Пример расчета заготовки, получаемой горячей объемной штамповкой

Пример 5.2 Из стали 45 ГОСТ 1050 – 88 изготавливают вал массой 19,4 кг. (см. рис. 13) в условиях серийного производства (Годовой объем выпуска N =2000шт.)

Требуется:

1. Сконструировать заготовку, получаемую горячей объемной штамповкой.

2. Определить технические требования на заготовку.

3. Определить массу и стоимость заготовки.

4. Определить КИМ.

5. Выполнить эскиз заготовки.

6. Выполнить технико-экономические расчеты по двум вариантам получения заготовки: прокат и штамповка.

Рисунок 13 – Чертеж вала

Решение:

1. Учитывая форму и массу детали выбираем изготовление поковки в закрытом штампе (см. т.21, рис. 1 – 3,с. 8 – 14 Методического пособия)

2. Определяем конфигурацию поверхности разъема штампа [Методическое пособие, п.4.1.4, с.16] Выбираем П – плоская.

3. Определяем степень точности поковки [Методическое пособие, т.1.1, с.15]. Для уменьшения припусков принимаем более точную поковку Т2.

4. Определяем группу стали

Сталь 45 относится к группе М2 – сталь с содержанием углерода 0,45% [Методическое пособие, п.4.1.2, с.15]

5. Определяем степень сложности поковки по формуле:

где m_дет – масса детали, кг;

m_ф – масса цилиндра (фигуры), описанного вокруг детали по максимальным размерам диаметра и длины.

Деталь вал d_max = 90 мм; L_max = 485мм

где γ - удельный вес (плотность) материала заготовки, г/см³. (Для углеродистых сталей γ = 7,85 г/см³ , для легированных - γ = 7,83 г/см³ .)

Т.к 0,81 > 0,63, то степень сложности поковки С1 [Метод. пособие, п.4.1.3, с.15].

6. Для дальнейших расчетов необходимо определить ориентировочную массу поковки по формуле:

G_п = M_D ×K_p,

где G_п - расчетная масса поковки, кг;

M_D - масса детали, кг;

K_р - расчетный коэффициент, устанавливаемый в соответствии с табл. 1.2, с.16.

Для деталей типа валы с прямой осью Кр.=1,3 – 1,6.

Выбираем 1,5

G_п = 19,4 × 1,5 = 29,1кг.

7. Определяем исходный индекс поковки [Метод. пособие, т.1.4, с.18 или п.4.2, с.17]

m = 29,1кг, М2, С1, Т2 Исходный индекс поковки 11.

8. Для дальнейшей работы оформим таблицу 6.1, в которую будем заносить все полученные значения припусков, допусков и размеров штамповки.

9. Определяем припуски [Метод. пособие, т.1.5, с.20].

Полученные значения записываются в столбик 3 таблицы 6.1.

Таблица 6.1 - Параметры расчета размеров заготовки

Диаметр детали, мм	Шерохов. поверхн., Ra, мкм	Припуск на сторону, мм	Дополнит припуски, мм	Дополнит припуски, мм	Общий припуск (на сторону), мм	Общий припуск (на диаметр), мм	Размеры поковки (округленные), мм	Допуск на размер, мм	Предельные отклонения, мм
Ø80	1,25	1,8	0,3	0,5	2,6	5,2	Ø80 +5,2 ≈ Ø85	2,2	+1,4 -0,8
Ø90	1,25	1,8	0,3	0,5	2,6	5,2	Ø90 +5,2 ≈ Ø95	2,2	+1,4 -0,8
Ø85	1,25	1,8	0,3	0,5	2,6	5,2	Ø85 +5,2 ≈ Ø90	2,2	+1,4 -0,8
Ø80	0,63	1,8	0,3	0,5	2,6	5,2	Ø80 +5,2 ≈ Ø85	2,2	+1,4 -0,8
Ø60	1,25	1,8	0,3	0,5	2,6	5,2	Ø60 +5,2 ≈ Ø65	2,2	+1,4 -0,8
Толщина детали, мм
	10; 5	1,6	0,3	0,5	2,4	-	45 + 2,4 – 2,8 = 44,6	2,0	+1,3 -0,7
		2,0	0,3	0,5	2,8	5,6	120+2,8+2,8=125,6	2,5	+1,6 -0,9
		2,3	0,3	0,5	3,1	-	240 + 2,8 + 3,1 ≈ 246	2,8	+1,8 -1,0
		2,5	0,3	0,5	3,3	-	360 + 2,8 + 3,3 ≈ 366	3,2	+2,1 -1,1
	10; 5	2,5	0,3	0,5	3,3	-	440 + 2,8 + 3,3 ≈ 446	3,2	+2,1 -1,1
		2,5	0,3	0,5	3,3	-	485 + 2,4 + 3,3 ≈ 491	3,2	+2,1 -1,1

10. В зависимости от точности поковки Т, определяем дополнительные припуски, учитывающие:

а) смещение по поверхности разъема штампов [Метод. пособие, т.1.6, с.20] – 0,3 мм;

(данное значение заносим в столбик 4 таблицы 6.1)

б) изогнутость и отклонения от плоскостности и прямолинейности [Метод. пособие, т.1.7, с.20] – 0,5 мм; (данное значение заносим в столбик 5 таблицы 6.1 и указывается на чертеже заготовки)

11. Определяем общие припуски и размеры поковки и полученные значения заносим в столбики 6, 7, 8 таблицы 6.1.

12. Штамповочный уклон[Метод. пособие, т.1.14, с.23]:

На наружной поверхности – не более 5°, принимается - 5°;

13. Радиус закругления наружных углов [Метод. пособие, т.1.9, с.21] – 4,0 мм (минимальный), принимается 4,0 мм.

14. Допускаемые отклонения размеров поковки определяем по [Метод. пособие, т.1.10, с.22] и полученные значения заносим в столбики 9,10 таблицы 6.1.

15. Неуказанные предельные отклонения размеров ±1,1мм.

16. Допускаемая величина высоты заусенца – 5,0 мм [Метод. пособие, п.4.4.3, с.21]

17. Допускаемая величина смещения по поверхности разъема штампа - 0,8 мм [Метод. пособие, т.1.11, с.23]. Данное значение записывается в технических требованиях.

18. Выполнить чертеж заготовки.

Рисунок 14 – Чертеж штамповки

19. Технические требования на заготовку

1. Группа стали – М2

2. Класс точности штамповки – Т2

3. Степень сложности – С1

4. Исходный индекс – 11

5. * Размеры для справок

6. Радиус закругления внешних углов – 4мм

7. Величина заусенца – не более 5мм

8. Штамповочный уклон - 5°

9. Допускаемая величина смещения по поверхности разъема штампа - 0,8 мм

10. Неуказанные предельные отклонения размеров ±1,1мм.

20. Определим массу штамповки, величина которой складывается из:

где m_шт. – масса штамповки, кг;

m₁,m_2,m_3,m₄ – масса отдельных ступеней заготовки, кг.

Масса каждой ступени заготовки определяется по формуле:

где D_{i max} – максимальный диаметр ступени штамповки, см;

L_{i max} – максимальная длина ступени штамповки, см;

γ – удельный вес (плотность) материала заготовки, г/см³. (Для углеродистых сталей γ = 7,85 г/см³ , для легированных - γ = 7,83 г/см³ ).

21. Коэффициент использования материала (К_им ) определяется по формуле:

где m _дет – масса детали, кг;

m _заг – масса заготовки, кг

22. Определим вес материала на одну деталь с учетом технологических потерь при получения заготовки штамповки (остаточный облой, заусенцы, угар и т.д.), которые равны 10 % от массы заготовки.

где G – вес материала на одну деталь с учетом технологических потерь, кг;

П – процент технологических потерь.

23. Определяем коэффициент использования материала (КИМ) с учетом технологических потерь:

24. Определяем стоимость штучной заготовки по формуле:

где С_заг – стоимость штучной заготовки, руб;

См – цена 1 кг материала штамповки, руб. (сталь 45 штамповка 1 кг =29 руб.

сталь 40Х = 48 руб.);

Сотх. – стоимость 1 тонны отходов, руб. (Сотх. = 1 т. отходов = 3000 руб.)

24. Все полученные результаты занесем в таблицу 6.2

Таблица 6.2 – Параметры заготовок

Вид заготовки	mдет , кг	mзаг, кг	G, кг	Ким	КИМ	Сзаг, руб.
Прокат	19,4			0,62	0,53
Штамповка	19,4		25,3	0,84	0,77

25. Выбор варианта получения заготовки

Основным показателем, характеризующим экономичность выбранного варианта изготовления заготовки, является коэффициент использования материала. Следовательно, для данной детали выбираем способ получения заготовки – горячу объемную штамповку, т.к. КИМ штамповки равен 0,77, а КИМ проката – 0,53, кроме этого заготовка штамповка дешевле заготовки из проката на 62руб.

26. Технико-экономическое обоснование выбранного варианта получения заготовки

26.1 Определим экономический эффект выбранного варианта получения заготовки в денежном выражении на годовую производственную программу выпуска детали по формуле:

где Э_руб – экономический эффект в денежном выражении, руб;

С_пр – стоимость заготовки из проката, руб;

С_шт – стоимость заготовки штамповки, руб;

N_г – годовая программа выпуска детали, шт.

26.2 Определяем годовую экономию материала от выбранного варианта получения заготовки по формуле:

где Э_м – экономия материала, кг;

G_пр – вес материала проката с учетом технологических потерь, кг;

G_шт – вес материала штамповки с учетом технологических потерь, кг.

Вывод: Технико-экономические расчеты показывают, что заготовка, полученная методом горячей объемной штамповки более экономична как по себестоимости, так и по использованию материала. Учитывая годовую производственную программу выпуска детали (N_г =2000шт.) заготовка штамповка в сравнении с прокатом дает экономию материала в год 21,4тонны и 124 тыс. рублей.

7. Лабораторная работа по курсу «Технология машиностроения»