Заготовка болта

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1 Маркетинг (обзор рынка). Исходных заготовок. Исходные данные для проектирования. Выбор материала. Определение типа производства.

2 Проектирование технологического процесса изготовления детали.

2.1 Формулировка служебного назначения детали.

2.2 Анализ технических условий на изготовление детали.

3 Проектирование  технологического процесса изготовления  детали (продолжение).

3.1 Анализ технологичности  конструкции детали.

3.2 Выбор и  экономическое обоснование метода  получения заготовки.

4 Проектирование технологического процесса изготовления детали (продолжение).

4.1 Обоснование  последовательности выполнения  операций изготовления детали  и выбора баз.

4.2 Выбор методов  обработки поверхностей детали  и определение необходимого количества  переходов. Выбор технологического оборудования.

5 Проектирование  технологического процесса изготовления  детали (продолжение).

5.1 Анализ вариантов  и выбор оптимального маршрута  обработки детали.

5.2 Расчет припусков  и межоперационных размеров заготовки.

6 Проектирование технологического процесса изготовления детали (продолжение).

6.1 Разработка  операций технологического процесса.

6.1.1 Выбор схемы  построения операций.

6.1.2 Выбор и  обоснование технологического оборудования, технологической оснастки, режущего  и контрольно-измерительного инструмента.

7 Проектирование  технологического процесса изготовления  детали (окончание).

7.1 Разработка  операций технологического процесса (окончание).

7.1.1 Расчет и  определение режимов резания  и норм времени на каждую  операцию.

7.1.2 Расчет технико-экономической эффективности технологических операций.

8 Проектирование  и расчет технологической оснастки.

8.1. Исходные  данные для разработки конструкции  приспособления.

8.2. Анализ и  уточнение схемы установки детали, выбор качества типа и взаимного расположения опор.

9. Проектирование  и расчет технологической оснастки (продолжение).

9.1. Разработка  расчетной схемы приспособления  с учетом величин и направления действия составляющих сил резания. Определение необходимой силы зажима.

9.2. Силовой расчет приспособления.

10. Проектирование  и расчет технологической оснастки (продолжение).

10.1. Расчет приспособления  на точность.

10.2. Проверочный  расчет на прочность.

11. Проектирование  и расчет технологической оснастки (окончание).

11.1. Технико-экономическое обоснование эффективности разработанного приспособления.

11.2. Описание  принципа работы приспособления.

12. Оформление рабочей документации. Технологическая документация. Маршрутная карта изготовления детали. Операционные карты изготовления детали. Карты операционных эскизов. Карты технического контроля. Спецификации технологической оснастки.

13. Упаковка и хранение. Реализация. Эксплуатация. Ремонт и обслуживание. Утилизация.

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Болт – крепёжное изделие в виде стержня, как правило, с шестигранной головкой и наружной резьбой, образующее соединение при помощи гайки или резьбового отверстия. Болты бывают самых различных модификаций, каждая из которых имеет свое практическое назначение. Чаще всего болты изготовлены из нержавеющей стали, так как этот материал лучше всех переносит влажность, при этом, не теряя в качестве. Следовательно, болт не поддается коррозии, разрушающей конструкции. Это значительно увеличивает гигиенические показатели болтов, которые могут сыграть немалую роль в некоторых видах производства, к примеру, текстильном и пищевом.

Процесс изготовления болта  холодной штамповкой начинается с подачи стального прутка с бобины. Сначала пруток пропускается через правильную машину и фильеру, а затем режется на части. Полученные заготовки подаются в штамповочную машину, где производится их предварительная формовка, штамповка круглой головки, которой придается четырех- или шестигранная форма. Затем на торцевой части заготовки болта делается фаска, и наконец, с помощью двух плашек нарезается резьба.

 

 

1 Маркетинг (обзор рынка). Выбор исходных заготовок. Исходные данные для проектирования. Выбор материала. Определение типа производства

 

Данная деталь – «болт», выполнен в виде ступенчатого цилиндрического  стержня, на одном конце которого предусмотрена метрическая резьба с крупным шагом, а на другом поперечная торцевая канавка глубиной 3 мм. При этом ступенчатость болта начинается от максимального до минимального диаметра. На наибольшем диаметре детали выполнены две небольшие фаски. Резьбовая часть предусмотрена получить на наименьшем диаметре 16 мм, длина которой должна быть 45 мм. По анализу детали видно, что для ее изготовления нет особых требований к шероховатости и точности поверхности.  Также ознакомившись с чертежом детали, выяснили, что деталь изготовлена из материала Сталь45 по ГОСТ 1050-88.

1. Деталь со  снятием небольших фасок и  нарезанием резьбы;

2. Деталь ступенчатая;

3. Сечение детали симметрично  представляет собой длинный пруток.

Исходя из этого можно  считать что, деталь имеет все базы для ее изготовления и является технологичной.

Деталь по своим конструкторским  и технологическим признакам  относится к деталям общего применения, имеет метрическую резьбу. Габаритные размеры детали: длина 136 мм, диаметр 36 мм материал детали – сталь 45 по ГОСТ 1050-88 эта сталь является качественной калиброванной сталью. Химический состав стали, и микроструктура должны соответствовать требованиям ГОСТ 1050-88: 0,45 % - содержание  углерода, 0,035% - фосфора, 0,018% - серы и.т.д.

Назначение стали: детали средних размеров несложной конструкции, к которым не предъявляются требования к повышенной прочности и твердости.

Твердость детали остается как в состоянии поставки проката, поэтому обрабатываемость резанием материала детали хорошая, подвод и  отвод инструмента удобный, производство серийное, деталь технологична.

Болты бывают самых  различных модификаций, каждая из которых  имеет свое практическое назначение. Чаще всего болты изготовлены  из нержавеющей стали, так как  этот материал лучше всех переносит влажность, при этом, не теряя в качестве. Следовательно, болт не поддается коррозии, разрушающей конструкции. Это значительно увеличивает гигиенические показатели болтов, которые могут сыграть немалую роль в некоторых видах производства, к примеру, текстильном и пищевом.

Процесс изготовления болта  холодной штамповкой начинается с подачи стального прутка с бобины. Сначала пруток пропускается через правильную машину и фильеру, а затем режется на части. Полученные заготовки подаются в штамповочную машину, где производится их предварительная формовка, штамповка круглой головки, которой придается четырех- или шестигранная форма. Затем на торцевой части заготовки болта делается фаска, и наконец, с помощью двух плашек нарезается резьба.

Лемешные используются для  крепления навесного оборудования для сельскохозяйственных машин. Класс прочности: 3.6; 3.8; 4.6; 4.8.

Мебельные – используются в мебельной промышленности и строительстве. Класс прочности: 3.6; 4.6; 5.8.0

Дорожные – используются для дорожных ограждений, для специальных металлоконструкций. Класс прочности: 3.6; 4.6; 4.8; 5.6; 5.8; 6.6; 8.8; 10.9.

Машиностроительные  используются в машиностроении, автомобилестроении, приборостроении и строительстве  в качестве деталей соединения. Класс  прочности: 8.8; 10.9; 12.9.

Проектирование  технологического процесса и разработка его маршрута должны выполнятся с  учетом типа организации производства. Различают три основных типа машиностроительного  производства: массовое, серийное и  единичное.

Для оценки типа производства можно воспользоваться характеристикой серийности, в основу которой положена классификация деталей по их массе и габаритам. В нашем случае годовая программа выпуска (N=240шт.), и масса до 6 кг, по таблице устанавливаем тип производства - мелкосерийное.

 

2 Проектирование технологического процесса изготовления детали.

2.1 Формулировка  служебного назначения детали.

Механические  свойства крепежных изделий с  диаметром резьбы до 48 мм и материалы  для их производства регламентируются ГОСТ 1759—70. Для болтов установлены три группы материалов: углеродистые и легированные стали; коррозионно-стойкие, жаропрочные, жаростойкие и теплоустойчивые стали; цветные сплавы.

В основном применяют  болты из углеродистых и легированных сталей; болты, изготовленные из материалов второй и третьей группы, применяют в специальных случаях при жестких требованиях к жаропрочности, коррозионной стойкости, габаритам и весу соединений.

Болты изготавливают  как из спокойных, так и из кипящих  сталей. Учитывая, что кипящие стали  более склонны к хладноломкости, чем стали спокойной выплавки, их применение для крепежных изделий ограничено.

Из углеродистых и легированных сталей в ГОСТ 1759—70 предусмотрено изготовление болтов двенадцати классов прочности, из коррозионно-стойких, жаропрочных и жаростойких сталей шести групп и цветных металлов также шести групп материалов.

Классы прочности  охватывают диапазон временного сопротивления  от 30 до 160, кгс/мм2. Под классом прочности понимается комплекс механических свойств, включающий временное сопротивление, предел текучести, относительное удлинение после разрыва, твердость, напряжение от пробной нагрузки, а для ряда классов — ударную вязкость.

 Временным  сопротивлением о-в называется  отношение максимальной нагрузки  Р_mах, которую выдерживает материал (болт) в момент наступления разрушения, к первоначальному поперечному сечению F_o.

Предел текучести. Он представляет собой наименьшее напряжение, при котором деформация материала происходит без заметного увеличения растягивающей нагрузки Рт.

Предел текучести  определяется на специальных образцах. Часто при растяжении образцов действующая нагрузка изменяется вплоть до момента разрушения, при этом пользуются значением условного предела текучести.

Ударная вязкость материала характеризуется полной работой, затраченной на деформацию и разрушение специального призматического образца с односторонним надрезом (выточкой), деленной на площадь сечения в надрезе. Образцы вытачиваются из болтов с удалением резьбы.

Относительное удлинение — это отношение  увеличения длины образца после  разрыва к его начальной длине. Класс прочности болтов обозначается двумя числами. Первое число, умноженное на 10, определяет величину минимального временного сопротивления (кгс/мм²). Второе число, умноженное на 10, определяет отношение предела текучести к временному сопротивлению (%), а произведение чисел определяет величину минимального предела текучести (кгс/мм²). Введение классов прочности облегчает выбор и расчет резьбовых соединений, позволяет регламентировать усилия предварительной затяжки, что значительно повышает надежность и долговечность соединении. Группы материалов обозначаются двузначным числом, первая цифра которого указывает вид материала, а вторая цифра — прочность. При оформлении заказов на продукцию, а также в различной конструкторской документации болты обозначаются по условной схеме. Условное обозначение болтов включает: наименование детали, исполнение, диаметр резьбы, шаг резьбы, поле допуска резьбы, длину болта, класс прочности или группу, марку стали или сплава, обозначение вида покрытия, толщину покрытия и номер размерного стандарта.

Для упрощения  обозначения часто применяемых  деталей в условной схеме не указываются  крупный шаг резьбы, поле допуска 8g, исполнение 1, марка углеродистой стали и цветного сплава. Дополнительно  в условном обозначении может отмечаться применение спокойной (буквой С) или автоматной (буквой А) сталей. Например, болт по ГОСТ 7796—70 исполнения 2, имеющий диаметр резьбы 1Й мм с шагом 1,25 мм и поле допусков 6 g, при длине 60 мм и классе прочности 5.8 (записывается без точки) с цинковым покрытием (вид покрытия 01) толщиной, 9 мкм обозначается: болт 2М 12Х1,25—6 ХбО.58,019 ГОСТ 7796—70.

ГОСТ 1759—70 рекомендует  технологию изготовления болтов в зависимости  от их класса прочности. В производственных условиях болты изготавливаются холодной или горячей штамповкой и точением без термической обработки или с термической обработкой после получения крепежных изделий одним из перечисленных выше способов. Болты, изготовляемые холодной штамповкой без термической обработки, имеют пониженные пластические свойства вследствие наклепа, полученного при холодной деформации. Величина предела текучести материала болтов при этом приближается к величине временного сопротивления и составляет в большинстве случаев 0,8— 0,9 Gs. Поэтому указанным методом можно изготовлять только болты классов прочности 4.8, 5.8, 6.9 и в ряде случаев 8.8.

В ряде случаев  эти же болты могут быть изготовлены  и холодной штамповкой, но с обязательным отжигом исходного металла. Высокопрочные  болты из среднеуглеродистых и легированных сталей (классы прочности 8.8, 10.9 и 12.9, 14.9) изготовляются с закалкой и отпуском.

 

 

2.2 Анализ  технических условий на изготовление  детали.

При изготовлении детали используется инструменты и  оборудование: токарная обработка, станок 1К62, резец Т15К6, резец Р9, резец 2103-0057 ВК8, угломер тип 1-2, штангельциркуль ШЦ-1-0-125. Термическая обработка, электропечь СНО 6.12.4/10, термопара ТПП, щипцы, бак закалочный.

Расчет  режимов выполнения операций.

Токарная  обработка.

Определим припуск  на обработку в мм. по формуле /1/.

h₀=(D-d)/2,

где D и d – диаметр детали до и после токарной обработки, мм.

h₀=(19-10)/2=4.5 мм.

Глубина резания t=1.5 мм., при протачивании поверхности. Вычислим число проходов по формуле /1/.

J= h₀/t=4.5/1.5=3,

Подача при  протачивании поверхности В S=0.5 мм/об.

Находим фактическую  скорость резания, м/мин:

,

где п_ф=960 об/мин.

м/мин.

Определим припуск  на обработку, в мм.

h₀=(10-8)/2=1 мм.

Глубина резания t= 1 мм, при протачивании поверхности А.

Вычислим число  проходов.

J=1/1=1

Подача при  протачивании поверхности А S=0.5 мм/об. Находим фактическую скорость резания, м/мин

м/мин.

При нарезании  резьбы на станке 1К62 применяем резьбовой  резец. Подача при нарезании резьбы S=1.5 мм/об. Число проходов j=2. Скорость при нарезании резьбы V_ф=5.2 мм/мин.

 

3 Проектирование  технологического процесса изготовления  детали (продолжение).

3.1 Анализ  технологичности конструкции детали.

Изучение чертежа  детали является первым ответственным  шагом  в проектировании технологического процесса. Сначала по геометрическим проекциям определяется  конфигурация детали. Затем изучают размеры, требуемую точность обработки и взаиморасположение поверхностей. Этот анализ дает возможность составить представление о методах обработки, выявить конструкторские базы и наметить последовательность механической обработки.

 

Рисунок 1. Конструктивные параметры детали.

 

  Технологичность детали [1]

Данная деталь – «болт», выполнен в виде ступенчатого цилиндрического стержня, на одном конце которого предусмотрена метрическая резьба с крупным шагом, а на другом поперечная торцевая канавка глубиной 3 мм. При этом ступенчатость болта начинается от максимального до минимального диаметра. На наибольшем диаметре детали выполнены две небольшие фаски. Резьбовая часть предусмотрена получить на наименьшем диаметре 16 мм, длина которой должна быть 45 мм. По анализу детали видно, что для ее изготовления нет особых требований к шероховатости и точности поверхности.  Также ознакомившись с чертежом детали, выяснили, что деталь изготовлена из материала Сталь45 по ГОСТ 1050-88.

Общие положения  технологического процесса проектируют  и оформляют в соответствии с  требованиями стандартов 3.1118-82 и ЕСТД. Формы и правила оформления маршрутных карт, 3.1103-82 и ЕСТД. Основные надписи, 3.1407-86 и ЕСТД. Формы и требования к заполнению и оформлению документов на технологические процессы (операции), специализированные по методам сборки и др.

При проектировании технологического процесса на изготовление разработана следующая документация: ремонтный чертеж детали, маршрутные карты, операционные карты, карты эскизов.

Исходные данные для проектирования технологического процесса на изготовление деталей.

Требуется изготовить один специальный болт из стали 30 (ГОСТ 1050-74). Масса заготовки 0.1 кг., а масса готового болта 0.08 кг.

Термическая обработка.

При термической обработке  предлагается произвести закалку поверхности  А. Закалка – термическая обработка, заключающаяся в нагреве металла  выдержке и последующем быстром охлаждении.

При термической операции предлагаются следующие режимы закалки:

а) Температура нагрева  детали Т=620-650^оС

в) Температура нагрева  печи должна быть на 10-30 ^оС выше, чем температура нагрева детали под закалку.

с) Контроль температуры нагрева осуществлять при помощи термопары ТПП.

При охлаждении детали использовать бак закалочный и щипцы. Температура  охлаждающей жидкости (вода) Т=20-21 ^оС. скорость охлаждения 10.6 ^оС/сек. Твердость детали 250 НВ.

Технические нормы времени  находим по формуле / 1 /.

Т_н=Т_о+Т_b+Т_доп+Т_пз/N_шт, 

где Т_о – основное время;

Т_b – вспомогательное время;

Т_доп – дополнительное время;

Т_пз – подготовительно-заключительное время, ч.

При протачивании поверхности  В основное время находят по формуле:

,

где d – диаметр обрабатываемой детали, мм;

L – длинна обрабатываемой поверхности, мм;

i – число проходов;

V – фактическая скорость резания, м/мин;

S – подача, мм/об.

Вспомогательное время Т_b=0.9 мин.

Дополнительное  время определяем по формуле:

,

где К=7…9%;

Т_оп=Т_b+T_o.

При протачивании поверхности А основное время равно:

Вспомогательное время Т_b=0.38 мин.

Дополнительное  время Т_доп=0.036 мин.

Основное время  при нарезании резьбы находим  по формуле:

,

Вспомогательное время Т_b=0.042 мин.

Дополнительное  время Т_доп=0.009 мин.

Основное время  при проточке фаски 2 Т_о=0.69 мин., Т_b=0.43 мин., Т_доп=0.1 мин.

Основное время  при проточке фаски 3 Т_о=0.86 мин., Т_b=0.57 мин., Т_доп=0.13 мин.

Затраты подготовительно-заключительного времени Т_пз=10 мин.

Т_н=2.659+2.8+0.946+10/1=16.405 мин.

Расчет норм времени при термической обработке.

Продолжительность нагрева детали 32 минуты. Время охлаждения 0.96 минуты. Затраты подготовительно-заключительного времени Т_пз=7 мин.

Т_н=32+0.96+7=39.96 мин.

 

3.2 Выбор  и экономическое обоснование  метода получения заготовки.

Выбор прогрессивного вида заготовки и рационального  способа его получения является одним из ответственных моментов проектирования технологического процесса. Вид заготовки и ее размеры влияют на характер начальных операций и его экономичность. Рациональная заготовка обеспечивает повышение  точности и качества детали, снижение  трудоемкости и изготовления, сокращение потребного количества станочного оборудования и режущего инструмента, что снижает себестоимость детали.

Выбор вида заготовки  и метода ее изготовления зависит  от следующих факторов:

- материала детали и  его механических свойств;

- конструктивной формы  детали и ее размеров;

- масштаба производства;

Так как деталь простая  по своей форме и не имеет особых требований к твердости точности и шероховатости поверхности, то для ее изготовления в качестве заготовки выбираем прокат горячекатаный из стали 45 по ГОСТ 1050- 88. Заготовка получается выдавливанием из прокатных станов в горячем состоянии.

Материал детали сталь 45 качественная калиброванная сталь  имеет плотность g = 7,8 · 10 кг/м. Хорошо подвергается резанию и обладает стойкостью к усадочным трещинам, хорошей коррозионной стойкостью.

Расчет размера заготовки

Рисунок 2. Эскиз заготовки.

 

 мм;

 мм;

Расчет объема заготовки

Расчет массы  заготовки:

 кг;

Расчет объема детали:

Расчет массы  детали:

 кг;

 

Рисунок 2.1. Эскиз детали.

;

Вывод: На основании  расчета К_ИМ = 53 % и исходя из конструкции детали, считаю что деталь – технологична.

 

4 Проектирование технологического процесса изготовления детали (продолжение).

4.1 Обоснование последовательности выполнения операций   изготовления детали и выбора баз.

 Металл, предназначенный для штамповки, должен иметь чистую и блестящую поверхность, свободную от окалины, жировых и других загрязнений, я содержать прочно удерживаемую на поверхности технологическую смазку.

Подготовка  поверхности заготовки включает операции: очистку поверхности от окалины, жировых и других загрязнений; нанесение под смазочного слоя (носителя смазки); нанесение технологической смазки.

Прокат или  термически обработанный металл имеет  на поверхности окисную пленку —  окалину, которая должна быть удалена  для предупреждения преждевременного износа технологического инструмента  и получения чистой и точной заготовки. Основным способом удаления окалины с заготовок, предназначенных для холодной штамповки болтов, является травление. Травление углеродистых сталей производят главным образом в растворе, содержащем 8—20% серной кислоты, при температуре 50—80°С в течение 10—120 мин, или в концентрированной соляной кислоте при 20— 30° С в течение 5—30 мин. Продолжительность травления зависит от марки стали, диаметра и состояния поставки (прутки, бунты) металла и концентрации раствора. Травление меди, латуни Л63, Л62 производят в растворе, содержащем 3—10% H2S04 при температуре 20—40° С.  Травление алюминиевых сплавов проводят в растворе с 5—10% едкого натра и c последующим погружением в раствор с 10—15% азотной кислоты (пассивированием). После травления для удаления травильного шлама и кислоты металл промывают в горячей и холодной воде. Промывка стальных заготовок в горячей воде производится при температуре 50—70° С в течение 1—2 мин, холодная промывка осуществляется водой под давлением 5—7 атм. в течение 1—2 мин.

Для нейтрализации  остатков серной кислоты и уменьшения коэффициента трения при калибровке и холодной штамповке металл подвергается известкованию в растворе, содержащем 3—5% извести (СаО), при температуре 100°  С (2—3 погружения). Допускается выработка раствора до концентрации СаО 0,5— 1%. На поверхности металла должна быть сплошная пленка извести. Нейтрализацию кислоты можно производить в водном растворе мыла с концентрацией 0,5—0,8 г/л при температуре раствора 70—80° С в течение 2—3 мин. После нейтрализации с целью предупреждения коррозии металл подвергается сушке при температуре 100—120° С в течение 15—20 мин.

Для повышения  надежности сцепления смазки с деформируемым  металлом заготовку целесообразно  покрывать под смазочным слоем. Под смазочное покрытие способствует снижению трения при штамповке и повышает стойкость штампового инструмента. Особенно эффективно, применение под смазочного слоя при штамповке болтов с редуцированием стержня.

Нанесение под смазочного слоя производится перед волочением или после волочения (перед штамповкой). Наибольшее распространение получило нанесение под смазочного слоя перед волочением, так как при этом слой носителя смазки получается более равномерным по толщине и надежно сцепленным с основным металлом.

 Заготовки из углеродистых и низколегированных сталей чаще всего подвергают фосфатированию. Фосфатирование заключается в обработке металла в 2,5— 3%- ном растворе кислой фосфорнокислой соли цинка, температура раствора 60—80° С. Продолжительность фосфатирования равна 5—15 мин. Фосфатный слой может деформироваться без разрушения вместе с основным металлом. Фосфатное покрытие действует как непрерывный разделяющий слой между контактными поверхностями инструмента и заготовки, уменьшая трение, предотвращая налипание металла на инструмент и хорошо удерживая смазочное вещество. Фосфатирование в 1,2—1,3 раза снижает усилия деформирования. Процесс подготовки металла с нанесением фосфатного слоя состоит из следующих операций: 1) травление при фосфатировании волоченого металла — обезжиривание); 2) промывка водой; 3) Фосфатирование; 4) промывка водой; 5) известкование или омыление; 6) сушка.

 Фосфатное  покрытие считается качественным, если после волочения сохраняется  зеркальный цвет (от черного до  серого), при этом чем темнее  цвет волочения, тем лучше покрытие.

При подготовке поверхности заготовок из нержавеющих  сталей (12Х18Н9Т, 12Х18Н10Т и др.) вместо фосфатирования используют известково-солевое  покрытие. Оно не требует дополнительных операций для химического разрушения пленки, образующейся на поверхности нержавеющей стали в процессе травления (пассивирования), и позволяет работать на высоких скоростях при волочении. Нержавеющие и жаростойкие стали подготавливаются к штамповке по следующей технологии: 1) травление, 2) промывка в горячей воде, 3) пассивирование, 4) промывка в горячей воде, 5) нанесение известково-солевого покрытия, 6) сушка, 7) калибровка.

Известково-солевое  покрытие имеет существенные недостатки. Поваренная соль ускоряет процесс коррозии металла, в сырую погоду впитывает влагу и затрудняет процесс волочения. Кроме того, известь очень пылит, засоряет воздух и помещение цеха и тем самым ухудшает условия труда. При подготовке к штамповке нержавеющих сталей может применяться омеднение. На Дружковском метизном заводе омеднение металла, идущего на холодную штамповку болтов (с редуцированием стержня); производится по следующей технологии: а) травление; б) промывка в горячей и холодной воде; в) омеднение; г) промывка в холодной воде; д) нейтрализация (известкование); е) сушка.