Размещено на http://www.allbest.ru/

Автономная некоммерческая организация высшего образования

Северо-западный открытый технический университет

Контрольная работа

Технология конструкционных материалов

Тараненко Петр Сергеевич

Санкт-Петербург 2019 г.

Задание 1.

Разработка технологического процесса изготовления отливки в разовой песчано-глинистой форме

Цель работы: научиться по чертежу готовой детали разрабатывать чертеж отливки, модели, стержневого ящика и формы в сборе.

Задание

Для заданного чертежа детали выполнить следующее:

а) выбрать плоскость разъема модели и формы с указанием положения отливки в форме В (верх) и Н (низ);

б) выполнить эскиз отливки с обозначением размеров припусков, уклонов, усадки металла и стержней;

в) выполнить эскиз модели с указанием габаритных размеров;

г) начертить эскиз стержневого ящика без указания размеров;

д) привести эскиз собранной литейной формы в разрезе с указанием се элементов;

е) дать краткое описание последовательных операций по изготовлению литейной формы и отливки.

Рисунок 1 - Втулка (сталь 30)

Решение

При выборе способа изготовления отливок исходят:

1) из технических требований, предъявляемых к изделию (размерная точность, шероховатость поверхности);

2) из технико-экономических показателей (коэффициента использования металла, себестоимости детали);

3) из типа (серийности) производства:

- в единичном, мелкосерийном и серийном производстве применяют литье в песчаные формы, литье по выплавляемым моделям;

- в крупносерийном и массовом производстве применяют литье под давлением, в кокиль, в оболочковые формы, центробежное литье.

Кроме этого при выборе способа литья нужно учитывать:

- возможность обеспечения конфигурации отливки;

- обеспечение качества структуры металла;

- обеспечение механических и технологических свойств;

- возможность последующей термической обработки.

Рисунок 2 - Эскиз детали

Определяем припуски на механическую обработку фасонных отливок из стали по III классу точности по ГОСТ 26645-85:

диаметр 40 мм - 4 мм;

диаметр 60 мм - 4 мм;

диаметр 80 мм - 4 мм;

диаметр 158 мм - 5 мм;

высота 160 мм - 5 мм.

По полученным размерам чертим эскиз отливки (рис. 3).

1. Неуказанные предельные отклонения размеров по H14, h14, IT14/2.

2. Неуказанные радиусы скругления 3…5 мм, литейные уклоны 1°.

3. Усадка 2%.

Рисунок 3 - Эскиз оливки

Рисунок 4 - Эскиз стержневого ящика и стержня



Рисунок 5 - Эскиз литейной формы

Последовательность изготовления отливки в песчано-глинистой форме

Для получения полостей литейной формы, соответствующих наружной конфигурации отливки, применяются модели.

Конструктор отливок обязан учесть процесс формирования структуры при затвердевании отливки, ход усадки, внутренние напряжения, главные приемы формовки, технологии формовки, методы заливки приемы очистки литья и т.п. При конструировании модели нужно стремиться к приобретению отливки с наименьшими внутренними напряжениями. Конструктор модели для отливок обязан сторониться острых углов, так как в них главным образом и концентрируются рыхлость и усадочные раковины. Углы нужно округлять, снабжая равномерное охлаждение.

Необходимо модель так сконструировать, чтобы толщина стенок отливки стала размеренной и чтобы конструкция отливки снабжала возможность питания металлом наиболее вспыльчивых мест, обладающих крупной усадкой (сталь, белый чугун, алюминиевая бронха др.), этот запрос имеет особенное значение.

Достижение размеренного затвердевания и последующего остывания отливки является главным условием уменьшения брака и главной задачей для борьбы с вредными напряжениями в отливке.

Очертания, масштабы и толщина стенок отливки должны быть подобраны так, чтобы целиком была исключена вероятность получения брака по вине неудачных конструкций.

При изготовлении модели вначале по чертежу детали делается чертеж отливки (рис. 3), размеры которой должны быть увеличены по отношению к размерам детали на величину припусков для механической обработки. Чертеж отливки (рис. 3) отличается от детали наличием литейных радиусов и уклонов, необходимых для предохранения песчано-глинистой формы от разрушения при извлечении из нее модели. По чертежу отливки делается чертеж модели, размеры которой по отношению к размерам отливки должны быть увеличены на величину припуска для усадки металла. В верхней части литейной формы предусматриваем четыре отверстия для заливки металла (литники) с воронками (литниковые чаши). Элементы литниковой системы - литниковая чаша, литниковый стояк, шлакоуловители и питатели, образуются также при помощи соответствующих моделей. Жидкий металл из разливочного ковша поступает в литниковую чашу, которая служит для уменьшения ударного воздействия струи и частичного отделения шлака, а затем последовательно заполняет литниковый стояк, канавки шлакоуловителей и питатели. Питатель представляет собой канал (или систему каналов), примыкающий к полости формы и служащий для непосредственного заполнения формы. Воздух и газы, образующиеся при заливке формы жидким металлом, удаляются через выпор.

Одним их важнейших условий получения качественной отливки является правильное устройство литниковой системы. Литниковая система служит для плавного подвода жидкого сплава в полость литейной формы и питания отливок в процессе кристаллизации. Место подвода сплава к отливке во многом определяет ее плотность, внешний вид и образование различных литейных пороков. Выбор литниковой системы, обеспечивающей получение отливок хорошего качества, является наиболее сложной частью литейной технологии. Правильно построенная литниковая система должна обеспечивать хорошее заполнение, формы металлом и питание отливки в процессе ее затвердевания, способствовать получению отливки с точными размерами, без поверхностных дефектов (засоров, ужимин, шлаковых включений и др.), способствовать направленному затвердеванию отливки, расход металла на литниковую систему должен быть минимальным.

Литниковая воронка для мелких отливок и литниковая чаша - резервуар для крупных отливок предназначены для приема струи металла, вытекающего из ковша, и задержания шлака, попадающего вместе с металлом в чашу.

Песчано-глинистые формы изготавливаются сырыми или сухими. Для изготовления мелких тонкостенных отливок применяются сырые формы, а для крупных - сухие.

Литейная усадка большинства сплавов колеблется в пределах 0,7 - 2,2% (углеродистой стали 1,2 - 2,2 %, серого чугуна 0,7 - 1,3 %, силумина 1 - 1,2 %, магниевых сплавов 1 - 1,6%, бронзы 1 - 1,5 %). Так как данную втулку отливаем из чугуна, то усадка составит 0,7 - 1,3%.

Внутренние отверстия в отливке образуются стержнями (рис. 3), установка и фиксация которого в форме обеспечивается фасонными выступами - знаками стержня. Скрепление частей формы перед заливкой осуществляется струбцинами, скобами, наложением грузов или другими способами. отливка штамповка глинистый

После получения отливки для получения готовой детали производим обработку заготовки на токарно-винторезном станке, а также сверлим отверстия на сверлильном станке согласно размеру чертежа.

Задание 2.

Разработка технологического процесса горячей объемной штамповки

Цель работы: закрепить знания, полученные на теоретических занятиях по обработке металлов давлением. Разрабатывать технологический процесс получения поковки горячей объемной штамповкой на кривошипном горячештамповочном прессе в открытом штампе.

Задание

1. В соответствии с вариантом задания начертить эскизы заданной готовой детали, поковки и открытого штампа.

2. Выбрать температурный интервал обработки.

3. Определить время нагрева заготовки.

4. Произвести расчет параметров горячей объемной штамповки.



Рисунок 6 - Втулка (сталь 18ХГТ). Производство массовое

Решение

1. Сущность метода горячей объемной штамповки

Горячая объёмная штамповка - это вид обработки материалов давлением, при котором формообразование поковки из нагретой заготовки осуществляют с помощью специального инструмента - штампа. Течение металла ограничивается поверхностями плоскостей, изготовленных в отдельных частях штампа, так что в конечный момент штамповки они образуют единую замкнутую плоскость (ручей) по конфигурации поковки.

В качестве заготовок для горячей штамповки в подавляющем большинстве случаев применяют прокат круглого квадратного, прямоугольного профилей, а также периодический. При этом прутки разрезают на отдельные заготовки, хотя иногда штампуют и от прутка с последующим отделением поковки непосредственно на штамповочной машине. Заготовки отрезают от прутка различными способами: на кривошипных пресс-ножницах, газовой резкой и т д.

По сравнению с ковкой штамповка имеет ряд преимуществ. Горячей объёмной штамповкой можно получать без напусков поковки сложной конфигурации, которые ковкой изготовить без напусков нельзя, при этом допуски на штамповочную поковку в 3 - 4 раза меньше, чем на кованную. В следствие этого значительно сокращается объём последующей механической обработки, штамповочные поковки обрабатывают только в местах сопряжения с другими деталями, и эта обработка может сводиться только к шлифованию.

Производительность штамповки значительно выше - составляет десятки и сотни штамповок в час.

В то же время штамповочный инструмент - штамп - дорогостоящий инструмент и является пригодным только для изготовления какой-то одной, конкретной поковки. В связи с этим штамповка экономически целесообразна лишь при изготовлении достаточно больших партий одинаковых поковок.

Кроме того, для объёмной штамповки поковок требуется гораздо больше усилий деформирования, чем для ковки таких же поковок. Поковки массой в несколько сот килограммов для штамповки считается крупными. В основном штампуют поковки массой 20 - 30 килограмм. Но благодаря созданию мощных машин в отдельных случаях штампуют поковки массой до трёх тонн.

Горячей объёмной штамповкой изготовляют заготовки для ответственных деталей автомобилей, тракторов, сельскохозяйственных машин, самолётов, железнодорожных вагонов, станков и так далее.

Конфигурация поковок чрезвычайно разнообразна, в зависимости от неё поковки обычно разделяются на группы. Например, штампованные поковки, можно разделить на 2 группы: удлинённой формы, характеризующиеся большим отношением длинны к ширине, и круглые или квадратные в плане.

Наличие большого разнообразия форм и размеров штампованных поковок, а также сплавов, из которых их штампуют, обуславливает существование различных способов штамповки.

Так как характер течения металла в процессе штамповки определяется типом штампа, то этот признак можно признать основным для классификации способов штамповки. В зависимости от типа штампа выделяют штамповку в открытых штампах и в закрытых штампах.

Штамповка в открытых штампах характеризуется переменным зазором между подвижным и неподвижным частями штампа. В этот зазор вытекает заусенец (облой), который закрывает выход из полости штампа и заставляет металл целиком заполнить всю полость. В конечный момент формирования заусенец выжимаются излишки металла, находящийся в плоскости, что позволяет не предъявлять особо высоких требований к точности заготовок по массе. Заусенец затем обрезается в специальных штампах. Штамповкой в открытых штампах получают поковки всех типов.

Штамповка в закрытых штампах характеризуется тем, что полость штампа в процессе деформирования остаётся закрытой. Зазор между подвижной и не подвижной частями штампа при этом постоянный и большой, так что образование заусенца в нём не предусматривается. Устройство таких штампов зависит от типа машины, на которых штампуют. Закрытый штамп может быть с одной или двумя взаимно перпендикулярными плоскостями разъёма, то есть состоять из трёх частей.

При штамповке в закрытых штампах надо строго соблюдать равенство объёмов заготовки и поковки, иначе при недостатке металла не заполняются углы полости штампа, а при избытке размер поковки по высоте будет больше нужного. Значит, процесс получения заготовки усложняется, поскольку отрезка заготовок должна сопровождаться высокой точностью. Существенным преимуществом штамповки в закрытых штампах является уменьшение расхода металла, поскольку нет отхода заусениц. Поковки, полученные в закрытых штампах, имеют более благоприятную микроструктуру, так как волокна обтекают контур поковки, а не прорезаются в месте выхода металла заусениц. При штамповке в закрытых штампах металл деформируется в условиях всестороннего неравномерного сжатия при больших зажимающих напряжениях, чем в открытых штампах. Это позволяет получить большие степени деформации и штамповать малопластичные сплавы.

К закрытой штамповке можно отнести штамповку выдавливанием и прошивкой, так как штамп в этих случаях выполняют по типу закрытого и отхода металла заусениц не предусматривает. Деформирование металла при горячей штамповке вдавливанием и прошивкой происходит так же, как при холодном прямом и обратном выдавливании.

2. Штамповка на кривошипных горячештамповочных прессах (КГШП).

Кривошипные горячештамповочные прессы КГШП (рис. 7) успешно заменяют и во многих случаях по технологическим возможностям превосходят паровоздушные штамповочные молоты с массой подающих частей до 10 тонн. КГШП характерно то, что усилие, возникающее при штамповке, воспринимается массивной станиной. На станине пресса установлен электродвигатель. На его валу закреплён шкив, от которого крутящий момент через клиноременную передачу передаётся маховику, закреплённому на приёмном валу. На другом конце этого вала насажано малое зубчатое колесо, находящееся в зацеплении с большим зубчатым колесом со встроенной в него пневматической муфтой включения. Большое зубчатое колесо с муфтой расположено на коленчатом валу, который при вращении приводит в движение шатун с ползуном в направляющие стороны.

Для остановки вращения кривошипного вала после включения муфты служит тормоз. Стол пресса, установленный на наклонной поверхности, может перемещаться клином и тем самым в незначительных пределах регулировать высоту штамповочного пространства. Для обеспечения удаления поковки из штампа пресса имеется выключатели в столе и ползуне. Выталкиватели срабатывают при ходе ползуна вверх. Остановка моховика производится тормозом при включенном электродвигателе.



Рисунок 7 - Кинематическая схема КГШП:

1 - ползун; 2 - тормоз; 3 - шкив; 4 - электродвигатель; 5 - приёмный вал; 6 - малое зубчатое колесо; 7 - большое зубчатое колесо; 8 - пневматическая функциональная дисковая муфта; 9 - кривошипный вал; 10 - шатун; 11 - стол пресса; 12 - клин

В отличие от молотов прессы имеют жёсткий график движения ползуна, полный ход которого вверх и вниз одинаков и равен удвоенному радиусу кривошипа. В связи с этим при многоручьевой штамповке невозможно применить протяжной, подкатной, отрубной ручьи. Поковки, требующие использования указанных ручьёв штампуют на КГШП из заготовок периодического проката или предварительно фасонированных на ковочных пальцах. Скорость ползуна в момент соприкосновения верхней части штампа с заготовкой равна 0,3 - 0,8 м/с, то есть в несколько раз меньше скорости базы молота в момент удара. Так как деформация выполняется в каждом ручье за один ход пресса, заготовки должны быть чистыми от окалины во избежание порчи поверхности паковки.

Постоянство величины хода ползуна, большая точность его движения в мощных регулируемых направляющих станины пресса, применение штампов с направляющими колонками и выталкивателями для принудительного удаления поковок обеспечивает большую точность изготовления поковок, с меньшими штамповочными уклонами, припусками, допусками и расходом металла, чем при штамповке на молотах. Выталкиватели размещают в вертикальных отверстиях ручьевых вставок штампа. Во время штамповки рабочей поверхности выталкивателей составляют часть поверхности ручьёв. При обратном ходе ползуна специальный механизм в штампе, приводимый в действие от выталкивателя пресса, поднимает ручьевые выталкиватели, которые выбрасывают поковку из ручья.

Для исключения заклинивания и поломки пресса открытые штампы на КГШП не смыкаются на величину заусенца, из-за отсутствия ударов служат больше молотовых. На КГШП используют штампы сборной конструкции с ручьевыми вставками, которые при износе заменяют. Наличие выталкивателей обеспечивает удобство штамповки в закрытых штампах выдавливанием и прошивкой. При выдавливании заготовку устанавливают в полость штампа и осаживают в этой полости с одновременным истечением части металла за её пределы. КПД прессов примерно в 2 раза выше КПД молотов. Прессы совершают 35 - 90 ходов в мин., то есть примерно столько, сколько 4 эквивалентных им по мощности молота. Штамповка на прессе в 1,5 - 3 раза производительней, чем на молоте, и её легче механизировать и автоматизировать.

Рисунок 8 - Эскиз детали

Назначаем припуски на механическую обработку и допуски на номинальные поковочные размеры согласно ГОСТ 7829-70:

диаметр 40 мм - не пробивается;

диаметр 60 мм - 14 ± 2 мм, получаем размер 46 ± 2 мм;

диаметр 80 мм - 9 ± 4 мм, получаем размер 89 ± 4 мм;

диаметр 158 мм - 13 ± 4 мм, получаем размер 171 ± 4 мм;

диаметр 110 мм - 14 ± 2 мм, получаем размер 96 ± 2 мм;

высота 160 мм - 13 ± 4 мм, получаем размер 173 ± 4 мм.

Получаем размеры поковки, эскиз которой приведен на рис. 9.

Рисунок 9 - Эскиз поковки

Масса металла, необходимая для изготовления поковки:

Массу исходного металла определим по формуле:

где Gисх - масса исходного металла, кг;

Gпок - масса поковки, кг;

Gотх - масса отходов на обсечку и выдру, кг;

Gуг - масса отходов на угар, кг;

Gо - масса облоя, кг.

Потери металла с окалиной (угар) в кузнечном производстве - явление неизбежное. Принимаем, что угар составляет 3% от массы поковки.

Выдра - это отход металла, который образуется при пробивке отверстия в поковке.

Обрубки - неизбежный отход при любом технологическом процессе ковки. Они, как правило, получаются с концов поковки и величина их зависит от форма и размеров сечения. Отходы с обрубков можно принимать в процентах от массы поковки.

В задании отходы с обрубков не принимаются во внимание, так как заготовки изготавливаются в заготовительном цехе из круглого проката на механических ножницах. Значит, потери металла на отходы будут только в виде выдры при пробивке отверстия.

Массу облоя принимаем равной 12% от массы поковки.

Получим

В качестве заготовки выбираем круг стальной горячекатаный диаметром 85 мм по ГОСТ 2590-71.

Определим длину заготовки:

Принимаем длину заготовки .

Определим коэффициент использования материала:

Заданная деталь (рис. 3) изготовлена из конструкционной легированной стали 18ХГТ. Температура начала ковки 1250 °С, конца - 800 °С.

Время выдержки заготовки в печи определим по формуле Н.Н. Дорбохотова

где Т - общее время нагрева, включая выдержку, ч;

К - коэффициент, учитывающий степень легирования стали, принимаем равным 20 для легированной стали;

б - коэффициент, зависящий от способа укладки заготовок в печи, принимаем равным 2 для плотно уложенных заготовок (массовое производство);

Д - диаметр заготовки (размер стороны);

Необходимое усилие деформирования определим по формуле:

где Рд - усилие деформирования, кг

z - коэффициент, учитывающий условия деформирования;

m - коэффициент, учитывающий объем заготовки;

k - удельное давление деформирования (для конструкционных сталей принимается равным 6000 кг/см 2);

F - площадь проекции штампуемой поковки на плоскость разъема штампа, см 2;

Усилие пресса для обрезки облоя определяется по формуле

где Ро - усилие пресса, кг;

n - коэффициент, учитывающий притупление режущих кромок, n = 1,6;

уср - предел прочности материала поковки на срез, уср = 0,8уВ, кг/мм 2,

Fср - площадь среза, мм 2, подсчитывается как:

где Z - периметр обрезаемого слоя, мм;

h = 3 - 4 мм - толщина облоя;

Штамповку детали произведем в открытом штампе (рис. 10).

Рисунок 10 - Эскиз открытого штампа:

1 - верхняя половина штампа; 2 - нижняя половина штампа; 3 - конфигурация поковки; 4 - магазин; 5 - мостик

При контроле готовых поковок производят их внешний осмотр, выборочно измеряют геометрические размеры, твёрдость по Бринелю. Размеры контролируют универсальными измерительными инструментами: штангенциркулями, штангенвысотомерами, штангенглубиномерами и др. и специальными инструментами: скобами, шаблонами и контрольными приспособлениями. Несколько поковок из партии иногда подвергают металлографическому анализу и механическим испытаниям. Внутренние дефекты в поковках определяют ультразвуковым методом контроля и рентгеноскопией.

Результаты расчетов поковки приведены в табл. 1.

Таблица 1 - Результаты расчетов

Наименование параметра	Числовое значение
Способ производства	массовое
Масса детали Gд, кг	4,832
Масса поковки Gп, кг	8,226
Масса исходной заготовки Gз, кг	11,669
Коэффициент использования металла КИМ, %	70,5
Температурный интервал нагрева заготовки t, °С	1250 - 800
Время нагрева заготовки в печи Т, ч	2,706
Усилие деформирования Рд, кг	1982880
Усилие пресса на обрезку облоя Ро, кг	200448

Список использованной литературы

1. Дриц М.Е., Москалев М.А. Технология конструкционных материалов и материаловедение - М., 1990. - 447 с.: ил.

2. Пейсахова А.М., Кучер А.М. Материаловедение и технология конструкционных материалов. Учебник. - СПб.: Изд-во Михайлова В.А., 2003.- 407с.

3. Технология конструкционных материалов и материаловедение: Метод. указания и контрольные задания для студентов машиностроительных специальностей заочной формы обучения для высших учебных заведений / Под ред. Л.Н. Бухаркина. - М.: Высш. шк., 1984. - 87с., ил.

4. Технология конструкционных материалов: Учебник / Г.А. Прейс, Н.А. Сологуб, И.А. Рожнецкий и др. - К.: Высш. шк., 1991. - 391 с., ил.

5. Технология конструкционных материалов: учебник для вузов под редакцией А.М. Дальского - М: Машиностроение 1997 - 664 с, ил.

Размещено на Allbest.ru

...