Разработка детали каркас катушки индуктивности

В данном курсовом проекте  разработана деталь каркас катушки индуктивности. Выбран и обоснован материал детали, произведен конструкторский расчет, выбран и обоснован технологический процесс изготовления детали и метод неразрушающего контроля, а также разработан и выполнен чертеж данной детали.

Содержание

Введение…………………………………………………………………………5

1. Анализ технического задания……………………………………………….6
2. Выбор и обоснование материала детали……………………………………8
3. Конструкторские расчеты…………………………………………………...13
4. Технологический процесс…………………………………………………...15
5. Выбор метода неразрушающего контроля………………………………....30

Заключение………………………………………………………………...........35

Список использованной литературы………………………………………….36

Введение

Катушка индуктивности является элементом радиоэлектронных средств, функционирование которой определяется эффектом перехода энергии электрического поля в энергию магнитного поля вследствие протекания по контуру катушки электрического тока. Величина индуктивности определяется конструкцией токопровода и его размерами.

Каркасы катушек в зависимости от рабочего диапазона частот и назначения могут  быть выполнены самыми различными способами  и из различных диэлектрических  материалов (пластмасс, бумаги, прессшпана, органического стекла, высокочастотной керамики и разнообразных высокочастотных материалов). Материал каркаса влияет на добротность катушки. В отношении электрических характеристик наилучшими, являются не требующие пропитки и влагостойкого покрытия, полистироловые каркасы.

К диэлектрическим  материалам в зависимости от их применения предъявляются самые разнообразные  требования. К числу их относятся  сопротивление изоляции вещества, которое  должно быть как можно более высоким. При возникновении сильного нагрева  изолирующий материал должен обнаруживать теплостойкость, а в иных случаях и огнестойкость и др. Особенно высокие требования предъявляются к качеству изоляционных материалов, применяемых в качестве диэлектриков между пластинами конденсаторов, а также при изготовлении радиодеталей для высокочастотных цепей.

Основной  задачей данной курсовой работы является определение наиболее подходящего  по свойствам и  физико-химическим и электрическим характеристикам  материала для создания каркаса  катушки индуктивности с учетом климатических условий и специальных требований.

1. Анализ технического задания

В данной курсовой работе необходимо выбрать материал и разработать технологический процесс изготовления детали катушка индуктивности в соответствии с исходными данными:

1. годовая программа выпуска – 100000 штук;
2. коэффициент использования материала детали К_И.М.Д. 0,95;
3. условия эксплуатации аппаратуры, в состав которой входит данная деталь:

• группа 2 ГОСТ 15150.

• климатические условия -М.

Проанализируем исходные данные и распишем каждый пункт более подробно в соответствии с приведенными характеристиками.

Проведем анализ годовой программы выпуска.

Для того чтобы провести анализ количества выпуска детали, необходимо установить тип производства данной детали, и  на основании полученных выводов предположить возможности технологического процесса. Тип производства определяется коэффициентом закрепления операций, Для различных типов производства технология изготовления деталей одного и того же типоразмера отличается по объединению переходов в операции и используемым типам оборудования и оснастки. Технологические решения, прогрессивные в массовом производстве, оказываются нецелесообразными и непрогрессивными в условиях мелкосерийного производства, и наоборот.

В крупносерийном и массовом производстве содержание технологических операций характеризуется: применением специального сложного не переналаживаемого комбинированного технического оборудования совмещенного и последовательного действия, в которых выполняют до нескольких десятков разнообразных переходов; использованием исходных заготовок; применением автоматических быстроходных прессов  и специальных автоматов. Изготовление одних и тех же изделий в данных типах производства ведется непрерывно в большом количестве и в течение значительного промежутка времени.

Исходя из того, что готовая продукция выпуска катушек индуктивности составляет 10 000 штук в год и коэффициент использования материалов , можно сделать вывод: тип производства радиаторов является массовым.

В соответствии с ГОСТ 15150-69 приведем климатические условия эксплуатации аппаратуры. К макроклиматическому району с умеренно-холодным морским климатом (М) относятся моря, океаны и прибрежная территория в пределах непосредственного воздействия морской воды, расположенные севернее 30° северной широты или южнее 30° южной широты.

В таблицах 1.1, 1.2 и 1.3 приведены значения температуры и влажности воздуха, а также содержание коррозионно-активных агентов в  рабочей среде, в которой будет применяться пружина.

Таблица 1.1- Значение температуры окружающего воздуха.

Таблица 1.2 - Рабочие значения влажности воздуха (сочетания относительной влажности и температуры).

Таблица 1.3 - Содержание в атмосфере на открытом воздухе коррозионно-активных агентов.

2. Выбор и обоснование материала детали

Пластмассы пластические массы, пластики — органические материалы  пластики , основой вляются синтетические  или природные высокомолекулярные соединения (полимеры). В зависимости  от природы полимера и характера  его перехода из вязкотекучего в стеклообразное состояние при формовании изделий пластмассы делят на термопласты и реактопласты.

Пластические массы имеют низкую плотность, обладают диэлектрическими свойствами, не поддаются коррозии во многих агрессивных средах, легко окрашиваются. Применяются пластмассы в качестве строительных и конструкционных материалов, заменяющих металлы, дерево и другие материалы, антифрикционных и фрикционных материалов, для изготовления посуды, мебели, труб для химической промышленности, деталей внутренней отделки всех видов транспорта, декоративных изделий, волокон, тканей и др

Основные отрасли промышленности, в которых в широких масштабах  применяются пластические массы:

- В электротехнической  и радиотехнической промышленности  пластмассы используются в качестве конструкционных и изоляционных материалов при производстве электродвигателей, трансформаторов, электрических кабелей и проводов, радиоаппаратуры, телевизоров, печатных схем и др.

- В машиностроении пластмассы  применяют для производства конструкционных элементов машин и механизмов, бесшумно трущихся частей машин, самосмазывающихся подшипников, многих деталей станков и машин, подвергающихся в процессе работы истиранию.

Пластические массы обладают очень  высокими электро-, тепло- и звукоизолирующими свойствами, почти абсолютной стойкостью к действию агрессивных сред; обеспечивают защиту от радиоактивных излучений; способны отражать или пропускать световые, звуковые и радиоволны. Пластмассы широко применяются в новейших областях техники - атомной энергетике, электронике, ракетной технике, современном самолетостроении и др.

Исключительно широкое  применение получили пластмассы на основе синтетических полимеров.

Таблица 2.1  Основные виды пластиков и их характеристики.

 
Продолжение таблицы 2.1

Таблица 2.2 - Основные физико-механические свойства материалов

В ходе проведенного сопоставительного анализа был выбран материал – АБС-пластик, так как он имеет все необходимые характеристики, требуемые условиями эксплуатации изделия.

Таблица 2.3 - . Способы изготовления  пластмассовых деталей.

Продолжение таблицы 2.3

Анализируя основные способы изготовления пластмассовых  деталей, был выбран способ – литье  под давлением, так как он  наиболее производителен и обеспечивает более  высокое и равномерное качество изделий.

3. Конструкторские расчеты

В данном курсовом проекте  в качестве конструкторского расчета  необходимо вычислить следующие  значения:

массу детали

коэффициент использования материала детали.

Масса детали:

где -  плотность материала,

       V – объем детали

где h – высота полого цилиндра,

       r₁ – радиус большой окружности,

       r₂ – радиус малой окружности,

       - толщина стенок полого цилиндра.

Коэффициент использования материала детали:

К_И.М.Д. =

где   V_д – объем детали,

         V_з – объем заготовки.

Подставив значения, получим:

1. r₁ = 8 мм

r₂=6 мм

h=50 мм

δ=2 мм

V=3.14*50*2*(6+8)=4390 мм³

2. r₁ = 17.5 мм

r₂=9.5 мм

h=2 мм

δ=10 мм

V=3.14*2*10*(17.5+9.5)=1695.6 мм³

1695.6*2=3391 мм³

V_детали=4396+3391=7787мм³

Масса детали:

_{m=1040*7787=80984800мг=80гр=0,08кг;}

7787мм³- 100%

   Х мм - 5% 

Х мм =(7787   ∙ 5)/100=389,35

Vза г  =7787+389,35=8176,35 (мм )

К и.м.д. =( 7787/8176,35)   ∙ 100%=95%

4. Технологический процесс

Технологический процесс— последовательность технологических  операций, необходимых для выполнения определенного вида работ. Технологический процесс состоят из технологических (рабочих) операций, которые, в свою очередь, складываются из рабочих движений (приёмов).

Основными операциями технологического процесса являются: подготовка материала, дозирование исходного материала, при некоторых условиях таблетирование и предварительный подогрев, затем формование и, наконец, отделочные операции механической обработки.

 Горячее формование изделий

При переработке пластмасс  важнейшими задачами являются обеспечение высокого качества изделий при наибольшей производительности. Наиболее надежным показателем качества изделия являются (структурные) надмолекулярные показатели.

Надкристаллическая структура  полимеризующихся материалов разнообразна. Даже изделия с одинаковой степенью кристалличности, но полученные в различных условиях, различаются по свойствам. Материал при формовании под воздействием охлаждения расплава и действием напряжения сдвига в каналах течет слоями, что способствует созданию слоевой структуры - разновидности надмолекулярной структуры. Такие структуры характерны для литьевых процессов. Толщина слоев и их структура зависят от способа и режима формования, свойств материала.                                                 

Стабильность свойств  изделий из полимеров обеспечивается правильным выбором и точностью выполнения режимов формования переработки.                 

Понятие подготовки сырья  включает в себя все технологические  операции, необходимые для того, чтобы из полимерного сырья получить способный к переработке материал. Изготовители полимерного сырья, предназначенного для переработки в готовое изделие, как правило, поставляют свою продукцию в виде гранулята, легко поддающегося переработке. В таком случае, сырье уже подготовлено на предприятии-производителе. Из-за большого количества рецептур, а также многообразия добавок, подготовку полимера может взять на себя переработчик.

Смешение - процесс механического  распределения различных веществ (гранулята с дробленкой, красителей и добавок) за счет взаимного перемещения частиц, осуществляемого до получения заданного соотношения компонентов в любой точке перемешиваемого объема. В зависимости от свойств материалов и требуемого размера зерен используют различные смесительные установки.

Измельчение - это процесс  уменьшения размеров частиц твердых  тел, преимущественно, за счет механического  воздействия. В зависимости от типа вещества при измельчении могут  быть использованы различные технологические  установки: валковая дробилка, молотковая дробилка, бегуны, дисковая ударно-отражательная мельница, ножевая дробилка, стержневая мельница или вальковая мельница.

Технологические свойства, процессы переработки и качество готовой продукции существенно зависят от влажности и температуры полимера. Придание материалу требуемой влажности сушкой или увлажнением осуществляют на стадии подготовки к формованию.

Влажность полимеров. Молекулы воды полярны и поэтому легко образуют водородные связи с полярными группами полимеров, следствием чего и является возможность поглощать (сорбировать) влагу из атмосферного воздуха. Свойство полимеров поглощать влагу  увеличивается с увеличением полярности, уменьшением плотности и степени кристалличности, увеличением дисперсности полимера; некоторые полимеры поглощают до 10% воды (% по отношению к массе материала). Неполярные полимеры имеют низкую гигроскопичность.

Влияние влажности на свойства и  переработку. Увеличение влажности полимера способствует уменьшению текучести и высокоэластичности расплава. Вызывая гидролитическую диструкцию при температурах переработки, влажность влияет на стабильность свойств готовых изделий. Избыток влаги ослабляет внутри - и межмолекулярное взаимодействие; в результате увеличения количества влаги выше необходимого уменьшаются предел текучести, предел прочности, относительноеудлинение при  разрыве, диэлектрическая прочность и проницаемость, ухудшается прозрачность, затрудняется переработка, на поверхности деталей появляются серебристые полосы, разводы, волнистость, вздутие, пористость, пузыри, раковины, трещины, отслоение поверхности, коробление и размерный брак возникают при литье под давлением и прессовании. Повышение влажности ухудшает сыпучесть материала.                                                  

При низком содержании влаги  происходит структурирование (разновидность деструкции), сопровождающееся ухудшением текучести полимера.                   

При эксплуатации изделий из полимеров  может измениться их влагосодержание. Это приведет к изменению размеров, физико - механических и диэлектрических свойств, твердости и износостойкости деталей из полимеров.                              

Из сказанного вытекает необходимость  строгого нормирования содержания влаги в полимерах перед переработкой.

Сушка полимеров. Полимеры, склонные к термоокислительной деструкции, сушат только в вакуумных устройствах, что способствует уменьшению термоокислительной диструкции, позволяет повысить температуру и сократить время сушки.            

Для сушки полимеров перед переработкой используют вакуум-сушилки, барабанные, турбинные, ленточные и другие типы сушилок.                        

Для подсушки и подогрева гранулированных  и порошкообразных термопластов на литьевых машинах применяют специальные  бункеры, оснащенные нагревательной  системой.

Иногда влагу и летучие вещества удаляют непосредственно из расплава. В этом случае при пластикации в одном из участков шнека снимают давление и здесь происходит расширение сжатых и нагретых газов. Затем их удаляют вакуум-отсосом.

Подготовка  полимеров к переработке.

 Основной задачей  в этом случае является обеспечение требуемой влажности путем сушки или увлажнения, таблетирования, предварительного подогрева.

Обычно влажность полимера после  сушки должна быть ниже рекомендуемой перед загрузкой в нагревательный цилиндр перерабатывающего оборудования или прессформу. Сушку полимера следует заканчивать непосредственно перед переработкой. А в случае хранения высушенного материала необходимо хранить такой материал в герметичной таре, а время хранения должно быть минимальное.

Полимеры с низкой гигроскопичностью  обычно не сушат. Если такие материалы содержат летучие вещества, то их короткое время подсушивают и подогревают для увеличения производительности при формовании изделий.                          

Если влажность понижена, то ее повышают путем выдерживания тонкого  слоя материала на воздухе; иногда с  целью ускорения увлажнения материал опрыскивают водой, спиртом, ацетоном или другими жидкостями.                               

Таблетирование пластмасс. Таблетирование - это формование под действием сжимающего усилия порошкообразных пластмасс для получения таблеток определенной конфигурации, размеров и плотности. Таблетирование позволяет более точно дозировать материал, в значительной мере удалять из него воздух (что повышает теплопроводность), уменьшить размеры загрузочной камеры прессформы, снизить потери материала.     

Предварительный нагрев. Предварительному подогреву подвергают только реактопласты (порошки и волокниты).                              

Предварительный нагрев производится в генераторах токов  высокой частоты (ТВЧ) или в контактных нагревателях перед загрузкой его в прессформу с целью интенсификации процесса прессования.

Нагрев ТВЧ уменьшает время  выдержки в прессформе, понижает давление прессования, значительно увеличивает срок службы прессформ. Это способствует улучшению качества изделий, увеличению производительности труда и снижению себестоимости изделий. Материал нагревается быстро, равномерно и одновременно по всему объему.

Полупроводники и диэлектрики, к которым относят пластмассы, нагреваются в электрическом  поле высокой частоты вследствие поляризации элементарных зарядов. Небольшое количество имеющихся в диэлектрике свободных зарядов дополнительно приводит к возникновению тока проводимости. При этом электрическое поле смещается с той же частотой, но с некоторым запаздыванием из-за преодоления сил внутримолекулярного трения, препятствующих смещению зарядов, на что затрачивается определенная энергия, выделяемая в нагреваемом пластике. Нагреву ТВЧ подвергаются пластмассы, у которых тангенс угла диэлектрических потерь не менее сотых долей единицы.