Разработка конструкции подсвечника и технологические процессы механической обработки его деталей

Расчетно-пояснительная записка к курсовому проекту По дисциплине «Основы изготовления художественных изделий»

Тема: «Разработка конструкции подсвечника и технологические процессы механической обработки его деталей»

Содержание Введение

1. Художественный раздел

1.1 Аналоги

1.2 Концепция

2. Конструкторско-технологическая часть

2.1 Технология изготовления деталей и узлов

2.2 Выбор материалов

2.3 Обоснование технологии изготовления деталей и выбор технологических переходов и операций

2.4 Расчёт заготовок и выбор режимов выполнения операций

2.5 Выбор инструмента и оборудования

2.6 Составление карты технологического процесса

2.7 Выбор защитных декоративных покрытий

3. Моделирование изделия

3.1 Выбор масштаба

3.2 Выбор материалов макета

3.3 Способ изготовления макета Заключение Список литературы

С древности ковка служила одним из основных способов обработки металла. Древние металлурги Европы, Азии и Африки ковали сыродутное железо, медь, серебро и золото; кузнецы пользовались особым почетом у народов древности, а их искусство окружалось легендами. В средние века, в том числе в России кузнечное дело достигло высокого уровня; вручную отковывались ручное и огнестрельное оружие, инструменты, детали сельскохозяйственных орудий, дверей и сундуков, решетки, светильники, замки, часы и другие изделия всевозможных форм и размеров, часто с тончайшими деталями; кованые изделия украшались насечкой, просечным или рельефным узором, расплющенным в тончайший слой листами сусального золота и бронзовой потали. Традиции средневекового ремесла сохранились в народном искусстве до 19 в. В 19 в. ручная художественная ковка была вытеснена штамповкой и литьем, интерес к ней возродился в 20 в.

Художественная ковка — древний способ обработки металлов. Она осуществляется при помощи кузнечного пресса или ударами молота по заготовке, которая может быть предварительно нагрета — «горячая ковка», или без нагрева — «холодная ковка». Таким образом, деталь приобретает нужную форму. Но такая деформация без разрывов и трещин свойственна не всем металлам, а только металлам, обладающим определенной степенью вязкости, пластичности, текучести, что в совокупности называется «ковкостью металла». Это свойство зависит от нагрева металла: ковкость металла увеличивается по мере возрастания температуры.

Различают ковку в штампах и без применения штампов — так называемую «свободную ковку». При ковке в штампах металл ограничен со всех сторон стенками рабочей плоскости штампа и при деформации приобретает форму, соответствующую этой полости. При свободной ковке (ручной и машинной) металл не ограничен совсем или ограничен с одной стороны. При ручной ковке кувалдой или молотом воздействуют непосредственно на металл или на инструмент. Машинную ковку выполняют на специальном оборудовании. При проковке металл упрочняется, завариваются так называемые несплошности и размельчаются крупные кристаллы, в результате чего структура становиться мелкозернистой, приобретает волокнистое строение.

1. Художественная раздел

1.1 Аналоги Подставка для украшений в виде розы с шипами очень удобна для хранения колечек и сережек. была сделана по эскизу заказчика. Возможны и другие варианты подобных изделий (Рис 1.1).

Рисунок 1.1 -Подставка для украшений «Роза»

Подставка для украшений «Сиреневая фантазия» — это превосходнейший подарок, который был произведен из металла французской компанией Jardin D’ete. Вся продукция интернет-магазина «Дом Подарка» была произведена в заводских и фабричных условиях на высокотехнологичном оборудовании, с использованием безопасных для здоровья и окружающей среды материалов. Характеристики товара: материал — Металл, высота — 29 см., длина — 11 см., ширина — 11 см., производитель — Jardin D’ete, страна — Франция, серия — Сиреневая фантазия, декор — Перламутр (Рис 1.2.).

Рисунок 1.2-Подставка для украшений «Сиреневая фантазия»

Подставка для украшений считается одним из самых совершенных подарков, который изготовлен из полистоуна китайской компанией Chaozhou. Вся продукция интернет-магазина «Дом Подарка» сделана на высокотехнологичном оборудовании на заводах и фабриках, с использованием безопасных для здоровья и окружающей среды материалов. Характеристики товара: материал — Полистоун, высота — 26 см., производитель — Chaozhou, страна — Китай (Рис 1.3).

Рисунок 1.3 — Подставка для украшений «WOW

1.2 Концепция Подставка для украшений позволяет отсортировать украшения, хранить их в удобном и доступном месте. Подставка для украшений будет полезна не только тем, кто носит бижутерию, но и тем, кто её продает. Она позволяет продемонстрировать всю красоту изделия и визуально представить, как оно будет смотреться на шее, на запястье и т. д. В данном случае ее основная задача — показать товар во всей его красе. Сама подставка имеет изысканную форму и может быть хорошим элементом интерьера, внеся в него изящества и легкости. Обычно сами по себе подставки для украшений имеют красивую форму: балерина, кошечка, ажурное платье и др. Эти тонкие элегантные вещицы будут прекрасно смотреться на туалетном столике. Хорошая подставка, как правило, избавлена от излишеств и выполнена в минималистическом стиле (Рис 1.4). Для изготовления подставок используются различные материалы и их сочетания: пластик, оргстекло, проволока, с элементами декора или без оных. Здесь все зависит от ее функциональной нагрузки. Таким образом, подставка для украшений — это не просто место для хранения драгоценностей, но и элемент декора помещения, а также своего рода «подиум» для ювелирных изделий.

Рисунок 1.4 — Подставка для украшений

2. Конструкторско-технологическая часть В зависимости от размеров и массы поковок и средств, которыми осуществляют формообразование, ковка разделяется на ручную и машинную.

Ручная ковка выполняется непосредственно ударами кузнеца и его помощников молотобойцев вручную, без использования кузнечных машин для деформирования металла. Металл нагретой заготовки, уложенной на наковальню, перемещается (течет) под ударами ручника и кувалд непосредственно или с помощью подкладного инструмента. Ручная ковка применяется при изготовлении мелких поковок (массой до 8 кг) в индивидуальном производстве и при ремонтных работах. Она требует высокой квалификации кузнеца и отличается низкой производительностью.

При машинной ковке нагретый металл пластически деформируется под воздействием удара падающих частей ковочного молота или давления пресса. При этом нагретую заготовку укладывают на нижний неподвижный боек, как на наковальню, а верхний подвижный боек при падении ударяет (на молоте) или нажимает (на прессе) на заготовку, деформирует металл, заставляя его перемещаться в требуемом направлении. Производительность при ковке выше, чем при ручной, машинной.

Деформация металла при ковке должна осуществляться при определенных температурных и деформационных режимах с тем, чтобы обеспечить получение не только заданной конфигурации, но и наилучшие механические, физико-химические и эксплуатационные свойства металла.

2.1 Технология изготовления деталей и узлов Изделие изготовлено из двух основных деталей (завитки), также двух колец, соединяющих между собой завитки; нескольких дополнительных деталей несущих две функции: декоративную и для размещения украшений.

Габариты вешалки: 160 мм х 160 мм.

Последовательность сборки:1 — завитки сварить с основным завитком; 2 — прикрепить полученную конструкцию с кольцами с помощью сварки.

Окончательная обработка заключается в шлифовании, полировании и нанесении покрытия. В качестве покрытия используется оксидирование на воздухе.

Таблица 1: Элементы изделия

Кольца и завитки соединяются с помощью сварки ГОСТ 5264–80. Для изготовления деталей подставки был выбран круглый сортовой прокат d=6мм из малоуглеродистой качественной стали Ст3сп по ГОСТ 380–94. Это сталь конструкционная малоуглеродистая обыкновенного качества, применяющаяся для изготовления сварных и несварных конструкций деталей, работающих при положительных температурах; содержание углерода 0.14−0.22%. Сталь обладает хорошей свариваемостью не закаливаясь и малой упрочняемостью при обработке, а также высокими прочностными характеристиками и легкостью.

2.2 Выбор материалов При ковке изделий мастерам приходится иметь дело с материалами (сталями различных марок, цветными металлами, сплавами), которые имеют самые разнообразные физические, механические и технологические свойства.

Наиболее широко в кузнечных работах используется сталь — сплав железа с углеродом. В зависимости от количества углерода стали подразделяются на:

низко — углеродистые (до 0,25% С) средне — углеродистые (0,25−0,6% С) высокоуглеродистые (0,6−2% С).

Повышение содержания углерода увеличивает твердость и закаливаемость стали, но снижает теплопроводность и ковкость.

Из цветных металлов в кузнечном деле используют в основном медь и алюминий, а также их сплавы, например латуни (Л90, Л80, Л68, Л62 и др.), бронзы (БрОЦ4−3 и др.).

Все металлы и сплавы имеют поликристаллическое строение, то есть состоят из отдельных прочно сросшихся друг с другом зерен металла, между которыми располагаются в виде тонких прослоек неметаллические включения оксидов, карбидов и других соединений. Зерна, в свою очередь, также имеют кристаллическое строение, их размеры составляют 0,01—0,1 мм.

При ковке деформация протекает главным образом вследствие скольжения зерен относительно друг друга, так как связь между ними слабее, чем прочность самих зерен.

В результате ковки зерна металла вытягиваются в направлении течения металла, что ведет к образованию мелкозернистой строчечной структуры (чем мельче зерна металла, тем он прочнее). Одновременно вытягиваются неметаллические включения, что можно наблюдать даже невооруженным глазом.

Размеры зерна, а, следовательно, и прочностные свойства металла в значительной степени определяются температурным режимом ковки. Поэтому ковать металл следует в определенном интервале температур, чтобы измельченные в процессе деформирования зерна затем снова не выросли под действием высокой остаточной температуры. Каждый кузнец, чтобы получить из стали качественное изделие и придать ему соответствующие свойства с помощью термообработки, должен разобраться в диаграмме состояния железо—углерод.

При нагревании углеродистых сталей до температуры ниже критической линии PS=723° С — в них не происходит изменений структуры.

Нагрев заготовок — это важная и ответственная операция, от которой зависят качество изделия и стойкость инструмента. Ковку, как правило, проводят, нагрев металл до так называемой ковочной температуры с целью повышения его пластичности и снижения сопротивления деформированию. Температурный интервал ковки зависит от химического состава и структуры обрабатываемого металла.

Следует также учитывать, что при нагреве углеродистых сталей происходит выгорание углерода с поверхностного слоя изделия на глубину до 2—4 мм, ведущее к снижению прочности и твердости стали, к ухудшению ее закаливаемости.

Ковать заготовку следует только тогда, когда она равномерно прогреется. Для каждой марки стали имеется свой температурный интервал ковки, то есть определены температуры начала ковки Т4 и ее конца Т. В результате нагрева металла несколько выше температуры Тн металл приобретает крупнозернистую структуру, его пластичность снижается. Нагрев металла до ещё более высокой температуры приводит к неисправимому браку — пережогу, в результате чего металл при ковке разрушается.

При ковке заготовок, нагретых ниже температуры Гн, возможно образование трещин. Температуру нагретого металла можно определить по цветам каления и побежалости, а марки стали — по искре.

Топливодля нагрева заготовок кузнецы применяют различные виды топлива: твердое, жидкое и газообразное.

Чаще всего для нагрева заготовок в кузнице используется каменный уголь. Причем желательно, чтобы уголь был черного цвета, блестящий, размеры его кусков приблизительно должны соответствовать размерам грецкого ореха. Кузнецы так и называют такой уголь — орешек. Часто применяется и кокс, который имеет высокую температуру сгорания. Можно использовать и д р о в, а лиственных пород деревьев (дуб, ясень, береза и др.). В настоящее время в кузнечных цехах широко применяются электропечи и печи, работающие на жидком или газообразном топливе.

Горны и печиоснова стационарного горна — стол, где устраивается очаг для нагрева заготовок. В кузнице горн обычно устанавливают по центру стены, противоположной входу (основной стены). Высота стола горна определяется ростом кузнеца, удобством переноса заготовки из горна на наковальню и принимается равной 700— 800 мм; обычные размеры поверхности стола IX 1,5 или 1,5X2 м.

Если предполагается изготавливать крупные предметы, такие, как ворота, решетки, то горн устанавливают на некотором расстоянии от стены и стол делают увеличенных размеров. Поверхность стола горна выкладывается из кирпича, пиленого камня, железобетона. Постамент делается в виде ящика, стенки которого сложены из бревен, досок, кирпича или камня, а внутренность заполнена битым мелким камнем, песком, глиной, горелой землей. Центральное место стола занимает очаг фурмы от золы и других отходов горения предназначена донная крышка или горновое гнездо (иногда предусматриваются два очага). Горн, предназначенный для художественной ковки, обычно делается с центральным расположением очага. Размеры гнезда определяются назначением горна и размерами нагреваемых заготовок. Центральное гнездо имеет в плане круглую или квадратную форму размером 200X200 или 400X400 мм и глубиной 100—150 мм.

Воздух (от вентилятора или мехов) подводится через патрубок в корпус фурмы и через чугунную колосниковую решетку попадает в зону горения. Регулирование количества подаваемого воздуха осуществляется заслонкой. Для очистки корпуса корпуса фурмы от золы и других отходов горения предназначена донная крышка.

Для создания пламени различного вида применяют колосниковые решетки с определенными формами отверстий для прохода воздуха. Так, равномерно расположенные круглые отверстия способствуют образованию цилиндрического факельного пламени, щелевые отверстия — узкого и удлиненного.

Над стационарным горном для сбора и отвода из кузницы дыма и газов устанавливается вытяжной зонт. Размеры нижнего входного отверстия зонта обычно соответствуют размерам стола горна.

В современных кузницах для дутья применяют различные вентиляторы с электроприводом.

Разрабатываемое изделие в данной курсовой работе не подвергается ударным нагрузкам и не эксплуатируется в агрессивных средах. Сталь, которая подходит по соотношению качества и цены, сталь марки Ст3сп (обычная прочность прокатки). Она широко применяется для изготовления сварных конструкций, деталей работающих с малыми нагрузками, без трения.

2.3 Обоснование технологии изготовления и выбор технологических переходов и операций Изделие изготовлено из двух основных деталей (завитки) несущих две функции: декоративную и для размещения одежды, также двух колец, соединяющих между собой завитки.

Габариты вешалки: 222 мм х 160 мм.

Последовательность сборки:1 — завитки сварить с основным завитком; 2 — прикрепить кольца с помощью сварки.

2.4 Расчет заготовок и выбор режимов выполнения операций Все детали данной конструкции скрепляются между собой при помощи сварных соединений. Исходная длина заготовок определяется, по длине развертки или объему конечного изделия с учетом потерь на угар. Доля угара в целом: 2−3%. В качестве заготовки используем прокат круглого сечения d = 6 мм, d = 3 мм из стали марки Ст3сп по ГОСТ 380–94.

Расчет заготовок представлен в Таблице 2.

подсвечник изготовление давление Таблица 2: Расчёт заготовок

Примечание:

1. Все детали изделия изготовлены из материала Ст3сп, ГОСТ 380–94;

2. Неуказанные предельные отклонения размеров Н14±IT/2.

2.5 Выбор инструмента и оборудования Ручная ковка выполняется непосредственно ударами кузнеца и его помощников молотобойцев вручную, без использования кузнечных машин для деформирования металла. Металл нагретой заготовки, уложенной на наковальню, перемещается (течет) под ударами ручника и кувалд непосредственно или с помощью подкладного инструмента.

Изготовление данного изделия предполагает мелкосерийное производство. Для выполнения операций используются опорные, ударные, подкладные, вспомогательные, измерительные инструменты. Подробная информация о них изложена в карте технологического процесса.

Для нагрева металла перед ковкой используется кузнечный горн.

Среди ручного ударного и удерживающего инструмента в данной работе используются тиски (для операций гибки), кувалда и молот.

Операции гибки, происходят при помощи специальных оправок и шаблонов. Используется наковальня стальная однорогая для операций гибки, протяжки и др.

2.6 Составление карты технологического процесса Рассмотрим деталь, обозначенную в чертежах, как КР 001 002 000. Для выполнения данной заготовки мы будем использовать круглый прокат диаметром d= 3 мм (ГОСТ 535−88).

Данная деталь имеет две спирали на концах, загнутые в одну сторону. В высоту спирали выгибаются в одну сторону на разную высоту. Температура ковки должна находиться примерно в интервале 850−1200 Со. Изгибы получаются при помощи операции гибки, под углом, с применением ручника на наковальне. По всей длине детали диаметр будет меняться.

Далее проводится операция возврат, для повышения коррозионной стойкости и уменьшения возможности самопроизвольного растрескивания. Операция проводится для каждой детали изделия.

2.7 Выбор защитных декоративных покрытий Первым видом покрытия является порошковое, которое применяется для «домашних» предметов, не подверженных значительному атмосферному влиянию. Это такие предметы как подсвечники, элементы мебели, ковка лестниц, настенные украшения и многое другое. Порошковая краска легко наносится на изделие путем аэрозольного распыления. Незначительный слой такой краски надежно защищает изделия художественной ковки от механических повреждений и может придать предмету любой желаемый оттенок. Порошковая краска не содержит растворитель и полностью экологична, поэтому может быть использована в домашних условиях даже для покрытия мебели в детской комнате.

Покрываем краской RAL; расцветка 3007 (чёрная).

Перед нанесением любого защитного покрытия необходимо подготовить поверхность изделия. Для этого сталь или другой металл тщательно очищаются. При некачественной подготовке покрытие неравномерно распределится по поверхности изделия, приведя к тому, что эксклюзивная ковка потеряет привлекательный внешний вид и будет менее защищена от повреждений. Для более долгой службы кованых изделий необходимо ухаживать за ними, протирая пыль и грязь и регулярно натирая воском. [www.kuzkovka.ru/stat-i/vidi-pokrityi-kovanih-izdelyi/]

Чистка стальных предметов.

Простым и хорошим составом для этой цели может служить смесь парафина с нефтью. В склянку на 20 частей нефти добавляют 1 часть парафина, тщательно взбалтывают до полного распускания парафина и, вытерев предварительно предмет, подлежащий чистке, покрывают его с помощью кисти этой смесью; затем оставляют на 10−12 часов на месте, предохраняя от пыли, после чего предмет протирается сухой шерстяной тряпкой.

Если же стальной инструмент или другой предмет требует более тщательной очистки вследствие значительной ржавчины и т. д., то тогда пользуются следующим составом: готовят смесь из 5 частей скипидара и 25 частей стеаринового масла.

Смесь эту разводят спиртом до получения густой жидкости, которой и покрывают предмет, а когда спирт испарится, металлическую поверхность протирают смесью из 45 частей животного угля и 25 частей колькотара в порошке. [expert.urc.ac.ru/polza/36.htm]

Базовая технология нанесения порошковой краски состоит из трех основных этапов:

Подготовка поверхности к покраске (включает удаление загрязнений и окислов, обезжиривание и фосфатирование для повышения адгезии и защиты изделия от коррозии).

Нанесение слоя порошковой краски на окрашиваемую поверхность в камере напыления.

Оплавление и полимеризация порошкового покрытия в печи полимеризации. Формирование пленки покрытия. Охлаждение и отвержение краски.

При предварительной обработке поверхности перед окрашиванием детали попадают в пятиступенчатый очиститель, где подвергаются обработке очистителем, споласкиванию чистой водой, фосфатированию и антикоррозийной обработке.

После этого детали подвергаются сушке. Для этого они прогоняются через специальную печь для просушки с целью предотвращения попадания на них влаги, после чего они охлаждаются.

На следующем этапе детали помещаются в камеру окрашивания или напыления, где порошковая краска вручную распыляется на деталь с помощью электростатического распылителя под действием сжатого воздуха. В распылителе частицы краски приобретают электрический заряд. Под действием электростатических сил частицы порошка притягиваются к поверхности и располагаются на ней равномерными слоями.

После этого детали с нанесенной порошковой краской помещаются в печь или камеру полимеризации приблизительно на 10 минут для непосредственного окрашивания детали. Температура в печи достигает 150−220 градусов. Здесь частицы порошка оплавляются и закрепляются на окрашиваемой поверхности. Этот процесс также называют формированием поверхности. После образования пленки покрытия детали охлаждаются и снимаются с конвейера.

3. Моделирование изделия

3.1 Выбор масштаба Макет изготовлен в масштабе 1:2. Этот масштаб удобен для выполнения изделия в проволочном варианте. Соединение всех узлов заменяется пайкой. В качестве припоя используется олово.

3.2 Выбор материалов макета Для изготовления макета изделия выбрана проволока алюминиевая двух видов.

Таблица 3: Материалы для изготовления макета

Заключение

В результате моего исследования, цель была достигнута, задачи выполнены. Мною были сделаны следующие выводы:

Основные сведения о металле.

При ковке изделий мастерам приходится иметь дело с материалами (сталями различных марок, цветными металлами, сплавами), которые имеют самые разнообразные физические, механические и технологические свойства.

Наиболее широко в кузнечных работах используется сталь — сплав железа с углеродом. В зависимости от количества углерода стали подразделяются на:

Низко-углеродистые (до 0,25% С) средне-углеродистые (0,25−0,6% С) высокоуглеродистые (0,6−2% С).

Повышение содержания углерода увеличивает твердость и закаливаемость стали, но снижает теплопроводность и ковкость.

Из цветных металлов в кузнечном деле используют в основном медь и алюминий, а также их сплавы, например латуни бронзы.

Нагрев заготовокэто важная и ответственная операция, от которой зависят качество изделия и стойкость инструмента. Ковку, как правило, проводят, нагрев металл до так называемой ковочной температуры с целью повышения его пластичности и снижения сопротивления деформированию. Температурный интервал ковки зависит от химического состава и структуры обрабатываемого металла.

Топливодля нагрева заготовок кузнецы применяют различные виды топлива: твердое, жидкое и газообразное.

Для кузнечных работ необходимо большое число разнообразных инструментов и приспособлений. Основной опорный кузнечный инструмент наковальня.

К ударному инструменту относят молотки-ручники, боевые молоты и кувалды. Ручник — основной инструмент кузнеца, с помощью которого он кует небольшие изделия или управляет процессом ковки с молотобойцами.

Основной инструмент молотобойца это Кувалда —тяжелый (до 16 кг) молот с плоскими бойками применяется при тяжелых кузнечных работах, где требуется большая ударная сила.

Основные операции в кузнечных работах Отрубка, разрубка, вырубка и просечка — все эти разделительные операции осуществляются при помощи кузнечного зубила или подсечки и молотка. При тонком и мягком металле операции производят без нагрева заготовки, если же металл твердый или заготовки массивные, их нагревают до ковочной температуры.

Протяжка — увеличение длины заготовки при уменьшении толщины. Протяжка выполняется молотком, кувалдой или при помощи гладилок, разгонок и обжимок.

Скручивание — поворот одной части заготовки относительно другой вокруг продольной оси. Такая обработка производится как в холодном, так и в горячем состоянии.

В конце работы изделие выглаживается — отделочная операция, заключающейся в окончательном выравнивании поверхности после ковки с помощью гладилок.

1. Моськина Н. Е Расчет нормы времени на шлифовальную операцию, кафедра «Технология машиностроения», Орел, 2011 — 30 с

2. Моськина Н. Е Расчет нормы времени на сверлильную операцию, кафедра «Технология машиностроения», Орел, 2011 — 30 с

3. Билалова. И. А Учебное пособие: Методика проектирования изделий и технологических

4. Протасов Ю. И. Разрушение горных пород: Учебник. — 3-е изд. — М.: Издательство Московского горного ун-та, 2012. — 455 с.

5. Семкин Б. В., Усов А. Ф., Курец В. И. Основы электроимпульсного разрушения материалов. — С-Пб.: Наука, 2009. — 276 с.

6. Смирнов А. Г., Бакка Н. Т. Добыча и обработка природного камня. — М.: Недра, 1990. — 445 с.

7. Сычев Ю. И., Берлин Ю. А. Распиловка. — М.: Стройиздат, 1989. — 320 с.

8. Хмелёв В. Н., Барсуков Р. В., Цыганок С. Н. Ультразвуковая размерная обработка материалов: Научная монография. — Барнаул: изд. АлтГТУ, 1997. — 120 с.

9. Хорбенко И. Г., Абрамов О. В., Швегла М. П. Ультразвуковая обработка материалов. — М.: Машиностроение, 1984. — 280 с

10. Павлов Ю. А. Технология обработки материалов: Учебное пособие 2-х кн. Кн.1. Теория процессов и базовые методы обработки материалов.- М.: МГГУ, 2013. — 228 с.

11. Павлов Ю. А., Кривоносов А. В. Материаловедение для технологов камнеобрабатывающих, гранильных и ювелирных производств: Учебное пособие. — М.: МГГУ, 2012. — 208 с.

12. Павлов Ю. А. Технологическое оборудование в гибком автоматизированном камнеобрабатывающем производстве: Учебное пособие. — М.: МГГУ, 2009. — 128 с.