Шестерня
Деталь – шестерня М62.85.05.127 входит в промежуточный вал приводтепловоза М62.85.05.014. Шестерня вместе с валом передают крутящий момент. Материал шестерни – сталь 20Х ГОСТ 4543-71. Эта сталь применяется при изготовлении втулок, шестерен, дисков и других цементируемых деталей, к которым предъявляются требования высокой поверхности при невысокой прочности сердцевины, деталей, работающих в условиях износа при трении.
Масса детали – 7,83кг
Таблица 1.1
Химический состав стали 20Х, %
| С | Si | Mn | Cr | P | S | Cu | Ni |
| не более | |||||||
| 0,17-0,23 | 0,17-0,37 | 0,50-0,80 | 0,70-1,00 | 0,035 | 0,035 | 0,30 | 0,30 |
Таблица 1.2
Механические свойства стали 20Х (ГОСТ 8479-70)
| Термообработка | Сечение, мм | КП | t0,2 | tв | sв | y | KCU, Дж/см2 | НВ, не более |
| МПа | % | |||||||
| не менее | ||||||||
| Нормализация | 100-300 | 111-156 | ||||||
| Закалка, отпуск | 100-300 | 156-197 |
Технологические свойства
Температура ковки, °С, начало 1260, конца 750. Заготовки сечением до 200 мм охлаждаются на воздухе; 201-700 мм подвергаются низкотемпературному отжигу.
Свариваемость – сваривается без ограничений (кроме химико-термически обработанных деталей). Способы сварки: РДС, КТС без ограничений.
Обрабатываемость резанием в горячекатанном состоянии при НВ 131 и sв=460МпА КVVСТ=1,3 КVТВ.СПЛ. – 1,7
Флокеночуствительность – малочувствительна.
Склонность к отпускной хрупкости – не склонна.
Зубья шестерни подвергаются цементации, глубина слоя h = 0,8…1,2;
Твердость шестерни – НВ 207-340 – подвергается закалке.
Посадочное отверстие шестерни Æ60 выполнены по 7-му квалитету, выполняются внутренней шлифовкой и зубошлифовкой. Остальные поверхности – по 14 квалитетам. Технические требования к изготовлению – радиальное биение относительно общей оси – 0,15 мм; торцевое биение – 0,03 мм. Погрешность направления зубьев допускается проверять по пятну контакта рабочих поверхностей зубьев.
Кронштейн
Деталь – Кронштейн станка СВМ 1ФИ выполнена из чугуна СЧ20 ГОСТ 1412-79.
Чугун является наиболее распространённым материалом для фасонных отливок, так как является дешевым, технологичным материалом и обладает рядом важных эксплуатационных свойств: хорошая износостойкость, высокая демпфирующая способность, нечувствительность к надрезам, концентраторам напряжений и др. Чугунные отливки составляют 74 – 83 % от общего числа отливок. Область применения чугуна продолжает расширяться вследствие непрерывного повышения его прочности и эксплуатационных свойств.
Механические свойства:
· предел прочности при растяжении бр = 210 МПа;
· предел прочности на изгиб би = 40 МПа;
· твёрдость 163 – 229 НВ.
Химический состав:
· углерод С = 2,4 – 3,6 %;
· кремний Si = 2,5 – 3 %;
· марганец Mn = 0,2 – 1 %;
· фосфор Р = 0,04 – 0,3 %;
· сера S = 0,02 – 0,2 %.
2. Выбор и обоснование способов получения заготовок
Шестерня
При выборе способа изготовления поковок, прежде всего, учитывают требования к изготовляемой из неё детали при эксплуатации: характер нагрузки, наиболее ответственные сечения, требуемое расположение волокон, желаемое распределение наружных и внутренних слоёв металла и т.п. Затем устанавливают, какие приёмы могут придать поковке необходимые свойства.
В производстве с достаточно большим масштабом выпуска заготовки целесообразно получать методом штамповки. Этот метод позволяет получать заготовки, по форме и размерам наиболее близкие к готовой детали, что значительно повышает производительность механической обработки.
На основании чертежа готовой детали и программы выпуска (Nг=10000 шт./год) для изготовления заготовки шестерни выбираем объемную горячую штамповку.
Объемной горячей штамповкой формоизменяют заготовку в штампах под действием внешних сил.
Последовательность техпроцесса изготовления штампованной поковки следующая: резка исходного металла на заготовки, нагрев заготовок горячая штамповка, обрезка заусенца, термообработка поковок и очистка их от окалины, правка и контроль поковок.
Кронштейн
Для данной детали массой 5,8 кг, с учетом материала СЧ 20 и массового типа производства выбираем способ изготовления заготовки - литье.
Литейная технология может быть реализована различными способами. Технологические процессы получения заготовок определяются технологическими свойствами материалов, конструктивными формами и размерами детали и программой выпуска.
Способ изготовления отливки назначают с учетом ее массы, серийности выпуска и сложности. Для определения группы серийности все отливки предварительно разделяют на два вида: изготавливаемые литьем в песчаные формы и кокили, а также изготавливаемые по выплавляемым моделям и под давлением.
По табл. 2.1 [1] находим – литье в песчаные формы, группа – 5 (в зависимости от массы).
По табл. 2.2 [1] – производство массовое (по группе отливок и годовому выпуску. Тгод свыше 200000 отливок).
3. Выбор оборудования и оснастки
Штамповка
Точность получаемых заготовок, производительность штамповки, расход энергии, износ штампов во многом зависят от правильности выбора штамповочного оборудования.
Для данной детали выбираем штамповку на КГШП. Кривошипные горячештампованные прессы (КГШП) предназначены для горячей штамповки поковок из сортового проката в открытых и закрытых штампах.
КГШП предназначены для относительно точной штамповки различных поковок. Преимущества: меньшие припуски на механическую обработку; более высокая производительность.
Поковка шестерни относится к группе IV подгруппа Б осесиметричные поковки, изготовляемые осадкой в торец или осадкой с одновременным выдавливанием.
Рис. 3.1. Кинематическая схема кривошипного горячештамповочного пресса 1-эл. двигатель, 2- шкиф, 3-маховик, 4-тормоз маховика, 5-приемный вал, 6,8 – зубчатые колеса, 7- фрикционная пневматическая муфта, 9-коленчатый вал, 10-тормоз коленчатого вала, 11- шату, 12- направляющие, 13- ползун, 14- клино-вой стол, 15- основание пресса
Необходимо определить расчет усилия штамповки на КГШП (кривошипный горячештампованный пресс)
Ориентировочно массу падающих частей штамповочного молота в зависимости от массы получаемой поковки можно определить по табл. 2. 5. Для шестерни массой 9,24 кг выбираем массу падающих частей 3150 кг, соответственно усилие Р=(10...12) 3150=31,5 МН.
Формирование поковки происходит в полостях штампов, называемых ручьями. Ручьи штампов делятся на три группы: заготовительные, штамповочные и отрубные.
Заготовительные ручьи применяют для перераспределения объёма материала заготовки. В них металл перемещается в большинстве случаев вдоль длинной оси заготовки.
Штамповочные ручьи применяют для формообразования поковок требуемой конфигурации и размеров.
Отрубной ручей применяется для отделения готовых поковок от прутка и разделения нескольких поковок от штампованных совместно.
3.2 Отливка
Технологический процесс изготовления отливки складывается из разных процессов, выполняемых в отделениях литейного цеха.
Техпроцесс начинают с подготовки формовочного комплекта: моделей, стержневых ящиков, сушильных плит, шаблонов для проверки размеров и стержней.
Модельный комплект: модели, модельные плиты, стержневые ящики – подготавливают в модельном отделении цеха. Для изготовления литейных форм используют формовочные смеси – пески, связующие и специальные добавки. Их хранят в емкостях и бункерах на складе формовочных материалов. Качество формовочных материалов контролируют в лабораториях.
Процесс изготовления литейных форм называют формовкой. Для крупносерийного производства используют машинную формовку.
Стержни изготавливают в стержневых ящиках.
В качестве исходного материала для получения жидкого чугуна применяют шихту (чушковые, литейные и передельные чугуны, чугунный лом и т.д.), которую подают в плавильное отделение. Для плавки чугуна применяют шахтные печи – вагранки, электропечи и пламенные печи.
Расплавленный металл нагревают в печи до определенной температуры, чтобы он хорошо заполнил литейную форму. Расплав заливают в форму, отдавая теплоту форме охлаждения и затвердевает. После охлаждения отливок формы выбивают и отливки извлекают из форм. Для выбивки форм служат специальные установки.
В отделении очистки и обрубки специальным инструментом, на дробеструйных и дробеметных установках, в гидравлических, пескогидравлических и очистных барабанов отрезают или обрубают литники, очищают поверхности отливок.
Для получения требуемой структуры и механических свойств, снятия внутренних напряжений отливки часто подвергают термической обработке – нагреву и охлаждению по заданным режимам в термических печах. После этого отливки подвергаются очистке и контролю.
Рис 3.2 Схема получения заготовки литьем в песчано-глинистые формы
1,3 – нижняя и верхняя часть формы; 2- полость в литейной форме; 4, 5 - выпор; 6 – литниковая система; 7 - центрирующий стержень; 8-опоки;
9 –подмодельная плита
4. Проектирование заготовок
Проектирование штампованной заготовки
Процесс проектирования штампованной заготовки включает в себя выбор положения поверхности разъёма штампа, а также определение согласно чертежа готовой детали припусков, напусков и допускаемых отклонений на все поверхности проектируемой заготовки.
Расчетная масса поковки определяется из её номинальных размеров. Ориентировочная величина расчетной массы поковки:
(1, стр18)
где 
– масса детали, кг;
– расчетный коэффициент
(1, табл.П3.1)
Мз=7,83х1,8=14,09(кг)
Класс точности поковки устанавливается в зависимости от технологического процесс и оборудования для изготовления – Т4 (1,табл.П1.1)
Группу стали определяем в зависимости от среднего массового содержания углерода и легирующих элементов Группа стали – М1 (1,стр.18)
Степень сложности поковки определяется путем отношения массы Gм штамповки к массе Gф геометрической фигуры, в которую она вписана – Gф=Vф´r
Конфигурация поверхности разъема штампа – плоская.
Исходный индекс для последующего назначения основных припусков, допусков и допускаемых отклонений определяется в зависимости от массы, марки стали, степени сложности и класса точности поковки. – 14 (1, табл. 2.8)
Основные припуски на механическую обработку поковок устанавливаются по табл. 2.9 [1] в зависимости от исходного индекса, линейных размеров и шероховатости поверхности детали.
Припуски распространяются на обрабатываемые поверхности поковки. Величины припусков следует назначать на одну сторону номинального размера поковки.
Æ211,898 – 2,5 мм
Æ60 – 2,2 мм
Æ72 – 1,7 мм
83 – 2,5мм
46 – 2 мм, 1,7
Дополнительные припуски, учитывающие смещение поковки, отклонение от плоскостности определяются исходя из формы поковки и технологии ее изготовления. Допустимое отклонение от плоскости – 0,5 мм (1, табл. 2.11)
В зависимости от класса точности устанавливаются дополнительные припуски на механическую обработку. Смещение по поверхности разъема штампов – 0,4мм (1,табл. 4)
Допуски и допускаемые отклонения линейных размеров заготовки назначаются в зависимости от исходного индекса и размеров заготовки (1, табл. 2.14)
Размеры поковки с учётом основных и допускаемых припусков
Æ211,898+(2,5+0,4)х2=217,698 (мм); принимаем Æ218мм.
Æ60-(2,2+0,4)х2=54,8 (мм); принимаем Æ54,5мм.
Æ72+(1,7+0,4)х2=74,2 (мм); принимаем Æ74,5мм.
83+(2,5+0,5)х2=89 (мм); принимаем 89 мм.
46+2,0+0,5+1,7+0,5 =50,7 (мм) принимаем 51 мм.
Штамповочные уклоны: наружные поверхности – 5°, внутренние – 7° (1. Табл 2.23).
Радиусы закруглений наружных углов принимаем – 3 мм (1, табл.2.12)
Допускаемые отклонения размеров (1,табл.2.14)
Æ 
Æ 
Æ 
Назначаем допускаемые отклонения на максимальную толщину с целью компенсации недоштамповки, такое же отклонение назначаем на остальные элементы толщины.
Неуказанные допуски радиусов закруглений – 1 мм (1,табл.2.18)
Допустимая величина остаточного облоя – 1,2 мм (1, табл.2.16)
Допустимое отклонение от плоскости – 1,2 мм
Допускаемое отклонение от концентричности пробитого отверстия – 1,5 мм (1, табл.2.18)
Допускаемая высота заусенцев – не более 5 мм (1, табл.2.19)
Допустимые отклонения штамповочных уклонов на поковках устанавливаются в пределах 
0,25 мм их номинальных величин.
Литая заготовка
1. Определение массы заготовки.
[1, с.34]
где – масса готовой детали
– масса заготовки
Квт – коэффициент весовой точности
Квт=0,55…0,7 – литье в песчаные формы
2. По таблице 2.24 [1] определяем классы точности размеров и масс и ряды припусков на механическую обработку отливок.
Класс точности размеров, масс – 7; ряд припусков – 2.
Ось отливки – вертикальная.
3. Допуски на литейные размеры назначаются в зависимости от класса точности и номинального размера. (1, табл.2.25)
Æ 72 – 1,1 мм 175 мм – 1,4 мм 90 мм- 1,1 мм
Æ 96 – 1,1 мм 176 мм- 1,4 мм
70 мм – 1,1 мм 28 мм – 0,9 мм
4. Припуски на механическую обработку отливок.
Основные припуски назначаются в зависимости от допусков на соответствующий размер отливки и ряда припусков
Допуск размера Основной припуск мм.
1,1 мм 1,6 мм
0,9 мм 1,4 мм
1,1 мм 2,4 мм
5. Предельные отклонения смещения по плоскости разъема – 0,5 мм
6. Предельные отклонения коробления – 0,16 мм
7.Степень коробления 5
8.Дополнительные припуски на размер 28 мм принимаем 0,1 мм (с.2.29)
9.Назначаем формовочные уклоны. Они назначаются на вертикальных стенках отливки с целью облегчения удаления модели из формы и стержня из стержневого ящика. Принимаем 2 05' и 0 ͦ 43' (табл 2,3).
10.Радиусы закруглений в сопряжениях выбираются по графикам в зависимости от материала отливки, толщины сопрягаемых стенок и угла, образованного между ними. 5 мм.
Размеры отливки:
Æ 96
Æ 72- 2,4х3=67,2 мм
70 мм +1,6х2=73,2 мм
28 мм +1,4х2=30,8 мм
175 мм; 176 мм.
5. Аналитический расчет припусков
Штамповка
Отверстие Æ60Н7 (+0,03)
Определяем технологический маршрут последовательности обработки поверхности. Определим общий коэффициент уточнения:
,
где 
допуск размера заготовки, 
мм;
допуск размера с чертежа, 
мм;
;
Определим количество переходов благодаря коэффициенту уточнения остаточному:
,
где 
коэффициент уточнения на i-ом переходе.
Для черновой операции 
, для чистовых и отделочных переходов 
.
;
;
;
Для обработки номинального диаметра достаточно 3 перехода:
1 – черновое растачивание;
2 – чистовое растачивание;
3 – внутреннее шлифование;
При обработке внутренних поверхностей минимальный припуск:
где 
– высота неровностей профиля на предшествующем переходе;
– глубина дефектного поверхностного слоя на предшествующем переходе;
– суммарные отклонения расположения поверхности;
– погрешность установки заготовки на выполняемом переходе
Заготовка шестерни – штамповка.
Последовательность обработки отверстия Æ60Н7
Заготовка
Для штамповки Rz = 200мкм, h=250мкм (2, стр 186,табл 12)
(2,стр.186, табл17)
Растачивание черновое
Для растачивания чернового Rz = 100мкм, h=100мкм (2, стр 186,табл 12)
Dост = Dзаг х Ку
где Dост – остаточное отклонение расположения заготовки после обработки
Ку – коэффициент уточ 
нения
Ку=0,06; Dост=1700´0,06=102 (мкм)
ε= 400 мкм (2,стр.42, табл.13)
Растачивание чистовое
Для растачивания чистового Rz = 25мкм, h=25мкм (2, стр 186,табл 12)
Ку=0,04; Dост=102´0,04=4(мкм)
ε=100 мкм
Результаты расчетов сводим в таблицу 5.1.
Внутреннее шлифование
Для внутреннего шлифования Rz = 5мкм, h=15мкм (2, стр 186,табл 10)
Ку=0,02; Dост=4´0,02=0,03(мкм)
ε=8 мкм (2,стр.42, табл.13)
Результаты расчетов сводим в таблицу 5.1.
Таблица 5.1
Расчет припусков и предельных размеров по технологическим переходам
| Элементарная поверхность детали и технологический маршрут ее обработки | Элементы припуска мкм | Расчетный припуск 2Zmin, мм | Расчетный минимальный размер, мкм | Допуск на изготовление Тa, мм | Принятые (округленные) размеры по переходам, мм | Полученные предельные припуски, мм | |||||
| Rz | h | D | E | d max | d min | Zmax | Zmin | ||||
| Штамповка | – | – | 50,51 | 2,8 | 53,5 | 50,7 | – | – | |||
| Растачивание черновое | 4,4 | 57,71 | 0,46 | 58,17 | 57,71 | 7,47 | 4,21 | ||||
| Растачивание чистовое | 0,6 | 58,77 | 0,12 | 58,89 | 58,77 | 1,18 | 0,6 | ||||
| Внутреннее шлифование | 0,08 | 0,11 | 0,03 | 60,03 | 1,26 | 1,11 |
Записав в соответствующей графе таблицы значение допусков на каждый технологический переход и на заготовку, определим наибольшие предельные размеры, округляя расчетные размеры:
Расчётное значение припуска:
;
;
Назначаем допуски на обработку (табл. 4, с. 8 [2]):
1. черновое растачивание – 0,46 мм;
2. чистовое растачивание – 0,12 мм;
3. внутреннее шлифование – 0,03 мм.
Рис. 5.1. Схема расположения полей допусков и припусков (в скобках указаны размеры после скругления)
Наибольший диаметр после внутреннего шлифования Æ60,03 мм;
Наименьший диаметр после внутреннего шлифования Æ60 мм;
Номинальный диаметр после внутреннего шлифования Æ60 
мм;
Наибольший диаметр после чистового растачивания Æ58,89 мм;
Наименьший диаметр после чистового растачивания Æ58,77 мм;
Номинальный диаметр после ч 
истового растачивания Æ58,77 
мм;
Наибольший диаметр после чернового растачивания Æ58,17 мм;
Наименьший диаметр после чернового растачивания Æ57,71 мм;
Номинальный диаметр после чернового растачивания Æ57,71 
мм;
Наибольший диаметр заготовки Æ53,31 мм
Наименьший диаметр заготовки Æ50,51 мм;
Номинальный диаметр заготовки Æ52,5 
мм;
Определим предельные фактические отклонения:
Zmax = Dmax – DminZb;
Zmin = Dmin – DmaxZb;
1. Черновое растачивание:
Zmax = 78,17 – 50,7 = 7,47 мм;
Zmin = 57,71– 53, 5 = 4,21 мм.
2. Чистовое растачивание:
Zmax = 58,89 – 57,71 = 1,18 мм;
Zmin = 58,77 – 58,17 = 0,6 мм.
3. Внутреннее шлифование 
:
Zmax = 60,03 – 58,77 = 1,26мм;
Zmin = 60 – 58,89= 1,11 мм.
Отливка
Торец 70 h14 
мм.
Определяем технологический маршрут последовательности обработки поверхности. Определим общий коэффициент уточнения:
,
где 
допуск размера заготовки, 
мм;
допуск размера с чертежа, 
мм;
;
Определим количество переходов благодаря коэффициенту уточнения остаточному:
,
где 
коэффициент уточнения на i-ом переходе.
Для черновой операции 
, для чистовых и отделочных переходов 
.
;
Для обработки отверстия необходимо 1 переход.
– черновое подрезание.
При обработке противолежащих поверхностей (двойной припуск) минимальный припуск:
 |
где 
– высота неровностей профиля на предшествующем переходе;
– глубина дефектного поверхностного слоя на предшествующем переходе;
– суммарные отклонения расположения поверхности;
– погрешность установки заготовки на выполняемом переходе
Заготовка
Для отливки Rz+ h = 400(2, стр 182,табл 6)
(2,стр.183, табл 8)
Черновое подрезание
Для чернового подрезания Rz = 50мкм, h=50мкм (2, стр 185,табл 10)
Dост = Dзаг х Ку
где Dост – остаточное отклонение расположения заготовки после обработки
Ку – коэффициент уточнения
Ку=0,06; Dост=973´0,06=58,4 (мкм)
ε=150 мкм (2,стр.42, табл.13)
Результаты расчетов сводим в таблицу 5.2.
Таблица 5.2
Расчет припусков и предельных размеров по технологическим переходам
| Элементарная поверхность детали и технологический маршрут ее обработки | Элементы припуска мкм | Расчетный припуск 2Zmin, мм | Расчетный минимальный размер, мкм | Допуск на изготовление Тa, мм | Принятые (округленные) размеры по переходам, мм | Полученные предельные припуски, мм | |||||
| Rz | h | D | E | d max | d min | Zmax | Zmin | ||||
| Отливка | – | – | 69,26 | 2,2 | 69,26 | ||||||
| Черновое подрезание | 58,4 | 0,74 | 75,6 | 73,4 | 6,34 | 3,4 |
Записав в соответствующей графе таблицы значение допусков на каждый технологический переход и на заготовку, определим наибольшие предельные размеры, округляя расчетные размеры:
Расчётное значение припуска:
Назначаем допуски на обработку (табл. 4, с. 8 [2]):
4. черновое подрезание – 0,74
Рис. 5.2. Схема расположения полей допусков и припусков (в скобках указаны размеры после скругления)
Наибольший размер после чернового подрезания 70 мм;
Наименьший размер после чернового подрезания 69,26 мм;
Номинальный размер после чернового подрезания 70 
мм;
Наибольший размер заготовки 75,6 мм
Наименьший размер заготовки 73,4 мм;
Номинальный размер заготовки 74,5±1,1 мм;
Определим предельные фактические отклонения:
Zmax = Dmax – DminZb;
Zmin = Dmin – DmaxZb;
4. Черновое растачивание:
Zmax = 75,6 – 69,26 = 6,34 мм;
Zmin = 73,4 – 70 = 3,4 мм.
Заключение
Во время выполнения курсо 
вого проекта рассмотрены назначения и конструктивные особенности деталей – шестерня и кронштейн. Выбраны и обоснованы способы получения заготовок – штамповки и отливки, спроектированы заготовки, произведен аналитический расчет припусков. Выяснилось, что припуски определенные табличным и аналитическим методом почти совпадают. Для детали штамповки (отверстие Æ60Н7 (+0,03) мм): табличный метод - Æ 
мм, аналитический метод - Æ52,5 
мм. Для детали отливки (Торец 70h14 мм): табличный метод - Æ73,2±1,1мм, аналитический метод - Æ74,5±1,1мм;
Список литературы
1. Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине «Технологические методы производства заготовок» Луганск, ВУГУ, 1999
2. Справочник технолога машиностроителя Под ред. А.Г.Косиловой и Р.К.Мещерякова М., Машиностроение, 1985г.
3. А.Н.Балабанов Краткий справочник технолога машиностроителя М., Издат. Стандартов, 1992 г.
4. Е.И.Семенов и др. Технология и оборудования ковки и объемной штамповки М., Машиностроение, 1978
5. Н.Д.Титов, Ю.А.Степанов Технология литейного производства.