Расчет технологической детали "Втулка"

-- жесткость детали: 

следовательно, деталь жесткая; 

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

-- наружную цилиндрическую  поверхность Ш128h12 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 Ш40H8 с шероховатостью Ra=0,4 мкм, Ш50H11 с шероховатостью Ra=3,2 мкм, наружных поверхностей Ш70d10 с шероховатостью Ra=3,2 мкм и для  которой необходимо выдержать  допуск на радиальное биение 0,1мм  относительно базовой поверхности  А, Ш128h12 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 ; - коли-чество 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: