2. Методические указания по выполнению курсовой работы

Для заданной детали выбрать вид, марку материала, раз­работать технологические процессы получения заготовки и детали, обеспечивающие требуемые эксплуатационные и механические свойства. Технологический процесс необходимо разрабатывать для условий серийного производства.

Исходными данными для курсовой работы являются:

– чертёж детали;

– технические и эксплуатационные требования;

– задание на специальный вопрос.

В пояснительной записке по каждому разделу студент должен подроб­но изложить следующие вопросы:

введение– описание назначения и конструкции заданной детали, основываясь на технических и эксплуатационных требованиях;

выбор материала– на основании анализа прочностных, эксплуата­ционных и технических требований показать технологическую и экономи­ческую целесообразность применения выбранного вида материала, а по уровню требуемых свойств выбрать марку материала;

выбор метода получения заготовки– учи­тывая технологические свойства выбранного материала, конструктивные особенности детали и технические требования по точности и чистоте поверхности (шероховатости), выбрать оптимальный метод получения за­готовки;

разработка технологического процесса получения заготовки– наз­начение и расчёт элементов технологии, краткое описание операций, применяемого оборудования и материалов технологического процесса по­лучения заготовки;

        разработка технологического процесса получения детали– для каждой обрабатываемой поверхности (или групп поверхностей) заготовки выбрать тип и марку станка, способ крепления заготовки, определить характер окончательной обработки, выбрать режущий инструмент и вычертить схему обработки.

обеспечение требуемых эксплуатационных свойств– выбор и обос­нование вида, режимов термической и (или) других видов упрочняющей обработки;

специальный вопрос- (определяется преподавателем и должен со­ответствовать разрабатываемой теме) включает в себя:

– описание сущности и технологии специальных методов упрочне­ния рабочих поверхностей;

– патентный поиск материалов и способов получения заготовок, наиболее полно удовлетворяющих требованиям к данной детали;

– специальные расчёты по технологии получения заготовок;

– разработка специальных приспособлений для технологического процесса изготовления деталей;

– разработка алгоритмов и программ применения ЭВМ для разде­лов курсовой работы;

– детальная проработка других вопросов, относящихся к теме курсовой работы.

Указанные разделы должны быть отражены в графической части курсо­вой работы. Графическая часть работы включает в себя:

– выбор материала, вида и режима термической обработки;

– чертёж детали с элементами технологии;

– чертёж литейной формы или чистового ручья штампа;

– схемы технологического процесса получения детали.

3. Выбор материала

Вопрос о выборе материала может быть решён при комплексном рассмотрении требований к механическим и эксплуатационным характерис-тикам изделия (детали), сложности и технологичности конструкции и доступ-ности самого материала.

К эксплуатационным требованиям относятся:

– характер и вид нагрузки;

– требования по износостойкости рабочих поверхностей;

– коррозионная стойкость;

– тепло- и жаростойкость;

– особые физические свойства (магнитные, электрические, теплопро­водность, коэффициент термического расширения и др.).

Соответствие характеру и виду нагружения  обеспечивается определён-ными механически­ми свойствами. Так основными характеристиками материала при статичес­ких нагрузках являются предел прочности σ_В, предел текучестиσ_Тилиσ_0,2, пластичность (δ, ψ) и твёрдость, при динамических - ударная вязкость КС, а так­же предел выносливостиσ_-1 (при усталостных испытаниях). Наибольшее распространение  из конс­трукционных материа-лов получили сталь и чугун.

Сталь характеризуется широкими пределами прочностных свойств, а также пластичности и вязкости. Эти свойства сравнительно легко обес­печиваются соответствующим химическим составом (маркой стали) и раз­личными способами упрочнения как по всему сечению, так и на поверх­ности. Выбор химического состава и вида термической обработки опреде­ляются требуемым уровнем механических свойств, размерами сечения и габаритами детали, а также эксплуатационными требованиями, определяю­щими условия работы (температура, рабочая среда, особые физические свойства). Дополнительные свойства отдельных частей или поверхнос­тей детали, чаще всего вызванные требованиями износостойкости, контак­тной прочности и т.п., обеспечиваются специальными методами упрочне­ния (ХТО, поверхностная закалка, покрытия и др.). Если дополнительные требования относятся ко всем поверхностям деталей, то они обеспечиваются соответствующими видами сталей. Рекомендации по выбору марок сталей, видов упрочнения и способов обеспечения требуемых эксплуатационных свойств, а также химические составы и свойства сталей, приведены в учебнике [1], справочниках и пособиях [2, 3].

Чугуны в основном имеют более узкие пределы механических свойств. Так прочность (σ_В) серых чугунов редко превышает 350…400 МПа при почти нулевой пластичности; у ковких чугунов колеблется в пределах 300…800 МПа при относительном удлинении до 10…12 %. Несколько ближе по прочностным характеристикам к сталям при­ближаются высокопрочные чугуны (σ_Вдо 1000 МПа), но они имеют не­сколько пониженную ударную вязкость, а относительное удлинение их не превышает 20 %. Широкое применение чугунов для деталей машин связано с их более высокой по сравнению со сталью технологичностью и некоторыми эксплуатационными свойствами (антифрикционными свойствами, износостойкостью, демпфирующей способностью, меньшей зависимостью от концентраторов напряжений и др.). Рациональное применение чугунов обеспечивает также снижение металлоёмкости конструкций. Благодаря демпфи­рующей способности (т.е. способности материала поглощать или гасить колеба­ния и вибрацию) чугуны широко применяются для базовых деталей (станины, корпуса, ступицы, основания, крышки и т.д.). Кроме того, стоимость чугунов ниже стоимости сталей. Дополнительные эксплуатационные требования к деталям из чугуна обычно обеспе­чиваются применением чугунов соответствующего вида (износостойкие, антифрикци-онные и т.д.). Термическая обработка с целью повышения свойств в основном используется для высокопрочных чугунов. Виды чугу­нов, их характеристики, химические составы и области применения рас­смотрены в учебнике [1] и справочниках [2,4]. Рекомендации по выбору марки чугуна и его химического состава наиболее полно даны в пособии [5].

На втором этапе выбора материала, учитывая его технологические свойства, оценивают техническую и технологическую возможность и целе­сообразность получения данной детали из выбранно­го материала. Под технологическими свойствами понимают свойства, обеспечивающие возможность и минимальную трудоёмкость получения детали в соответ­ствии с её техническими требованиями. К технологическим свойствам от­носятся: литейные свойства, способность к пластической деформации, свариваемость, закаливаемость и прокаливаемость, обрабатываемость ре­занием.

К литейным свойствам относятся: жидкотекучесть, линейная и объём­ная усадка, температура заливки. Жидкотекучесть – способность расп­лавленного металла заполнять полость литейной формы. Наибольшей жид­котекучестью обладают эвтектические и близкие к ним сплавы, хорошей – сплавы, имеющие небольшой интервал температур ликвидус–солидус. Сплавы с хорошей жидкотекучестью позволяют получать отливки или дета­ли с меньшей толщиной стенки, сложной конфигурации, меньшей металло­емкости. Линейная и объемная усадка образуются вследствие различия в объемах жидкого и затвердевшего металла и характеризуются уменьше­нием размеров (линейная усадка) и наличием усадочной пористости или усадочной раковины в местах, в которых расплав затвердевает последним (объемная усадка). Сплавы, склонные к образованию объемной усадки, требуют применения специальных технологических элементов (прибылей), позволяющих полу­чать плотные заготовки. Установка прибылей повышает расход металла и снижает процент выхода годного металла.

Температура заливки жидкого металла в форму влияет на общую трудо­емкость и энергоемкость процесса. Чем ниже температура заливки, тем меньше энергетические и материальные затраты на плавку металла, ниже трудоемкость технологического процесса получения заготовки. Чугун по сравнению со сталью обладает высокой жидкотекучестью, пониженной тем­пературой заливки. Серый чугун не образует усадочной раковины и не требует установки прибылей.

Способность металлов воспринимать пластическую деформацию оценива­ют по их пластическим свойствам в нагретом и холодном состояниях. Кри­терием высокой деформируемости сплавов является отношение σ_0,2/σ_В. Серые чугуны обладают нулевой пластичностью (σ_0,2/σ_В1), стали высокой штампуемости -σ_0,2/σ_В= 0,5…0,65 [2]. Пластичность ковких  и высокопроч-ных чугунов также не позволяет использовать их для получения заготовок методами пластической деформации.

Обрабатываемость материалов резанием является одним из основных требований, так как в настоящее время очень мало методов получения заготовок, обеспечивающих требуемые точностные характеристики и шеро­ховатость рабочих поверхностей. Обрабатываемость резанием зависит от химического состава, твердости и прочности. Хорошо обрабатываемые стали и чугуны должны иметь ферритную, ферритно-перлитную и перлитную структуры с твердостью до 240 НВ. Наличие других структурных составля­ющих (кроме графита) или легирующих элементов ухудшают обрабатывае­мость резанием. При твердости до 240…340 НВ сплавы имеют плохую обрабаты­ваемость резанием, а при большей твердости обработку можно вести толь­ко твердыми и сверхтвердыми инструментальными сплавами или абразивными материалами. Сплавы с твердостью выше 340 НВ считаются труднообра­батываемыми.

Свариваемость - свойство металлов и сплавов образовывать неразъ­емные соединения, соответствующие качеству основного (свариваемого) металла. Хорошей свариваемостью обладают стали с содержанием углерода до 0,3 %. Сварку сталей с большим содержанием углерода и сварку чугу­нов ведут только с применением дополнительных технологических опера­ций (подогрев, проковка, термическая обработка) или специальных тех­нологий.

Важной технологической характеристикой является способность спла­ва менять свои свойства при термической обработке. Термообрабатывае­мость сталей и чугунов характеризуется прокаливаемостью и закаливае­мостью. Параметр прокаливаемости определяется по полосам и кривым прокаливае­мости [3].

Износостойкость – способность материала противостоять  потере веще-ства при воздействии сил трения. Различают абразивную, усталостную износостойкости и износостойкость в условиях трения.

Материалы, устойчивые к абразивному изнашиванию, должны обладать высокой твердостью и прочной матрицей. Этим требованиям удовлетворяют износостойкие стали, белые чугуны и карбидные сплавы, наплавочные ма­териалы, твердые сплавы и др.

Конструкционные стали и графитизированные чугуны применяют в ус­ловиях изнашивания при граничной смазке (износ в условиях трения). Лучшей износостойкостью в этом случае обладают сплавы с низким ко­эффициентом трения (антифрикционные чугуны, графитизированные стали, антифрикционные цветные сплавы). Для повышения износостойкости конст­рукционных сталей и чугунов применяют различные методы поверхностного упрочнения, включая покрытия, наплавку. Более подробно методы упроч­нения изложены в справочнике [2] и специальной литературе. Выбор из­носостойких сталей и чугунов рассмотрен в пособиях [3,5].

На заключительном этапе выбора материала желательно оценить дос­тупность, стоимость, безопасность и экологичность выбранного материа­ла и технологических процессов его использования.

После выполнения раздела “выбор материала” результаты выбора дол­жны быть сведены в таблицы, в которых отражается марка, ГОСТ или ТУ, химический состав, механические, технологические свойства выбранного материала в состоянии поставки и состоянии применения. Данные по технологическим свойствам приведены в литературе [2,7].