Объемная штамповка и обработка металлов резанием (стр. 5 из 10)
В общем случае исходной заготовки
Vз=K(Vп+Vпер+Vо), где K-коэффициент, учитывающий угар металла.
Vп – объём поковки, Vпер – объём перемычки, Vо – объём облоя.
При индукционном нагреве К=1,01
Vз= 1,01(Vп+Vпер+Vо)
Определение объёма поковки.
С учётом размеров поковки и их предельных отклонений, имеем:
1)D1=236,35 мм;
2)D2=198,65 мм;
3)d3=86,4 мм;
4) d4=39,8 мм;
5) h1=30,9 мм;
6)h2=18,9 мм;
7)h3=65,9 мм;
Объём венца поковки
V1=π(D12-D22)*h1/4=397996 мм3
Объём полотна
V2=π(D22-d32)*h2/4=474962 мм3
Объём ступицы
V3=π(d32-d42)*h3/4=304383 мм3
Общий объём поковки
Vп=V1+V2+V3=1177341 мм3=1177,3 см3
Масса поковки
Mп=ρVп=9241,8 г=9,2 кг.
Определение объёма перемычки.
Объём перемычки определяется по эскизу поковки.
Vпер = πdB2S/4=5838 мм3
Масса перемычки Mпер=0,04 кг.
Определение массы облоя.
Vo=K1PпS3, где
К1=0,55-коэффициент заполнения металлом облойной канавки;
Pп- периметр поковки по линии обреза облоя;
S3 – площадь поперечного сечения облойной канавки.
Для заготовки поковки колеса
Pп=πDп=738,2 мм
Тогда Vo=81608 мм3
Масса облоя Мо=0,635 кг.
Объём исходной заготовки под штамповку
Vз=1277,4 см3
Масса исходной заготовки
Мз = 10 кг.
Расчёт размеров исходной заготовки.
Диаметр исходной заготовки
Dзаг=1,083√Vз/2,3=88,7 мм.
По сортаменту выбираем заготовку ближайшего большего диаметра
Dзаг=90 мм.
Длина исходной заготовки
L=V3/F3, где F3 – площадь поперечного сечения заготовки
L=4V3/πDзаг2=200,8 мм.
Допуск на длину 0,8 мм.
Переходы штамповки.
Для рассматриваемого случая h4/h5>1,3 штамповку заготовки зубчатого колеса проводят за два перехода – осадку и окончательную штамповку.
На рисунке 3 изображены: а) исходная заготовка; б) заготовка после осадки; в) отштампованная заготовка.
Осадку заготовки рекомендуется производить до диаметра Do немного меньшего диаметра поковки D3=232 мм, поэтому диаметр заготовки после осадки примем Do=230 мм.
Рис.3. Переходы при штамповке поковки зубчатого колеса
Исходя из условия равенства объема металла исходной заготовки и её объёма после осадки
πDзаг2L/4=πD02h0/4
Определим высоту заготовки после осадки:
h0=4πDзаг2L/4πD02=30,6 мм.
Второй переход - окончательная штамповка – выполняется в чистовом ручье штампа.
Обрезку облоя и пробивку отверстия производят на прессе, используя для этой цели штамп последовательного или совмещённого действия.
Определение массы падающих частей молота.
Выбор оборудования.
Масса падающих частей молота при штамповке заготовки круглой в плане
Mм=10(1-0,005Dп)(1,1+2/Dп)2(0,75+0,001Dп2)Dпσв,
где Dп – диаметр поковки в см; σв=6 кг/мм2 – предел прочности деформируемого материала при температуре окончания штамповки.
Мм=1781,9 кг=1,8 т.
В соответствии с расчетом для штамповки заготовки зубчатого колеса по ОСТ 2КП12 – 1 – 87 выбираем паровоздушный молот с массой падающих частей 2 тонны.
2. Обработка металлов резанием
2.1 Введение
Обработка металлов резанием – технологические процессы обработки металлов путем снятия стружки, осуществляемые режущими инструментами на металлорежущих станках с целью придания деталям заданных форм, размеров и качества поверхностных слоев. Основные виды обработки металлов резанием: точение, строгание, сверление, развертывание, протягивание, фрезерование и зубофрезерование, шлифование, хонингование и др.. Закономерности обработки металлов резанием рассматриваются как результат взаимодействия системы станок – приспособление – инструмент – деталь. Любой вид обработки металлов резанием характеризуется режимом резания, представляющим собой совокупность следующих основных элементов: скорость резания u, глубина резания t и подача s. Скорость резания – скорость инструмента или заготовки в направлении главного движения, в результате которого происходит отделение стружки от заготовки, подача – скорость в направлении движении подачи. Например, при точении скоростью резания называется скорость перемещения обрабатываемой заготовки относительно режущей кромки резца (окружная скорость) в м/мин, подачей – перемещение режущей кромки резца за один оборот заготовки в мм/об. Глубина резания – толщина (в мм) снимаемого слоя металла за один проход (расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями, измеренное по нормали).
В разработку основ механики процесса резания большой вклад внесли русские ученые: И. А. Тиме, К. А. Зворыкин, А. А. Брикс, А. В. Гадолин, Я. Г. Усачев, А. Н. Челюсткин, И. М. Беспозванный, Г. И. Грановский, А. М. Даниелян, Н. Н. Зорев, А. И. Исаев, М. В. Касьян, А. И Каширин, В. А. Кривоухов, В. Д. Кузнецов, М. Н. Ларин, Т. Н. Лоладзе, А. Я. Малкин, А. В. Панкин, Н. И. Резников, А. М. Розенберг и другие.
В зависимости от условий резания стружка, снимаемая режущим инструментом (резцом, сверлом, протяжкой, фрезой и др.) в процессе обработки металлов резанием, может быть элементной, скалывания, сливной, надлома. Характер стружкообразования и деформации металла рассматривается обычно для конкретных случаев, в зависимости от условий резания; от химического состава и физико-механических свойств обрабатываемого металла, режима резания, геометрии режущей части инструмента, ориентации его режущей части инструмента, ориентации его режущих кромок относительно вектора скорости резания, смазывающе-охлаждающей жидкости и др.. Деформация металла в разных зонах стружкообразования различна, причем она охватывает также и поверхностный слой обработанной детали, в результате чего он приобретает наклеп и возникают внутренние (остаточные) напряжения, что оказывает влияние на качество деталей в целом.
В результате превращения механической энергии, расходуемой при обработке металлов резанием, в тепловую возникают тепловые источники (в зонах деформации срезаемого слоя, а также в зонах трения контактов инструмент – стружка и инструмент – деталь), влияющие на стойкость режущего инструмента (время работы между переточками до установленного критерия затупления) и качество поверхностного слоя обработанной детали. Тепловые явления при обработке металлов резанием вызывают изменение структуры и физико-механических свойств, как срезаемого слоя металла, так и поверхностного слоя детали, а также структуры и твердости поверхностных слоев режущего инструмента. Скорость резания свойства обрабатываемого металла существенно влияют на температуру резания в зоне контакта стружки с передней поверхностью резца. Тепловые и температурные факторы процессов обработки металлов резанием выявляются следующими экспериментальными методами: калориметрическим, при помощи термопар по изменению микроструктуры, при помощи термокрасок, оптическим, радиационным и др. Трение стружки и обрабатываемой детали о поверхности режущего инструмента, тепловые и электрические явления при обработке металлов резанием вызывают его изнашивание. Различают следующие виды износа: адгезионный, абразивно-механический, электродиффузионный. Характер изнашивания металлорежущего инструмента является одним из основных факторов, предопределяющих выбор оптимальной геометрии его режущей части.
Значительное влияние на обработку металлов резанием оказывают активные смазочно-охлаждающие жидкости, при правильном подборе, а также при оптимальном способе подачи которых увеличивается стойкость режущего инструмента, повышается допускаемая скорость резания, улучшается качество поверхностного слоя и снижается шероховатость обработанных поверхностей, в особенности деталей из вязких жаропрочных и тугоплавких труднообрабатываемых сталей и сплавов. Вынужденные колебания (вибрации) системы станок – приспособление – инструмент – деталь, а также автоколебания элементов этой системы ухудшают результаты обработки металлов резанием. Колебания обоих видов можно снизить, воздействуя на вызывающие их факторы – прерывистость процесса резания, дисбаланс вращающихся частей, дефекты в передачах станка, недостаточную жесткость и деформации заготовок и др.
Повышение производительности труда и уменьшение потерь металла (стружки) при обработке металлов резанием связано с расширением применения методов получения заготовок, форма и размеры которых максимально приближаются к готовым деталям. Это обеспечивает резкое сокращение (или исключает полностью) обдирочных (черновых) операций и приводит к преобладанию доли чистовых и отделочных операций в общем объеме обработки металлов резанием.
Дальнейшее направление развития обработки металлов резанием: интенсификация процессов резания, освоение обработки новых материалов, повышение точности и качества обработки, применение упрочняющих процессов, автоматизации и механизации обработки.
2.2 Основные типы токарных станков
Станки токарной группы наиболее распространены в машиностроении и металлообработке по сравнению с металлорежущими станками других групп. В состав этой группы входят токарно-винторезные, токарно-револьверные, токарно-карусельные, токарные автоматы и полуавтоматы и другие станки.
Токарно-винторезные станки предназначены для наружной и внутренней обработки, включая нарезание резьбы, единичных и малых групп деталей.
Токарно-револьверные станки предназначены для обработки малых и больших групп деталей сложной формы из прутка или штучных заготовок, требующих применения большого числа наименований инструмента.
Токарно-карусельные станки предназначены для обработки разнообразных по форме деталей, у которых диаметр намного больше длины. Эти станки отличаются от других токарных станков вертикальным расположением оси вращения планшайбы, к которой крепится обрабатываемая деталь.
Токарные автоматы предназначены для обработки деталей из прутка, а токарные полуавтоматы – для обработки деталей из прутка и штучных заготовок.