Анализ технологических свойств материала заготовки

Вал сошки, входящий в состав гидроусилителя рулевого механизма сочетает в себе требования, предъявляемые к технологии обработки валов, с одной стороны, и зубчатых колес с другой.

В качестве материала для изготовления вала сошки рулевого механизма управления принимается сталь 20Х2Н4А, которая сочетает в себе следующие качества:

- высокую прочность

- пластичность, вязкость и твердость при хорошей прокаливаемости;

Все это позволяет валу сошки хорошо сопротивляться действию статической нагрузки, ударам, изгибу и кручению и иметь достаточную выносливость при переменных нагрузках.

Таблица 3.3.1 - Химический состав стали 20Х2Н4А в процентном соотношении

Хром, находящийся в составе стали, увеличивает прокаливаемость. Карбиды способствуют высокой износостойкости. Марганец – относительно дешевый элемент, устраняет вредное действие серы и сильно увеличивает прокаливаемость стали, что видно из следующего сравнения:

Действие 1% марганца равноценно 4% никеля, который является дефицитным материалом.

Твердость по Бринеллю, не более: НВ 269.

Сталь 20Х2Н4А подвергается нитроцементации с последующей закалкой и отпуском, дает твердость HRC 56-62.

Эта сталь хорошо обрабатывается и штампуется, а это очень важно учесть при выборе получения заготовки.

Сталь 20Х2Н4А отвечает всем тем высоким требованиям, которые предъявляются к изготовлению вала сошки гидроусилителя руля.

Таблица 3.3.2 - Режимы Термообработки стали 20Х2Н4А

№ п/п	Наименование	Температура	Охлаждающая среда
	Отжиг	880-900	Атмосфера печи
	Нормализация	890-920	Воздух
	Высокий отпуск	640-700	Воздух
	Закалка	830	Масло
	Отпуск	500-650	Масло
	Цементация	900-950	Масло
	Закалка 1-ая	860	Масло
	Закалка 2-ая	780	Масло
	Отпуск	180	Воздух, масло

Относительное удлинение =9%

Относительное сужение при разрыве =45%

Ударная вязкость при подрезке оси образца равна =8

3.4 Выбор метода получения заготовки

Выбор вида заготовки и метода ее получения зависит от конструктивных форм детали и от ее назначения.

Исходя из назначения вала сошки, и его формы и размеров, а также годовой программы выпуска, в проекте принят способ получения заготовки методом штамповки на горизонтально-ковочной машине в закрытых штампах (с предварительным разогревом) с тремя ручьями, высадкой и обрубкой.

Этот метод обеспечивает возможность изготовления деталей сложной конфигурации со сравнительно высокой точностью и малыми припусками на механическую обработку, дает экономию металла и улучшает его структуру.

1. В заготовительном цехе на пресс ножницах производиться резка заготовок из стали 20Х2Н4А, диаметром мм и длиной мм.

Технические условия:

1) заусенец не более 4 мм;

2) косина среза до 3 мм.

2. Далее заготовка поступает в кузнечный корпус, где производиться:

а) нагрев заготовки в камерной печи при температуре 1230-1260°С;

б) высадка в трех ручьях с упором в клещи на горизонтально-ковочной машине:

Технические условия:

1) смещение по разъему не более 1 мм;

2) температура конца высадки не менее 1000°С.

в) нормализация;

Технические условия:

1) температура печи 930-950°С;

2) время пребывания в печи 200 мин;

3) охлаждающая среда - воздух.

г) отпуск;

Технические условия:

1) температура печи 630-660°С;

2) время пребывания в печи 560±20 мин;

3) охлаждающая среда - воздух.

д) заточка площадки для замера твердости на пресс - Бринеле, d=4,0... 4,8мм;

е) обрезка заусенца в холодном состоянии на обрезном прессе, заусенец не более 1 мм;

ж) очистка от окалины дробью в дробометном барабане;

з) холодная правка стержня в правочном штампе на падающем молоте;

Технические условия:

1) кривизна стержня не более 1 мм;

2) внешние дефекты допускаются глубиной не более 1 мм;

3) заусенец не более 1мм, кроме мест, оговоренных в чертеже.

Штамповка на горизонтально-ковочных машинах применяется для получения поковок путем высадки из пруткового материала в штампах с разъемными матрицами.

Этот метод характеризуется высокой производительностью, экономией металла в связи с ничтожными потерями на заусенец (не более 8-9-го класса). Исходным материалом для получения поковок обычно служит круглый прокат повышенной точности.

Повышение точности проката необходимо для того, чтобы избежать защемления его в плоскости разъема матриц.

Правильность выбранного метода получения заготовки определяется:

а) коэффициентом использования материала, который определяется отношением чистого веса детали к весу заготовки:

(3.4.1)

По базовой технологии 2,68/4,54=0,59

По проекту 2,68/3,85=0,7,

где - чистый вес детали, кг;

- вес заготовки по базовой технологии, кг;

- вес заготовки по проекту.

б) себестоимостью заготовки:

Стоимость 1кг заготовки определяется по формуле:

, (3.4.2)

где С_мт - стоимость горячей штамповки на ГКМ (18000 руб. за т.),

К_п - поправочный коэффициент, зависящий от программы выпуска, равен 0,8;

К_в - поправочный коэффициент, зависящий от веса штамповки, равен 1,0; К_с - поправочный коэффициент, зависящий от сложности штамповки, равен 1,0;

К_м - поправочный коэффициент, зависящий от материала штамповки, равен 1,03.

руб./кг.

Стоимость заготовки по базовому ТП:

(3.4.3)

руб.

Стоимость заготовки по проекту:

(3.4.4)

руб.

Годовая экономия металла:

а) в килограммах

(3.4.5)

б) в рублях

(3.4.6)

.

При штамповке с заусенцем, расчетное усилие определяем по формуле:

Р=5 ( 1 -0,001 D_n) (D_n+10)² ; (3.4.7)

D_n = l, 15 == l, 15 = 1,15 72,48 = 83,35 мм.

F_n=5253 мм² - площадь поковки в плоскости штамповки.

=11,8 кг/мм² - предел прочности материала при температуре окончания штамповки (t=1000°C).

P = 5 (l-0,001 83,35) (83,35+10)² l 1,8=471285,63 кг.

Принимаем ГКМ модели В1138 с усилием 630 тонн.

3.5 Выбор и обоснование технологических баз

Механическую обработку вала сошки можно подразделить на следующие стадии:

1) обработка шеек вала; (10, 15, 20, 25, 35, 110 операции).

2) обработка торцевого отверстия; (005, 40 операции).

3) обработка зубчатого сектора; (10, 30, 50, 55, 115 операции).

4) обработка шлицев и резьбы; (60, 70 операции).

Шейки вала обрабатывают точением и шлифованием.

Шейки обтачивают на токарном станке с ЧПУ. Этот способ обтачивания получает все более широкое применение.

Три шейки вала сошки шлифуют на двухкруговом круглошлифовальном станке.

Обтачивание и шлифовальное цилиндрических поверхностей вала производят в центрах. Центровые отверстия вала сошки являются технологическими базами, которые совпадают с конструкторской базой и формируются на первой операции механической обработки, где в качестве черновых баз используются шейки вала и внутренний торец сектора.

Торцевое отверстие со стороны короткой шейки детали окончательно обрабатывают на 3-х шпиндельном вертикально-сверлильном полуавтомате. Базирование заготовки производят по цилиндрической поверхности со стороны длинной шейки и по внутреннему торцу сектора.

Заготовку устанавливают во втулку с зазором, поэтому погрешность базирования на смещение оси обрабатываемого отверстия относительно оси вращения детали определяется, как половина величины зазора, что не выходит за поле допуска на диаметр отверстия.

Обработка зубчатого сектора включает обработку наружных поверхностей и обработку профиля зубьев.

Четыре плоские поверхности обрабатывают на двухрамном вертикальном протяжном полуавтомате. Деталь устанавливают в призмы с упором торца короткой шейки вала и с упором криволинейной боковой поверхности сектора. Шейки вала являются технологическими базами, а торец короткой шейки и криволинейная боковая поверхность сектора вспомогательными технологическими базами.

При обработке профиля зубьев зубчатого сектора в дипломном проекте предложен метод кругового протягивания с последующим шлифованием. Этот метод по сравнению с базовым методом нарезания зубьев червячными фрезами, полностью исключает погрешности базирования и обработки.

Заготовку устанавливают на центр со стороны длинной шейки и в цанговый патрон короткой шейкой с упором наружным торцем сектора и с упором плоской боковой поверхности зуба сектора. Таким образом, центровое отверстие и поверхность короткой шейки являются технологическими базами для обработки зубчатого сектора, а наружный торец сектора и плоская боковая поверхность зуба сектора - вспомогательными технологическими базами.

Эти базы позволяют обработать деталь с наибольшей точностью, так как все основные размеры по техническим чертежам заданы относительно оси детали.

Обработку шлицев производят на шлицефрезерном полуавтомате в центрах с дополнительным базированием по среднему зубу сектора. Этим достигается необходимая точность расположения впадины шлица относительно оси среднего зуба сектора. Технологическими базами являются центровые отверстия, вспомогательной базой - средний зуб сектора. Они совпадают с конструкторской базой и позволяют проводить точную механообработку.

Обработку резьбы производят на резьбонакатном полуавтомате. Заготовку устанавливают в призмы с упором в торец сектора. Шейки вала являются технологическими базами, а торец сектора - вспомогательной технологической базой.

Обработанные поверхности контролируют по тем же технологическим базам, по которым обрабатывают заготовки. Технологические базы совпадают с измерительными базами, что обеспечивает наибольшую точность обработки и измерений.