Фланцы могут быть элементами трубы, фитинга, вала, корпусной детали и т.д. Фланец в виде отдельных деталей чаще всего приваривают или привинчивают к концам соединяемых деталей.

Фланцы применяются для соединения изделий арматуры с трубопроводами, соединения отдельных участков трубопроводов между собой и для присоединения трубопроводов к различному оборудованию. Фланцевые соединения обеспечивают герметичность и прочность конструкций, а также простоту изготовления, разборки и сборки.

Форма уплотнительной поверхности фланца в трубопроводах зависит от давления среды, профиля и материала прокладки. Гладкие уплотнительные поверхности с прокладками из картона, резины и паронита применяются при давлениях до 4 Мн/м2 (40 кгс/см2), поверхности с выступом на одном Фланце и впадиной на другом с асбо-металлическими и паронитовыми прокладками - при давлениях до 20 Мн/м2 (200 кгс/см2), Фланец с конической уплотнительной поверхностью - при давлениях выше 6,4 Мн/м2 (64 кгс/см2).

Целью курсовой работы является: выбор, изготовления типовой детали - фланца, изучение химического состава стали 30ХГС, определение массы детали, определение припусков и кузнечных напусков, разработка технологического маршрута.

1. Способ изготовления заготовки

Так как производство крупносерийное выберем способ изготовления заготовки - горячую объемную штамповку. Штамповочное оборудование - КГШП (кривошипный горячештамповочный пресс).

2. Исходные данные по детали

Материал - сталь 30ХГС; химический состав (по массе) кремний (Si) 0,9ч1,2%, углерод (С) 0,28ч0,35%, марганец (Mn) 0,8ч1,1%, никель (Ni) до 0,3%, сера (S) до 0,035%, фосфор (P) до 0,035%, хром (Cr) 0,8ч1,1%, медь (Cu) до 0,3%; суммарная средняя массовая доля легирующих элементов (Si, Mn, Cr, Ni, Mo, W, V) 1,05+0,95+0,95+0,15 = 3,1%;

-- масса детали Мд = 0,003976Ч7850 = 31,2кг.

3. Исходные данные для расчета припусков и допусков

--расчетная масса поковки, определяемая по выражению:

Мп. р.= МдЧКр,

где Мп. р.- расчетная масса поковки; Мд - масса детали; Кр - расчетный коэффициент. Кр = 2; Мп. р.= 31,2Ч2 = 62,4кг.

- класс точности Т2;

- группа стали М2 (сталь со средней массовой долей углерода свыше 0,35 до 0,65% включительно или суммарной массовой долей легирующих элементов свыше 2,0 до 5,0% включительно).

- степень сложности С4. Размеры описывающие поковку геометрической фигуры диаметр 300Ч1,05 = 315 мм, диаметр 180Ч1,05 = 189 мм, длина 50Ч1,05 мм (1,05 - коэффициент увеличения габаритных линейных размеров детали, определяющих положение ее обрабатываемых поверхностей). Масса описывающей фигуры (расчетная), (31,52Ч3,14Ч5,25+3,14Ч5,25Ч18,92)Ч7,8 = 157кг. Отношение массы поковки к массе описывающей ее фигуры 62,4/157 = 0,4;

- конфигурация поверхности разъема штампа П - плоская;

-исходный индекс 16.

4. Припуски и кузнечные напуски

-основные припуски на размеры (на сторону):

диаметр 300 и чистота поверхности 2,5 - припуск 3,2 мм;

диаметр 245 и чистота поверхности 3,2 - припуск 3,0 мм;

диаметр 215 и чистота поверхности 3,2 - припуск 3,0 мм;

диаметр 100 и чистота поверхности 2,5 - припуск 2,7 мм;

диаметр 180 и чистота поверхности 6,3 - припуск 3,0 мм;

толщина 50 и чистота поверхности 6,3 - припуск 2,7 мм;

глубина впадины 30 и чистота поверхности 3,2 - припуск 1,9 мм.

- дополнительные припуски, учитывающие:

смещение поковки по поверхности разъема штампа 0,3 мм;

отклонение от плоскости 0,3 мм;

- штамповочный уклон для наружной поверхности - не более 70, принимается 30; для внутренней - не более 70, принимается 70.

5. Размеры поковки и их допускаемые отклонения

- размеры поковки:

диаметр 300+(3,2+0,3)Ч2 = 307 мм принимаем 307 мм;

диаметр 245+(3,0+0,3)Ч2 = 251,6 мм принимаем 252 мм;

диаметр 215+(3,0+0,3)Ч2 = 221,6 мм принимаем 222 мм;

диаметр 100-(2,7+0,3)Ч2 = 94 мм принимаем 94 мм;

диаметр 180+(3,0+0,3)Ч2 = 186,6 мм принимаем 187 мм;

толщина 50+(2,7+0,3)Ч2 = 53,3 мм принимаем 53 мм;

глубина 30Ч0,8 = 24 мм.

- допускаемые отклонения размеров:

диаметр 307 мм; диаметр 252 мм; диаметр 222 мм;

диаметр 187 мм; глубина 24 мм; толщина 53 мм; диаметр 94 мм;

- допускаемое отклонение от плоскости 0,6 мм;

- допускаемое отклонение от соосности выемки 24Ч0,01 = 0,24 мм (допускаемое отклонение от соосности не пробитых отверстий в поковках не более 1% глубины отверстия);

- допускаемая величина остаточного облоя 1,2 мм;

- допускаемая величина на смещение по поверхности разъема штампа 1,0 мм.

В соответствии с точностью размера мм и шероховатостью поверхности Ra = 2,5 мкм выбираем следующий технологический маршрут:

1). Обтачивание черновое, при этом достигается 12 квалитет точности, шероховатость поверхности Rz = 80мкм;

2). Обтачивание чистовое, при этом достигается 10 квалитет точности, шероховатость поверхности Rz = 40 мкм;

3). Шлифование чистовое, при этом достигается 7 квалитет точности, шероховатость поверхности Ra = 2,5 мкм.

Для обработки указанной поверхности в качестве чистовой технологической базы выберем наружную поверхность мм. Приспособление для базирования заготовки - 3-х кулачковый самоцентрирующий патрон.

Для выполнения токарных операций будем использовать токарно-винторезный станок 16К20, для выполнения шлифовальной - круглошлифовальный станок 3М150.

Выберем следующие инструменты:

резец проходной упорный отогнутый Т15К6;

шлифовальный круг 24А 32Н С2 6 К5 А2 ПП 100 м/с;

штангенциркуль ШЦЦ-II-250-0,01.

Расчет припусков.

Общий припуск на обработку поверхности:

номинальный 2Zном = Dзаг- Dдет = 307 - 300 = 7мм;

максимальный 2Zmax = D - D = 310,3 - 299,895 = 10,405мм;

минимальный 2Zmin = D - D = 305,3 - 300 = 5,3мм.

В соответствии с выбранным маршрутом обработки данной поверхности разобьем общий припуск на межоперационные:

припуск на диаметр на чистовое точение при креплении заготовки в патроне равен 2Zном = 0,30мм; на шлифование 2Zном = 0,15мм.

Припуск на черновое точение определим по выражению:

2Zчерн = 2Zобщ - (2Z + 2Z ) = 7 - (0,4+0,55) = 6,05мм.

Максимальные и минимальные операционные припуски определим следующим образом:

2Zi max = D - D ,

где D - наибольший предельный размер до обработки; D - наименьший предельный размер после обработки на данной операции.

2Z = 310,300 - 300,43 = 9,87мм;

2Z = 300,95 - 300,340 = 0,61мм;

2Z = 300,55 - 299,895 = 0,655мм;

2Zi min = D - D ,

где D - наименьший предельный размер до обработки; D - наибольший предельный размер после обработки данной операции.

2Z = 305,300 - 300,95 = 4,35мм;

2Z = 300,430 - 300,350 = 0,08мм;

2Z = 300,340 - 300,000 = 0,34мм;

Результаты всех вычислений запишем в табл. 1

Таблица 1

№	Операция	Получаемый размер	Dmax, мм	Dmin, мм	2Z, мм	2Zmax, мм	2Zmin, мм
0	Штамповка	307	310,300	305,300	--	--	--
1	Токарная, черновая	300,95h12 (-0,520)	300,950	300,430	6,05	9,87	4,35
2	Токарная, чистовая	300,55h10 (-0,210)	300,550	300,340	0,40	0,61	0,08
3	Шлифование	300h7	300,000	299,895	0,55	0,655	0,34

В соответствии с точностью размера 100H7 и шероховатостью поверхности Ra = 2,5 мкм выбираем следующий технологический маршрут:

1). Сверление и рассверливание при этом достигается 11квалитет точности, шероховатость поверхности Rz = 80 мкм;

2). Зенкерование чистовое, при этом достигается 9 квалитет точности, шероховатость поверхности Rz = 40 мкм;

3). Развертывание точное, при этом достигается 7 квалитет точности, шероховатость поверхности Ra = 2,5 мкм;

Для выполнения токарных операций будем использовать станок вертикально-сверлильный 2Н135.

Выберем следующие инструменты:

зенкер насадной со вставочными ножами из быстрорежущей стали.

штангенциркуль ШЦЦ-II-250-0,01.

Расчет припусков.

Общий припуск на обработку поверхности:

номинальный 2Zном = Dотв - D = 100 - 94 = 6мм;

максимальный 2Zmax = D - Dmin = 100,035 - 92,8 = 7,235 мм;

минимальный 2Zmin = D - Dmax = 100 - 96,4 = 3,6 мм.

Припуск на сверление определим по выражению:

2Zсвер = 2Zобщ - (2Z + 2Z ) = 6 - (0,32+0,1) = 5,58мм.

Максимальные и минимальные операционные припуски определим следующим образом:

2Z = D - D ,

где D - наибольший предельный размер после обработки; D - наименьший предельный размер до обработки.

2Z = 99,8 - 92,8 = 7мм;

2Z = 99,987 - 99,58 = 0,407мм;

2Z = 100,035 - 99,9 = 0,135мм.

2Z = D -D ,

где D - наименьший предельный размер после обработки; D - наибольший предельный размер до обработки.

2Z = 99,58 - 96,4 = 3,18мм;

2Z = 99,9 - 99,8 = 0,1мм;

2Z = 100 - 99,987 = 0,013мм.

Таблица 2

№	Операция	Получаемый размер	Dmax, мм	Dmin, мм	2Z, мм	2Zmax, мм	2Zmin, мм
0	Штамповка	94	96,4	92,8	--	--	--
1	Сверление	99,58H11 (+0,220)	99,8	99,58	5,58	7	3,18
2	Зенкерование	99,9H9 (+0,087)	99,987	99,9	0,32	0,407	0,1
3	Развертывание	100H7 (+0,035)	100,035	100	0,10	0,135	0,013

Наименование	Значение
Наибольшая длина обрабатываемого изделия, мм:	1000
Высота оси центров над плоскими направляющими станины, мм:	215
Пределы оборотов, об/мин	12,5-1600
Пределы подач, мм/об
Продольных	0,05-2,8
Поперечных	0,002-0,11
Мощность электродвигателя главного привода, кВт	11
Наибольший диаметр изделия, устанавливаемого над станиной, мм	400
Наибольший диаметр обработки над поперечными салазками суппорта, мм	220
Наибольший диаметр прутка, проходящего через отверстие в шпинделе, мм	50
Габаритный размеры станка, мм
Длина	2795
Ширина	1190
Высота	1500
Масса станка, кг	3005

6. Техническая характеристика станков

Таблица 3. Станок токарно - винторезный 16К20

Таблица 4. Станок вертикально - сверлильный 2Н135:

Наименование	Значение
Размеры конуса шпинделя	Морзе 4
Расстояние оси шпинделя до направляющих колонны, мм	300
Расстояние от торца шпинделя, мм: до стола до плиты	30-750 700-1120
Наибольшие (установочное) перемещение сверлильной головки, мм	170
Перемещение шпинделя за один оборот штурвала, мм	122,46
Рабочая поверхность стола, мм	450-500
Наибольший ход стола, мм	300
Количество скоростей шпинделя	12
Количество подач	9
Пределы подач, мм/об	0,1-1,6
Мощность электродвигателя главного движения, кВт	4,0
Габарит станка: длина, ширина, высота, мм	1030-835-2535
Масса станка, кг	1200

Таблица 5. Круглошлифовальный станок 3М150:

Наименование	Значение
масса	2600
Габарит станка: длина, ширина, высота, мм	2000-1370-1520
Мощность электродвигателя главного движения, кВт	4,0
макс. скорость шпинделя	2350
Наибольшая длина обрабатываемой детали, мм	360
Наибольший диаметр обрабатываемой детали, мм	100

7. Расчет режимов резания и норм времени

Расчет режимов резания и норм времени выполним для чернового точения: диаметр заготовки D = 300мм, глубина резания t = 1,7 мм, длина L =50мм, материал заготовки - сталь углеродистая конструкционная 30ХГС.

Для выполнения данной операции выберем проходной упорный резец со следующими параметрами: главный угол резца в плане ц = 900; вспомогательный угол резца в плане ц1 = 100; главный передний угол г = 100; угол наклона главной режущей кромки л =00; сечение державки резца h = 25мм; b = 16мм; угол при вершине резца r = 1,0мм.

Зададим стойкость резца Т = 60 мин. Выберем подачу S = 0,8 мм/об

Рассчитаем скорость резания, определив все необходимые коэффициенты:

Cv=340; Xv= 0,15; Yv= 0,45; Mv= 0,20; Kмн= 1; Kuv= 1; Knv= 0,8; Kцн= 0,7; Kц1v= 1; Krv= 0,94; Kqv= 1; Kov= 1.

Коэффициент Kv равен:

Kv=KмvЧKuvЧKnvЧKцvЧKц1vЧKrvЧKqvЧKov= 1·1·0,8·0,7·1·0,94·1·1= 0,53.

Скорость резания равна:

v=Cv·Kv /Tmv ·txv ·Syv = 340·0,53/600,20·1,70,15·0,80,45 = 359,6 м/мин.

Частота вращения шпинделя:

n =1000v/рD = 1000·359,6/3,14·300 = 381,7 мин-1.

Уточнив по паспортным данным станка 16К20 ближайшее меньшее значение, примем n = 350 мин-1.

Тогда действительная скорость резания равна:

v= = = 329,7 м/мин.

Рассчитаем составляющую силы резания Pz.

Cpz= 300; Xpz= 1,0; Ypz= 0,75; npz= -0,15; Kмpz=1; Kгpz= 1; Kлpz= 1; Kц1v= 1; Krpz= 1;

Kцpz= 0,89;

Коэффициент

Kpz= KмpzЧ KцpzЧ KгpzЧ KлpzЧ Krpz= 1Ч0,89Ч1Ч1Ч1 = 0,89.

Составляющая силы резания:

Pz= 10Ч CpzЧtXpzЧSYpzЧvnpz Ч Kpz= 10Ч300Ч1,7Ч0,80,75Ч329,7-0,15Ч0,89 = 1610H.

Мощность Nрез потребляемую на резание, определим следующим образом:

Nрез= = = 8,7 кВт.

Мощность электродвигателя главного привода станка 16К20 Nдв = 11кВт. Мощность на шпинделе станка с учетом КПД станка равна: Nшп= NдвЧзст= 11Ч0,85 = 9,35 кВт. Условие Nрез? Nшп выполняется, следовательно, станок выбран верно.

Норма штучного времени состоит из следующих составляющих:

Тшт = То+Тв+Тобс+Тотд,

где То- норма основного времени; Тв- норма вспомогательного времени; Тобс- время обслуживания рабочего места; Тотд- время на отдых и личные потребности.

Норма основного времени: l1+l2

То = (L+l1+l2)Чi/SЧn,

где l1+l2 - величина врезания и перебега инструмента; i - число проходов инструмента, необходимое для снятия припуска.

Величина врезания и перебега инструмента равна 3,5 мм, для удаления припуска необходим один проход инструмента, следовательно:

То = = 0,25 мин.

Норма вспомогательного времени состоит из времени на установку и закрепление детали в приспособлении tуст, времени, связанного с переходом (включение и выключение подачи, подвод и отвод инструмента и т.п.) tпер, и времени на контрольные измерения tизм.

В случае установки заготовки в патроне, измерении размеров получим:

Тв = tуст+ tпер+ tизм= 0,11+0,14+0,08 = 0,33 мин.

Основное и вспомогательное время в сумме дают оперативное время:

Топ = То+ Тв = 0,25+0,33 = 0,58 мин.

Норма штучного времени определиться следующим образом:

Тшт = ( Тв+ То)Ч(1+(аобс+аотд)/100) = 0,58Ч(1+0,08) = 1,66 мин.

Диаметр отверстия, которое необходимо получить 100H7. Материал заготовки - сталь углеродистая конструкционная качественная 30ХГС. Глубина резания t = 1,5 мм, длина отверстия 100мм.

Для выполнения этой операции выберем зенкер насадной со вставными ножами из быстрорежущей стали. Диаметр зенкера 100мм и длина рабочей части L= 65мм.

Задаемся стойкостью зенкера Т = 80 мин. Подача S = 1,1 мм/об.

Определим скорость резания по формуле:

v = Cv·Dq·Kv/Tm·Sy·tx (1),

где Cv = 18; q= 0,6; x = 0,2; y = 0,3; m = 0,25.

Определим коэффициент Kv по соотношению:

Kv = Kmv·Kuv·Klv

где Klv = 0,8; Kmv = 1,07; Kuv = 1,0; Kv = 0,8·1,07·1 = 0,856.

Из уравнения (1) находим скорость резания:

v = 18·1000,6·0,856/800,25·1,10,3·1,50,2=18·15,8·0,856/2,99·1,029·1,08 = 73 м/мин.

Частота вращения шпинделя:

n = = = 232 об/мин.

Уточненное значение частоты вращения щпинделя по паспортным данным станка 200 об/мин.

Уточненная скорость резания:

v = = = 62,8 м/мин.

Определим крутящий момент Mкр по формуле:

Mкр = 10CM ·Dq·tx·Sy·Kp,

где CM = 0,09; q = 1,0; x = 0,9; y = 0,8.

Mкр = 10·0,09·1001·1,50,9·1,10,8·0,75=0,9·100·1,079·1,44·0,75 = 104 Н·м.

Осевая сила определяется по формуле:

P0 = 10CM · tx·Sy·Kp,

где Cp = 67; x = 1,2; y = 0,65.

P0 = 10CM · tx·Sy·Kp = 10·67·1,51,2·1,10,65·0,75 = 868,3 H.

Мощность резания определяют по формуле:

Ne = Mкр·n/9750 = 104·200/9750 = 2,1 кВт.

Расчет норм времени:

Норма штучного времени состоит из следующих состовляющих:

Тшт = То+Тв+Тобс+Тотд,

Норма основного времени:l1+l2

То = (L+l1+l2)Чi/SЧn,

То = = 1,6 мин.

В случае установки заготовки в патроне, измерении размеров получим:

Тв = tуст+ tпер+ tизм = 0,11+0,14+0,08 = 0,33 мин.

Таким образом, оперативное время составляет:

Топ = То+ Тв = 0,33+1,6 = 1,99 мин.

Заключение

В ходе выполнения курсовой работы был выбран способ изготовления типовой детали - фланца, изучен химический состав стали 30ХГС, были определены масса детали и расчетная масса поковки, определены класс точности (Т2), группа стали (М2) и степень сложности (С4). Назначены припуски и кузнечные напуски, установлены размеры поковки и их допускаемые значения. Разработан технологический маршрут для внутренней и внешней поверхностей детали, выбраны соответствующие станки и инструменты, рассчитаны режимы резания и норм времени.

В состав курсовой работы входят следующие чертежи:

- чертеж фланца;

- чертеж заготовки;

Список использованных источников

1. Методические указания к оформлению расчетно - проектных, расчетно - графических работ, курсовых и дипломных проектов [Текст] / Воронеж. гос. технолог. акад.; Сост. Ю.Н. Шаповалов, В.Г. Савеников, Е.В. Вьюшина. Воронеж, 2003.- 59 с.

2. Справочник технолога машиностроителя: В 2 т. Т. 2 [Текст] / Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. - 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 2001.- 944 с.

3. Оформление технологических документов на процессы и операции обработки резанием: Метод. указания к выполнению расчетно - практической работы по курсу «Технологические процессы» [Текст] / Воронеж гос. технолог. акад.; сост. Г.В Попов, Б.А. Голоденко, Ю.М. Веневцев. Воронж, 2003.-28 с.

Список нормативных документов:

1. ГОСТ 166 - 89. Штангенциркули. Технические условия [Текст].- М.: Изд-во стандартов, 1991.- 18 с.

2. ГОСТ 18879 - 73. Резцы токарные проходные упорные с пластинами из твердого сплава. Конструкция и размеры [Текст].- М.: Изд-во стандартов, 1974.- 6 с.

3. ГОСТ 2.105 -95. Общие требования к текстовым документам [Текст]. - М.: Изд-во стандартов, 1996.- 30 с.

4. ГОСТ 2255 -71. Зенкеры насадные со вставными ножами из быстрорежущей стали. Конструкция и размеры [Текст].- М.: Изд-во стандартов, 1972.- 5 с.

5. ГОСТ 3.118 - 82. ЕСТД. Формы и правила оформления маршрутных карт [Текст].- М.: Изд-во стардантов, 1984.- 22 с.

6. ГОСТ 3.1404 -86. ЕСТД. Формы и правила оформления документов на технологические процессы и операции обработки резанием [Текст].- М.: Изд-во стандартов, 1987.- 59 с.

7. ГОСТ 7505 - 89. Поковки стальные штампованные. Допуски, припуски и кузнечные напуски [Текст]. - М.: Изд-во стандартов, 1990.-54 с.