Проектирование технологических процессов изготовления деталей вагонов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Государственное общеобразовательное учреждение высшего профессионального образования

Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС)

Кафедра: «Вагоны и вагонное хозяйство»

Пояснительная записка к курсовому проекту

по дисциплине: «Технология производства и ремонта вагонов»

Проектирование технологических процессов изготовления деталей вагонов

Разработчик:

студент группы 10 Б

Юдин Е.В.

Преподаватель:

Куратов А.В.

Омск 2014

Реферат

технологический фрезерование механический обработка

Технологический процесс, силовой механизм, технологическая база, установочные элементы, фрезерование, приспособление, ушко тележки.

Цель работы: Разработать приспособление для ушка тележки, провести подбор оборудования и инструмента, выбрать базирующие и установочные элементы приспособления, определить величину сил и моментов резания, подобрать силовой механизм и выполнить эскиз приспособления.

В курсовом проекте произведен анализ технических условий на деталь, составлен процесс операций по механической обработке, произведен выбор типа станка и инструмента, выбраны базирующие и установочные элементы приспособления, рассчитаны параметры величины сил и моментов резания, произведен выбор оборудования фрезерования.

Курсовой проект выполнен в текстовом редакторе Microsoft Word 2003 и представлен на диске в конверте на обороте обложки.

Содержание

Введение

1. Характеристика детали (назначение, основные элементы)

1.1 Назначение детали

1.2 Характеристика материала изготовления

1.3 Технологические свойства стали марки Ст-3

2. Анализ технических условий на деталь, процесс выполнения операций по механической обработке. Подбор типа станка и инструмента

2.1 Обработка детали

2.2 Фрезерование

2.3 Сверление отверстия

3. Выбор технологических баз и их обоснование

4. Выбор базирующих и установочных элементов приспособления, расстановка сил действующих на деталь при закреплении

5. Определение величин сил и моментов резания

5.1 Определение величин при фрезеровании

6. Выбор силового механизма и расчет его параметров

7. Описание приспособления

Заключение

Библиографический список

Введение

Курсовое проектирование по технологии производства и ремонта вагонов выполняется с целью закрепления знаний, полученных при изучении технологических и других дисциплин.

В процессе выполнения курсового проекта студент показывает умение пользоваться справочниками, нормативной документацией, технической литературой и инструкциями.

В качестве темы курсового проекта следует разработать приспособление для ушка тележки КВЗ-1М. Провести подбор типа станка и инструмента, провести анализ технических условий на деталь, выбрать технологическую базу, определить величину сил и моментов, подобрать силовой механизм и выполнить эскиз приспособления.

Разработка любого технологического процесса является комплексной задачей, для решения которой в конкретных условиях производства нужно найти оптимальный вариант процесса изготовления, приспособления или ремонта заданного изделия. Оптимальным является такой вариант процесса, который обеспечивает выполнение всех требований конструкторской документации на данное изделие при наименьших производственных затратах.

1. Характеристика детали (назначение, основные элементы)

1.1 Назначение детали

Ушко тележки КВЗ-1М изготавливается из стали Ст-3 - это конструкционная, углеродистая сталь обыкновенного качества, ее применяют для изготовления несущих и ненесущих элементов для сварных и не сварных конструкций, а также деталей работающих при положительных температурах.

Ушко расположено на боковой части надрессорной балки и служит для крепления триангеля тормозного оборудования.

Рисунок 1. Ушко тележки КВЗ-1М

1.2 Характеристика материала изготовления

Конструкционную углеродистую сталь обыкновенного качества Ст3 применяют для изготовления несущих и ненесущих элементов для сварных и несварных конструкций, а также деталей, работающих при положительных температурах. Листовой и фасонный прокат 5 категории (до 10мм) - для несущих элементов сварных конструкций предназначенных для эксплуатации в диапазоне от -40 до +425 °С при переменных нагрузках.

Сплав Ст3 содержит: углерода - 0,14-0,22%, кремния - 0,05-0,17%, марганца - 0,4-0,65%, никеля, меди, хрома - до 0,3% , мышьяка до 0,08%, серы и фосфора - до 0,05 и 0,04% соответственно.

1.3 Технологические свойства стали марки Ст-3

Сталь Ст-3 не склонна к отпускной хрупкости, нефлокеночувствительна, свариваемость без ограничений.

Качество конструкционной стали определяется коррозионной стойкостью, механическими свойствами и свариваемостью. По своим механическим характеристикам стали делят на группы: сталь обычной, повышенной и высокой прочности.

Основные свойства стали непосредственно зависят от химического элементов, входящих в состав сплава и технологических особенностей производства.

Основой структуры стали является феррит. Он является малопрочным и пластичным, цементит напротив, хрупок и тверд, а перлит обладает промежуточными свойствами. Свойства феррита не позволяют применять его в строительных конструкциях в чистом виде. Для повышения прочности феррита сталь насыщают углеродом (стали обычной прочности, малоуглеродистые), легируют добавками хрома, никеля, кремния, марганца и других элементов (низколегированные стали с высоким коэффициентом прочности) и легируют с дополнительным термическим упрочнением (высокопрочные стали).

К вредным примесям относятся фосфор и сера. Фосфор образует раствор с ферритом, таким образом, снижает пластичность металла при высоких температурах и повышает хрупкость при низких. Образование сернистого железа при избытке серы приводит к красноломкости металла. В составе стали Ст-3 допускается не более 0,05% серы и 0,04 % фосфора.

При температурах, недостаточных для образования ферритной структуры возможно выделение углерода и его скопления между зернами и возле дефектов кристаллической решетки. Такие изменения в структуре стали понижают сопротивление хрупкому разрушению, повышают предел текучести и временного сопротивления. Это явление называют старением, в связи с длительностью процесса структурных изменений. Старение ускоряется при наличии колебаний температуры и механических воздействиях. Насыщенные газами и загрязненные стали подвержены старению в наибольшей степени.

Конструкционные стали производят мартеновским и конвертерным способами. Качество и механические свойства сталей кислородно-конвертерного и мартеновского производства практически не отличаются, но кислородно-конвертерный способ проще и дешевле.

По степени раскисления различают спокойные, полуспокойные и кипящие стали. Кипящие стали - нераскисленные. При разливке в изложницы они кипят и насыщаются газами. Для повышения качества малоуглеродистых сталей используют раскислители - добавки кремния (0,12 - 0,3%) или алюминия (до 0,1 %). Раскислители связывают свободный кислород, а образующиеся при этом алюминаты и силикаты увеличивают количество очагов кристаллизации, способствуя образованию мелкозернистой структуры. Раскисленные стали называют спокойными, т.к. они не кипят при разливке. Спокойные стали более однородны, менее хрупкие, лучше свариваются и хорошо противостоят динамическим нагрузкам. Их применяют при изготовлении ответственных конструкций. Ограничивает применение спокойной стали высокая стоимость и по технико-экономическим соображениям наиболее распространенным конструкционным материалом является полуспокойная сталь. Для раскисления полуспокойной стали используется меньшее количество раскислителя, преимущественно кремния. По качеству и цене полуспокойные стали занимают промежуточное положение между кипящими и спокойными.

Таблица 1. Механические свойства стали Ст3 при t 20 °С

Предел прочности ?в, МПа	Предел текучести ?T, МПа	Относительное удлинение при разрыве , %	Твердость материала, НВ	Относительное сужение, %	Ударная вязкость, кДж/мІ
370-480	245	26	>140	27	500

Таблица 2. Химический состав материала Ст-3

Химический элемент		%
Углерод (С)		0.14-0.22
Кремний (Si)		0.15-0.3
Медь (Cu), до		0.3
Марганец (Mn)		0.4-0.65
Никель (Ni),до		0.3
Фосфор (P), до		0.04
Хром (Cr), до		0.3
Сера (S),до		0.05



2. Анализ технических условий на деталь, процесс выполнения операций по механической обработке. Подбор типа станка и инструмента

Виды механической обработки деталей:

Точение - обработка поверхностей заготовок, имеющих форму тел вращения. Точение характеризуется вращательным движением заготовки и поступательным движением инструмента - резца. На токарных станках выполняют черновую, получистовую и чистовую обработку поверхностей заготовок, нарезают различные виды наружной и внутренней резьбы.

Сверление - метод механической обработки внутренних цилиндрических поверхностей в сплошном материале заготовки с помощью сверл. На сверлильных станках также обрабатывают различными инструментами имеющиеся в заготовках (литых, штампованных и др.) отверстия для получения заданной формы, увеличения размера, повышения точности и снижения шероховатости поверхности.

Растачивание - это метод обработки отверстий расточными резцами. На расточных станках обрабатывают отверстия чаще всего в корпусных деталях. Главным движением является вращение инструмента. Движение подачи может совершать заготовка или инструмент.

Фрезерование - это высокопроизводительный метод механической обработки поверхностей деталей многолезвийным инструментом - фрезами. Для фрезерования характерно непрерывное главное движение инструмента и поступательное движение подачи заготовки. В некоторых случаях заготовка совершает круговое или винтовое движение подачи.

Шлифование - чистовая и отделочная обработка деталей с высокой точностью. Обрабатывать можно заготовки из самых разнообразных материалов, а для заготовок из закаленных сталей шлифование является одним из наиболее распространенных методов механической обработки.

Зенкерование - вид механической обработки резанием, в котором с помощью специальных инструментов (зенкеров) производится обработка цилиндрических и конических отверстий в деталях с целью увеличения их диаметра, повышения качества поверхности и точности. Зенкерование является получистовой обработкой резанием.

2.1 Обработка детали

Для изготовления данной детали используют листовой прокат прямоугольной формы. Ушко имеет отверстие диаметром 45 мм, скосы 16°2ґ, закругления диаметром 50 мм и фаски 5 мм.

2.2 Фрезерование

Фрезерные станки предназначены для обработки плоских и фасонных поверхностей с помощью фрезы. Фрезерование поверхностей заключается в снятии стружки вращающимися многолезвийными инструментами, режущие кромки которых находятся в прерывистом контакте с обрабатываемой поверхностью.

Чтобы получить скосы на поверхности (1) и (2) изображенные на рисунке 2, потребуются пресс-ножницы, а для получения скругления радиусом 50 мм и более идеальной поверхности можно обработать на вертикально-фрезерном станке используя торцевые насадные фрезы из быстрорежущей стали t15k6.

Рисунок 2. Ушко тележки КВЗ-1М



2.3 Сверление отверстия

Сверление - это распространенный метод получения отверстий в сплошном материале. Сверлением получают отверстия различного диаметра и глубины.

На вертикально-сверлильном станке при помощи спиральных сверл из быстрорежущей стали с коническим хвостовиком (нормальные) ГОСТ 10903-77 диаметр сверла 5-80 мм, длина сверла 134-514мм и длина рабочей части 52-260 мм, просверливаем отверстие диаметром 45 мм. Рассверливаем отверстие в три подхода, первым используем сверло диаметром 20мм., вторым используем сверло диаметром 43мм., третьим подходом используем сверло диаметром 45мм. После операции сверления сверло меняется на зенкер и также обрабатывается отверстие на вертикально-сверлильном станке для получения заданной в технической документации шероховатости.



3. Выбор технологических баз и их обоснование

При конструировании изделия и разработке технологических процессов большое значение имеет правильный выбор баз. Точность обработки детали, быстрота ее установки в приспособление, конструкция приспособления в сильной степени зависят от выбранной базы.

Базами называют исходные поверхности, линии или точки, определяющие положение заготовки в процессе ее обработки на станке или готовой детали в собранной машине. Различают конструкторские, технологические, измерительные базы.

Конструкторскими базами называют поверхности, оси или точки, определяющие положение детали относительно других деталей при ее работе в машине. За конструкторские базы часто принимают не материалы, а геометрические элементы деталей машин (осевые линии отверстий и валов, оси симметрии и т. п.). Сборку изделия производят, сопрягая конструкторские базы его элементов друг с другом.

Технологическими базами называют поверхности, используемые для определения положения заготовки или изделия в процессе изготовления. При использовании приспособлений за технологические базы принимают реальные поверхности, непосредственно контактирующие с элементами приспособления. При установке с выверкой используют как реальные поверхности заготовки так и геометрические линии и точки, материально представляемые на заготовке в виде разметочных рисок. Технологические базы делятся на черновые, промежуточные и окончательные.

Черновые базы используются на первых операциях обработки когда обработанных поверхностей на заготовке еще нет. Они служат для создания промежуточных или окончательных технологических баз. В общем случае в машиностроении последовательно применяются все три указанные технологические базы. Однако нередки случаи, когда простые детали обрабатывают полностью за одну установку, используя черновую базу. К таким деталям относятся крышки подшипников, простые подшипниковые щиты, различные втулки и кольца. При обработке заготовок на автоматических линиях в приспособлениях спутниках вся обработка может быть произведена при одной установке заготовки. В этом случае также используют только черновые технологические базы. Подобные варианты базирования заготовок используют для обработки на агрегатных станках, многошпиндельных автоматах и полуавтоматах, станках с программным управлением.

Кроме того, технологические базы делят на основные и вспомогательные. Основные базы - это поверхности, предусмотренные конструкцией и выполняющие определенную роль при ее работе в изделии. Вспомогательные базы - это поверхности, специально создаваемые на детали с учетом технологических требований. При необходимости после завершения обработки эти поверхности могут быть удалены. Возможность создания вспомогательных технологических баз должна быть предусмотрена и оговорена в конструкции детали. Примерами вспомогательных баз могут служить центровые гнезда валов, приливы на подшипниковых щитах и др.

Измерительная база - это поверхность, линия или точка поверхности, относительно которой измерением проверяют положение обработанной поверхности.

Конструкторская база определяет положение детали в изделии, технологическая база - положение детали в процессе ее изготовления, измерительная база - положение детали относительно средств измерения.

При выборе технологических баз для обработки заготовок следует использовать принцип совмещения баз, т. е. в качестве технологической базы брать поверхность, являющуюся измерительной базой. Лучшие результаты достигаются при совмещении технологической, измерительной и конструкторской баз, т. е. тех поверхностей, которые определяют положения детали в собранном изделии.

При выборе баз руководствуются общими положениями с учетом особенностей каждого из них:

деталь должна удобно устанавливаться и выниматься из приспособления за минимальное время;

базовые поверхности должны быть ровными и иметь достаточную площадь для устойчивого положения детали в приспособлении;

усилия резания, зажима и собственного веса должны подвергать деталь наименьшим деформациям;

черные (необработанные) поверхности детали следует использовать только в первой операции для полученная чистых баз;

для деталей, у которых обрабатываются все поверхности, за черновую базу (первую) принимают поверхность, имеющую наименьший припуск.

Для фрезерования с помощью вертикально-фрезерного станка 6Р10 выбираем следующие технологические базы, показанные на рисунке 3.

Рисунок 3. Технологические базы: 1 - обрабатываемая поверхность; 2 - технологическая база, подготовленная исходная поверхность детали, определяющая положение при обработке; 3 - технологическая база, подготовленная исходная поверхность детали, определяющая положение при обработке; 4, 4* - технологическая база, подготовленная исходная поверхность детали, определяющая положение при обработке;

Технологическая база выбрана таким образом, что заготовка остаётся неподвижной в процессе обработки.



4. Выбор базирующих и установочных элементов приспособления, расстановка сил действующих на деталь при закреплении

После лишения заготовки шести степеней свободы, в результате выбора комплекта технологических баз, заготовка должна быть закреплена.

При закреплении учитываются все силы, представленные на рисунке 4, действующие на заготовку. Они могут быть представлены как сумма сил, стремящихся сместить заготовку в процессе обработки и сумма сил, препятствующих этому смещению.

Рисунок 4. Стенд закрепления детали

Рисунок 5. Силы, действующие на деталь при закреплении

Сила F - сила тяжести детали;

Сила F1, M - сила и момент, создаваемые фрезой, при обработке детали;

Сила F2 - сила реакции опоры, создаваемая приспособлением на деталь и препятствующая ее перемещению вниз;

Сила F4,F3, F3” - силы создаваемые упором и предотвращающие перемещение детали.



5. Определение величин сил и моментов резания

5.1 Определение величин при фрезеровании

Главная составляющая силы резания при фрезерование - окружная сила, Н

(5.1)

где - диаметр фрезы;

- ширина поверхности фрезерования;

- период стойкости;

- число зубьев фрезы;

- коэффициент;

,,,,,- показатели степени.

Показатель степени n при определении окружной силы резания при фрезеровании равен 0,3.

Поправочный коэффициент на качество обрабатываемого металла определяется по формуле:

(5.2)

где МПа - предел прочности;

- показатель степени.

Н.

Горизонтальная сила подачи:

(5.3)

Вертикальная сила подачи:

(5,4)

Радиальная сила подачи:

(5.5)

Осевая сила подачи:



(5.6)

Оправка на изгиб:

(5.7)

Крутящий момент рассчитывается по формуле:

(5.3)

где D - диаметр фрезы.

Н·м.

Рассчитаем мощность резания (эффективную) кВт:

(5.4)

кВт.

Исходные данные выбраны из учебного пособия «Справочник технолога-машиностроителя, Ч. 2», [2].



6. Выбор силового механизма и расчет его параметров

Силовым механизмом в приспособлении является болтовое крепление.

Резьбовые зажимы

Допускаемое напряжение растяжения можно определить по зависимости:

Все формулы для расчётов брали в пособии Горошкин А.К. «Приспособления для металлорежущих станков», глава 5.

(9)

где предел текучести материала болта, МПа;

[S] - коэффициент запаса прочности;

[S]=5.

Допускаемое усилие затяжки:

(10)

где допускаемое напряжение растяжения;

d₁ - внутренний диаметр резьбы;

k=1,3 - расчётный коэффициент, учитывающий напряжение кручения в стержне болта.

d₁=10 мм.

Момент, приложенный к винту:

(11)

где d_ср=10 мм - средний диаметр резьбы;

б=2,5 - угол подъёма резьбы;

Приведённый кэффициент трения для заданного профиля резьбы:

(12)

где f=0,4 - коэффициент трения на плоскости;

в=15 - половина угла при вершине профиля витка резьбы;

Вывод: по проведенным расчётам делаем вывод, что создаваемое зажимное усилие достаточно для того, чтобы заготовку не вывернуло из приспособления, при фрезеровании вертикальной поверхности детали.

7. Описание приспособления

Рисунок 6. Приспособление для закрепления заготовки: 1 - основание; 2 - заготовка; 3 - фиксирующая планка; 4 - болты для закрепления заготовки; 5 - продольные сквозные отверстия; 6 - сквозные отверстия круглого сечения; 7 - болты для закрепления приспособления

Приспособление представляет собой литой стальной брусок Г-образной формы, являющийся основанием 1, с двумя продольными сквозными отверстиями 5, и тремя сквозными отверстиями круглого сучения 6. В продольные отверстия вставляются специальные болты 4, головки которых имеют четырехгранную форму. Болты вставляется снизу, головка уходит в пазы, которые имеют большую ширину, чем сквозные отверстия, и обеспечивают непроворот болта. В отверстия круглого сечения вставляются такие же болты 7, но их головка имеет специальную форму, предназначенную для закрепления в пазах токарно-фрезерного станка. Заготовку 2 устанавливают необходимым способом на приспособление так, чтобы боковые не обрабатываемые поверхности упирались в болты 4, тем самым исключаются горизонтальные перемещения детали. Поверх детали устанавливается стальная планка 3, которая по бокам имеет сквозные продольные отверстия, предназначенные для болтов. На болты надевают шайбы и закручивают гайками, обеспечивая плотное сжатие детали планкой, тем самым исключают остальные перемещения заготовки.



Заключение

В данной курсовой работе выполнено проектирование приспособления для фрезерования боковых поверхностей ушка тележки КВЗ-1М. Выполнены сборочный чертеж приспособления и спецификация.

В процессе проектирования приспособления для фрезерования боковых поверхностей нами изучены и освоены принципы проектирования станочных приспособлений, произведен расчет силового механизма и его параметров. Определены величины сил и моментов резания, а также получено представление о технологических процессах механической обработки деталей. Выбраны и рассчитаны для данного варианта приспособления винтовые тиски с одной подвижной губкой и произведено описание приспособления.

Библиографический список

1. А.Г. Косилов, Р.К. Мещеряков «Справочник технолога-машиностроителя» Ч. 1, Москва, 1986 г. - 656 с.

2. А.Г. Косилов, Р.К. Мещеряков «Справочник технолога-машиностроителя» Ч. 2, Москва, 1986 г. - 496 с.

3. М.А. Ансеров «Приспособления для металлорежущего инструмента», Санкт-Петербург, 1975 г. - 658 с.

4. А.К. Горошкин «Приспособления для металлорежущих станков», Москва, 1979 г.-303 с.

5. СТП ОмГУПС -1.2 - 05 «Система управления качеством подготовки специалистов. Работы студенческие и выпускные квалификационные требования и правила оформления текстовых документов».

Размещено на Allbest.ru

...