3. Вид и метод получения исходной заготовки

Ввиду того, что производство данного типа деталей относится к среднесерийному, то одним из важнейших факторов сокращения себестоимости получаемых деталей является уменьшения стоимости исходной заготовки за счет экономии металла.

Заготовками для деталей класса "вал" наиболее часто служит либо сортовой прокат, либо штамповка. Отливка применяется в редких случаях: при изготовлении крупных валов из чугуна. Сортовой прокат применяется для изготовления средних и мелких деталей с небольшим переходом диаметров по ступеням вала (до 20-25 мм / 100 мм длина). Штамповка применяется для изготовления средних и крупных валов сложной конфигурации, с большим перепадом диаметров, а также при специальных требованиях к структуре металла и при достаточно больших объемах выпуска.

Ввиду того, что «Вал шлицевый» содержит небольшое количество ступеней и небольшой разброс их диаметров на малых участках длины, то в качестве исходной заготовки применяем:

Круг  40-В ГОСТ 7417-75 

Ст. 40Х ГОСТ 4543-71.

Масса детали, согласно конструкторскому чертежу, 1,8 кг.

Определяем массу заготовки:

М_заг=,

где V- объем заготовки в см³,

- плотность материала заготовки, для стали =7,85 г/см³.

Заготовка будет иметь массу 4,34 кг. Тогда, коэффициент использования металла (КИМ) К будет равен:

, где Q_д – масса детали, Q_м – масса заготовки.

Эскиз заготовки для изготовления детали «Вал шлицевый» приведен на рисунке 1.

Рисунок 1 - Эскиз заготовки.

Так как данный вал характеризуется небольшим перепадом диаметров его ступеней, то применение данного типа заготовки (заготовки, полученной отрезкой от калиброванных прутков) можно считать вполне допустимым, учитывая КИМ.

Учитывая размеры и конфигурацию детали (форма детали близка к форме заготовки), считаю наиболее целесообразным использование в качестве заготовки прутка из проката, т. к. материал детали хорошо поддается обработке давлением. Прокатка позволяет с наименьшими удельными затратами производить изделия, которые либо полностью воспроизводят предусмотренное конструктором поперечное сечение детали, либо максимально приближаются к нему. Прокатка обладает более высокими технико-экономическими показателями по сравнению с другими способами обработки металлов: высокой производительностью, низкой себестоимостью и высоким коэффициентом использования металла. А в случае применения поковок и отливок затраты существенно и неоправданно увеличиваются. Использование поковок и отливок невыгодно, т. к. деталь не имеет ярко выраженных профилей, резких перепадов диаметральных размеров. Центральное отверстие в детали достаточно протяжённо по отношению к диаметру, по этому методами литья, а тем более штамповки его формирование не выгодно практически. Таким образом, выбираем в качестве заготовки прокат горячекатаный (наиболее соответствует условиям производства и техническим требованиям чертежа). В условиях крупносерийного производства на изготовление валов более выгодно выбирать в качестве заготовки круглый или периодический прокат. Так же заготовка из проката более проста при базировании, закреплении на станке и механической обработке.

Краткие сведения о получении круглого проката.

Производство стального проката на металлургическом заводе осуществляется следующим образом: исходным материалом служат слитки (отлитые в изложницы), которые перерабатываются в готовый прокат обычно в 2 стадии. Сначала слитки нагревают и прокатывают на обжимных станах в заготовку. После осмотра заготовки и удаления поверхностных дефектов (закатов, трещин и т.п.) производят повторный нагрев и прокатку готовой продукции на специализированных станах. Размеры и форма сечения заготовки зависят от её назначения: для прокатки сортового металла — заготовки квадратного сечения размером примерно от 60х60 см до 400х400 мм.

Прокатка сортового металла включает следующие основные операции: нагрев до 1100—1250 °С; подачу нагретой заготовки к рабочим клетям и прокатку в несколько проходов в калибрах, постепенно приближающих сечение исходной заготовки к сечению готового профиля; резку проката на пилах или ножницах на части требуемой длины или сматывание в бунты; охлаждение на холодильниках; правку на роликовых правильных машинах; контроль и отправку на склад готовой продукции. Производственный процесс в области производства проката. характеризуется в первую очередь повышением качества прокатываемых изделий, которое обеспечивало бы наиболее эффективное использование металла потребителем. С этой целью повышается точность его размеров, улучшаются прочностные и др. свойства металла. В процессе прокатки металл непрерывно втягивается в зазор между валками под действием сил трения между металлом и валками. В результате в процессе прокатки уменьшается толщина заготовки (всегда уменьшается площадь поперечного сечения) при одновременном увеличении её длины и ширины. Круглую сталь прокатывают соответственно с диаметром от 5 до 250 мм.

На заготовочных и сортовых станах заготовка последовательно проходит через ряд калибров. Разработку системы последовательных калибров, необходимых для получения того или иного профиля, называют калибровкой. Калибровка является сложным и ответственным процессом. Неправильная калибровка может привести не только к снижению производительности, но и к браку изделий. Чем больше разность в разме­рах поперечных сечений исходной заготовки и конечного изделия и чем сложнее профиль последнего, тем больше число калибров требуется для его получения. Число калибров может быть различным; например, при прокатке проволоки диаметром 6,5 мм их число достигает 21. После прокатки полосы режут на мерные длины, охлаждают, правят в холодном состоянии, термически обрабатывают, удаляют поверхностные дефекты.

В настоящее время вместо прокатанных заготовок широко при­меняют заготовки в виде слябов, полученные непрерывной разливкой. Слябы прокатывают большей частью на непрерывных станах горячей прокатки, состоящих из двух групп рабочих клетей — черновой и чистовой, расположенных друг за другом. Перед каждой группой клетей сбивают окалину в окалиноломателях.

Все больше совершенствуется бесслитковая прокатка — получение проката непосредственно из жидкого металла, минуя операции отливки слитков и их горячей прокатки, а также ряд вспомогательных операций. В этом случае расплавленный в плавильной печи металл заливают в миксер, откуда он по наклонному закрытому желобу поступает в охлаждаемую коробку — кристаллизатор, — установленную перед валками прокатной клети. Кристаллизатор обеспечивает непрерывное, равномерное поступление металла в валки, где он обжимается и выходит в виде заданного профиля.

Для получения конечной детали по требованию чертежа необходимо обработать различными видами резания все поверхности.