Детали машин

На молотах штампуют поковки  разнообразных форм преимущественно  в многоручьевых открытых штампах. Поскольку ход молота нежесткий, штамп конструируют так, чтобы при  последнем ударе его половинки  сомкнулись по плоскости соударения. На молоте обычно штампуют за несколько ударов (3-5). После каждого удара баба молота уходит вверх, и в процессе деформации наступает перерыв. Это приводит к тому, что часть поковки, деформируемая в верхнем штампе, охлаждается менее интенсивно, чем нижняя часть поковки. Поэтому на молотах верхняя полость штампа заполняется металлом лучше, чем нижняя.

Течение металла  облегчается  также благодаря тому, что после каждого удара окалина отваливается от поверхности заготовки и выдувается сжатым воздухом из штампа.

Альтернативным методом изготовления валов может служить поперечно-клиновая прокатка.  Поперечно-клиновую прокатку выполняют в инструменте, имеющем боковые наклонные грани, расположенные под углом к плоскости вращения (рис.1).

 

Рис.1. Схема поперечно-клиновой прокатки

1,2 – инструмент; 3 – заготовка

 

 

 

В процессе прокатки эти  грани заставляют перемещаться избытки  металла, возникающие при внедрении инструмента в заготовку, т. е. способствуют перераспределению металла вдоль оси заготовки. Оставшаяся часть металла на данном участке прокатывается между инструментами, приобретая их профиль в продольном сечении тела вращения.

При движении инструмента  обжатие заготовки по мере ее вращения происходит постепенно (в зонах прямого  контакта), форма инструмента имеет вид клина.

Поперечно-клиновой прокаткой получают как готовые изделия, так и заготовки под штамповку (рис.2).

В двухвалковом стане (а) заготовка удерживается в рабочей  зоне направляющими. Возможна прокатка изделий из прутка, что эффективно при изготовлении коротких деталей. Трехвалковые станы (б) снижают вероятность разрушения заготовки в ее осевой зоне. Валково-сегментный стан (в) работает только со штучной заготовкой при относительно невысоких требованиях по точности изделия.

Рис. 2. Основные схемы поперечно-клиновой прокатки:

а – двухвалковый стан; б – трехвалковый стан; в – валково-сегментный стан

1,2,4 – валки; 3 – заготовка; 5 –  сегмент

 

Ктомуже прокатка выгодна только при  сверх массовом производстве, так как прокатные станы очень дорогие, дороже чем штампы.

Возвращаясь к штамповке на молоте, она отличается высокой производительностью и максимально приближает форму заготовки к форме готовой детали. Заготовка получает достаточно чистую поверхность и не требует механической обработки нерабочих поверхностей.

Паровоздушные штамповочные молоты (ПВШМ) являются наиболее распространенными оборудованиями для горячей объемной штамповки. Универсальность, возможность быстрой переналадки на новый технологический цикл, особенности энергосилового режима процесса штамповки на ПВШМ, простота в эксплуатации создают предпосылки для использования молотов в составе гибких производительных модулей обработки давлением.

Вывод: выбираем штамповку на ПВШМ для получения заготовки детали – вала промежуточного коробки передач.

 

 

 

4. Проектирование чертежа  поковки.

 

Деталь – промежуточный вал  коробки передач.

Штамповочное оборудование – паровоздушный  штамповочный молот (открытый штамп).

Нагрев заготовок – пламенный  нагрев.

 

1. Исходные данные  по детали:

1.1. Материал – сталь 20 ХГНМ (по  ГОСТ 4543-71): 0,18-0,23% C; 0,17-0,37% Si; 0,70-1,10% Mn; 0,40-0,70% Cr; 0,40-0,70% Ni; 0,15-0,25% Mo.

1.2. Масса детали – 2, 55 кг.

 

2. Исходные данные  для расчета:

2.1 Расчетный коэффициент К_р = 1,3–1,6; принимаем = 1,4

Масса поковки (расчетная) – 2,55*1,4 = 3,57 кг.

2.2. Класс точности – Т4.

2.3. Группа стали – М2.

Средняя массовая доля углерода в  стали 20 ХГНМ – 0,20%, а суммарная массовая доля легирующих элементов –2,47% (0,27% Si, 0,9% Mn, 0,55% Cr, 0,55% Ni, 0,20% Mo).

2.4. Степень сложности – С1.

Степень сложности поковки  определяется из соотношения Gп к Gф.

Gф = π*d²*l : 4 = 3,14*(5)²*28,8/4 = 565,2 см³.

Gп = 3570 : 7,8 = 458 см³.

Gп : Gф = 458 : 565,2 = 0,81

2.5. Исходный индекс – 12.

 

3. Припуски и кузнечные  напуски.

3.1. Основные припуски на размеры,  мм:

2,0 – 288 мм и чистота поверхности 6,3

1,7 – Ø50 мм и чистота поверхности  6,3

1,7 – Ø47 мм и чистота поверхности  6,3

1,7 – Ø42 мм и чистота поверхности  6,3

1,8 – Ø38 мм и чистота поверхности  0,4

1,8 – Ø37 мм и чистота поверхности  0,4

1,8 – Ø35 мм и чистота поверхности  0,4

1,8 – Ø25 мм и чистота поверхности  0,63

3.2. Дополнительные припуски, учитывающие  смещение поковки по поверхности разъема штампа 0,3 мм.

3.3. Штамповочный уклон на наружной  поверхности 7 мм.

 

 

 

 

4. Размеры поковки  и их допускаемые отклонения.

4.1. Размеры поковки, мм:

288 + (2,0 + 0,3) * 2 = 292,6 » 293

Ø50 + (1,7 + 0,3) * 2 = 54

Ø47 + (1,7 + 0,3) * 2 = 51

Ø42 + (1,7 + 0,3) * 2 = 46

Ø38 + (1,8 + 0,3) * 2 = 42,2 » 42

Ø37 + (1,8 + 0,3) * 2 = 41,2 » 41

Ø35 + (1,8 + 0,3) * 2 = 39,2 » 39

Ø25 + (1,8 + 0,3) * 2 = 29,2 » 29

4.2. Радиус закругления наружных  углов для глубины ручья св. 50мм – 3,6мм.

4.3. Допустимые отклонения  размеров, мм:

293±

Ø54±

Ø51±

Ø46±

Ø42±

Ø41±

Ø39±

Ø29±

4.4. Допускаемая величина смещения  по поверхности разъема штампа 0,8 мм.

4.5. Допускаемое отклонение от плоскости и прямолинейности 1,2 мм.

4.6. Допускаемая величина остаточного  облоя 0,9 мм.

 

5. Расчет величин, связанных  со штамповкой детали.

 

Размер исходной заготовки (прутка цилиндрической формы):

• диаметр – 54 мм
• длина – 238 мм

Vстружки = 2*p*r_ц.т.*f_сеч.

r_ц.т. – радиус центра тяжести;

f_сеч. -  площадь сечения.

Vстружки = 2*p*(29*2,3*13,5*2 + 14*2,1*13,5*4 + 114*2,1*20*2 + +10*2,0*24,5*2 + 25*2,0*22*2 + 53*2,0*26*2 + 26*2,0*22*2 + 32*2,1*18,5*2) = 2*p*(1800,9+1587,6+9576+980+2200+5512+2288+2486,4) = 2*3,14*26430,9 = 165986мм³ = 166см³

Мстружки = Vстружки*r = 166см³*7,8г/см³ = 1295г » 1,3кг

Мисх = Мдет + Моблоя + Мстружки + Мугара

Мисх = 2,55кг + 0,5кг + 1,3кг + 0,051кг = 4,4кг

Мисх = p*d²*L*r/4

 

Vоблоя = f*L = 2,5*40*(54*2+293*2) = 2,5*40*694 = 69400мм³

Моблоя = Vоблоя*r = 69400мм³*0,0078г/мм³ = 541г » 0,5кг

r - плотность стали (7,8 г/см³)

L = (Мисх*4)/( p*d²*r) = (4400*4)/(3,14*(5,4)²*7,8) = 23,76см » 238 мм

 

Масса падающих частей молота для  открытых штампов:

G = 10*ss*(1-0,005*dпр)*(1,1+2/d)²*(0,75+0,001*d²пр)*(1+0,1*Ö(l/acp))dпр, кг, где

G – масса падающих частей паровоздушного молота, кг;

s_s – напряжение течения металла, кг/мм²

d – диаметр поковки, см;

dпр = 1,13Ö Fn – приведенный диаметр некруглой в плане поковки, см;

Fn – площадь проекции поковки, см²;

l – длина поковки, см;

aср – средняя ширина поковки (aср = Fn/l), см.

Fn = 4,93+47,88+5,1+11,5+28,62+11,96+12,48+4,64 = 127,11см²

dпр = 1,13Ö Fn = 1,13*Ö127,11 = 1,13*11,27 = 12,74см

s_s =14 кг/мм²

d = 5,4см

l = 29,3см

aср = Fn/l = 127,11/29,3 = 4,34см

G = 10 * 14 * (1 - 0,005 * 12,74) * (1,1 + 2/5,4)² * (0,75 + 0,001*(12,74)²) * (1+0,1Ö(29,3/4,34)) *12,74 = 140 * (0,1 - 0,0637) * (1,1 + 0,37)² * (0,75 + 0,001*162,3076)* (1 + 0,1*2,6) * 12,74 = 140 * 0,9363 * 2,1609 * 0,9123076 * 1,26 * 12,74 = 4148,2кг » 4т

 

 

 

Усилие обрезного пресса (горячая):

P = 1,6*Fcp*ss,

где

Fcp = Lз*hз – площадь среза облоя; (Lз,hз – периметр и толщина заусенца).

Fср = (293*2+54*2)*2,5 = 1735мм³

P = 1,6*1735*14 = 38864кг » 40т

 

Коэффициент использования материала (КИМ):

КИМ = Кв.т*Кв.г. = (Мдет/Мпок)*(Мпок/Мисх)

Коэффициент выхода годного:

Кв.г. = Мпок/Мисх = Мпок/(Мпок+Моблоя+Мугара) = 3,85/(3,85+0,5+0,051) = 3,85/4,4 = 0,87

Кист = Мпок/Мдет = 3,85/2,55 = 1,51

Коэффициент весовой точности:

Кв.т. = Мдет / Мпок = 2,55/3,85= 0,66

КИМ = 0,87*0,66 = 0,5742 » 60%

 

Кстати, при обработке из прутка (293Х54) КИМ:

Vпрутка = p *d² * l/4 = 3,14*(5,4)²*29,3/4 = 659,2см³

Мпрутка = Vпрутка*ρ = 659,2см³*7,8г/ см³ = 5142г » 5,1кг

Кв.г. = 1

Коэффициент весовой точности:

Кв.т. = 2,55/5,1= 0,5

КИМ = 0,5» 50%

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Укрупненный технологический  маршрут получения заготовки детали в заготовительном цехе.

 

Наименование и краткое содержание операции	Оборудование	Приспособление, инструмент	Операционный эскиз
00. Отрезная: отрезать заготовку длиной 318 мм, диаметром 64 мм	Пресс-ножницы	Отрезной штамп
05. Нагревательная: нагреть заготовку до температуры Т=900°-1150°С	Камерная печь
10. Штамповочная: штамповать за 3 перехода в 3-х ручьевом штампе 1) протяжка 2)черновой ручей 3)чистовой ручей	Молот паровоздушный (массой падающих частей 4т.)	Штамп открытый (3 ручья)
15. Обрезная : Обрезать заусенец (облой)	Обрезной пресс усилием 40т	Штамп
20. Термообработка: отжечь поковку при Т=500°-700°	Методическая печь для отжига
25. Очистная: очистить поковку от окалины	Дробеструйная установка	Дробь
30. Контрольная: контролировать  свойства и размеры поковки		Штангенциркуль

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. Маршрутная карта  механической обработки промежуточного вала коробки

передач.

 

Наименование операции	Оборудование	Инструмент	Эскиз
00. Фрезерно-ценровальная: 1. Фрезеровать торцы 1 и 2 одновременно 2. Сверлить центровочное отверстие  3 и 4	Полуавтомат двухсторонний фрезерно-центровальный  последовательного действия МР-77	Фрезы торцевые Æ100, z=10, Т15К6, сверло центровочное Æ4Р6М5
15. Зубофрезерная: фрезеровать зубья	Зубофрезерный станок	Дисковая фреза
20. Нитроцементовать
25. Термическая обработка	Индукционный нагрев Т-800°С
05. Токарная: точить поверхности 1, 2, 3 с припуском 0,2 мм, фаски 4, 5, 6 и канавки 7, 8. Точить поверхности 9, 10	Станок токарно-винторезный	Резцы проходные и фасонные
10. Токарная: во второй проход точить поверхности 1, 2, 3, 4 с припуском 0,2 мм, фаски 5, 6, 7, 8 и канавки 9, 10, 11, 12	Станок токарно-винторезный	Резцы проходные и фасонные
30. Шлифовальная а) шлифовать торцы 1, 2 б) поверхности 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 в) зубья 10, 11	Круглошлифовальный станок     Зубошлифовальный станок	Шлифовальный круг     Шлифовальный круг
35. Промыть деталь.	Моечная раковина
40. Тех. контроль		Штангенцир-куль, шаблонный

 

 

 

8. Расчет режимов резания.

 

Операция 0.5. Токарная, (по чистовому проходу)

Точить Æ 25,4 мм.

Резец проходной. Материал резца –  Т15К6

Глубина резания: t = 1,8 мм

Подача: S = 0,44 мм/об

Скорость резания: V = (Сv/(Т^m*t^Xv*S^Yv))*Kv

Сv = 350

m = 0,20

Xv  = 0,15

Yv  = 0,35

Kv  = Kmv* Knv* Kuv

Kmv  = 0,94

Knv  = 0,8

Kuv  = 1

Kv  = 0,75

V = (350/(60^0,2*1,8^0,15*0,44^0,35))*0,75 = (350/(2,27*1,09*0,75))*0,75 = 141,5м/мин

Число оборотов: n = (1000*Vрез)/(p*D) = (1000*141,5)/(3,14*25,4)=1174,2об/мин

nдейств = 1000 об/мин, берем из пособия “Обработка заготовок резанием на станках токарной группы” Н.Новгород 2003г.