Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Архангельский государственный технический университет»

ТЕХНОЛОГИЯ

КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Методические указания

к выполнению курсовой работы

Архангельск

2009

Курсовая работа выполняется студентом в процессе изучения дисциплины «Технология конструкционных материалов» (ТКМ)

Цель курсовой работы – привить студенту навыки в самостоятельном решении вопросов по рациональному выбору и разработке технологии изготовления конкретной детали согласно чертежам и заданию.

Выполнение работы способствует закреплению теоретических знаний и приобретению опыта в решении практических инженерных задач.

ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ ЗАДАНИЯ

Каждый студент выполняет тот вариант задания, который задаётся преподавателем-лектором.

Задание состоит из исходных данных и вопросов. В качестве исходных данных приводится эскиз детали – часть машины или механизма (прил.1) и указывается наименование детали, её материал, характер производства (индивидуальный или серийный) и виды обрабатываемых поверхностей (в некоторых случаях задаётся твёрдость).

Вопросы, поставленные в задании, охватывают полный цикл дисциплины ТКМ: материаловедение, металлургию, способ изготовления (литьё, обработка давлением или сварка) и механической обработки на металлорежущих станках. В каждом варианте 7-9 вопросов.

Пояснительная записка заполняется на компьютере на листах бумаги формата А4 в соответствии с инструкцией «Работы студентов. Общие требования и правила оформления. Стандарт организации. СТО 01.0402005».

Задание рекомендуется выполнять в том порядке, в котором представлены вопросы; ответы должны содержать нижеследующую информацию.

Марка материала. При расшифровке марки материала следует указать вид материала (чёрный или цветной сплав, сталь или чугун и т.д.), государственный стандарт или технические условия и привести полную характеристику химического состава и механических свойств этого материала.

Способ выплавки материала. При освещении данного раздела следует руководствоваться следующим. Углеродистые и низколегированные стали получают кислородно-конверторным способом, а высококачественные инструментальные и высоколегированные стали – в дуговых и индукционных печах. Специальные высоколегированные стали (нержавеющая, трансформаторная, жаропрочная, сталь Гадфильда и др.) – в индукционных печах и печах промышленной частоты.

Рассматривая процесс плавки кислородно-конверторным способом, следует иметь в виду, что в качестве исходного материала для шихты используется жидкий доменный чугун (в составе допускается до 15% металлического лома); при плавке в дуговой печи применяют два технологических метода: переплав отходов с окислением примесей на углеродистой шихте; переплав легированной шихты в индукционных печах.

Для отливок из стали используют печи, аналогичные применяемым в «большой металлургии»: для отливок из чугуна – дуговые и индукционные, а для отливок из медных и алюминиевых сплавов – индукционные, тигельные и пламенные. При выборе печи следует учитывать характер производства, себестоимость и качество получаемого сплава. При выборе того или иного плавильного агрегата необходимо ознакомиться с его устройством и уяснить принцип его работы. После принятия решения по выбору плавильного агрегата в отчёте приводится технологический процесс получаемого сплава и эскиз печи.

Режим термической обработки. В зависимости от марки материала и требований к детали ( например, по твёрдости) выбирается способ термической обработки и даётся обоснование режимов. Указываются конкретные параметры термической обработки: режимов нагрева, выдержки, охлаждения. Приводится способ контроля режима и результатов термической обработки. После описания термической обработки следует графически изобразить полученную микроструктуру 9с увеличением в 100 раз0 материала изделия с указанием структурных составляющих (Ф, П и т.д.) стали, вида графита и характера металлической основы в чугуна; указать материалы травления.

Выбор последовательности изготовления детали. В данном разделе курсовой работы необходимо разработать маршрут изготовления детали и дать краткое описание операций. При этом следует руководствоваться следующими требованиями к характеристике выбранных технологических процессов.

Ι.Производство отливок. По предложенному эскизу детали разрабатывается эских модели отливки [13]. Приводятся необходимые технологические указания по изготовлению отливки и даётся оценка технологичности литья детали. Описывается последовательность технологических операций отливки детали. Приводится эскиз собранной литейной формы с указанием элементов литниковой системы, стержней (при их наличии), опок. Указывается инструмент и приспособления, используемые при формовке. Следует иметь в виду, что на качество отливки, помимо рационально выбранной технологии формовки, оказывают влияние литейные свойства расплава: жидкотекучесть, усадка, склонность к трещинообразованию, склонность к газопоглощению и ликвации. Поэтому при разработке технологического процесса изготовления отливки следует уяснить, к каким дефектам отливки могут привести неудовлетворительные показатели литейных свойств и какие технологические меры следует принять для предотвращения образования дефектов. Так, при неравномерном затвердевании отливки в результате некомпенсируемой объёмной усадки внутри отливки образуется сосредоточенная усадочная раковина; при объёмной кристаллизации между срастающимися дендритами в момент, когда усадка кристаллов ещё продолжается, а жидкий металл не может поступать к пустотам, образуются усадочные поры. Главное условие предупреждения образования в отливках усадочных раковин и пористости – установка прибылей и подвод жидкого металла снизу вверх. При этом жидкий металл из прибыли будет питать отливку, а усадочная раковина, образовавшаяся в прибыли, впоследствии отделится от отливки.

2. Производство поковок. По заданному эскизу детали по методике, приведённой в работе [15]. Приводятся необходимые технологические указания по изготовлению поковок и даётся оценка технологичности детали. Для выбранного оборудования приводится кинематическая схема и описывается его работа. Важное значение имеет правильный выбор штампов и расположение плоскостей разъёмов штампов. Конструкция штампа должна обеспечить не только долговечную его работу, но и возможность лёгкого удаления поковки из рабочей полости.

В соответствии с маркой стали следует установить по справочнику температурный интервал обработки давлением (t_нач и t_кон)_. Указать вид оборудования для нагрева заготовки (нагревательная печь, ТВЧ и др.)

Разрабатывается технологический процесс изготовления детали методом ковки с указанием всех операций. Приводятся эскизы штампов и эскизы инструментов и приспособлений, необходимых для осуществления процесса ковки.

3. Сварные заготовки. По эскизу выбирается способ сварки, разрабатывается технологическая последовательность процесса сварки заданной детали и выполняются расчёты некоторых технологических параметров. В данной работе приводится порядок расчёта параметров ручной электродуговой сварки. Для других способов сварки (автоматическая под слоем флюса, контактная и др.) методика приводится в работе [15].

Выбор режима электрической дуговой свар Q_эл определяют следующие параметры:

1. форма разделки кромок – выбиратся согласно ГОСТ 5264-80;

2. тип соединений – стыковое, внахлёстку, угловые, тавровые;

3. положение швов в пространстве – нижние, горизонтальные, вертикальные, потолочные;

4. марка электрода и его тип – выбираются в зависимости от химического состава свариваемого изделия и требований к качеству сварных соединений согласно ГОСТа (материал проволоки электрода) и ГОСТа (тип электрода)

5. диаметр электрода d_э – выбирается в зависимости от толщины свариваемого изделия b:

b, мм………0,5÷1 1÷2 2÷5 5÷10 Более 10

d_э, мм……...1,5 2÷2,5 2,5÷4 4÷6 4÷10

6. сварочный ток I_cв, А, - определяется по формуле

I_cв = К· d_э,

где К- коэффициент, равный 50 А/мм;

7. напряжение дуги U_д, В – при питании дуги используется U_д = 40÷60 В (для постоянного тока) и U_д = 50÷70 В (для переменного тока);

8. длина дуги, мм,

l_д = 0,5 (d_э + 2);

9. скорость сварки, м/ч,

V_св = К_н · I_cв/ 100 · ρ · F_н ,

где К_н – коэффициент наплавки, принимаемый равным

7÷12 г/ (А·ч);

ρ – плотность металла, г/см³;

F_н – площадь поперечного сечения наплавленного шва, см²;

10. масса наплавленного металла, г,

m_н = F_н· L · ρ,

где L – длина сварочного шва, см;

11. время сварки (основное время горения дуги), ч,

t_о = m_н/ К_н · I_cв;

12. расход электроэнергии, кВт·ч,

Q_эл = I_cв· U_д· t_о;

Рациональным считается расход, если Q_эл = 7÷8 кВт·ч при работе на постоянном токе и Q_эл = 3,5 кВт·ч – на переменном;

13. расход электродов на угар, разбрызгивание, огарки – составляет около 25% от массы электродов.

Механическая обработка.

Прежде чем приступить к выполнению схем обработки, следует определить наиболее рациональные технологические методы обработки указанных поверхностей с учётом типа производства: единичное или серийное.

В качестве примера рассмотрим деталь, эскиз которой показан на рисунке. Для неё необходимо дать схемы обработки поверхностей 1,2,3. поверхность I целесообразно обрабатывать точением, поверхность 2 – сверлением, поверхность 3 – протягиванием.

Изучив эти методы по рекомендуемой литературе [17-19, 21], убедитесь в правильности выбора технологических методов обработки. Затем нарисуйте схемы обработки указанных в задании поверхностей. На схемах укажите стрелками направления движений, участвующих в формообразовании поверхности в процессе резания (движение резания и движение подачи); обозначьте величины, характеризующие рабочие движения, приведите названия и единицы этих величин.

Пример обозначения схем обработки для заданных поверхностей детали показан на рисунке (схемы а, б).

Для обработки каждой поверхности выберите станок, режущий инструмент и приспособления для закрепления заготовки и инструмента, пользуясь литературными источниками [18, 19, 21].

Приведите эскиз приспособления для закрепления заготовки и инструмента. Опишите принцип его работы, указав позициями основные части приспособления.

ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЯ

Эскизы деталей для всех вариантов задания помещены в прил. 1. Далее в тексте при ссылке на рисунок указывается только его номер. Аббревиатура ТО расшифровывается как термическая обработка.

Вариант 1

Задание. Наименование детали – цапфа.

Материал – СЧ 15.

Характер производства – индивидуальный.

Обрабатываемые поверхности – 1, 2 (рис. 1).

1. Расшифруйте марку материала.

2. Укажите способ выплавки данного материала и обоснуйте его выбор.

3. Укажите режим ТО.

4. Нарисуйте микроструктуру материала после ТО.

5. По эскизу детали опишите последовательность изготовления формы методов ручной формовки. Приведите эскиз собранной литейной формы.

6. приведите марки электродов для холодной электрической заварки дефектов литья (газовые раковины) отливки.

7. Приведите схемы обработки поверхностей 1, 2 детали, названия и единицы величин, характеризующих рабочие движения.

8. Для каждой схемы укажите названия станка, инструмента и зажимных приспособлений.

9. Приведите эскизы инструмента для обработки поверхностей 1, 2.

Вариант 2

Задание. Наименование детали – цапфа.

Материал – сталь 12Х18Н12М3ТЛ.

Характер производства – массовый.

Обрабатываемые поверхности – 3, 4 (рис. 1).

1. Расшифруйте марку материала.

2. Укажите способ выплавки данного материала и обоснуйте его выбор.

3. Укажите режим ТО.

4. Нарисуйте микроструктуру материала после ТО.

5. по эскизу детали опишите последовательность изготовления литейной формы методом машинной формовки. Приведите эскиз собранной литейной формы.

6. Опишите процесс заварки дефектов литья (раковины) и укажите марки электродов.

7. Приведите схемы обработки поверхностей 3, 4 детали.

Вариант 3

Задание. Наименование детали – цапфа.

Материал – Бр 05Ц5С5.

Характер производства – массовый.

Обрабатываемые поверхности – 4, 5 (рис. I).

1. расшифруйте марку материала.

2. Укажите способ выплавки данного сплава и обоснуйте его выбор.

3. По эскизу детали разработайте технологию отливки детали методом центробежного литья. Приведите эскиз литейной формы в сборе.

4. Опишите процесс заварки дефектов отливки (газовые раковины) и укажите марки электродов.

5. Приведите схемы обработки поверхностей 4, 5 детали, названия и единицы величин, характеризующих рабочие движения.

6. Для каждой схемы укажите названия станка, инструмента и зажимных приспособлений.

7. Приведите эскизы инструмента для обработки поверхностей 4, 5.

Вариант 4

Задание. Наименование детали – полумуфта.

Материал – сталь 25Л.

Твёрдость – НВ 200.

Характер производства – массовый.

Обрабатываемые поверхности – 1, 2, 3 (рис.2).

1. Расшифруйте марку материала.

2. Укажите способ выплавки данного материала и обоснуйте его выбор.

3. Укажите режим ТО.

4. Нарисуйте микроструктуру материала после ТО.

5. По эскизу детали опишите последовательность изготовления литейной формы методом литья в металлические формы (кокили). Приведите эскиз литейной формы в сборе.

6. Опишите сущность газовой заварки дефектов литья (раковины).

7. Приведите схемы обработки поверхностей 1, 2, 3 детали, название и единицы величин, характеризующих рабочие движения.

8. Для каждой схемы укажите названия станка, инструмента и зажимных приспособлений.

9. Приведите эскизы инструмента для обработки поверхностей 1, 2, 3.