А. Н. Блазнов Расчет заготовок и режимов обработки при изготовлении изделий литьем, обработкой давлением, сваркой и резанием (стр. 12 из 15)
Однако величина коэффициента использования материала не позволяет оценить трудоемкость выбранного способа изготовления. Для объективной оценки рассчитывают себестоимость каждого выбранного варианта изготовления. Приближенную сравнительную оценку трудоемкости можно провести по количеству единиц оборудования или участков, задействованных при изготовлении данного изделия.
При сравнении вариантов наиболее предпочтительными следует считать те способы изготовления, при которых значение коэффициента использования материала около 0,7 и выше, требуется оборудование для механической обработки и сварочное оборудование, так как эти участки имеются практически на каждом производстве. Обычно обработка давлением обеспечивает более высокое значение коэффициента использования материла, но требует создания специальных дорогостоящих штампов. Поэтому при отсутствии на производстве участка обработки давлением или уже готовых штампов этому способу следует предпочитать отливку в разовую форму.
6 ПРИМЕР РАСЧЕТА РАЗМЕРОВ ЗАГОТОВОК И ВЫБОРа
РАЦИОНАЛЬНОГО СПОСОБА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛИ
Задание. На рисунке 6.1 показан чертеж готовой детали и ее аксонометрическая проекция. Материал детали – Ст 3 (малоуглеродистая сталь). Требуется:
а) выбрать припуски на механическую обработку и рассчитать размеры заготовки для получения детали, показанной на рисунке, с помощью литья; выбрать положение отливки в форме; рассчитать элементы литниковой системы;
б) рассчитать размеры и выбрать заготовки для изготовления детали, показанной на рисунке, методом обработки давлением;
в) подобрать заготовки для изготовления детали, показанной на рисунке, методом сварки;
г) рассчитать режимы резания указанной поверхности при точении, приняв припуск на механическую обработку из (а);
д) оценить технико-экономические показатели изготовления детали, изображенной на рисунке, с помощью литья, сварки, обработки давлением и резанием, и выбрать наиболее рациональный способ.
Рисунок 6.1 – Штуцер
6.1 Выбор припусков, расчет размеров заготовки-отливки
и параметров литниковой системы
Данная заготовка может быть изготовлена литьем в землю, при этом с целью экономии металла для создания центрального отверстия Ø40 целесообразно использовать стержень, а крепежные отверстия под болты Ø11 изготовить сверлением. Поскольку литье не обеспечивает заданной точности размеров и чистоты поверхностей, отливку после очистки следует обработать на токарном станке, для чего необходимо предусмотреть припуски на все обрабатываемые поверхности.
Для назначения припусков необходимо выбрать положение отливки в форме и поверхность разъема по рекомендациям, приведенным в литературе [4] и в разделе 1. Данная деталь имеет простую конфигурацию, и положение ее может быть любым (например, как показано на рисунке 6.1, при этом вся деталь помещается в одной полуформе). Для симметричных деталей типа тела вращения поверхность разъема рекомендуется располагать по оси симметрии – при этом для формовки необходима лишь одна модель, представляющая собой половинку отливки.
Поверхность разъема должна быть горизонтальной, поэтому деталь в форме будет располагаться, как показано на рисунке 6.2.
Выбираем припуски на механическую обработку для стальной отливки по таблице 1.2:
– на диаметральные размеры поверхностей Ø40, Ø50 и Ø90, которые при заливке располагаются вверху, сбоку и внизу, принимаем симметричный наибольший припуск – 3,5 мм (причем на Ø40 припуск идет внутрь);
– на торцовые поверхности детали, расположенные при заливке сбоку, принимаем припуски по 3 мм.
Для возможности выемки модели без разрушения формы необходимо предусмотреть формовочные уклоны на вертикальных поверхностях отливки. По рекомендациям принимаем для торцов Ø57 и Ø97 уклон 0º45'. По рекомендациям для предотвращения возникновения внутренних напряжений необходим плавный переход от толстой стенки к тонкой, с этой целью выполняем уклон и закругление радиусом R3 двух перпендикулярных поверхностей.
Эскиз заготовки с припусками, положение отливки в форме и поверхность разъема формы показаны на рисунке 6.2.
Рисунок 6.2 – Эскиз заготовки и положение отливки в форме
По эскизу определяем объем и массу отливки.
Для определения объема отливку следует разбить на элементарные геометрические фигуры (в нашем случае – цилиндры). При расчете объема уклонами и радиусами скругления пренебрегаем ввиду малого значения объема этих составляющих.
,где V1, V2, V3 – условные обозначения объемов цилиндров Ø57, Ø97
и Ø33, соответственно.
Масса отливки определяется выражением:
,где ρ – плотность металла отливки, определяемая по справочнику. (Для стали ρ=7800 кг/м3, для чугуна ρ=7000 кг/м3).
(кг).Выполним расчет элементов литниковой системы [4].
Массу отливки с литниками и прибылями определяем ориентировочно по рекомендациям, поскольку точные размеры этих элементов еще неизвестны. По рекомендациям (см. 1.1), масса литниковой системы для отливки из стали составляет от 60 до 80 % массы отливки. Принимаем 70 %. Тогда:
(кг).Масса отливки с литниковой системой
(кг).Продолжительность заливки формы определяем по формуле (1.6).
Коэффициент
принимаем равным 1,5.Средняя толщина стенок отливки
=(57-33)/2=12 (мм). 
(с).Определяем суммарное сечение питателей по формуле (1.7)
.Коэффициент поправки на жидкотекучесть для малоуглеродистой стали принимаем
=0,97.Коэффициент удельной скорости заливки
определяется относительной плотностью отливки 
. Объем формы ориентировочно определяем, задавшись допустимым расстоянием для отливки массой до 5 кг: от верха модели до верха опоки 40 мм, от низа модели до низа опоки – 40 мм, от модели до стенок опоки – 30 мм. Тогда 
(дм3), 
(кг/дм3), 
(кг/см2с).Площадь сечения питателей составит
(см2)=51 (мм2).Площадь остальных элементов литниковой системы определяем из соотношения (1.5):
.Площадь сечения шлакоуловителя
(мм2).Площадь сечения стояка
(мм2).6.2 Расчет и выбор заготовок для изготовления детали
методом обработки давлением
Определяем припуски на механическую обработку заготовки, полученной обработкой давлением [9]. Ориентировочно значения припусков на обработку наружных цилиндрических поверхностей выбираем по таблице 2.1, на обработку торцов – по таблице 2.2. Значения припусков составят: 4 мм на Ø50 длиной 40 мм, 5,5 мм на Ø90 длиной 10 мм; на торцовые поверхности припуск 0,8 мм при Ø90, 0,7 мм при Ø50.
С учетом припусков определяем наружные размеры заготовки:
диаметры 50+4=54 (мм); 90+5,5=95,5 (мм);
длины 10+0,8+0,8=11,6 (мм); 50+0,8+0,7=51,5 (мм).
Выбор заготовки для штамповки будем выполнять с учетом полученных размеров из стандартного ряда холоднодеформированной круглой стали (см. таблицу 2.3). Наиболее близко подходит пруток диаметром 55 мм и 95 мм.
Для обоснованного выбора заготовки рассмотрим возможные способы изготовления показанной на рисунке 6.1 детали из сортового проката:
1) в качестве заготовки можно выбрать пруток диаметром 95 мм (с учетом припусков на обработку резанием), обточить на токарном станке наружные поверхности до заданных размеров, высверлить внутреннее отверстие и расточить его до диаметра 40 мм, затем на сверлильном станке выполнить 4 отверстия диаметром 11 мм;
2) в качестве заготовки можно выбрать пруток диаметром 55 мм, выполнить высадку его для образования местного утолщения диаметром 95 мм заданной высоты и произвести обтачивание припусков на токарном станке, изготовление центрального отверстия и отверстий под болты, как в предыдущем способе;