4. Индивидуальное задание

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА КОВКИ ДЕТАЛИ «ВАЛ»

Исходные данные:

чертеж детали «Вал»;

величина укова не менее 2,5;

материал – сталь 20Г.

4.1 Проектирование чертежа поковки

Данная деталь имеет более двух уступом, следовательно, за основное принимаем сечение наибольшего диаметра ( =900мм)

На рис. 4.1 представлена расчетная схема детали «Вал».

Рисунок 4.1 – Расчетная схема детали «Вал»

Таблица 4.1 – Сводная таблица принятых обозначений

Обозначение размера на детали	D1	D2	D3	D4	D5	D6	–
Величина, мм	1000	800	900	800	500	600	–
Обозначение размера на детали	L1	L2	L3	L4	L5	L6	L
Величина, мм	500	400	400	300	600	800	3000

Чертеж поковки получим по чертежу готовой детали для чего необходимо по ГОСТ 7062-79^* назначить припуски и предельные отклонения на соответствующие размеры детали.

Расчетная схема поковки детали «Вал» приведена на рис. 4.2.

Рисунок 4.2 – Расчетная схема поковки детали «Вал»

4.1.1 Назначение припусков и предельных отклонений на диаметры детали

Для D₁=1000 мм – δ₁/2=3211 мм.

Для D₂=800 мм – δ₁/2=3011 мм.

Для D₃=900 мм – δ₁/2=3111мм.

Для D₄=800 мм – δ₁/2=3011 мм.

Для D₅=500 мм – δ₁/2=2610 мм.

Для D₆=600 мм – δ₁/2=2810 мм.

Основным сечением будет являться ступень диаметром D₃, следовательно на диаметр D₁, D₂, D₄, D₅, D₆, необходимо назначить дополнительный припуск: δ_д1=0 мм, δ_д2=4 мм, δ_д4=8 мм, δ_д5=14 мм, δ_д6=12 мм.

4.1.2Назначение диаметра поковки (расчетного)

Для D_1п= D₁+δ_д1+ δ₁/2=1000+0+3211=1032 11 мм.

Для D_2п= D₂+δ_д2 + δ₁/2=800+4 +3011=834 11 мм.

Для D_3п= D₃ + δ₁/2=900+3111=93111 мм.

Для D_4п= D₄+δ_д4+ δ₁/2=800+8+3011=83811 мм.

Для D_5п= D₅+ δ_д5+ δ ₁/2=500+14+2610=54010 мм.

Для D_6п= D₆ +δ_д6+ δ₁/2=600+12+2810=64011 мм.

Назначение диаметра поковки (округленного)

Для D_1п= 103211 мм.

Для D_2п=83411 мм.

Для D_3п=93111 мм.

Для D_4п=83811 мм.

Для D_5п=54010 мм.

Для D_6п=640 11 мм

4.1.3 Назначение припусков и предельных отклонений на длины детали

На длину L₁=500мм.

(1,5δ₁+0,75δ₁)1,5₁/2=(1,532+0,7532)1,511=7216,5 мм.

Окончательно принимаем 7016,5 мм.

На длину L₂=400мм

(-0.75δ₂-0,75δ₁)1,5₁/2=-0.7530-0.75321,511=-47.2516,5 мм.

Окончательно принимаем -4516,5 мм.

На длину L₃=400мм

(0.75δ₂+0.75δ₂)1,5₁/2=0.7531+0.75311,511=46.516.5мм.

Окончательно принимаем 4516.5мм.

На длину L₄=300мм.

(0.75δ₂-0.75δ₃)1,5₁/2=0.7530-0.75311,511=-0.7516.5мм.

Окончательно принимаем 16.5мм.

На длину L₅ =600мм.

(-0.75δ₃+0.75δ₄)1,5₁/2=-0.7531+0.75301,511=-1.516.5мм.

Окончательно принимаем 16.5мм.

На длину L₆=800мм.

(-0.75δ₄+1,5δ₅)1,5₁/2=-0.7530+1,5261,511=19.516.5мм.

Окончательно принимаем 2016.5мм.

На длину L=3000мм.

(1,5δ₁+1,5 δ₅)1,5(₁/2+₅/2)=( 1,532+1,526)1,5(11+10)/2=9015.75мм.

Окончательно принимаем 9016мм.

4.1.4 Проверим выполнимость уступа на поковке

Для выполнимости уступа должно выполняется два условия:

(D_п-d_п)/2 > h_табл,

L > L_табл,

где D_п, d_п – наибольший и наименьший диаметр уступа соответственно, мм;

h_табл – минимально допустимая высота уступа, мм;

L–длина шейки вала, мм;

L_табл–минимально допустимая длина шейки вала, мм.

D_1п= 103211мм.

D_2п=83411мм.

h_табл=31мм.

Получим: (1032-935)/2=48.5 мм > 35 мм, следовательно, уступ выполним.

D_2п=83411 мм.

D_3п=93111 мм..

h_табл=33мм.

Получим: (834-931)/2=48.5 мм > 33 мм, L_2п =255 мм, L_табл =610 мм, следовательно, уступ не выполним.

D_3п=93111 мм.

D_4п=83810 мм.

h_табл=35мм.

Получим: (931-838)/2=46.5 мм > 35 мм, L_4п =500 мм, L_табл =550 мм, следовательно, уступ не выполним.

D_4п=83810 мм.

D_5п=54010 мм.

h_табл=30мм.

Получим: (838-540)/2=149 мм > 30 мм, L_5п =500 мм, L_табл =510 мм, следовательно, уступ не выполним.

D_5п=54010 мм.

D_6п=640 11 мм

h_табл=28мм.

Получим: (640-540)/2=50 мм > 28 мм, L_6п =850 мм, L_табл =410 мм, следова-

тельно, уступ выполним.

Расчетные размеры поковки сведем в виде табл. 4.2.

Таблица 4.2 – Окончательные размеры поковки вала

Обозначение размера на детали	D1п	D2п	–
Величина, мм	103011	834 11	–
Обозначение размера на детали	L1п	L2п	Lп
Величина, мм	220016.5	87016	309015

На основании данных табл. 4.2 выполним чертеж поковки вала (рис. 4.3).

4.1.5 Определение массы поковки вала

Определим массу напуска на торцевом скосе для диаметра D₁

Согласно [имеем:

Мс₁=0,2810^-6D_1п³=0,2810^-61030³=307,75кг.

Рисунок4.3 – Чертеж поковки детали «Вал»

Определим массу напуска на торцевом скосе для диаметра D₆

Согласно имеем:

Мс₂=0,2810^-6D_6п³=0,2810^-6640³=73.4 кг.

Определим массу напуска между уступами (галтель)

Согласно имеем:

Мн₁=0,1810^-6[D_1п-D_2п]²[D_1п+D_2п]=0,1810^-6[1030-640]²[1030+640]=75,3 кг

4.1.6 Определим объем поковки без учета торцевых скосов и галтели

V_пок^/=0,785(D_1п²L_1п+D_2п²L_2п);456.45

V_пок =0,785(1030²2200+640²870)=2111910620 мм³.

Тогда масса поковки составит:

М_пок=_стV_пок^/+( Мс₁+ Мс₂+ Мн₁)=7,8510^-6 2111910620+(307,75+73.4+75.3)=17034.9кг,

где _ст=7,8510^-6 кг/мм³ – плотность материала поковки.

4.1.8 Определим массу слитка

М_сл=(М_пок+М_отх)/КВГ,

где М_пок – масса поковки, кг;

М_отх – масса кузнечных отходов, кг;

М_отх=М_пр+М_дч+М_уг,

М_пр – масса отходов с прибыльной части слитка, кг;

М_дч – масса отходов с донной части слитка, кг;

М_уг – масса отходов на угар, кг;

КВГ – коэффициент выхода годного.

В табл. 4.3 приведены допустимые значения КВГ при получении поковок из обычных слитков.

Таблица 4.3 – Допустимые значения КВГ

	Масса поковки, т
	до 20	20-30	30-50	>50
Углеродистая, низколегированная	0,695	0,69	0,68	0,68
Среднелегированная	0,685	0,68	0,675	0,675
Высоколегированная	0,675	0,675	0,67	0,67

Принимаем КВГ=0,685

4.1.7Определим массу кузнечных отходов

М_отх=_стV_отх=7,8510^-688218880 =692.5 кг,

V_отх=0,16D_б³=0,16820³=88218880 мм³,

где D_б =820 мм – диаметр биллета (принять ориентировочно).

Получим:

М_сл=(17035+692.5)/0.685=18045,9 кг.

4.1.8 Назначаем параметры слитка

Принимаем стандартный слиток со следующими параметрами:

масса слитка – М_сл=19200 кг;

масса тела слитка – М_тела=0.785М_сл=0.78519200=15072 кг;

масса донной части – М_д.ч=0.031М_сл=0.03119200=595.2 кг; масса прибыльной части – М_пр=0.184М_сл=0.18419200=3532,8 кг.

После биллетировки размеры слитка принять следующими (рис. 4.4):

диаметр биллета – D_б =980мм;

тогда длина биллета составит – L_б =V_сл/(0,785D_б²)=(М_сл/_ст)/(0,785D_б²)= =(1920010⁶/7,85)/(0,7851030²)=2936.9 мм;

диаметр цапфы – d_ц = 500 мм;

длина цапфы – l_ц = 950 мм

Рисунок 4.4 – Слиток после биллетировки

4.1.9 Рассчитаем коэффициенты экономичности

Коэффициент выхода годного

КВГ=М_пок/М_сл=17034.9/19200=0.89.

Коэффициент весовой точности

КВТ=М_дет/М_пок=14428.3/17034.9=0.85.

где М_дет – масса детали, определяемая по формуле:

М_дет=_стV_дет=7,8510^-61838000000=14428.3 кг,

гдеV_дет=0,785(D₁²L₁+D₂²L₂+D₃²L₃+D₄²L₄+D₅²L₅+D₆²L₆) – объем детали.

V_дет=0,785(1000²500+800²400+900²400+800²500+500²600+600²800)=

=1838000000мм³

Коэффициент использования материала

КИМ=М_дет/М_сл=14428 /19200=0.75.

Рассчитаем баланс металла

Найдем массу годного остатка М_г.ост. При этом следует учесть потери на угар слитка М_уг. Согласно при нагреве слитков в методических газовых печах потери металла на угар составят 2%.

М_уг=0,02М_сл=0,0219200=384 кг.

Тогда масса годного остатка составит:

М_г.ост=М_сл-М_д.ч-М_пр-М_пок-М_уг=19200-595,2-3532,8-17034.9-384=1888.86 кг.

Составляющие баланса металла сведем в виде табл. 4.4.

Таблица 4.4 – Баланс металла слитка

Составляющие	Масса, кг	Масса, %
Слиток	19200	100
Поковка	17827.7	64,6
Годный остаток	1888,86	10,2
Прибыль	5393,04	19,54
Донная часть	938,4	3,4
Угар слитка	552	2

4.2 Разработка технологического процесса ковки вала

4.2.1 Определим необходимость операции осадка

Операция осадка не нужна, если выполняется следующее условие:

У_расч=F_б/F_пок^max > У_зад,

где У_расч – расчетное значение укова; F_б – площадь сечения биллетированного слитка, мм²; F_пок^max – площадь сечения поковки по наибольшему диаметру, мм².

F_б=0,785D_б²=0,7851120²=984704 мм²;

F_пок^max=0,785D_2п²=0,7851030²=836042,84 мм²;

У_зад=2,5 (см. исходные данные).

Получим: У_расч=984704/836042,84 =1.18 < У_зад=2,5, следовательно, операция осадки необходима.

4.2.2 Определим количество нагревов заготовки и температурный интервал ковки

Согласно рекомендациям назначаем I нагрев для следующей (примерной) схемы ковки: подкатка прибыли (цапфы), обкатка слитка (биллетировка), осадка, протяжка, отделка в меру.

Согласно рекомендациям назначаем следующий температурный интервал ковки:

температура начала ковки – 1300С;

температура окончания ковки – 700С.

4.2.3 Определение времени нагрева слитка под ковку

Согласно рекомендациям для слитка массой 27600 кг назначаем следующее время нагрева:

температура печи при посадке слитка – 1300С;

время нагрева до ковочной температуры –2 ч;

время минимальной выдержки при ковочной температуре – 4 ч;

время максимальной выдержки при ковочной температуре –7 ч;

общее время нагрева слитка с выдержкой – 6 ч.

4.2.4 Описание технологической схемы ковки