Технологический процесс термической обработки колеса зубчатого

1.2.2. Соответствие технологическим требованиям

С этой точки зрения сталь 30Х2НВФА удовлетворяет требованиям минимальной трудоемкости изготовления детали. Она обладает хорошей обрабатываемостью режущим инструментом, различными методами обработки давлением. Позволяет улучшать обрабатываемость предварительной термической обработкой (отжигом) и сформировать требуемые конечные свойства азотированием. Вышеперечисленное обеспечивает получение конструктивно прочной детали при наименьших затратах.

1.2.3. Соответствие  экономическим требованиям

Сталь 30Х2НВФА обеспечивает изготовление наиболее дешевой конструкции, способной эффективно и длительно работать в заданных эксплуатационных условиях. Относительно недорогая сталь, применение которой технически и экономически целесообразно и оправданно, т.к. она дает экономический эффект за счет повышения долговечности деталей, уменьшения массы конструкции, уменьшения расхода запасных частей и, таким образом, экономии металла.

Упрочняющая ХТО - Низкотемпературное газовое азотирование применяется для среднеуглеродистых легированных сталей. Азот образует с легирующими элементами устойчивые нитриды, которые придают поверхностному азотированному слою очень выскоую твердость. Азотирование применяется для упрочнения, повышения предела усталости и износостойкости, а также повышения коррозионной стойкости различных изделий (штамповый инструмент, распредвалы и др.)

 

2. Обоснование  способа получения заготовки

Заготовки для автомобильных  деталей серийного производства обычно выполняются штамповкой. Одним из производительных способов получения заготовок является штамповка на горизонтально-ковочных машинах (ГКМ), производительность до 400 поковок в час. Штамповкой на ГКМ получают поковки массой 0,1 – 100 кг с максимальным диаметром 315 мм. Кроме ГКМ в качестве оборудования для штамповки применяют молоты и прессы.

Допуски и припуски на поковки регламентируются ГОСТ 7505-89.

На ГКМ изготавливаются  следующие поковки: зубчатые колеса, шестерни, конические шестерни с валом; цилиндрические шестерни с валом, кольца, втулки, шестерни с фланцем и т. д.

В нашем случае, поковку  невозможно технологически выполнить  на ГКМ, поэтому необходимо выполнять штамповку на кривошипном прессе. На прессах штампуют детали весом до 200 кг типа плоских поковок, шестерен, крестовин, ступенчатых валов, валов-шестерен, поворотных кулаков, рычагов, шатунов, коленчатых валов и т.д. (рис. 6, [9])

 

3. Разработка  технологического маршрута изготовления  детали

Маршрут обработки - общий  план получения детали, начиная с  заготовительной операции и до окончательного получения детали с заданными размерами и техническими параметрами - можно представить в виде табл.1.

Таблица 1. Технологический маршрут изготовления детали

№ п/п	Операция	Цех (участок)	Оборудование	Инструмент
1	Заготовительная	Заготовительный	Пресс-ножницы	Нож
2	Изготовление заготовки (штамповка)	Кузнечный	Кривошипный пресс	Штамп
3	Черновая механическая обработка	Механический	Зубофрезерный станок	Фреза
4	Предварительная ТО -  нормализация	Термический	Нагревательная печь СН3-5.6.5,2/13	подвесные клещи на монорельсе
5	ХТО – азотирование, с последующей закалкой и низким отпуском	Термический	Нагревательная печь СШЦ-4.6/10,5	Корзина
6	Чистовая механическая обработка	Механический	Зубошлифовальный станок	Шлифовальный круг
7	Контроль	Лаборатория ОТК	Контроль твердос-ти, толщины слоя после ХТО	Прибор ТК (пресс Роквелла)

 

 

4. Разработка  чертежа заготовки:

Методика проектирования и разработки чертежа штампованной заготовки представлена в [9]. Конструирование поковки производится на базе чертежа готовой детали в соответствии с требованиями ГОСТ 7505–89. Контур готовой детали на чертеже (эскизе) вычерчивается штрихпунктирными линиями, а контур поковки должен быть вычерчен вокруг контура готовой детали сплошными линиями.

 

4.1. Определение класса точности  поковки

Класс точности поковки устанавливается в зависимости от технологического процесса обработки давлением и оборудования, используемого для ее изготовления (табл. 1), а также исходя из требований, предъявляемых к точности размеров поковки. Т.к. в нашем случае тип производства – серийный, точность размеров поковки – нормальная, а способ получения заготовки - штамповка на горизонтально-ковочных машинах (ГКМ), то по таблице 1 получаем, что класс точности поковки – Т5.

4.2-5. Определение группы стали, степени  сложности поковки, 

массы поковки и конфигурации поверхности разъема штампа

В соответствии с ГОСТ 7505–89 эти характеристики определяются по табл. 2.

Группа  стали зависит от содержания углерода и легирующих элементов и в нашем случае, т.к. сталь 30Х2НВФА, низколегированная, с массовой долей углерода до 0,35% включительно и суммарной массовой долей легирующих элементов до 5,0% включительно, группа стали – М2.

Степень сложности поковки С определяют путем вычисления отношения массы (объема) поковки M_п к массе (объему) M_ф геометрической фигуры, в которую вписывается поковка:

С = M_п / M_ф.

Различным степеням сложности  поковок соответствуют следующие  численные значения отношения С = M_п / M_ф:  С1 – свыше 0,63; С2 – свыше 0,32 до 0,63 включительно; С3 – свыше 0,16 до 0,32 включительно; С4 – до 0,16 включительно.

Для определения массы  поковки вначале необходимо рассчитать ее объем. Для чего необходимо условно разделить объем детали на несколько простых фигур:

1) кольцо с наружным  диаметром d₄, внутренним диаметром d₃ и высотой H3₃;

2) кольцо с наружным диаметром d₃, внутренним диаметром d₂ и высотой H₂ (1,7 см);

3) цилиндр с наружным  диаметром d₂,, внутренним диаметром d₁ и высотой H₁.

После вычисления объема каждой из этих фигур (объем  кольца определяется по формуле V=p ^· H ^· ((D_наружн)²–(D_внутр)²)/4, p=3,14) находится суммарный объем детали V_д.

V₁ = 3,14 • 2(11,5² – 3,2²) / 4 = 191,5557 см³

V₂ = 3,14 • 0,7(6,2² – 3,2²) / 4 = 15,4859 см³

V₃ = 3,14 • 1(5² – 3,2²) / 4 = 11,5866 см³

V₄ = 3,14 • 0,5(6,2² – 3,2²) / 4 = 11,0685 см³

V_д = V₁ + V₂ + V₃ = 229,6967 см³

По известному объему детали с учетом массовой плотности  стали (r = 7,8 г/см³ = 0,0078 г/мм³) определяется масса детали M_д:

M_д = r • V_д. = 229,6967 • 7,8 = 1791,63426 г

Затем определяется расчетная масса поковки M_пр. Расчетная масса поковки представляет собой массу металла, подвергаемого пластической деформации в процессе объемной штамповки. В эту массу не входит масса облоя. Расчетную массу поковки вычисляют по формуле

M_пр = M_д • K_р,

где K_р – расчетный коэффициент, устанавливаемый согласно ГОСТ 7505–89 по табл. 3. Т.к. заготовку шестерни получают объемной штамповкой, принимается K_р = 1,5.

M_пр = 1791,63426 • 1,5 = 2687,45139 г или 2,7 кг

Объем V_ф геометрической фигуры, в которую вписывается поковка:

V_ф = 3,14 • 4,2(11,5² – 3,2²) / 4 = 402,26697 см³

Масса M_ф геометрической фигуры, в которую вписывается поковка:

M_ф = r ^· V_ф. = 402,26697 • 7,8 = 3137,682366 г

Следовательно степень  сложности поковки будет определяться

С = M_пр / M_ф. = 2687,45139 /3137,682366 = 0,86

и, следовательно, соответствовать С1.

Поверхностью  разъема штампа называют поверхность, по которой соприкасаются между собой разъемные части штампа. Эта поверхность выбирается так, чтобы поковка свободно извлекалась из обеих половин штампа. С целью облегчения заполнения деформируемым металлом рабочей полости штампа желательно выбирать поверхность разъема штампа таким образом, чтобы внутренние полости штампа имели наименьшую глубину.

Учитывая характер конструкции  поковки, получаемой в данной лабораторной работе (см. рис. 1), целесообразно выбрать плоский разъем штампа.

 

4.6. Определение исходного индекса

Исходный индекс, необходимый  для последующего назначения припусков  и  допусков на размеры поковки, определяется в зависимости от массы поковки, группы стали, степени сложности и класса точности поковки.

В соответствии с ГОСТ 7505–89 исходный индекс назначается  по табл. 4, а методика пользования  этой таблицей показана в табл. 5.

Для определения исходного  индекса по табл. 4 в графе «Масса поковки» необходимо найти строку, соответствующую этой массе, и, смещаясь вправо по горизонтали или по утолщенным наклонным линиям вправо вниз, до пересечения с вертикальными линиями, соответствующими заданным величинам группы стали М, степени сложности поковки С и класса ее точности Т, определить величину исходного индекса (от 1 до 23).

У нас масса поковки - 2,7 кг, класс точности поковки – Т5, группа стали – М2, степень сложности поковки – С1, поэтому величина исходного индекса будет равна – 13.

4.7. Выбор припусков на механическую  обработку

Припуск – это слой металла, который будет удаляться при дальнейшей обработке поковки на металлорежущих станках с целью получения из нее готовой детали.

Припуск на механическую обработку включает основной, а также  дополнительный припуск, учитывающий  отклонения формы поковки. Все припуски назначаются на одну сторону номинального размера поковки. Это означает, что любой обрабатываемый наружный размер поковки увеличивается (внутренний уменьшается) по сравнению с соответствующим ему размером готовой детали на величину, равную двум припускам на сторону. В данном случае толщинами считаются размеры поковки, обозначаемые H₁, H₂, H₃ и H₄ (см. рис. 1) а размеры, обозначаемые d₁, d₂, d₃ и d₄ будут считаться диаметрами.

Основной припуск на сторону на механическую обработку  линейных размеров и шероховатости поверхности готовой детали определяется по табл. 6 и, при исходном индексе 13, размеры с учетом удвоенного припуска будут равны:

на диметры:

115мм припуск на сторону = 2,2мм

62мм припуск на сторону = 2мм                

42мм припуск на сторону =  2,2мм

20мм припуск на сторону =  1,9мм

Дополнительный припуск на сторону, учитывающий возможную изогнутость поковки и ее отклонения от плоскостности и прямолинейности, определяется по табл. 7.

на диметр 115 мм при Т5 припуск на сторону – 0,5мм          

 

4.8. Определение допусков на размеры  поковки.

Допуски на размеры поковки  при исходном индексе 4 назначаются  по табл. 8. Согласно ГОСТ 7505–89 разрешается округлять линейные размеры поковки с точностью до 0,5 мм. Допуски, взятые по табл. 8, для внутренних размеров поковки берутся с обратным знаком:

для диаметров:

115 мм допуск = 2,8 мм (отклонения верхнее + 1,8 мм, нижнее – 1,0 мм)=116,8

62 мм допуск = 2,5 мм (отклонения верхнее +1,6мм, нижнее - 0,9мм)

42 мм допуск = 2,5 мм (отклонения верхнее + 1,6 мм, нижнее – 0,9 мм)

20 мм допуск = 2,2 мм (отклонения верхнее + 1,4 мм, нижнее - 0,8 мм)

 

4.9. Выбор кузнечных напусков.

Под кузнечным напуском понимают дополнительный объем или  слой металла на обрабатываемых или  необрабатываемых резанием частях поверхности поковки, необходимый для осуществления формообразующих операций штамповки.

Кузнечные напуски на поковке могут быть образованы штамповочными уклонами, радиусами закруглений углов поковки и перемычками наметок отверстий, которые получают при дальнейшей обработке резанием. Все кузнечные напуски назначают сверх припуска на обработку резанием. Это повышает отход металла при механической обработке и утяжеляет поковку.

 

4.9.1. Выбор штамповочных уклонов

Для облегчения заполнения рабочей полости штампа деформируемым металлом и извлечения из нее поковки на боковых поверхностях ручья штампа необходимы штамповочные уклоны. Они назначаются сверх припусков.

Величина штамповочных уклонов в соответствии с табл. 9  (ГОСТ 7505–89) на наружной поверхности  равна 5 мм, поэтому на наружный диаметр поковки по периметру поковки будет 116,8 + 5 = 121,8 мм.

 

2.6.2. Определение штамповочных радиусов

Все пересекающиеся поверхности  поковок сопрягаются по радиусам. Это необходимо для лучшего заполнения внутренней полости штампа деформируемым металлом и предохранения его от преждевременного износа и поломок.