Расчетные данные пористых листов

 

Марка материала	Размеры листа, мм	Площадь одного листа F, см^2 (м^2)	Объем одного листа, см^3	Относи-тельная плот-нотсть	Объем металла листа, см^3	Плот-ность металла, г/см^3	Масса одного листа, г
ПТ/Ф-1 ПТ/Ф-2 ПТ/ГП	60´10´0,04 70´20´0,06 50´10´0,04	600 (0,06) 1400(0,14) 500 (0,05)	24 84 20	0,60 0,60 0,55	14,4 50,4 11,0	4,5 4,5 4,5	64,8 226,5 49,5

Таблица 7

Годовая программа участка

№ п/п	Марка мате-риала	Размеры  листов, мм	Порис-тость, %	Масса одного  листа, кг	Годовая программа
					число листов Н, шт	масса М, кг	Площадь, м^2
1	ПТ/Ф-1	600´100´0,4	40	0,0648	500 515	33 34	30 31
2	ПТ/Ф-2	700´200´0,6	40	0,2265	7776 8010	1762 1815	1089 1122
3	ПТ-ГП	500´100´0,4	45	0,0495	1000 1030	50 52	50 51
Итого					9276 9555	1845 1901	1169 1204

 

Пример 3. Задание.

Спроектировать участок по производству алмазосодержащих пластин-заготовок на связке из оловянно-никелевой бронзы для отрезных кругов. Круги предназначены в качестве алмазно-абразивного инструмента для обеспечения разделения пластин кремния диаметром 76 мм с группой изделий электронной техники по разделительным дорожкам на элементы – кристаллы размером 2,5´2,5 мм. Годовой объем выпуска пластин кремния составляет 5 миллионов штук. Выполнить расчет программы участка для выпуска пластин-заготовок кругов.

Решение.

Для разделения пластин кремния широкое применение получил метод скоростного абразивного прорезания бескорпусными отрезными кругами по ОСТ 11 31 ^. 7000-85. Принимаем отрезные круги размером 56´40´0,035 мм марки ACM 10/7-100, обеспечивающие ширину дефектной зоны 80 мкм               (0,080 мм). Для пластин кремния диаметром 76 мм средняя длина одной прорези сос­тавляет  = 60 мм по данным НИИ. На одной пластине при размере разделяемых элементов 2,5´2,5 мм количество прорезей по ширине пластины составляет:

      .

    Перпендикулярно первой серии прорезей разрезается еще n ₂ = 29 мм прорезей. Общее количество прорезей на одной пластине

n = n ₁ + n ₂ = 29 + 29 =58 прорезей.

Длина всех прорезей на одной пластине кремния равна:

z = n = 60 × 58 = 3480 мм = 3,48 м.

По данным НИИ стойкость одного отрезного круга толщиной 35 мкм составляет С = 700 метров длины пути резания. Следовательно, один круг может разрезать нижеприведенное число пластин кремния:

          N = С/z = 700/3,48 = 201 пластина.

Для разделения Н = 5000000 штук пластин кремния на элементы необходимо иметь следующее число отрезных кругов:

                                 К = H/ N = 5000000/201 = 24876.

Из одной алмазосодержащей пластины штампуется один отрезной круг и, следовательно, необходимо изготовить 24876 алмазосодержащих пластин в год. С учетом неизбежных технологических потерь 3% общий годовой выпуск алмазосодержащих пластин составит:

К_п = 24876 × 103/100 = 25623 пластин (потери при производстве кругов из алмазосодержащих пластин не учтены).

 Тип производства – крупносерийное.

 Далее проводят расчет потребного количества порошков меди, олова, никеля и алмазов, исходя из химического состава материала, как показано в примере 2.

 Пример 4. Задание.

Выполнить расчет годовой программы выпуска металлорежущих инст­рументов для производства в две смены деталей фрезерных станков. Годовая программа составляет 2110 станков.

Решение.

 Принимаем в механических цехах общее количество металлорежущих станков S = 180 штук для производства машин средней сложности.

При массе одной детали не более 5,65 кг (см. пример 1) и числе обрабатываемых деталей одного типоразмера 2110 штук производство среднесерийное. При среднесерийном производстве машин средних размеров и работе в две смены q = 90…100 кг на один металлорежущий станок; K ₁ = 1,0;                                       K ₂ = 1,0. Принимаем при повышенной точности q = 100 кг.

Тогда общая годовая потребность в металлорежущем инструменте для изготовления фрезерных станков составит:

Q = 1,0 × 1,0 × 100 × 180 = 18000 кг.

Таким образом, общая потребность во всех металлорежущих инстру­ментах равна по массе 18 тонн в год.

Для определения конкретной потребности в металлорежущих инст­рументах при механической обработке резанием четырех зубчатых колес по примеру 1 необходимо иметь данные о количестве металло­режущих станков, занятых на обработке вышеуказанных деталей.

Пример 5. Задание.

Выполнить расчёт годовой программы выпуска штампов холодной штамповки для производства в три смены штампованных деталей объемом 3000 тонн (по массе) в год (50 тысяч автомобилей).

Решение.

 При массе детали менее 10 кг и числе обрабатываемых деталей одного типоразмера 50 тысяч штук производство крупносерийное. В случае крупносерийного производства машин средних размеров и работе в три смены q = 8…11 кг на одну тонну штампуемых деталей автомобиля; К ₁ =1,0; К ₂ = 1,4. Принимаем при повышенной точности и сложности деталей q = 11 кг.

Тогда общая годовая потребность во всех штампах холодной штамповки для производства 50 тысяч автомобилей составит:

                            Q = 1,0 × 1,4 ×11 × 3000 = 46200 кг.

Таким образом, общая потребность в штампах холодной штамповки равна по массе 46,2 тонны в год.

Определение конкретной потребности применительно к заданным штампам возможно при наличии данных о массе деталей автомобиля, обработанных этими штампами в год.

 

Основные положения по выбору материалов

Современное материаловедение представляет широкие возможности в отношении выбора машиностроительных материалов в соответствующих упрочняющих обработок. Могут быть различные инженерные решения по этому вопросу. Как правило, прорабатывается несколько вариантов выбора вида материалов и конкретных марок. Типовые примеры по выбору металлических материалов в машиностроении приведены в соответствующей литературе. При решении вопросов выбора материалов необходимо принимать во внимание целый комплекс различных требований:

                       Эксплуатационные требования

Материалы должны удовлетворять условиям работы деталей в данной машине, обеспечивать необходимую прочность, вязкость, износостойкость, коррозионную стойкость, надежность, долговечность и т.д. в соответствии с техническими требованиями на изделия по ТУ.

Технологические требования

К материалам предъявляются требования технологичности при из­готовлении заготовок деталей машин и их дальнейшей обработке (хорошие литейные свойства при использовании способов литья, пластичность для обрабатываемых давлением материалов, обрабатываемость резанием, прокаливаемость, закаливаемость, свариваемость, эластичность и т.д.).

Экономические требования

При выборе учитывают затраты на приобретение материалов, изго­товление изделий, эксплуатационные затраты, требования утилизации отходов.

В зависимости от применяемого материала и условий работы изделий анализируются различные показатели, характеризующие данную конкретную разновидность материала. Так, для термопластов учитывают способность к вынужденной высокоэластичной деформации и температурные интервалы различных физических состояний. В случае применения таких хрупких при комнатных температурах материалов, как конструкционная керамика, высокопрочные мартенситно-стареющие стали и др., необходимо учитывать величину показателя вязкости разрушения К _1с.

Следует также принимать во внимание, что выбор материала в значительной мере предопределяет технологические процессы упрочняющей термической обработки и наоборот. Так, для изделий из цементуемых низкоуглеродистых сталей упрочнение обеспечивается проведением цементации, закалки и низкого отпуска. Для деталей из среднеуглеродистых улучшаемых сталей типовая окончательная термическая обработка включает закалку и высокий отпуск. Грамотное решение вопросов выбора материалов  возможно лишь при глубоком усвоении студентом предшествующих дисциплин по сопротивлению материалов, основам проектирования и конструирования машин, материаловедению и свойствам материалов.

Пример. Задание.

Выбрать марку стали для зубчатых колес фрезерного станка. Рабочее сечение (максимальное) равно 70 мм, глубина поверхностного упрочняемого слоя 1,6…1,8 мм; твердость HRC 58…62; предел текучести сердцевины не ниже 1000 МПа. Производство среднесерийное.

Решение. Как видно, необходимо применить один из способов поверхностного упрочнения. К основным таким способам в машиностроитель-ной промышленности относятся поверхностная индукционная закалка, цементация или нитроцементация с последующей упрочняющей термической обработкой, реже азотирование. Исходя из заданной глубины упрочняемого слоя и механических свойств, с учетом сечения детали могут быть применены цементация или нитроцементация, которые рекомендуются в станкостроении для зубчатых колес.

Для заданного рабочего сечения возможно использование хромо-
марганцевых сталей с дополнительным легированием марок 25ХГТ, ЗОХГТ, 25ХГМ. Далее необходимо принять условия проведения цементации. При достаточно большом объеме производства обычно используют газовую цементацию в эндогазе. Это позволяет автоматически регули­ровать заданную концентрацию углерода на поверхности цементованного слоя (углеродный потенциал) по температуре точки росы атмосферы (влажности газа).

Использование при цементации в эндогазе сталей 25ХГТ или 30ХГТ приводит к внутреннему окислению легирующих элементов. Вследствие уменьшения содержания легирующих элементов возрастает критическая скорость закалки и соответственно снижается прокаливаемость и уменьшается предел выносливости. Вредное влияние внутреннего окисления устраняет до-полнительное легирование молибденом, который увеличивает прокаливае-мость стали. Таким образом, целесообразнее из вышеперечисленных сталей применить сталь марки 25ХГМ.

На основании проведенного анализа назначаем для зубчатых колес фрезерного станка легированную цементуемую сталь 25ХГМ, рекомендуемую для деталей с максимальным рабочим сечением 60-80 мм. Зубчатые колеса подвергаются цементации в эндогазе, закалке, низкому отпуску. После термической обработки сердцевина деталей из стали 25ХГМ имеет предел текучести 1100 МПа и предел прочности при растяжении 1200 МПа.

Подробно вопросы о назначении тех или иных материалов рассматри­ваются в специальном курсе. Эти вопросы применительно к конкретным ти­повым деталям машиностроения излагаются в курсе «Основы проекти­рования и конструирования машин».