Курсовая работа по материаловедению и технологии конструкционных материалов (технология изготовления газового баллона)
Подождите немного. Документ загружается.
Федеральное агенство по образованию
«Московский государственный университет леса»
Кафедра материаловедения, технологии
конструкционных материалов
(отделение заочного обучения)
КУРСОВАЯ РАБОТА
Тема: «Выбор материала и режима сварки
применительно к деталям машин и
механизмов».
специальность:
факультет:
Выполнил:
Преподаватель:
г. Москва
2009 г.
2
СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОЙ РАБОТЫ
Задание.
Введение.
1. Выбор материала деталей баллона.
2. Выбор заготовок для деталей баллона.
3. Разработка технологии сварки кольцевого шва баллона.
4. Выбор рациональных режимов сварки одного из швов
баллона, обеспечивающих заданных дополнительных требований.
Заключение.
Список использованной литературы.
Задание выдано:
Сроки сдачи:
Руководитель:
Зав. кафедрой:
ℓ1
штуцерный шов
кольцевой шов
полусфера
d1
d
δ
D
Шаровый баллон
штуцер
3
Федеральное агенство по образованию
«Московский государственный университет леса»
студент А.Н.Савичев специальность 190603 факультет ИПСОП
ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ
ПО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЮ И ТЕХНОЛОГИИ
КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
«ВЫБОР МАТЕРИАЛА И РЕЖИМА СВАРКИ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К
ДЕТАЛЯМ МАШИН И МЕХАНИЗМОВ»
ВАРИАНТ № 19
Порядок выполнения работы:
1. Обоснование и выбор мате-
риала (марки) деталей бал-
лона.
2. Обоснование и выбор вида
заготовки деталей баллона.
3. Разработка последователь-
ности изготовления баллона.
4. Расчетное или эксперимен-
тальное определение рацио-
нальных режимов сварки од-
ного из швов баллона.
Требования к баллону
Дополнительные
требования
Вид
произ-
водства
Условия работы МПа
НВ,
МПа
(НРС)
нагрузки среда
темпера-
тура
Серийное Внутренне Мас- ± 50 По - Сварка
4
е давление
Р, кгс/см
2
ло
расчет
у
механизиро-
ванная
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ КУРСОВОЙ РАБОТЫ
Таблица № 1
Вид
баллона
Размеры по чертежу, мм
Масса
m, кг
Давление
Р,
кгс/см
2
Коэффициент
запаса К
D
δ d d
1
ℓ ℓ
1
Шаровы
й баллон
700 4 30 40 - 70 28 120 1,8
δ
D
5
1. Выбор материала деталей баллона
1.1. Расчет объема металла баллона.
Расчет делаем по формуле объема полого шара с днищем
Объем штуцера в расчет не принимаем из-за его малой величины.
V
Ш.Б.
= π · [D
3
– (D - 2δ)
3
] ÷ 6, см
3
, [1].
где: D – диаметр баллона, см,
δ – толщина баллона, см.
V
Ш.Б.
= 3,14 · [70
3
– (70 – 2 · 0,4)
3
] ÷ 6 = 3,14 · 11626 ÷ 6, см
3
= 6084.
Объем металла полого шарового баллона равен 6084 см
3
.
1.2. Расчет плотности материала баллона.
Расчет плотности конструкционного материала баллона (γ) делаем по
формуле:
γ = m ÷ V, г/см
3
,
где: m – масса баллона, г,
V – объем металла баллона, см
3
γ = 28000 ÷ 6084 = 4,6.
6
Плотность конструкционного материала равна 4,6 г/см
3
.
По полученной плотности выбираем вид конструкционного
материала.
Баллоны, работающие под давлением, изготавливают из сталей
(плотность 7,87 г/см
3
), алюминиевых сплавов (плотность 2,7 г/см
3
) и
титановых сплавов (плотность 4,5 г/см
3
). Так как у нас получена расчетная
плотность 4,6 г/см
3
,
материалом для изготовления баллона выбираем титан.
1.3. Расчет конструкционной прочности баллона.
Конструкционная прочность (σ
к
) это величина разрушающего баллон
напряжения, возникающего при его испытаниях до разрушения под
действием заданного внутреннего давления Р.
Расчет производим по формуле:
σ
к
= Р · D ÷ (4 · δ · 100), кгс/см
2
, [2].
где: Р – давление баллона, кгс/см
2
,
δ – толщина баллона, мм,
D – диаметр баллона, мм.
σ
к
= 120 · 700 ÷ (4 · 4 · 100) = 84000 ÷ 1600 = 52,5
Конструкционная прочность баллона равна 52,5 кгс/см
2
или
514,5 МПа.
1.4. Расчет прочности конструкционного материалы баллона.
Для того, чтобы баллон работал без разрушения, для его изготовления
нужен материал с прочностью (σ
к.м.
), выше конструкционной прочности на
коэффициент запаса (К).
Расчет производим по формуле:
σ
к.м.
= σ
к
· К, кгс/см
2
,
где К – заданный коэффициент запаса прочности.
σ
к.м.
= 52,5 · 1,8 = 94,5
Прочность конструкционного материала баллона равна 94,5 кгс/см
2
или 926,1 МПа.
1.5. Выбор марки материала.
Марку материала выбираем из условия σ
к.м.
= σ
0,2
, где σ
0,2
-
7
минимальный предел текучести выбираемой марки материала. В
Справочнике конструкционных материалов [3] находим марку материала
соответствующую полученному σ
0,2
, более подходит сплав титана ВТ6 (σ
0,2
=
990 МПа).
Для выбранной марки материала приводим таблицу № 2 химического
состава и таблицу № 3 механических свойств.
Химический состав титанового сплава ВТ6, %
Таблица № 2
Титана
Алюминия
Ванадия
Молибдена
Олова
Циркония
Марганца
Хрома
Кремния
Железа
Кислорода
Водорода
Азота
Углерода
Сумма прочих
примесей
Основа, 86,485 – 91,2
5,3-6,8
3,5-5,3
-
-
0,30
-
-
0,10
0,60
0,20
0,015
0,05
0,10
0,30
Механические свойства титанового сплава ВТ6
Таблица № 3
Термическая
обработка
Массовая
доля Н
2
, %
Механические свойства
σ
в
,
МПа
σ
0,2
,
МПа
δ, %
KCU,
МДж/м
2
КСТ,
МДж/м
2
Закалка
(900°С, 18 мин,
вода) +
старение
(450°С, 24 ч)
0,005 1080 990 8 0,07 0,28
С учетом объема и прочности материала баллона нами выбран
материал для его изготовления титановый сплав ВТ6.
2. Выбор заготовок для деталей баллона
5
2
2
5
2
2
ℓ
1
d
d2
d1
8
2.1. Виды полуфабрикатов для выбора заготовок.
Учитывая объем механической обработки и простоту изготовления
деталей, в качестве заготовки для изготовления баллона выбираем:
для изготовления полусфер - листовой прокат.
для изготовления штуцера – поковку штампованную.
2.2. Выбор заготовки для штуцера баллона.
Идеальным выбором будет выбор трубы длиной 70 мм, диаметром 40
мм и толщиной стенки 5 мм. Но в соответствии с ГОСТ (ТУ 1-9-672-78, ТУ У
14275539-004-2000) полуфабрикат из сплава титана ВТ6 выпускают только в
прутках и слитках.
В связи с этим в качестве заготовки для штуцера рассмотрим
следующие варианты:
1. Пруток круглый, изготовленный прокаткой (сортовой прокат) или
прессованный.
Объем прутка, V
1
(см
3
):
V ₁=
π ·l · D ²
4
где: ℓ = ℓ
1
+ 4 = 74,
D = d
2
+ 4, где d
2
= d
1
+ 10 = 40 + 10 = 50,
D = 50 + 4 = 54.
V ₁=
3, 14 · 7 , 4· 5, 4
2
4
=
3, 14 · 7 , 4· 5, 4
2
4
=169
Объем штуцера, V
2
(см
3
):
V ₂=
π · l
4
·
[
D
2
−
(
D−2 δ
)
2
]
3
3
5
3
3
5
3
3
ℓ
1
d
d2
d1
9
: где ℓ = ℓ
1
,
D = d
1
,
δ=
d ₁−d
2
=
40−30
2
=5
V ₂
3, 14 · 7
4
·
[
4
2
−
(
4−2 · 0 , 5
)
2
]
=
3, 14 · 7
4
·7=38
Объем заготовки из прутка круглого (V
₁
) равен 169 см
3
, объем
штуцера (V
2
) равен 38 см
3
.
Объем припуска на обработку (объем отходов) равен:
V ₁=V ₁−V ₂=169−38=131см ³
.
2. Поковка кованная.
Объем припуска на обработку 3 мм кругом.
Объем заготовки, V
1
(см
3
):
V ₁=
π ·l
4
·
[
D
2
−
(
D−2 δ
)
2
]
: где ℓ = ℓ
1
+ 6 = 70 + 6 = 76,
D = d
1
+ 6 = 40 + 6 = 46,
δ=
d ₁−d
2
+6=
40−30
2
+6=5+6=11
V ₁
3, 14 · 7 , 6
4
·
[
4, 6
2
−
(
4, 6−2·1, 1
)
2
]
=
3,14 ·7 ,6
4
·15, 4=92
2
2
5
2
2
5
2
2
ℓ
1
d
d2
d1
10
Объем заготовки из поковки кованной (V
₁
) равен 92 см
3
, объем
штуцера (V
2
) равен 38 см
3
.
Объем припуска на обработку (объем отходов) равен:
V ₁=V ₁−V ₂=92−38=54см ³
.
3. Поковка штампованная.
Объем припуска на обработку 2 мм кругом.
Объем заготовки, V
1
(см
3
):
V ₁=
π ·l
4
·
[
D
2
−
(
D−2 δ
)
2
]
: где ℓ = ℓ
1
+ 4 = 70 + 4 = 74,
D = d
1
+ 4 = 40 + 4 = 44,
δ=
d ₁−d
2
+6=
40−30
2
+4=5+4=9
V ₁
3, 14 · 7 , 4
4
·
[
4, 4
2
−
(
4 , 4−2· 0,9
)
2
]
=
3,14 · 7 , 4
4
·12, 6=73
Объем заготовки из поковки штампованной (V
₁
) равен 73 см
3
,
объем штуцера (V
2
) равен 38 см
3
.
Объем припуска на обработку (объем отходов) равен:
V ₁=V ₁−V ₂=73−38=35см ³
.