Разработка чертежа поковки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Расчетно-пояснительная записка

1. Исходные данные

Чертеж детали.

Тип производства - массовое производство.

Используемое оборудование - штамповочный молот.

Метод штамповки - горячая объемная штамповка с облоем.

Материал детали - сталь.

Плотность стали - 7,85 г/см3.

2. Выбор материала

Деталь - муфта

Материал - 60С2

Химический состав

Марка стали	Химический состав (массовые доли), %
	C	Si	Mn	Cr	Ni	P	S
60С2	0,57	1,5 -2,0	0,6 -0,9	0,3	0,3 -0,4	?0,035	?0,035

Механические свойства сталей при различных температурах

Марка стали	При нормальной температуре	При температуре резки заготовок (500-650)	При температуре отделения отходов (900)	При температуре штамповки (1150-1250 )
	в, МПа
60С2	1000	275	87	63

3. Разработка чертежа поковки

3.1 Назначение поверхности разъема штампов

- Разъем назначаем в плоскости двух наибольших взаимно-перпендикулярных габаритных размеров детали: 250Ч250 мм. Большую часть поковки располагается в верхнем штампе.

- Внутреннее кольцевое отверстие Ш170 мм не выполняется и будет напуском на механическую обработку.

3.2 Назначение базовых поверхностей

Базовые поверхности служат для закрепления детали на станке при механической обработке. Они обозначаются Д-ками, повернутыми одним углом в сторону поковки. Все размеры выставляются от этих поверхностей.



3.3 Расчет массы детали

Мд =Vд

где Vд - объем детали,

с - плотность стали (7,85 г/см3)

Vд = (V1+V2)-(V3+V4+V5)

Vд = (*1252*100 + *402*50) - (*252*100 +*502*50 +*30*(1052-652)) = 5157450 - 1229310 = 3928140 мм3 = 3928,1 см3

Мд = 3928,1*7,85 = 30835,6 г = 30,8 кг.

4. Исходные данные для расчета

4.1 Масса поковки (расчетная)

Далее, для получения линейных размеров расчетной поковки и ее массы (Мп.р.), необходимо, используя размеры расчетной детали, их изменить:

- Для цилиндрических поверхностей наружные размеры расчетной поковки получают путем перемножения расчетной детали на значение коэффициента К1, а внутренние - путем деления размеров расчетной детали на значение коэффициента К1;

Значение коэффициента К1 в зависимости от номинальных размеров расчетной детали

Поминальные размеры расчетной детали, мм	Значение коэффициента К1
До 100 включ.	1,06
Св. 100 » 200 »	1,04
» 200 » 300 »	1,03
» 300 »400 »	1,02

- наибольшие размеры расчетной детали между плоскими поверхностями, проставленные от базовых поверхностей, также увеличиваются на коэффициент К1. В этом случае получаются размеры расчетной поковки, отличные от размеров расчетной детали на величину двух равных припусков (2П);

- другие размеры, проставленные от базовых поверхностей на расчетной детали и связанные с их увеличением на поковке, увеличиваются на значение коэффициента K2, а связанные с их уменьшением - уменьшаются на коэффициент К2, с прибавлением к ним значения припуска П при установлении размеров расчетной поковки.

Значение коэффициента в зависимости от номинальных размеров расчетной детали

Номинальные размеры расчетной детали, мм	Значение коэффициента К2
До 100 включ.	1,03
Св. 100 » 200 »	1,02
» 200 »400 »	1,01

Расчет линейных размеров расчетной поковки

Размеры расчетной детали, мм.	Значение коэффициента К1, К2	Размеры расчетной поковки, мм.
Ш250 Ш100 Ш80 Ш50 150 50 50	К1=1,03 К1=1,06 К1=1,06 К1=1,06 К1=1,04 К2=1,03 К2=1,03	250*1,03=257,5 100/1,06=94,3 80*1,06=84,8 50/1,06=47,2 150*1,04=156 П=(156-150)/2=3 50*1,0+3=54,5 50/1,03+3=51,5

Полученные размеры используем для анализа выполнения углублений в расчетной поковке, а также расчета объема и массы расчетной поковки (Мп.р).

Анализ углублений

Если ось отверстия оказалась перпендикулярной к линии разъема штампов, то необходимо определить условия выполнения углублений в поковке.

,

где - диаметр отверстия в расчетной (детали) поковке, мм;

- приведенный диаметр расчетной (детали) поковки, который рассчитывается по формуле, мм:

,

где - площадь проекции расчетной поковки, мм2;

Для круглых в плане (деталей) поковок ,

Отверстие выполняется в виде наметки в расчетной поковке

Отверстие выполняется в виде наметки в расчетной поковке

Масса расчетной поковки

После определения размеров расчетной поковки с помощью коэффициентов К1 и К2 анализа выполнения углублений, проводится расчет объёма (Vп.р) и массы (Мп.р.) расчетной поковки с целью определения припусков по таблице 4 уже для уточненной массы поковки (Мп) и далее - её линейных размеров. Масса расчетной поковки определяется по формуле:

где - 7,85 г/см3 - среднее значение плотности стали.



Масса расче тной поковки составляет 41,4 кг.

4.2 Конструктивные характеристики поковки

4.2.2 Класс точности

Выбор класса точности зависит от основного деформирующего оборудования и технических процессов. Применяем класс точности Т5, так как деформирующим оборудование являются штамповочные молоты.

4.2.3 Группа стали

При назначении группы стали определяющим является среднее массовое содержание углерода и легирующих элементов (Si, Mn, Cr, Ni).

Средняя массовая доля углерода в стали 60С2 0,57% С; суммарная массовая доля легирующих элементов --1,75 % (1,75% Si).

М2 - сталь с массовой долей углерода свыше 0,35 до 0,65% включительно или суммарной долей легирующих элементов свыше 2,0 до 5,0% включительно.

Исходя из этого по ГОСТ 7505-89 группа стали - М2.

4.2.4 Степень сложности

Степень сложности определяется путем вычисления отношения массы (объема) поковки к массе (объему) геометрической фигуры, в которую вписывается форма поковки.

Размеры описывающей поковку фигуры (цилиндр), мм:

диаметр 257,5;

высота 156;

ф*, ф = *128,752*156=8119863,4 мм3=8119,9 см3

= 8119,9*7,85 = 63741,2 г = 63,7 кг

Масса описывающей фигуры (расчетная)-- 63,7 кг;

.

Так как 0,65>0,63 то это степень сложности С1.

Исходя из расчетов по ГОСТ 7505-89 принимаем степень сложности - С1.

4.3 Исходный индекс

Исходный индекс для последующего назначения основных припусков, допусков и допускаемых отклонений определяется в зависимости от массы, марки стали, степени сложности и класса точности поковки. Исходя из того что масса поковки 41,4 кг, группа стали - М2, степень сложности - С1 и класс точности поковки - Т5, получаем исходный индекс - 17.

сталь поковка механический

5. Припуски и напуски

5.1 Основные припуски на размеры

Основные припуски на механическую обработку поковок устанавливаются в зависимости от исходного индекса, линейных размеров и шероховатости поверхности детали. (укажи критерии на припуски из ГОСТ).

Линейные размеры расчетной детали, мм	Шероховатость поверхности детали Ra, мкм	Припуск на механическую обработку, мм
Ш 250 Ш100 Ш80 Ш50 150 50	80,00 20,00 20,00 20,00 10,00; 40,00 20,00	2,6 2,4 2,2 2,2 3,5;2,8 2,4

5.2 Дополнительные припуски

Дополнительные припуски, учитывающие: (укажи критерии на припуски из ГОСТ)

смешение по поверхности разъема штампа -- 0,6 мм;

отклонение от плоскостности-- 0,6 мм. Исходя из ГОСТ 7505-89.

5.3 Назначение штамповочных уклонов

Штамповочные уклоны облегчают заполнение полости штампа при деформировании металла и обеспечивают свободное удаление поковки из ручья штампа.

Оборудование при штамповке - штамповочные молоты, следовательно, по ГОСТ 7505-89 штамповочные уклоны составляют:

на наружной поверхности--не более 7? принимается 7?;

на внутренней поверхности -- не более 10° принимается 10°.

6. Размеры поковки.

6.1 Размеры поковки, мм

Диаметр 250+(2,6+0,6)Ч2=256,4

Диаметр 100-(2,4+0,6)Ч2=94

Диаметр 80+(2,2+0,6)Ч2=85,6

Диаметр 50-(2,2+0,6)Ч2=44,4

Толщина 150+(3,5+0,6+2,8+0,6)=157,5

Толщина 50-(2,4+0,6)+(2,8+0,6)=50,4

6.2 Назначение радиусов закругления

Все пересекающиеся поверхности поковки сопрягаются по радиусам. Для получения качественной штампованной поковки, рационально расхода металла и повышения стойкости штампа, радиусы закруглений должны иметь оптимальные размеры, учитывающие конфигурацию поковки и характер течения металла на участке искомого радиуса.

Значение наружных радиусов закруглений определяются по формуле:

Где П1 и П2 - припуски на сопрягаемые поверхности.

Внутренние радиусы зависят от значений наружных радиусов и рассчитываются по формуле:

где за значение принимается ближайшее к определяемому значению .

Значения фактических радиусов закруглений принимать из данного ряда, мм: 0,8; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0; 8,0; 10,0; 12,5; 15,0; 25,0; 30.0.... Обычно для наружных радиусов принимается ближайшее меньшее, а для внутренних - ближайшее большее значение из данного ряда радиусов.

1 = , применяется 3,0 мм,

2 = применяется 2,5 мм,

, применяется 3,0 мм,

, применяется 3,0 мм,

5 = применяется 3,0 мм,

6 = , применяется 3,0 мм,

7 = применяется 2,5 мм,

, применяется 3,0 мм,

, применяется 3,0 мм,

10 = применяется 3,0 мм,

, применяется 12,5 мм,

, применяется 12,5 мм,

6.3 Определение размеров наметок отверстий и перемычек под прошивку в уточненной поковке

Ранее анализ выполнения углублений в поковке проводился для определения приближенной массы расчетной поковки (Мп.р) с целью выбора припусков и получения линейных размеров уточненной поковки. Ниже приводится анализ выполнения углублений и их формы в уточненной поковке, т.е. уже для конечной конфигурации поковки.

Углубления (наметки) в уточненной поковке выполняются в случае, если:

где D0 - диаметр углубления, мм (;

В - ширина углубления, мм;

Dnp-- приведенный диаметр поковки, определяемый по выражению, мм:

, ,

где Fn - площадь проекции поковки, мм2.

Для круглых в плане (деталей) поковок ,

- выполняется, так как .

- выполняется, так как .

Перемычка под прошивку плоская, так как

где Н1 - расстояние от основания углубления с диаметром до линии разъема штампов в зоне перемычки.

Максимально допустимое значение глубины наметки, мм:

Расчетная толщина плоской перемычки S, при 2hmax < (Н1 + Н2), (расшифруй формулу и покажи какие значения для нее брал)определяется по формуле:

Так как 2hmax+S < Н1 + Н2 (71+5,68<157,5), то от прошивки отверстий следует отказаться и ограничиться применением глухих наметок.

Для глухих наметок при h=hmax радиус скругления R1=, то 12,5+0,1*35,5+2=18,05, применяем 25,0 мм.

Максимально допустимое значение глубины ступенчатой наметки, мм:

Глубина каждой ступени определяется:

hi ? 0,8 ,

где и - максимальный и последующий диаметр ступеней углублений, мм.

h2=

Для глухих наметок при h=hmax радиус скругления

R2=,

то 12,5+0,1*75,2+2=22,02, применяем 25,0 мм.

Эскиз глухой наметки:



7. Масса поковки окончательная

После разработки чертежа поковки окончательно определяем его объем и массу.

Мп = Vп

Vп=

Мп =

Масса уточненной поковки - 41,7 кг.

Коэффициент использования поковки (К.И.П.), который характеризует отход металла после механической обработки:

К.И.П.= = (пересчитай еще раз)

8. Выбор заготовки под штамповку

Поковка 2ой группы круглая в плане, штампуемые вдоль оси заготовки, т.е. «в торец».

8.1 Определение способа штамповки поковок

Круглые в плоскости разъема штампов поковки штампуют из заготовки на одну штуку с предварительной осадкой ее в торец до диаметра, несколько меньшего наружного диаметра поковки.

8.2 Определение размеров облоя

При штамповке в открытых штампах применяются несколько типов облойных канавок. Наиболее распространенный тип при штамповке поковок 2ой группы:

Расчетная толщина мостика облойной канавки определяется по формуле:



где - площадь проекции поковки на плоскость разъема штампа, включая область углубления, мм2 ( 2).

Получаем что h0=3мм, так как (2,0<3,41<3,0) (диапозон не от 2-х до 3-х, а выше; смотри пособие) и (3,41, то применяем = 3 мм.

Исходя из этого назначаем номер канавки 6 и площадь облойной канавки о.к.) 233 мм2.

Площадь сечения облойной канавки определяется по формуле:

где о.к - площадь облойной канавки, мм2.

- коэффициент заполнения облойной канавки металлом (можно принять для круглых поковок в плоскости разъема штампа ).

мм2

Объем облоя (Vо) определяется по формуле:

где Пп - периметр поковки по линии разъема штампов, мм.

Приближенно Пп можно определить по номинальным линейным размерам поковки без учета штамповочных уклонов. Для круглых в плане поковок , исходя из этого мы получаем Пп = * 256,4 = 805,1 мм.

Следовательно:

3.

Размеры облойной канавки:

h0= 3,0 мм; h1=5,0 мм; R0=1,5 мм; в=12 мм; в1=32 мм; о.к.= 233 мм2.

Эскиз облойной канавки:

8.3 Выбор заготовительных и штамповочных ручьев

В производстве поковок штамповкой для распределения объема исходной заготовки по элементам фигуры поковки применяются переходы штамповки, выполняемые с помощью заготовительных и штамповочных ручьев.

К штамповочным ручьям относятся: а) окончательный (чистовой); б) предварительный; в) заготовительно-предварительный.

Заготовительными ручьями являются: а) формовочный; б) гибочный; в) пережимной и др.

Для поковок второй группы применяют: площадка для осадки (при штамповке, "в торец") и окончательный (чистовой) ручей.

8.4 Определение размеров исходной заготовки

Расчетный диаметр круглой заготовки Dзг.р определяется по формуле:



где - объем заготовки, который рассчитывается по формуле:

m - коэффициент, равный 1,5…2,4 определяющий устойчивость заготовки при штамповке «в торец». Рекомендуется использовать большее его значение для уменьшения усилия резанья заготовки (m=2,5).

По формуле вычисляем объем заготовки:

мм3.

Подставляем полученный объем в формулу для диаметра заготовки:

Подбираем большее стандартное значение размера профиля заготовки , определяется площадь ее профиля Fзг= 15394 мм2 и рассчитывается высота заготовки Нзг:

После расчета заготовки определяем коэффициент использования металла - К.И.М. по формуле:

где - масса детали, кг;

- норма расхода металла на одну деталь в килограммах, рассчитываемая по формуле:

где = 7,85 г/см3 - плотность материала заготовки;

- принятая длина прутковой заготовки под резку на мерные части под штамповку;

- площадь поперечного сечения исходного прутка, мм2;

- целая часть дроби от деления длина прутковой заготовки на мерные части, рассчитываемая по формуле:

где - общая высота заготовки с учетом клещевины, м;

Проводя расчеты, получаем, что:

Норма расхода металла получается:

Получив норму расхода металла, высчитываем К.И.М.:

9. Технологический процесс изготовления поковок

Полная схема технологического процесса изготовления поковок горячей объемной штамповкой включает следующие операции:

Нагрев заготовок перед резкой

Резка заготовок;

Нагрев заготовок под штамповку;

Штамповка;

Отделение отхода;

Термообработка;

Очистка от окалины.

9.1 Нагрев заготовок перед резкой

Резку заготовок под штамповку производят как при нормальной температуре, так и в нагретом состоянии. Нагрев заготовок перед резкой производят с целью предупреждения образования трещин на торцах заготовок и применяют, как правило, для крупных заготовок, материал которых имеет относительно низкую пластичность. Значение температуры нагрева зависит от размеров заготовки, химического состава.

Исходя из того что марка стали 60С2 и диаметр заготовки свыше 50 мм (Dзг=140 мм) температура материала при резке заготовки свыше 600 до 650?.

9.2 Резка заготовок под штамповку

Самый высокопроизводительный и дешевый способ резки заготовок под штамповку является резка на пресс-ножницах. Потребное усилие Рр (МН) для резки ручьевыми ножами определяется по формуле:

зг

где МПа, предел прочности материала заготовки при растяжении при соответствующей температуре;

зг = 15394 мм2=0.015394 м2, площадь поперечного сечения отрезаемой заготовки, м2.

Получив расчетное усилие резки Рр, необходимо выбрать номинальное усилие пресс-ножниц, принимая за фактическое ближайшее большее значение из ряда чисел: 0,4; 0,63; 1,0; 1,6; 2,5; 4,0; 6,3; 10; 16 МН

Получаем что потребное усилие:

По ряду чисел выбираем .

9.3 Нагрев заготовок под штамповку

В крупносерийном и массовом производстве в настоящее время для нагрева заготовок под штамповку на молотах применяют в основном толкательные полуметодические печи с непрерывной загрузкой заготовок и пламенным нагревом, без защиты от окисления поверхности заготовок.

В зависимости от формы поперечного сечения (круг, квадрат), нагреваемых заготовок и расположения их на поду печи, время нагрева будет различным. Обычное расположение заготовок на поду в печах толкательного типа - вплотную.

При пламенном нагреве, время нагрева заготовок круглого сечения до температуры начала штамповки (1200?С) можно определить по формуле:

где Т - время нагрева, ч;

= 2 - для заготовок круглого сечения;

- диаметр круглого профиля заготовок (,

= 10 - для заготовок из конструкционных углеродистых и низколегированных сталей (до 5 % в сумме легирующих элементов);

Наиболее распространенным топливом при пламенном нагреве заготовок является природный газ, обладающий высокой теплотой сгорания, доставляющей 33-50 МДж/кг.

Приближенно расход природного газа на 1000 кг поковок при нагревании заготовок в полуметодических печах можно определить по формуле:

Q = 1000 (1 + q) W,

где Q - расход природного газа на нагрев заготовок, м3.

q - коэффициент, характеризующий потери металла, рассчитываемый по формуле:

q = (V0 +Vуг)/Vзг,

V0 - объем облоя, мм3 (3);

Vyг - объем металла, расходуемый на угар и составляющий 2 % от объема заготовки Vзг, мм3 (Vyг = 2 %* = 107523,3 мм3);

Vзг - объем заготовки, мм (Vзг=мм3);

W= 0,19 м3/кг - расход топлива на нагрев заготовок массой 1 кг.

Рассчитываем коэффициент q:

q = (V0 + Vпер+Vуг)/Vзг, = (+)/= 0,04

Получаем приближенный расход газа:

Q = 1000 (1 + q) W =1000*(1+0,04)*0,19 = 197,6 м3

9.4 Штамповка

К оборудованию для горячей объемной штамповки относятся молоты, горячештамповочные кривошипные прессы, горизонтально-ковочные машины, гидравлические прессы и машины для специализированных процессов штамповки. Основным видом штамповочного оборудования в настоящее время являются паровоздушные штамповочные молоты.

Штамповочные молоты принято характеризовать номинальной массой падающих частей (баба молота, шток с поршнем и верхний штамп).

Массу падающих частей М можно определить по номограмме.

Для поковки 2ой группы при Dп= 256,4 мм, в= 63 МПа, при температуре равной 1200, масса падающих частей М2 = 3150кг.

Согласно определенной массой падающих частей выбираем молот с ближайшей большей номинальной массой.

Основные параметры штамповочного молота:

- Номинальная масса падающих частей 3150 кг.

- Наибольший ход бабы 1250 мм.

- Энергия удара 80,0 кДж.

Штамповка проходит в 2 этапа:

- Уменьшение высоты заготовки в заготовительном ручье - площадке для осадки.

- Получение готовой заготовки с облоем в чистовом ручье штампа.

9.5 Отделение отходов

Обрезка облоя производится в горячем или холодном состоянии в штампах, установленных на обрезных прессах.

Для поковок диаметром Dп.р ? 80 мм отделение отходов проводят сразу после штамповки.

Расчетное усилие обрезного пресса Рпр (МН) определяется по формулу:

где в - придел прочности при растяжении материала поковки стали заготовки при температуре отделения отходов, МПа.

Fсрз - площадь среза материала, определяем по формуле, м2:

можно сосчитать без учетов штамповочных уклонов и радиусов закругления по номинальным размерам поковки, принимаем:

Где - стандартная толщина мостика облойной канавки, м;

- периметр поковки по линии разъема штампов, м2 (для круглых в плане поковок)

.

Исходя из полученных данных, получаем усилие обрезного пресса:

Получив расчетное усилие обрезного пресса, необходимо выбрать ближайшее большее значение номинального усилия пресса с указанием его технологических параметров.

Основные параметры обрезных кривошипных прессов закрытого типа:

- Номинальное значение 6,3 МН

- Ход ползуна 420 мм

- Число ходов ползуна в минуту 16

9.6 Термообработка

Термическая обработка проводится с целью получения заданной структуры материала поковки и, соответственно, его свойства, необходимых как при последующей эксплуатации полученной из поковки детали, так и лучшей обрабатываемости поковки резанием.

Для измельчения зерна, снятия внутренних напряжений и обеспечения заданной твердости, хорошей обрабатываемости резаньем поковка должна быть подвергнута термической обработке: нормализации.

9.7 Очистка поковки от окалины

Очистка от окалины повышает срок службы режущего инструмента, облегчает контроль качества поковок.

В качестве способа очистки поверхности поковки выбираем дробемётную очистку, т.к. это дешевый способ и он обеспечивает нужную шероховатость.

Параметры:

1. Масса поковок - любая.

2. Форма очищаемых поковок - любая.

3. Качество очищенной поверхности: очищается полностью, за исключением отверстий; коррозионная устойчивость нержавеющих сталей снижается.

4. Шероховатость после очистки: прокат - 80, поковки - 40-10.

5. Искажение размеров - нет.

6. Изменение механических свойств - нет.

7. Область применения: промежуточные заготовки и готовые поковки, обрабатываемые резанием.

8. Экономичность: в 5-6 раз дешевле любой пневматической очистки; в 7 раз дешевле травления.

Список используемых источников

1. Технология конструкционных материалов: учебник для студентов машиностроительных специальностей вузов / А.М. Дальский [и др.] ; под общей ред. А.М. Дальского. - 5-е изд., исправленное. - М., : Машиностроение, 2003. - 512 с.

2. Технология изготовления поковок штамповкой на молотах: Учебное пособие/ Денисюк А.К., Иванова В. А., Попков А.Н. - Ярославль: Изд-во ЯГТУ, 2011 - 64 с

3. Материаловедение и технология металлов: учеб. для машиностр. спец. вузов / Г. П. Фетисов [и др.] ; под ред. Г.П. Фетисова. - М., : Высш. шк., 2000. - 638 с. : ил.

4. ГОСТ 7505-89 Поковки стальные штампованные. Допуски, припуски и кузнечные напуски.

Размещено на Allbest.ru