Проектирование заготовок в машиностроении

- в зависимости от массы поковки  выбирают вид заготовки – слиток  или прокат;

- в зависимости от формы и сложности поковки выбирают операции ковки и назначают последовательность их выполнения, выбирают необходимые для ковки инструменты и приспособления;

- в зависимости от химического состава стали назначают температурный интервал ковки, выбирают режимы нагрева заготовки и охлаждения поковки и нагревательную печь.

                     Для поковок массой до нескольких сотен килограммов в качестве исходной заготовки применяется прокат и используются ковочные молоты. Поковки типа валов массой 0,7... 1,5 т можно ковать на молотах из слитков углеродистой стали. Слитки массой 100 кг и более из высоколегированных сплавов также куются на молотах, более тяжелые слитки обрабатываются на прессах.

2.2. Разработаем поковку детали  «Крышка» рис.2. способом свободной  ковки на молотах. Определим припуски  на обработку и разработаем  чертеж поковки в соответствии  с ГОСТ 7829-70 для поковок изготовляемых свободной ковкой на молотах.

Рис.2. Упрощенный эскиз детали «Крышка»

Деталь «Крышка» можно разделить на два типа поковок в соответствии с формой и соотношением размеров поковки по ГОСТ 7829-70 табл.1:

1) Поковка типа раскатных колец рис. 3.

Рис.3. Эскиз поковки раскатного кольца

 

2) Втулки с уступами сплошные и с отверстиями, изготовляемые в подкладных кольцах рис.4.

 

 

Рис.4. Эскиз поковки втулки с уступами

 

1) Назначим  припуски и предельные отклонения  для поковок типа раскатных  колец.

 Припуски и предельные отклонения назначаются по табл.8 ГОСТ 2829-70: 
-на наружный диаметр D=d=42 мм припуск и предельные отклонения (9±3) мм; 
-на внутренний диаметр d=d2=23 мм припуск и предельные отклонения (12±3) мм;

-на высоту H=l=14 мм припуск и предельное отклонение (6±2) мм.

Размеры поковки: D=d=51±3 мм; d=d2=11±3 мм; H=l=20±2 мм.

2) Назначим припуски, основные и  дополнительные, и предельные отклонения  для поковок типа втулок с  уступами, сплошных и с отверстием, изготовляемых в подкладных кольцах  ГОСТ 7829-70 по табл.12 и табл.3. 
Основные припуски и предельные отклонения на размеры по табл.12.

 

 

 

Таблица 4

Размеры детали, мм	Припуски и предельные отклонения (δ ± Δ/2), мм	Размеры поковки, мм
	7 ± 2	63 ± 2
	13 ± 2	21 ± 2
	7 ± 2	29 ± 2
	7 ± 2	15 ± 2

 

Дополнительный припуск на несоосность назначают по табл.3 ГОСТ 7829-70 на диаметр ступицы, так как выполняется условие: 

, т.е. 56х8<45(22-8).

Отверстие в поковке выполнимо, так как: 
                                            .

Допускается боковая сфера, размеры которой не контролируются: 

.

Окончательные поковочные размеры показаны на чертеже стр.16.

 

Находим коэффициент весовой точности:

Квт = Мдет/Мзаг,

где Мзаг= Vотл∙ρ∙10-9

 мм3;

 мм3;

 мм3;

 мм3;

 мм3.

Vотл = V1заг+V2заг+V3заг-V4заг-V5заг = 40835,7+46734,9+54950-1899,7-10039,4= 130581,5 мм3.

Мзаг= 130581,5∙7,85∙10-6= 1,025кг.

Квт=0,312/1,025=0,304.

 

3. Методы очистки заготовок от формовочной смеси и окалины.

 

Окалину удаляют травлением, абразивным, газопламенным, вибрационным, пескоструйным, дробометными способами очистки или галтовкой.

Травление выполняют в растворах серной, соляной и азотносоляной кислот.

Заготовки и паковки очищают от грязи и песка, после чего укладывают в специальные скобы из кислотоупорного материала. Между рядами заготовок (поковок) укладывают деревянные и кислотоупорные прокладки. Протравленный металл тщательно промывают водой.

При абразивном способе удаления окалину сошлифовывают с поверхности заготовок по спирали. При газопламенном способе удаления окалины поверхность металла нагревают многосопловыми горелками. В случае применения вибрационного способа удаления окалины заготовку подвергают вибрации в механическом или электрическом вибраторе.

4. Назначьте термическую обработку заготовок, режимы и опишите назначение данного вида термообработки. 

20Х- сталь конструкционная низколегированная.

Термообработка: Нормализация 880°С.

Температура ковки, °С: начала 1260, конца 750, затем заготовка охлаждается на воздухе.

Нормализация 
Она заключается в нагреве доэвтектоидной стали до температуры, превышающей точку Ас3 на 50 С, а эвтектоидной стали выше Аст также на 50 С, непродолжительной выдержке для прогрева садки и завершения фазовых превращений и охлаждений на воздухе.                   Нормализация вызывает полную фазовую перекристаллизацию стали и устраняет крупнозернистую структуру, полученную при литье или прокатке, ковке или штамповке. Для низкоуглеродистых сталей нормализацию применяют вместо отжига. При повышении твердости нормализация обеспечивает большую производительность при обработке резанием и получении более высокой чистой поверхности. Нормализация проходит при температуре 880 С с последующим охлаждением на воздухе.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Способ изготовления заготовки штамповкой. Разработка чертежа заготовки.

Штамповка — процесс пластической деформации металла с изменением формы и размеров заготовки. Существуют два основных вида штамповки — листовая и объёмная. Листовая штамповка подразумевает использование в качестве заготовки металлического листа (обычно до 6 мм). При использовании нелистовой заготовки,  штамповка называется объёмной. Для процесса штамповки используются прессы — устройства, позволяющие деформировать материалы с помощью механического воздействия.

 Холодная листовая  штамповка. 
Сущность способа заключается в процессе, где в качестве заготовки используют полученные прокаткой лист, полосу или ленту, свёрнутую в рулон. Листовой штамповкой изготовляют самые разнообразные плоские и пространственные детали массой от долей грамма и размерами, исчисляемыми долями миллиметра (например, секундная стрелка ручных часов), и детали массой в десятки килограммов и размерами, составляющими несколько метров (облицовка автомобиля, самолёта, ракеты).

Горячая объёмная штамповка

Горячая объёмная штамповка — это вид обработки металла давлением, при которой формообразование поковки из нагретой заготовки осуществляют с помощью специального инструмента — штампа. Течение металла ограничивается поверхностями полостей (а также выступов), изготовленных в отдельных частях штампа, так что в конечный момент штамповки они образуют единую замкнутую полость (ручей) по конфигурации поковки. В качестве заготовок для горячей штамповки применяют прокат круглого, квадратного, прямоугольного профилей, а также периодический. При этом прутки разрезают на отдельные (мерные) заготовки, хотя иногда штампуют из прутка с последующим отделением поковки непосредственно на штамповочной машине.

Современное штамповочное производство оснащается новым

оборудованием, представляющим собой автоматизированные и

роботизированные комплексы, автоматы, уникальные кузнечно-прессовые

машины, специальное оборудование, но основным оборудованием штамповочного производства остаются прессы. Кузнечно-прессовые

машины делятся на пять групп: молоты; гидравлические прессы; кривошипные машины ротационного типа; импульсно-штамповачные машины. Объемной штамповкой получают поковки разнообразной формы массой от нескольких граммов до 400 кг.

На рисунке приведена схема штампа с пружинным буфером для холодной листовой штамповки.

Рис.5. Схема конструкции штампа

 

5.1. Разработаем чертеж  заготовки детали «Крышка» методом горячей штамповки по ГОСТ 7505-89.

Деталь представляет собой осесимметричное тело вращения, материал – хромистая легированная сталь 20Х ГОСТ 4543–71 с содержанием углерода до 2% и хрома до 1%. Механические свойства: , , твердость по Бринеллю в отпущенном состоянии не более 179 НВ. Термообработка – нормализация. Группа поковки II по ГОСТ 8479–71. При и годовом объеме выпуска тип производства – мелкосерийное. Поэтому выбираем штамповочное оборудование пневматический штамповочный молот, тип штампа – открытый, способ нагрева исходной заготовки – пламенный.

Допуски, припуски и кузнечные напуски устанавливаются в зависимости от конструктивных характеристик поковок, приведенных в табл.1 ГОСТ 7505-89 и определяются исходя из шероховатости поверхности детали, изготовляемой из поковки, а также в зависимости от величины размеров и массы поковки.

1) Определим исходный индекс  поковки.

Класс точности поковки. По справочной таблице выбираем класс точности поковки, для закрытой молотовой поковки при пламенном нагреве рекомендуется класс точности Т5.

Группа стали. Материал поковки – Сталь 20Х. Средняя массовая доля углерода в этой марке- 0,2 %, суммарная массовая доля легирующих элементов – не более 2 %. Устанавливаем группу стали М1.

Расчетная масса поковки. Масса рассчитывается по формуле:

,

 

где – масса поковки;

 – масса детали;

 – коэффициент приведения.

Степень сложности поковки. Чтобы определить степень сложности поковки, необходимо определить отношение массы поковки к массе описывающей фигуры –

 

,

 

где – объем описывающей фигуры

 – плотность стали 20Х

Масса описывающей фигуры

 – по справочной таблице  определяем степень сложности  С2.

По таблице исходного индекса поковки определяем индекс 9.

2) Назначение основных  припусков и допусков.

Основные припуски на механическую обработку поковок устанавливаются в зависимости от исходного индекса, линейных размеров и шероховатости поверхности детали. Допуски и допускаемые отклонения линейных размеров поковки  назначаются в зависимости от исходного индекса и размеров поковки.

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 5

 

Размер детали	Основ. припуск		Дополн. припуск		Номинальные размеры                          поковки	Допуск. отклон.	Размеры поковки (ГОСТ)
D=56	1,0		0,2		56+2×(1,0+0,2)=58,4		Æ58,4
d6= 45	1,0		0,2		45+2×(1,0+0,2)=47,4		Æ47,4
d4=34	1,4		0,2		34-2×(1,4+0,2)=30,8		Æ30,8
d2=23	1,4		0,2		23-2×(1,4+0,2)=19,8		Æ19,8
d= 42	1,0		0,2		42+2×(1,0+0,2)=44,4		Æ44,4
L=43	1,0		0,4		43+2×(1,0+0,4)=45,8		45,8
l=14	1,4		0,4		14+2×(1,4+0,4)=17,6		17,6
l1=21		1,4	0,4	21+2×(1,4+0,4)=24,6			24,6
l2=22		1,4	0,4	22+2×(1,4+0,4)=25,6			25,6

 

Дополнительный припуск для диаметральных величин: смещение по плоскости разъема штампа 0,2 мм.

Дополнительный припуск линейных размеров: отклонение от плоскостности  0,4 мм.

Полость d2=19,8<30 мм при горячей штамповки не выполняют из-за низкой стойкости знаков.

Величина углубления l2=0,8∙ d4=0,8∙30,8=24,6 мм.

3) Назначение штамповочных уклонов.

Для облегчения извлечения поковки из ручья на все поверхности, перпендикулярные плоскости разъема, назначаются штамповочные уклоны.

Штамповочные уклоны назначаются по ГОСТ 7505-89 на все вертикальные поверхности поковки. Поэтому, в соответствии с ГОСТ 7505-89, при штамповке на штамповочном молоте, мы выбираем величину штамповочных уклонов α =7º -для внешних, для внутренних β = 10º.

Радиусы закругления наружных углов равен 2,0 мм, внутренних углов – 5 мм.

Чертеж заготовки штампованной на стр.

Коэффициент весовой точности:

Квт=Мдет/Мзаг

Квт=0,312/0,468=0,666.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.2. Разработаем чертеж заготовки  полученной из листового проката.

Для изготовления детали требуется 3 штамповочных операции: вытяжка, вырубка по контуру, пробивка фигурного отверстия.

1) Качество поверхности заготовки из проката должно быть получено с шероховатостью Ra=6,3 мкм, для этого назначаем механическую обработку наружных поверхностей по табл.3 МУ: черновая обработка лезвийным инструментом детали за одну операцию.

Для обработки наружных поверхностей шероховатостью Ra=2,5 мкм- предварительное шлифование за несколько операций.

Обработка отверстий: чистовое растачивание.

2) По  таблице 6 определяем припуск на  обработку наружных торцевых  поверхностей ΔΣ .

Z=1,6 мм припуск с одной стороны, с двух сторон ΔΣ=3,2 мм.

3) По  таблице 8 МУ определяем припуск на сторону листовых заготовок при газовой резке b.

Резка: полуавтомат; номинальный размер, мм: 20-1000; толщина листа, мм: 10-25.

Припуск на сторону b= 5 мм.

4) По таблице 9 МУ определим припуск  на обработку внутренних цилиндрических  поверхностей 2а при чистовом растачивании.

Диаметр отверстия d4= 34 мм, длина отверстия l2= 22 мм, припуск 2а= 1,3 мм.

Диаметр отверстия d2= 23 мм, длина отверстия l= 14 мм, припуск 2а= 1,2 мм.

5) Рассчитываем толщину листа  с учетом припуска на механическую  обработку и припуска на газовую резку по формуле:

h= 43+2∙(3,2+5)=59,4 мм,

В соответствии с ГОСТ 19903-74 принимаем толщину листа h= 60 мм.