Изготовление заготовки различными методами

Исходные данные

 

 

Рисунок 1 – чертеж детали

Рисунок 2 – общий вид  детали

Требуется рассчитать рациональный способ получения детали, назначить припуски для механической обработки и рассчитать режимы резания для одной из поверхностей.

 

 

1. Изготовление заготовки методом литья

 

Заготовка может быть изготовлена методом литья в  землю, при этом отверстия Ø20 и Ø12 получить последующей механической обработкой (сверлением). Так как литье не обеспечивает заданной точности размеров и чистоты поверхностей, отливку следует обработать на токарном станке, для чего необходимо предусмотреть припуски на обрабатываемые поверхности.

 

Плоскость разъема формы расположим по оси симметрии (для формовки будет достаточно только одной модели)

 

Выбираем припуски на механическую обработку для стальной отливки по таблице:

на все диаметральные размеры поверхностей – 3,5 мм;

на торцы – 3мм.

По рекомендациям для  торцов принимаем уклон 0º45’. Для предотвращения появления внутренних напряжений и усадочных раковин на отливке необходим плавный переход на внутренних углах отливки, с этой целью выполняем закругление этих углов радиусом 3мм.

 

Рисунок 3 - отливка

 

Определяем объем и  массу отливки:

V_отл = V₁ + V₂ + V₃ + V₄

V₁ – цилиндрическая часть

V₁ = 26*3,14*(43/2)² = 37738,1 мм³

V₂ – усеченный конус

V₂ = ((48/2)²+(57/2)²+48/2*57/2)*3,14*22/3 = 47717 мм³

V₃ – цилиндрическая часть (диск)

V₃ = 16*3,14*(107/2)² = 143799,4 мм³

V₄ – цилиндрическая часть

V₄ = 12 * 3,14*(43/2*43/2) = 17417,6 мм³

V = 37738,1 + 47717 + 143799,4 + 17417,6 = 246672,1 мм³ = 2,467*10^-4 м³

Масса отливки:

m = V_отл*ρ = 2,467*10-4*7850 = 1,94 кг.

Масса литниковой системы  из стали составляет 60-80%

Принимаем 70%, тогда:

m_лит = 0,7*m = 0,7*1,94 = 1,36 кг.

Масса отливки с литниковой системой:

G = m_лит + m = 1,36 + 1,94 = 3,3 кг.

Продолжительность заливки  формы:

t = S

Коэффициент S = 1,5

Средняя толщина стенок отливки:

δ = 20 мм.

t = 1,5= 6,1 (сек)

Определяем суммарное  сечение питателей:

ΣFп = G / (K_YtL)

L – коэффициент поправки на жидкотекучесть: L = 0,97.

Коэффициент удельной скорости заливки K_Y.

K_Y = 0,97 кг/см²сек

ΣFп = 3,3 / (0,97*6,1*0,97) = 0,575 см² = 57,5 мм²

Площадь остальных элементов  литниковой системы определяем из соотношения

F_п:F_шл:F_ст = 1,0:1,1:1,2

Площадь сечения шлакоуловителя

F_шл = 57,5*1,1 = 63,25 мм²

Площадь сечения стояка:

F_ст = 57,5*1,2 = 69 мм².

 

2. Расчет заготовки  для изготовления методом обработки  давлением

 

Отверстия Ø20 и Ø12 мм получим  методом сверления

 

Определяем припуски на механическую обработку

На Ø36 припуск 4 мм.

На коническом участке  припуск 4,5 мм.

На Ø100 припуск 5,5 мм

На торцовые поверхности  припуск – 1 мм.

 

Рисунок 4 - Поковка

В качестве заготовок  выбираем пруток 55мм, выполним ее усадку до образования местного утолщения диаметром 105,5 мм заданной высоты с последующей механической обработкой.

Объем высаживаемой части  заготовки определи по формуле:

V^В_заг = V_пок+V_ус+V_уг

Объем поковки определим  по эскизу:

V_пок = πD²L/4 = 3,14*105,5*105,5*24 / 4 = 209693,9 мм³

Объем усадки принимаем равной 1,5%:

V_ус = 0,015V_пок = 0,015*209693,9 = 3145,4 мм³.

Потеря металла на угар при электронагреве 0,5% объема заготовки:

V_уг = 0,005V_пок = 0,005*209693,9 = 1048,5 мм³.

Определяем объем высаживаемой части заготовки:

V^Взаг = (209693,9+3145,4+1048,5) = 213887,8 мм³

Определяем длину высаживаемой части

L_В = 4V^Взаг / πL² = 4*213887,8 / (3,14*72²) = 52 мм.

Длина исходной заготовки-поковки  для высадки составит:

L_заг = L_В + L_ст = 52 + 48 = 100 мм.

Таким образом для  изготовления заготовки методом  высадки будет являться поковка  диаметром 55 мм и длиной 100 мм. Определяем отношение диаметра и длины высаженной части к диаметру поковки:

D_В/d = 105,5 / 55 = 1,918

L_B / d = 52 / 55 = 0,945

Определяем объем и  массу поковки:

V_пок = 3,14*(54²*48+105,5²*24)/4 = 319568,8 мм³ = 3,195 * 10^-4 м³

m_пок = 3,195*10^-4*7850 = 2,5 кг.

 

3. Выбор заготовок  для изготовления детали методом  сварки

 

Сварка является наиболее экономичным способом. Для деталей  подобного рода выбираются заготовки  с размерами, совпадающими с размерами готовой детали.

Получим деталь из трех заготовок:

Пруток диаметром 40 мм и длиной 40 мм.

Пруток диаметром 50 мм и длиной 42 мм.

Диск диаметром 100 мм и  длиной 12 мм.

Рисунок 5 – Получение  детали при помощи сварки

Определим объем и  массу заготовок:

V₁ = 3,14*40*40/4*40 = 50240 мм³.

V₂ = 3,14*50*50/4*42 = 82425 мм³.

V₃ = 3,14*100*100/4*12 = 94200 мм³.

Суммарный объем:

V = V₁ + V₂ + V₃ = 50240 + 82425 + 94200 = 226865 мм³ = 2,27*10^-4 м³.

Масса всех заготовок:

m_св = V ρ = 2,27*10^-4*7850 = 1,8 кг.

 

4. Расчет режима рационального  точения поверхности отливки

 

Рассчитаем токарную обработку  поверхности отливки  диаметром 43 мм до диаметра 36 мм на длине 28 мм.

Инструмент: резец проходной твердый  сплав Т30К4

Главный угол в плане: =90º

Период стойкости инструмента: T = 100 мин

Материал заготовки: Сталь 45Л, s_в = 580 МПа (отливка с коркой)

 

Общий припуск определяем по формуле:

= (43-36)/2 = 3,5 (мм);

 

Допустимая скорость резания при точении определяется по формуле:

,

где   - коэффициент зависящий от механических свойств и структуры обрабатываемого материала;

- стойкость инструмента, мин;

- глубина резания, мм;

S - подача, мм/об, S=0,4 мм/об;

- показатели степени;

=350, =0.15, =0.35, =0.2; для обработки конструкционной углеродистой стали, резцом из твердого сплава.

, общий поправочный коэффициент

, коэффициент учитывающий физ-мех.  свойства обрабатываемого материала;

=1, =1, для резца из твердого сплава, для обработки конструкционной стали;

тогда   =1*(750/580)=1,293

- коэффициент учитывающий состояние  поверхностного слоя заготовки,

= 0,8, для поковки с коркой;

=1,4, коэффициент учитывающий инструментальный материал (Т5К10);

=0,9, коэффициент учитывающий главный угол в плане ( =90 град)

=1,04, коэффициент учитывающий влияние вида обработки

тогда = 1,293*0,8*1,4*0,9*1,04 = 1,355;

тогда скорость резания

= 198 м/мин

тогда число оборотов шпинделя:

= (1000*198)/(3,14*43) = 1466,4 (об/мин)

выбираем станок 1К62 (токарный).

Уточняем число оборотов шпинделя по паспорту станка =1500 (об/мин)

Тогда фактическая скорость резания:

= (3,14*43*1500)/1000 = 202,5 м/мин;

Проверка по мощности привода шпинделя станка проводится по условию:

где мощность электродвигателя токарного станка,

- КПД станка;

 

для станка 1K62:

=10 кВт,  =0.8;

мощность резания при  точении определяется по формуле:

, кВт;

где сила резания, Н:

где коэффициент, характеризующий обрабатываемый материал;

эти коэффициенты учитывают:

- качество материала заготовки,

, где  =0,75 (с учетом материала инструмента - твердого сплава):

=0,825

- величину переднего угла, =1.1, для =0град;

- величину угла в плане,  = 0.96 (для =90 град).

- угол наклона главного лезвия; =1, (при =0);

Тогда      0,929*0,96*1,1*1 = 0,981.

C учетом =300, =1.0, =0.75, =-0.15 (для обработки конструкционной углеродистой стали резцом из твердого сплава):

= 1792 (Н);

тогда     = 6,05 (кВт).

Максимально возможная  мощность на шпинделе для данного  станка

Где =10 кВт (мощность электродвигателя)

=0.8 КПД станка

=10*0.8 = 8 кВт.

Так как  то условие правильности выбора режима резания по мощности выполняется.

 

Основное время при  точении определяется по формуле:

где - длина рабочего хода резца, мм:

где - длина обрабатываемой поверхности, = 28 мм;

- величина пути врезания, =3 (мм);

Тогда

(мин)

 

5. Оценка технико-экономических  показателей и выбор наиболее рационального способа изготовления  детали

 

Для оценки материалоемкости рассчитаем коэффициент использования  металла для каждого способа  изготовления

K_исп = m_дет / m_заг

Объем и масса готовой  детали:

V_дет = 3,14*(36²*28+100²*10+36²*12+)/4+3,14*20*(21²+25²+21*25)/3–3,14*70*20²/4

V_дет = 130519,3 мм³  = 1,305*10^-4 м³.

m_дет = 1,305*10^-4*7850 = 1,02 кг.

 

Коэффициенты использования:

K_{исп.отливка} = m_дет / m_отл = 1,02 / 1,94 = 0,526

K_{исп.пок} = m_дет / m_пок = 1,02 / 2,5 = 0,408

K_{исп.сварка} = m_дет / m_св = 1,02 / 1,8 = 0,567

 

Косвенно оценим трудоемкость по количеству единиц задействованного оборудования. Для изготовления детали методом литья требуется участок  с литейным оборудованием, а так  же токарный и сверлильный станки (2 ед. оборудования). Для изготовления поковки требуется участок обработки давлением и так же 2 единницы оборудования для механической обработки.

Для изготовления при  помощи сварки требуется сварочный  пост и участок механической обработки (2 ед. оборудования). Полученные результаты сведем в таблицу.

Способ изготовления	Коэффициент использования  металла	Количество условных единиц оборудования	Ранг
Литье в землю	0,526	2	2
Обработка давлением	0,408	2	3
Сварка	0,567	2	1

 

По результатам сравнения  следует, что наибольший коэффициент использования материала обеспечивает способ сварки.

 

Вывод: наиболее рациональным способом изготовления заданной детали является сварка заготовки из частей, так как этот способ изготовления обеспечивает наиболее высокое значение коэффициента использования материала, требует сварочный пост и участок механической обработки. Это оборудование имеется практически на каждом заводе.

 

Список использованной литературы

 

1. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3-х т. –М.: Машиностроение, 1980.
2. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т./Под ред. А.Г.Косиловой, Р.К.Мещерякова. – 4-е изд., - М.: Машиностроение, 1985. – 496c. ил.