Технология машиностроения

Выбор заготовки для дальнейшей механической обработки является одним из важнейших этапов проектирования технологического процесса изготовления детали. От правильного выбора заготовки, установления ее форм, размеров, припусков на обработку, точности размеров и твердости материала в значительной степени зависит характер и число операций или переходов, трудоемкость изготовления детали, величина расхода материала и инструмента и в итоге - стоимость изготовления детали.

При выборе заготовки необходимо решить следующие вопросы:

установить способ получения заготовки;

рассчитать припуски на обработку каждой поверхности;

рассчитать размеры и указать допуски на заготовку;

разработать чертеж заготовки.

На выбор заготовки влияют следующие показатели: назначение детали, материал, технические условия, объем выпуска и тип производства, тип и конструкция детали; размеры детали и оборудования, на котором они изготовляются; экономичность изготовления заготовки, выбранной по предыдущим показателям. Все эти показатели должны учитываться одновременно, т. к. они тесно связаны. Окончательное решение принимают на основании экономического расчета с учетом стоимости метода получения заготовки и механической обработки.

Если в курсовом проекте анализируется базовый технологический процесс, то делается краткий анализ существующего способа получения заготовки на заводе (п. 3.4.2), в котором отражена экономичность способа в условиях завода, качество заготовки, техпроцесс получения заготовки и т. п.

Целесообразно сделать сопоставление двух возможных способов получения заготовки (предлагаемый с существующим на заводе) и выбрать оптимальный.

Наиболее часто в курсовых проектах применяют заготовки из проката, штампованные заготовки и отливки.

Заготовки из проката

Для изготовления деталей методами резания может применятся сортовой и специальный прокат. Сортовой прокат следует применять в тех случаях, когда профиль детали близко подходит к профиля проката. Прокат может также применяться в качестве исходных товарных заготовок - болванок под ковку и штамповку.

Простые сортовые профили общего назначения - круглые и квадратные (ГОСТ 2590-71), шестигранные (ГОСТ 2879-69) и полосовые (ГОСТ 103-76) используют для изготовления гладких ступенчатых валов с небольшим перепадом диаметров ступеней, стаканов диаметром до 50 мм, втулок диаметром до 25 мм, рычагов, клиньев, фланцев.

Фасонные профили общего назначения - сталь угловая равнополочная и неравнополочная (ГОСТ 8509-72 и ГОСТ 8510-72), балки двутавровые (ГОСТ 8239-72) и швеллеры (ГОСТ 8240-72) - применяют при изготовлении металлоконструкций (рам, плит, подставок, кронштейнов).

Трубный прокат - стальной бесшовный холодный, горячекатаный, холоднотянутый (ГОСТ 8732-78, ГОСТ 8734-75) - служит для изготовления цилиндров, втулок, гильз, шпинделей, стаканов, барабанов, роликов, пустотелых валов.

Гнутые профили - U-образные, С-образные и корытообразные (ГОСТ 8278-83, ГОСТ 8281-80, ГОСТ 8283-77) - используют для изготовления опор, кронштейнов, консолей, ребер жесткости.

Горячепрессованные профили сложной формы (пустотелые, полузамкнутые) применяют при изготовлении скоб, направляющих элементов, прижимов.

Периодические профили проката соответствуют изготавливаемым из них деталям.

Профили продольной прокатки (ГОСТ 8319.0-75, ГОСТ 8319.13-75 и ГОСТ 8531-78) служат для изготовления балок передних осей автомобиля, лопаток, осей.

Поперечно-винтовой прокатки (ГОСТ 8320.0-83, ГОСТ 8320.13-83) - для изготовления валов электродвигателей, шпинделей машин, осей рычагов.

Поперечно-клиновой прокатки - для изготовления валов коробки передач автомобиля, валиков и других деталей типа тел вращения крупносерийного и массового производства.

Поперечной прокатки (ГОСТ 7524-83) - для изготовления шариков подшипников качения, профилированных трубчатых деталей (втулки).

Точность горячекатаного проката ориентировочно соответствует 12-14 квалитету, холоднотянутого - 9-12 квалитету.

Более подробную информацию о сортовом прокате, предельных отклонениях и припусках на механическую обработку можно найти в [22], [25], [26].

Специальный прокат применяется в условиях крупносерийного и массового производства, что позволяет полностью исключить механическую обработку детали.

Заготовки для деталей из проката получают разрезая пруток на мерные части.

Кованые и штампованные заготовки

Кузнечно-штамповочное производство уступает литейному в возможной сложности конфигурации получаемых деталей, но имеет преимущества в прочности и надежности выпускаемой продукции. Поэтому, наиболее ответственные детали машин изготавливают из кованных и штампованных заготовок, т. к. механические свойства металла выше чем у литых материалов. Технологический процесс получения заготовок обработкой давлением отличается также высокой производительностью.

Обработкой давлением получают заготовки с помощью ковки, штамповки и других специальных процессов.

Ковкой получают поковки простой формы до 350 т с большими напусками [26] в единичном и мелкосерийном производствах.

Поковки массой до 500-1000 кг получают на паровоздушных молотах, а более крупные на гидравлических прессах. Припуски и допуски на поковки из углеродистой и легированной стали при ковке на молотах определяют по ГОСТ 7829-79, а для поковок, изготовляемых ковкой на прессах по ГОСТ 7062-90 [26].

Главное преимущество ковки состоит в возможности обрабатывать тяжелые слитки стали и получать поковки, массой десятки и сотни тонн, диаметром в несколько метров и длиной в десятки метров.

Ковкой изготовляют колонны, валы-тяги, штанги, шпиндели, прокатные и шестеренчатые валки, ротора генераторов и турбин и др.

В курсовых проектах часто применяются наиболее прогрессивные и производительные способы получения заготовок давлением (штамповкой) в условиях серийного и массового производства.

Характеристика некоторых таких методов приведена в табл. 3.6.

Штамповка на кривошипных прессах в 2-3 раза производительнее по сравнению со штамповкой на молотах, припуски и допуски уменьшаются на 20…35 %, расход металла снижается на 10…15 %.

Характеристика основных методов получения заготовок давлением (углеродистые, легированные стали и специальные сплавы) [4]

Виды поковок, штампуемых на горизонтально-ковочных машинах (ГКМ) и на молотах и горячештамповочных прессах представлены на рис. 3.2 и 3.3.

Припуски и допуски на поковки, получаемые горячей объемной штамповкой определяют по ГОСТ 7505-89 в зависимости от массы поковки (не более 250 кг с линейным габаритным размером не более 2500 мм), группы материала, степени сложности, класса точности и шероховатости поверхности детали.

Различают 3 группы материалов:

М1 - углеродистая сталь с содержанием углерода до 0,35 % и легированная сталь при суммарном содержании легирующих элементов до 2 %;

М2 - сталь с содержанием углерода 0,35…0,65 % или легирующих элементов 2…5 %;

М3 - сталь, содержащая углерода свыше 0,65 % или легирующих элементов свыше 5 %.

Степень сложности поковки зависит от соотношения объема Vп или массы Gп поковки к объему Vфиг или массе Gфиг фигуры в виде цилиндра, призмы или параллелепипеда, описанного вокруг поковки:

Виды поковок, штампуемых на горизонтально-ковочных машинах:

I группа - поковки типа стержня с утолщением; II - поковки нестержневого типа со сквозным отверстием, у которых все размеры не равны диаметру заготовки (прутка); III - поковки, аналогичные поковкам II группы, но с глухими прошитыми отверстиями; IV - поковки типа стержня, у которых на концах имеются утолщения с прошитыми глухими или сквозными отверстиями

Виды поковок, штампуемых на молотах и горячештамповочных прессах:

I группа - плоские поковки (штампуемые в торец); II - поковки с удлиненной осью, штампуемые с разъемом по плоскости, проходящей через продольную ось детали; III - поковки с изогнутой осью, для изготовления которых требуется гибочный ручей; IV - поковки, изготовляемые методом комбинированной штамповки: на прессе и молоте, прессе и ГКМ, при других сочетаниях кузнечно-прессового оборудования

Установлены четыре степени сложности поковок:

С1 - при 0,63 Кс 1; С2 - при 0, 32 Кс 0,63;

С3 - при 0,16 Кс 0,32; С4 - при Кс 0,16.

Расчетная масса поковки определяется исходя из ее номинальных размеров. Ориентировочную величину расчетной массы поковки допускается вычислять по формуле

где Мп.р - расчетная масса поковки, кг;

Мд - масса детали, кг;

Кр - расчетный коэффициент, устанавливаемый в соответствии с табл

Коэффициент (Кр) для определения ориентировочной расчетной массы поковки

ГОСТ 7505-89 предусматривает поковки пяти классов точности:

Т1 - поковки, подвергаемые после штамповки объемной калибровке;

Т2 - поковки, получаемые закрытой (безоблойной) штамповкой на кривошипных прессах и горячештамповочных автоматах;

Т3 - поковки, получаемые выдавливанием, а также в закрытых штампах на молотах;

Т4, Т5 - поковки, штампуемые в открытых штампах (облойная штамповка) на кривошипных прессах, паровоздушных молотах, горизонтально-ковочных машинах. Класс точности зависит от состояния инструмента, оборудования и может уточняться соглашением заказчика и производителя исходя из предъявленных требований к точности.

Для определения исходного индекса по табл. 3.8 в графе "масса поковки" находят соответствующую строку и смещаясь по горизонтали вправо или по утолщенным наклонным линиям вправо вниз до пересечения с вертикальными линиями, соответствующими заданным значениям группы стали М, степени сложности с, класса точности Т, устанавливают исходный индекс.

Пример 1. Поковка массой 0,5 кг, группа стали М1, степень сложности С1, класс точности Т2, имеет исходный индекс 3 (пунктирная линия).

Пример 2. Поковка массой 1,5 кг (М3, С2, Т1) имеет исходный индекс 6 (штрих пунктирная линия).

Числовые значения основных припусков (табл. 3.9) на механическую обработку штампованных поковок назначают в зависимости от требуемой шероховатости поверхности и исходного индекса. Исходный индекс (1…23) указывается на чертеже поковки и определяется группой стали, степенью сложности и классом точности поковки.

Кроме основных припусков (табл. 3.9) на поковки назначают дополнительные, которые учитывают смещение поковки, изогнутость, отклонения от плоскостности и прямолинейности, межцентрового и межосевого расстояний, угловых размеров. Дополнительный припуск устанавливают исходя из формы поковки и технологии ее изготовления (см. ГОСТ 7505-89), а также по согласованию между изготовителем и потребителем. В курсовом проекте можно ограничиться назначением только основных припусков.

Отливки

Одним из методов получения заготовок в машиностроении является литье. Преимущество литых заготовок заключается в том, что их можно изготовить максимально приближенными к заданной форме и размерам и практически любой конфигурации.

Отливки применяют для изготовления корпусных и других деталей сложной формы (корпусов, кронштейнов, стоек, фланцев и т.п.). Для получения отливок наиболее распространенными видами литья являются: литье в песчаные формы, в кокиль, по выплавляемым моделям, под давлением, в оболочковые формы.

Выбор того или иного метода литья зависит от материала детали, точности размеров и шероховатости поверхностей, от конфигурации, размеров и массы детали, а также от типа производства.

Литье в песчаные формы является наиболее универсальным методом. Однако изготовление формы требует больших затрат времени.

Литьем в землю по металлическим моделям при машинной формовке получают отливки массой до 10…15 т при наименьшей толщине стенок 3…8 мм.

Литье в оболочковые формы применяют главным образом при получении ответственных фасонных алюминиевых и стальных отливок массой до 150 кг.

Литье в кокиль экономически целесообразно при величине партии не менее 300…500 шт. для мелких отливок и 30…50 шт. для крупных отливок. Этим способом можно получать отливки массой 0,25…7 т.

Литье по выплавляемым моделям экономически целесообразно для литых деталей сложной конфигурации из любых сплавов при партии свыше 100 штук.

Литье под давлением применяется в основном для получения фасонных отливок их цинковых, алюминиевых, магниевых и латунных сплавов. Способ считается целесообразным при величине партии 1000 и более деталей и массой отливки до 100 кг.

Центробежное литье может применяться при выполнении заготовок, имеющих форму тел вращения и массой 0,01…3 т [4].

Точность отливок в целом характеризуется классом размерной точности (22 класса, с 1 по 16), степенью коробления (11 степеней), степенью точности поверхностей (22 степени), классом точности массы (22 класса), ГОСТ 22645-85.

Обязательному применению подлежат классы размерной точности и точности массы отливки. На отдельные размеры и поверхности отливок допускается устанавливать более жесткие нормы точности, чем в целом на отливку.

На чертеже отливки следует указывать измерительные базы (базы разметки) и базы первоначальной обработки поверхностей (исходные базы), а также все радиусы литейных сопряжений и литейные уклоны по ГОСТ 3212-80.

В технических требованиях чертежа отливки должны быть указаны группа и нормы точности отливки, а также допускаемые дефекты. Их приводят в следующем порядке: класс размерной точности, степень коробления, степень точности поверхностей, класс точности массы отливки. Например:

Точность отливки 8-5-4-7 ГОСТ 26645-85.

Ненормируемые показатели точности отливок заменяют нулями. Например:

Точность отливки 8-0-0-7 ГОСТ 26645-85.

Классы размерной точности отливок (ГОСТ 26645-85)

Примечание: 1. Меньшие значения классов соответствуют массовому производству простых отливок, большие - мелкосерийному и индивидуальному производству сложных отливок, средние - серийному производству отливок средней сложности.

2. Меньшие ряды припусков относятся к отливкам из цветных сплавов; большие - из ковкого чугуна; средние - к отливкам из серого, высокопрочного чугуна и стали.

Классы точности массы отливок (ГОСТ 26645-85)

Примечание: 1. Меньшие значения рядов припусков из диапазонов их значений следует принимать для термообрабатываемых отливок из цветных легкоплавких сплавов, большие значения - для отливок из ковкого чугуна, средние - для отливок из серого и высокопрочного чугуна, термообрабатываемых отливок из стальных и цветных тугоплавких сплавов.

размерам, как изменяемым механической обработкой, так и не изменяемым. В последнем случае это будет допуск размера детали. Величина допуска зависит от класса точности размеров и номинального размера детали.

Предельные отклонения размеров отливки устанавливают симметричными и несимметричными, при этом предпочтительнее следующее расположение полей допусков:

- несимметричное одностороннее, «в тело» - для размеров элементов (кроме толщины стенок), расположенных в одной части формы и не подвергаемых механической обработке, при этом для охватывающих элементов (отверстие) поле допуска располагается «в плюс» (+ Т), а для охватываемых (вал) - «в минус» (- Т);

симметричное (+Т/2) - для размеров всех остальных элементов отливки, как подвергаемых так и не подвергаемых механической обработке.

Припуски на обработку (на сторону) и допуски на размеры отливки назначают по ГОСТ 26645-85 или по рекомендуемым значениям табл. 3.12, 3.13, 3.14 в зависимости от размеров детали, материала и способа литья.

При назначении припусков по ГОСТ 26645-85 необходимо учитывать дополнительные допуски формы и расположения поверхностей и допуски неровности поверхности в зависимости от степени коробления отливок, степени точности поверхностей и их взаимного расположения. При ненормируемых перечисленных показателях общий допуск элемента отливки Тобщ следует принять на 25 % больше допуска размера, определяемого по классу размерной точности (табл. 3.10). После определения общего допуска можно найти односторонний припуск на механическую обработку.

Размер отливки Lотл устанавливают больше (+ Z) или меньше (-Z) размера детали Lдет., в зависимости от расположения припусков

,

где Z1 и Z2 -припуск на механическую обработку с одной и другой стороны;

Т - допуск размерной точности отливки (расположение допуска может быть и не симметричным).

4.4 Экономическое обоснование выбора заготовки