3.2 Оценка технологичности конструкции

Детали типа валов признаются технологичными, если они отвечают следующим требованиям (качественная оценка):

• возможность максимального приближения формы и размеров заго­товки к размерам и форме детали;

• удобство контроля размеров и точностных параметров детали;

• уменьшение диаметров поверхностей от середины к торцам вала или от одного торца к другому;

• возможность замены закрытых шпоночных пазов открытыми;

• жесткость вала обеспечивает достижение необходимой точности при обработке (l: d<10…12);

Выполним количественную оценку технологичности детали, определив коэффициенты шероховатости К_т и К_ш точности детали:

• число поверхностей, выполненных по квалитету P9 = 1;

• число поверхностей, выполненных по квалитету k6 = 2;

• число поверхностей, имеющих шероховатость R_a 1,6 мкм = 6;

• число поверхностей, имеющих шероховатость R_a 0,8 мкм = 4;

• число поверхностей, имеющих шероховатость R_a 0,08 мкм = 1;

Деталь является технологичной, так как отвечает требованиям количественной (K_ш < 0,5; К_т > 0,85) и качественной характеристик.

IV. Обоснование и выбор способа производства

Валы - шестерни изготавливаются штамповкой, ковкой и прокатом.

Штамповка - это способ обработки метал­лов давлением, при котором объем металла, нагретый до температу­ры ковки, принудительно распределяется по полости штампа с це­лью получения изделия определенной конфигурации.

Такой способ заготовительного производства позволяет по­лучать заготовки (штампованные поковки) сложной конфигурации с незначительными припусками на механическую обработку и с зара­нее заданными механическими свойствами.

В зависимости от применяемого деформирующего оборудо­вания, горячая объемная штамповка может осуществляться на штам­повочных молотах, кривошипных, гидравлических и фрикционных прессах, горизонтально-ковочных машинах. Существует ГОСТ 7505-89, регламентирующий порядок конструирования штампован­ных поковок.

В зависимости от типа штампа и его особенностей, штам­повка подразделяется на штамповку в открытых (с заусенцем) и закрытых штампах и штамповку выдавливанием.

Штамповка в открытых штампах сопровождается образова­нием необходимого заусенца (облоя). При этом масса исходной за­готовки больше массы получаемой в полости штампа поковки на величину заусенца, который образуется на самой последней стадии штамповки.

После штамповки заусенец обрезается в специальном обрез­ном ручье штампа. Открытые штампы имеют следующие преиму­щества: не нужна точная дозировка металла исходной заготовки, можно применять обычный нагрев, можно получать поковки слож­ной конфигурации, относительно большой ресурс штампа (по срав­нению со штамповкой в закрытом штампе). К недостаткам способа можно отнести большой отход металла на заусенец, большие при­пуски на механическую обработку.

Штамповка в закрытых штампах не предусматривает обра­зования специального заусенца. Образующийся небольшой заусе­нец, затекающий в компенсатор штампа, является следствием не­точной дозировки исходного металла.

Необходимость точной дозировки металла сдерживает ши­рокое промышленное использование такого метода штамповки. Од­нако несомненным его преимуществом является экономия металла. Именно поэтому этот способ штамповки нередко называют точной безотходной штамповкой.

Форма поковки может быть простой и сложной. Поковки простой формы даже из предварительной заготовки (проката круг­лого или квадратного сечений) можно получить в одной полости (ручье) штампа. Такая штамповка носит название одноручьевой.

Если форма заготовки значительно отличается от конфигурации по­ковки, то требуется последовательно приближать конфигурацию в специальных, дополнительных полостях (ручьях) штампа. В этом случае штамповка будет называться многоручьевой. Многоручьевая штамповка менее эффективна, поэтому для повышения производи­тельности и снижения стоимости изготовления сложных поковок применяют предварительное фасонирование заготовки, например, на горизонтально-ковочных машинах, ковочных вальцах и т.д.

Ковка -  обработка металла, находящегося в пластическом состояние под действием бойков молота (динамическое воздействие) или пресса (статическое воздействие) с использованием при надобности подкладного инструмента. Изделие, получаемое ковкой, называют поковкой.

Поковки могут иметь самую разнообразную форму и массу от нескольких граммов до 350 т. и более. Большие поковки получают непосредственно из слитков, поковки средних и малых размеров – из прокатных заготовок.

Ковку применяют в условиях единичного и мелкосерийного производства. Заготовку куют между нижним (неподвижным) и верхним (подвижным) бойками молота и пресса. Контактирующие с заготовкой поверхности бойков и подкладных инструментов определяют направление деформации (течение) металла заготовки. При ковке используются подкладные инструменты такие как: топор, раскатка, обжимка. При ковке выполняется протяжка, осадка, гибка, пробивание или прошивание отверстий, выглаживание, рубка.

При протяжке длина заготовки увеличивается за счёт уменьшения её поперечного. Вначале куют на квадрат, что даёт наибольшую скорость деформации, после чего (если нужно) скругляют заготовку или формуют. Для протяжки заготовку кладут поперёк бойков, передвигая её кантуя на 90 градусов после каждого обжатия. 

Для гибки нужен местный нагрев заготовки; для получения одинакового сечения по длине заготовки и в месте изгиба предварительно делают высадку. Для гибки заготовку зажимают между бойками молота. Для прошивания отверстий прошивень вбивают в заготовку приблизительно до половины её толщины, затем заготовку переварачивают и пробивают отверстие насквозь; расширяют и выравнивают отверстие с помощью бочкообразной оправки.

Для выглаживания крупных поковок производят лёгкие удары бойка молота, мелкие поковки выглаживают гладилками. Из ковочных молотов наибольшее распространение имеют пневматические и паровоздушные молоты.

Прокат - один из самых распространённых видов обработки металлов давлением.

Заключается в обжатии металла между двумя вращающимися в разные стороны валками. Силами трения заготовка затягивается в зазор между валками и обжимается по толщине. После прокатки увеличивается длина (происходит удлинение) и ширина (происходит уширение).

Прокаткой получают прокат различного назначения. Если температура прокатки выше температуры рекристаллизации, то прокатку называют горячей. Если температура прокатки ниже температуры рекристаллизации, то прокатку называют холодной.

Горячий прокат получают путём нагревания металла для повышения его пластичности, а холодный прокат получается в том случае, когда пластичность металла достаточна и без нагрева (например, у мягких марок стали).

Длина прокатных станов зависит от объёмов производства проката, от свойств полученной прокатанной стали и может быть очень большой. Например, протяжённость прокатного стана-2000 на комбинате "Северсталь" в Череповце несколько сотен метров. Часто на прокатном стане наряду с основной функцией проката совмещаются и дополнительные: резка металла на части, маркировка или клеймение, сматывание в рулоны, упаковка и другие.

Так как по годовой программе деталь относится к массовому типу производства, будет экономично изготовить его прокатом, чем штамповкой, так как при штамповке будет затрачено много металла, что плохо сказывается на экономический аспект. По ГОСТ 2690-2006 прокат можно использовать, если диаметр вала не превышает 270 мм.

По ГОСТ 2590-88 назначаем прокат 2060 мм, а диаметром 53.