МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра «Материаловедение в машиностроении»
Расчётно-графическая работа
по курсу «Обработка художественных изделий давлением»
Тема: «Технологический процесс изготовления оконного ограждения из стали Ст3 с использование художественной ковки»
Выполнил студент: Проверил преподаватель:
МТФ гр. ТХ-701 Попелюх А.И.
Гребенькова Н.Е.
Новосибирск 2011
Содержание
Введение....................................................................................................................3
Разработка эскиза изделия.............................................................................4
Выбор материала для изготовления..............................................................4
Расчет массы и размеров исходных заготовок.............................................5
Выбор режимов нагрева и технологического оборудования для нагрева детали...............................................................................................................8
Разработка технологических переходов и выбор технологической оснастки для изготовления отдельных элементов.......................................9
Расчет продолжительности ковки.................................................................12
Выбор режима для окончательного охлаждения деталей..........................13
Описание сборочной операции....................................................................14
Заключение...............................................................................................................17
Список литературы
Приложения
Приложение А. Спецификация к сборочному чертежу
Приложение Б. Сборочный чертеж
Приложение В. Элемент №1
Приложение Г. Элемент №2
Приложение Д. Элемент №3
Приложение Е. Элемент №4
Приложение Ж. Элемент №5
Приложение З. Маршрутная карта
Введение
Художественная ковка черных (железных) сплавов — один из древнейших способов обработки металлов. Его истоки на Руси связаны с производством орудий труда славянскими племенами, населявшими нашу страну в VI — VIII вв. К IX в. н. э. (возникновение Древнерусского государства) с тех пор кузнечное ремесло достигло высокого уровня. Древнерусские кузнецы владели всеми приемами свободной ковки, сварки, термической обработки, горновой пайки медью. При том уровне техники все это требовало от мастера большого опыта и навыка, так как различить, например, сорта стали (мало- и высокоуглеродистой) можно только по цвету и характеру искры или излому, а степень нагрева при ковке, закалке и сварке — по цвету каления (на глаз); о температуре отпуска стали кузнец судил по цветам побежалости и т. п.
Кузнец-ремесленник был не только исполнителем, создающим изделия и владеющим всем комплексом технологических и производственных знаний и навыков, но и творцом, изобретателем конструкции и форм изделий, включая и их художественно-декоративные качества, которые в древнерусских изделиях нераздельно слиты с функциональными и утилитарными особенностями изделий [1].
И в наше время ковка нашла свое широкое применение. Она придает эстетичный вид интерьеру и экстерьеру зданий, прекрасно вписывается в любой дизайн, создавая особый колорит и неповторимость.
Предметы интерьера, выполненные художественной ковкой, такие как столы, столики, стулья, подставки для цветов, каминные принадлежности и многое другое – никогда не выйдут из моды. Ведь это настоящие произведения искусства, которые актуальны в любое время.
1. Разработка эскиза изделия
Рисунок 1.1 — Эскиз оконного ограждения
2. Выбор материала для изготовления
Для кузнечных работ применяются металлы и сплавы, обладающие ковкостью и пластичностью. Из черных металлов этими качествами обладают некоторые марки стали (сталь — это сплав железа с углеродом и другими элементами). По своему строению этот сплав представляет тело, состоящее из кристаллических зерен, связанных между собой силой межкристаллического сцепления. Сталь характеризуется по своему химическому составу, т. е. по содержанию тех элементов, которые в нее входят.
Обязательными компонентами стали являются: железо и углерод, а также кремний, марганец, сера, фосфор. Главным элементом стали является углерод, содержание которого (обычно от 0,1 до 1,7%) и обусловливает характер стали. При содержании углерода до 0,1% сталь очень мягкая, легко куется, хорошо сваривается кузнечным способом, не принимая закалки. В практике такую сталь называют железом.
При содержании углерода от 0,1 до 0,3% и других примесей до 1% сталь называется поделочной. Такая сталь отвечает всем требованиям, которые возникают при художественной ковке.
При содержании углерода от 0,08 до 0,85% получают сталь средней твердости (конструкционная). Она хорошо куется при надлежащем нагреве, хорошо закаливается, плохо сваривается.
При содержании углерода от 0,6 до 1,35% сталь называется высокоуглеродистой или инструментальной. Эта сталь куется значительно труднее, требует очень умелого проведения нагрева перед ковкой и самой ковки при определенных температурах [1].
Для изготовления оконного ограждения была выбрана сталь Ст3 (ГОСТ 380-71 ). Пруток диаметром 10 мм.
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.
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.
Сталь Ст3 не склонна к отпускной хрупкости, нефлокеночувствительна. свариваемость без ограничений.
3. Расчет массы и размеров исходных заготовок
Изделие оконный проем состоит из 16 элементов. Чтобы рассчитать массу всего изделия необходимо вычислить массу каждого элемента в отдельности.
1) Расчет массы заготовки происходит по формуле 1:
m = V*ρ (1)
где
m – масса заготовки, кг;
V – объём заготовки, мм3;
ρ — плотность стали, г/см3;
ρ = 7,8 г/см3
2) Объём изделия по формуле 2:
V = П* r2 *l (2)
где
r – радиус заготовки, мм;
l – длина прутка, мм.
Элемент №1
l1 = 2100 мм (в конструкции таких элемента 2);
V1 = 3,14*52*2100 = 164850 мм3;
m1 = 164850/1000*7,8 = 1285,8 г = 1,286 кг;
Элемент №2
l2 = 2200 мм (в конструкции таких элемента 2);
V2 = 3,14*52*2200 = 172700 мм3;
m2 = 172700/1000*7,8 = 1347,1 г = 1,347 кг;
Элемент №3
l3 = 1100 мм (в конструкции таких элемента 2);
V3 = 3,14*52*1100 = 86350 мм3;
m3 = 86350/1000*7,8 = 673,5 г = 0,674 кг;
Элемент №4
l4 = 1600 мм;
V4 = 3,14*52*1600 = 125600 мм3;
m4 = 125600/1000*7,8 = 979,7 г = 0,98 кг;
Элемент №5
l5 = 1200 мм;
V5 = 3,14*52*1200 = 94200 мм3;
m5 = 94200/1000*7,8 = 734,8 г = 0,735 кг;
Элемент №6
l6 = 1050 мм;
V6 = 3,14*52*1050 = 82425 мм3;
m6 = 82425/1000*7,8 = 642,9 г = 0,643 кг;
Элемент №7
l7 = 1040 мм (в конструкции таких элемента 3);
V7 = 3,14*52*1040 = 81328 мм3;
m7 = 81328/1000*7,8 = 634,4 г = 0,634 кг;
Элемент №8
l8 = 700 мм;
V8 = 3,14*52*700 = 54950 мм3;
m8 = 54950/1000*7,8 = 428,6 г = 0,428 кг;
Элемент №9
l9 = 580 мм;
V9 = 3,14*52*580 = 45530 мм3;
m9 = 45530/1000*7,8 = 355,1 г = 0,355 кг;
Элемент №10
l10 = 530 мм;
V10 = 3,14*52*530 = 41605 мм3;
m10 = 41605/1000*7,8 = 324,5 г = 0,325 кг;
Элемент №11
l11 = 360 мм;
V11 = 3,14*52*360 = 28260 мм3;
m11 = 28260/1000*7,8 = 220,4 г = 0,22 кг;
Масса всего изделия:
m1*2+m2*2+m3+m4+m5+m6+m7*3+m8+m9+m10+m11 = 12,203 кг.