Пример расчета размеров заготовки под поковку для втулки

В разделе 4 был рассмотрен пример проектирования поковки для детали типа “втулка”. Объем поковки составляет 1154 см³. Для определения объема исходной заготовки по формуле (12) необходимо рассчитать материал, идущий на отходы в виде угара, облоя, перемычки и клещевины.

Отход на угар определяем по формуле (13), приняв К_уг = 0,5, как для cлучая безокислительного нагрева:

V_уг = (0,5∙1154)/100 = 5,75 см³.

Для расчета отхода на облой определяем:

1) площадь поковки в плане

S_пп=π R²= 3,14∙7,2² = 163 см²;

2) по формуле (15) вычисляем толщину облоя ;

3) по формуле (14) вычисляем площадь поперечного сечения мостика облойной канавки, определив по табл. 9 ширину мостика b₀ = 9 мм и зная h₀: F_м = 0,2 ∙ 0,9 = 0,18 см²;

4) по формуле (17) вычисляем площадь облоя, выбрав коэффициент заполнения для несложной поковки (группы С1) z = 1,5: F_об = 1,5∙ 0,18 = 0,27 см²;

5) рассчитаем периметр поковки П по ее наружному диаметру (144 мм): П = π D = 3,14∙14,4 = 45,2 см.

Объем облоя, рассчитанный по формуле (18) по известным площади облоя F_об и периметру П составит: V_об = 0,27∙45,2 = 12,2 см³.

Вычислим отход на прошиваемую перемычку (выдру) при диаметре прошиваемого отверстия d_отв = 12,5 мм и толщине перемычки s =5 мм: V_пер = π 0,625² ∙ 0,5 = 0,6 см³.

Для поковок, получаемых деформированием в торец, клещевина отсутствует, т. е. V_кл = 0.

Объем исходной прутковой заготовки V_исх вычисляем по формуле (12): V_исх=1154+5,75+12,2+0,6= 1172,6 см³.

Диаметр исходной заготовки определяем по формуле (22). Для этого коэффициент устойчивости выбираем (см. формулу 21) К= 2.

По ГОСТ 2590-88 ближайшее большее значение диаметра прутка составляет 85 мм (см. п. 2.2, с. 8). Для данного диаметра сечение прутка составляет S = 56,7 см².

Длина исходной заготовки определяется как отношение объема поковки на ее сечение: L _{ис. заг.} =1172/56,7 = 206 мм.

Проверяем величину коэффициента устойчивости: К=Н_заг/D_заг= 206/85 = = 2,43, что соответствует рекомендациям для штамповки на КГШП.

Порядок выполнения работы

 

1. Изучить чертеж детали, выданный для проектирования заготовки. Выявить возможные ошибки и исправить. Оценить технологичность. При необходимости упростить конфигурацию с целью возможности получения заготовки штамповкой.

2. Выбрать и обосновать способ штамповки.

3. Выбрать вид заготовки (отливка, пруток), вычислить массу поковки (если она не задана на чертеже детали), назначить плоскость разъема, припуски и допуски на обрабатываемые поверхности, уклоны и радиусы закруглений.

4. Выполнить чертеж (эскиз) поковки.

5. Составить отчет с приведением расчетов и обоснованием принятых значений припусков, радиусов закруглений и др.

 

Содержание отчета

1. Название и цель работы.

2. Основные положения и расчеты по выбору конструктивных элементов поковки.

3. Чертеж (эскиз) поковки с техническими требованиями.

4. Расчет размеров и массы исходной заготовки.

 

8. Контрольные вопросы

1. Какие методы штамповки стальных заготовок Вы знаете?

2. Перечислите достоинства и недостатки поковок перед отливками.

3. При каких условиях возможно получение сквозного отверстия при объемной штамповке?

4. Какие требования следует учитывать при выборе плоскости разъема?

5. Какие факторы влияют на величину припусков, допусков на обрабатываемые поверхности поковок и как они назначаются?

6. Каким образом назначаются штамповочные уклоны, радиусы закруглений?

7. От чего зависит выбор формы наметок и перемычек?

8. Изложите правила оформления чертежа поковки.

9. Какие технические требования следует указать на чертеже поковки?

 

Cписок литературы

 

1. Афонькин М. Г., Магницкая М. В. Производство заготовок в машиностроении. – Л., Машиностроение, 1987. – 255 с.

2. Бабук В. В, Шкред В. А., Кривко Г. П. и др. Проектирование технологических процессов механической обработки в машиностроении. – Минск: Вышейшая школа, 1987. – 255 с.

3. Ковка и штамповка: Справочник в 4-х т. /Ред. Совет: Е. И. Семенов (пред.) и др. – М.: Машиностроение, 1985. – Т. 1. Материалы и нагрев. Оборудование. Ковка /Под ред. Е. И. Семенова. 1985. – 568 с.

4. Машиностроение. Энциклопедия. /Ред. Совет: К. В. Фролов (пред.) и др. – М.: Машиностроение. Технологии заготовительных производств. Т. III – 2. /И. Л. Акаро, Р. А. Андриевский, А. Ф. Аржанов и др.; Под общ. ред. В. Ф. Мануйлова.–1996. – 736 с.

5. Ковка и штамповка: Справочник в 4-х т. /Ред. Совет: Е. И. Семенов (пред.) и др./ Т. 2. Горячая штамповка – М.: Машиностроение, 1986. – 592 с.

6. Швецов В. Д. Проектирование и производство заготовок. Опорно-сигнальный развернутый курс: Учебное пособие /НГТУ. – Нижний Новгород, 1993. - 207 с.

7. Лукин Л. Л. Выбор способа горячей объемной штамповки и проектирование поковок: Методическое и справочное пособие к выполнению практических занятий. Изд-во ИжГТУ. – Ижевск, 1997. – 72 с.

8. ГОСТ 8479 – 70. Поковки из конструкционной углеродистой и легированной стали. Общие технические условия. – М.: Изд. Стандартов, 1989. – 16 c.

9. Машиностроение. Энциклопедия /Ред. Совет: К. В. Фролов (пред) и др. – М.: Машиностроение. Стали. Чугуны. Т. II–2 /Г. Г. Мухин, А. И. Беляков, Н. Н. Александрова и др.; Под общ. ред. О. А. Банных и Н. Н. Александрова. – 2001. – 784 с.

10 . Технологичность конструкции изделий: Справочник /Т. К. Алферов и др. Под ред. Ю. М. Амирова. – М.: Машиностроение, 1985. – 368 с.

11. ГОСТ 3.1126 – 88. Правила выполнения графических документов на поковки. – М.: Изд. стандартов, 1993. – 4 с.

12. Руденко П. А., Харламов Ю. А., Плескач В. М. Проектирование и производство заготовок в машиностроении: Учеб. Пособие. – Киев: ВЫЩА шк., 1991. – 247 с.

 

Приложение 1

Сравнительная характеристика различных способов ГОШ

№ п/п

Способ штамповки (по типу оборуд.)

Вид штам-повки

Скорость деформа-ции, м/с

Технологические возможности и область применения

материал поковок

масса поковки, кг

квали- тет точ-ности, IТСР

шерохо-ватость, мкм

a/b, град.

Кимср

тип произ-вод- ства

Конфигурация поковок и наименование типовых деталей

Штамповка на паровоздушных и прочих молотах

Отк

6…8

Любые деформируе-мые

0,1..250

15-17

£ 320

5 - 7 7-10

0,5

СС КС М

Любой конфигурации и сложности (рычаги, переключатели, колеса)

Штамповка на КГШП

Зак Отк

0,6…0,8

То же

0,1..500

14-16

£ 160

1-3 3-5

0,65

М КС СС

Штамповка на ГКМ

Зак Отк

0,3…1,5

То же

0,2..100

13-17

£ 160

0-1,5 3 - 5

0,6

М КС, СС, МС

Осесимметричные сред-ней сложности (стержни, втулки, кольца, валы.)

Штамповка на винтовых прессах

Зак Отк

3…4 1…2

Стали и спла-вы трудно-деформируе-мые, мало-пластичные

£ 40

14-15

£ 160

1-3 3-5

0,65

МС СС КС

Мелкие средней сложности, высокие с тонкими ребрами, стержни любой конф.

Штамповка на гидравлических прессах

Зак Отк

0,15… 0,20

£ 2000

13-15

£ 160

0,5-2 1-3

0,70

МС СС КС

Любой конфиг., крупные (с площадью проекции до 2,5м2), в т.ч. типа панелей

Штамповка на высокоскорост. молотах (ВСШ)

Зак Отк

12…40

Высоколегир. стали, Al, Mg и Ti сплав

0,05..12

12-14

£ 80

0-1 1-3

0,72

КС СС

Средней сложности типа фланцев, втулок, звез-дочек, крыльчаток и т. п.

Штамповка жидкого металла (ШЖМ)

Зак

0,0015…0,004

Сплавы цветных металлов

0,02..20

12-13

£ 40

0-0,5 0-3

0,78

СС МС КС

Средней сложности тонкостенные с полостями, ребрами, отростками

Примечания: 1. Вид штамповки: Отк – открытая, Зак – закрытая 2. a – штамповочный уклон наружных углов, b – то же, внутренних углов; 3. Скорость деформации – скорость движения падающих частей молота или ползуна пресса.

Приложение 2

Стали, применяемые для кованых и штампованных изделий

Марка стали	Рекомен-дуемый интервал ковки, °С	Сопротивление горячей пласти-ческой дефор-мации, МПа	Примерное назначение
Ст3, Ст4, Ст5	1280-800	50-70	Детали неответственного назначения, работающие при умеренных нагрузках
Сталь 15, 20	1250-800	50-80	Цементуемые детали – валики, рычаги, винты; детали повышенной вязкости – оси, валы, цилиндры воздушные, станицы
25, 30, 35	1250-800	70-100	Малонагруженные валы, оси, соединительные муфты, тяги, винты, рычаги, крепёжные изделия, цилиндры
40, 45	1200-800	80-110	Приводные и коленчатые валы, диски, фланцы, шестерни, шпиндели
50, 55, 50Г	1180-800	90-120	Шестерни, штоки, прокатные валки, колёса, эксцентрики
60, 65, 60Г, 65Г	1180-800	100-150	Бандажи, прокатные валки, эксцентрики, колёса, пружинки
15Х, 20Х, 18ХГТ, 20ХГР	1200-800	60-90	Цементуемые детали – валики, шестерни, пальцы небольших размеров
30Х, 35Х, 38Х, 40Х, 45Х, 50Х	1180-830	70-120	Оси, балансиры, шестерни, кулаки, рычаги, коленчатые валы, ключи гаечные, шестерни, поворотные кулаки
15ХГНТА, 20ХГНР	1200-900	60-90	Детали высокой прочности повышенной вязкости: шестерни, поршневые пальцы, ролики, распределительные валики
35ХГ2, 30ХГСА, 40ХГ, 38ХГН	1220-870	80-95	Детали средних размеров, испытывающие значительные нагрузки
30ХМА, 35ХМ, 38ХВА	1220-880	90-110	Валы, роторы, диски и другие детали турбин, шестерни, трансмиссионные валы, работающие при температуре до 450-480 С.
40ХН, 30ХН2МА, 45ХН, 34ХН1М	1200-870	95-120	Крупные валы, шестерни, роторы, шатуны ответственного назначения
30ХН3А, 35ХНМА, 30ХН2МА, 38ХМ10А, 34ХНЗМ, 40ХНВА, 35ХНМ2Ф, 40ХНМ2МА, 30ХН2ВФА, 38ХН3ВФА	1180-900	120-180	Крупные детали турбин и компрессоров: валы роторы, диски наиболее ответственного назначения

Приложение 3

Категории прочности и механические свойства сталей [ГОСТ 8479 - 70]

Катего-рия прочно-сти	Механические свойства (не менее)	Рекомендуемые марки сталей
σ0,2, МПа	σв, МПа	НВ	δ5* ; ψ, %	КСU, КДж/м2	Толщина поковки, мм
До 100	100-300	300-500	500-800
КП175			101-143	28;		Ст3, 15, 20	Ст3, Ст5, 15, 20, 25	Ст5, 20, 25, 30	Ст5, 20, 25, 30, 35
КП195			111-156	26;		Ст3, 15, 20 , 25	Ст5, 20, 25, 30	Ст5, 25, 30, 35	30, 35
КП215			123-167	24;53		20, 25, 30	25, 30, 35, 20Х	30, 35, 40	35,40, 45
КП245			143-179	22;48		25,30, 35, 40, 20Х	30, 35, 40, 45	35, 40, 45	35, 40, 45
КП275			156-197	20;		35, 45, 35Г2	40, 45, 35Г2	40, 45, 35ХМ	45, 35ХМ
КП315			167-207	17;		40, 45	45, 35ХМ	35ХМ	35ХМ
КП345			174-217	18;		30Х, 40Х	35Х, 40Х, 35ХМА	40Х, 35ХМА, 38ХГН	35ХМА, 40ХН
КП395			187-229	17;		30Х, 40Х	40Х, 35ХМА, 30ХГСА	45Х, 40ХН, 38ХГН	35ХНМА, 40ХН
КП440			197-235	16;		30Х, 40Х, 18ХГТ, 30ХГСА	40Х, 45Х, 40ХМ, 35ХМА	45Х, 38ХГН, 34ХН1М	38ХН2МА 34ХН1М
КП490			212-248	16;		40Х, 30ХГСА, 40ХН	30ХГСА, 40ХН	40ХН, 30Х1М, 30ХН2МА	35ХН1М, 38Х2Н2МА 38ХН2МА
КП540			223-262	15;		40Х, 38ХС, 40ХГСА, 40ХН	38ХГН, 30Х2Н2МА, 35ХНМА	34ХН1М, 38Х2МА, 40ХН2МА	34ХН3М, 38ХН3МА38ХН3МФА
КП590			235-277	14;		30ХГС, 38ХГН, 40ХН	34ХН1М, 35ХНМА, 38Х2Н2МА	34ХН1М, 35ХНМА, 38Х2Н2МА	34ХН3М 35ХН1М2Ф 38ХН3МФА
КП640			248-293	13;		30ХГТ, 34ХН1М, 38Х2Н2М	38Х2Н2МА, 34ХНЗМ, 40ХН2МА	34ХНЗМ, 38Х2Н2МА, 40ХН2МА	34ХН3М, 35ХН1М2Ф 38ХН3МА
КП685			262-311	13;		30ХГТ, 34ХН1М, 35ХНМА, 45ХНМФА	35ХНМА, 34ХН3М, 38ХНЗМ,	34ХН3М, 38ХН2М2А, 40ХН2МА	38ХН3МА 38ХН3МФА
Продолжение приложения 3
КП735			277-321	13;		34ХН3М, 35ХНМА, 38Х2Н2МА	34ХН3М, 35ХНМА, 38ХН3МА	34ХНЗМА, 35ХН1М2Ф, 38ХН3МА	-
КП785			293-331	12;		34ХН3М, 38ХН2Н2МА 38ХН3МФА	38ХН3МА, 38ХН3МФА, 35ХН1М2Ф	36Х2Н2МФА, 38ХН3МА, 38ХН3МФА
Примечания: 1. Категория прочности обозначается буквами КП и цифрой, указывающей предел текучести. 2. По согласованию между изготовителем и потребителем допускается определять вместо условного предела текучести (s0,2) физический предел текучести (sт) с соблюдением норм для (s0,2). 3. За толщину (диаметр) поковки принимают ее расчетное сечение под термическую обработку. 4. Марки стали и нормы механических свойств указаны при рекомендуемой термической обработке для углеродистых сталей — нормализация, для легированных — закалка и высокий отпуск. 5 *—нормы приведены для поковок толщиной до 100 мм. Для поковок большего сечения значения КСU будут ниже.

 

 

Приложение 4

Группы поковок по видам испытаний

Группа поковок по видам испытаний	Виды испытаний	Условия комплектования партии	Сдаточные характеристики	Количество поковок из партии, подлежащих испытанию
I	Без испытаний	Поковки одной или разных марок стали	–	–
II	Определение твердости	Поковки одной марки стали, совместно прошедшие термическую обработку	Твердость	5 % от партии, но не менее 5 шт.
III	Определение твердости	Поковки одной марки стали, прошедшие тер-мическую обработку по одинаковому режиму	То же	100 %
IV	1. Испытание на растяжение   2.Определение ударной вязкости   3. Определение твердости	Поковки одной плавки стали, совместно про-шедшие термическую обработку	Предел теку-чести. Относительное сужение. Ударная вязкость	До 100 шт. –2 шт. св.100 шт. –1 %, но не менее 2 шт. (поковки с нижним и верхним пределами твердости)
–	100 %
V	1. Испытание на растяжение     2. Определение ударной вязкости     3. Определение твердости	Принимается индиви-дуально каждая поковка	Предел текучести Относительное сужение. Ударная вязкость	100 %
–
Примечания: 1. Поковками, совместно прошедшими термическую обработку в проходных печах, считаются поковки, последовательно загружаемые в печь без разрыва. 2. Потребитель имеет право назначать иные сочетания сдаточных характеристик для поковок IV и V групп, вместо установленных табл. 8. 3. Разрешается определение твердости поковок V группы производить на образцах для механических испытаний.

 

Приложение 5

Параметры кузнечных стальных слитков [3, с. 55….59]

Масса, т	Основные размеры, мм   Основны е размеры , мм
d1	d2	d3	d4	L	l1	l2
1,2
				Р85

Приложение 6

Признаки типов кузнечно-штамповочного производства

 

Годовой выпуск поковок, шт/год при массе	Число типоразмеров поковок, приходящихся на ед. оборудования	Тип произ-водства
мелких (до 1 кг)	cредних (1до10 кг)	тяжелых (10..до150кг)
< 2 500	< 10 000	< 1000	≥ 13	МС
2500…25 000	10 000…50 000		6…12	СС
>250 000	>50 000	> 5 000	1…5	КС, М
МС- мелкосерийное; СС – среднесерийное; КС – крупносерийное; М - массовое

 

Приложение 7

Длины горизонтальных отрезков (мм), образуемых нормальными штамповочными уклонами

Высота фигуры, мм	Штамповочные уклоны, …о
1,0	0,0175	0,0524	0,0875	0,1228	0,1763	0,2126	0,2679
1,5	0,02625	0,0785	0,13125	0,1842	0,2645	0,3189	0,4019
2,0	0,035	0,1048	0,175	0,2456	0,3526	0,4252	0,5358
2,5	0,04375	0,131	0,2188	0,307	0,4408	0,5315	0,6698
3,0	0,0525	0,1572	0,2625	0,3684	0,5289	0,6378	0,8037
3,5	0,06125	0,1834	0,3063	0,4298	0,6171	0,7441	0,9377
4,0	0,07	0,2096	0,350	0,4912	0,7052	0,8504	1,0716
4,5	0,07875	0,2358	0,3938	0,5526	0,7934	0,9567	1,2056
5,0	0,0875	0,262	0,4375	0,614	0,8815	1,063	1,3395
5,5	0,09625	0,2882	0,4813	0,6754	0,9697	1,1693	1,4735
	0,105	0,3144	0,525	0,7368	1,0578	1,2756	1,6074
	0,1225	0,3668	0,6125	0,8596	1,2341	1,4882	1,8753
	0,14	0,4192	0,70	0,9824	1,4104	1,7008	2,1432
	0,1575	0,4716	0,7875	1,1052	1,5867	1,9134	2,4111
	0,175	0,524	0,875	1,228	1,763	2,126	2,679
	0,21	0,6288	1,05	1,4736	2,1156	2,5512	3,2148
	0,245	0,7336	1,225	1,7192	2,4682	2,9764	3,7506
	0,28	0,8384	1,40	1,9648	2,8208	3,4016	4,2864
	0,315	0,9432	1,575	2,2104	3,1734	3,8268	4,8222
	0,35	1,048	1,75	2,456	3,526	4,252	5,358
	0,4375	1,31	2,1875	3,07	4,4075	5,315	6,6975
	0,525	1,572	2,625	3,684	5,289	6,378	8,037
	0,6125	1,834	3,0625	4,298	6,1705	7,441	9,3765
	0,7	2,096	3,5	4,912	7,052	8,504	10,716
	0,7875	2,358	3,9375	5,526	7,9335	9,567	12,0555
	0,875	2,62	4,375	6,14	8,815	10,63	13,395
	0,9625	2,882	4,8125	6,754	9,6965	11,693	14,7345
	1,05	3,144	5,25	7,368	10,578	12,756	16,074
	1,375	3,406	5,6875	7,982	11,4595	13,819	17,4135
	1,225	3,668	6,125	8,596	12,341	14,882	18,753
	1,3125	3,93	6,5625	9,21	13,2225	15,945	20,0925
	1,4	4,192	7,0	9,824	14,104	17,008	21,432
	1,4875	4,454	7,4375	10,438	14,9855	18,071	22,7715
	1,575	4,716	7,875	11,052	15,867	19,134	24,111
	1,6625	4,978	8,3125	11,666	16,7485	20,197	25,4505
	1,75	5,24	8,75	12,28	17,63	21,26	26,79

Схема проектирования поковок

№ п/п	Этапы проектирования	Что определяется	Источник информации
	Анализ технологичности кон-струкции детали. Выбор способа ГОШ	Конструктивные изменения в чертеже детали	Чертеж детали; ГОСТ 14.204 -73; 10, с. 188; п. 4.1; приложение 1
	Установление категории проч-ности поковки, группы испы-таний, вид исходной заготовки, типа производства	Категории проч-ности поковки, группы испыта-ний, вид исходной заготовки, тип производства	Технические тре-бования чертежа детали, техничес-кое задание на поковку; прило-жения 2…6
	Выбор положения и конфигурации плоскости разъема	Положение пло-скости разъема на контуре детали на чертеже	П. 3.1.
	Определение исходных класси-фикационных признаков (индек-сов) поковки и припусков	Группа материала; степень сложности; класс точности; припуски	П. 3.2
	Назначение кузнечных напусков и проектирование наметок и перемычек и назначение допусков и размеров поковки	Штамповочные уклоны, радиусы закругления, раз-меры наметок и перемычки, до-пуски на размеры	П. 3.3, 3.4, 3.5; приложение 7
	Оформление чертежа поковки, пример проектирования поковки	Правила выпол-нения чертежа; базы мехобработ-ки; составление тех. требований;	П. 3.6,4; Чертеж втулки
	Расчет размеров исходной заготовки для штампованной поковки, пример расчета заготовки под поковку втулки	По объему поко-вки – объем ис-ходной заготовки; отходы; диаметр и длина исходной заготовки	П.5

Составители: ШАРИФЬЯНОВ Фаудат Шарифьянович

МАРКЕЛОВ Александр Александрович

 

 

ПРОЕКТИРОВАНИЕ

ШТАМПОВАННЫХ ПОКОВОК, ПОЛУЧАЕМЫХ

НА МОЛОТАХ И КГШ П

 

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению практических занятий по дисциплине

«Технология конструкционных материалов»

 

 

Подписано в печать 25.10.2005. Формат 60х84 1/16.

Бумага офсетная. Печать плоская. Гарнитура Таймс.

Усл. печ. л. 2,0. Усл. кр. – отт. 1,0. Уч. – изд. л. 0,9.

Тираж 50 экз. Заказ №….

ГОУВПО Уфимский государственный авиационный

технический университет

Центр оперативной полиграфии УГАТУ

450000, Уфа-центр, ул. К. Маркса, 12