Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Федеральное агентство по образованию Российской Федерации
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Тульский государственный университет»
Кафедра СЛ и ТКМ
КОНТРОЛЬНО – КУРСОВАЯ
По дисциплине «Технология конструкционных материалов»
|
Выполнила: |
|
|
Проверил: |
Тула 2012
1. Изложите сущность процесса волочения и укажите области его применения. Изобразите схему процесса. Опишите типы волочильных станков. Укажите условия, необходимые для успешного ведения процесса.
Сущность процесса волочения заключается в протаскивании обрабатываемой заготовки через отверстие, размеры которого меньше размеров сечения исходной заготовки (рис. 1, а). При волочении площадь поперечного сечения заготовки уменьшается, приобретая постоянное сечение по всей длине, а длина увеличивается. Отношение полученной длины l к первоначальной l0называется вытяжкой.
Рис. 1. Схема волочения: а — прутка; б — трубы на длинной оправке; в — трубы на несмещающейся оправке; г — трубы на плавающей оправке; д — трубы без оправки
Коэффициент вытяжки μ = l / l0 = F0 / F, величина которого в первых и последних проходах составляет 1,15 ÷ 1,25, при промежуточном волочении допускают 1,30 ÷ 1,45, а обжатие (обжатие определяется формулой φ = F0 — F / F0ּ100%, где F0 — исходное сечение, F — полученное сечение. При калибровке оно бывает 8—12%.) до 30—35%. При волочении труб на длинной оправке (рис. 1, б) коэффициент вытяжки можно довести до 1,8.
Усилие Р, потребное при волочении, называется усилием волочения. Отношение Р к площади поперечного сечения, получаемого после волочения, называется напряжением волочения, которое должно быть меньше предела текучести обрабатываемого металла, иначе выходящий из отверстия волоки пруток будет утрачивать форму и размеры, полученные в отверстии волоки.
Волочение осуществляется в холодном состоянии, поэтому оно вызывает физическое упрочнение (наклеп) металла. Для восстановления первоначальных свойств применяют термообработку (отжиг), которая необходима при волочении в несколько переходов, а также в окончательной продукции.
Волочильный инструмент изготовляют из инструментальной стали, твердых сплавов, а для получения проволоки размером меньше 0,5 мм иногда применяют волоки из естественного алмаза.
Основная часть волоки называется волочильным глазком, или матрицей, и представляет собой рабочее отверстие постепенно уменьшающегося сечения, через которое протягивается металл. Волока с одним отверстием называется фильером, с несколькими — волочильной доской.
Для уменьшения трения при волочении применяют обильную смазку, различные предварительные покрытия, например, омеднение, которое снижает коэффициент трения, а следовательно, и усилие волочения, а также предохраняет поверхность от задира волочильным инструментом; для снижения усилия волочения применяют также роликовую матрицу (рис. 2, а).
Рис. 2. Роликовая матрица и фасонные профили.
Передний конец исходной заготовки перед волочением вытягивается (заостряется) с тем, чтобы он прошел через отверстие полоки и его можно было захватить тянущим устройством. Для волочения применяют декапированный металл — отожженный и протравленный.
Обычно волочение применяют при изготовлении проволоки размером меньше 5 мм; при получении тонкостенных труб (рис. 1, б — д), при калибровке и получении высокого качества поверхностей горячекатанных прутков размером до 150 мм (круг, квадрат); при производстве сложных фасонных профилей (рис. 2, б) для изготовления деталей, которые раньше обрабатывались резанием на станках.
Оборудование, на котором осуществляют волочение, называют волочильными станами. Волочильные станы по принципу работы тянущих устройств подразделяются на две группы: с прямолинейным движением тянущих устройств — цепные, реечным винтовые и с наматыванием обрабатываемого металла на барабан барабанные.
1. Разработайте технологический процесс изготовления детали (рис.31) методом холодной листовой штамповки. При выполнении работы следует: установить технологические операции, необходимые для получения детали; определить размеры заготовки; установить вид исходного материала, привести его химический состав и механические свойства; привести схему раскроя и определить коэффициент использования материала; определить технологические зазоры между пуансоном и матрицей при вырубке и пробивке; выбрать штамп и указать последовательность выполняемых на нем операций; привести схему штампа и описать его работу; установить способ подачи заготовки в штамп; определить усилия на операциях; привести схему оборудования и описать его работу. Материал детали - сталь 20.
Материал: сталь 20 ГОСТ 1050-88 - Сталь конструкционная углеродистая качественная с содержанием углерода 0.17-0.24 %. Этот сплав хорошо сваривается и обрабатывается резанием, а также давлением в холодном состоянии. Эти свойства доказывают целесообразность использования холодной штамповки для изготовления этой детали.
Сортамент: лист толщиной 2 мм ЛИСТ
Технологический процесс: в данном случае наиболее целесообразно применять холодную штамповку.
Холодная штамповка - это процесс формообразования поковок или готовых изделий в штампах при комнатной температуре.
Масса детали:
M = S*H*, где S – площадь детали, мм2 ; H – толщина, мм; - плотность, г/мм3
=
=
(30-20)200
(40-20)00
1004000
S = 2
M = SH = 5,45408
Определим технологические зазоры между пуансоном и матрицей при вырубке и пробивке: при обычной вырубке и пробивке стали при толщине материала 2 мм наименьший (номинальный) двусторонний зазор составляет 0,06 мм.
Штамп - деформирующий инструмент, под воздействием которого материал или заготовка приобретает форму и размеры, соответствующие поверхности или контуру этого инструмента. Основными элементами штампа являются пуансон и матрица.
Конструкция данного штампа включает пуансоны для пробивки отверстий диаметром 10 мм и 16 мм, а также пуансон для вырубки наружного контура детали.
Этот штамп является последовательным многооперационным штампом, который предназначен для штамповки деталей из листового материала. Изготовление заготовки проходит в несколько этапов: сначала пробиваются отверстия диаметром 10 мм и 16 мм, затем получают наружный контур детали.
Деталь представляет собой плоскую фигуру, поэтому она может быть изготовлена из листового материала с помощью штампа.
Маршрут изготовления изделия:
Определяем ширину полосы с боковым прижимом:
В = А + 2а + Δш + 2,5 , (5)
где А = 140 мм – размер вырубаемой заготовки поперек полосы;
а = 2,5 мм – наименьшая боковая перемычка ;
в = 2,5 мм – междетальная перемычка;
Δш = 0,8 мм – односторонний допуск на ширину полосы
В = 140 + 22,5 + 0,8+2,5 = 148,3 мм.
Шаг подачи заготовок определяем из геометрических построений. При поперечном раскрое – t = 72,5 мм
Далее выбираем размер листа с таким расчетом, чтобы ширина полосы была кратна ему (или близка к этому). С помощью таблицы размеров тонколистового проката выбираем лист размером 1200 х 2000 мм. При поперечном варианте раскроя листа и полосы количество полос из листа: 2000:148,3 = 13,5; количество заготовок из полосы: 1200:72,5 = 16,6; тогда количество заготовок из листа: 13
Получаем коэффициент использования материала:
Где SА - площадь детали, мм2;
SЛ - площадь листа, мм2;
n - количество деталей, полученных из листа.
В результате получаем:
Проанализируем продольный раскрой:
при продольном варианте раскроя листа и полосы количество полос из листа: t=148,3 мм. 1200:145,8 = 8,23 ; количество заготовок из полосы: 2000:72,5 = 25,59; тогда количество заготовок из листа: 8
Получаем коэффициент использования материала:
Таким образом, поперечный раскрой более экономичен, так как при этом раскрое коэффициент использования материала больше, чем при поперечном. Тип раскроя – однорядный.
Приведем схему для продольного раскроя материала :
Исходя из конструкции штампа, базирование заготовки осуществляется с помощью шагового ножа и направляющих планок штампа.
Наибольшую точность обеспечивает совпадение конструкторской и технологической баз. В данном случае будет трудно обеспечить высокую точность, так как последовательный штамп предполагает движение заготовки от пуансона к пуансону, что, естественно, увеличивает погрешность изготовления детали.
Режимы обработки представляют собой совокупность параметров, определяющих условия, при которых изготавливаются изделия.
Штамп последовательного типа обеспечивает среднюю или пониженную точность штамповки (5-8 классы точности), обеспечивает повышенную производительность благодаря автоматической передачи заготовки с операций на операцию. Штамп последовательного действия предполагает сначала пробивку отверстий, а затем вырубку по контуру. Вырубка и пробивка являются операциями отделения части листа по замкнутому контуру в штампе, после которых готовая деталь и отход проталкиваются в матрицу.
Для детали, получаемой штамповкой, расчет режимов заключается в определении усилий штамповки. Полное усилие штамповки складывается из усилий пробивки, вырубки, снятия и проталкивания детали.
Условие пробивки определяется по формуле:
где L - периметр пробиваемого отверстия, мм;
h - толщина детали, мм;
σср - сопротивление срезу, МПа.
Из таблицы находим: σср =270 МПа.
Таким образом,
Усилие вырубки детали по контуру определяется по той же формуле:
Определение требуемых усилий проталкивания детали (отхода) сквозь матрицу производится по формуле:
;
где Кпр - коэффициент проталкивания. Для стали Kпр =0,04
;
Аналогично определяется усилие снятия отхода (детали) с пуансона:
,
где Kсн - коэффициент проталкивания. Для стали Kсн =0,035
;
Полное усилие штамповки найдем по формуле:
где 1,3 - коэффициент запаса на усиление пресса.
Для данной детали получим полное усилие штамповки:
Технологическая оснастка представляет собой дополнительные устройства, применяемые для повышения производительности труда, улучшения качества.
Для изготовления детали , исходя из имеющегося оборудования, целесообразно применять штамп последовательного действия, когда вырубка отверстий и контура детали производится последовательно, что позволяет использовать простую конструкцию штампа, а в качестве оборудования по технологическому процессу требуются гильотинные ножницы и механический пресс.
Гильотинные ножницы представляют собой станок для резки бумажных кип, металлический листов и т.д., в котором один нож неподвижно закреплен в станине, а другой, поставленный наклонно, получает возвратно-поступательное движение.
Главными параметрами, который является наиболее показательным для выбираемого оборудования и который обеспечивает выполнение режимов, предусмотренных технологическим процессом, для пресса является усилия штамповки, прессования, а для гильотинных ножниц - наибольшая толщина разрезаемого листа и его ширина.
Таблица 3
Характеристики ножниц К10.1.15.01
|
Характеристика |
Значение |
|
Наибольшая толщина разрезаемого листа, мм |
3 |
|
Наибольшая ширина разрезаемого листа, мм |
2500 |
|
Длина полосы, отрезаемой по заднему упору, мм |
630 |
|
Мощность двигателя главного движения кВт |
5,5 |
|
Масса кг |
3500 |
Рассчитанное усилие штамповки Рп=165,8 кН выбираем пресс таким образом, чтобы его номинальное усилие превышало значение требуемого усилия штамповки.
Таблица 4
Характеристики пресса КД2124Г
|
Характеристика |
Значение |
|
Номинальное усилие, кН/т |
250/25 |
|
Расстояние между столом и ползуном, мм |
280 |
|
Мощность двигателя главного движения, кВт |
2,5 |
|
Размер стола ширина/длинна, мм |
420/560 |
|
Ход ползуна, мax/min, мм |
80/5 |
Схема штампа для пробивки и вырубки:
В штампе используется пуансон усиленный с буртиком для пробивки отверстий от 5 до 26 мм с применением прокладки (ГОСТ 16623-71).
В матрице имеются 2 типа отверстий: IV типа с цилиндрическим уширением – для пробивки отверстий диаметром до 25 мм с высотой шейки h=8 мм, и I типа с шейкой – для вырубки деталей сложной формы, с высотой шейки h=8 мм
Схема штампа и раскроя заготовок на листе:
2. Изобразите схему и опишите сущность процесса контактной шовной (ролико вой) сварки. Начертите и опишите циклограмму процесса шовной сварки. Объясни те, за счет чего металл ядра в месте контакта заготовок доводится до жидкопластичного состояния. Разработайте процесс сварки бензобака (рис. 41) из стали марки СтЗ. Производство массовое. Укажите подготовку заготовок под сварку. По толщине свариваемых заготовок выберите тип машины и укажите ее техничес кие данные. Рассчитайте площадь контактной поверхности электрода (для случая отсутствия вращения ролика). По значениям (А/мм ) и (мН/м ) определите сварочный ток и усилие, приложенное на роликах, время сварки изделия. Укажите возможные дефекты и причины их возникновения.
Шовная (роликовая) сварка – разновидность контактной сварки, при которой заготовки соединяются непрерывным или прерывистым швом, состоящим из отдельных сварных точек, в результате приложения усилия сжатия и подвода тока к вращающимся дисковым электродам (роликам).
Сущность процесса: Заготовки накладывают друг на друга и зажимают обычно между двумя дисковыми электродами усилием сжатия Fсв (P). При подаче тока металл в зоне контакта деталей по оси электродов начинает нагреваться и расплавляться. По мере движения (прокатывания) заготовок между дисковыми электродами образуются новые сварные точки, перекрывающие или не перекрывающие друг друга. Как и при точечной сварке, не требуются специальные средства защиты расплава от взаимодействия с атмосферой.
Рисунок. Схема шовной (роликовой) сварки
В зависимости от характера перемещения деталей и подачи сварочного тока различают следующие способы шовной сварки:
Непрерывная сварка выполняется сплошным швом при постоянном протекании тока, непрерывном движении заготовок, а также при постоянном давлении дисковых электродов на свариваемые поверхности. Она получила ограниченное применение из-за быстрого износа роликов и сильного перегрева контактирующих с ними поверхностей деталей. Важное значение при непрерывной сварке имеют тщательная зачистка свариваемых поверхностей, одинаковая толщина и однородность состава соединяемых изделий.
Рисунок. Циклограмма непрерывной шовной сварки
Наиболее распространена прерывистая шовная сварка, осуществляемая при импульсной (прерываемой) подаче тока, непрерывном перемещении заготовок и постоянном давлении роликов. При каждом импульсе сварочного тока формируется единичная литая зона. Для образования герметичного шва с перекрывающимися сварными точками подбирается определенное соотношение скорости вращения дисковых электродов и частоты импульсов тока.
Рисунок. Циклограмма прерывистой шовной сварки
При шаговой шовной сварке к роликам прикладывается постоянное давление, детали перемещаются прерывисто (пошагово), а ток подается только во время остановки роликов. При этом контактируемые поверхности роликов и заготовок меньше перегреваются. Однако машины для данного способа сварки конструктивно сложнее и менее производительны.
Рисунок. Циклограмма шаговой шовной сварки
Типы соединений для роликовой сварки выбирают с учетом толщины и материала заготовки, а также условий работы изделия.
При изготовлении сосудов предпочтительнее соединение с отбортовкой. При таком соединении деталь во время сварки не вводится в сварочный контур машины, следовательно, сохраняется постоянной величина силы сварочного тока.
Введение в сварочный контур машины магнитных материалов, например, заготовок из малоуглеродистых сталей, вызывает рост индуктивного сопротивления, в результате чего уменьшается сила сварочного тока. Ширина отбортовки для стальных заготовок толщиной 1 – 2 мм находится в пределах 12 – 18 мм. Широко применяют соединение внахлестку, которое при роликовой сварке обеспечивает высокую прочность и плотность швов. Величину нахлестки берут в пределах 10 – 18 мм.
Рекомендуемые параметры режима непрерывной роликовой сварки следующие:
1. Диаметр отдельных точек (в мм), зависящий от толщины свариваемых деталей, определяется:
= 2 · S + 2 ;
=2·6+2 = 14 мм,
где S – толщина более тонкой из свариваемых деталей, мм.
2. Площадь контакта F, :
F = 6·1200 = 7200
3. Сила сварочного тока I (в A) зависит от плотности тока и площади контакта электрод-деталь и определяется по формуле:
I = F · J
4. Шаг точек а (в мм) определяется из уравнения:
a = (0,5 – 0,7) · ;
а = 0,6·14 = 8,4 мм.
Уравнение приведено для плотных швов; в неплотных швах точки могут не перекрываться и для получения плотного шва расстояние между центрами сварных точек при больших скоростях сварки берётся не более 2-3 мм (шаг точек).
5. Скорость сварки VСВ (в м/мин) определяется по формуле:
= 2f ·60 · a / 1000 ,
= 2·50·60·8,4/1000 = 50,5 м/мин
где f = 50 – частота тока, Гц;
а – шаг точек, мм.
6. Усилие сжатия РСЖ (в кгс) определяется:
= р · F ,
= 24•7200 = 172800 кгс
где р – удельное, кгс/мм2 (при сварке малоуглеродистой стали толщиной до 3 мм составляет 4 – 12 кгс/мм2). Большие значения соответствуют сварке деталей большей толщины и более жестким режимам.
7. Ширина рабочей контактной поверхности роликовых электродов вЭ (в мм) зависит от толщины свариваемого металла S и определяется:
b = 5 = 12,25 мм
Желательный диаметр электродов 150 – 200 мм, т.к. при меньшем диаметре увеличивается их износ. При сварке металлов толщиной менее 0,5 мм применяют электроды диаметром 40 – 50 мм. Для изготовления электродов для точечной и роликовой сварки используется медь марки М1, кадмиевая, хромистая, берилиевая бронзы и другие сплавы.