Выбор вида заготовки и ее конструирование

деталь шестерня металл заготовка

В современном производстве одним из основных направлений развития технологии механической обработки является использование заготовок с экономичными конструктивными формами, обеспечивающими возможность применения наиболее оптимальных способов их обработки, т.е. обработки с наибольшей производительностью и с наименьшими отходами.

Выбор материала зависит от условий работы детали в узле.

При анализе условий работы деталей следует учитывать:

максимальную нагрузку, которая может возникнуть в изделии при эксплуатации;

характер приложенной нагрузки (статическая, динамическая, знакопеременная и т. д.);

температурные условия работы (интервал температуры, постоянная или переменная температура);

наличие агрессивной среды (кислотная, щелочная, газовая);

тип трения (скольжение, качение) рабочих поверхностей изделия в процессе эксплуатации;

характер износа (абразивный, окислительный);

допуски на коробление и поводку, твердость, а также пределы отклонений других показателей.

На основании анализа условий работы изделия разрабатывают требования, обеспечивающие его максимальную долговечность и наилучшую работоспособность.

Механические свойства материалов являются одним из важнейших критериев при выборе их для деталей машин. Под механическими свойствами металлов понимают совокупность показателей, характеризующих их сопротивление деформированию и разрушению при действии на них нагрузки. К основным механическим свойствам относят прочность, пластичность, твердость, ударную вязкость.

Широкое распространение в машиностроении получили заготовки из углеродистых качественных конструкционных сталей.

В сталях с содержанием углерода более 0,3% (по нижнему пределу), предназначенных для поверхностной закалки токами высокой частоты, глубина обезуглероженного слоя не должна превышать 0,5% от диаметра или толщины.

Создание новых машин и механизмов вызывает потребность в материалах, обладающих высокой твердостью, прочностью, химической стойкостью, отличающихся сравнительно малым удельным весом, способных существенно не изменять своих механических свойств при высоких нагрузках.

Важнейшей характеристикой материала заготовки является его обрабатываемость. Обрабатываемость материала связана с их химическим и структурным состоянием. На обрабатываемость оказывает влияние целый комплекс механических и теплофизических характеристик металла и ряд параметров, непосредственно связанных со свойствами кристаллической решетки металлов.

Обычно обрабатываемость при обработке оценивается по способности изнашивать режущую часть инструмента до оптимального износа, соответствующей определенной стойкости инструмента.

При обработке на технологичность исходных заготовок в условиях массового и крупносерийного производства одним из важнейших показателей является коэффициент использования металла. В условиях массового и крупносерийного производства для обеспечения технологичности конструкции исходные заготовки должны быть приближены (по форме и размерам) к готовой детали и иметь простую геометрическую форму с плавными переходами.

К основным процессам малоотходного производства заготовок можно отнести штамповку, поперечно-клиновую прокатку, штамповку в многопозиционных горячевысадочных автоматах, горячую накатку, метод порошковой металлургии и т.д.

Выбор метода получения заготовок зависит от программы выпуска, требований к качеству прочности и величины припуска. В условиях массового производства последовательностью операций типового маршрута изготовления штампованных заготовок зубчатых колес является: очистка исходной заготовки от поверхностных дефектов, разрезка, нагрев, штамповка, прошивка отверстий (у колес-дисков) и термообработка.

С целью улучшения обрабатываемости материала заготовки и снижения уровня деформаций при последующей химико-термической обработке штампованные заготовки обычно подвергают нормализации или отжигу, при этом твердость заготовок должна соответствовать 170-207 НВ. В зубчатом колесе готовое отверстие снижает затраты на механическую обработку. Вместо обработки сверлением, можно сразу осуществлять протягивание отверстия.

В машиностроении основную массу заготовок изготовляют в литейных цехах заливкой металла в формы, в кузнечно-прессовых цехах - обработкой на ковочных и штамповочных молотах и прессах. Резервом экономии металла в литейном производстве является литье в кокиль, под давлением, по выплавляемым моделям, в оболочковые формы и другими методами. В единичном и мелкосерийном производстве ковка является наиболее экономичным способом получения высококачественных заготовок. В условиях массового и крупносерийного производства горячая объемная штамповка гораздо рентабельнее ковки. Следует учитывать, что штамповкой можно получить заготовки максимум до 100 кг, в основном штампуют заготовки массой до 30 кг, что в данном случае приемлемо. Обычно исходной заготовкой для штамповки является сортовой прокат, для заготовок из стали, цветных металлов и сплавов.

Принимаем заготовку для изготовления детали «Звездочка» выполненную из стали 45. В таблицах приведены химические, механические и технологические свойства стали 45.

 

Таблица 1.4 Химический состав стали 45

Марка стали	Массовое содержание компонентов в %
	С	Si	Mn	Cr	S	P	Cu	Ni	As
Сталь 45	0,42- 0,5	0,17- 0,37	0,5- 0,8	0,25	0,04	0,035	0,25	0,25	0,08

 

Остальное - Fe.

 

Таблица 2.4 Механические свойства стали 45

Марка стали	Термообработка	σв, мПа	σт, мПа	σ, %	Ψ, %	ксv, Дж/см²
Сталь 45	нормализация	750	640	16	50	98

 

Таблица 3.4 Технологические свойства стали 45

Марка стали	Обработка резанием	Свариваемость	t С°, ковки
Сталь 45	хорошая	Трудно-свариваемая	Начало - 1250°С Конец - 700°С