Технологические процессы в машиностроении

№ 2878         министерство образования и науки рф
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
    «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС»

   Кафедра горного оборудования, транспорта и машиностроения

   Н.В. Сурина
   Е.И. Сизова





            Технологические процессы в машиностроении




  Учебное пособие



   Рекомендовано методической комиссией
   НИТУ «МИСиС» по направлению подготовки 15.03.05 «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств» в качестве учебного пособия




        МИСиС


Москва 2017

УДК 622.002.5 С90

Рецензент
канд. техн. наук, доц. Е.И. Жариков (МГУДТ)




     Сурина Н.В.
С90 Технологические процессы в машиностроении : учеб. посо
      бие / Н.В. Сурина, Е.И. Сизова. - М. : Изд. Дом МИСиС, 2017. -162 с.
         ISBN 978-5-906846-35-8




          В учебном пособии рассмотрены основные этапы разработки технологических процессов изготовления деталей на примере элементов редукторов машин - зубчатых колес, валов, крышек, втулок, а также элементов гидравлики - цилиндров, штоков. В соответствии с порядком, представленным в данной работе, студент может выполнить технологическую часть курсового и дипломного проекта (работы). В учебном пособии даются справочные материалы по химическому составу сталей, режимам термообработки, рекомендации по выбору способов получения заготовок. Представлены примеры технологических процессов, расчетов режима резания и норм времени. Также пособие содержит раздел, посвященный выбору инструмента и расчету режимов резания для токарной обработки на высокопроизводительных станках с числовым программным управлением.
          Предназначено для студентов, обучающихся по специальностям 21.05.04 «Горное дело» специализация «Горные машины и оборудование», 23.05.01 «Наземные транспортно-технологические средства» специализация «Технические средства природообустройства и защиты в чрезвычайных ситуациях».


УДК 622.002.5

ISBN 978-5-906846-35-8

© Н.В. Сурина,

   Е.И. Сизова, 2017 © НИТУ «МИСиС», 2017

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие................................................4
1. Установление ориентировочного типа производства.........5
2. Обоснование выбора материала детали и вида термообработки.............................................6
3. Обоснование способа получения заготовки................17
4. Анализ точности и шероховатости поверхностей детали с целью определения состава операций......................20
5. Выбор технологических баз..............................27
6. Разработка маршрута обработки отдельных поверхностей заготовки....................................39
7. Проектирование технологического маршрута изготовления детали.......................................40
8. Выбор технологического оборудования....................42
9. Выбор режущего инструмента (общие рекомендации)........43
10. Выбор мерительного инструмента........................45
11. Расчет режимов механической обработки заготовки.......46
12. Нормирование технологического процесса................51
13. Выбор инструмента и расчет режимов резания для токарной обработки на высокопроизводительных
станках с ЧПУ.............................................53
  13.1. Форма пластины....................................55
  13.2. Геометрические элементы токарного резца...........61
  13.3. Задний угол пластины..............................63
  13.4. Класс точности пластины (допуски на размеры пластин 5)...........................66
  13.5. Тип пластины......................................66
  13.6. Размер пластины...................................68
  13.7. Толщина пластины..................................70
  13.8. Радиус при вершине пластины.......................70
  13.9. Геометрия пластины................................73
  13.10. Марка сплава пластины............................79
  13.11. Режимы резания (на базе каталогов фирмы Sandvik Coromant)..............86
14. Технологические маршруты изготовления типовых деталей машин.............................................98
Библиографический список.................................134
Приложения...............................................135

3

ПРЕДИСЛОВИЕ
   Учебное пособие содержит рекомендации по структуре и содержанию разделов технологической части дипломного проекта, а также всю необходимую информацию для выполнения курсовой (самостоятельной) работы по дисциплинам «Технологические процессы в машиностроении», «Технология машиностроения и ремонта машин» и «Технология производства технических средств природообустрой-ства и защиты в чрезвычайных ситуациях».
   Технологическая часть дипломного проекта (работы), а также курсовая (самостоятельная) работа выполняются каждым студентом в соответствии с индивидуальным заданием.
   Для выполнения технологической части дипломного проекта (работы) выбирается деталь, выполняющая одну из ключевых функций в механизме, являющемся предметом дипломного проектирования (работы). Цель технологической части - разработка технологического процесса изготовления выбранной детали с эскизами наладок на технологические операции, выбор оборудования, станочной оснастки, режущего инструмента, а также проведение всех необходимых технологических расчетов.
   Задание на курсовую (самостоятельную) работу выдается студенту в начале семестра и включает бланк задания и чертеж детали, на изготовление которой должен быть разработан технологический процесс, включающий режимы термообработки, режимы резания и нормирование. В задании указывается годовая программа выпуска деталей в штуках или тип производства.
   Выполнение технологической части дипломного проекта (работы) и курсовой (самостоятельной) работы должно производиться в соответствии с последовательностью, представленной в учебном пособии. Использование большого количества справочного материала, представленного в пособии, позволит студенту выполнить работу более полно и качественно в соответствии с действующими нормативными документами.

4

1. УСТАНОВЛЕНИЕ ОРИЕНТИРОВОЧНОГО ТИПА ПРОИЗВОДСТВА
  Тип производства и соответствующая ему форма организации работы определяют характер технологического процесса и его построение. Поэтому прежде чем приступить к проектированию технологического процесса механической обработки деталей, необходимо исходя из заданной производственной программы и характера подлежащих обработке деталей, установить тип производства и соответствующую ему организационную форму выполнения технологического процесса.
  Согласно ГОСТ 3.1121-84, основной характеристикой типа производства является коэффициент закрепления операций (кз.о), равный отношению всех различных технологических операций, выполненных или подлежащих выполнению в течение месяца в механическом цехе, к числу рабочих мест Рм:


К = — з.о р м

   По ГОСТ 3.1121-84 приняты следующие Кз.о:
   -  1 - массовое производство;
   -  2-10 - крупносерийное производство
   -  10-20 - среднесерийное производство;
   -  20-40 - мелкосерийное производство;
   -  > 40 - единичное производство.
   При отсутствии базового технологического процесса выбор типа производства можно установить, зная годовую программу выпуска деталей в штуках и массу детали в килограммах, пользуясь табл. 1.1.


Таблица 1.1

Выбор типа производства при изготовлении деталей

Тип производства Годовая программа выпуска, шт.   
                        Масса детали, кг          
                    До 30     30...50   Более 50 
Единичный          До 100       До10      До 5   
Мелкосерийный      100-500     11-200     6-10   
Серийный          501-5000    201-500    11-300  
Крупносерийный   5001-50 000  501-5000  301-1000 
Массовый         Св. 50 000   Св. 5000  Св. 1000 

5

2. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА МАТЕРИАЛА ДЕТАЛИ И ВИДА ТЕРМООБРАБОТКИ
   Выбор материала деталей и вида термообработки определяется необходимостью обеспечить работоспособность деталей в течение заданного срока в конкретных условиях эксплуатации, т.е. при воздействии определенного спектра нагрузок.
   Для улучшения структуры сплавов, повышения их механических свойств, износостойкости и долговечности применяют термическую и химико-термическую обработку.
   В качестве предварительной термообработки используются отжиг, нормализация, нормализация + высокий отпуск.
   Отжиг применяется для снижения твердости и улучшения обрабатываемости резанием, исправления структуры, снижения остаточных напряжений в отливках, штамповках для ответственных деталей из высоколегированных сталей.
   Нормализация применяется для улучшения обрабатываемости резанием заготовок из низко- и среднеуглеродистых сталей.
   Нормализация + высокий отпуск применяется для улучшения обрабатываемости резанием заготовок из высоколегированных сталей.
   В качестве окончательной термообработки применяют улучшение, закалку и отпуск, в том числе закалку токами высокой частоты (ТВЧ), процессы химико-термической обработки (чаще цементацию, нитроцементацию и азотирование).
   Улучшение (закалка + высокий отпуск) применяется, как правило, для обеспечения требуемых свойств, улучшения структуры и снятия остаточных напряжений после черновой обработки. После улучшения возможна обработка лезвийным инструментом.
   Закалка применяется для повышения прочности, упругости, твердости и износостойкости. Чтобы уменьшить хрупкость и напряжения, вызванные закалкой, и получить требуемые механические свойства, сталь после закалки обязательно подвергают отпуску.
   Закалку ТВЧ (с индукционным нагревом) применяют для повышения твердости, износостойкости и предела выносливости деталей, работающих на кручение, удар, у которых отдельные поверхности подвергаются интенсивному износу. Закалке подвергается поверхностный слой изделия (на заданную глубину). Сердцевина остается вязкой и воспринимает ударные нагрузки.
   Химико-термическая обработка применяется для упрочнения деталей, работающих в условиях изнашивания, циклических нагру-6

  зок, при которых максимальные нагрузки возникают в поверхностном слое металла.
     Цементация - процесс насыщения углеродом поверхностного слоя детали при нагреве выше точки Ас ₃ в соответствующей среде -карбюризаторе. Окончательные свойства цементованные изделия приобретают после закалки и низкого отпуска, выполненных после цементации. В результате поверхностный слой обладает высокой твердостью и износостойкостью, повышенным пределом контактной выносливости и выносливости при изгибе и кручении. Глубина цементованного слоя в среднем 1,2.. .1,4 мм, твердость HRC 56...62.
     Нитроцементация - процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя углеродом и азотом. В отличие от цементации при этом процессе достигается более высокая твердость, износостойкость, коррозионная стойкость поверхностного слоя и более высокая усталостная стойкость. Твердость поверхности после нитроцементации HRC 58.64. Недостатком процесса является невысокая предельно допустимая толщина слоя до 1 мм (ионная нитроцементация до 2 мм).
     Азотирование - процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя азотом. Азотирование сильно повышает твердость поверхностного слоя, его износостойкость, предел выносливости и сопротивление коррозии. Твердость азотированного слоя до HV 1200, однако глубина слоя до 0,5 мм, что является ограничением по удельным нагрузкам. Азотирование является окончательной термообработкой.
     Далее приведены материалы, применяемые для различных групп деталей горных машин.
     Корпуса горных машин испытывают воздействие значительных нагрузок различного характера, поэтому для обеспечения необходимой прочности их изготавливают из стального литья (реже из чугуна). Применяются стали 35Л, 35ФЛ, 12ДН2ФЛ, 12ДХН1МФЛ, 15Х2Г2НМЛ, химический состав и механические свойства которых приведены в табл. 2.1 и 2.2.
     Детали типа крышек, втулок, фланцев и т.д., как правило, изготавливают из сталей 35, 40Х, 45. Предварительная термообработка -нормализация или нормализация с высоким отпуском и окончательная термообработка - улучшение. Химический состав и механические свойства сталей приведены в табл. 2.3-2.6.
     Валы и оси изготавливают, как правило, из легированных сталей 45Г2, 40Х, 40ХН, 40ХН2МА, вал-шестерни и шлицевые валы из сталей 18ХГТ, 30ХГТ, 20Х2Н4А, 25ХГМ, 12ХН3А, 18Х2Н4МА, 20ХГН2МБФ, 20Х3Н3МФБА. Химический состав и механические свойства сталей приведены в табл. 2.5 и 2.6.

7

Таблица 2.1

Химический состав корпусных деталей

Марка стали                                Содержание элементов, %                                        
                 С          Si         Mn        Cr         Mo         Ni          V      S, P     Cu    
35Л         0,32...0,4  0,2...0,42 0,5...0,9   До 0,3   -            До 0,3        -      0,05     -     
35ФЛ        0,32...0,4  0,2...0,52 0,4...0,9   До 0,5   -            До 0,3   0,06...0,15 0,05   До 0,3  
12ДН2ФЛ     0,08...0,16 0,2...0, 4 0,4...0,9     0.3    ---        1,8 ...2,2 0,08...0,15 0,03 1,2... 1,5
12ДХН1МФЛ   0,1...0,18  0,2...0,4  0,3...0,55 1,2...1,7 0,2... 0,3  1,4...1,8 0,08...0,15 0,03 0,4...0,65
15Х2Г2НМЛ   0,2...0,4   1,5...2,4  1,5...2,0  0,2...0,4 0,5...0,8      -         0,03     0,4     0,4    

Таблица 2.2

Механические свойства корпусных сталей

                                            Механические свойства       
Марка стали Режим термообработки           Св  Ст  6  V   KCU     НВ   
                                            МПа     %    МДж/м2 кгс/мм2
35Л         Нр: tн = 940.. .960 °С, воздух 500 280 15 25  0,35  137.166
35ФЛ        Нр: tн = 940.960 °С, воздух    570 360 12 15  0,32  170.229
12ДН2ФЛ     Нр: tн = 950 °С, воздух                                    
            О: tн = 550 °С, воздух         650 550 12 20  0,3   170.229
12ДХН1МФЛ   Нр, tн = 940.960 °С, воздух                                
            О: tн = 550°С ± 10 °С, воздух  800 650 12 16  0,3   217.269
15Х2Г2НМЛ   Нр: tн = 960 °С, воздух                                    
            О: tн = 540 °С ± 10 °С, воздух 930 800 12 36  0,3      -   

Примечание. Нр - нормализация; О - отпуск; tн - температура нагрева.

Таблица 2.3

Химический состав

Марка                Содержание элементов, %                      
стали     С          Si         Mn       Cr      Ni      P    S  
 35   0,32...0,4 0,17...0,37 0,5...0,8 до 0,3  До 0,25 0,035 0,04
 45   0,42...0,5 0,17...0,37 0,5...0,8 До 0,25 До 0,25 0,035 0,04

Таблица 2.4

Механические свойства сталей

Марка              Режим                 Механические свойства        
стали          термообработки          Св  Ст  6  V   KCU      НВ    
                                        МПа     %    МДж/м2  кгс/мм2 
 35   Нр: tн = 850 °С...900 °С, воздух                               
      Зк: tн = 860 °С, вода            540 320 20 45  0,7      149   
      О: tн = 600° С, воздух           570 390 18 41  1,3   156...197
 45   Нр: tн = 820 °С.860 °С, воздух                                 
      Зк: tн = 850 °С, вода            610 360 16 40  0,5   170...179
      О: tн = 600 °С, воздух           720 500 16 36  0,9   192...240

Примечание. Нр - нормализация; О - отпуск; Зк - закалка; tн - температура нагрева.

Таблица 2.5

Химический состав сталей, предназначенных для изготовления валов и осей

Марка стали                          Содержание элементов, %                                  
                 С          Si        Mn       Cr         Ni        Другие      P     S   Cu 
45Г2        0,41... 0,49 0,17.0,37 1,4.1,8     0,3       0,3          -       0,035 0,035 0,3
40Х         0,36.0,44    0,17.0,37 0,5.0,8  0,8. 1,1     0,3          -       0,035 0,035 0,3
40ХН        0,36.0,44    0,17.0,37 0,5.0,8  0,45.0,75  1,0. 1,4      ---      0,035 0,035 0,3
40ХН2МА     0,37.0,44    0,17.0,37 0,5.0,8  0,6. 0,9  1,25. 1,65 Mo 0,15.0,25 0,025 0,025 0,3
18ХГТ       0,17.0,23    0,17.0,37 0,8.1,1  1,0. 1,3     0,3     Ti 0,03.0,09 0,035 0,035 0,3
30ХГТ       0,24.0,32    0,17.0,37 0,8.1,1  1,0. 1,3     0,3     Ti 0,03.0,09 0,035 0,035 0,3
25ХГМ       0,23.0,29    0,17.0,37 0,9. 1,2 1,9. 1,2     0,3      Mo 0,2.0,3  0,035 0,035 0,3

Таблица 2.6

Механические свойства сталей, предназначенных для изготовления валов и осей

                                                      Механические свойства          
Марка стали Режим термообработки                    Ов  О,  8  V   KCU     НВ,   НЯС
                                                     МПа     %    МДж/м2 кгс/мм2    
45Г2        Нр: tн = 860 °С, воздух                                                 
            Зк: tн = 830.850 °С, масло              700 420 12 40  ---     229   --            О: tн = 550.600 °С, масло               850 700 13 45  0,45  269.320 --40Х         Нр: tн = 850.860 °С, воздух                                          --            Зк: tн = 840.860 °С, через воду в масло 750 450 16 58   1    217.229    
            О: tн = 550.600 °С, воздух              700 480 15 45  0,5   197.241    
40ХН        Нр: tн = 850.860 °С, воздух                                          --            Зк: tн = 840.860 °С, масло              710 580              207.255    
            О: tн = 550.600 °С, масло или вода      800 580 9  38  0,4   197.241    

Окончание табп. 2.6

 Марка                                          Механические свойства             
 стали  Режим термообработки                ^в   От  6   V    KCU     НВ,     НЯС
                                             МПа        %    МДж/м2 кгс/мм2      
40ХН2МА Нр: tн = 840 °C, воздух                                               -  
        О: tн = 620 °C, воздух                                                   
        Зк: tн = 840.860 °C, масло         870  700  22   65  1,3   255.269      
        О: tн = 550.600 °C, вода или масло 900  750  15   50  0,8   269.321      
18ХГТ   Нр: tн = 930-950 °C, воздух                                              
        Цм: tн = 900.950 °C, воздух                                              
        Зк: tн = 850.870 °C, масло         530  430  26   70        156.228      
        О: tн = 180.200 °C, воздух         1000 800  9    50  0,8   240.300 56.62
30ХГТ   Нр: tн = 95.970 °C, воздух                                               
        Цм: tн = 900.920 °C, подстуживание                                       
        Зк: tн = 870 °C, масло                                      170.228      
        О: tн = 180.200 °C, воздух         1000 800  12   33  0,6    > 300  56.62
25ХГМ   Нр: tн = 950 °C, воздух            630  370  34   69        170.179      
        Цм: tн = 900.920 °C, воздух        1200 1100 10   45        205.215      
        Зк: tн = 850.860 °C, масло                                               
        О: tн = 180.200 °C, воздух                            0,8           56.62

Примечание. Нр - нормализация; О - отпуск; Зк - закалка ; Цм - цементация; tн - температура нагрева.