Третьяков_Курс лекций по дисциплине Технология конструкционных материалов (Третьяков Курс лекций по дисциплине Технология конструкционных материалов), страница 45

ПРИМЕРЫ КОНСТРУИРОВАНИЯИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТИПОВЫХ ДЕТАЛЕЙВ заключительной лекции вы ознакомитесь с примерами конструирования и изготовления корпусных деталей, валов, втулок изубчатых колес. В ней приведены технические требования к типовым деталям машин, примеры технологических процессов получения заготовок и их механической обработки с учетом технологических свойств используемых сплавов и типа производства.25.1. Корпусные деталиКорпусные детали являются базовыми изделиями, на которыхмонтируются отдельные сборочные единицы. По служебному назначению и конструктивным формам их подразделяют на корпусные детали: коробчатой формы (рис.

25.1, а); с отверстиями идлинными полостями (рис. 25.1, б); сложной пространственнойформы (рис. 25.1, в); с направляющими (рис. 25.1, г); типа кронштейнов, угольников, крышек и т. п. (рис. 25.1, д).При конструировании корпусных деталей предъявляют следующие технологические требования.1. Нерабочие поверхности независимо от способа получения заготовки должны изготавливаться без применения обработки резанием.2. Заготовки должны иметь надежные базы, обеспечивающиеправильную ориентацию и требуемую жесткость при их дальнейшей обработке.

Для исключения деформация заготовки при ее закреплении и обработке необходимо предусматривать в ее конструкции ребра жесткости.3. Поверхности, подлежащие обработке резанием и находящиеся с одной стороны заготовки, следует располагать так, чтобыможно было осуществлять обработку напроход (рис. 25.2).4. Следует избегать отверстий глубиной L ≥ (8…10)d. Соосныецилиндрические отверстия необходимо проектировать убывающими по диаметру в одном направлении, а если это невозможно,убывающими с обеих сторон детали к ее средней части.2615. Размеры и расположение отверстий на корпусной детали должны допустить ее многошпиндельную обработку, для чего расстояниемежду осями отверстий следует выполнять не менее 45 мм.Рис. 25.1. Разновидности корпусных деталей262Рис.

25.2. Детали:а – допускающие; б – не допускающие обработку напроходБольшинство корпусных деталей изготавливают из серого чугуна марок СЧ15, СЧ20, СЧ25 и СЧ30. Эти сплавы обладают низкой себестоимостью и рядом важных эксплуатационных свойств:хорошая износостойкость, высокая демпфирующая способность,нечувствительность к подрезам, концентраторам напряжений и др.Для корпусных деталей, работающих в условиях знакопеременныхнагрузок и ударов, используют ковкий чугун КЧ35-10, КЧ37-12.Корпуса высоконапорных насосов компрессоров, турбин иэлектродвигателей изготавливают из сталей 15Л, 30Л, 10ХЛ. Небольшие корпусные детали получают из бронзы, алюминиевых идругих сплавов. Штампосварные картеры задних мостов автомобилей изготавливают из стали 35 и стали 40.Большинство чугунных заготовок, особенно большого размера,получают литьем в песчаные формы.

Заготовки корпусных деталей небольшого размера изготавливают специальными способамилитья: в кокиль, а для цветных сплавов – литьем под давлением.Сварные заготовки применяют в единичном и мелкосерийномпроизводстве при изготовлении корпусов простой формы.Технологический процесс механической обработки резаниемзаготовок корпусных деталей зависит в основном от конструктивной формы, размеров, массы, вида заготовки, технических требований и программы выпуска изделий.263Для обработки наружных поверхностей заготовок применяютстрогание, фрезерование, точение, шлифование и протягивание.Получение основных отверстий представляет собой наиболее ответственную и трудоемкую часть технологического процесса изготовления корпусных изделий.

При черновой обработке отверстийудаляют основное количество металла и припуска, обеспечиваютточность относительного положения отверстия и равномерныйприпуск для чистовой обработки. Чистовая обработка должнаобеспечить точность размеров и геометрической формы, относительное положение обрабатываемого отверстия и прямолинейность его оси. Отделочную обработку применяют в том случае,когда требуется повышенная точность и чистота обрабатываемойповерхности.25.2. Валы и осиВалы и оси составляют 10–13 % в общем объеме производствадеталей машин.

Они весьма разнообразны по своему назначению,конструктивной форме, размерам и марке конструкционного материала. Эти изделия делятся на гладкие и ступенчатые; цельные ипустотелые; валы с фланцами, шлицевые валы и валы-шестерни, атакже комбинированные с разнообразными сочетаниями указанных выше типов (рис. 25.3). По форме геометрической оси валымогут быть прямыми, коленчатыми, кривошипными и эксцентриковыми (кулачковыми).Наибольшее распространение в машиностроении получилиступенчатые валы длиной от 150 до 1200 мм.

По соотношениюдлины l и среднего диаметра d валы делят на жесткие (l/d ≤ 8…12)и нежесткие (l/d > 12).При конструировании деталей этого типа предъявляют следующие технологические требования.1. Изделия должны обладать концентричными наружными ивнутренними поверхностями, минимальной несоосностью отдельных обрабатываемых поверхностей и стабильностью положенияоси вращения (для шпинделей).2. Для упрощения изготовления, контроля и ремонта изделияпредусматривают центровые отверстия в торцовых поверхностях.3.

Ступенчатые валы и оси должны иметь небольшие перепадыдиаметров, при этом на разных ступенях желательно иметь одинаковые перепады. Это особенно важно, если заготовка будет обрабатываться на многорезцовых станках.264Рис. 25.3. Разновидности деталей типа валов4. При конструировании валов и осей со шпоночными пазами следует отдавать предпочтение пазам, образуемым дисковой фрезой, таккак обработка концевой фрезой менее производительна (рис. 25.4).265абРис.

25.4. Обработка шпоночного паза:а – дисковой фрезой; б – концевой фрезой5. При проектировании этих деталей со шлицами следует предусматривать возможность свободного выхода режущего инструмента. Поэтому диаметр вала, прилегающего к шлицевому участку, выполняют меньше внутреннего диаметра шлицев (рис. 25.5).Рис. 25.5. Вал со шлицевыми поверхностями, при нарезании которыхобеспечен свободный выход инструмента266Валы и оси изготавливают из углеродистых и легированныхсталей, обладающих высокой прочностью, хорошей обрабатываемостью резанием, способностью упрочняться в результате термической обработки. К ним относятся стали: 35, 40, 45, 40Х, 30ХН,50Х, 40Г2, 45ХН2МФ и др. Для изготовления шпинделей применяют высокопрочный чугун ВЧ45, ВЧ50, а для некоторых тяжелыхстанков применяют отливки из серого чугуна СЧ15, СЧ20 и др.В условиях единичного производства почти все валы получаютмеханической обработкой резанием заготовок из сортового профиля круглого поперечного сечения и поковок для крупных изделий.

Валы с фланцами целесообразно проектировать и изготавливать кованосварными или штампосварными. Так, при изготовлении цельной заготовки вала гидротурбины методом ковки КИМ == 0,2…0,3. При создании сварной конструкции, в которой центральная часть вала изготавливается из профиля, а фланец – из поковки, КИМ значительно возрастает (0,7…0,8).Гладкие и ступенчатые валы с перепадом между наибольшим инаименьшим диаметрами, не превышающими 15…25 %, изготавливают из сортовых профилей независимо от типа производства. Втом случае, если КИМ снижается до 0,65…0,75, перед механической обработкой резанием необходимо проводить формоизменения первичной заготовки обработкой давлением, приближая конфигурацию заготовки к форме детали.

Относительно короткие заготовки l/d < 5 получают штамповкой на молотах, что позволяетполучить КИМ = 0,7…0,75.В массовом и крупносерийном производстве внедряетсяпрофилирование заготовок методами ротационной ковки и поперечно-винтовой прокатки. Эти процессы являются высокопроизводительными и обеспечивают получение заготовок созначительным перепадом поперечных сечений, с хорошим качеством поверхностного слоя и высокой точностью размеров.КИМ при этом достигает значений 0,9…0,95, что позволяетснизить себестоимость деталей.Заготовки валов длиной 150…1200 мм с фланцами или значительными перепадами сечений в условиях серийного и массовогопроизводства наиболее рационально изготавливать объемнойштамповкой в матрицах с двумя плоскостями разъема на горизонтально-ковочных машинах.

Заготовки крупных валов длиной свыше 1200 мм изготавливают ковкой на гидравлических прессах.Механическую обработку резанием заготовок начинают с подготовки технологических баз – подрезки торцов и их зацентровки.267В зависимости от программы выпуска изделий эти технологические операции можно производить как на токарных станках, так ина центровальных, фрезерно-центровальных станках. Наружныеповерхности ступенчатых валов обтачивают на разнообразных токарных станках.Шлицы нарезают фрезерованием, строганием, протягиванием, аэвольвентные шлицы – холодным накатыванием.

В неавтоматизированном серийном производстве шлицы получают фрезерованиемна шлицефрезерных и зубофрезерных станках червячной фрезойметодом обкатки. Этот процесс трудоемкий, так как выполняется нанизких скоростях резания (v = 0,3…0,5 м/с) и малых подачах (S == 0,3 мм/с). Более производительными технологическими процессами являются шлицестрогание и шлицепротягивание.Шпоночные пазы в зависимости от их формы обрабатываютконцевыми или дисковыми фрезами. Точность глубины шпоночных канавок и параллельность образующих их поверхностей относительно оси вала зависит от выбора технологических баз для установки вала на станке.

Наилучшие результаты получают в томслучае, когда поверхности центровых отверстий при установке вцентрах являются технологическими базами. В случае сквознойканавки наиболее производительным процессом является фрезерование дисковой фрезой напроход.Наружные резьбы на валах в зависимости от технических условий, программы выпуска изделий и имеющегося оборудованиянарезают плашками, резцами, фрезами и др.25.3. ВтулкиПо конструкции втулки делят на гладкие, с буртиком, с фланцем, разрезные и т. п. (рис.

25.6). Главное требование, предъявляемое к подобным деталям, состоит в достижении концентричностинаружных и внутренних поверхностей втулок и перпендикулярности торцов к оси центрального отверстия. Достижение концентричности может быть обеспечено различными видами механической обработки заготовок резанием.Для изготовления втулок применяют самые разнообразныеконструкционные материалы: чугуны – СЧ15, СЧ20,КЧ35-10; стали 20, 25, 30, 35Х; бронзы – Бр010С10, БрА10Ж4Н4; латуни – Л68,Л65; биметаллы, порошковые материалы и др.Втулки диаметром до 20 мм изготавливают из горячекатанныхи калиброванных прутков, а также из литых стержней.

Заготовка268ми для втулок диаметром 20…80 мм служат полые отливки поковки, полученные горячей объемной штамповкой на прессах и горизонтально-ковочных машинах (ГКМ), а также изделия, изготовленные методами порошковой металлургии. Для производствавтулок диаметром более 80 мм в качестве заготовок используютсварные или бесшовные трубы; поковки, полученные ковкой илиобъемной штамповкой на ГКМ.Рис.

25.6. Разновидности втулок269Заготовки из профилей (сортовой прокат, трубы, лист) являются наиболее технологичными для изготовления гладких или простых по конфигурации втулок. Высокий КИМ при изготовлениитонкостенных втулок можно достигнуть, используя заготовки, полученные листовой штамповкой и сваркой.Объемная штамповка на холодновысадочных автоматах илиГКМ применяется для изготовления втулок, имеющих выступы,фланцы, буртики и т. п. в массовом и крупносерийном производстве. Среди способов литья для производства втулок наиболее частоприменяют литье в песчаные формы, в кокиль, под давлением ицентробежное литье.