Министерство образования и науки Украины
Донбасская государственная машиностроительная академия
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к лабораторно-практическим и практическим занятиям
по дисциплине "Технологические методы проектирования
заготовок деталей машин "
(для студентов всех форм обучения специальности 7.090202)
Краматорск 2004
Министерство образования и науки Украины
Донбасская государственная машиностроительная академия
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к лабораторно-практическим и практическим занятиям
по дисциплине "Технологические методы проектирования
заготовок деталей машин "
(для студентов всех форм обучения специальности 7.090202)
Утверждено
на заседании кафедры
ТиУП
Протокол №2 от 21.09.03 г.
Краматорск 2004
УДК.621.774.
Методические указания к лабораторно-практическим и практическим занятиям по дисциплине "Технологические методы проектирования заготовок деталей машин" (для студентов всех форм обучения специальности 7.090202)/ Сост. Маковецкий А.В. -Краматорск: ДГМА, 2004. - 75с.
Включают в себя основные сведения к проведению лабораторно-практических и практических занятий по дисциплине "Технологические методы производства заготовок деталей машин".
Составители: А.В.Маковецкий , доц.
В.В.Маковецкий, с.н.с.
Ответств. за выпуск С.В.Ковалевский, проф.
Содержание
1 Практическая работа №1 8
Проектирование литой заготовки и технологического процесса 8
изготовления отливок 8
При этом ; ; для чугунного литья -; для стального - . 10
Сопряжение трех стенок осуществляется по вариантам 1, 2, 3, как показано на рис.1. 8. 10
Здесь при c=0; при с=a-b; при . Значение h для чугуна и цветных сплавов ; для сталей - . 11
Радиус закругления . 11
Для варианта 3 a=b+c; R=r+b+c. 11
Радиусы закругления наружных углов отливок r3мм. 11
Места скопления металла 11
2 Практическая работа №2 27
Анализ качества отливок, получаемых специальными видами 27
литья, и разработка чертежей отливок 27
3 Лабораторно-практическая работа №1 39
Исследование технологического процесса осадки и разработка чертежей поковок, получаемых свободной ковкой 39
4 Лабораторно-практическая работа №2 47
Проектирование чертежа штампованной поковки, 47
полученной на молотах и прессах, исследование 47
технологического процесса штамповки 47
5 Лабораторно-практическая работа №3 54
Проектирование технологического процесса изготовления и 54
чертежа поковки, получаемой на горизонтально-ковочной 54
машине 54
6 Лабораторно-практическая работа №4 59
Исследование качества заготовок полученных на 59
токарно-давильном оборудовании 59
Рекомендуемая литература 67
1 Практическая работа №1
Проектирование литой заготовки и технологического процесса
изготовления отливок
Цель работы - изучение особенностей получения отливок литьем, выбор схемы литейной оснастки и выполнение чертежей отливки.
Последовательность выполнения работы
Анализ выполнения отливки по технологичности.
Конструирование отливки (проектирование).
Конструирование моделей и стержневых ящиков.
Проектирование литниковой системы, установка прибылей и выпоров.
Разработка технологии изготовления литой заготовки.
Анализ качества полученных отливок.
Общие сведения
Материалы, применяемые для получения отливок
Сталь
Сталями называются сплавы железа с углеродом, содержащие до 2% углерода. В зависимости от химического состава сталь подразделяется на углеродистую и легированную.
Углеродистая сталь не содержит легирующих элементов. Углеродистые стали подразделяются:
низкоуглеродистая, содержащая до 0,25% углерода;
среднеуглеродистая, содержащая от 0,25 до 0,45%углерода;
высокоуглеродистая, содержащая свыше 0,45% углерода.
Химический состав наиболее употребительных сталей приводим в табл.1.1.
В машиностроении для изготовления фасонного стального литья используют углеродистые стали, содержащие углерода до 0,60%.Состав и свойства отливок из стали регламентируются ГОСТ 977-75. При этом отливки делятся на три группы.
1-я группа - отливки применяются для изготовления деталей, конфигурация и размеры которых определяются только конструктивными и технологическими особенностями.
2-я группа - отливки применяются для изготовления деталей, рассчитываемых на прочность и работающих при статических нагрузках.
3-я группа - отливки применяются для изготовления деталей, рассчитываемых на прочность и работающих при динамических и ударных нагрузках.
Таблица 1.1 - Химический состав сталей для отливок
|
Марка стали |
Углерод |
Марганец |
Кремний |
Хром |
Никель |
Молибден |
Медь |
Фосфор(не более) |
Сера(не более) |
|
15Л |
0.12-0.2 |
0,30-0,9 |
0,20-0,32 |
Не более 0,3 |
Не более 0,3 |
|
Не более 0,3 |
|
|
|
30Л |
0,27-0,35 |
0,40-0,9 |
0,20-0,32 |
Не более 0,3 |
Не более 0,3 |
|
Не более 0,3 |
|
|
|
40Л |
0,37-0,45 |
0,40-0,9 |
0,20-0,32 |
Не более 0,3 |
Не более 0,3 |
|
Не более 0,3 |
|
|
|
20ГЛ |
0,15-0,25 |
1,20-1,60 |
0,20-0,40 |
Не более 0,3 |
Не более 0,3 |
|
Не более 0,3 |
0,040 |
0,040 |
|
30ХНМЛ |
0,25-0,35 |
0,70-0,90 |
0,20-0,40 |
1,30-1,60 |
1,30-1,60 |
0,20-0,30 |
Не более 0,3 |
0,040 |
0,040 |
Примеры условных обозначений марок сталей (ГОСТ 977-75).: для отливок 1-ой группы из стали марки 25Л - отливка 25Л-1; 2-ой группы - отливка 25Л-11; 3-ей группы из стали 12ДХН1МФЛ - отливка 2ДХН1МФЛ-111.
Примеры механических свойств литых сталей приведены в табл. 1.2.
Стали марок 15Л и 20Л всех групп применяются в электротехнической промышленности для отливок с повышенной магнитной проницаемостью, а также для отливок, подвергаемых цементации, у которых сердцевина должна быть вязкой, а поверхность -прочной и твердой, например: зубчатые колеса, шестерни, червяки, ролики, валики, эксцентрики.
Стали марок 25Л и 30Л всех групп применяются для многих железнодорожных машин (колеса, стаканы, автосцепы, буксы и др.), для литья в станкостроении, для строительных и дорожных машин, для судостроительного литья, для литья котельных и турбинных деталей и арматуры. Для отливок, работающих при повышенной температуре, рекомендуется применять сталь 3-й группы.
Стали 35Л и 40Л применяют для машиностроительного литья повышенной прочности, детали из которого работают при высоких динамических и статических нагрузках, а также подвергаются истиранию, как, например, зубчатые колеса, червяки, литье паровой и водяной арматуры, работающей при умеренных температурах, и других видов литья. При температурах 200…300о С применяются отливки 3-й группы. Литье этих марок может упрочняться путем термической обработки (закалка и отпуск).
Из сталей марок 45Л и 50Л изготавливаются машиностроительные детали, работающие на износ при отсутствии значительных ударных нагрузок, как, например, прокатные валки, зубчатые и приводные колеса, детали мельниц, дробилок.
Сталь 55Л, а также стали с большим содержанием углерода применяются сравнительно редко. Они имеют повышенную твердость, плохо свариваются и плохо обрабатываются.
Таблица 1.2- Механические свойства литых сталей
|
Марка стали |
Предел текучести т, МПа |
Временное сопротивление в, МПа |
Относительное удлинение , % |
Относительное сужение , % |
Ударная вязкость KCU, МДжм2 |
|
Не менее | |||||
|
15Л |
200 |
400 |
24 |
35 |
0,5 |
|
20Л |
220 |
420 |
22 |
35 |
0,5 |
|
25Л |
240 |
450 |
19 |
30 |
0,4 |
|
30Л |
260 |
480 |
17 |
30 |
0,35 |
|
35Л |
280 |
500 |
15 |
25 |
0,35 |
|
40Л |
300 |
530 |
14 |
25 |
0,3 |
|
45Л |
320 |
550 |
12 |
20 |
0,3 |
|
50Л |
340 |
580 |
11 |
20 |
0,25 |
|
55Л |
350 |
600 |
10 |
18 |
0,25 |
|
20ГЛ |
280 |
550 |
18 |
25 |
0,5 |
|
35ГЛ |
300 |
550 |
12 |
20 |
0,3 |
|
20ГСЛ |
300 |
550 |
18 |
30 |
0,3 |
|
20Г1ФЛ |
320 |
520 |
17 |
25 |
0,5 |
|
20ФЛ |
300 |
500 |
18 |
35 |
0,5 |
|
30ХГСФЛ |
400 |
600 |
15 |
25 |
0,35 |
|
30ХНМЛ |
550 |
700 |
12 |
20 |
0,3 |
Легированная сталь
Для придания повышенных механических и специальных свойств в сталь вводят легирующие элементы.
Легированная сталь применяется для производства деталей энергетического, химического и специального машиностроения, работающих при высоких и сложных механических нагрузках, при повышенных температурах и в условиях активного физико-химического воздействия среды.
Чугун
Благодаря достаточно хорошим свойствам и низкой себестоимости чугун находит широкое применение в машиностроении для изготовления литых деталей.
Чугун в зависимости от структуры, способа получения и химического состава подразделяется на серый, белый, отбеленный, ковкий, высокопрочный и легированный.
Наибольшее применение для получения отливок имеет серый чугун. Химический состав и механические свойства этого чугуна регламентируются ГОСТ 1412-79. В табл.1. 3 приводим механические свойства серого чугуна с пластинчатым графитом.
Таблица 1.3 - Механические свойства серого чугуна с пластинчатым графитом
|
Марка чугуна |
Предел прочности на растяжение σв, МПа |
Твердость НВ | |
|
СЧ10 |
98 |
274 |
1402-2246 |
|
СЧ15 |
147 |
314 |
1599-2246 |
|
СЧ18 |
176 |
358 |
1668-2246 |
|
СЧ20 |
196 |
392 |
1668-2364 |
|
СЧ25 |
245 |
451 |
1766-2452 |
|
СЧ30 |
294 |
490 |
1775-2501 |
|
СЧ35 |
343 |
539 |
1932-2638 |
|
СЧ40 |
392 |
588 |
2030-2795 |
|
СЧ45 |
441 |
637 |
2246-2835 |
СЧ10 - чугун малой прочности. Применяется для неответственных строительных и бытовых отливок, таких как колонны, радиаторы, канализационные трубы, утюги, а также отливок для машиностроения, таких как шкивы, плиты, детали сельхозмашин, стойки, грузы и т.д. Чугун марок СЧ15, СЧ18, СЧ20 - средней прочности. Применяется для ответственных отливок с толщиной стенки до 40 мм. При большей толщине свойства снижаются. Машиностроительное литье: крупные шкивы и маховики, кожухи, корпуса насосов, поршни, поршневые кольца; автотракторное литье: трубы, водо- и паропроводная арматура, детали текстильных, печатных, счетных и других машин.
Чугуны марок СЧ25, СЧ30, СЧ35, СЧ40, СЧ45 - повышенной прочности, применяются для ответственных тяжело нагруженных деталей с толстыми стенками (свыше 40 мм). Машиностроительные отливки: станины, блоки автомобильных цилиндров, коленчатые и кулачковые валы, штампы, зубчатые колеса, клапаны, кулачки, кокильные формы, подшипники, втулки, гильзы.
Высокопрочный чугун
Для изготовления ответственных отливок, когда требуется сочетание хороших литейных свойств с повышенными механическими свойствами, применяется высокопрочный чугун - чугун с шаровидными включениями графита, получаемый путем модифицирования чугуна магнием или его сплавами. Этот чугун в настоящее время находит широкое применение. Им заменяют сталь, ковкий чугун и серый чугун с пластинчатым графитом. По сравнению со сталью, он обладает большей износостойкостью, лучшими антифрикционными и коррозионными свойствами, лучшей обрабатываемостью. Вследствие меньшей плотности отливки легче стальных на 8..10%. В отличие от ковкого чугуна из него можно отливать детали любого сечения, массы и размеров. В качестве примеров применения можно привести: суппорты, резцедержатели, тяжелые планшайбы, шпиндели и другие детали станкостроения; прокатные валки, станины прокатных станов, ковочных молотов, шаботы, траверсы пресса, барабаны тельферов экскаваторов, коленчатые валы и др.
Механические свойства высокопрочного чугуна регламентируются ГОСТом.
Ковкий чугун
Ковкий чугун получают путем механической обработки отливок из белого чугуна. В белом чугуне углерод находится в связанном состоянии в виде цементита. При термической обработке (отжиге) соединение углерода с железом распадается на железо и углерод (графит). После распада графит образует отдельные компактные включения. Полученный в результате отжига чугун обладает пластическими свойствами.
В зависимости от условий отжига получают ковкий чугун черносердечный - ферритный и белосердечный - перлитный. Ферритный чугун обладает более высокой пластичностью, а перлитный - прочностью и твердостью.
Ковкий чугун более пластичных марок ферритного класса (КЧ 37-12, КЧ 35-10, КЧ 33-8, КЧ 30-6) используют для изготовления деталей, работающих при умеренных динамических нагрузках. К таким деталям относятся, например, редукторы, ступицы, картеры, кронштейны и задние мосты.
Перлитный ковкий чугун, обладающий более высокими прочностью и твердостью, применяют при изготовлении деталей с хорошими антифрикционными свойствами при повышенных требованиях к прочности. Из него, например, изготавливают шестерни, червячные колеса, поршни, подшипники, звенья и ролики конвейерных цепей, втулки, тормозные барабаны и коленчатые валы.
Анализ технологичности литой детали
Под технологичностью понимают оценку конструкции для выбранного варианта изготовления ее с точки зрения обеспечения минимальных затрат. При этом должны быть обеспечены надежные эксплуатационные качества детали. Такая оценка позволяет из нескольких вариантоввыбрать наилучший или убедиться в приемлемости уже выбранного. Обычно такие задачи решают для данных условий производства.
Комбинирование и расчленение литых деталей
Сложные детали, а также детали с большими габаритными размерами рекомендуется делать сборными. При этом упрощается процесс изготовления моделей и формовка, уменьшаются и упрощаются стержни, появляется возможность уменьшения внутренних напряжений в отливках. Особенно целесообразно расчленение детали, обеспечивающее использование машинной формовки.
Пример расчленения детали, изготавливаемой литьем, приводим на рис.1.1.
Рисунок 1.1 - Пример расчленения детали
Изготовление этой детали после расчленения (см. рис.1.1) упрощается.
Не рекомендуется расчленять детали с повышенными требованиями к жесткости.
При комбинировании деталей следует обеспечивать возможность применения машинной формовки.
Внешнее очертание литых деталей
Внешнее очертание любых деталей должно быть по возможности простым. Это упрощает процесс изготовления модели и исключает необходимость изготовления отъемных частей модели.
Внешние очертания и конструкция литой детали должны быть такими, чтобы модель можно было изготовить с одним плоским разъемом. Это особенно важно при машинной формовке.
Модель или части модели должны при формовке легко извлекаться из формы. Для проверки этого требования существует метод теневого рельефа.
При наличии у детали выступающих крепежных приливов и бобышек рекомендуется следующее:
1 Близко расположенные приливы и бобышки необходимо объединить в один прилив.
2 Если деталь имеет внутренние полости, выполняемые с применением стержней, то выступающие наружу приливы и бобышки следует переносить внутрь детали.
3 Наличие приливов и бобышек не должно вызывать местных скоплений металла, для чего их высота не должна превышать толщины стенки, на которой они расположены. При этом наименьшая высота бобышек назначается в зависимости от наибольшего габаритного размера детали. В табл. 1.4 приводятся рекомендуемые высоты бобышек.
Таблица 1.4 - Рекомендуемые пределы высоты бобышек
|
Наибольший габаритный размер детали, мм |
До 500 |
500-2000 |
Свыше 2000 |
|
Наименьшая высота обрабатываемой бобышки, мм |
5 |
10 |
20 |
Не следует допускать у литой детали двустороннюю механическую обработку, при которой в стружку удаляется наиболее прочный слой металла. Кроме того, при назначении припусков на обработку создается местное скопление металла, что приводит к появлению усадочных раковин и трещин.
Примеры неправильного (рис.1.2, а) и правильного (рис.1.2, б) назначения обработки приведены на рис.1.2.
а б
Рисунок 1.2- Примеры назначения механической обработки
Внутренние полости и отверстия в отливках
Внутренние полости отливок необходимо по возможности выполнять без применения стержней за счет выступающих частей формы - "болванов".
Конфигурация внутренних полостей должна быть по возможности простой. При наличии сложных полостей стержни рекомендуется расчленять на наиболее простые, обеспечивая удобство сборки и надежность крепления его частей.
При наличии замкнутых полостей необходимо предусмотреть отверстия для выхода знаковых частей стержня. Для закрытия этих полостей должны быть предусмотрены заглушки.
Отверстия в отливках осложняют технологический процесс, особенно если они имеют малый диаметр и большую глубину.
Отверстия в отливках могут высверливаться, если диаметр их не превышает при массовом производстве 20 мм, при серийном - 30 мм, а при индивидуальном - 50 мм.
Обрабатываемые отверстия некруглого профиля могут не выполняться в отливке, если диаметр вписанной в их профиль окружности соответствует приведенным нормам.
Толщина стенок отливок
У литых деталей толщина стенки назначается из расчетной прочности, жидкотекучести металла и возможности заполнения формы при данной толщине. Толщина стенки назначается наименьшей. Всякое увеличение толщины стенки приводит к замедлению скорости затвердевания металла и неоднородной структуре, следствием чего является снижение прочности. Для выбора наименьшей толщины стенки используется табл. 1.5.
Таблица 1.5 - Наименьшая толщина стенки отливок
|
Материал |
Наибольший размер детали, мм | ||
|
До 500 |
500-1500 |
Более 1500 | |
|
Чугун серый Чугун ковкий Сталь Цветные сплавы |
6 5 8 3 |
10 8 12 6 |
15 - 20 - |
Наименьшую толщину стенки можно определить расчетным путем по формуле
где t-толщина стенки, мм;L- наибольший габаритный размер, мм.
Внутренние стенки у литой детали рекомендуется делать несколько тоньше ( примерно на 20%) внешних стенок. Стенки отливки должны быть по возможности одинаковой толщины, что обеспечивает равномерное затвердевание и остывание отливки, ее равномерное строение, предотвращает коробление и образование трещин. Допускается местное увеличение толщины стенки до 20% при значительном удалении его от места подвода металла.
Сопряжение стенок, углы и переходы
При конструировании деталей часто приходится сопрягать стенки различной толщины. У литых деталей для большей их надежности при сопряжении стенок, отличающихся по толщине меньше чем вдвое, рекомендуется применять галтели (рис.1.3). Галтели обеспечивают плавный переход и предотвращают возникновение трещин из-за неравномерного затвердевания и остывания отливки.
Рисунок 1.3 – Галтель
Радиус галтели рекомендуется выбирать:
,
где aиb- толщины стенок.
По нормальному ряду радиусов выбирают ближайший из них: 1, 2, 5, 10, 16, 20, 25, 40. По возможности, все галтели должны быть одного радиуса. Если толщины разные, то рекомендуется клиновое сопряжение (рис. 1.4).При этом сопряжение может быть выполнено по вариантам 1, 2.
Рисунок 1.4 – Клиновое сопряжение
Длину сопряжения рекомендуется выбирать: для чугуна и цветных сплавов - L=4(a-b); для стали -L=5(a-b).
При угловых сопряжениях стенок разной толщины с соотношением а/в < 2 для получения плавного перехода делают закругления с внешним радиусом R, равным толщине стенки (стенки большей толщины), и внутренним радиусомrв пределах от 1\6 до 1\3 среднего арифметического толщин сопрягаемых стенок.
Рисунок 1.5 – Угловое сопряжение
Оформление сопряжения стенок под острым углом показано на рис. 1.6.
Рисунок 1.6 - Сопряжение стенок под острым углом
При соотношении толщин сопрягаемых стенок (a/b)>2 переход необходимо оформить, как показано на рис. 1.7.
Рисунок 1.7- Оформление перехода при (a/b)>2
При
этом
;
;
для чугунного литья -
;
для стального -
.