Выбор, проектирование и обоснование метода получения заготовки

В машиностроении основными видами заготовок для деталей являются стальные и чугунные отливки, отливки из цветных металлов и сплавов, штамповки и всевозможные профили проката.

При выборе вида заготовки необходимо учитывать не только эксплуатационные условия работы детали, её размеры и форму, но и экономичность производства. Если при выборе заготовок возникают затруднения, какой метод изготовления принять для той или другой детали, то производят технико-экономический расчёт двух или нескольких выбранных вариантов. После обоснования способа получения заготовки необходимо дать краткое описание технологического процесса её получения и обосновать выбор плоскости разъёма формы или штампа, величину принятых радиусов скруглений и формовочных уклонов.

Способ получения заготовки должен быть наиболее экономичным при заданном объёме выпуска деталей. Для выбора формы, размеров и способа получения заготовки большое значение имеет конструкция и материал детали. Вид заготовки оказывает значительное влияние на характер технологического процесса, трудоёмкость и экономичность её обработки.

 

Рисунок 3 - Вал ступенчатый:

а, г - готовая деталь; б- штампованная заготовка; в- заготовка из горячекатаногопроката; д - заготовка, полученная ковкой

ПРИМЕР: ПОЛУЧЕНИЕ ЗАГОТОВКИ ИЗ ПРОКАТА

    Когда требуется высокая прочность и пластичность, применяют заготовки из сортового или специального проката. В процессе прокатки литые заготовки подвергают многократному обжатию в валках прокатных станов, в результате чего повышается плотность материала за счет «залечивания» литейных дефектов, пористости, микротрещин. Это придает заготовкам из проката высокую прочность и герметичность при небольшой их толщине.

Производство мелкосерийное общей программой выпуска 2000 шт.

 

При определении массы заготовки или детали сначала вычисляют их объемы. Сложную фигуру условно разбивают на элементарные части (цилиндры, конусы, кольца, призмы, пирамиды и т.д.) и определяют объемы этих элементарных частей по справочным таблицам. Сумма элементарных объемов составит общий объем. Принято объем заготовки определять с учетом плюсовых допусков. Точнее и быстрее эту задачу в настоящее время можно решить, используя компьютерные программы трехмерного моделирования (Компас-3D, AutoCAD и др.).

Определение размеров заготовки из круглого проката

Диаметр проката определяется, исходя из диаметра наибольшей ступени вала, прибавляя к нему общий припуск на механическую обработку 2Z₀, определяемый по таблице Приложения А [34], в зависимости от отношения всей длины вала L к диаметру его наибольшей ступени D_max (L/D_max):

                              D _з = D _{д. max} + 2 Z ₀,                                                   (4)

где 2Z₀ – припуск на обработку в диаметральном выражении на диаметр наибольшей ступени детали, мм.

По расчетному диаметру заготовки D_з и таблице Приложения А из сортамента [2] подбираем ближайший наибольший диаметр круглого стального проката, назначаем точность прокатки (В) и определяем предельные отклонения диаметра заготовки.

Затем определяем длину заготовки. По таблице Приложения А   назначаем двусторонний припуск на обработку обоих торцов детали. Тогда длина заготовки L_з составит:

                                   L _з = L _д +2 Z ₀,                                                    (5)

где 2Z₀ – двусторонний припуск на обработку торцов заготовки, мм [3].

Предельные отклонения на длину заготовки зависят от способа резки проката на штучные заготовки и определяются по таблице Приложения А.

Общие потери материала П_общ на деталь, изготавливаемую из проката, состоят из потерь на некратность торговой длины проката длине заготовки П_нк, торцовой обрезки П_то, потерь на зажим П_заж опорных концов и потерь на отрезку П_отр в виде стружки при разрезании:

П_об = П_нк + П_то + П_заж + П_отр,                                           (6)

Потери материала на некратность, %

                                                                                              (7)

где L_нк – величина некратности длины заготовки торговой длине проката L_пр, мм.

Некратность длины заготовки определяется, исходя из торговой длины проката и длины заготовки, с учетом потерь от выбранного метода заготовительного раскроя. Средневероятностная расчетная длина некратности при раскрое немерного проката составляет примерно половину длины заготовки.

В соответствии с [2] торговая длина проката выбирается в интервале 2-6 метров для качественных конструкционных сталей по ГОСТ 1050-88 и в интервале 2-12 метров для сталей по ГОСТ 380-88 или ГОСТ 4543-71. При расчете некратности необходимо стремиться к минимальным величинам.

Для каждого значения торговой длины проката, взятого с учетом п.8 Приложения А, следует определить величину некратности L_нк по формулам (13) и (14) и в дальнейших расчетах использовать ту торговую длину, для которой величина некратности будет наименьшей.

Некратность, в зависимости от принятой длины проката:

                 L _нк = L _пр – L _то – L _заж – n ∙ (L _з + L _р),                                       (8)

  где L_пр –торговая длина проката из сортамента, мм;

n - целое число заготовок, изготавливаемых из принятой торговой длины проката, шт;

 L_з – длина заготовки, мм;

L_р – ширина реза, мм.

Число заготовок, изготавливаемых из принятой длины проката:

                                                                              (9)

где L_заж – минимальная длина опорного (зажимного) конца проката, выбираемая по таблице Приложения А.

Потери на торцовую обрезку проката, %

                                                                                       (10)

где L_то – длина торцового обрезка, мм.

Длина торцового обрезка зависит от размеров сечения проката и при резке ножницами обычно составляет:

                        L _то = (0,3…0,5) ∙ D _з,                                                     (11)

где D_з – диаметр проката или сторона квадрата, мм.

Потери на зажим опорного конца проката при выбранной длине зажима, %:

                                                                        (12)

Потери на отрезку заготовки при выбранной по таблице Приложения А ширине реза, %:

                                                                                      (13)

Норма расхода материала на деталь с учетом всех потерь:

 

                                                                           (14)

 

ПРИМЕР: ПОЛУЧЕНИЕ ЗАГОТОВКИ МЕТОДОМ ЛИТЬЯ ПО ВЫПЛОВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ

 

Базовые данные детали типа «Муфта».

Исходным документом для проектирования является рабочий чертеж детали. Деталь представляет собой корпус средней  формы.  Материал – сталь 20 ГОСТ 1050-88, наибольший габаритный размер Ø 140 мм, масса 0,65 кг. Термообработка – твердость HRC 41…45. Производство среднесерийное (N_год = 1000 шт.), механизированное.

Анализ чертежа детали на соответствие требованиям литейной технологии

     Исходя из задания, необходимо изготовить отливку из конструкционной углеродистой стали средней сложности [8]. В условиях серийного типа производства наиболее экономичным способом изготовления является литьё по выплавляемым моделям. Способ заливки металла – литье.

     Анализ технических требований и технологичности конструкции детали показывает: наружные поверхности диаметром D =140 мм, D ₁ =86 мм, торцы,  подлежащие  механической обработке (база А); наиболее точная поверхность диметром d =50 мм выполнена по 7 квалитету точности, средний торец корпуса связан  позиционным допуском с поверхностью  внутреннего отверстия.  Неуказанные предельные отклонения размеров выполнены по 14 квалитету. Минимальная толщина стенок  5 мм  может быть получена выбранным способом литья. Шесть отверстий М10 мм не имеет смысла получать литьём, они являются напуском. Сталь имеет низкую жидкотекучесть и большую объёмную усадку (до 2%), склонна к образованию горячих трещин.

В качестве черновых баз механической обработки целесообразно принять торец муфты  и цилиндрическую поверхность диаметром D =146 мм, реализуя, таким образом,  явную установочную базу по торцу и двойную опорную скрытую базу по цилиндру.