Разработка проекта частной методики выполнения измерений детали "Шок"

Горячая объемная штамповка штоков осуществляется как на молотах, так и на тяжелых кривошипных горячештамповочных прессах (КГШП). Штамповка на КГШП обеспечивает снижение расхода металла на 10 – 15 %, сокращение на 25 – 35 % объема последующей механической обработки при более высокой производительности, повышение точности формообразования на 30 – 50 %. Современный уровень технологии горячей объемной штамповки на КГШП характеризуется, в основном, уменьшением припусков на механическую обработку и исключением этой обработки для отдельных элементов поковки. При этом изготовление штока по существующим технологиям приводит к тому, что после обрезки облоя волокна по периметру поковки выходят на поверхности шеек вала под углом 900, что резко снижает долговечность работы такой детали.

Горячая штамповка с формообразованием так называемых «карманов» на противовесах позволяет исключить последующую механическую обработку поверхностей противовесов и при этом дополнительно снизить примерно на 5 % массу исходной заготовки.  Эта технология может быть реализована только при условии расположения всех шатунных шеек вала в одной плоскости. Объемная штамповка обычными методами сопряжена со значительным усложнением конструкции штампового инструмента, который в этом случае имеет ступенчатую поверхность разъема и увеличенную глубину гравюр. Это, с одной стороны, влечет за собой повышенный износ инструмента и увеличение отхода металла в облой, а с другой стороны, вызывает необходимость механической обработки всех противовесов. Решение этой проблемы возможно при условии, что окончательное формообразование поковки осуществляется на КГШП с расположением всех шеек штока в одной плоскости, затем после удаления облоя шейки вместе с противовесами, сохраняющими приданную им форму, разворачиваются относительно оси коренных шеек штока на заданные углы на специальной машине, называемой выкрутным прессом.

На КГШП штампуются поковки сложной конфигурации массой до 100 кг. Условие деформирования отличается от условия деформирования на молотах. Это объясняется различной скоростью деформирования, которая на молотах составляет 5 – 8 м/с, а на прессах 0,5 – 0,6 м/с, поэтому и процесс заполнения полости штампа металлом на прессах происходит менее интенсивно, чем на молотах. На молотах полость ручья заполняется металлом за несколько ударов, а на прессе – за один ход ползуна. Это требует более тщательного фасонирования заготовки при штамповке сложных поковок.

Точность штамповки на КГШП выше, чем на молоте, что объясняется отсутствием ударной нагрузки, точным направление половин штампа за счет наличия направляющих элементов, а также фиксированным положением верхней части штампа в нижней мертвой точке и жесткой конструкцией станины. Наличие у прессов выталкивателей позволяет:

уменьшить штамповочные уклоны;

применять закрытую штамповку;

применять штамповку выдавливанием.

При штамповке на КГШП в открытых штампах в нижней мертвой точке они не соприкасаются между собой и между ними существует зазор. В связи с этим нет зеркала штампа, а зазор выполняют за счет толщины облойной канавки.

Цены на оснащение цеха для прессования и горячей штамповки колеблются в одной ценовой категории, а цех для штамповки на 20 процентов в среднем обойдётся дешевле. Но с точки зрения точности выпускаемых деталей и производительности и в дальнейшем готовых изделий, выбираем механическую обработку – прессование.

 

2.1 Назначение и область применения МВИ

 

Штоком называют деталь, применяемую для соединения поршня с крейцкопфом.

В современных конструкциях компрессоров применяют в основном односторонние штоки, которые представляют собой цилиндрическую деталь с участками различного сечения по длине. На переднем конце штока (со стороны крейцкопфа) выполнена резьба, с помощью которой он закрепляется в резьбовом отверстии крейцкопфа. Для фиксации поршня на штоках предусматривают упорный цилиндрический бурт и специальную гайку, навинчиваемую на задний конец штока (со стороны поршня) до упора в торцевую поверхность поршня. Переход от бурта к штоку выполняют по плавному радиусу с заглублением в тело бурта и штока. Для обеспечения герметичности применяют глухую гайку с притиркой ее торцевой поверхности по поршню, либо уплотняют посредством угловой прокладки в сопряжении гайка—шток—поршень. Особое внимание необходимо уделять фиксации гайки, самоотвинчивание которой может привести к серьезной аварии. Гайка, навинченная на шток, фиксируется на поршни только при условии, что поршень в свою очередь зафиксирован на штоке, так как в противном случае возможно самоотвинчивание гайки с одновременным проворачиванием поршня. Если поршень не зафиксирован, то самоотвинчивание гайки предотвращают стопорением ее на штоке. Для этого на штоке предусматривают паз, в который отгибают закраину гайки, выступающую над ее торцевой поверхностью.

Посадка поршня на шток осуществляется свободно или с натягом. В последнем случае для обеспечения герметичности в соединении производят притирку поршня и бурта штока. Отсутствие герметичности по штоку при дисковом поршне может привести к перетечкам газа из передней полости в заднюю и наоборот, а при наличии у поршня разрезной ступицы внутренняя полость поршня может играть роль дополнительного мертвого пространства ступени. Последнее особенно важно на ступенях высокого давления.

Крепление поршня на штоке должно быть напряженным в целях исключения возникновения осевого зазора и возможности ударов между упорным буртом или гайкой штока и поршнем под действием нагрузок, при которых шток растянут, а поршень сжат. Образованию зазора способствует различие температурных деформаций штока и поршня. Площадь упорной поверхности бурта выбирают исходя из давления газа на поршень. Резьбу на штоке для уменьшения концентрации напряжения выполняют мелкой и со скругленными впадинами. Для увеличения прочности штока резьба выполняется путем накатки после термической обработки. По условиям работы сальника шток изготавливают с поверхностным упрочнением, а затем шлифуют и полируют. Для повышения поверхностной твердости и износоустойчивости производят азотирование.

В отдельных конструкциях компрессоров для сокращения осевого размера и компенсации технологических погрешностей применяют штоки, у которых передний конец выполнен в виде вилки, соединяющейся при монтаже непосредственно с пальцем крейцкопфа. Однако в этом случае требуется увеличение площади сечения пальца, поскольку при одинаковом усилии и большей его длине возрастают изгибные напряжения.

Штоки изготовляют из сталей 35, 40, 38ХА. Иногда применяются легированные стали с более высокими механическими свойствами. Штоки, подлежащие азотированию, изготовляют из сталей 35ХМЮА, 38ХМЮА или 35ХЮА.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.2 Условия выполнения измерений

 

Показатели технологичности разбиты на две группы:

Качественные показатели	Количественные показатели.
1. Материал детали.	1. Коэффициент использования заготовки.
2. Базирование и закрепление.	2. Коэффициент использования материала.
3. Простановка размеров на чертеже	3. Коэффициент точности.
4. Допуски формы и взаимного  расположения	4. Коэффициент шероховатости
5. Взаимозаменяемость	5. Коэффициент уровня технологичности  по себестоимости.
6. Нетехнологичные конструктивные элементы	6. Коэффициент унификации конструктивных  элементов

 

I Качественная оценка

1) Материал детали

Сталь 38Х2МЮ-АШ - Сталь легированная конструкционная особовысококачественная с повышенными прочностью и вязкостью. Применяется для азотируемых деталей, работающих в условиях трения, и деталей точного машиностроения, для которых не допускается деформация при термической обработке.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Химический состав стали 38Х2МЮ-АШ в%

С	Mn	Si	Cr	Mo	Al	P	S	Cu	Ni
						не более
0,35-0,42	0,30-0,60	0, 20-0,45	1,35-1,65	0,15-0,25	0,70-1,10	0,025	0,025	0,30	0,30

Механические свойства

ГОСТ	Состояние поставки	Сечение	s0,2	sB	d5	y	KCU Дж/см2	HB не более
4543-71	Пруток. Закалка 9400С, вода или масло. Отпуск 6400С, вода или масло	30	835	980	14	50	88	-
8479-70	Поковки Закалка, отпуск	100-300	590	735	13	40	49	235-277
	Закалка 9500С, масло. Отпуск 5500С масло	60	880	1030	18	52	49	250-300

 

 

Технологические свойства.

Температура ковки: начала 1240, конца 800. Сечение до 50мм охлаждение в штабелях на воздухе, 51-100мм в ящиках.

Свариваемость - сварка не применяется

Обрабатываемость резанием - в закаленном и отпущенном состоянии при HB240-277, sB=780Мпа

Флокеночувствительность – чувствительна

Склонность к отпускной хрупкости - не склонна.

2) Данная деталь типа вал - для  обеспечения соосности наружных  цилиндрических поверхностей целесообразно  при их обработке для базирования  применять центровые отверстия. Базирование и закрепление детали производится правильно на всех операциях. Деталь лишается всех необходимых степеней свободы. Схемы базирования реализуются закреплением детали с помощью приспособлений достаточно надёжно и экономически выгодно.

3) Так как деталь обрабатывается с двух установ, то размеры на чертеже проставлены от двух торцев, что позволяет совместить конструкторскую и технологическую базу.

4) Допуски формы и расположения  вполне достижимы на применяемом  оборудовании.

5) В производство детали заложен принцип взаимозаменяемости.

6) Анализ элементов детали на  технологичность

 

 

 

1. Отношение длины штока к  его диаметру больше 15 - шток нежесткий, для обеспечения необходимой  точности (6кв) необходимо ограничивать  режимы резания или использовать люнеты для увеличения жесткости. Это влечет за собой невозможность применения прогрессивных режимов резания, а при применении люнетов невозможность автоматизации установки и снятия заготовок.

2. Канавки имеют разные размеры  и нестандартны, что требует применения специального инструмента.

3. Для фрезерования шестигранника  необходимо специальное делительное  приспособление.

4. Для обеспечения взаимного  расположения шестигранника и  шпоночного паза необходимо специальное  приспособление на операции фрезерования паза.

5. Наличие поверхности с высокими  требованиями к точности размеров  и качеству поверхностного слоя  требует применения контрольных  операций, в особенности после  азотации, которая может вызвать  трещины в поверхностном слое  и коробление штока.

6. Высокая твердость после азотации затрудняет дальнейшую мех. обработку.

7. Применяемый метод получения  заготовки (ковка на молотах) влечет  за собой большие и неравномерные  припуски, а значит большой объем  механической обработки и необходимость  обдирки поверхностного слоя окалины.

 

 

 

 

II Количественная оценка

1) Коэффициент использования заготовки

Кз=Мд/Мз; (4.1)

Мд=4,54кг;

Мз=Vз*0,00785= 1251846,111285*0,00785= 9826,9г= 9,83кг (4.2)

Vз= (D12*L1+ D22*L2+ D32*L3) *p/4; (4.3)

Vз= (502*180+602*50+452*476) *3,1415/4= 1251846,111285мм3

Кз=4,54/9,83= 0,46

2) Коэффициент использования материала

Км=Мд/ (Мз+Мотх); (4.4)

Мотх= 6%*Мз= 9,83*6/100= 0,59кг (4.5)

Км=4,54/ (9,83+0,59) =0,43

N	Наименование поверхности	Количество		Квалитет точности		Параметр шероховатости
1	Наружные поверхности	7		6; 9; 14; 9; 14; 6; 6.		1,6; 3,2; 3,2; 3,2; 3,2; 0,8; 1,6.
2	Внутренние поверхности
3	Торцевые поверхности	5		14; 14; 14; 14; 14.		3,2; 3,2; 0,4; 3,2; 3,2.
4	Отверстия
5	Фаски	4		14; 14; 14; 14.		3,2; 3,2; 3,2; 3,2.
6	Пазы	1		14		6,3
7	Канавки	4		14		3,2
Итого:			21		218		52,3