Курсовая работа: Расчет технологической детали "Втулка"

Технологические свойства:

— Температура ковки: начала 1250 °С, конца 800 °С. Сечения до 350 мм охлаждаются на воздухе.

— Свариваемость: трудносвариваемая. Способы сварки: РДС, ЭШС. Необходимы подогрев и последующая термообработка. КТС - необходима последующая термообработка.

— Обрабатываемость резанием: в горячекатаном состоянии при НВ 163-168, B = 610 МПа K тв.спл. = 0.20, K б.ст. = 0.95.

— Склонна к отпускной способности.

— Флокеночувствительна.

2. Анализ технологичности конструкции детали

Под технологичностью конструкции изделия понимается совокупность свойств конструкции изделия, проявляемых в возможности оптимальных затрат труда, средств, материалов и времени при технической подготовке производства, изготовлении, эксплуатации и ремонте по сравнению с соответствующими показателями однотипных конструкций изделий того же назначения при обеспечении установленных значений показателей качества и принятых условий изготовления, эксплуатации и ремонта.

Обработка конструкции на технологичность представляет собой комплекс мероприятий по обеспечению необходимого уровня технологичности конструкции по установленным показателям, направлена на повышение производительности труда, снижение затрат и сокращение времени на изготовление изделия при обеспечении необходимого его качества. Виды и показатели технологичности приведены в ГОСТ 18831-73, а правила отработки конструкции изделия и перечень обязательных показателей технологичности в ГОСТ 14.201-73. Оценка технологичности конструкции может быть двух видов: качественной и количественной. Качественная оценка характеризует технологичность конструкции обобщенно на основании опыта исполнителя и допускается на всех стадиях проектирования как предварительная. Количественная оценка технологичности конструкции изделия выражается числовым показателем и рациональна в том случае, если эти показатели существенно влияют на технологичность рассматриваемой конструкции.

Качественная оценка технологичности конструкции детали:

— технологический контроль чертежа детали «втулка» дает полное представление о ее конструкции. На чертеже проставлены размеры с допусками и шероховатостью необходимыми для изготовления детали;

— заготовкой для втулки служит штамповка, получаемая на горизонтально-ковачной машине из стали 40Х. Штамповка проста по конфигурации и не требует применения специальной оснастки;

— деталь имеет удобные и надежные технологические базы в процессе обработки;

— предусмотрена возможность непосредственного измерения большинства заданных на чертеже размеров;

— деталь по форме средней сложности (канавки, сквозные отверстия, резьбовое отверстие, ступени, лыски);

— жесткость детали:

следовательно, деталь жесткая;

— все поверхности можно обработать универсальными инструментами, включая канавку для выхода шлифовального круга;

— наружную цилиндрическую поверхность Ø128h12 можно обрабатывать проходным резцом.

— деталь имеет один относительно большой перепад диаметров ступеней, поэтому обработка на многорезцовом станке становится невозможной;

— большинство поверхностей детали можно считать технологичными, за исключением внутренних цилиндрических поверхностей Ø40H8 с шероховатостью Ra=0,4 мкм, Ø50H11 с шероховатостью Ra=3,2 мкм, наружных поверхностей Ø70d10 с шероховатостью Ra=3,2 мкм и для которой необходимо выдержать допуск на радиальное биение 0,1мм относительно базовой поверхности А, Ø128h12 с шероховатостью Ra=6,3 мкм, вследствие необходимости введения дополнительных операций для их изготовления. К остальным размерам не предъявляется высоких требований точности и качества поверхности.

— для обработки трех лысок потребуется проектировать специальные приспособления;

— присутствуют размеры, требующие пересчёта размерной цепи, что также снижает технологичность детали.

Количественная оценка технологичности

1) Коэффициент точности

где: - средняя точность детали, - квалитет различных поверхностей, - количество поверхностей с квалитетом ; - количество поверхностей всего.

2) Коэффициент шероховатости :

где: - средняя шероховатость детали,

- сумма произведений шероховатостей на их количество.

3) Коэффициент использования материала

где: - масса детали (кг), - масса заготовки (кг).

4) Максимальное значение шероховатости — Ra 0,4 мкм

5) Максимальный квалитет точности — 8

6) Коэффициент применяемости стандартизованных обрабатываемых поверхностей

где: , — соответственно число поверхностей детали, обрабатываемых стандартным инструментом, и всех, подвергаемых механической обработки поверхностей.

7) Коэффициент унификации

где: , - соответственно число унифицированных конструктивных элементов детали и общее число поверхностей.

Исходя из вышесказанного, данную деталь можно считать технологичной.

3. Определение типа производства

Тип производства на данном этапе проектирования определяется ориентировочно в зависимости от массы детали и годовой программы выпуска, используя таблицу 10.

Таблица №10

Тип производства

Годовая программа выпуска, шт

Легкие

(до 20 кг)

Средние

(20-300 кг)

Тяжелые

(свыше 300 кг)

Единичное

Мелкосерийное

Серийное

Крупносерийное

Массовое

11-100

101-500

501-5000

5001-50000

Св. 50000

6-10

11-200

201-1000

1001-5000

Св. 5000

1-5

6-100

101-300

301-1000

Св. 1000

При массе детали 4,65 килограмм и годовой программе выпуска 16000 шт/год, тип производства является крупносерийным.

4. Выбор метода получения исходной заготовки

Метод выполнения заготовок деталей машин определяется назначением конструкции детали, материалом, техническими требованиями, масштабом и серийностью выпуска, а также экономичностью изготовления. Выбрать заготовку - значит установить способ ее получения, наметить припуски на обработку каждой поверхности, рассчитать размеры и указать допуски на неточность изготовления. От правильного выбора заготовки зависит трудоемкость и себестоимость обработки.

Для данной детали можно использовать следующие методы получения заготовок: горячая объемная штамповка на молотах и прессах, горячая объемная штамповка на горизонтально-ковочных машинах, а также получение заготовки из проката.

Наиболее рациональными методами получения заготовки из вышеперечисленных для данной детали, с учетом материала, массы, конфигурации, габаритов детали и годовой программы выпуска, являются горячая объемная штамповка на горизонтально-ковочных машинах (ГКМ) - используется в серийном и массовом производствах для заготовок имеющих форму тел вращения и массой не более 100 кг и метод получения заготовок из проката, так как он не требует изготовления штампов, пресс-форм и т.п.

Поковки, изготовляемые на ГКМ, имеют форму тел вращения с прямой осью. Масса поковок может быть несколько десятков килограммов, но не превышать 100 кг. На ГКМ можно: производить высадку конусов длинных (до 3,5 м) прутков и труб; получать изделия типа стержня или трубы с головкой значительного объема; штамповать осадкой в торец изделия сложной формы; получать от прутка поковки с прошитыми отверстиями без отходов металла при просечке.

В качестве исходной заготовки используют пруток круглого или квадратного сечения, трубный прокат. Штампуют поковки: стержни с утолщениями и глухими отверстиями, кольца, трубчатые детали со сквозными и глухими отверстиями. Так как штамп состоит из трех частей, то напуски на поковки и штамповочные уклоны малы или отсутствуют. К недостаткам горизонтально-ковочных машин следует отнести их малую универсальность и высокую стоимость.

Горизонтально-ковочная машина представляет собой механический кривошипный штамповочный пресс, имеющий разъемную матрицу, одна часть которой является подвижной – зажимной. Кроме главного деформирующего ползуна, имеется ползун, движение которого перпендикулярно движению главного. Горизонтально-ковочные машины выбираются по номинальному усилию, которое составляет 1…31,5 МН.

Штамп состоит из трех частей: неподвижной матрицы, подвижной матрицы и пуансона, размыкающихся в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Пруток с нагретым участком на его конце закладывают в неподвижную матрицу. Положение конца прутка определяется упором. При включении машины подвижная матрица прижимает пруток к неподвижной матрице, упор автоматически отходит в сторону, и только после этого пуансон соприкасается с выступающей частью прутка и деформирует ее. Металл при этом заполняет формующую полость, расположенную впереди зажимной части. Формующая полость может находиться только в матрице, только в пуансоне, а также в матрице и пуансоне. После окончания деформирования пуансон движется в обратном направлении, выходя из полости матрицы. Матрицы разжимаются, деформированную заготовку вынимают или она выпадает из них.

Штамповка выполняется за несколько переходов в отдельных ручьях, оси которых расположены одна над другой. Каждый переход осуществляется за один рабочий ход ползуна. Осуществляются операции: высадка, прошивка, пробивка. За один переход можно высадить выступающий из зажимной части матрицы конец прутка только в том случае, если его длина не превышает трех диаметров. При большей длине возможен изгиб заготовки, поэтому предварительно необходимо произвести набор металла. Набор металла осуществляется в полости пуансона, которой придают коническую форму.

После штамповки в открытых штампах производят обрезание облоя и пробивку пленок в специальных штампах, устанавливаемых на кривошипных прессах. Правку штампованных поковок выполняют для устранения искривления осей и искажения поперечных сечений, возникающих при затрудненном извлечении поковок из штампа, после обрезания облоя, после термической обработки. Крупные поковки и поковки из высокоуглеродистых и высоколегированных сталей правят в горячем состоянии либо в чистовом ручье штампа сразу после обрезания облоя, либо на обрезном прессе (обрезной штамп совмещается с правочным штампом), либо на отдельной машине. Мелкие поковки правят на винтовых прессах в холодном состоянии после термической обработки. Термическую обработку применяют для получения требуемых механических свойств поковок и облегчения их обработки резанием. Отжиг снимает в поковках из высокоуглеродистых и легированных сталей остаточные напряжения, измельчает зерно, снижает твердость, повышает пластичность и вязкость. Нормализацию применяют для устранения крупнозернистой структуры в поковках из сталей с содержанием углерода до 0,4%. Очистку поковок от окалины производят для облегчения контроля поверхности поковок, уменьшения износа металлорежущего инструмента и правильной установки заготовки на металлорежущих станках. На дробеструйных установках окалину с поковок, перемещающихся по ленте конвейера, сбивают потоком быстро летящей дроби диаметром 1…2 мм. В галтовочных барабанах окалина удаляется благодаря ударам поковок друг о друга и о металлические звездочки, закладываемые во вращающийся барабан. Калибровка поковок повышает точность размеров всей поковки или отдельных ее участков. В результате этого последующая механическая обработка устраняется полностью или

ограничивается только шлифованием. Различают плоскостную и объемную калибровку. Плоскостная калибровка служит для получения точных вертикальных размеров на одном или нескольких участках поковки. Объемной калибровкой повышают точность размеров поковки в разных направлениях и улучшают качество ее поверхности. Калибруют в штампах с ручьями, соответствующими конфигурации поковки.

Припуски и допускаемые отклонения размеров поковок, штампуемых на ГКМ, определяют по ГОСТ 7505-89.

5. Экономическое обоснование выбора метода получения исходной заготовки

Как было указанно в пункте 4 наиболее рациональным методом получения заготовки для детали втулка является горячая объемная штамповка на горизонтально-ковочных машинах и метод получения заготовок из проката. Рассмотрим два этих варианта, которые показаны на рисунке 1.

Категория материала — М1. Степень сложности С поковок определяется в зависимости от объема Vп (массы Gп) поковки к объему Vф (массы Gф) фигуры в виде цилиндра, описанного вокруг поковки

Отсюда следует, что и степень сложности С2.

Класс точности – Т4.

Исходный индекс – 12.

Конфигурация поверхности разъема штампа – П (плоская).

Масса заготовки полученной штамповкой mз =7,54 кг; масса заготовки из проката mз=16,34 кг.

Для определения более рационального варианта заготовки произведем технико-экономический расчет таких показателей, как коэффициент использования материала .

где

mд – масса детали, кг

mЗ – масса заготовки, кг

Прокат Штамповка на ГКМ

Себестоимость изготовления заготовок Sзаг определяем по формулам 6 и 7 стр. 31-48 [ 2 ].

Для заготовки из проката:

Q – масса заготовки, кг; Q =16,34 кг;

S – цена 1 кг материала заготовки, руб.; S = 0,134 руб.;

q – масса готовой детали, кг; q = 4,65 кг;

Sотх – цена 1 тонны отходов, руб.; Sотх = 29,8 руб.;

Для штамповки на ГКМ:

где:Ci – базовая стоимость 1 тонны заготовок, руб; Ci = 315 руб.

КТ, КС, КВ, КМ, КП – коэффициенты, зависящие от класса точности, группы сложности, массы, марки материала и объема производства заготовок.

КТ = 0,9; КС = 1,15; КВ = 0,89; КМ = 1,18; КП = 1,0;

Q = 7,54 кг; q = 4,65 кг; Sотх = 29,8 кг

Рассчитаем затраты на дополнительную механическую обработку проката по отношению к отливке в кокиль.

Число ходов определим по формуле:

Определим основное время:

Черновое точение:

Сверление отверстия:

Рассверливание отверстия:

Отрезание:

Будем считать, что точение выполняется на токарно-револьверном станке (1341), тогда j = 1,98.

Определим штучно-калькуляционное время:

Определяем технологическую себестоимость операций:

где: Спз – приведенные затраты на рабочем месте, коп/час;

где: – основная и дополнительная заработная плата, а также начисления на соцстрах оператору и наладчику за физический час работы обслуживаемых машин, коп/час;