Сафонов Г.К. Проектирование и производство заготовок

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Южно-Уральский государственный университет

Кафедра Станки и инструмент

621.7(07)

С217

Г.К. Сафонов

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ПРОИЗВОДСТВО ЗАГОТОВОК

Учебное пособие

Челябинск

Издательство ЮУрГУ

2008

2

УДК 621.71.9.002.63(075.8)

Сафонов Г.К. Проектирование и производство заготовок: Учебное пособие. –

Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2008 – 65 с.

Учебное пособие содержат теоретический материал и практические рекомен-

дации к выполнению лабораторных работ и курсового проекта при изучении

курса « Оборудование и технологические процессы в отрасли».

В пособии рассмотрена методика проектирования технологических процессов

штамповки на молоте и КГШП в открытом и закрытом штампах. Даны правила

разработки и оформления чертежей поковок и отливок с техническими требова-

ниями на изготовление, чертежа элементов литейной формы и эскиза профиля ра-

бочей полости штампа. Все положения и рекомендации иллюстрированы приме-

рами.

Пособие предназначено для студентов механико-технологического факульте-

та и факультета экономики и управления. Оно может быть использовано при вы-

полнении лабораторных работ, при курсовом и дипломном проектировании.

Ил. 22, табл.30.

Под редакцией проф., д.т.н. П.А. Норина

Одобрено учебно-методической комиссией механико-технологического фа-

культета (для специальностей «Технология машиностроения», «Станки и инстру-

мент», «Экономика и управление на предприятии (машиностроение)»

Рецензенты: В.А. Иоговский, П.П. Переверзев.

3

1. ОСНОВЫ ВЫБОРА СПОСОБА ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГОТОВКИ

В машиностроении различают три сферы творческой производственной дея-

тельности человека:

1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ МАШИНЫ – разработка конструкторской документа-

ции на машину. Осуществляется в проектных и конструкторских организа-

циях.

2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛДЕНИЯ МАШИНЫ –

разработка технологической документации на изготовление деталей и сборку

машины. Осуществляется в проектных организациях и технологических

службах завода.

3. ПРОИЗВОДСТВО ЗАГОТОВОК И ДЕТАЛЕЙ И СБОРКА МАШИН. Осу-

ществляется в цехах завода.

Деталь и заготовка. Припуски и напуски. Основные способы получе-

ния заготовок. Термины и определения

В машиностроении с точки зрения последовательности технологического про-

цесса различает два вида изделий: детали и заготовки (рис.1). ДЕТАЛЬ – готовое

изделие, идущее непосредственно на сборку, ЗАГОТОВКА – полуфабрикат,

предназначенные для дальнейшей обработки с целью получения готовой детали.

ЗАГОТОВКА ДЕТАЛЬ

Напуск Z d

Д

D

З

Припуск Z D

Д

H

З

H

Д

Рис.1.1. Деталь и заготовка

ПРИПУСКОМ Z называют слой металла на поверхности заготовки, предназна-

ченный для удаления при последующей механической обработке с целью получе-

ния заданных свойств обработанной поверхности детали. Чем меньше величина

припуска, тем меньший объем металла заготовка переводится в стружку.

Существуют ТРИ СПОСОБА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРИПУСКА:

4

1. ТАБЛИЧНЫЙ СПОСОБ. Применяют в мелкосерийном производстве. При-

пуск назначают по справочным таблицам ГОСТов независимо от маршрута

технологического процесса механической обработки детали. Такой припуск

в общем случае является завышенным и содержит резервы снижения расхо-

да металла и трудоемкости изготовления детали.

2. РАСЧЕТНО-АНАЛИТИЧЕСКИЙ МЕТОД. Разработан З.М. Кованом. Сум-

марную величину припуска на заготовке определяют путем последовательного

«наслаивания» на размер готовой детали операционных припусков на механиче-

скую обработку.

1. РАЗМЕРНЫЙ АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ. Дифферен-

циально-аналитический метод расчета припусков, операционных размеров

и размеров заготовки с минимально необходимыми припусками, ис-

пользующий теорию расчета размерных цепей.

В общем случае односторонний минимальный припуск Z

МИН

(рис. 2) на выпол-

няемом переходе равен:

,

МИН

zRzh

ε

=++Δ+

(1.1)

где R

Z

– высота неровностей поверхности (шероховатость), обработанной на

предшествующем переходе;

h – глубина дефектного поверхностного слоя (обезуглероживание, отбел) на

предшествующем переходе,

Δ – суммарное отклонение расположения (непараллельность, неперпендику-

лярность) и формы (неплоскостность, нецилиндричность) на предыдущем

переходе;

ε – погрешность установки на выполняемом переходе.

Предшествующий Выполняемый

переход переход

V

Рис. 1.2. Минимальный припуск на выполняемом переходе

5

НАПУСКОМ называют дополнительный объем металла (рис. 3) упрощающий ее

конфигурацию (заполненные отверстия 1, местные углубления 2, переходы и ус-

тупы 3), связанный с технологическими особенностями ее изготовления (литей-

ные и штамповочные уклоны 4, радиусы галтелей 5) или вызванный ее некрат-

ностью 6 при раскрое.

1 Припуск 2 3 4 5 6

l

З

l

З

L

а) б)

Рис. 1.3. Напуск на штампованной заготовке (а) и при раскрое

исходного прутка (б)

Заготовки деталей машин получают, в основном, двумя способами: литьем и об-

работкой давлением.

1. В случае получения заготовок литьем (рве. 4) жидкий металл, расплав, за-

ливают в заране6ее приготовленную литейную форму, соответствующую по

конфигурации и размерам готовой детали, но с учетом припусков и напус-

ков. После затвердевания металла получается изделие, называемое

ОТЛИВКОЙ.

Заливочный ковш

Расплав

Отливка

Литейная

форма

Рис. 1.4. Схема получения отливок

6

2. В случае получения заготовок обработкой давлением (рис. 5) исходную заго-

товку, нагретую или холодную, но обязательно твердую, деформируют специаль-

ным инструментом, в виде бойков или штампов и придают ей новую форму, соот-

ветствующую по конфигурации и размерам готовой детали, но с учетом припус-

ков и напусков. Полученные изделия называют поковками или штампованными

заготовками.

Исходная Верхний боек

заготовка

Р Поковка

Нижний

боек

Рис. 1.5. Схема получения поковок

В соответствии с ГОСТами и установившимися традициями будем пользоваться

следующей терминологией. ЗАГОТОВКА – это изделие заготовительного переде-

ла (отливка, поковка, штампованная заготовка, мерный прокат), поступающее на

первую и все последующие операции механической обработки. ИСХОДНАЯ

ЗАГОТОВКА – эо продукт металлургического передела (слиток, прокат, расплав),

поступающий на первую технологическую операцию заготовительного передела.

Экономически целесообразные пределы применения различных способов

получения заготовок

Выбор способа получения заготовок в значительной степени определяется

размерами программного задания и техническими возможностями заготовитель-

ных цехов предприятия. Применение прогрессивных заготовок с малыми припус-

ками снижает трудоемкость мехобработки, но дополнительные затраты на осна-

щение заготовительных цехов окупается только при достаточных размерах про-

граммного задания.

Рассмотрим выбор наиболее экономичного способа получения заготовки

стального поводка из числа ковки, штамповки и литья. Графическое представле-

ние изменения себестоимости поковки в зависимости от программы выпуска

представлено на рис. 6.

7

60

50

40

30

20

Себестоимость С, руб.

10

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 шт.

Ковка Литье Штамповка

Рис. 1.6. Зависимости к выбору способа получения заготовки для поводка

Экономические показатели конкурентоспособности прогрессивных заготовок

Внедрение прогрессивных заготовок взамен получаемых традиционными спо-

собами, позволяет значительно снизить расход металла и трудоемкость на загото-

вительных операциях и при механической обработке, уменьшить массу готовых

деталей, повысить качество изделий. Конкурентоспособность прогрессивных за-

готовок и новых технологий рассмотрим на трех примерах.

1. КОНКУРЕНЦИЯ ОТЛИВОК И ПОКОВОК. Если по условиям производства

для ответственных деталей можно получать заготовки и горячей объемной

штамповкой и литьем, то следует учитывать, что в среднем трудоемкость об-

работки литых заготовок на 15-20% ниже штампованных. Например, стои-

мость литых чугунных коленчатых валов в 3-4 раза ниже стоимости сталь-

ных за счет уменьшения расхода материалов и трудоемкости мехобработки.

Недостатками чугунных валов являются сравнительная трудоемкость обес-

печения единообразия механических свойств в различных заготовках валов и

возможность образования внутренних дефектов.

2. ТОЧНОЕ СТАЛЬНОЕ ЛИТЬЕ ВЗАМЕН ШТАМПОВКИ, Применение, в тех

случаях, где это возможно по условиям прочности деталей, точного стально-

го литья взамен штамповки позволяет существенно сократить отходы метал-

ла в стружку и снизить трудоемкость мехобработки. Такой опыт известен

при изготовлении турбинных лопаток. Масса заготовки снизилась с 1,5 до

8

0,5, отход в стружку с 1 до 0,05 кг. Количество операций мехобработки со-

кратилось с 83 до 25.

3. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СПЕЦИАЛЬНОГО ПРОКАТА. При использовании

нормального пруткового проката отходы металла в стружку особенно велики

в связи с потерями при разрезке прутков и с тем, что форма готовой детали

может значительно отличаться от формы цилиндра. В условиях массового

производства находит применение специальный прокат, форма которого

максимально приближена к форме изделия и требует минимальной обработ-

ки резанием. Отходы металла в стружку снижаются при этом до 5-10%. Та-

кой прокат изготовляют централизованно на металлургических заводах на

прокатных станах или непосредственно в машиностроении вальцовкой (про-

филированием) на ковочных зальцах.

9

2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

ШТАМПОВКИ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Ознакомиться с методикой проектирования технологического процесса штам-

повки на молоте и кривошипном горячештамповочном прессе (КГШП).

ЗАДАНИЕ

Спроектировать в соответствии с заданным вариантом (рис. 2.1.) техно-

логический процесс штамповки поковки типа фланца на молоте или КГШП в от-

крытом или закрытом штампе. Разработать чертеж поковки и профиль рабочей

полости штампа.

Основные этапы проектирования технологического процесса штамповки

Основными этапами проектирования техпроцесса штамповки

являются:

1. Анализ чертежа детали с точки зрения ее технологичности. Выбор штампо-

вочного оборудования (молот или пресс) и способа штамповки (открытый

или закрытый). Разработка технологических переходов штамповки.

2. Разработка чертежа поковки. Расчет объемов металла, размеров и массы ис-

ходной заготовки.

3. Конструирование штампов.

4. Выбор способа нагрева и термического режима штамповки и охлаждения по-

ковки.

5. Разработка указаний о завершающих операциях (термообработка, очистка,

методы контроля) выбор вспомогательного оборудования.

6. Составление технологической карты.

7. Оценка технико-экономических показателей техпроцесса. В ранках данной

работы выполняются только три первых этапа.

10

1. Неуказанные предельные отклонения размеров: H14, h14, ±t

2

/2/

2. Поковка II группы.

Размеры детали, мм

№

вар.

Штампо-

вочное

оборудо-

вание

Способ

штам-

повки

D D1 d T t

Масса

детали,

кг

Материал: сталь

горячекатаная

круглая, ∅85

при D≤150 мм,

∅105 при D>150

мм

1

2

3

4

Молот

КГШП

Откр.

130

150

160

170

65

80

85

95

40

45

50

23

25

27

30

18

20

22

25

1,79

2,68

3,30

4,29

12ХН3А

ГОСТ 4543-71

5

6

Молот

КГШП

Закр.

130

150

65

80

40

45

23

35

18

20

1,79

2,68

Сталь 45

ГОСТ 1050-88

7

8

КГШП

Молот

Закр.

Откр.

160

170

85

95

50

27

30

22

25

3,30

4,29

Сталь 40

ГОСТ 1050-88

9

10

Молот

КГШП

Закр.

160

170

85

95

50

27

30

22

25

3,30

4,29

40Х

ГОСТ 4543-71

11

12

13

КГШП

Молот

Откр.

Закр.

Откр.

130

150

125

65

80

65

40

45

35

23

25

23

18

20

18

1,79

2,68

1,69

18Х2Н4МА

ГОСТ 4543-71

14

15

16

17

Молот

КГШП

Откр.

130

150

160

170

65

80

85

95

40

45

50

23

25

27

30

18

20

22

25

1,79

2,68

3,30

4,29

Сталь 30

ГОСТ 1050-88

18

19

20

21

КГШП

Молот

Закр.

Закр..

130

150

160

170

65

80

85

95

40

45

50

23

25

27

30

18

20

22

25

1,79

2,68

3,30

4,29

Сталь 20

ГОСТ 1050-88

22

23

24

25

КГШП

Молот

КГШП

Закр.

Откр.

Закр.

130

150

125

65

80

65

40

45

35

23

25

23

18

20

18

1,79

2,68

1,69

40Х

ГОСТ 4543-71

Рис. 2.1. Чертеж детали «Фланец»

Сафонов Г.К. Проектирование и производство заготовок

Подождите немного. Документ загружается.