3.5 Выбор исходной заготовки и метода её изготовления

Для детали «Корпус шестерённого насоса» провести выбор метода получения заготовки и определить её исполнительные размеры.

Исходные данные:

1) Наименование детали – корпус;

2) Материал – чугун СЧ20;

3) Масса заготовки – 8,72 кг;

4) Годовой объём выпуска деталей – 20000 шт.

3.5.1 Выбор метода получения заготовки

Для определения возможных методов получения заготовки определяем коды показателей:

для чугуна марки СЧ20 определяем код материала – 2;

определяем код конструктивной формы – 4;

определяем: для заготовок, полученных отливкой при программе выпуска 20000 шт. и массе 8,72 кг. код серийности производства – 2;

определяем код массы заготовки – 4.

Определяем коды возможных способов получения заготовки для данной детали: 1, 3…6.

К числу возможных способов получения заготовки относятся:

1 – литьё в песчано-глинистые формы (Кв.т. = 0,7);

3 – литьё под давлением (Кв.т. = 0,91);

4 – литьё в кокиль (Кв.т. = 0,8);

5 – литьё в оболочковые формы (Кв.т. = 0,9);

6 – литьё по выплавляемым моделям (Кв.т. = 0,91).

Так как анализировать пять возможных вариантов нецелесообразно, то исходя из рекомендаций [1], выбираем следующие варианты получения заготовок:

1) Заготовка, полученная литьём в облицованный кокиль;

2) Заготовка, полученная литьём в оболочковые формы из термореактивных смесей.

3.5.2 Назначение припусков и допусков и определение исполнительных размеров заготовки

Точность изготовления литой заготовки в соответствии с ГОСТ Р 53464-2009 в целом характеризуется;

1. Классом размерной точности;

2. Степенью коробления;

3. Степенью точности поверхности;

4. Классом точности масс;

5. Допуском смещения.

Нормы точности литья назначают в зависимости от способа литья, типа сплава, наличия термической обработки, габаритных размеров и номинальной массы отливки.

Класс размерной точности отливки (КР) определяется по таблице А.1. ГОСТ Р 53464-2009 и зависит от вида технологического процесса, наибольшего габаритного размера и типа сплава.

Для литья в облицованный кокиль при наибольшем габаритном размере свыше 100 до 250 мм и материале СЧ20 из рекомендуемых стандартом классов размерной точности 7-12 выбираем 9 класс размерной точности как средний показатель. Для литья в оболочковые формы из термореактивных смесей рекомендуемые классы размерной точности: 9-13; выбираем 11 класс размерной точности как средний показатель.

Степень коробления (СК) определяется по таблице Б.1 ГОСТ Р 53464-2009.

Степень коробления зависит от вида литья (однократные или многократные формы) и от наличия или отсутствия термической обработки отливки. Находится путем определения отношения наименьшего размера элемента отливки к наибольшему размеру - (толщины или высоты к длине элемента отливки).

При определении степени коробления корпуса за высоту принимается толщина главного отверстия h , за длину – наибольший горизонтальный размер L. Исходя из данных чертежа, h = 15,5 мм, L = 196 мм, h/L = 0,079. Литьё в облицованный кокиль является литьём в многоразовые формы, интервал будет 4-7, а литьё в оболочковые формы из термореактивных смесей – 6-9; для первого вида литья принимаем степень коробления 5, для второго – 7.

Назначенные показатели точности приведены в таблице 3.5.

Таблица 3.5 – Нормы точности заготовок по вариантам

Показатели точности отливок	Литьё в облицованный кокиль (I)			Литьё в оболочковые формы из термореактивной смесей (II)
	Рекомендовано ГОСТ 26645-85	Принято	Рекомендовано ГОСТ 26645-85		Принято
Класс размерной точности	7-12	9	9-13		11
Степень коробления	4-7	5	6-9		7
Степень точности поверхности	9-15	12	9-15		12
Класс точности масс	6-13	9	7-15		11
Допуск смещения отливки	на уровне допуска класса размерной точности для минимального размера	1,8	на уровне допуска класса размерной точности для минимального размера		3,6
Шероховатость поверхности	Ra, мкм, не более	25,0	Ra, мкм, не более		25,0
Ряд припусков	4-7	5	4-7		5

Поверхности 1-22 детали механически обрабатываются, поэтому на каждую обрабатываемую поверхность назначают припуск в следующей последовательности. По таблице 1 ГОСТ Р 53464-2009 определяем допуск на размеры отливки для класса точности 9 (вариант I) и для класса точности 11 (вариант II) , а по таблице 2 ГОСТ Р 53464-2009 назначаем допуск формы и расположения поверхностей для выбранных степеней коробления 5 (вариант I) и 7 (вариант II). По таблице И.1. ГОСТ Р 53464-2009 определяем общие допуски элементов отливки.

Для назначения припусков нужно знать вид окончательной механической обработки. Для этого находим для каждого размера соотношение между допусками детали и отливки. По таблице 7 ГОСТ Р 53464-2009 определяем вид окончательной механической обработки, данные сводим в таблицу 3.6.

По общему допуску (половинным значениям) элемента отливки для всех поверхностей определяем общий припуск по таблице 6 ГОСТ Р 53464-2009 для назначенного вида окончательной механической обработки. Значения найденных допусков и припусков на механическую обработку сводим в таблицу 3.7.

Таблица 3.6 – Виды окончательной обработки для поверхностей 1-22 корпуса

№ поверхности по чертежу	Размер по чертежу	Литьё в облицованный кокиль		Литьё в оболочковые формы из термореактивных смесей
		соотношение допусков	вид окончательной обработки		соотношение допусков	вид окончательной обработки
1,2,3,4,5	168		чистовая			чистовая
6,7	Ø75+0,03	0,03/1,1=0,027	чистовая		0,03/2,2=0,014	тонкая
11,12	117+0,045+0,015	0,03/1,2=0,025	чистовая		0,03/2,5=0,012	тонкая
15,16,17	55±1	2,0/1,0=2,0	черновая		2,0/2,0=1,0	черновая
18,19	150		чистовая			чистовая
22,24	52		черновая			черновая

Таблица 3.7 – Назначенные допуски и припуски на обработку корпуса

№ поверхности по чертежу	Размер по чертежу, мм	Допуск размера, мм		Допуск формы расположения поверхности, мм		Общий допуск, мм		Общий припуск на сторону, мм
		К*	ОФ*	К	ОФ	К	ОФ	К	ОФ
1,2,3,4,5	1683.2	2,8	5,6	0,4	0,64	3,2	6,4	2,4	3,9
6,7	Ø750.8	2,2	4,4	0,32	0,5	2,4	5,0	1,9	3,8
11,12	1170.4	2,4	5,0	0,32	0,5	2,4	5,0	1,9	3,8
15,16,17	556.3	2,0	4,0	0,32	0,5	2,0	4,0	1,2	1,7
18,19	1503.2	2,4	5,0	0,4	0,64	2,4	5,0	1,9	3,5
22,24	5212.5	2,0	4,0	0,32	0,5	2,0	4,0	1,2	1,7

К – литьё в облицованный кокиль; ОФ – литьё в оболочковые формы из термореактивных смесей.

Зная припуски на обработку и допуски, рассчитаем размеры отливки корпуса для обоих вариантов изготовления, и результаты расчёта сведём в таблицу 3.8.

Таблица 3.8 – Расчёт размеров отливки корпуса по вариантам

№ поверхности по чертежу	Размеры по чертежу, мм	Литьё в облицованный кокиль		Литьё в оболочковые формы из термореактивных смесей
		Расчёт размера отливки, мм	Размер отливки, мм	Расчёт размера отливки, мм	Размер отливки, мм
1,2,3,4,5	168	168+2×2,4=172,8	172,8±1,6	168+2×3,9=175,8	175,8±3,2
6,7	Ø75+0,03	75-2×1,9=71,2	Ø71,2±1,2	75-2×3,8=67,4	Ø67,4±2,5
11,12	117+0,045+0,015	117+2×1,9=120,8	120,8±1,2	117+2×3,8=124,6	124,6±2,5
15,16,17	55±1	55-2×1,2=52,6	52,6±1	55-2×1,7=51,6	51,6±2
18,19	150	150+2×1,9=153,8	153,8±1,2	150+2×3,5=157	157±2,5
22,24	52	52-2×1,2=49,6	49,6±1	52-2×1,7=48,6	48,6±2

В программе КОМПАС высчитываем объёмы каждого припуска:

Литьё в облицованный кокиль:

V₁ + V₂ + V₃ + V₄ = 4,40 см³;

V₅ = 22,25 см³;

V₆ + V₇ = 56,43 см³;

V₁₁ + V₁₂ = 41,67 см³;

V₁₅ + V₁₆ + V₁₇ = 2,84 см³;

V₁₈ + V₁₉ = 11,49 см³;

V₂₂ + V₂₄ = 191,75 × 2,4 = 460,2 мм³ = 0,46 см³;

Vпр = Σ V_i = 4,40 + 22,25 + 56,43 + 41,67 + 2,84 + 11,49 + 0,46 = 139,54см³;

Gпр = ρ × Vпр = 7,81 × 139,54 = 1090 г = 1,09 кг;

Без учёта отверстий K 1 1/2'', K 1 1/4'', шестнадцати отверстий М12 и четырёх отверстий Ø13 масса детали будет равна G_Д = 10,73 кг;

G_З = G_Д + Gпр = 10,73 + 1,09 = 11,82 кг.

Литьё в оболочковые формы из термореактивных смесей:

V₁ + V₂ + V₃ + V₄ = 5,33 см³;

V₅ = 36,28 см³

V₆ + V₇ = 111,71 см³;

V₁₁ + V₁₂ = 83,34 см³;

V₁₅ + V₁₆ + V₁₇ = 4,03 см³;

V₁₈ + V₁₉ = 20,87 см³;

V₂₂ + V₂₄ = 0,42 см³;

Vпр = Σ V_i = 5,33 + 36,28 + 111,71 + 83,34 + 4,03 + 20,87 + 0,42 = 261,98см³;

Gпр = ρ × Vпр = 7,81 × 261,98 = 2046 г = 2,05 кг;

G_З = G_Д + Gпр = 10,73 + 2,05 = 12,78 кг.

Расчёт коэффициента весовой точности (К_в.т.)

К_в.т. = G_Д/G_з,

К_в.т.I = 10,73/11,82 = 0,91

К_в.т.II = 10,73/12,78 = 0,84

Результаты расчёта заносим в таблицу 3.9.

Таблица 3.9 – Показатель коэффициента весовой точности по вариантам

Вариант	Масса детали GД, кг	Масса заготовки Gз, кг	Масса стружки Gс=Gпр, кг	Коэффициент весовой точности
Литьё в облицованный кокиль	10,73	11,82	1,09	0,91
Литьё в оболочковые формы из термореактивных смесей	10,73	12,78	2,05	0,84

Коэффициент весовой точности у литой заготовки, полученной литьём в облицованный кокиль (К_в.т. = 0,91) выше, чем у литой заготовки, полученной литьём в оболочковые формы из термореактивных смесей (К_в.т. = 0,84), экономия материала при изготовлении заготовки первым способом при сравнении с заготовкой, полученной вторым способом, составляет 0,96 кг. При годовом объёме выпуска 20000 шт, экономия металла составляет 0,96·20000 = 19200 кг в год. Учитывая стоимость чугуна СЧ20 (стоимость 1 кг составляет примерно 110 руб.), годовая экономия затрат на материал при получении заготовки методом литья в облицованный кокиль может составить около 2,1 млн. руб.