ВЫБОР ИСХОДНОЙ ЗАГОТОВКИ И ОБОСНОВАНИЕ

МЕТОДОВ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

В машиностроении основными видами заготовок для деталей яв­ляются стальные и чугунные отливки, отливки из цветных металлов и сплавов, поковки, штамповки и всевозможные профили проката.

Методы изготовления заготовок деталей машин определяются технологическими свойствами их материала, формой, габаритами и типом производства.

В действующем производстве учитываются возможности загото­вительных цехов и плановые сроки подготовки производства (проек­тирование и изготовление технологической оснастки). Кроме того, принимаются во внимание прогрессивные тенденции развития тех­нологии машиностроения, в соответствии с которыми рекомендует­ся переносить большую часть процесса формообразования детали на заготовительную стадию и тем самым снижать расход материала и долю затрат на механическую обработку. В большинстве случаев производительность заготовительных процессов на порядок выше производительности процессов механической обработки.

По мере усложнения конфигурации заготовки и повышения ее точности усложняется и удорожается технологическая оснастка и возрастает себестоимость заготовки. Но при этом снижается трудо­емкость и себестоимость последующей механической обработки.

Материал детали на 90% определяет выбор заготовки. Материалы делятся на литейные (СЧ 24, КЧ, ВЧ, AJI2, AJI9, АЛ27, МА, ЛС59-1, сталь 35JI) и подлежащие, обработке давлением (Д1, Д2, Д16, Амг, стали Ст20, Ст45, Ст40Х, Амц, латунь Л62).

Конфигурация детали − детали с большими внутренними полос­тями получаются литьем.

Категория ответственности:

I категория − относятся детали, поломка которых ведет к катаст­рофе (запрещаются детали, получаемые литьем);

II категория − относятся детали, поломка которых ведет к потере функциональных возможностей, но не влечет катастрофических по­следствий;

III категория − детали декоративного назначения, поломка кото­рых не отражается на работе машины (без ограничений).

Определение положения плоскости разъема. При назначении рас­положения плоскости разъема технолог руководствуется двумя пра­вилами:

1) плоскость разъема должна проходить через наибольший габа­ритный размер детали;

2) расположение плоскости разъема должно обеспечивать базиро­вание на первой операции.

При выборе вида заготовки необходимо учитывать не только экс­плуатационные условия работы детали, ее размеры и форму, но и экономичность ее производства. Если при выборе заготовок возни­кают затруднения, какой метод изготовления принять для той или другой детали, тогда производят технико-экономический расчет двух или нескольких выбранных вариантов. После обоснования метода получения заготовки необходимо дать краткое описание технологи­ческого процесса ее изготовления и обосновать выбор плоскости разъема формы или штампа, величину принятых радиусов округле­ний и формовочных уклонов.

Технико-экономическое обоснование выбора заготовки для обраба­тываемой детали производят по нескольким направлениям: металло­емкости, трудоемкости и себестоимости, учитывая при этом конкрет­ные производственные условия. Технико-экономическое обоснование ведется по двум или нескольким выбранным вариантам. При эконо­мической оценке определяют металлоемкость, себестоимость или трудоемкость каждого выбранного варианта изготовления заготовки, а затем их сопоставляют.

Технико-экономический расчет изготовления заготовки произво­дят в следующем порядке:

• устанавливают метод получения заготовки согласно типу про­изводства, конструкции детали, материалу и другим техничес­ким требованиям на изготовление детали;

• назначают припуски на обрабатываемые поверхности детали со­гласно выбранному методу получения заготовки по норматив­ным таблицам или производят расчет аналитическим методом;

• определяют расчетные размеры на каждую поверхность заго­товки;

• назначают предельные отклонения на размеры заготовки по нормативным таблицам в зависимости от метода получения за­готовки;

• производят расчет массы заготовки на сопоставляемые варианты;

• определяют норму расхода материала с учетом неизбежных тех­нологических потерь для каждого вида заготовки (некратность, на отрезание, угар, облой и т. д.);

• определяют коэффициент использования материала по каждо­му из вариантов изготовления заготовок с технологическими потерями и без потерь;

• определяют себестоимость выбранных для сопоставления и оп­ределения экономического эффекта вариантов изготовления заготовки;

• определяют годовую экономию материала от сопоставляемых вариантов изготовления заготовки;

• определяют годовую экономию от выбранного варианта изго­товления заготовки в денежном выражении.

Величину припуска на механическую обработку стальных поковок общего назначения, изготовляемых горячей объемной штамповкой на разных видах кузнечно-прессового оборудования, отливок, полу­чаемых разными методами литья (стали, чугуна и цветных металлов), определяют по табличным нормативам согласно массе заготовки, точности ее изготовления, группе стали, степени сложности, габа­ритным размерам, шероховатости обрабатываемых поверхностей и другим конструктивным элементам детали и техническим требованиям на ее изготовление.

При изготовлении заготовок, подвергающихся нагреву, допуска­ется увеличение припуска на сторону обрабатываемой поверхности:

Масса поковки, кг......... До 2,5 2,5÷6 Св. 6

Увеличение припуска, мм 0,5 0,8 1

В зависимости от технических требований к точности размеров, условий и характеру производства (массовое или серийное) заготов­ки, полученные методом горячей объемной штамповки, подразделя­ются на повышенную точность (класс I) и нормальную точность (класс II). Для различных размеров одной и той же заготовки допус­кается применять различные классы точности.

Классы точности необходимо указывать в технических требова­ниях рабочего чертежа заготовки.

Категория поковок характеризуется группой стали, условно обо­значаемой M1 и М2. К группе M1 относятся углеродистые и легиро­ванные стали с содержанием углерода до 0,75% и легирующих эле­ментов до 2,0%. К группе М2 относятся легированные стали, не указанные в группе M1.

Заготовки, изготовляемые горячей объемной штамповкой на раз­личных видах кузнечно-прессового оборудования, подразделяются на четыре степени сложности: С1, С2, С3 и С4.

Степень сложности − отношение массы (объема) штамповки к массе (объему) фигуры, в которую вписывается штамповка. Степень сложности принимаем по ГОСТ 7505-89.

С = G_П/G_Ф или С = V_П/V_Ф,

где G_П − масса поковки, кг; G_Ф − масса фигуры, кг; V_П − объем по­ковки, см³; V_Ф − объем фигуры, см³.

Степени сложности характеризуются следующими величинами:

С1 - Св. 0,63 до 1,00; С3 - Св. 0,16 до 0,32

С2 - Св. 0,32 до 0,63; С4 - До 0,16.

Расчетные размеры для заготовки определяют по следующим формулам:

• при обработке наружных и внутренних поверхностей тел при­нимают вращения (для внутренних поверхностей с обратным знаком)

D_P = D_HOM + 2Z_O;

• при односторонней обработке плоских поверхностей

H_P = H_HOM + Z_O;

где D_P − расчетный диаметр заготовки, мм; D_HOM − номинальный ди­аметр обрабатываемой поверхности детали, мм; Z₀ − общий припуск на обработку на одну сторону, мм; H_P − расчетный размер плоской поверхности, мм; H_HOM − номинальный размер обрабатываемой плос­кой поверхности, мм.

Расчетные размеры на заготовку округляют исходя из технологи­ческих возможностей оборудования и экономической целесообраз­ности принятой точности. Рекомендуется расчетные размеры загото­вок округлять в сторону увеличения припусков в зависимости от степени точности и типа производства.

Отклонения (допуски) на размеры заготовок назначают по табли­цам в зависимости от метода получения заготовок (прокат, литье, штамповка и др.). Так, на рис. 2.4 представлена схема определения допусков на штампованные поковки повышенной и нормальной точности (по табл. 2.2, 2.3) на основе четырех основных параметров: масса поковки, группа стали, степень сложности и размер.

Рис. 2.4. Схема определения допусков на размер

Пример 1. Поковка класса I, масса 1,4 кг. Группа стали M1 и сте­пень сложности поковки С2. Определить по таблице допуск на раз­мер заготовки 250 мм. Допуск на размер равен мм (см. табл. 2.2).

Пример 2. Поковка класса I, масса 0,35 кг. Группа стали M1 и сте­пень сложности С1. Определить по таблице допуск на размер заготов­ки 160 мм. Допуск на размер заготовки равен мм (см. табл. 2.2).

Пример 3. Поковка класса I, масса 2,8 кг. Группа стали М2 и сте­пень сложности СЗ. Определить по таблице допуск на размер заготов­ки 280 мм. Допуск на размер заготовки равен мм (см. табл. 2.2).

Допуски на внутренние размеры поковок должны устанавливать­ся с обратными знаками, например, если для наружной поверхности

диаметром 80 мм установлен допуск , то для внутреннего диамет­ра 80 мм допуск будет равен мм.

Таблица 2.2.

Допуски (мм) на изготовление поковок повышенной точности ГОСТ 7505-74

Продолжение таблицы 2.2.

Допуски (мм) на изготовление поковок нормальной точности ГОСТ 7505-74

Допускаемые отклонения на размеры для отливок из серого чугу­на назначают по ГОСТ 1855-55, для стальных фасонных отливок − по ГОСТ 2009-55 (табл. 2.4).

Таблица 2.4

Допускаемые отклонения (±) на размеры чугунных и стальных отливок

(по ГОСТ 1855-55 и ГОСТ 2009-55) [29]

Допуск на размеры заготовок, изготавливаемых горячей объемной штамповкой на различных вилах кузнечно-прессового оборудо­вания, определяют по ГОСТ 7505-74 «Допуски, припуски и кузнеч­ные напуски» (см. табл. 2.2 и 2.3).

К кузнечным напускам относятся штамповочные уклоны, внут­ренние радиусы скруглений, перемычки отверстий заготовки и дру­гие дополняющие припуски. Величину штамповочных уклонов оп­ределяют от ГОСТ 7505-74 (табл. 2.5).

Таблица 2.5

Штамповочные уклоны для заготовки (в градусах) [29]

Допускаемые отклонения от соосности прошиваемых в поковках отверстий к наружным поверхностям определяются по табличным нормативам и не зависят от других допусков, а являются дополнени­ем к ним (табл. 2.6).

Таблица 2.6

Допускаемые отклонения от соосности прошиваемых отверстий

к наружным поверхностям, мм [29]

Допускаемые отклонения от плоскостности, вогнутости, прямоли­нейности (для цилиндрических поверхностей) определяют по таблич­ным нормативам (табл. 2.7). Допускаемые отклонения на межцентро­вые расстояния в поковках определяют по табл. 2.8. Предельные отклонения на угловые элементы поковок определяют по табл. 2.9. Отклонения на радиусы скруглений поковок определяют по табл. 2.10.

Таблица 2.7

Допускаемые отклонения от плоскостности, вогнутости,

прямолинейности и по радиальному биению, мм [29]

Таблица 2.8

Допускаемые отклонения ( ± ) на межцентровые расстояния, мм [9]

Таблица 2.9

Отклонения на угловые размеры поковок [9]

Таблица 3.11

Отклонения на радиусы скруглений, мм

Выполнение сквозных отверстий и углублений в горячих объем­ных штамповках, изготавливаемых на прессах и молотах, обязатель­но, если оси отверстий или углублений совпадают с направлением движения ползуна пресса или бабы молота. Диаметр углублений или отверстий должен быть большим или равен высоте поковок, но не менее 30 мм.

При изготовлении сквозных отверстий и углублений на горизонтально-ковочных машинах является обязательным, чтобы оси дан­ных элементов совпадали с направлением движения высадочного ползуна, а диаметры или размеры прошиваемых отверстий и углуб­лений были бы не менее 30 мм, глубина не должна превышать трех диаметров данного отверстия. Обычно глубина отверстий в штампо­вочных поковках составляет не более 0,8 их диаметра.

По принятым размерам, допускам, штамповочным уклонам, ра­диусам скруглений и другим параметрам разрабатывается эскиз заго­товки, который является исходным для технико-экономических рас­четов.

Масса заготовки находится из формулы

G₃= р • V₃,

где р − плотность материала, кг/см³; V₃ − объем заготовки, см³.

Объем заготовки определяется по плюсовым допускам. Обычно сложную фигуру заготовки условно разбивают на элементарные час­ти (цилиндры, конусы, пирамиды и т. д.) и определяют объемы этих элементарных частей. Сумма элементарных объемов составит общий объем заготовки.

Норму расхода материала на проектируемую деталь определяют, принимая во внимание все потери материала (угар, облой, некрат­ность, на отрезку и т. д.), в зависимости от метода получения заго­товки.

Потери материала на деталь, изготавливаемую из проката, состо­ят из некратности длины проката, торцевой обрезки, прорезки и уда­ляемых опорных концов. Длина торцевого обрезка зависит от разме­ров сечения проката и при резке ножницами обычно составляет 1_от = (0,3...0,5) а, где а − сторона квадрата (диаметр круга). Прорез­ка определяется в зависимости от толщины дисковой пилы или ши­рины резца. Ширина прореза сегментной дисковой пилы диаметром 660 мм − 6 мм, а диаметром 710 мм − 6,5 мм.

Ширина режущей части резца при разрезке проката на станках токарного типа зависит от диаметра заготовки:

Диаметр заготовки, мм.. …………..40-60 60-80 80-100 100-150

Ширина режущей части резца, мм ... 3−4 4−5 5−6 6−7

Порядок расчета технико-экономических показателей сле­дующий.

Определяем массу заготовки

G₃ = γY₃, (3.8)

где γ − плотность материала, кг/см³; V₃ − объем заготовки, см³.

Объем заготовки определяется по плюсовым допускам.

Обычно сложную фигуру заготовки условно разбивают на элементарные части (цилиндры, конусы, пирамиды и т.д.) и оп­ределяют объемы этих элементарных частей. Сумма элементар­ных объемов составит общий объем заготовки. Принимая во внимание все потери материала (угар, облой, некратность, на отрезку и т.д.), в зависимости от метода получения заготовки определяют норму расхода материала на проектируемую деталь.

Потери материала на деталь, изготавливаемую из проката, состоят из некратности длины проката, торцовой обрезки, про­резки и удаляемых опорных концов.

Длина торцового обрезка зависит от размеров сечения про­ката и при резке ножницами обычно составляет l_{о т} = (0,3…0,5) а, где а − сторона квадрата (диаметр круга).

Прорезка определяется в зависимости от толщины дисковой пилы или ширины резца. Ширина прореза сегментной дисковой пилы диаметром 660 мм − 6 мм, а диаметром 710 мм − 6,5 мм.

Ширина режущей части резца при разрезке проката на станках токарного типа зависит от диаметра заготовки:

Некратность длины проката определяется исходя из выбран­ной длины проката и заготовки с учетом потерь от выбранного метода заготовительного раскроя.

При расчете некратности длины проката необходимо стре­миться к нулю или минимальным величинам. Средневероятная расчетная длина некратности при раскрое немерного проката составляет примерно половину длины заготовки.

Некратность в зависимости от принятой длины проката

L_HK = L_пр - x(L_з + l_p), (3.9)

где L_пр − длина выбранного проката, мм; х − число заготовок, изготавливаемых из принятой длины проката, шт; L₃ − длина заготовки, мм; lр − ширина реза, мм.

Число заготовок, изготавливаемых из принятой длины про­ката,

(3.10)

где l_от − длина торцового обрезка проката, мм; l_заж − минимальная длина опорного (зажимного) конца, мм.

Минимальная длина опорного конца зависит от конструкции технологического оборудования и зажимных элементов прис­пособления для данного станка. Она должна быть достаточной для создания надежного контакта при уравновешивании опро­кидывающего момента (обычно не менее 10−20 мм); ее выби­рают в каждом отдельном конкретном случае.

Общие потери материала (%) при изготовлении деталей из проката

П_п.о = П_нк+П_о.т+П_заж+П_отр, (3.11)

где П_нк − потери материала на некратность, %;

П_нк = (L_нк ·100)/L_пр; (3.12)

П_о.т − потери на торцовую обрезку проката, %

П_о.т = (l _о.т ·100)/ L_пр; (3.13)

П_заж−потери при выбранной длине зажима, %

П_заж = (l_заж·100)/l_пр; (3.14)

П_отр − потери на отрезку заготовки, %

П_отр = (l_р ·100)/L_np. (3.15)

Отходы при механической обработке металлов по разным видам заготовок от чистой массы деталей в среднем составляют для отливок чугунных, стальных, бронзовых 15÷20 %; свобод­ной ковки 15÷40 %, объемной горячей штамповки 10 %; про­ката (стали) 15%.

Основным показателем, характеризующим экономичность выбранного метода изготовления заготовок, является коэффи­циент использования материала, выражающий отношение массы детали к массе заготовки.

Коэффициент использования материала с учетом технологи­ческих потерь

К_и.м = G_д/G_зл . (3.16)

где G_д − масса детали по рабочему чертежу, кг; G_3.П − расход материала на одну деталь с учетом технологических потерь, кг.

Для рационального расходования материала необходимо повы­шать коэффициент его использования, он должен быть не ниже 0,75.

Расход материала на заготовку с учетом технологических потерь определяется по формуле

G_зл = С_З (100 + П_п.о)/100.

Годовая экономия материала от выбранного метода получения за­готовки с учетом технологических потерь

Э_м.п = (G'_3.П −G"_3.П)·N,

где G'_3.П − расход материала на одну деталь при первом методе полу­чения заготовки, кг, G"_3.П − расход материала на одну деталь при вто­ром методе получения заготовки, кг.

Расчет себестоимости выполняется в зависимости от выбранных способов изготовления заготовок. Стоимость заготовки из проката, штамповки и литья определяют в зависимости от расхода материала, массы стружки на деталь, стоимости материала и его технологичес­ких отходов по формуле

C_з.п = С_м· G_3.П −(G_3.П −G_Д)· ,

где С_м − цена 1 кг материала заготовки, руб.; С_отх − цена 1 т отходов материала, руб.

Экономический эффект по использованию материала на годовую производственную программу выпуска деталей без учета технологи­ческих потерь

Э_M=(G'₃-G"₃)C_M·N,

где G'₃ − расход материала на деталь при первом методе получения заготовки, кг; G"₃ − расход материала на деталь при втором методе получения заготовки, кг; N − годовой объем выпуска деталей, шт.

Экономический эффект выбранного способа изготовления заготовки в денежном выражении на годовую производственную программу выпуска изделия

Э = (С'_3.П −С"_3.П)N,

где С'_3.П − стоимость заготовки, полученная при первом методе, руб.; С"_3.П − стоимость заготовки, полученная при втором методе, руб.

Пример. Произвести технике экономический расчет двух вариантов изготовления заготовки: методом горячей объемной штамповки и из проката. Годовой объем выпуска деталей − 180 000 шт. Рабочий чертеж детали − вал (см. рис. 2.5). Материал детали − сталь 45 ГОСТ 1050−74*. Масса детали − 10,8 кг.

Устанавливаем тип производства по годовому объему выпуска изделий и массе детали по рабочему чертежу согласно табличным данным (см. табл. 2.1). Тип производства − массовый.

Рис. 3.1. Чертеж детали

1.НRС_Э 41... 45.

2. Неуказанная шероховатость поверхностей Ra = 12,5 мкм.

3.*Размер для справки

Вариант I. Заготовка из проката. Согласно точности и шероховатости поверхностей обрабатываемой детали определяем промежуточные припуски по таблицам. За основу расчета промежуточных припусков принимаем наружный диаметр детали 80f7( ) мм (рис. 2.1).

Устанавливаем предварительный маршрутный технологический процесс обработки поверхности детали диаметром 80f7( ) мм.

Обработка поверхности диаметром 80 мм производят в жестких центрах, на многорезцовом токарном полуавтомате; окончательную обработку по­верхности детали выполняют на круглошлифовальном станке.

Технологический маршрут обработки данной поверхности.

Операция 005. Токарная.

" 010. Токарная.

" 015. Термическая обработка ННС_Э 41... 45.

" 020. Шлифовальная однократная.

Припуски на подрезание торцовых поверхностей определяют по табл. 2.11, а припуски на обработку наружных поверхностей (точение и шлифование) − по табл. 2.12.

При черновом точении припуск на обработку составляет 4,5 мм, а при чистовом − 2 мм и на шлифовальную однократную обработке 0,5 мм.

Таблица 2.11

Припуски на чистовое подрезание торцов и уступов Размеры, мм

Таблица 2.12

Промежуточные припуски на обработку наружных цилиндрических

поверхностей, мм

Примечания:

1. В числителе даны припуски для незакаленных деталей, в знаменателе — для закаленных.

2. При обработке с уступами припуск назначается по отношению к общей длине детали.

3. При закаливании деталей, изготовленных из сталей, подверженных значительным термическим деформациям (например, из стали 45), припуски под шлифование следует увеличивать.

Определяем промежуточные размеры обрабатываемых поверхностей согласно маршрутному технологическому процессу:

на токарную операцию 010

D_p.010 = D_h + 2z_ш = 80 + 0,5 = 80,5 мм;

на токарную операцию 005

D_p.005 = D_p.010 + 2z₀₁₀ = 80,5 + 2,0 = 82,5 мм;

расчетный размер заготовки

D_р.з = Dp.₀₀₅ ⁺ 2z₀₀₅ = 82,5 + 4,5 = 87 мм.

По расчетным данным заготовки выбираем необходимый размер горя­чекатаного проката обычной точности по ГОСТ 2590—71* (табл. 2.13). Например, диаметр проката 90 мм записывается следующим образом:

Нормальная длина проката стали обыкновенного качества при диаметре 53÷110 мм составляет 4÷7 м. Отклонения для диаметра 90 мм равны мм (см. табл. 2.13).

Припуски на подрезку торцовых поверхностей заготовки выбираются
по табл. 2.11. Припуск на обработку двух торцовых поверхностей заготовки равен 2,4 мм.

Таблица 2.13.

Горячекатаный прокат по ГОСТ 2590-71, мм [9]

Общая длина заготовки

L₃ = L_Д + 2z_подр = 300 + 2,4 = 302,4 мм,

где L_д − номинальная длина детали по рабочему чертежу, мм.

Предельные отклонения на длину заготовки устанавливаем по справочным таблицам.

Исходя из предельных отклонений, общую длину заготовки округляем до целых единиц. Принимаем длину заготовки 303 мм. Объем заготовки определяем по плюсовым допускам

где L₃ − длина стержня (заготовки) с плюсовым допуском, см; D_з.п − диаметр заготовки по плюсовым допускам, см. Массу заготовки определяем по формуле (3.8):

G_з = γV_з = 0,00785 · 1960,95= 15,4 кг.

Выбираем оптимальную длину проката для изготовления заготовки.

Потеря на зажим заготовки l_заж принимаем 80 мм.

Заготовку отрезают на ножницах. Это самый производительный и дешевый способ.

Длину торцового обрезка проката определяем из соотношения

l_об = (0,3…0,5) • d,

где d − диаметр сечения заготовки, мм; d =90 мм:

l_об= 0,3 • 90 = 27 мм.

Число заготовок, исходя из принятой длины проката по стандартам, определяется по формуле (3.10).

Из проката длиною 4 м

Получаем 12 заготовок из данной длины проката.

Из проката длиною 7 м

Принимаем 22 заготовки из данной длины проката.

Остаток длины (некратность) определяется в зависимости от принятой длины проката:

из проката длиною 4 м

L_нк4 = L_пр – l_о.т - l_заж = 4000-27-80- (305 • 12) =233 мм

или П_нк4 = (L_нк 100)/L_пр = (233 • 100)/4000= 5,83%;

из проката длиною 7 м

L_нк7 = 7000 - 27 - 80 - (306 • 22) = 183 мм

или П_нк7 = (183·100)/7000= 2,61%.

Из расчетов на некратность следует, что прокат длиною 7 м для изготов­ления заготовок более экономичен, чем прокат длиною 4 м. Потери мате­риала на зажим при отрезке по отношению к длине проката составят

П_заж = (l _заж·100)/L_np= (80 ·100)/7000 = 1,1%.

Потери материала на длину торцевого обрезка проката в процентном отношении к длине проката составят

П_о.т= (l_о.т 100)/L_пр = (27·100)/7000= 0,38%.

Общие потери (%) к длине выбранного проката

П_п.о = П_нк+ П_о.т + П_заж = 2,61 + 0,38 + 1,1 = 4,09 %.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: