4. Пример проектирования штампованной поковки

В качестве примера приведем проектирование и расчет поковки для детали типа “втулка”, чертеж которой представлен на рис. 8.

4.1. Отработка втулки на технологичность

Прежде чем приступить к расчету и проектированию поковки необходимо деталь отработать на технологичность:

– определить каким способом и на каком оборудовании можно произвести штамповку. При этом можно воспользоваться сведениями приложения 1. Выбираем штамповку на КГШП в открытом штампе;

– уточнить по конфигурации детали, по массе, а также по размерам ее отдельных элементов, возможность изготовления поковки для данной детали или отдельных ее элементов штамповкой.

Рис. 8. Чертеж детали (втулки)

Деталь в виде втулки имеет сквозное ступенчатое отверстие с размерами Ø 65 мм и Ø 40 мм, а также фланцевую часть с Ø 140 мм и толщиной 12 мм. При изготовлении отверстия штамповкой следует учесть, что наметить отверстие в поковках можно на глубину: при штамповке на молоте до h ≤ 0,8 D_д; при штамповке на КГШП до h ≤ D_д; при штамповке на ГКМ до ≤ 3 D_д. В нашем случае у втулки h < D_д, поэтому двухсторонняя наметка с плоской перемычкой при штамповке на КГШП может быть выполнена. Остальные элементы поковки также можно получить без излишних напусков;

– по массе детали определить вид исходной заготовки (слиток или сортовой прокат). Наибольший диаметр детали составляет 140 мм, масса детали – 5,65 кг. Штамповку производим после предварительной осадки, поэтому выбираем прутковую заготовку, у которой диаметр будет меньше, чем диаметр поковки.

– по марке стали оценить ковкость. На чертеже детали указана марка материала: Сталь 40Х ГОСТ 4543 - 71. Ковкость сталей можно определить для отожженного состояния по данным [3, с. 132…142]. Сталь 40Х в интервале температур испытания 700…1200 °С имеет ковкость в пределах К_ψ = 0,44….4,17 %/МПа [3, с. 133]. Эти значения К_ψ характеризуют отличную ковкость стали 40Х (см. табл. 1) при ковочных температурах.

4.2. Расчет (назначение) допусков и допускаемых отклонений и припусков на поковку втулки

Для расчета и проектирования детали исходной информацией является чертеж детали с техническими требованиями, техническое задание на изготовление поковки. Рассмотрим выполнение расчета поковки в следующей последовательности.

Пример. Деталь типа “втулка” (см. рис. 8).

Исходные данные по детали:

─ материал – сталь 40Х ГОСТ 4543-71;

─ масса детали – 5,65 кг;

─ нагрев заготовок – индукционный;

─ штамповочное оборудование – КГШП;

─ штамповка – открытая;

─ тип производства – серийное.

4.2.1. Расчет поковки.

Характеристика материала. Сталь 40Х относится к легированным конструкционным (хромистым) сталям с содержанием 0,36…0,44 % С; 0,1…0,37 % Si; 0,5…0,8 % Mn; 0,8…1,1 % Cr [3, с. 14]. В отожженном состоянии Сталь 40Х имеет: твердость 217 НВ [9, c. 65; ГОСТ 4543 - 71]. Сталь применяется в термически обработанном состоянии. Хром значительно увеличивает прокаливаемость стали. Сталь улучшаемая: температура закалки t_зак = 860 °C (закалка в масло), отпуск при температуре t_отп= 500 °C. Механические свойства после термообработки: σ_0,2 = 785 МПа; σ_в = 980 МПа; δ = 10 %; ψ = 45 %; КСU = 59 Дж/см²; 385…420 НВ [3, с. 18; 9, с. 67]. Таким образом, после термообработки категория прочности составляет КП785 (см. приложение 3). Технологические режимы: интервал ковки 1180…830 °C (см. приложение 2) или [3, c. 219].

Группа испытаний. Судя по материалу – деталь ответствен-ного назначения. Поэтому в техническом задании заказчик должен указать группу испытаний поковки, например, группу IV (см. приложение 4) с определением следующих механических характеристик: σ_0,2, σ_в, δ, КСU, НВ. С отражением этих требований в угловом штампе чертежа должна быть следующая надпись:

В технических требованиях должна быть указана: “Группа испытаний IV”.

Группа стали: Сталь 40Х с содержанием углерода

0,36…0,44 % С относится к группе М2.

Масса поковки. Расчетная масса поковки определяется по формуле (1) и при коэффициенте К_р = 1,6 составляет М_пок = 9,0 кг.

Степень сложности поковки определяется по значению коэффициента сложности, рассчитываемого по формуле (2). Для втулки объем фигуры (цилиндра радиусом равным 7 см, высотой – 8 см), в которую она вписывается (πR² · H), составляет V_фиг = 1231 см³, а масса фигуры (при плотности стали ρ = 7,8 г/см³) равна М_фиг = 9,6 кг. Тогда К_с = 0,94. Для этого значения К_с степень сложности составляет – С1 (см. раздел 3.2.2, с. 16).

Класс точности определим по табл. 2. Для открытой штамповки выдавливанием класс точности составляет – Т4.

По полученным данным по табл. 3 определяем исходный индекс – 13.

Назначаем припуски и допуски на размеры детали по данным табл. 4 и 5 и определяем размеры поковки с допускаемыми отклонениями. Полученные результаты сводим в следующую таблицу.

№ п/п	Размер детали, мм	Шерохо-ватость детали Ra, мкм	Основ. припуск Zосн	Дополнитель-ный припуск Zдоп		Суммар-ный припуск Z	Размеры поковки, мм	Допуск на раз-мер по-ковки
Диаметральные размеры
1	1400,5	12,5	1,7	0,3	-	2,0	144	+1,8 −1,0
2	1200,5	1,6	2,0	0,3	-	2,3	124,5	+1,8 −1,0
3	650,05	6,3	1,8	0,3	-	2,1	≈ 61	+0,9 −1,6
4	400,2	40	1,5	0,3		1,8	36,4	+0,9 −1,6
Длиновые (высотные) размеры
1	801	6,3	1,8	0,3	-	2,1	≈ 84	+1,8 −1,0
2	801	12,5	1,5	0,3	-	1,8
3	600,5	6,3	1,5	-	-	1,5	60	+0,9 −1,6
4	12	1,6	1,7	0,3	-	2,0	13,8	+0,8 −1,4
6
Впадины и углубления в поковке, когда их оси параллельны направлению движения одной из частей штампа, а диаметр не менее 30 мм, выполняют глубиной до 0,8 их диаметра отверстия при изготовлении на молотах и прессах, и до трех диаметров – при изготовлении на горизонтально-ковочных машинах.

4.2.2. Кузнечные напуски на размеры втулки. Кузнечные напуски на поковке образованы штамповочными уклонами, радиусами закругления внутренних углов и перемычкой, которая будет удалена при обрезке облоя. Величина штамповочных уклонов назначена согласно п. 3.3.1: для внешних поверхностей – 5° и для внутренних – 7°. Радиусы закруглений установлены согласно п. 3.3.2: наружные – 4 мм; внутренние – 6 мм.

Проектирование углублений и перемычек поковки втулки. В соответствии с рекомендациями п. 3.4.1 выбрано углубление (наметки) с двух сторон с плоской перемычкой. Наибольший диаметр наметки вычислим по формуле (4). Наибольший диаметр верхней наметки при значениях Z_ном = 2,21 мм и D_д =65 мм составит:

d_осн = 65 – 2 ∙ 2,21= 61 мм; нижней - при Z_ном = 1,8 мм и D_д =40 мм составит d_осн = 40 – 2 ∙1,8= 36,5 мм.

Толщина плоской перемычки определяем по формуле (7). При этом выбираем d_осн = 36,5 мм для нижней наметки, приняв h_н=20 мм.

.

Радиус закругления у перемычки определяем по формуле (6) при h_н=20 мм; R_вн = 6 мм. r = 6 +0, 1∙ 20 +2 = 10 мм.

Диаметр прошиваемого отверстия d_отв определяем по формуле (5) при d_осн = 36,5 мм; h_в=20 мм; s/2 = 5/2 мм; β = 7 мм; r = 10 мм.

d_отв = 36,5 мм – 2[(20 – 5/2) 0,123 + 10] = 12,5 мм. Этот диаметр также можно найти построением на эскизе, зная припуски на отверстие и нижнюю поверхность 3 поковки (рис. 9), а также воспользовавшись данными приложения 7. В нашем случае построение дает d_отв = 14 мм.

Наименьший диаметр наметки d_о во внутренней плоскости разъема штампа определяется по формуле (6) при значениях: d_отв = 12,5 мм; r = 10 мм. d_о = 12,5 + 2∙10 мм = 22,5 мм.