролитическим осаждением.
Применение процессов газотермического напыления при изготовлении и восстановлении деталей машин и приборов связано с функциональным назначением покрытия. Характерные варианты такого назначения приведены на рис. 3.
Рис. 3. Назначение покрытий формируемых напылением
Терморегулирующие покрытия могут выполнять функции тепловой защиты для деталей работающих при повышенной температуре (лопатки турбин сопла реактивных двигателей и т.п.) или функции улучшения отвода тепла от нагреваемых элементов детали в окружающую среду.
Покрытия улучшающие триботехнические свойства обеспечивают снижение коэффициента трения улучшают фрикционные свойства повышают износостойкость.
Покрытия с заданными свойствами коррозионной стойкости и жаростойкости обеспечивают снижение активности поверхностного слоя к кислороду и другим газам атмосферы.
Уплотнительные покрытия уменьшают зазоры сопрягаемых пар деталей где требуется снижение утечек жидких и газообразных рабочих сред.
Разработка технологии механической обработки
Операционная карта составляется по ГОСТ 3.140486.
В карте указывается номер и наименование операции в соответствии с маршрутной картой материал наименование и модель (код) оборудования и приспособлений материал массу и твёрдость детали. После записи строки с указанием перехода записывают данные о технологической оснастке.
Наименование каждой операции технологического процесса даётся в краткой форме: «Токарная» «Фрезерная»
Содержание операции следует выражать глаголом в повелительном наклонении и приводить наименование обрабатываемых поверхностей.
Операционные эскизы оформляются для каждой операции. На них указывается базовые поверхности с условным обозначением способа их закрепления.
Выбор технологического оборудования осуществляется по каталогам и справочникам.
Для детали «Клапан» такая карта приведена в табл. 1.
1. Технология изготовления детали.
Точение одно из самых древних технических операций которая была механизирована с помощью примитивного токарного станка.
Шлифование механическая или ручная операция по обработке твёрдого материала.
Сверление это операция по образованию сквозных и глухих отверстий в сплошном материале выполняемая при помощи режущего инструмента сверла.
Растачивание процесс механической обработки внутренних поверхностей отверстия расточными резцами в заданный размер.
Термическая обработка совокупность операций нагрева выдержки и охлаждения твёрдых металлических сплавов с целью получения заданных свойств за счёт изменения внутреннего строения и структуры. [4]
2. Составление операционной карты.
Наименование и содержание операции
Наименовании модель станка
Станочное приспособление
Заготовка баз как чисто
Токарный винторезный 16R20Ф3
Патрон трёхкулачковый самоцентрирующийся
и тонкое под шлифование
Термообработка с отжигом
На участке ТВЧ поверхность тарелки клапана закалить на глубину 2-4мм до HRC>54.
Твёрдость цилиндрической поверхности шейки не более HRC35
Шлифование стержня клапана головки и торцов клапана
Круглошлифовальный ЗУ 10В
Газотермическое напыление
Тарелка клапана подвергается газотермическому напылению. Напыляется терморегулирующее покрытие.
3. Составление маршрутной карты.
Содержание или наименование операции
Рубить пруток 16705. выдерживая размер 165
Править пруток (по мере надобности)
Подрезать и центровать торец до 1625 точить поверхность под шлифование
точить фаску Нарезка канавки под сухари
Подрезать вторую сторону по форме седла клапана выдерживая размер
точить поверхность под шлифование.
Произвести чистовое точение под шлифование а также подрезать торец
Термообработка с отжигом (закалка ТВЧ)
Индукционная установка
Шлифование стержня клапана головки и торцов клапана
Большинство основных преимуществ нанесения поверхностного слоя газо-термическим напылением относятся именно к плазменному напылению. К преимуществам плазменного нанесения покрытия по сравнению с другими видами напыления относят следующие.
Плазменная струя имеет более высокую температуру и в большинстве содержит технологические газы не содержащие кислород. Это способствует уменьшению окисления материала основы и напыления улучшает их сцепление расширяет круг материалов которые могут быть основой и составом для напыления.
В результате выполненного курсового проекта были проведены необходимы расчёты по разработке технологического процесса детали общего машиностроительного назначения типа клапана. В ходе работы были проведены все необходимые расчёты операции которые необходимы для изготовления данной детали а именно: выбраны определённые операции переходы к этим операциям выбраны режимы резания.
Эффективность использования газотермического напыления в технологическом процессе повышает тепловую износостойкость поверхности.
Все эти этапы были проведены с учётом типа производства материала заготовки и материала режущих частей инструментов.
Кроме того курсовой проект включает в себя исследовательскую часть которая позволяет применить знания на самостоятельной работе. В результате выполненного проекта приобретены теоретические навыки по разработке технологического процесса.
Технология обработки деталей машиностроительного производства является сложной и постоянно развивающейся отраслью промышленности. Она требует постоянного исследования и развития новых возможностей но кроме этого необходимо знать и фундаментальные дисциплины
Библиографический список.
Методические указания к лабораторной работе по дисциплинам «Технология конструкционных материалов» «Материаловедение. Технология конструкционных материалов» «Технология автомобиле – и тракторостроения» «Основы технологии производства» «Конструкторско-технологические решения для обеспечения безопасности проектируемых и эксплуатируемых объектов» «Производственное оборудование и инструменты» для студентов очной и заочной форм обучения В.В. Евстифеев О.М. Кирасиров М.С. Корытов И.С. Лексутов. –Омск: СибАДИ 2012. 40с.
Акулич Н. В. Технология машиностроения [Текст] : учебное пособие : рекомендовано Научно-методическим советом «МАИТ» по направлению 15.02.08 «Технология машиностроения» Н. В. Акулич. — Ростов-на-Дону : Феникс 2015. — 395 с. : ил.
Базров Б. М. Основы технологии машиностроения [Текст] : учебник Б. М. Базров. — 2-е изд. — М. : Машиностроение 2007. — 736 с. : ил.
Суслов А. Г. Основы технологии машиностроения [Текст] : учебник А. Г. Суслов. — М. : КноРус 2013. — 288 с. : ил.

Клапан анальный.cdw