книги / Основы технологии машиностроения

Требования технологии сборки к конструкциям узлов и деталей

311

Гайки, расположенные на внутренних поверхностях деталей,

следует

шплинтовать;

гайки,

расположенные

на

наружных

по­

верхностях

деталей,

можно

ставить

с

пружинными

шайбами.

При монтаже подшипников качения на одном валу фиксировать

в осевом направлении только один из них,

обеспечивая остальным

возможность

переме­

щения при сборке в осевом направлении;

при

этом предпочтительнее тугую посадку приме­

нять

в соединении внутреннего кольца

с вра­

щающейся

деталью,

а скользящую посадку —

в соединении наружного кольца с неподвижной

деталью (фиг.

193).

требований

при

Соблюдение

изложенных

конструктивном оформлении

элементов машин

Фиг.

192.

Посадка

не

только

повышает

технологичность

кон­

струкции,

но

вместе

с

тем значительно улуч­

пальца

по

двум

кон­

центричным

поясам;

шает ее

эксплуатационные качества.

Техно­

размер Ь ушка 1

дол­

логичность

современных машин повышается

жен

быть

больше раз­

в ряде случаев за счет применения в них штам­

мера b i ушка 2 для

по-сварных конструкций, обладающих преиму­

обеспечения

последо­

вательно-параллель­

ществами

совместного

применения листовой

ного

соединения.

штамповки и сборки методом сварки.

Конструктивное оформление узлов любых сложных форм и любых размеров в подавляющем большинстве случаев без особых затрудне-

Фиг 193.	Сборка	узла с подшипниками	качения:
а — тугая'	посадка; Ь	— скользящая посадка;	s — зазор
в	начальный	момент соединения.

ний можно осуществить сваркой элементов, формы и размеры кото­ рых обеспечивают требуемую конфигурацию и диктуются техно­ логией производства. Сложные сварные конструкции могут сочетать элементы различных видов — штампованные, литые и из проката. При переходе с литых стальных заготовок на штампо-сварные может быть достигнуто снижение веса в среднем на 20—30%; при чугунном литье экономия металла будет еще больше.

312 Технологические требования к конструкциям деталей и узлов машин

Штампо-сварные элементы из толстолистового материала обеспе­ чивают возможность назначения необходимых припусков на обра­ ботку при тех же допусках на размеры заготовок, что и для штампо­ ванных поковок.

Возможность сочетания в одном узле сырых и термически обра­ ботанных деталей, а также возможность сочетания элементов из раз­ личных металлов открывает дополнительные возможности для кон­ структоров и технологов.

Технологическая классификация сварных конструкций ограни­ чивается тремя основными группами.

Первая группа — сварные конструкции, которые после сварки не подвергаются обработке резанием. Конструкции этой группы обычно применяются для элементов машин, имеющих свободные размеры. В некоторых случаях, при условии предварительной обработки деталей конструкции до сварки и обеспечения необхо­ димой точности сварки, эти конструкции применяются также для элементов машин, имеющих ограниченные допусками размеры. В частности, такое построение технологического процесса вполне оправдывается в условиях тяжелого машиностроения. Например, в целях разгрузки уникальных станков при изготовлении поворот­ ной платформы 14-кубового шагающего экскаватора, представляющей собой комбинированную с литьем металлоконструкцию, состоящую из трех секций общим весом 146 т , размерами в плане 20 X 12 м, был применен такой процесс. Втулки, являющиеся элементами поворотной платформы и связанные между собой межцентровыми расстояниями, обрабатывают окончательно на типовых (обычных) карусельных станках. Для обеспечения требуемых межцентровых

расстояний между втулками их сварку с платформой	производят
в специальном стенде, включающем забетонированные	подставки

и тумбы с установленными в них оправками, фиксирующими поло­ жение втулок в пластформе при сварке. Во избежание искажения формы отверстий у втулок при сварке сварные швы удаляют от отвер­ стия путем увеличения диаметра фланца втулки. Такое построение технологического процесса сократило цикл производства платформы на 28 суток, высвободило уникальный расточной станок со шпинде­ лем диаметром 250 мм и сократило межцеховую и внутрицеховую транспортировку тяжелых элементов конструкции [981.

Вторая группа — сварные конструкции, посадочные поверхности которых подвергаются после сварки только чистовой обработке резанием. Предварительная обработка деталей конструкции произ­ водится раздельно на обычных (не уникальных) станках, а чистовая обработка — совместно после сварки, чем достигается требуемое взаимное положение элементов, входящих в сварную конструкцию. В условиях тяжелого машиностроения такое построение техноло­ гического процесса в значительной степени уменьшает загрузку уникального оборудования, лимитирующего обычно программный ■выпуск цеха. При расчете припусков на чистовую обработку элемен­

	Требования технологии	сборки к конструкциям, узлов и деталей	313
тов	конструкции должны	быть учтены пространственные отклоне­
ния,	могущие возникнуть в процессе сварки.

Третья группа — сварные заготовки, черновая и чистовая обра­ ботка которых резанием производится после сварки. Такое построе­ ние технологического процесса применяется для конструкций, обра­ ботка которых не требует применения уникального оборудования.

На фиг. 194—196 приведены примеры сварных элементов машин. На фиг. 194 показан сварной узел автомобиля: подвеска рессоры / с запрессованной стальной втулкой 2 и окончательно обрабатанным пальцем 3 сваривается встык с флан-

Фиг. 194. Сварной	узел ав­	Фиг.	195. Сварной корпус редуктора.
томобиля.
цем кожуха задней	полуоси 4.	Такое	конструктивное решение зна­

чительно упрощает механическую обработку элементов сварной кон­ струкции, показанной на фиг. 194.

На фиг. 195 показан сварной корпус редуктора; опоры под вкла­ дыши подшипников обрабатываются предварительно до сварки; чистовое растачивание их производится в сваренном корпусе редук­ тора после фрезерования плоскостей сопряжения обеих половин корпуса. Такое построение технологического процесса значительно сокращает длительность цикла обработки на крупных станках и обе­ спечивает требуемую точность обработки.

На фиг. 196 показан сварной шкив; обработка ступицы и обода производится после сварки, что обеспечивает требуемую концентрич­ ность этих элементов шкива.

Не исключена возможность и целесообразность замены литых станин металлорежущих станков штампо-сварными констоукциями. При замене литых блока цилиндров автомобильного двигателя и его головки штампо-сварно-паяными конструкциями можно ожидать уменьшения веса этих элементов автомобильного двигателя на 30%

и снижения трудоемкости процессов их изготовления				на 26% [95].
Общие технологические		требования к	сварной	конструкции
можно сформулировать в следующем виде			[941.
1.	Необходимость при конструировании учитывать общую схему
технологического процесса		(применительно	к классификационной

314 Технологические требования к конструкциям деталей и узлов машин

группе сварной конструкции) и предусматривать применение рацио­

нальных способов сварки.
2.	Доведение до минумума объема сварочных работ путем умень­
шения количества деталей в сварном узле посредством замены пакета
			тонких листов одним толстым
			листом (фиг.				197, а),			приме­
			нения	гибки			взамен			сварки
			(фиг. 197, б), применения при
			штамповании формоизменяю-
			щих	операций				вместо			раз­
			делительных				(фиг.		197, в),
			заменьь			приваренных					ребер
			жесткости выштампованными
			усилениями (фиг. 197, г); при­
			менения минимальных								углов
			разделки			кромок,			обеспечи­
			вающих			полный			провар,
			а также соединений						без скоса
			кромок;			проектирования сое­
			динений без накладок								и при
			минимальном сечении								швов
	Фиг. 196. Сварной	шкив.	за счет		применения электро­
лов,	обеспечивающих	высокую	дов и присадочных материа-
			прочность	соединений.							вызывае­
3.	Доведение до минимума деформаций и напряжений,
мых сваркой, путем: а) уменьшения количества сварных швов и объема
			наплавленного				металла; б) сим­
			метричного			расположения швов
			относительно				центра		тяжести
			свариваемого элемента; в) недо­
			пущения		скученного				располо­
			жения сварных				швов с			частям
			их пересечением;					г) расположе­
			ния швов, допускающего сборку
			всего узла до начала его сварки.

Ь ---	\ j I • ^
г)	О)
Фиг 197. Способы уменьшения объема
сварочных работ.	Фиг. 198. Варианты приварки втулок.

4. Предохранение обработанных поверхностей деталей от повреж­ дения при сварке путем размещения сварных швов на достаточном расстоянии от обработанных поверхностей. В частности, например,

Технологические требования к конструкциям деталей машин

3 15

при сварке втулки по фиг. 198, а, форма ее отверстия будет нару­ шена, как показано штрих-пунктиром; конструкция втулки с фланцем, показанная на фиг. 198, б, позволяет отдалить сварной шов и пре­ дохраняет отверстие втулки от искажений.

5. Размещение всех ответственных швов, допускающее в закон­ ченной конструкции их осмотр и контроль.

Здесь рассмотрены лишь общие требования, предъявляемые тех­ нологией производства к конструктивному оформлению элементов машин. Некоторые специальные требования и примеры приведены нами главным образом в качестве иллюстрации тех или иных общих положений.

§ 2 . Т Е Х Н О Л О Г И Ч Е С К И Е Т Р Е Б О В А Н И Я , П Р Е Д Ъ Я В Л Я Е М Ы Е К К О Н С Т РУ К Т И В Н О М У О Ф О РМ Л Е Н И Ю Д Е Т А Л Е Й М А Ш И Н

Общие направления при конструировании деталей машин соответствующие технологическим требованиям.

Требования, предъявляемые к конфигурации заготовок и деталей машин, изго­ товляемых из профильного проката, профильным волочением, свободной ковкой, горячей штамповкой на молотах, прессах и горизонтально-ковочных машинах, холодной высадкой, листовой штамповкой, литьем.

Общие требования, предъявляемые технологией механической обработки к кон­ структивному оформлению деталей машин. Технологические требования, предъ­ являемые к элементарным поверхностям деталей машин: наружным поверхностям вращения, торцовым поверхностям, отверстиям, резьбовым поверхностям, плоско­ стям, фасонным поверхностям, пазам и гнездам.

Возможность и целесообразность применения тех или иных тех­ нологических методов определяется в ряде случаев конструкцией деталей машин; особенно это относится к высокопроизводительным технологическим методам.

Таким образом, технология производства предъявляет ряд тре­ бований к конструктивному оформлению деталей машин. Соблюде­ ние этих требований исключает или по крайней мере уменьшает производственные трудности, сокращает длительность цикла про­ изводства, повышает производительность труда и снижает себестои­ мость деталей машин. Эти требования диктуются как технологией производства черных заготовок, так и технологией их последующей обработки.

Конструирование является творческим процессом, поэтому дать общие для всех случаев правила конструирования деталей машин, отвечающие требованиям технологии производства, не представляется возможным, тем более, что конструкция детали диктуется ее слу­ жебным назначением. Общие направления решения этой задачи можно сформулировать следующим образом.

Конфигурация детали должна представлять собой сочетание простых геометрических форм, обусловливающих возможность при­

316 Технологические требования к конструкциям деталей и узлов машин

менения высокопроизводительных методов производства и преду­ сматривать удобную, надежную базу для установки заготовки в про­ цессе ее обработки; в тех случаях, когда поверхности детали не обес­ печивают такой базы, должны быть предусмотрены специальные элементы (приливы, бобышки, отверстия и т. п.), служащие для базирования и закрепления заготовки; при необходимости эти эле­ менты могут быть удалены после обработки.

Заданные точность и чистота поверхностей детали должны быть строго обоснованы служебным ее назначением, так как необоснованно повышенные требования к точности и чистоте вынуждают к введению в технологический процесс дополнительных операций, удлиняют цикл обработки, увеличивают трудоемкость процесса обработки и повы­ шают себестоимость детали.

Широкое использование стандартизации и унификации как в отношении деталей в целом, так и в отношении элементов деталей машин обусловливают уменьшение трудоемкости процессов произ­ водства и снижение себестоимости деталей машин в связи с увеличе­ нием серийности выпуска и унификацией станочных наладок.

Переходя к технологическим требованиям, предъявляемым заго­ товительными процессами, можно рекомендовать руководствоваться следующими соображениями.

В условиях крупносерийного и массового производства оправ­ дывается применение специального профильного и периодического проката, в значительной степени сокращающего механическую обра­ ботку, а в ряде случаев почти полностью ее исключающего. Специ­ альный профильный прокат целесообразно в ряде случаев приме­ нять при штамповании в целях сокращения заготовительных ручьев и повышения производительности труда.

Заготовки профильного сечения, не требующие обработки, могут быть получены на машиностроительном заводе методом холодного волочения из сортового проката.

При выполнении заготовок свободной ковкой следует• избегать пересечений цилиндрических элементов между собой (фиг. 199) и цилиндрических с призматическими элементами (фиг. 200) в связи с трудностью выполнения таких сочетаний свободной ковкой; в этом случае детали должны быть конструктивно оформлены по фиг. 201 вместо фиг. 199 и по фиг. 202 вместо фиг. 200. Следует также избе­ гать ребристых сечений, так как ребра жесткости неприемлемы в поковках, получаемых свободной ковкой, а равно избегать бобы­ шек, платиков, выступов на основных поверхностях поковки (напри­ мер, бобышек а на фиг. 203) и выступов внутри развилин у вильча­ тых деталей (например, выступов а на фиг. 204).

В первом случае (фиг. 203) вместо бобышек надо предусмотреть цилиндрическое зенкование отверстий; во втором случае (фиг. 204) вместо внутренних выступов можно развить наружные выступы.

Детали, сложная конфигурация которых не поддается упроще­ нию в цельном виде, целесообразно в ряде случаев заменять узлами,

Технологические требования к конструкциям деталей машин

317

Фиг. 199. Трудновыполнимое	Фиг. 200.	Трудновыполнимое
при свободной ковке сочетание	при свободной ковке сочетание
цилиндрических элементов.	цилиндрических и призматиче­
	ских	элементов.

Фиг. 201.	Приемлемая при	Фиг 202.	Приемлемая при
свободной	ковке конфигура­	свободной	ковке конфигура­
ция	заготовки.	ция	заготовки.

Фиг	203. Неприемлемая	Фиг 204.	Внутренние вы­
при	свободной ковке	ступы а,	крайне усложняю­
вследствие наличия бобы­		щие процесс свободной ковки.
шек а конфигурация
	заготовки.

318 Технологические требования к конструкциям деталей и узлов машин

состоящими из более простых элементов, выполняемых сваркой, или сборными.

Для деталей, изготовляемых из поковок, штампуемых на молотах и прессах, рекомендуется руководствоваться следующими указа­ ниями.

Геометрическая форма штампуемой поковки должна обеспечи­ вать возможность свободного извлечения поковки из штампа. Боко­

вые	поверхности	поковки должны		иметь штамповочные уклоны
			в направлении,			перпендикулярном		к по­
			верхности разъема штампа. В зависимости
			от отношения		высоты		стенки к ее ширине
			штамповочные уклоны				принимают 5—15°
			для наружных			стенок и 7—15° для		внут­
			ренних стенок			при отсутствии выталкива­
			телей; 2—10°для наружных стенок и 3—
			12° для внутренних стенок при наличии
			выталкивателей			199 [.
			Переходы		от одной необрабатываемой
			поверхности		к	другой должны осуществ­
Фиг	205. К выбору	радиуса	ляться с закруглениями. Острые углы по
закругления у обработанной			условиям технологии				горячей штамповки
	детали.		недопустимы.		Радиусы загруглений			вну­
			тренних,	т.	е. входящих углов должны

быть больше радиусов закруглений наружных, т. е. исходящих углов, во избежание брака при штамповании и в целях повышения стойкости штампа. В зависимости от высоты и отношения высоты

'к ширине элемента, радиусы закруглений принимают 1,5—12,5 мм для наружных (исходящих) углов и 4—45 мм для внутренних (входящих) углов [99 [.

На сопряжениях обрабатываемых поверхностей детали также следует предусматривать достаточные радиусы закруглений или фаски. При этом должно быть соблюдено условие (фиг. 205)

		гд> гn — zH,
где гд — радиус	закруглений		у	обработанной детали;
гп — радиус	закруглений		у	черной поковки;
гн — номинальный		припуск		на обработку.
Несоблюдение	этого	условия приводит к необходимости увели­
чения припуска	по сопрягаемым поверхностям поковки в целях

обеспечения нормального припуска для получения заданного радиуса закругления у обработанной детали.

Если вместо радиуса закругления применяется фаска, то она должна вписываться в дугу, очерченную радиусом закругления.

Резкая разница в площадях поперечных сечений детали на раз­ личных участках ее длины недопустима, так как затрудняет штам­ повку и сопряжена с повышенным браком по зажимам и незаполнению фигуры штампа.

Технологические требования к конструкциям деталей машин

3 1 9

Тонкие стенки в штампуемой детали уменьшают стойкость штампа вследствие быстрого остывания и повышения сопротивления дефор­ мации, а также обусловливают недоштамповку и вызывают повы­ шение брака. Тонкие элементы детали, примыкающие к плоскости разъема, обусловливают большой отход металла и повышенный брак по незаполнению фигуры при штамповке, а также по скалываниюпри холодной обрезке заусенца.

Симметричная форма детали относительно плоскости разъема и симметричные уклоны выступающих стенок упрощают изготовле-

Фиг	206. Цельноштампованная (а)		и свар­	Фиг. 207. Пример целесообразной за­
ная	(б) конструкции одного и того же эле­			мены сварной	конструкции		цельно­
	мента машины.			штампованной деталью.
ние	штампов,	упрощают	процесс	штамповки	и	снижают	брак
по	смещению	штампов; асимметричность фигуры				и неодинако­
вые	уклоны	к плоскости	разъема приводят		к	возникновению

силы, стремящейся сдвинуть одну половину штампа относительно другой.

Размеры бобышек, в которых производится сверление и после­ дующая обработка отверстия, определяют исходя из минимальной толщины стенки после обработки отверстия и возможного смещения штампов ь, в ряде случаев овальные бобышки в направлении смеще­ ния обеспечивают возможность выдержать минимальную толщину стенки после обработки отверстия.

Детали цельной конструкции в ряде случаев целесообразно заменять сварными узлами в целях экономии металла и упрощения

штамповки;	например, сварной		узел по фиг.	206 вместо	цельно­
штампованной заготовки		дает	значительную	экономию	металла
и упрощает	штамповку.	Однако необходимо проверять в каждом

конкретном случае целесообразность такой замены, так как в неко­ торых случаях цельноштампованная заготовка оказывается более

удобной	в производстве и более дешевой (например, для рычага
по фиг.	207).

1 Величины смещения штампов см. в ГОСТе 7505-55.

320 Технологические требования к конструкциям деталей и узлов машин

При конструировании поковок, штампуемых на горизонтально­ ковочных машинах, рекомендуется руководствоваться следующими соображениями [99 [.

На горизонтально-ковочных машинах можно штамповать разно­ образные по конфигурации заготовки, но наиболее подходящими для этого вида штамповки являются детали, представляющие собой тела вращения правильной геометрической формы с фланцами, буртами, сквозными или несквозными отверстиями. Толщина стенок деталей с. глубокими сквозными или глухими отверстиями должна быть не менее 0,15 наружного диаметра детали.

Сужения в продольном сечении детали затрудняют течение металла при штамповании, поэтому их следует избегать.

Хвостовики конической формы также затрудняют штамповку, поэтому их следует делать цилиндрическими.

Фланцы на конце или посередине детали должны иметь объем, не превышающий объем стержня данного диаметра d при длине стержня 10—12 d.

Штамповочные уклоны этого вида поковок могут быть очень небольшими: на высаживаемых в полости пуансона цилиндрических участках поковки длиной более половины их диаметра 0,5°; на бур­ тах, формуемых в круговых впадинах матриц, 0,5—1,5°; на стенках глухих отверстий длиной пять и более диаметров 0,5—3°

Переходы от одной поверхности к другой должны осуществляться

с закруглениями радиусом 1,5—2 мм.
Холодной	высадкой получают крепежные и другие подобные
им детали из	углеродистых и легированных сталей с твердостью
в отожженном	состоянии Нв = 120 ч- 207 [971.

Для холодной высадки применяют калиброванную проволоку или калиброванный пруток. Высаживаемые элементы детали должны иметь по возможности простую форму при минимальном ее объеме и диаметре. В целях повышения стойкости холодновысадочных штампов не следует без необходимости ужесточать допуски на выса­ живаемые элементы. Переходы от одной поверхности к другой должны осуществляться с закруглениями радиусом не менее 0,2 мм.

Для	деталей,	получаемых	листовой	штамповкой,	целесооб­
разно руководствоваться следующими указаниями [96].					материалы
Для	листовой	штамповки	применяют	в основном

в виде ленты, полосы и листа. Ленту обычно применяют для тонких деталей (2,0—2,5 мм толщины), полосу — для деталей более 2,5 мм толщины, лист — в тех случаях, когда габариты детали не вписы­ ваются в ленту или полосу.

Ребра жесткости, отбортовки и другие конструктивные эле­ менты, выполняемые листовой штамповкой, в целях экономии металла позволяют в ряде случаев уменьшить толщину материала. Применением сварки можно также получить значительную экономию металла; на фиг. 208 и 209 даны примеры применения сварки в целях экономии металла.