Изготовление типовой детали "фланец"

Содержание

Введение

1. Способ изготовления заготовки

2. Исходные данные по детали

3. Данные для расчета припусков и допусков

4. Расчет припусков и кузнечных напусков

5. Расчет размеров поковки и их допускаемые отклонения

6. Техническая характеристика станков

7. Расчет режимов резания и норм времени

Заключение

Список использованных источников



Введение

Фланцы могут быть элементами трубы, фитинга, вала, корпусной детали и т.д. Фланец в виде отдельных деталей чаще всего приваривают или привинчивают к концам соединяемых деталей.

Фланцы применяются для соединения изделий арматуры с трубопроводами, соединения отдельных участков трубопроводов между собой и для присоединения трубопроводов к различному оборудованию. Фланцевые соединения обеспечивают герметичность и прочность конструкций, а также простоту изготовления, разборки и сборки.

Форма уплотнительной поверхности фланца в трубопроводах зависит от давления среды, профиля и материала прокладки. Гладкие уплотнительные поверхности с прокладками из картона, резины и паронита применяются при давлениях до 4 Мн/м2 (40 кгс/см2), поверхности с выступом на одном Фланце и впадиной на другом с асбо-металлическими и паронитовыми прокладками – при давлениях до 20 Мн/м2 (200 кгс/см2), Фланец с конической уплотнительной поверхностью – при давлениях выше 6,4 Мн/м2 (64 кгс/см2).

Целью курсовой работы является: выбор, изготовления типовой детали – фланца, изучение химического состава стали 30ХГС, определение массы детали, определение припусков и кузнечных напусков, разработка технологического маршрута.



1. Способ изготовления заготовки

Так как производство крупносерийное выберем способ изготовления заготовки – горячую объемную штамповку. Штамповочное оборудование – КГШП (кривошипный горячештамповочный пресс).

2. Исходные данные по детали

Материал – сталь 30ХГС; химический состав (по массе) кремний (Si) 0,9÷1,2%, углерод (С) 0,28÷0,35%, марганец (Mn) 0,8÷1,1%, никель (Ni) до 0,3%, сера (S) до 0,035%, фосфор (P) до 0,035%, хром (Cr) 0,8÷1,1%, медь (Cu) до 0,3%; суммарная средняя массовая доля легирующих элементов (Si, Mn, Cr, Ni, Mo, W, V) 1,05+0,95+0,95+0,15 = 3,1%;

— масса детали М>д >= 0,003976×7850 = 31,2кг.

3. Исходные данные для расчета припусков и допусков

—расчетная масса поковки, определяемая по выражению:

М>п. р.>= М>д>×К>р>,

где М>п. р.>– расчетная масса поковки; М>д >– масса детали; К>р> – расчетный коэффициент. К>р> = 2; М>п. р.>= 31,2×2 = 62,4кг.

– класс точности Т2;

– группа стали М2 (сталь со средней массовой долей углерода свыше 0,35 до 0,65% включительно или суммарной массовой долей легирующих элементов свыше 2,0 до 5,0% включительно).

– степень сложности С4. Размеры описывающие поковку геометрической фигуры диаметр 300×1,05 = 315 мм, диаметр 180×1,05 = 189 мм, длина 50×1,05 мм (1,05 – коэффициент увеличения габаритных линейных размеров детали, определяющих положение ее обрабатываемых поверхностей). Масса описывающей фигуры (расчетная), (31,52×3,14×5,25+3,14×5,25×18,92)×7,8 = 157кг. Отношение массы поковки к массе описывающей ее фигуры 62,4/157 = 0,4;

– конфигурация поверхности разъема штампа П – плоская;

–исходный индекс 16.

  1. Припуски и кузнечные напуски

–основные припуски на размеры (на сторону):

диаметр 300 и чистота поверхности 2,5 – припуск 3,2 мм;

диаметр 245 и чистота поверхности 3,2 – припуск 3,0 мм;

диаметр 215 и чистота поверхности 3,2 – припуск 3,0 мм;

диаметр 100 и чистота поверхности 2,5 – припуск 2,7 мм;

диаметр 180 и чистота поверхности 6,3 – припуск 3,0 мм;

толщина 50 и чистота поверхности 6,3 – припуск 2,7 мм;

толщина 50 и чистота поверхности 6,3 – припуск 2,7 мм;

глубина впадины 30 и чистота поверхности 3,2 – припуск 1,9 мм.

– дополнительные припуски, учитывающие:

смещение поковки по поверхности разъема штампа 0,3 мм;

отклонение от плоскости 0,3 мм;

– штамповочный уклон для наружной поверхности – не более 70, принимается 30; для внутренней – не более 70, принимается 70.

  1. Размеры поковки и их допускаемые отклонения

– размеры поковки:

диаметр 300+(3,2+0,3)×2 = 307 мм принимаем 307 мм;

диаметр 245+(3,0+0,3)×2 = 251,6 мм принимаем 252 мм;

диаметр 215+(3,0+0,3)×2 = 221,6 мм принимаем 222 мм;

диаметр 100–(2,7+0,3)×2 = 94 мм принимаем 94 мм;

диаметр 180+(3,0+0,3)×2 = 186,6 мм принимаем 187 мм;

толщина 50+(2,7+0,3)×2 = 53,3 мм принимаем 53 мм;

глубина 30×0,8 = 24 мм.

– допускаемые отклонения размеров:

диаметр 307 мм; диаметр 252 мм; диаметр 222 мм;

диаметр 187 мм; глубина 24 мм; толщина 53 мм; диаметр 94 мм;

– допускаемое отклонение от плоскости 0,6 мм;

– допускаемое отклонение от соосности выемки 24×0,01 = 0,24 мм (допускаемое отклонение от соосности не пробитых отверстий в поковках не более 1% глубины отверстия);

– допускаемая величина остаточного облоя 1,2 мм;

– допускаемая величина на смещение по поверхности разъема штампа 1,0 мм.

В соответствии с точностью размера мм и шероховатостью поверхности Ra = 2,5 мкм выбираем следующий технологический маршрут:

1). Обтачивание черновое, при этом достигается 12 квалитет точности, шероховатость поверхности Rz = 80мкм;

2). Обтачивание чистовое, при этом достигается 10 квалитет точности, шероховатость поверхности Rz = 40 мкм;

3). Шлифование чистовое, при этом достигается 7 квалитет точности, шероховатость поверхности Ra = 2,5 мкм.

Для обработки указанной поверхности в качестве чистовой технологической базы выберем наружную поверхность мм. Приспособление для базирования заготовки – 3-х кулачковый самоцентрирующий патрон.

Для выполнения токарных операций будем использовать токарно-винторезный станок 16К20, для выполнения шлифовальной – круглошлифовальный станок 3М150.

Выберем следующие инструменты:

резец проходной упорный отогнутый Т15К6;

шлифовальный круг 24А 32Н С2 6 К5 А2 ПП 100 м/с;

штангенциркуль ШЦЦ-II-250-0,01.

Расчет припусков.

Общий припуск на обработку поверхности:

номинальный 2Z>ном >= D>заг>– D>дет> = 307 – 300 = 7мм;

максимальный 2Z>max> = D – D = 310,3 – 299,895 = 10,405мм;

минимальный 2Z>min> = D – D = 305,3 – 300 = 5,3мм.

В соответствии с выбранным маршрутом обработки данной поверхности разобьем общий припуск на межоперационные:

припуск на диаметр на чистовое точение при креплении заготовки в патроне равен 2Z>ном> = 0,30мм; на шлифование 2Z>ном> = 0,15мм.

Припуск на черновое точение определим по выражению:

2Z>черн> = 2Z>общ> – (2Z + 2Z ) = 7 – (0,4+0,55) = 6,05мм.

Максимальные и минимальные операционные припуски определим следующим образом:

2Z>i max> = D – D ,

где D – наибольший предельный размер до обработки; D – наименьший предельный размер после обработки на данной операции.

2Z = 310,300 – 300,43 = 9,87мм;

2Z = 300,95 – 300,340 = 0,61мм;

2Z = 300,55 – 299,895 = 0,655мм;

2Z>i min> = D – D ,

где D – наименьший предельный размер до обработки; D – наибольший предельный размер после обработки данной операции.

2Z = 305,300 – 300,95 = 4,35мм;

2Z = 300,430 – 300,350 = 0,08мм;

2Z = 300,340 – 300,000 = 0,34мм;

Результаты всех вычислений запишем в табл. 1

Таблица 1

№

Операция

Получаемый размер

D>max>, мм

D>min>,

мм

2Z,

мм

2Z>max>,

мм

2Z>min>,

мм

0

Штамповка

307

310,300

305,300

—

—

—

1

Токарная, черновая

300,95H22

(-0,520)

300,950

300,430

6,05

9,87

4,35

2

Токарная, чистовая

300,55H20

(-0,210)

300,550

300,340

0,40

0,61

0,08

3

Шлифование

300h7

300,000

299,895

0,55

0,655

0,34

В соответствии с точностью размера 100H7 и шероховатостью поверхности Ra = 2,5 мкм выбираем следующий технологический маршрут:

1). Сверление и рассверливание при этом достигается 11квалитет точности, шероховатость поверхности Rz = 80 мкм;

2). Зенкерование чистовое, при этом достигается 9 квалитет точности, шероховатость поверхности Rz = 40 мкм;

3). Развертывание точное, при этом достигается 7 квалитет точности, шероховатость поверхности Ra = 2,5 мкм;

Для выполнения токарных операций будем использовать станок вертикально-сверлильный 2Н135.

Выберем следующие инструменты:

зенкер насадной со вставочными ножами из быстрорежущей стали.

штангенциркуль ШЦЦ-II-250-0,01.

Расчет припусков.

Общий припуск на обработку поверхности:

номинальный 2Z>ном> = D>отв> – D = 100 – 94 = 6мм;

максимальный 2Z>max> = D – Dmin = 100,035 – 92,8 = 7,235 мм;

минимальный 2Z>min>> >= D – Dmax = 100 – 96,4 = 3,6 мм.

В соответствии с выбранным маршрутом обработки данной поверхности разобьем общий припуск на межоперационные:

Припуск на сверление определим по выражению:

2Z>свер> = 2Z>общ> – (2Z + 2Z ) = 6 – (0,32+0,1) = 5,58мм.

Максимальные и минимальные операционные припуски определим следующим образом:



2Z = D – D ,

где D – наибольший предельный размер после обработки; D – наименьший предельный размер до обработки.

2Z = 99,8 – 92,8 = 7мм;

2Z = 99,987 – 99,58 = 0,407мм;

2Z = 100,035 – 99,9 = 0,135мм.

2Z = D –D ,

где D – наименьший предельный размер после обработки; D – наибольший предельный размер до обработки.

2Z = 99,58 – 96,4 = 3,18мм;

2Z = 99,9 – 99,8 = 0,1мм;

2Z = 100 – 99,987 = 0,013мм.

Таблица 2

№

Операция

Получаемый размер

D>max>,

мм

D>min>,

мм

2Z,

мм

2Z>max>,

мм

2Z>min>,

мм

0

Штамповка

94

96,4

92,8

—

—

—

1

Сверление

99,58H21

(+0,220)

99,8

99,58

5,58

7

3,18

2

Зенкерование

99,9H9

(+0,087)

99,987

99,9

0,32

0,407

0,1

3

Развертывание

100H7

(+0,035)

100,035

100

0,10

0,135

0,013



  1. Наименование

    Значение

    Наибольшая длина обрабатываемого изделия, мм:

    1000

    Высота оси центров над плоскими направляющими станины, мм:

    215

    Пределы оборотов, об/мин

    12,5–1600

    Пределы подач, мм/об

    Продольных

    0,05–2,8

    Поперечных

    0,002–0,11

    Мощность электродвигателя главного привода, кВт

    11

    Наибольший диаметр изделия, устанавливаемого над станиной, мм

    400

    Наибольший диаметр обработки над поперечными салазками суппорта, мм

    220

    Наибольший диаметр прутка, проходящего через отверстие в шпинделе, мм

    50

    Габаритный размеры станка, мм

    Длина

    2795

    Ширина

    1190

    Высота

    1500

    Масса станка, кг

    3005
    Техническая характеристика станков

Таблица 3. Станок токарно – винторезный 16К20

Таблица 4. Станок вертикально – сверлильный 2Н135:

Наименование

Значение

Размеры конуса шпинделя

Морзе 4

Расстояние оси шпинделя до направляющих колонны, мм

300

Расстояние от торца шпинделя, мм:

до стола

до плиты

30–750

700–1120

Наибольшие (установочное) перемещение сверлильной головки, мм

170

Перемещение шпинделя за один оборот штурвала, мм

122,46

Рабочая поверхность стола, мм

450–500

Наибольший ход стола, мм

300

Количество скоростей шпинделя

12

Количество подач

9

Пределы подач, мм/об

0,1–1,6

Мощность электродвигателя главного движения, кВт

4,0

Габарит станка: длина, ширина, высота, мм

1030–835–2535

Масса станка, кг

1200

Таблица 5. Круглошлифовальный станок 3М150:

Наименование

Значение

масса

2600

Габарит станка: длина, ширина, высота, мм

2000–1370–1520

Мощность электродвигателя главного движения, кВт

4,0

макс. скорость шпинделя

2350

Наибольшая длина обрабатываемой детали, мм

360

Наибольший диаметр обрабатываемой детали, мм

100

7. Расчет режимов резания и норм времени

Расчет режимов резания и норм времени выполним для чернового точения: диаметр заготовки D = 300мм, глубина резания t = 1,7 мм, длина L =50мм, материал заготовки – сталь углеродистая конструкционная 30ХГС.

Для выполнения данной операции выберем проходной упорный резец со следующими параметрами: главный угол резца в плане φ = 900; вспомогательный угол резца в плане φ>1 >= 100; главный передний угол γ = 100; угол наклона главной режущей кромки λ =00; сечение державки резца h = 25мм; b = 16мм; угол при вершине резца r = 1,0мм.

Зададим стойкость резца Т = 60 мин. Выберем подачу S = 0,8 мм/об

Рассчитаем скорость резания, определив все необходимые коэффициенты:

C>v>=340; X>v>= 0,15; Y>v>= 0,45; M>v>= 0,20; K>μν>= 1; K>uv>= 1; K>nv>= 0,8; K>φν>= 0,7; K>φ>>1>>v>= 1; K>rv>= 0,94; K>qv>= 1; K>ov>= 1.

Коэффициент K>v> равен:

K>v>=K>μv>×K>uv>×K>nv>×K>φv>×K>φ>>1>>v>×K>rv>×K>qv>×K>ov>= 1·1·0,8·0,7·1·0,94·1·1= 0,53.

Скорость резания равна:

v=C>v>·K>v> /Tmv ·txv ·Syv = 340·0,53/600,20·1,70,15·0,80,45 = 359,6 м/мин.

Частота вращения шпинделя:

n =1000v/πD = 1000·359,6/3,14·300 = 381,7 мин–1.

Уточнив по паспортным данным станка 16К20 ближайшее меньшее значение, примем n = 350 мин–1.

Тогда действительная скорость резания равна:

v= = = 329,7 м/мин.

Рассчитаем составляющую силы резания P>z>.

C>pz>= 300; X>pz>= 1,0; Y>pz>= 0,75; n>pz>= –0,15; K>μpz>=1; K>γpz>= 1; K>λpz>= 1; K>φ>>1>>v>= 1; K>rpz>= 1;

K>φpz>= 0,89;

Коэффициент

K>pz>= K>μpz>× K>φpz>× K>γpz>× K>λpz>× K>rpz>= 1×0,89×1×1×1 = 0,89.

Составляющая силы резания:

P>z>= 10× C>pz>×tXpz×SYpz×vnpz × K>pz>= 10×300×1,7×0,80,75×329,7–0,15×0,89 = 1610H.



Мощность N>рез> потребляемую на резание, определим следующим образом:

N>рез>= = = 8,7 кВт.

Мощность электродвигателя главного привода станка 16К20 N>дв >= 11кВт. Мощность на шпинделе станка с учетом КПД станка равна: N>шп>= N>дв>×η>ст>= 11×0,85 = 9,35 кВт. Условие N>рез>≤ N>шп> выполняется, следовательно, станок выбран верно.

Норма штучного времени состоит из следующих составляющих:

Т>шт >= Т>о>+Т>в>+Т>обс>+Т>отд>,

где Т>о>– норма основного времени; Т>в>– норма вспомогательного времени; Т>обс>– время обслуживания рабочего места; Т>отд>– время на отдых и личные потребности.

Норма основного времени: l>1>+l>2>

Т>о >= (L+l>1>+l>2>)×i/S×n,

где l>1>+l>2 >– величина врезания и перебега инструмента; i – число проходов инструмента, необходимое для снятия припуска.

Величина врезания и перебега инструмента равна 3,5 мм, для удаления припуска необходим один проход инструмента, следовательно:

Т>о >= = 0,25 мин.

Норма вспомогательного времени состоит из времени на установку и закрепление детали в приспособлении t>уст>, времени, связанного с переходом (включение и выключение подачи, подвод и отвод инструмента и т.п.) t>пер>, и времени на контрольные измерения t>изм>.

В случае установки заготовки в патроне, измерении размеров получим:

Т>в >= t>уст>+ t>пер>+ t>изм>= 0,11+0,14+0,08 = 0,33 мин.

Основное и вспомогательное время в сумме дают оперативное время:

Т>оп >= Т>о>+ Т>в >= 0,25+0,33 = 0,58 мин.

Норма штучного времени определиться следующим образом:

Т>шт >= ( Т>в>+ Т>о>)×(1+(а>обс>+а>отд>)/100) = 0,58×(1+0,08) = 1,66 мин.

Диаметр отверстия, которое необходимо получить 100H7. Материал заготовки – сталь углеродистая конструкционная качественная 30ХГС. Глубина резания t = 1,5 мм, длина отверстия 100мм.

Для выполнения этой операции выберем зенкер насадной со вставными ножами из быстрорежущей стали. Диаметр зенкера 100мм и длина рабочей части L= 65мм.

Задаемся стойкостью зенкера Т = 80 мин. Подача S = 1,1 мм/об.

Определим скорость резания по формуле:

v = C>v>·Dq·K>v>/Tm·Sy·tx (1),

где C>v>> >= 18; q= 0,6; x = 0,2; y = 0,3; m = 0,25.

Определим коэффициент K>v> по соотношению:

K>v>> >= K>mv>·K>uv>·K>lv>

где K>lv>> >= 0,8; K>mv>> >= 1,07; K>uv>> >= 1,0; K>v>> >= 0,8·1,07·1 = 0,856.

Из уравнения (1) находим скорость резания:

v = 18·1000,6·0,856/800,25·1,10,3·1,50,2=18·15,8·0,856/2,99·1,029·1,08 = 73 м/мин.

Частота вращения шпинделя:

n = = = 232 об/мин.

Уточненное значение частоты вращения щпинделя по паспортным данным станка 200 об/мин.

Уточненная скорость резания:

v = = = 62,8 м/мин.

Определим крутящий момент M>кр> по формуле:

M>кр>> >= 10C>M >·Dq·tx·Sy·K>p>,

где C>M>> >= 0,09; q = 1,0; x = 0,9; y = 0,8.

M>кр >= 10·0,09·1001·1,50,9·1,10,8·0,75=0,9·100·1,079·1,44·0,75 = 104 Н·м.

Осевая сила определяется по формуле:

P>0 >= 10C>M>> >· tx·Sy·K>p>,

где C>p>> >= 67; x = 1,2; y = 0,65.

P>0 >= 10C>M >· tx·Sy·K>p >= 10·67·1,51,2·1,10,65·0,75 = 868,3 H.

Мощность резания определяют по формуле:

N>e>> >= M>кр>·n/9750 = 104·200/9750 = 2,1 кВт.

Расчет норм времени:

Норма штучного времени состоит из следующих состовляющих:



Т>шт >= Т>о>+Т>в>+Т>обс>+Т>отд>,

где Т>о>– норма основного времени; Т>в>– норма вспомогательного времени; Т>обс>– время обслуживания рабочего места; Т>отд>– время на отдых и личные потребности.

Норма основного времени:l>1>+l>2>

Т>о >= (L+l>1>+l>2>)×i/S×n,

где l>1>+l>2 >– величина врезания и перебега инструмента; i – число проходов инструмента, необходимое для снятия припуска.

Величина врезания и перебега инструмента равна 3,5 мм, для удаления припуска необходим один проход инструмента, следовательно:

Т>о >= = 1,6 мин.

Норма вспомогательного времени состоит из времени на установку и закрепление детали в приспособлении t>уст>, времени, связанного с переходом (включение и выключение подачи, подвод и отвод инструмента и т.п.) t>пер>, и времени на контрольные измерения t>изм>.

В случае установки заготовки в патроне, измерении размеров получим:

Т>в >= t>уст>+ t>пер>+ t>изм >= 0,11+0,14+0,08 = 0,33 мин.

Таким образом, оперативное время составляет:

Т>оп >= Т>о>+ Т>в >= 0,33+1,6 = 1,99 мин.



Заключение

В ходе выполнения курсовой работы был выбран способ изготовления типовой детали – фланца, изучен химический состав стали 30ХГС, были определены масса детали и расчетная масса поковки, определены класс точности (Т2), группа стали (М2) и степень сложности (С4). Назначены припуски и кузнечные напуски, установлены размеры поковки и их допускаемые значения. Разработан технологический маршрут для внутренней и внешней поверхностей детали, выбраны соответствующие станки и инструменты, рассчитаны режимы резания и норм времени.

В состав курсовой работы входят следующие чертежи:

– чертеж фланца;

– чертеж заготовки;



Список использованных источников

  1. Методические указания к оформлению расчетно – проектных, расчетно – графических работ, курсовых и дипломных проектов [Текст] / Воронеж. гос. технолог. акад.; Сост. Ю.Н. Шаповалов, В.Г. Савеников, Е.В. Вьюшина. Воронеж, 2003.– 59 с.

  2. Справочник технолога машиностроителя: В 2 т. Т. 2 [Текст] / Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. – 5-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 2001.– 944 с.

  3. Оформление технологических документов на процессы и операции обработки резанием: Метод. указания к выполнению расчетно – практической работы по курсу «Технологические процессы» [Текст] / Воронеж гос. технолог. акад.; сост. Г.В Попов, Б.А. Голоденко, Ю.М. Веневцев. Воронж, 2003.–28 с.

Список нормативных документов:

  1. ГОСТ 166 – 89. Штангенциркули. Технические условия [Текст].– М.: Изд-во стандартов, 1991.– 18 с.

  2. ГОСТ 18879 – 73. Резцы токарные проходные упорные с пластинами из твердого сплава. Конструкция и размеры [Текст].– М.: Изд-во стандартов, 1974.– 6 с.

  3. ГОСТ 2.105 –95. Общие требования к текстовым документам [Текст]. – М.: Изд-во стандартов, 1996.– 30 с.

  4. ГОСТ 2255 –71. Зенкеры насадные со вставными ножами из быстрорежущей стали. Конструкция и размеры [Текст].– М.: Изд-во стандартов, 1972.– 5 с.

  5. ГОСТ 3.118 – 82. ЕСТД. Формы и правила оформления маршрутных карт [Текст].– М.: Изд-во стардантов, 1984.– 22 с.

  6. ГОСТ 3.1404 –86. ЕСТД. Формы и правила оформления документов на технологические процессы и операции обработки резанием [Текст].– М.: Изд-во стандартов, 1987.– 59 с.

  7. ГОСТ 7505 – 89. Поковки стальные штампованные. Допуски, припуски и кузнечные напуски [Текст]. – М.: Изд-во стандартов, 1990.–54 с.