Производство заготовки

Производство заготовки

Введение

заготовка штампованный прокат припуск

Заданием на курсовой проект служит чертеж детали винт натяжения, изготовленный из стали 30ХГСА.

Необходимо осуществить выбор и проектирование заготовки для изготовления данной детали.

Для выполнения этой работы в определённой последовательности необходимо будет затронуть ряд вопросов:

1.       Осуществить предварительный выбор двух наиболее пригодных методов получения заготовки для заданной детали с учётом заданного типа производства, свойств материала заготовки, формы и размеров заготовки, требованиям к точности

.         Провести сравнительный анализ заготовок по критерию применимости для заданного типа производства, назначить припуски и допуски на размер заготовок, произвести расчёт массы заготовки, определить коэффициент использования металла.

.         Выбрать заготовку и способ её получения на основании сравнительного анализа стоимости двух типов заготовок.

.         Начертить эскиз заготовки.

Важным этапом разработки технологического процесса механической обработки является расчет припусков.

Установление правильных размеров припусков на обработку - ответственная технико-экономическая задача.

Назначение чрезмерно больших припусков приводит к непроизводительным потерям материала, превращаемого в стружку, увеличению трудоемкости механической обработки; повышению расхода режущего инструмента и электрической энергии; возрастанию потребности в оборудовании и рабочей силе. При этом затрудняется построение операций на настроенных станках, снижается точность обработки в связи с увеличением отжатий в технологической системе.

Недостаточно большие припуски не обеспечивают удаления дефектных слоев материала и необходимой точности и шероховатости обрабатываемых поверхностей, вызывают ужесточение требований к точности исходных заготовок и приводят к удорожанию последних.

1.       Анализ исходных данных

1.1     Описание детали

Деталь винт натяжения представляет собой деталь из класса «вал».

Изготавливается из стали 30ХГСА ГОСТ4543-71 и имеет термообработку 38-43 HRC, что соответствует закалке 860-880 С с охлаждением в масле, с низким отпуском 200-250С с охлаждением на воздухе.

1.2     Материал детали

Сталь 30ХГСА конструкционная легированная хромом, марганцем, кремнием высококачественная.

Легированная сталь 30ХГСА относится к разряду улучшаемых, то есть подвергается процедуре закалки при температуре от 550 до 660°С. Это позволяет создавать не только высокопрочные авиационные, но и необходимые в машиностроении детали. Например, оси, валы, фланцы, лопатки компрессорных машин, различные сварные конструкции, крепежные детали, рычаги и многое другое.

Сортамент стали 30ХГСА составляют:

сортовой и фасонный прокат (ГОСТы 4543-71, 259071, 2591-71, 2879-69 и 10702-78);

калиброванный пруток (ГОСТы 7417-75, 8559-75, 8560-78, 10702-78 и 1051-73);

шлифованный пруток и серебрянка (ГОСТ 14955-77);

толстый лист (ГОСТ 11269-76);

тонкий лист (ГОСТ 11268-76);

полоса (ГОСТ 103-76);

поковки и кованые заготовки (ГОСТы 1133-71 и 8479-70);

трубная продукция (ГОСТы 8731-87, 8732-78, 8733-87, 8734-75, 21729-76, 13663-68 и 9567-75).

При высокой прочности (после закалки предел прочности может составлять до 2800 МПа), износостойкости и превосходных показателях ударной вязкости сталь 30ХГСА имеет достаточно небольшую стоимость, что объясняется использование недефицитных легирующих элементов. Прочность стали 30ХГСА после закалки обусловлена выделением углерода из аустенита при деформации, благодаря чему облегчается подвижность дислокаций в кристаллах мартенсита. В результате сталь 30ХГСА становится более пластичной.

Сталь 30ХГСА обладает хорошей свариваемостью. Но при сварке необходимо обратить внимание на некоторые особенности данного сплава. Перед началом работы следует нагреть сталь до 250-300°С, а после сварки произвести постепенное охлаждение, медленно отводя горелку и подогревая при этом площадь вокруг сварочного шва, приблизительно равную 30 мм. При резком охлаждении возможно возникновение трещин.

Использование в промышленности: различные улучшаемые детали: валы, оси, зубчатые колеса, фланцы, корпуса обшивки, лопатки компрессорных машин, работающие при температуре до 200°С, рычаги, толкатели, ответственные сварные конструкции, работающие при знакопеременных нагрузках, крепежные детали, работающие при низких температурах. .

Таблица 1.1. Химический состав материала в процентах

Таблица 1.2. Механические свойства стали 30ХГСА в состоянии поставки

Таблица 1.3. Режимы термической обработки стали 30ХГСА

Таблица 1.4. Механические свойства стали 30ХГСА после термической обработки

Таблица 1.5. Технологические свойства материала сталь 30ХГСА

2.       Выбор заготовки и метода её получения

2.1     Описание способов получения заготовок класса «вал»

Заготовками для деталей класса «вал» наиболее часто служат либо сортовой прокат, либо штамповка. Отливка применяется в редких случаях: при изготовлении крупных валов из чугуна. Сортовой прокат применяется для изготовления средних и мелких деталей с небольшим перепадом диаметров по ступеням вала (до 10-15 мм на 100 мм длины). Штамповка применяется для изготовления средних и крупных валов сложной конфигурации, с большим перепадом диаметров, а также при специальных требованиях к структуре металла и при достаточно больших объёмах выпуска..

Проведём сравнительный анализ получения заготовок из сортового проката и методом горячей объёмной штамповки по конструктивным критериям, по коэффициенту использования металла и по экономическим критериям для решения вопроса о выборе метода получения заготовки.

3. Сравнительный анализ конструкции заготовок.

Предварительно выбираем два типа заготовок: сортовой прокат и штамповка, исходя из того, что тип производства - серийное, а точность изготовления детали обычная. Оба вида заготовок можно использовать в условиях серийного производства. .

3.1 Заготовка из сортового проката

Назначаем диаметр сортового проката по ГОСТ 2590-2006. Так, как вал имеет больше двух уступов диаметр проката назначаем по наибольшему диаметру детали - ⌀48 мм. Отношение L/D=560/48=11.6612 мм, выбираем диаметр проката 50 мм, так, как данный диаметр имеет низкий квалитет точности h12.

Отклонения: верхнее +0.4; нижнее -1.0.

Рассчитаем припуск на длину заготовки по ГОСТ 2590-88. Для случая отрезания проката на токарном станке примем по таблице припуск 5 мм.

=560+2.

Допуск на длину по ГОСТ 2590-88 составляет 1 мм.

Масса заготовительного отхода для проката:

H_{расх (L)}=,

где H_{расх (L)} - норма расхода материала по длине проката; L - длина проката, мм; L_заг - длина заготовки, мм; n - целое число заготовок, получаемое из одной мерной длины.

H_расх= H_{расх (L)},

где  - площадь поперечного сечения, см²;  - плотность материала, г/см².

H_{расх (L)}=;

H_расх= 57.1кг

Коэффициент использования металла: КИМ=, где М_дет - масса детали; М_заг - масса заготовки.

М_дет=V_дет,

где V_дет - объём детали,  - плотность материала.

V_дет=2.510+(52.1-1.84)+ 14.47+16.08+454.67+10.8+(8.16-1)=563.4

M_дет=563.4.

Масса заготовки в данном случае - это масса простой пространственной фигуры, в которую может быть вписана заготовка. Такой пространственной фигурой является цилиндр с радиусом основания 25 мм, высотой 570 мм.

M_заг=

КИМ==0.503

Так, как коэффициент использования металла больше 0.5, то заготовку по данному параметру можно считать технологичной .

3.2 Заготовка штампованная

Так, как самый точный квалитет поверхности заготовки - H10; тип производства - серийное; деталь имеет относительно простую форму, то возможно получение заготовки методом горячей штамповки на кривошипном горячештамповочном прессе. Заготовку получаем в закрытом штампе, состоящем из двух частей с плоскостью разъёма по оси заготовки, так, как деталь имеет симметричную форму. .

Поверхность разъёма штампа имеет плоскую форму.

Для того, чтобы рассчитать массу детали, рассчитаем геометрические размеры заготовки, назначив припуски на все размеры, затем рассчитаем коэффициент использования металла.

Припуски на размеры заготовки, полученной горячей объёмной штамповкой, назначаются исходя из класса точности, группы стали, степени сложности заготовки, её расчётной массы и исходного индекса поковки по таблицам ГОСТ 7505-89.

Класс точности штамповки.

Так, как заготовку получаем на кривошипном горячештамповочном прессе в закрытом штампе, класс точности штамповки - Т3 (по ГОСТ7505-89).

Группа стали.

Так, как сталь содержит 2.7-3.4 процента легирующих элементов, то есть свыше 2 до 5 процентов включительно, то по ГОСТ 7505-89 группа стали - М2.

Конструктивные характеристики штампованной заготовки.

Степень сложности.

Определяется отношением массы поковки к массе простой пространственной фигуры, в которую может быть вписана заготовка

М_пр=,

где М_пр - расчётная масса поковки; М_д - масса детали; k_р - коэффициент, зависящий от формы штампованной заготовки.

Так, как деталь - вал простой удлинённой формы с прямой осью, то k_р= 1.3 (принимаем минимальный коэффициент).

М_пр=.

Увеличим габаритные линейные размеры детали в 1.05 раза.

 см

М_ф=58.8

==0.63, следовательно степень сложности поковки - С1.

Группа сложности.

h/b_ср=40/354=0.11, так, как соотношение до 0.3, то группа сложности - первая.

Исходный индекс поковки принимаем по таблицам ГОСТ 7505-89 исходя из того, что масса поковки свыше 5.6 до 10 кг, группа стали М2, степень сложности поковки - С1; класс точности Т3; принимаем исходный индекс 14.

4. Назначение припусков на механическую обработку

.1       Основные припуски на механическую обработку

Назначаем по таблице ГОСТ 7507-89.

Таблица 4.1. Основные припуски на механическую обработку

4.2     Дополнительные припуски на механическую обработку

Назначаем по таблице ГОСТ 7507-89 для компенсации смещения по поверхности разъёма штампа. Отклонений от плоскостности и прямолинейности, отклонения межцентрового и межосевого расстояний, отклонений угловых размеров, изогнутости поковки.

Так, как масса поковки 5.75 кг, класс точности Т3, поверхность разъёма штампа плоская, то принимаем 0.3 мм.

Второй дополнительный припуск, учитывающий отклонение от плоскостности назначаем по таблице в зависимости от наибольшего размера и класса точности поковки.

Так, как наибольший размер поковки находится в пределах 400-630 мм, класс точности Т3, то по таблице принимаем припуск 0.6 мм

Дополнительные припуски на механическую обработку

Зная габаритные размеры заготовки, рассчитаем её массу и коэффициент использования металла.

Масса штампованной заготовки: М_заг =.

Коэффициент использования металла: КИМ==

Штамповочные уклоны.

Назначаем на все поверхности, расположенные параллельно движению деформирующего инструмента по таблице ГОСТ 7507-89.

Принимаем для пресса без выталкивателей уклоны наружных поверхностей: 7°. Внутренних поверхностей штамповка не имеет.

Радиусы закруглений.

Минимальную величину радиусов наружных углов устанавливаем по таблице ГОСТ 7507-89 в зависимости от массы поковки и глубины полости ручья штампа.

Так, как масса поковки 5.75 кг попадает в интервал свыше 1 до 6.3 кг, а глубина полости ручья штампа - 24 мм, то есть до 10 мм включительно, принимаем радиусы наружных углов 1.6°; внутренних углов - 3.2°.

5.       Допуски и допускаемые отклонения размеров поковки.

Назначаем допуски наружных размеров, учитывающие недоштамповку и двухсторонний износ штампов по ГОСТ 7507-89.

Допуски и допускаемые отклонения на размер поковки

6.       Сравнительный анализ экономической эффективности получения заготовок из проката и горячей объёмной штамповкой

6.1     Расчёт стоимости заготовки из проката

С=М_з,

где  - массы заготовки и готовой детали соответственно, кг; S - цена одного килограмма металлопроката;  - стоимость одного кг отходов

Цена одного килограмма низколегированной стали -27 рублей; стоимость 1 кг стальной стружки -7 рублей.

С= 8.8233.01-29.47=206.94 рубля

6.2     Расчёт стоимости штампованной заготовки

С= руб.,

где  стоимость одного килограмма штамповки (для штамповок, получаемых на кривошипных горячештамповочных прессах 75 руб.);  - коэффициент сложности (для гладких, простых поковок, получаемых за 1-2 перехода -0,8);  - коэффициент материала (для стали легированной 1,2);  - коэффициент массы заготовки (так, как масса заготовки до 10 кг, то принимаем 1.04); N-годовая программа выпуска, тыс. шт. Так, как тип производства - крупносерийное, годовая программа выпуска принимается не менее 10 000 штук. Принимаем N=30 000 штук.

С= =323.16 руб.

Экономически более оправданно получение заготовки из проката. Рассчитаем экономический эффект от выбранного вида изготовления заготовки:

Э=, рублей,

где стоимость заготовки по первому (более дешёвому) и второму (более дорогому) варианту соответственно;  - стоимость металла, уходящего в стружку, руб./кг; N - годовой объём выпуска, шт. (1, стр. 42).

Э==2865000.

Сравнительная характеристика штампованной заготовки и заготовки, полученной из проката

Так, как экономический эффект положителен, то к изготовлению принимаем заготовку, полученную штамповкой. Несмотря на то, что штампованная заготовка имеет более высокую стоимость по сравнению с заготовкой из проката, в условиях крупносерийного и массового производства получение заготовок горячей объёмной штамповкой обеспечивает значительную экономию металла на операциях механической обработки.

Поэтому окончательно принимаем способ изготовления заготовки - горячая объёмная штамповка на кривошипном горячештамповочном прессе в закрытом штампе с плоскостью разъёма по оси заготовки.

Заключение

В ходе работы был осуществлён и экономически обоснован выбор получения заготовки для детали «винт натяжения», изготавливаемой из стали 30ХГСА.

Способом получения заготовки является горячая объёмная штамповка на кривошипном горячештамповочном прессе в симметричном закрытом штампе с плоской поверхностью разъёма.

На заготовку были назначены припуски, допуски на размеры и отклонения с использованием справочных материалов - таблиц ГОСТ и справочников.

В результате выполнения работы был разработан чертёж и назначены технические требования на штампованную заготовку.

Список литературы

1.     Х.М. Рахимянов, Б.А. Красильников, Э.З. Мартынов. Технология машиностроения: Учебное пособие. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2008. - 253 с.

2.       Косилова А.Г., Мещеряков Р.К., Калинин М.А. Точность обработки, заготовки и припуски в машиностроении. Справочник технолога.-М.: «Машиностроение», 1976. - 288 с.

.         Горбацевич А.Ф., Шкред В.А. Курсовое проектирование по технологии машиностроения: Учебное пособие для машиностроительных специальностей вузов. - 4-е изд., перераб. и доп.-Мн.: Выш. школа, 1983. - 256 с.

.         Маталин А.А. Технология машиностроения: Учебник. 3-е изд., стер.-Спб.:Издательство «Лань», 2010. - 512 с.