MetodVorobev1

Федеральное агентство по образованию ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет – УПИ»

ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Методические указания и задания к выполнению курсовой работы по разделам «Литейное производство» и «Обработка металлов давлением» для студентов всех форм обучения машиностроительных специальностей

Екатеринбург 2007

УДК 669.18.29.004.14

Составители раздела «Литейное производство» В.И. Черменский, М.Д. Харчук, Р.А. Сидоренко

Научный редактор доц., канд. техн. наук В.Н. Гулин Составители раздела «Обработка металлов давлением» А.В.

Мельничихин, М.А. Лысаков, С.В. Копосов Научный редактор доц., канд. техн. наук М.Д. Харчук

Электронная версия В.А. Воробьев

ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ:

Методические указания и задания к выполнению курсовй работы по разделам: «Литейное производство» / В.И. Черменский, М.Д. Харчук, Р.А. Сидоренко, и «Обработка металлов давлением»/ А.В. Мельничихин, М.А. Лысаков, С.В. Копосов Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2007, 61с.

Методические указания предназначены для студентов всех форм обучения, изучающих дисциплину «Технология конструкционных материалов» или «Технологические процессы в машиностроении» и выполняющих курсовую работу по разработке технологии изготовления отливок в разовых песчано-глинистых формах или по разработке технологии получения поковки методом горячей объемной штамповки. Описана методика проектирования техпроцессов и порядок выполнения работы. Для технологии получения заготовок методом литья в разовые песчано-глинистые формы, описаны правила графического изображения элементов литейных форм и отливок, методика расчета литниковых систем. Для технологии получения заготовок методом горячей объемной штамповки описаны правила выбора материалов, определения конструктивных характеристик поковки, кузнечных напусков, уклонов, допусков, назначения температурных интервалов и веса падающих частей молота. Приложение содержит необходимый справочный материал. Задания на курсовую работу содержат 50 вариантов. Дан порядок выбора варианта и требования к оформлению работы.

Библиогр.: 19 назв. Рис. 12. Прил. 33.

Подготовлено кафедрой «Электронное машиностроение».

© Уральский государственный технический университет – УПИ имени первого президента России Б.Н.Ельцина, 2007

2

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ .................................................................	5
ЦЕЛЬ РАБОТЫ........................................................................................................	5
РАЗДЕЛ I. КУСРОВАЯ РАБОТА ПО ТЕМЕ «ЛИТЕЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО»6
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ПО МЕТОДИКЕ РАЗРАБОТКИ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТЛИВКИ.............	6
2. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОЙ РАБОТЫ....................................	9
2.1. ОЦЕНКА ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ ДЕТАЛИ, ВЫБОР СПОСОБА
ФОРМОВКИ И ФОРМОВОЧНЫХ СМЕСЕЙ. .................................................	9
2.2. НАЗНАЧЕНИЕ ПРИПУСКОВ НА МЕХАНИЧЕСКУЮ ОБРАБОТКУ. 9
2.2.1. Общие положения...................................................................................	9
2.2.2 Последовательность назначения припусков.......................................	10
2.2.3. Выбор класса точности отливки и ряда припусков...........................	10
2.2.4. Определение допусков на размеры отливок......................................	10
2.2.5. Назначение припусков .........................................................................	11
2.2.6. Оформление назначенных припусков в курсовой работе................	11
2.3. ВЫПОЛНЕНИЕ ЧЕРТЕЖА ЭЛЕМЕНТОВ ЛИТЕЙНОЙ ФОРМЫ И
ОТЛИВКИ. ..........................................................................................................	11
2.4. ОФОРМЛЕНИЕ ПОЯСНИТЕЛЬНОЙ ЗАПИСКИ. .................................	18
РАЗДЕЛ II. КУРОВАЯ (РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ) РАБОТА ПО ТЕМЕ
«ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ»........................................................	20
1. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ............................................................	20

2. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ПО МЕТОДИКЕ КОНСТРУИРОВАНИЯ ПОКОВКИ И РАЗРАБОТКЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПРИМЕНИТЕЛЬНО

К ШТАМПОВКЕ НА МОЛОТАХ.......................................................................		21
2.1. ВЫБОР ИСХОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ ....................................................		21
2.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОСКОСТИ РАЗЪЁМА ШТАМПА ........................		21
2.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК...............		22
2.4. РАСЧЁТ ОРИЕНТИРОВОЧНОЙ МАССЫ ПОКОВКИ.........................		23
2.5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИСХОДНОГО ИНДЕКСА............................................		24
2.6. ПРИПУСКИ НА МЕХАНИЧЕСКУЮ ОБРАБОТКУ..............................		24
2.7. ШТАМПОВОЧНЫЕ НАПУСКИ, УКЛОНЫ, ДОПУСКИ. ....................		25
2.8. РАДИУСЫ ЗАКРУГЛЕНИЙ И ПЕРЕХОДОВ ........................................		25
2.9. РАЗМЕРЫ ЗАУСЕНЕЧНОЙ КАНАВКИ.................................................		26
2.10	ПОЛОСТИ И НАМЕТКА ОТВЕРСТИЙ В ПОКОВКАХ......................	28
2.11	РАСЧЕТ РАЗМЕРОВ ИСХОДНОЙ ЗАГОТОВКИ. ...............................	30
2.12	НАЗНАЧЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО ИНТЕРВАЛА ГОРЯЧЕЙ
ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ ...........................................................................		30
4.13	ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАССЫ ПАДАЮЩИХ ЧАСТЕЙ МОЛОТА...........	31
2.14	ОФОРМЛЕНИЕ ЧЕРТЕЖА ПОКОВКИ .................................................	32
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.....................................................................................		33
ПРИЛОЖЕНИЯ .....................................................................................................		34
П1. Варианты заданий на курсовую (расчетно-графическую) работу......		34
Рис. П.2. Литниковая система........................................................................		43
Рис. П.3. Эскиз литейной формы (пример) ..................................................		43
	3

Таблица П.4. Песчано-глинистые формовочные смеси для чугунных
отливок.............................................................................................................	44
Таблица П.5. Песчано-глинистые формовочные смеси для стальных
отливок.............................................................................................................	44
Таблица П.6. Классы точности размеров и ряды припусков на
механическую обработку отливок для различных способов литья...........	45
Таблица П.7. Допуски размеров отливок для классов точности ...............	46
Таблица П.8. Припуски размеров отливок...................................................	46
Таблица П.9. Классы точности размеров отливок.......................................	47
Таблица П.10. Формовочные уклоны основных формообразующих
поверхностей модельного комплекта для применения песчано-глинистых
смесей...............................................................................................................	47
Таблица П.11. Длина горизонтальных знаков для сырых форм. ...............	48
Таблица П.12. Высота нижних вертикальных знаков для сырых форм....	49
Таблица П.13. Зазоры между знаками формы и стержня...........................	50
Таблица П.14. Литейная усадка основных литейных сплавов...................	50
Таблица П15. Назначение материала и его пластичность..........................	51
Таблица П.16. Содержание углерода и легирующих компонентов в
сталях................................................................................................................	52
Таблица П.17. Конструктивные характеристики.........................................	53
Таблица П.18. Коэффициент (Кр) для определения ориентировочной
расчётной массы поковки...............................................................................	53
Таблица П.19. Исходный индекс поковки....................................................	54
Таблица П.20. Основные припуски на механическую обработку.............	55
Таблица П.21. Штамповочные уклоны.........................................................	55
Таблица П.22. Допуски и допускаемые отклонения линейных размеров
поковки.............................................................................................................	56
Таблица П.23. Минимальная величина радиусов закруглений. ................	57
Таблица П.24. Допуски радиусов закруглений............................................	57
Таблица П.25. Радиусы для отливок из цветных сплавов. .........................	57
Таблица П.26. Размеры заусенечной канавки..............................................	58
Таблица П.27. Толщина перемычек в выемках ...........................................	58
Таблица П.28. Радиусы сопряжения r и углы наклона γ перемычек в
выемках............................................................................................................	58
Таблица П.29. ..................................................................................................	59
Таблица П.30. Температурные интервалы ковки и штамповки некоторых
углеродистых и легированных сталей и безоловянных бронз...................	59
Таблица П.31. Напряжение деформирования некоторых сталей и сплавов
при температурах штамповки........................................................................	60
Таблица П.32. Необходимая масса частей молота в зависимости от массы
поковок.............................................................................................................	60
Приложение П.33. Пример оформления титульного листа курсовой
работы ..............................................................................................................	61

4

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

По чертежу детали, приведенному в приложении П1, разрабатывается чертеж поковки, получаемой объемной штамповкой на молотах (1-й, 2-й, 3-й варианты типоразмеров), или чертеж литейной песчано-глинистой формы для производства отливки (4-й, 5-й варианты типоразмеров). Поковка или отливка будут являться заготовками для производства данной детали обработкой резанием. Форматы чертежей детали и поковки А4 или А3; детали и литейной формы А3 или А2. При выполнении курсовой работы руководствуйтесь настоящими методическими указаниями.

Курсовая работа состоит из графической части: чертежа детали с размерами по своему варианту задания и чертежа поковки (или литейной формы), выполненных на двух форматах. Чертежи подшиваются к пояснительной записке (ПЗ) объемом до 15 страниц формата А4 (писчей бумаги). В ПЗ описываются все стадии проектирования, приводятся расчеты в соответствии с настоящими методическими указаниями.

Выбор варианта задания В приложении 2 приведены 50 вариантов заданий. Задания на курсовую

работу, представляют собой эскизы деталей, для каждой из которых предусмотрено по 5 вариантов размеров.

Вариант задания для студентов очного и очно-заочного обучения и способ получения заготовки указывается преподавателем – руководителем курсовой работы. Студены заочного обучения определяют свое задание по последним цифрам студенческого билета:

Последняя цифра номерастуденческого билета		1		2		3	4		5		6		7		8	9		0
Номер эскиза детали		1		2		3	4		5		6		7		8	9		10
Предпоследняя цифра номера студенческого	1 или			2 или				3 или					4 или			5 или
билета	6				7				8				9				0
Номер варианта размеров	1*				2*				3*				4**				5**

*Заготовка получена методом ГОШ;

**Заготовка получена методом литья в песчано-глинистые формы

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью курсовой (расчетно-графической) работы является:

−ознакомить студентов с методикой и основными приемами разработки практической технологии литья, и горячей объемной штамповки, расширив и углубив тем самым материал лекционной части курса по литейному производству и обработке металлов давлением;

−приобщить к работе с технической литературой и государственными стандартами;

− дать навыки проведения инженерных расчетов, оформления

5

конструкторской и технологической документации в соответствии с требованиями ЕСКД и ЕСТД [19].

РАЗДЕЛ I. КУСРОВАЯ РАБОТА ПО ТЕМЕ «ЛИТЕЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО»

Одной из важнейших заготовительных баз машиностроения является литейное производство, на долю которого приходится около половины выпуска всех заготовок для изготовления деталей машин. Инженеру-механику важно знать не только общие принципы производства литых заголовок (отливок), но и особенности разработки их технологии. Большинство отливок получают литьем в разовые песчаные формы, изготавливаемые из формовочной смеси, в состав которой входят кварцевый песок, огнеупорная глина, вода и специальные добавки. Из чугуна делают более 75%, а из стали около 15% отливок. Темой настоящей курсовой работы является разработка технологического процесса изготовления чугунной или стальной отливки литьем в разовые песчаные формы. Работа выполняется в соответствии с рабочим планом машиностроительных специальностей после прослушивания лекций по разделу «Литейное производство».

1.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ПО МЕТОДИКЕ РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТЛИВКИ

Основной для разработки технологического процесса изготовления отливки является чертеж детали. Выбор наилучшего варианта изготовления отливок производится путем анализа технологичности конструкции детали с точки зрения процессов литья, основными среди которых являются формовка и усадка. Понятие технологичности применяется для обозначения степени соответствия изделия требованию наиболее экономичной технологии его изготовления. Технолог-литейщик на основе анализа технологичности детали уясняет следующий круг вопросов:

1.Сложность конфигурации детали, которую подразделяют на пять групп

[1].К первой группе сложности относятся отливки простой конфигурации, изготовляемые преимущественно без стержней: крышки, валки, кольца и т.д. Отливки второй группы имеют вид простейших геометрических тел с небольшими выступами и углублениями, их отдельные части выполняются стержнями; типовые представители этой группы отливок: фигурные крышки, рычаги, стаканы, опоры, маховики и др. К третьей группе сложности относятся отливки, имеющие открытую коробчатую, сферическую, полусферическую, цилиндрическую и другие формы: зубчатые колеса без литых зубьев, корпуса и крышки редукторов и т.п. Отливки четвертой группы сложности имеют криволинейные и прямолинейные наружные поверхности с примыкающими к ним конструктивными элементами сложной конфигурации. Внутренние полсти этих отливок имеют значительное количество выступов и углублений. К пятой группе сложности относятся отливки особо сложной конфигурации наружных и внутренних поверхностей: станины станков, корпуса насосов, крыльчатки, фасонные цилиндры и др.

6

2.Внешние очертания и конструкция литой детали. Характер внешнего очертания и конструкция литой детали должны быть по возможности простыми, чтобы модель и форму для нее можно было изготовить с одним плоским разъемом; модель или части модели должны при формовке легко извлекаться из формы. Для проверки этого требования используется метод теневого рельефа: если на деталь или ее части (приливы, бобышки и т.п.) направить пучок параллельных лучей, перпендикулярных предполагаемой плоскости разъема, то отсутствие на чертеже теневых мест означает выполнение этого требования.

3.Внутренние полости и отверстия в отливке. Рекомендуется по возможности выполнять их без применения стержней за счет выступающих частей формы – « болванов»; в случае применения стержней конфигурация внутренних полостей должна быть наиболее простой; при наличии замкнутых полостей в отливке необходимо предусмотреть технологические отверстия для выхода знаковых частей стержня; отверстия в отливках, особенно с малым диаметром и большой глубиной, значительно осложняют технологический процесс, и они могут не выполняться, например, в стальной отливке, если их диаметры не превышают при массовом производстве 20, серийном 30 и единичном 50 мм.

4.Толщина стенок отливки. Толщина стенок назначается наименьшей, но обеспечивающей необходимую прочность детали, и в то же время достаточной для заполнения формы жидким металлом. Стенки отливки должны быть по возможности одинаковой толщины.

5.Сопряжение стенок. Чтобы исключить осыпание формовочной смеси в углах формы при извлечении модели, выполняют скругления при сопряжении стенок отливки. При сопряжении стенок одинаковой толщины t во всех случаях, когда позволяет конструкции литой детали, целесообразно применять максимальные радиусы скруглений R=(3-5)t [2, c.394] Найденные из приведенных соотношений радиусы округляют до ближайших стандартных

размеров R=1,2,3,5,8,10,15,25,30,40 мм.

Стенки различных сечений рекомендуется соединить клиновидными переходными участками длиной l≥5 (T-t), где T и t – толщины сопрягаемых стенок в мм.

6.Места скопления метала. У литых деталей в местах пересечений и сопряжений стенок, расположения выступов, приливов и бобышек, а также при утолщении стенок вследствие назначения припусков на механическую обработку образуются так называемые скопления жидкого металла, или горячие (термические) узлы. Для устранения их вредного влияния на качество отливки при ее изготовлении применяют принцип направленного затвердения, располагая отливку в форме таким образом, чтобы затвердевание началось в тонких местах, постепенно распространялось на более толстые и заканчивалось

вприбылях, устанавливаемых на самых массивных местах; в ряде случаев для обеспечения равномерного или направленного затвердевания применяют внутренние или внешние холодильники.

7.Положение отливки в форме. Решение этого вопроса производится

7

прежде всего с учетом требования равномерного и направленного затвердения металла. Необходимо учитывать, что положение отливки в форме должно обеспечивать удобство изготовления и сборки формы. Всю отливку рекомендуется располагать в одной опоке (нижней) во избежание перекосов и других дефектов. Положение отливки в форме должно обеспечивать применение минимального количества стержней, хорошую вентиляцию полости формы и спокойное заполнение ее расплавом, исключающее разрушение струей металла участков формы и стержней. От положения в форме зависит качество поверхностей отливки: нижние и боковые получаются более чистыми, а вернее преимущественно поражаются газовыми раковинами, формовочными и шлаковыми включениями. Поэтому обрабатываемые поверхности ответственного назначения желательно располагать в нижних и боковых и частях формы.

8. Плоскость разъема модели и формы. Выбор разъема модели и формы зависит от размеров отливки, ее конфигурации и характера производства; при этом необходимо обеспечить удобство изготовления и сборки формы. Количество разъемов формы должно быть минимальным, а поверхности разъемов - плоскими; не рекомендуется пересекать плоскостью разъема ответственные обрабатываемые или базовые поверхности литой детали.

По уяснению вопросов технологичности конструкции детали далее выбирают способ формовки – ручной или машинной. Это зависит главным образом от характера производства: в единичном производстве применяется обычно ручная формовка, а в массовом – машинная. Следует иметь в виду, что ручная формовка, особенно в тяжелом машиностроении, в настоящее время оснащена большим количеством разнообразных механизмов для уплотнения формовочной смеси: пневматическими трамбовками, встряхивающими столами, пескометами и т.п. При извлечении моделей из форм также применяются различные подъемные устройства. Поэтому ручная формовка в чистом виде в единичном производстве почти не используется и при выборе следует иметь в виду степень этой механизации.

После выбора способа формовки определяют его разновидность, например, в опоках, безопочная, в почве, в кессоне, в стержнях и т.д. В рамках настоящей работы применяют, как правило, формовку и опоках. Затем выбирают составы формовочной и стержневой смесей для изготовления литейных форм и стержней. Этот выбор определяется материалом детали, ее весом и способом формовки. Форму делают из единой (одной) смеси или двух смесей: облицовочной и наполнительной. Облицовочной смесью обкладывают модель, а остальное пространство опоки заполняют дешевой наполнительной смесью. Стержневые смеси работают в более тяжелых условиях нежели формовочные и должны отвечать дополнительным требованиям по непригораемости к отливке, податливости, малой газотворной способности и легкости выбивки.

С учетом вида сплава, его массы, преобладающей толщины стенки отливки выбирают устройство литниковой системы и выпоров, составы

8

формовочной и стержневых смесей.

Температуру заливки сплава, необходимость установки прибылей и их конфигурацию, выдержку отливки в форме до выбивки определяют по согласованию с руководителем работы.

В местах, подлежащих механической обработке, назначают припуски на механическую обработку.

2. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

При выполнении работы студенту необходимо выполнить следующую последовательность действий:

−внимательно изучить чертеж детали, установить группу ее сложности.

−выявить все поверхности детали, подлежащие механической обработке.

−выбрать положение отливки в форме.

−вазначить припуски на механическую обработку.

−определить размеры знаков стержней.

−рассчитать размеры литниковой системы.

−воспроизвести чертеж детали (формат А2 или А3).

−выполнить чертеж элементов литейной формы и отливки.

−составить пояснительную записку к курсовой работе.

2.1.ОЦЕНКА ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ ДЕТАЛИ, ВЫБОР СПОСОБА ФОРМОВКИ И ФОРМОВОЧНЫХ СМЕСЕЙ.

Изучив чертеж детали, следует уяснить группу сложности данной детали, технологические достоинства и недостатки ее конструкции в соответствии с требованиями и рекомендациями, изложенными в п.1. главы 1. По рекомендациям, приведенным ниже, и после согласования с преподавателем назначается способ формовки и его конкретная разновидность. Для выбора составов формовочных смесей следует использовать приложение (табл. П.4., П.5.). Можно обратиться к литературе, указанной в конце данных методуказаний для чугунного и стального литья.

2.2. НАЗНАЧЕНИЕ ПРИПУСКОВ НА МЕХАНИЧЕСКУЮ ОБРАБОТКУ.

Назначение припусков на механическую обработку – важная часть разработки литейной технологии. На этом этапе определяются размеры отливки, в соответствии с которыми изготавливают модельный комплект.

Умение определить припуски важно не только при выполнении курсовой работы, но и в профессиональной деятельности инженера-механика, особенно при приеме отливок на механическую обработку. Припуски ниже нормативных могут привести к тому, что в результате механической обработки отливки можно не получить требуемым чертежом размеров и шероховатости поверхности детали. Припуски выше нормативных приводят, помимо перерасхода металла, к увеличению стоимости механической обработки.

2.2.1.Общие положения.

Припуски на механическую обработку (в дальнейшем - припуски)

9

назначают на поверхностях отливки, на которых такая обработка предусмотрена чертежом детали. Размеры до необрабатываемых поверхностей отливки должны находиться в пределах нормативного допуска.

Допуск - это разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами.

Припуск – слой отливки (любой заготовки вообще), предназначенный для удаления режущим инструментом.

При назначении припусков номинальным (указанным на чертеже) размером является расстояние между обработанной поверхностью и базой ее механической обработки. Под базовой понимают исходную поверхность отливки, определяющей положение детали при обработке. При обработке поверхностей вращения номинальным размером является их диаметр. У наклонных, конических и фасонных поверхностей, заданных координатами от одной базы, за номинальный размер при назначении допусков и припусков следует принимать наибольший из размеров.

2.2.2 Последовательность назначения припусков

В соответствии со стандартом [6] для назначения припусков необходимо: а. Выбрать класс точности размеров конкретной оливки и ряд припусков. б. Определить допуски на размеры отливки.

в. Назначить основной припуск в зависимости от квалитета точности механической обработки отливки.

г. Предусмотреть дополнительный припуск в связи с возможным короблением отливки и смещением ее частей по плоскости разъема литейной формы.

Приведенная последовательность назначения припусков реализуется профессиональными технолагами-литейщиками. В рамках настоящей курсовой работы достаточно выполнить пункты а. - в., т.е. назначить лишь основной припуск.

2.2.3. Выбор класса точности отливки и ряда припусков

Стандартом [6] предусмотрено 16 классов точности размеров отливок и 6 дополнительных (более точных) классов – 3 т, 5т, 7т, 9т, 11т и 13т. выбор класса точности и ряда припусков производится по табл. П.6. Поскольку этот выбор является наиболее ответственным решением, от которого в первую очередь зависит величина припусков, и требует соответствующих навыков и знаний по литейному производству, студенту рекомендуется согласовать свое решение с руководителем курсовой работы и лишь после этого осуществлять пункты 2.2.2

и 2.2.3.

2.2.4. Определение допусков на размеры отливок

Допуски литейных размеров отливок определяются по табл. П.7. По сравнению со стандартом [6] в этой таблице исключены допуски для классов точности 1-5т, поскольку курсовая работа не предусматривает разработку технологии изготовления отливок литьем под давлением или по выплавляемым

10