126033 (Анализ технологичности и выбор метода изготовления детали "первичный вал")

Введение

Обработка металлов давлением основана на использовании пластичности металла, т. е. его свойстве изменять первоначальную форму под действием внешних сил или внутренних напряжений без разрушения и сохранять вновь полученную форму после прекращения действия нагрузки.

Обработка давлением обычно преследует две основные цели: получение изделий сложной формы из заготовок простой формы и улучшение кристаллической структуры исходного литого металла повышением его механических свойств.

Получение изделий и полуфабрикатов при обработке давлением осуществляется путем пластического деформирования (перераспределения) металла исходной заготовки или разрезанием его и снятия стружки под давлением рабочего инструмента: бойков, штампов, ножей и др. Объем металла и плотность его при этом практически не изменяются, поэтому объем исходной заготовки равняется объему полученного изделия плюс объем отходов металла данном процессе обработки.

Обработка давлением является экономичным и прогрессивным отческим процессом. Отходы металла при этом незначительны и не превышают обычно (за исключением свободной ковки) -25% от массы получаемого изделия или полуфабриката, ряде процессов, например при холодной штамповке, составляют всего 5—10%. В то же время при формообразовании изделий обработкой резанием отходы металла в виде стружки составляют свыше 50% от веса готовой детали; расходуются непроизводительно рабочая сила, энергия, материалы, инструмент. В стружку удаляются наиболее прочные периферийные слои металла прутковых заготовок, имеющие лучшую мелкокристаллическую структуру.

Объёмная горячая штамповка является одним из видов обработки металлов давлением. Объёмная горячая штамповка производится в кузнечном и прессово-кузнечном цехах, а также на специализированных кузнечных заводах. В современной металлообработке кузнечная промышленность занимает высокое место. Она является одним из основных способов изготовления заготовок и деталей. Объемной штамповкой изготавливаются детали от нескольких грамм до десятков сотен тонн Детали, полученные ковкой и объемной штамповкой, имеют высокую прочность, ударную вязкость, поэтому ответственные детали машин делают штампованными.

Объёмная штамповка отличается высокой производительностью, по сравнению с другими методами обработки, благодари высоким скоростям обработки и одновременному деформированию всего объема заготовки или значительной его части. Например, при прокатке скорость выпуска готовой продукции достигает 20—30 м/сек; при горячей штамповке за 1 мин на одном штамповочном молоте или прессе изготовляются две-три поковки сложной формы при массе поковки до 20—50 кг; при холодной штамповке производится 1300—1500 мелких деталей в минуту на одном прессе-автомате.

Помимо высокой производительности штамповка обеспечивает получение поковок с высокой точностью размеров. Она позволяет заметно уменьшить расход металла на изготовление детали и снизить трудоёмкость при последующей обработке резанием. Кроме того, штамповка обеспечивает получение высокого качества поверхности поковок, при этом исключается необходимость последующей обработки резанием всей поковки, а обрабатывается только та часть, которая будет соприкасаться с другими деталями. Вместе с тем следует отметить, что штамповка обеспечивает получение деталей сложной формы, во многих случаях невыполнимых в условиях ковки без припусков.

Процессы обработки металлов давлением развиваются и совершенствуются в направлении приближения формы и размеров заготовки к конфигурации и размерам готовой детали, что обеспечивает снижение трудоемкости последующей их обработки давлением, себестоимости продукции и повышение коэффициент использования металла.

1.Назначение детали и технические требования к ней

Валы, как правило, предназначены для передачи крутящего момента и поддержания, установленных на них деталей, вращающихся вокруг оси вала. Опорами валов служат подшипники и подпятники. Помимо крутящих моментов валы загружены поперечными силами и изгибающими моментами от усилий в зацеплениях, опорах, муфтах и рабочих органов машин-двигателей и орудий.

Основными критериями работоспособности валов и осей являются объемная прочность, износостойкость сопряженных поверхностей и жесткость. Наиболее полно всем этим требованиям удовлетворяют стали, и в ряде случаев высокопрочные чугуны. После токарной обработки валов и осей поверхности их, сопрягаемые с другими деталями, шлифуют.

Первичный вал- деталь ответственная. Вал постоянно вращается, следовательно, в процессе эксплуатации деталь подвергается напряжению кручения, трения- скольжения с переменной нагрузкой и ограниченной смазкой. Предполагаемые повреждения- усталостные изломы, изнашивание, трещины. Шлицы и канавки вала не должны иметь вмятин. Поэтому материал вала должен быть твердым, износостойким, выдерживать большие контактные нагрузки. Такие требования может обеспечить легированная сталь.

2. Анализ технологичности детали и выбор метода изготовления

Конструкции детали должна быть технологична, т.е. должна быть приспособлена к определенной технологии производства. В связи с этим требуется определить место изготовления поковки и дать оценку технологичности детали.

Возможно изготовление поковки на паровоздушных штамповочных молотах (ПВШМ), горизонтально ковочных машинах (ГКМ) и на винтовом прессе с заготовкой в виде проката изготовляемого на молотах или ковочных вальцах. Для изготовления поковок на этих видах оборудования необходимо выполнить следующие условия:

-материал детали должен обеспечить хорошую деформируемостъ заготовки;

-форма детали должна обеспечить возможность изготовления двух половинах штампа (чтобы не было больших отличий в форме между верхней и нижней части детали, т.е. чтобы не было больших выступов и деформация в верхней и нижней половинах штампа была примерно одинаковой);

-шероховатость не слишком маленькой;

-необходимость плавных переходов но сечению поковки;

-деталь должна свободно извлекаться из штампа.

Конструкция детали удовлетворяет всем выше перечисленным требованиям, следовательно, деталь технологична, для выбора оборудования необходимо сравнить достоинства и недостатки каждого способа штамповки.

Производим выбор способа штамповки на основании сравнительной оценки ряда показателей.

При выборе пресса исходят из следующих соображений:

1)тип пресса и величина хода ползуна должны соответствовать технологической операции;

2)номинальное усилие пресса должно быть больше усилия, требуемого для;

3)мощность пресса должна быть достаточной для выполнения работы, необходимой для данной операции;

4)пресс должен обладать достаточной жесткостью (малой упругой деформацией), а для разделительных операций - также повышенной точностью направляющих;

5)закрытая высота пресса должна соответствовать или быть больше закрытой высоты штампа;

6)габаритные размеры стола и ползуна пресса должны давать возможность установки и закрепления штампов и подачу заготовок, а отверстие в столе пресса - позволять свободное проваливание штампуемых деталей (при штамповке „на провал");

7)число ходов пресса должно обеспечивать достаточно высокую производительность штамповки;

8)в зависимости от рода работы должно быть предусмотрено наличие специальных устройств и приспособлений (буфера, выталкиватели, механизмы подачи и т. п.);

9)удобство и безопасность обслуживания пресса должны соответствовать требованиям техники безопасности.

Таким образом, основными механическими параметрами для выбора пресса являются: усилие, работа, жесткость, величина хода, закрытая высота и размеры стола пресса.

3. Разработка чертежа поковки

Разработка чертежа поковки производится в соответствии с ГОСТ 7505-74 и сводится к определению:

1.припусков и допусков;

2.штамповочных уклонов;

3.радиусов закруглений контуров поковок;

4.допускаемых отклонений формы поковки.

Рис. 1. Эскиз детали.

3.1 Определение данных для расчета

Исходные данные на деталь:

Материал сталь 20ХГНМ (по ГОСТ 4543-71) 0,16-0,23% С; 0,17-0,37% Si; 0,70-l,00%Mn;0,80-l,00%Mg.

Исходные данные для расчета:

Расчетная масса поковки.

М_ПР, =М_Д·К_Р; М_д =V ·р

где V,p- соответственно объем и плотность материала поковки

К_Р - расчётный коэффициент, устанавливается по таблице.(Кр= 1,5 с прямой осью).[3]

Рис. 2. Определение объема детали.

V=V I+V2+V3+V4+V5+V6+V7+V8+V9+V10+V11

Разбиваем деталь на 10 элементарных объемов, в данном случае это цилиндры (рис 2).

V_um=n*R²*H

Vl=3.14*0,85^{^}2*0,4=0,907 (см³)

V2=3.14*0,85^{^}2* 1.7=3,86 (см³)

V3=3.14*l,l^{^}2*l,8=6,18(см³)

V4=2,9^{^}2*5,5=46,26(см³)

V5=3.14*1,1^{^}2*7.8=29, 64 (см³)

V6=3.14*2^{^}2*3.1=38, 94 (см³)

V7=3.14*3,0^{^}2* 1,3=36, 74 (см³)

V8=3.14*2,25^{^}2*0,4=6, 36 (см³)

V9=3.14*3,2^{^}2*0,48=15, 43 (см³)

V10=V10-Vl 1=3.14*2,5^{^}2*1,1-3.14*2^A2*1,1=7,77 (см³)

V=Vl+V2+V3+V4+V5+V6+V7+V8+V9+V10=0,907+3,86 16,18+46,26+29,64+38,94+

36 ,74+6,36+15,43+7,77=192,09 (см³)

М_Д=У -/7 = 7.85*192,09 = 1.5*2

М_ПР = 1.5* 1,5 = 2,25кг

Класс точности -Т4, т. к штамповку производят на ГКМ ([3],стр15), Группа стали-М1, т.к. используется материал. - сталь 20ХГНМ, где массовая доля углерода 0,16-0,23 ([3] стр.13, табл. 3.2).

Степень сложности С2 .

Конфигурация поверхности разъема штампа П (плоская). Исходный индекс-11 .

3.2 Припуски и кузнечные напуски

Основные припуски на размеры:

1,6 - диаметр 22,8 мм и чистота поверхности - 1,25 1,5 - диаметр 29 мм и чистота поверхности - 2,5

1,5 - диаметр 22 мм и чистота поверхности - 5,0

1,8 - диаметр 40 мм и чистота поверхности - 0,32

1,6 - диаметр 60,44 мм и чистота поверхности - 2,5
1,8 - диаметр 64 мм и чистота поверхности - 0,5

1,8 - диаметр 50 мм и чистота поверхности - 0,5

1,8 - длина 203,1 мм и чистота поверхности - 5,0

1,8 - длина 164,1 мм и чистота поверхности - 5,0

1,8 - длина 46,45 мм и чистота поверхности - 0,5

1,6 - длина 21 мм и чистота поверхности - 1,25

1,6 - длина 35 мм и чистота поверхности - 1,25

1,6 - длина 10 мм и чистота поверхности - 1,25

1,6 - длина 46 мм и чистота поверхности - 5,0

1,5 - длина 9 мм и чистота поверхности - 5,0

1,6 - длина 31 мм и чистота поверхности - 0,32

1,6 - длина 26,4 мм и чистота поверхности - 0,5

1,6 - длина 37,5 мм и чистота поверхности - 0,5

Дополнительные припуски учитывающие: отклонения от плоскостности, изогнутости и прямолинейности-0,5;

Смещение по поверхности разъёма штампа-0,4.

3.3 Размеры поковки и их допускаемые отклонения

Размеры поковки, мм.

Диаметр29: +(1,5+0,4+0,3)*2=33,4 мм принимается 33,5мм

Диаметр22: 22+(1,5+0.4+0,3)*2=26,5 мм принимается 27 мм

Длина: 203,1+(1,8+0,4)* 2=207,5 мм принимается 207,5 мм

Рабочие закругления наружных углов- 3 мм

Допускаемые отклонения размеров диаметры: ; ; ;

длина: ; ; ; .