Московский Государственный Технический Университет

имени Н.Э. Баумана

А.Ф.Третьяков, И.Я.Паремский, С.Н.Глазунов, А.И. Яковлев

Проектирование и изготовление технологичных заготовок и деталей машин

Под редакцией В.П. Ступникова

Учебное пособие

для выполнения семинаров и домашних заданий

по дисциплине

«Технология конструкционных материалов»

Москва, 2014

Оглавление

Введение 4

Структура домашнего задания 4

Содержание задач и алгоритм их решения 5

Основные принципы выбора метода получения заготовки 5

Технологические возможности основных методов получения заготовок 6

Факторы, определяющие выбор метода получения заготовки 7

Глава 1. Проектирование деталей, изготавливаемых механической обработкой резанием профилей. 11

1.1 Анализ исходных данных детали 11

1.2 Выбор вида механической обработки заготовки резанием 11

1.3 Условия технической реализации обработки поверхностей 11

1.4 Оценка технологичности конструкции детали 12

Пример 21

Глава 2. Изготовление заготовок обработкой давлением 28

2.1 Выбор вида обработки давлением 28

2.2 Размер партии деталей 28

2.3 Размер и масса поковки 29

2.4 Технологические свойства материала 29

2.5 Форма поковки 30

2.6 Последовательность проектирования и изготовления кованой поковки 32

2.6.1 Чертеж поковки кованой заготовки 32

2.6.2 Расчетная масса кованой поковки 39

2.7 Последовательность проектирования и изготовления штампованной поковки 42

2.7.1 Определение массы исходной заготовки 45

2.7.2 Выбор основных штамповочных операций 46

2.7.3 Степень сложности поковки 48

2.7.4 Группа стали 49

2.7.5 Класс точности 49

2.7.6 Индекс группы поковки 50

2.7.7 Наружные и внутренние штамповочные уклоны: 54

2.7.8 Радиусы закруглений 55

Пример 56

Глава 3. Изготовление заготовки методом литья 65

3.1 Уточнение марки материала литой детали Ошибка! Закладка не определена.

3.2 Выбор рарационального способа литья Ошибка! Закладка не определена.

3.3 Конструирование отливок Ошибка! Закладка не определена.

3.4 Определение величины формовочных уклонов 71

3.5 Расчет закруглений между пересекающимися поверхностями 71

3.6 Выбор припуска на усадку 72

3.7 Анализ технологичности конструкции отливки 73

Пример 79

Глава 4. Изготовление сварной заготовки 88

4.1 Обоснование выбора вида сварки заготовок 89

4.2 Выбор (уточнение) основного материала сварной заготовки 89

4.3 Выбор вида сварки 89

4.4 Выбор присадочного материала 93

4.5 Последовательность проектирования сварной заготовки 94

Пример 96

Глава 5. Выбор оптимального метода изготовления заготовки проектируемой детали 101

Приложение (варианты домашнего задания) 105

Список литературы 106

Введение

Основной целью дисциплины «Технология конструкционных материалов» является подготовка студентов к проектированию технологичных конструкций деталей машин. Для достижения поставленной цели обучающийся, изучив физико-механические основы технологических методов получения заготовок и их обработки, должен уметь:

- выбирать рациональные технологические методы формообразования и механической обработки заготовок;

- разрабатывать чертежи технологичных заготовок с учетом выбранных процессов их изготовления и механической обработки;

- вносить изменения в конструкции деталей, обеспечивающие повышение их технологичности.

Цель учебного пособия – освоение методик выбора метода и способа получения заготовок деталей машин и основных операций их механической обработки резанием, обработка конструкции детали на технологичность. Пособие содержит общую методику проектирования заготовок и разработки технологии их изготовления для деталей с заданными техническими характеристиками, а также необходимые для работы справочные материалы и чертежи деталей машин.

Каждый чертеж детали имеет несколько конструктивных неточностей, например, отсутствие канавок для свободного входа и выхода инструмента, размеры резьб, диаметров отверстий, отличных от предпочтительного ряда чисел, и другие неточности, связанные с конструкцией деталей. Все они направлены на овладение студентами навыков анализа чертежа детали с целью разработки наиболее технологичного изделия.

Учебное пособие может быть рекомендовано для подготовки бакалавров и специалистов по машиностроительным специальностям при изучении дисциплины ТКМ, выполнении курсовых проектов и прохождении технологических практик.

Авторы выражают благодарность всем сотрудникам кафедры «Технологии обработки материалов» МГТУ им. Н.Э. Баумана и студентам Яндимиркину М.Е., Кондрашову К.О., Сибикину И.С.

Структура домашнего задания

Домашнее задание включает пять разделов:

1. Проектирование и изготовление деталей механической обработкой резанием профилей;

2. Изготовление заготовки обработкой давлением;

3. Изготовление заготовки методом литья;

4. Изготовление сварной заготовки;

5. Выбор оптимального метода изготовления заготовки проектируемой детали, ее механическая обработка и чертеж;

Содержание задач и алгоритм их решения

Преподаватель выдает каждому студенту эскиз проектируемой детали (см. Приложение) и указывает сведения о типе производства (единичное, серийное, массовое).

Применительно к методу и способу изготовления заготовки или детали выполняется анализ ее технологичности. При этом (по согласованию с преподавателем) возможны изменения конструкции детали в соответствии с требованиями технологичности при условии сохранения ее функционального назначения.

Исходя из эскиза проектирования детали, дополнительных данных к нему, сведений, полученных на УТП и лекциях по ТКМ, нужно выполнить задание по предварительному выбору метода изготовления заготовки, проектированию заготовки и окончательному выбору, в том числе с учетом возможности изготовления заготовки комбинированным способом (в штампо- или лито-сварной заготовки). Решение всех задач на примере одной заготовки позволяет выбрать наиболее рациональный способ получения заготовки, сопоставляя себестоимости ее изготовления при всех технологических методах. В задачах по выбору способа рассматриваются также вопросы по проектированию поковок и отливок.

Основные принципы выбора метода получения заготовки

Одним из основополагающих принципов выбора метода получения заготовки является обеспечение максимального приближения ее формы, размеров и качества поверхности к аналогичным характеристикам получаемой детали. В этом случае существенно сокращается расход металла, объем механической обработки резаньем и производственный цикл изготовления детали. Однако при этом в заготовительном производстве увеличиваются расходы на технологическое оборудование и оснастку, их ремонт и обслуживание. Поэтому при выборе метода получения заготовки следует производить технико-экономический анализ двух этапов производства - заготовительного и механообрабатывающего.

Выбор метода получения заготовки должен осуществляться на основе технического и экономического принципов. В соответствии с техническим принципом выбранный технологический процесс должен полностью обеспечивать выполнение всех требований на изготовление изделия. В соответствии с экономическим принципом изготовление заготовки следует вести с минимальными производственными затратами. Из нескольких возможных методов получения изделия при прочих равных условиях выбирают наиболее экономичный, а при равной экономичности - наиболее производительный.

Технологические возможности основных методов получения заготовок

В условиях металлургического производства машиностроительные профили изготавливают прокаткой, прессованием и волочением. При этом получают заготовки в виде сортовых профилей, листового проката, труб и периодических профилей. Прокат выпускают горячекатанным и калиброванным. При изготовлении деталей из калиброванных профилей, отличающихся высокой точностью размеров и низкой шероховатостью поверхности, возможна только отделочная механическая обработка резанием поверхностей заготовок.

Сортовые профили подразделяют на профили простой геометрической формы (квадрат, круг, шестигранник, прямоугольник) и фасонные (швеллер; рельс; угловой, тавровый профили и т.п.). Листовой металл делят на толстолистовую сталь (толщиной 4 - 160 мм), тонколистовую сталь (толщиной менее 4 мм) и фольгу (толщиной менее 0,2 мм). Трубы могут быть бесшовными и сварными. Бесшовные трубы используют в наиболее ответственных трубопроводах, работающих под внутренним давлением в агрессивных средах. Периодические профили имеют изменяющиеся форму и площадь поперечного сечения вдоль оси заготовки. Их применяют как фасонные заготовки для последующей объемной штамповки и механической обработки резанием.

Легкие, но жесткие тонкостенные профили (менее 2-3 мм) весьма сложной конфигурации и большой длины можно получать методом профилирования листового материала в холодном состоянии на профилегибочных станах. Гнутые профили применяют при изготовлении изделий для машиностроения, автомобильной и авиационной промышленности, строительных конструкций.

Для получения заготовок из стали и цветных металлов с деформированной макроструктурой, имеющих форму и размеры близкие к форме деталей машин, целесообразно применять метод обработки давлением (ковку, объемную и листовую штамповку).

Ковку применяют для изготовления заготовок в единичном производстве путем пластической деформации профилей или слитков. При производстве крупных и уникальных заготовок массой до 250 т ковка - единственно возможный способ обработки давлением.

Заготовки, полученные объемной штамповкой, отличаются более высокой точностью размеров, качеством поверхностного слоя по сравнению с коваными поковками. Применение этого вида обработки давлением для получения заготовок деталей машин экономически целесообразно в условиях крупносерийного и массового производств. При изготовлении поковок объемной штамповкой применяют сортовые и периодические профили массой менее 400 кг. По точности и шероховатости поверхностей заготовки, получаемые холодной объемной штамповкой, не уступают изделиям, изготавливаемым специальными способами литья. При этом механические свойства поковок выше, чем отливок.

Листовой штамповкой изготавливают самые разнообразные плоские и пространственные изделия массой от долей граммов до десятков килограммов. В качестве заготовок при листовой штамповке используют полученные прокаткой листы, полосы или ленты, толщина которых обычно не превышает 10 мм. При заданной прочности и жесткости этим видом обработки давлением получают изделия минимальной массы с высокой точностью размеров и качеством поверхности. Это позволяет сократить количество отделочных технологических операций механической обработки резанием.

Методом литья получают заготовки практически любых размеров, как простой, так и очень сложной конфигурации. При этом отливки могут иметь сложные внутренние полости с криволинейными поверхностями, пересекающимися под различными углами. Точность размеров и качество поверхности заготовки зависят от способа литья. Отливки можно изготавливать практически из всех металлов и сплавов. В некоторых случаях внутри стенок образуются дефекты (усадочные раковины, пористость, горячие и холодные трещины), которые обнаруживаются только после черновой механической обработки при снятии литейной корки.

Сварные заготовки изготавливают различными видами сварки - от электрошлаковой до сварки трением. В ряде случаев сварка упрощает изготовление заготовок сложной конфигурации. Слабым местом сварной заготовки является шов или околошовная зона. Как правило, их прочность ниже, чем основного металла. Кроме того, неправильная конструкция заготовки или технология сварки могут привести к дефектам (коробление, пористость, трещины), которые трудно исправить последующей обработкой. Заготовки сложной конфигурации дают значительный экономический эффект при изготовлении элементов изделий штамповкой, литьем, прокаткой, с последующим соединением их сваркой. Такие заготовки применяют при изготовлении крупных коленчатых валов, станин кузнечно-прессового оборудования и т.п.

Факторы, определяющие выбор метода получения заготовки

Метод получения той или иной заготовки зависит от служебного назначения детали и требований, предъявляемых к ней, а также от ее конфигурации и размеров, марки материала, типа производства и других факторов.

Наиболее сложные по конфигурации заготовки можно изготавливать методам литья. Изделия, получаемые методом обработки давлением, должны быть более простыми по форме. Изготовление в поковках отверстий и полостей объемной штамповкой в ряде случаев затруднено, а использование напусков резко увеличивает объем последующей механической обработки.