Технологический анализ рабочего чертежа детали Болт

Технологический анализ рабочего чертежа детали

Болт.

1. Назначение  и условия работы детали

 

Болт по своим  конструктивным признакам относится  к классу крепежных деталей. Болты – крепежные элементы, состоящие из головок различной формы и стержней. Болты предназначены для создания разъемных резьбовых соединений машин, сборочных узлов и агрегатов. Крепеж может эксплуатироваться в различных климатических условиях (умеренный, холодный климат и т. д.) и средах (агрессивных, с нормальной и повышенной влажностью).

 Болты  классифицируются: по назначению  и материалу (стали), классам прочности  и точности, виду покрытия и  форме головки. Для их комплектации  используют гайки различных типов  с соответствующими размерами  и шагом резьбы вместе с  плоскими или пружинными (гроверы) прокладками. Для стопорения накрученных на болты гаек используют разводные шплинты с требуемыми размерами условных диаметров и длины.

Болты изготавливают  из: углеродистой стали; нержавеющих  сталей А2 (AISI 304, Сталь 304 относится к аустенитному классу, содержание углерода в ней < 0.08%.) и А4 (AISI 316); цветных металлов (латунь) и их сплавов. В системе обозначений AISI углеродистые и легированные стали, как правило, обозначаются с помощью четырех цифр. Первые две цифры обозначают номер группы сталей, а две последние - среднее содержание углерода в стали, умноженное на 100. 

Класс прочности  болтов обозначают двумя числами, разделенными точкой. Болты из углеродистой стали  имеют следующие классы прочности: 3.6; 4.6; 4.8; 5.6; 5.8; 6.6; 8.8; 10.9; 12.9. Первая цифра обозначает 1/100 номинальной величины предела прочности на разрыв, измеренную в МПа. В случае 8.8 первая 8 обозначает 8 х 100 = 800 МПа = 800 Н/мм2 = 80 кгс/мм2 
Вторая цифра - это отношение предела текучести к пределу прочности, умноженному на 10. Из пары цифр можно узнать предел текучести материала 8 х 8 х 10 = 640 Н/мм2.  
Значение предела текучести имеет важное практическое значение, поскольку это и есть максимальная рабочая нагрузка болта. 

Классы прочности  нержавеющих болтов обозначают по-другому: А-50, А-70 и А-80. стали - А2 или А4 и предел прочности - 50, 70, 80, например: А2-70, А4-80.  
На шпильки с резьбой наносится цветовая маркировка с торца: для A2 – зеленым цветом, для A4 – красным. Значение для предела текучести не указывается. 
Пример: Для A4-80 Предел прочности = 80 х 10 = 800 Н/мм2. 
 
Значение 70 – является стандартным пределом прочности нержавеющего крепежа и принимается в расчет пока явно не указано 50 или 80. Высокопрочные болты – болты класса прочности 10.9 и 12.9. Определены три стандартных класса точности болтов: класс повышенной точности А, класс нормальной точности В и класс грубой точности С. Стандарты на болты, например ГОСТ 7805, прямо указывают на то, к какому классу точности относятся крепежные детали.

Болты изготавливают: без покрытия (черные); оцинкованные; горячеоцинкованные (HDG-метод оцинкования). Самым прочным и надежным из указанных выше покрытий является горячеоцинкованное покрытие. Кадмирование. Применяется как антикоррозионное и декоративное покрытие деталей из черных и цветных металлов при непосредственном воздействии на них морской воды или морского тумана, чему способствует большая химическая устойчивость кадмия, чем цинка. В коррозионной среде, содержащей SO2, С02, продукты испарения органических веществ и другие вещества, защитные свойства кадмиевого покрытия значительно ниже, чем цинкового. Кадмий лучше цинка покрывает углубленные места и применяется для покрытия деталей, имеющих жесткие допуски.  
 
Высокая пластичность кадмия используется при покрытии резьбовых деталей для герметизации резьбовых соединений. Кадмиевое покрытие выдерживает изгиб, вытяжку, развальцовку. Покрытые кадмием поверхности хорошо паяются оловянно-свинцовыми припоями. Толщина кадмиевого покрытия в условиях воздействия морской атмосферы, насыщенной солевыми продуктами, выбирается следующим образом. Для резьбовых деталей и деталей, имеющих плотные соединения 7-15 мкм.  
Осаждение кадмиевого покрытия может быть осуществлено как из кислых, так и из цианистых электролитов. Детали простой формы, как правило, покрывают в кислых электролитах, детали сложной формы - в цианистых, обладающих большей рассеивающей способностью. Цианистые электролиты обеспечивают получение мелкозернистых и равномерных осадков кадмия. Для повышения противокоррозионной устойчивости кадмиевого покрытия применяется дополнительная химическая обработка кадмия в хроматных растворах, обусловливающая образование на металле пассивных пленок. При этом пассивная пленка, образующаяся на кадмии, чувствительна к повышенной температуре и разрушается при соприкосновении кадмированной поверхности с горячей водой. При назначении покрытия надо помнить, что кадмий значительно дефицитнее и дороже цинка. Никелирование. Покрытие применяется как в антикоррозионных целях, а также как защитно-декоративное. В гальванической паре "никель - железо" никель, как более положительный металл, является катодом по отношению к железу и поэтому защищает железо только при условии полной беспористости покрытия. 

Болты применяются в машиностроении и строительстве в качестве деталей  соединения. К болтам относятся стержни  с винтовой канавкой на одном конце  и головкой на другом, служащие для  разъемных соединений отдельных  частей машин и конструкций при  помощи гайки. Для закрепления соединяемых  деталей, болт вставляется в сквозное отверстие в этих деталях, затем на резьбу болта навинчивают гайку и стягивают детали с её помощью. Авиация. Для обеспечения нормальной затяжки болтов и гаек используются специальные гаечные ключи и приспособления. В тех же случаях, когда к соединению крепежных деталей предъявляются особо жесткие требования (с точки зрения обеспечения высокой надежности и безопасности), их затяжка осуществляется с использованием электронных устройств автоматического управления, которые получают все более широкое практическое применение. Используемый в этих системах микропроцессор управляет операцией затяжки (в настоящее время ее может выполнять и робот). В основе принципа управления лежит измерение и преобразование величины момента и угла в электрические сигналы. По достижению определенной величины сигналов завертывающее устройство с электрическим приводом выключается.

Контролирование степени затяжки  часто позволяет применить более  мелкие или относящиеся к более  низкому классификационному классу крепежные детали, что может обеспечить экономию в размере 10% на каждую деталь. Для предприятия, которое производит сборку, скажем, 1 млн. машин в год, такая замена крепежных деталей может снизить издержки на 100 тыс. долл. в год. Кроме того, если учесть, что после установки более надежного болтового соединения снизится возврат некачественной продукции для ремонта, то экономия будет еще больше.

Многие крепежные детали работают в агрессивных средах, вызывающих коррозию, или в условиях высоких  температур, а иногда при одновременном  воздействии обоих факторов. Стандартами  предусматривается покрытие деталей, рассчитанных на работу в указанных  условиях, специальными составами из фосфата и жидкой смазки или из черного окисла. Для обеспечения  повышенной устойчивости к коррозии на поверхность крепежных деталей  гальваническим способом наносят цинк или кадмий. Но все эти методы не лишены недостатков. Покрытие цинком и кадмием, например, может повысить хрупкость металла.

 

Фиксация  деталей в направлениях, перпендикулярных стержню болта, обеспечивается за счёт сил трения от затяжки болта, при  условии что эта сила больше чем сдвигающая сила. В том случае когда часть нагрузки в этом направлении несёт болт, стержень болта и отверстия в деталях изготавливают с большей точностью. При этом болты работают как штифты. Для предотвращения деформации деталей или самооткручивания гайки под головку болта и под гайку подкладывают различные шайбы. По форме головки подразделяются на болты с многогранной головкой, чаще всего с шестигранной и с фасонной головкой (полукруглой, потайной, клеммные, закладные, стыковые и др.).

Болт с  потайной головкой с внутренним шестигранником применяется в производственных, промышленных и строительных областях совместно с шайбами, гайками, втулками и прочими отверстиями с соответствующим  размером резьбы, при различных соединениях  и креплениях элементов.

 

 

1.2 Описание конструкции и геометрических  характеристик корпуса

Болт представляет собой цилиндрический стержень, на одном конце которого имеется  внутренняя головка в виде шестигранника, а на другом – резьба М 22.

Внутренняя  шестигранная головка представляет собой шестигранную правильную призму. Внешний корпус болта представляет собой два цилиндра диаметрами 27,5 и 22 мм. Слева имеется внутренняя шестигранная головка, за которой находится канавка для выхода рабочего инструмента. В центре болта – сквозное отверстие диаметром 17,5 мм. Болты с отверстиями в головке или в стержне применяются в соединениях, требующих предохранения от самоотвинчивания. Стопорение осуществляется с помощью шплинтов (проволоки), вставляемых в отверстие, просверленное в стержне или головке болта. Углубление в головке выполняется для облегчения оформления. Справа расположены 2 паза с размерами 5 мм.

Болт вставляется в отверстие детали. На метрическую резьбу М22 накручивается накидная гайка, которая плотно, до упора затягивается. В качестве инструмента для этого используется гаечный ключ. Гайка и болт за счет механических сил трения стягивают детали и крепко фиксируются. Для более крепкой фиксации используют специальные шайбы, которые размещаются между болтом и гайкой. 

Клеммные и закладные болты изготовляют одного диаметра резьбы 22 мм с крупным шагом (преимущественно горячей штамповкой). 

Свободными  поверхностями (поверхности, которые  являются вспомогательными и необходимы для связи между конструкторскими и рабочими поверхностями) являются

Рабочей поверхностью является ,не являющиеся посадочными поверхностями.

Основной  конструкторской поверхностью болта (конструкторская база детали или сборочной единицы, используемая для определения их положения в изделии) является поверхность диаметром 22 мм, а так же поверхность диаметром 27,5 мм.

Поверхность 2 имеет шероховатость 2,5 мкм, как  и поверхность 3. Для поверхности  шестигранника установлена шероховатость 40 мкм по параметру Rz, так же, как у поверхности 6, а у поверхности 5 – 80 мкм по параметру Rz.

1.3 Оценка технологичности  конструкции

Проанализируем влияние  следующих факторов на общую технологичность  детали /1, 2/.

1.3.1 Влияние заданных требований  по точности размеров, формы и  расположения поверхности

 

 

 

 

 

 

1.3.2 Влияние требований по параметрам  качества поверхностного слоя

Общий класс  шероховатости поверхности – 5. Это  соответствует Rz=20. Данный класс шероховатости можно обеспечить 1-2 операциями. Данное требование не является завышенным и легко обеспечивается при обработке и не снижает технологичность детали.

Конструктор для уменьшения трудоемкости технологического процесса, а, следовательно, увеличения технологичности детали намерено задает пониженные требования на шероховатость  неответственных поверхностей. Для  отверстия Æ20 мм задана шероховатость Rz=80, для шестигранника и канавки - Rz=40 (предварительное растачивание отверстия), так как эти поверхности детали не участвуют в рабочем процессе.

Для наружных поверхностей Æ27,5, Æ22, а так же торцевой поверхности чего-то, задан 6 класс шероховатости, которому соответствуют Ra=2,5. Чтобы получить такой класс шероховатости требуется минимум две операции. Данное требование вводится для обеспечения плотного прилегания поверхности корпуса к внутренней поверхности детали.

По метрической  резьбе М22 накручивается накидная гайка, которая плотно, до упора затягивается. Для обеспечения герметичности конструктор задает 4 класс шероховатости поверхности (Rz=40), что обеспечивает высокую герметичность соединения.

Поверхностный слой оказывает существенное влияние на надежность и долговечность  работы детали, узла и машины в целом. На величину, форму профиля и направление  неровностей оказывает влияние  множество факторов: метод обработки, геометрия инструмента и степень  его притупления, режимы резания, охлаждение, вибрации, механические свойства обрабатываемого  материала.

При точении, растачивании, торцевом фрезеровании большую роль играют геометрические факторы: увеличение радиуса при  вершине резца, уменьшение главного и вспомогательного углов в плане  дает уменьшение высоты неровностей. За счет износа или некачественной заточки  инструмента шероховатость при  точении может увеличиться на 50-60%.

Шероховатость поверхности должна соответствовать требуемой точности ее обработки.

Влияние скорости резания проявляется  через изменение температуры  в зоне обработки. Температура определяет наростообразование при резании. При скоростях малых и больших, когда нарост отсутствует, Rz будет минимальной.

Влияние подачи на высоту и форму  неровностей обусловлено геометрическими  соотношениями копирование профиля  резца. Оно проявляется так же в связи с пластическими и  упругими деформациями в зоне резания. Особенно заметно влияние подачи через пластические деформации в  зоне малых (менее 0,02 мм/об) и больших подач.

Глубина резания  оказывает слабое влияние на шероховатость.

В целом с повышением твердости  материала, Rz уменьшается.

Должна быть обеспечена шероховатость, соответствующая минимальному износу. Уменьшение шероховатости приводит к тому, что затрудняется смазка поверхностей, а при большей высоте микронеровностей снижается площадь  фактического контакта поверхностей, и возрастают удельные нагрузки.

Эксплуатационные свойства деталей  зависят не только от высоты микронеровностей, но и от радиусов закругления впадин и выступов, угла наклона профиля  и шага неровностей.

 

 

1.3.3 Связь между точностью размеров, формы и расположения поверхности  и шероховатостью

При назначении параметров шероховатости  поверхностей рекомендуется их величину согласовывать с допусками размеров Тр , формы TФ и расположения поверхностей Тп. В этом случае значение высоты неровностей Rz можно определять следующим соотношением:

,

где Kp - коэффициент, зависящий от квалитета, вида погрешностей (формы или расположения) и отношения Тф(Тп)/Тр /2/.

Конструктор не задает технические требования на точность формы и расположения поверхности.

 

1.3.4 Влияние защитных покрытий  и термообработки

К качеству поверхности  корпуса предъявляются технические  требования, заданные в виде указания «Покрыть кадмием. На внутренней поверхности допускается несплошность покрытия», а так же «Калить HRC = 33-38».