Разработать технологический процесс изготовления детали - тяга

Деталь должна изготавливаться с оптимальными трудовыми и материальными затратами. На трудоемкость изготовления детали оказывает особое влияние ее конструкция и технические требования на изготовление.

Оценку технологичности конструкции детали проводим по качественным и количественным показателям.

Качественная оценка:

- все поверхности детали относительно легко доступны для обработки, сложность может возникнуть с установкой детали для обработки резьбового отверстия Ø16 мм;

- невозможна обработка нескольких поверхностей одновременно;

- имеются достаточные запасы для выхода (перебега) инструментов;

- глухое резьбовое отверстие Ø16 мм не имеет канавки для выхода инструмента;

- резьбовая поверхность Ø20 мм имеет канавку для выхода режущего инструмента;

- допуск формы цилиндрической поверхности Ø25 мм определяется 9 квалитетом h8 на диаметр, и к шероховатости поверхности предъявляются высокие требования Ra 2,5;

- соблюдается требование кротчайших размерных путей;

- возможно, обрабатывать поверхности проходными резцами;

- требования по биению 0,05 мм;

- жесткость вала не достаточна для получения необходимой точности обработки (соотношение длины к диаметру 14,2 > 12 предельной для квалитетов 6-9).

Количественная оценка:

- Коэффициент использования металла:

где М_дет = 1,25 кг – масса детали по чертежу; М_заг = π · r² · l · ρ – масса исходной заготовки, кг. Должен быть 0,6…0,7.

- Коэффициент унификации конструктивных элементов детали (фасок):

где n_i – число унифицированных элементов детали, шт.; N – общее число конструктивных элементов данного вида. Должен быть 0,4…0,6.

- Коэффициент точности изготовления детали:

где n_i – число поверхностей одного квалитета IT, шт.; N – общее число поверхностей с нормируемой точностью. Показывает сложность изготовления детали. Менее 8 – высокая точность.

- Коэффициент шероховатости поверхности:

где n_i – число поверхностей одной шероховатости Ra, шт.; N – общее число поверхностей с нормируемой шероховатостью. Показывает сложность обработки. 1…2,5 – нормальные требования.

В целом деталь является технологичной, обработка поверхностей возможна на универсальных станках. Можно было в глухом отверстии с резьбой Ø16 мм сделать канавку для выхода инструмента.

Материал, из которого изготавливается деталь, определяет три важных момента при проектировании технологического процесса:

1)  способ получения заготовки;

2)  возможность обработки на интенсивных режимах;

3)  включение в техпроцесс операций термической обработки для снятия остаточных напряжений и получения заданной твердости.

Сталь 45 ГОСТ 1050-74 конструкционная углеродистая качественная. Заменители: 40Х, 50, 50Г2. Сталь 45 применяется: для изготовления вал-шестерней, коленчатых и распределительных валов, шестерней, шпинделей, бандажей, цилиндров, кулачков и других нормализованных, улучшаемых и подвергаемых поверхностей термообработке детали, от которых требуется повышенная прочность.

Данная сталь хорошо подходит для изготовления тяги.

Таблица 2.1.

Химический состав

Химический элемент	%
Кремний (Si)	0,17-0,37
Медь (Cu), не более	0,25
Мышьяк (As), не более	0,08
Марганец (Mn)	0,50-0,80
Никель (Ni), не более	0,25
Фосфор (P), не более	0,035
Хром (Cr), не более	0,25
Сера (S), не более	0,04

Таблица 2.2.

Механические свойства при повышенных температурах

t испытания, °C	s0,2, МПа	sB, МПа	d5, %	d, %	y, %	KCU, Дж/м2
Нормализация
200	340	690		10	36	64
300	255	710		22	44	66
400	225	560		21	65	55
500	175	370		23	67	39
600	78	215		33	90	59
Образец диаметром 6 мм и длиной 30 мм, кованый и нормализованный. Скорость деформирования 16 мм/мин. Скорость деформации 0,009 1/с.
700	140	170	43		96
800	64	110	58		98
900	54	76	62		100
1000	34	50	72		100
1100	22	34	81		100
1200	15	27	90		100

Таблица 2.3.

Механические свойства проката

Термообработка, состояние поставки	Сечение, мм	sB, МПа	d5, %	d4, %	y, %
Сталь горячекатаная, кованая, калиброванная и серебрянка 2-й категории после нормализации	25	600	16		40
Сталь калиброванная 5-й категории после нагартовки		640	6		30
Сталь калиброванная и калиброванная со специальной отделкой после отпуска или отжига		<590			40
Листы нормализованные и горячекатаные	80	590	18
Полосы нормализованные или горячекатаные	6-25	600	16		40
Лист горячекатаный	<2	550-690		14
Лист горячекатаный	2-3,9	550-690		15
Лист холоднокатаный	<2	550-690		15
Лист холоднокатаный	2-3,9	550-690		16

Таблица 2.4.

Механические свойства поковок

Сечение, мм	s0,2, МПа	sB, МПа	d5, %	y, %	HB
Нормализация
100-300	245	470	19	42	143-179
300-500	245	470	17	35	143-179
500-800	245	470	15	30	143-179
<100	275	530	20	44	156-197
100-300	275	530	17	34	156-197
Закалка. Отпуск
300-500	275	530	15	29	156-197
Нормализация. Закалка. Отпуск.
<100	315	570	17	39	167-207
100-300	315	570	14	34	167-207
300-500	315	570	12	29	167-207
<100	345	590	18	59	174-217
100-300	345	590	17	54	174-217
<100	395	620	17	59	187-229

Таблица 2.5.

Механические свойства в зависимости от температуры отпуска

t отпуска, °С	s0,2, МПа	sB, МПа	d5, %	y, %	KCU, Дж/м2	HB
Закалка 850 °С, вода. Образцы диаметром 15 мм
450	830	980	10	40	59
500	730	830	12	45	78
550	640	780	16	50	98
600	590	730	25	55	118
Закалка 840 °С, вода. Диаметр заготовки 60 мм
400	520-590	730-840	12-14	46-50	50-70	202-234
500	470-520	680-770	14-16	52-58	60-90	185-210
600	410-440	610-680	18-20	61-64	90-120	168-190

Таблица 2.6.

Механические свойства в зависимости от сечения

Сечение, мм	s0,2, МПа	sB, МПа	d5, %	y, %	KCU, Дж/м2
Закалка 850 °С, отпуск 550 °С. Образцы вырезались из центра заготовок.
15	640	780	16	50	98
30	540	730	15	45	78
75	440	690	14	40	59
100	440	690	13	40	49

Таблица 2.7.

Технологические свойства

Температура ковки

Начала 1250, конца 700. Сечения до 400 мм охлаждаются на воздухе.

Свариваемость

Трудносвариваемая. Способы сварки: РДС и КТС. Необходим подогрев и последующая термообработка.

Обрабатываемость резанием

В горячекатаном состоянии при НВ 170-179 и sB = 640 МПа Ku тв.спл. = 1, Ku б.ст. = 1.

Склонность к отпускной способности

Не склонна.

Флокеночувствительность

Малочувствительна.

Таблица 2.8.

Температура критических точек

Критическая точка	°С
Ac1	730
Ac3	755
Ar3	690
Ar1	780
Mn	350

Таблица 2.9.

Ударная вязкость, KCU, Дж/см²

Состояние поставки, термообработка	+20	-20	-40	-60
Пруток диаметром 25 мм. Горячекатаное состояние.	14-15	10-14	5-14	3-8
Пруток диаметром 25 мм. Отжиг	42-47	27-34	27-31	13
Пруток диаметром 25 мм. Нормализация	49-52	37-42	33-37	29
Пруток диаметром 25 мм. Закалка. Отпуск	110-123	72-88	36-95	31-63
Пруток диаметром 120 мм. Горячекатаное состояние	42-47	24-26	15-33	12
Пруток диаметром 120 мм. Отжиг	47-52	32	17-33	9
Пруток диаметром 120 мм. Нормализация	76-80	45-55	49-56	47
Пруток диаметром 120 мм. Закалка. Отпуск	112-164	81	80	70

Таблица 2.10.

Предел выносливости

s-1, МПа	t-1, МПа	sB, МПа	s0,2, МПа
245	157	590	310
421		880	680
231		520	270
331		660	480

Таблица 2.11.

Прокаливаемость

Закалка 850 С. Твердость для полос прокаливаемости HRCэ (HRB).

Расстояние от торца, мм / HRC э
1.5	3	4.5	6	7.5	9	12	16.5	24	30
50.5-59	41.5-57	29-54	25-42.5	23-36.5	22-33	20-31	(92)-29	(88)-26	(86)-24

Термообработка	Кол-во мартенсита, %	Крит.диам. в воде, мм	Крит.диам. в масле, мм
Закалка	50	15-35	6-12

Таблица 2.12.

Физические свойства

Температура испытания, °С	20	100	200	300	400	500	600	700	800	900
Модуль нормальной упругости, Е, ГПа	200	201	193	190	172
Модуль упругости при сдвиге кручением G, ГПа	78			69		59
Плотность, pn, кг/см3	7826	7799	7769	7735	7698	7662	7625	7587	7595
Коэффициент теплопроводности Вт/(м ·°С)		48	47	44	41	39	36	31	27	26
Температура испытания, °С	20- 100	20- 200	20- 300	20- 400	20- 500	20- 600	20- 700	20- 800	20- 900	20- 1000
Коэффициент линейного расширения (a, 10-6 1/°С)	11.9	12.7	13.4	14.1	14.6	14.9	15.2
Удельная теплоемкость (С, Дж/(кг · °С))	473	498	515	536	583	578	611	720	708

Вид поставки: Обработка металлов давлением: Поковки ГОСТ 8479-70, ОСТ 5Р.9125-84, СТ ЦКБА 010-2004; Сортовой и фасонный прокат: ГОСТ 5422-73, ГОСТ 8239-89, ГОСТ 8240-97, ГОСТ 8278-83, ГОСТ 8281-80, ГОСТ 8282-83, ГОСТ 8283-93, ГОСТ 8319.0-75, ГОСТ 8319.2-75, ГОСТ 8319.5-75, ГОСТ 8319.6-75, ГОСТ 8319.8-75, ГОСТ 8319.11-75, ГОСТ 8319.12-75, ГОСТ 8320.0-83, ГОСТ 8509-93, ГОСТ 8510-86, ГОСТ 9234-74, ГОСТ 11474-76, ГОСТ 12492.8-90, ГОСТ 2590-2006, ГОСТ 2591-2006, ГОСТ 2879-2006, ОСТ 5.9087-84; Листы и полосы: ГОСТ 82-70, ГОСТ 103-76, ГОСТ 14918-80, ГОСТ 16523-97, ГОСТ 19903-74, ГОСТ 16523-89, ГОСТ 16523-70, ГОСТ 103-2006, ГОСТ 19903-90; Ленты: ГОСТ 3560-73; Сортовой и фасонный прокат: ГОСТ 1050-88, ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 10702-78, ГОСТ 14955-77, ОСТ 1 92049-76, ТУ 14-1-5414-2001, ТУ 14-1-2118-77, ТУ 14-1-2330-77, ТУ 14-11-245-88, ТУ 14-1-1271-75; Листы и полосы: ГОСТ 1577-93; Ленты: ГОСТ 2284-79; Трубы стальные и соединительные части к ним: ГОСТ 8732-78, ГОСТ 8734-75, ГОСТ 12132-66, ГОСТ 21729-76, ТУ 14-159-246-94; Проволока стальная низкоуглеродистая: ГОСТ 5663-79: Проволока стальная средне- и высокоуглеродистая: ГОСТ 17305-91; Болванки. Заготовки. Слябы: ОСТ 3-1686-90, ТУ 1-92-156-90.

В нашем случае подходит сортовой прокат Ø28 ГОСТ 1050-74.

Обрабатываемость материала резаньем определяется его пределом прочности и твердостью. За базу принимается обрабатываемость стали 40 (предел прочности 650 МПа, твердость 180 НВ). Степень обрабатываемости определяется соотношением скорости резанья при 60-минутной стойкости сравниваемого материала и стали 45, для которой ν₆₀ = 135 м/мин при обработке режущим инструментом из твердого сплава Т15К6.

Значение коэффициента обрабатываемости берем из справочника: