Проектирование поковки.
Исходные данные: эскиз детали приведен на рис.1.1, материал: сталь 35ХМ.
Рис. 1.1. Эскиз детали.
С учетом конфигурации детали (рис. 1.1) и технологических возможностей процесса ковки определяем основные параметры способа получения поковки и заполняем таблицу по форме 1.1.
Форма 1.1.
| Параметры | Источник | Принятое в проекте поковки решение и его обоснование |
| Тип и форма поковки. | Раздел 1.2, табл. 2 | Валы сплошные ступенчатые круглого сечения  , т.е.  .
|
| Операции, определяющие форму поковки. | Раздел 1.2 | Протяжка всех шеек с последующей обрубкой концов. |
По заданному чертежу определяем объем детали, для этого определим длину первой ступени вала:
Принимая коэффициент использования металла для поковок сплошных валов малых размеров равным 
и плотность стали 
, рассчитаем массу детали и поковки:
Выбираем оборудование для ковки. Исходя из марки материала и массы заготовки, принимаем по табл. 3 ковочный молот паровоздушный двойного действия с массой падающих частей 1000 кг.
Запас по массе заготовки 
и по диаметру исходной заготовки 
. Соответственно ширина бойка 240 мм и радиус округления его 5 мм.
Вычерчиваем тонкой линией контур детали (рис. 1.2). Устанавливаем, что все поверхности поковки обрабатываемые, вычерчиваем контур поковки с учетом установленных ковочных напусков. Все линейные размеры задаем от базового торца Т.
В скобках под всеми размерными линиями указываем номинальные размеры готовой детали. Все линейные размеры готовой детали пересчитываем к направлениям, заданным в поковке:
, 
, 
Определяем расчетные размеры диаметров участков поковки по форме 1.2. При этом 
определяем для всех размеров сечения по табл. 4 [15], 
- для всех размеров сечения, кроме максимального – по табл. 6 [15].
|
|
Форма 1.2.
Номинальный размер сечения детали
| Основной припуск
по табл. 4
| 
| Дополнительный припуск на диаметр по табл. 6
| Расчетный диаметр ступени поковки
| Величина коррекции расчетного диаметра поковки с учетом 
| Предельные отклонения по табл. 4 | Окончательный размер диаметра поковки с предельными отклонениями |
| Æ70 | Æ81 | - | ±3 | Æ81±3 | |||
| Æ80 | Æ92 | - | ±3 | Æ92±3 | |||
| Æ88 | Æ100 | - | ±3 | Æ100±3 | |||
| Æ100 | - | Æ110 | +3 | ±3 | Æ113±3 | ||
| Æ72 | Æ84 | -3 | ±3 | Æ81±3 | |||
| Æ82 | Æ94 | - | ±3 | Æ94±3 |
Рассчитываем длины ступеней поковки и площади сечений 
по форме 1.3.
Форма 1.3.
Номинальный размер длины ступени детали 
| Расчетная формула длины элемента поковки по рис. 1 [15] | Расчетная величина длины элемента поковки 
| Площадь продольного сечения поковки
| 
|
| 
| 
| ||
| 
| |||
| - | |||
| 
| - | ||
| 
| 
| ||
| 
| 
|
Так как показатель 
для наибольшего размера диаметра поковки 110 меньше других значений 
, то рассчитываем параметры . Сечение с номинальным размером диаметра детали 72 имеет наибольшее значение , оно принимается в качестве основного (черновой направляющей базы), с него снимается дополнительный припуск, который переносится на Æ100. Все эти изменения вносятся в форму 1.2. 
Проверяем выполнимость на поковке уступов по табл. 8 [15]. Уступами у детали являются Æ81, Æ92, Æ100. Для них высота уступа:
|
|
а) 
;
б) 
;
в) 
.
Все диаметры уступов выполнимы.
Проверяем выполнимость длин уступов по табл. 9 [15]. Ширина бойка 
и, следовательно, минимальная выполнимая длина уступа согласно табл. 9 составляет 
.
Длины уступов согласно форме 1.3. составляют:
а) для Æ81 
;
б) для Æ92 
;
в) для Æ100 
.
Так как по длине уступ для Æ100 невыполним, то возможны два решения: продление длины уступа до 96 мм или отковывание его по размеру сечения соседнего выступа (Æ113). Принимаем решение о ликвидации уступа Æ100, так как в этом случае напуск будет меньшим по сравнению с удлинением длины уступа. Тогда длина бурта (Æ113) увеличится и будет равна: 
.
Фланец Æ94 выполняем, если его длина не менее 
, т.е. 
; 
; и его длина более 1,2 уступа к смежному сечению (Æ81), т.е.
; 
Фланец Æ94, 
выполним.
Выемка Æ81 и длиной 
выполнима, если минимальная длина между засечками 
не менее 
. Длину засечки устанавливаем из равенства объемов:
Выемка Æ81 и длиной выполнима.
На все размеры поковки назначаем симметричные предельные отклонения. Для сплошных валов они назначаются по табл. 4 для всех диаметров 
и для всех длин (исходя из величины предельных отклонений для сечения наибольшего размера).
Предельные отклонения размеров сечений вносим в форму 1.2, а предельные отклонения длин рассчитываем в форме 1.4.
Форма 1.4.
| Номинальный размер длины поковки от базового торца | Расчетная формула предельных отклонений по рис. 1 | Величина  согласно табл.4 [15]
| Расчетная величина предельных отклонений | Размер длины поковки с предельными отклонениями |
| 
| 
| ||
|
|
| 
| ||
| 
| 
| ||
|
|
| 
| ||
| 
| 
|
По чертежу поковки рассчитываем объем и массу поковки, а затем определяем коэффициент использования материала:
|
|
Рассчитываем максимальные и минимальные значения одностороннего припуска. Результаты расчетов сводим в форму 1.5.
Форма 1.5.
Размер сечения поковки 
| Суммарный припуск 
| Предельные отклонения 
| 
| 
|
| 
| |||
| 
| |||
| 
| |||
| 
| |||
|
|
|
Рис. 1.2. Эскиз поковки.
Проектирование штамповки.
Исходные данные: эскиз детали приведен на рис.2.1, материал: 40ХН.
Рис. 2.1. Эскиз детали.
Обработанная заготовка двухвенцового блока шестерни (рис. 2.1) перед операцией зубонарезания может ассоциироваться с валом. В качестве черновой базы заданы поверхности шейки Æ55 мм и внутренний торец венца Æ95 мм.
Примем линию разъема штампа совпадающей с диаметральной плоскостью блока шестерни. Ось отверстия не совпадает с направлением движения ползуна, и отношение ожидаемой длины отверстия к его ожидаемому диаметру больше 3, поэтому при штамповке отверстие в блоке шестерни выполнять не будем.
В нашем примере рассматриваются два варианта проектируемой заготовки соответственно для двух типов производства: 1- крупносерийного и 2- мелкосерийного.
С учетом технологических возможностей штамповочного оборудования и конфигурации детали определяем основные параметры способов получения заготовки и заполняем форму 2.1.
Форма 2.1.
| Параметры | Источник [14] | Варианты производства | |
| 1 - крупносерийное | 2 - мелкосерийное | ||
| Способ штамповки | Раздел 1.2. | Штамповка в открытом штампе с предварительным профилированием на другом оборудовании. | Штамповка в открытом многоручьевом штампе. |
| Оборудование | Раздел 1.2. | КГШП с выталкивателем | Штамповочный молот |
| Способ нагрева | Раздел 1.2. | Индукционный | Пламенный |
| Разъем штампа | Раздел 1.2. | Плоский, по диаметральной плоскости. | Плоский, по диаметральной плоскости. |
| Напуски: | Раздел 1.3. | ||
| а) способ образования отверстия; | Раздел 1.2. | Отверстия не выполняются | |
| б) штамповочные уклоны: | Табл. 3 | ||
| наружные | 5º | 7º | |
| внутренние | 7º | 10º | |
| Класс точности штамповки | Раздел 2.6. | ||
| - табл. 5: | Т3 | Т4 | |
| - с учетом способа нагрева | Т3 | Т5 | |
| Группа стали | Табл.4. | М2 | М2 |
Вычерчиваем тонкой линией контур детали. Устанавливаем, что все поверхности детали подлежат обработке.
Вычерчиваем контур штамповки с учетом припусков, штамповочных уклонов, переходных радиусов и напусков (рис. 2.2, рис. 2.3).
В качестве опорной исходной базы принимаем внутренний торец венца Æ95 мм. В качестве направляющей базы используем цилиндрическую поверхность шейки Æ55 мм.
Наносим все размерные линии штамповки. В скобках, под размерными линиями, определяющими положение и размер обрабатываемых поверхностей, указываем номинальные размеры готовой детали. Все линейные размеры, заданные в чертеже детали от других поверхностей, по сравнению с чертежом штамповки, пересчитываем к базовому торцу:
;
;
Определяем объем и массу готовой детали:
где 
- плотность стали.
Определяем расчетную массу заготовки:
Форма 2.2.
| Вариант | Принятый
коэффициент 
| Обоснование
выбранного
| 
|
| 1 и 2 | 2,0 | Штамповка с отверстием | 
|
- выбираем в зависимости от характеристики детали.
Степень сложности штамповки определяем в зависимости от отношения объема штамповки к объему элементарной фигуры, в которую вписывается штамповка.
где 
- объем штамповки;
- объем элементарной фигуры, в которую вписывается штамповка.
Так как 
, следовательно, степень сложности С1.
Рассчитываем номинальные размеры штамповки.
Выбираем исходный индекс для последующего назначения основных припусков и допускаемых отношений в зависимости от массы, марки стали, степени сложности и класса точности штамповки.
Для определения исходного индекса по табл. 7 [14] в графе "Масса поковки" находим строку соответствующую массе штамповки 
и, смещаясь по горизонтальным вправо и по утолщенным линиям право вниз до пересечения с вертикальными линиями, соответствующими заданным значениям группы стали М2, степени сложности С1, класса точности Т3 и Т5 устанавливаем исходный индекс: для варианта 1 – 10; для варианта 2 – 14.
Заполняем таблицу расчетов номинальных размеров штамповки (форма 2.3). Для штамповки 2 варианта с учетом способа нагрева (пламенного) значения припусков увеличиваем на 0,8 мм на сторону.
Форма 2.3.
| Номинальный размер детали | Шероховатость по чертежу Ra | Припуск на сторону, мм | Расчет номинального размера штамповки | Номинальный размер штамповки, мм | ||||
| Основной | Дополнительный | Общий припуск с учетом способа нагрева | ||||||
| Смещение поверхности рельефа | Изогнутость, отклонение от плоскостности и прямолинейности | Отклонение межосевого расстояния | ||||||
| I вариант | ||||||||
| Æ95 | 6,3 | 1,5 | 0,3 | 0,2 | - | 2,0 | 
| Æ99,0 |
| Æ85 | 6,3 | 1,5 | 0,3 | 0,2 | - | 2,0 | 
| Æ89,0 |
| Æ55 | 12,5 | 1,2 | 0,3 | 0,2 | - | 1,7 | 
| Æ58,4 |
| 12,5 | 1,1 | 0,3 | 0,2 | - | 1,6 | ||
| 1,25 | 1,6 | 0,3 | 0,2 | - | 2,1 | 
| 58,5 | |
| 12,5 | 1,2 | 0,3 | 0,2 | - | 1,7 | 
| 48,1 | |
| 12,5 | 1,1 | 0,3 | 0,2 | - | 1,6 | 
| 24,8 | |
| 12,5 | 1,1 | 0,3 | 0,2 | - | 1,6 | 
| 25,2 |
Продолжение формы 2.3.
| II вариант | ||||||||
| Æ95 | 6,3 | 2,3 | 0,3 | 0,4 | - | 3,0 + 0,8 | 
| Æ102,6 |
| Æ85 | 6,3 | 2,3 | 0,3 | 0,4 | - | 3,0 + 0,8 | 
| Æ92,6 |
| Æ55 | 12,5 | 1,7 | 0,3 | 0,4 | - | 2,4 + 0,8 | 
| Æ61,4 |
|
| 12,5 | 1,5 | 0,3 | 0,4 | - | 2,2 + 0,8 | ||
| 1,25 | 2,2 | 0,3 | 0,4 | - | 2,9 + 0,8 | 
| 58,7 | |
| 12,5 | 1,7 | 0,3 | 0,4 | - | 2,4 + 0,8 | 
| 48,2 | |
| 12,5 | 1,5 | 0,3 | 0,4 | - | 2,2 + 0,8 | 
| 22,0 | |
| 12,5 | 1,5 | 0,3 | 0,4 | - | 2,2 + 0,8 | 
| 28,0 |
Основной припуск устанавливаем по табл. 8 [14] в зависимости от исходного индекса, линейного размера и шероховатости поверхности детали. Дополнительные припуски учитывают смещение по поверхности разъема штампа, отклонение от плоскостности и межосевого расстояния. Смещение по поверхности разъема штампа устанавливаем по табл. 10 [14]. Изогнутость и отклонение от плоскостности и прямолинейности назначаем по табл. 11 [14].
Назначаем предельные отклонения на все номинальные размеры штамповки по табл. 14 [14] в зависимости от исходного индекса и размеров штамповки. При назначении предельных отклонений учитываем условия недоштамповки и одно или двухсторонний износ штампа, а также изменение знака предельных отклонений для внутренних поверхностей. Все расчеты сводим в расчетную таблицу по форме 2.4.
Форма 2.4.
| Номинальный размер штамповки | Табличные предельные отклонения | Символ размера по рис.2 [14] | Поправочный коэф. на износ | Расчетное предельное отклонение | Характер поверхности | Размер с предельными отклонениями |
| I вариант | ||||||
| Æ99,0 | +1,1 -0,5 | D | +1,1 -0,5 | Наружный диаметр | 
| |
| Æ89,0 | +1,1 -0,5 | D | +1,1 -0,5 | Наружный диаметр | 
| |
| Æ58,4 | +1,1 -0,5 | D | +1,1 -0,5 | Наружный диаметр | 
| |
| 58,5 | +1,1 -0,5 | L | +1,1 -0,5 | Наружная длина | 
| |
| 48,1 | +1,1 -0,5 | L | +1,1 -0,5 | Наружная длина | 
| |
| 24,8 | +0,5 -0,9 | L | +0,5 -0,9 | Внутренняя длина | 
| |
| 25,2 | +0,9 -0,5 | L | +0,9 -0,5 | Наружная длина | 
| |
| II вариант | ||||||
| Æ102,6 | +2,1 -1,1 | D | +2,1 -1,1 | Наружный диаметр | 
| |
| Æ92,6 | +1,8 -1,0 | D | +1,8 -1,0 | Наружный диаметр | 
| |
| Æ61,4 | +1,8 -1,0 | D | +1,8 -1,0 | Наружный диаметр | 
| |
| 58,7 | +1,8 -1,0 | L | +1,8 -1,0 | Наружная длина | 
| |
| 48,2 | +1,8 -1,0 | L | +1,8 -1,0 | Наружная длина | 
| |
| 22,0 | +0,9 -1,6 | L | +0,9 -1,6 | Внутренняя длина | 
| |
| 28,0 | +1,6 -0,9 | L | +1,6 -0,9 | Наружная длина | 
|
Устанавливаем допускаемые отклонения формы и расположения поверхностей, значения заносим в форму 2.5. Допускаемые отклонения формы и расположения поверхностей являются самостоятельными и не зависят от допусков и допускаемых отклонений размеров штамповки.
Форма 2.5.
| Наименование допускаемого отклонения формы и расположения поверхностей | Класс точности штамповки | Номер справочной таблицы [14] | Расчетный интервал масс, кг | Допуск, мм | ||
| 1 вар. | 2 вар. | 1 вар. | 2 вар. | |||
| Допускаемая величина смещения по поверхности разъема штампа | Т3 | Т5 | Табл.15 | 3,2-5,6 | 0,6 | 0,8 |
| Допускаемая величина остаточного облоя | Табл. 16 | 0,8 | 1,0 | |||
| Допускаемая величина высоты заусенца | п.2.12.5 | |||||
| Допускаемые отклонения от соосности | п.2.12.9 | Нет отв. | Нет отв. | |||
| Допускаемое наибольшее отклонение от концентричности отверстия | Табл. 18 | Нет отв. | Нет отв. | |||
| Допускаемое отклонение от изогнутости | Табл. 19 | 0,5 | 0,8 | |||
| Допуск радиального биения | Табл. 19, п.2.12.12 | 1,0 | 1,6 | |||
| Допускаемые отклонения межосевого расстояния | Табл. 20 | Нет отв. | Нет отв. | |||
| Допускаемые отклонения угловых размеров | Табл. 22 | Нет | Нет |
Назначаем радиусы закругления штамповок:
Форма 2.6.
| Вариант | Расчетный интервал масс, кг | Интервал глубин, мм | Радиус закругления, мм |
| 1,0 – 6,3 | 25 - 50 | 2,5 | |
| 1,0 – 6,3 | св. 50 | 3,6 |
Радиус закругления устанавливаем по табл. 13 [14] в зависимости от массы штамповки и глубины полости ручья штампа.
Рассчитываем фактическую массу и объем штамповки. Расчет объема штамповки ведется по ее номинальным размерам, увеличенным на 0,5 верхнего предела – для наружных поверхностей и уменьшенных на 0,5 нижнего предела – для внутренних поверхностей. Для I варианта задания:
где 
- плотность стали.
Вычисляем фактическое значение 
для I варианта:
Для II варианта задания:
где - плотность стали.
Вычисляем фактическое значение для II варианта:
Эскиз штамповки для I варианта приводится на рис. 2.2, а для II варианта на рис. 2.3.
Рис. 2.2. Эскиз штамповки (I вариант).
Рис. 2.3. Эскиз штамповки (II вариант).
3. Проектирование отливки.
Исходные данные: эскиз детали приведен на рис.3.1, материал: СЧ18.
Рис. 3.1. Эскиз детали.
В соответствии с чертежом детали (рис. 3.1) и типом производства выбираем основные параметры способов получения отливок для двух вариантов и заполняем таблицу по форме 3.1.
В условиях мелкосерийного производства наиболее целесообразным является литье в песчано-глинистые сырые формы с машинной формовкой. Рекомендуемый (табл. 3) класс размерной точности 10-14. С учетом примечания табл. 3 назначаем 13-й класс размерной точности.
При крупносерийном производстве рационально применить литье в оболочковые формы. Рекомендуемый (табл. 3) [12] класс размерной точности 9-13. Принимаем 10-й класс точности.
Форма 3.1.
| Параметры | Источник [12] | I вариант | II вариант |
| Тип производства | Мелкосерийный | Крупносерийный | |
| Способ литья. | Табл. 1. | В песчано-глинистые сырые формы машинной формовкой. | В оболочковые формы. |
| Особенности изготовления стержней. | В сухие песчаные формы | В сухие песчаные формы | |
Перечень не отливаемых отверстий  .
| Нет | Нет | |
| Анализ минимальной толщины стенки S: | |||
| S по чертежу детали | 
| 7,5 | |
Параметр 
| 
| ||
| Допускаемая S | Рис.4. | 7,0 | 7,0 |
| Необходимость ввода утолщений. | Нет | Нет | |
| Общий класс точности отливки. | Табл. 3. | ||
| Степень коробления. | Табл. 5. | ||
| Степень точности. | Табл. 8. | ||
| Ряд припусков на механическую обработку. | Табл. 10. | ||
| Уровень точности обработки. | Табл. 14. | Пониженный | Средний |
Степень коробления отливок, указываемую на чертеже, в обоих вариантах определяем для элементов с наибольшей степенью коробления по табл. 5 [12] из соотношения наименьшего размера элемента (толщины диска) к наибольшему (диаметру шкива):
Принимаем 9-ю степень коробления.
Степень точности отливки по табл. 8 [12] для I варианта составляет 13-19. Принимаем 18-ю степень точности.
Для II варианта степень точности 9-15 по табл. 8 [12]. Принимаем 14-ю степень точности.
Устанавливаем ряд припуска по табл. 10 [12] для I варианта 9-12, для II варианта 5-8. С учетом типа производства для простой по конфигурации отливки принимаем для I варианта 11-й, для II варианта 7-й ряд припусков.
Назначаем формовочные уклоны для обоих вариантов по форме 3.2.
Форма 3.2.
Номинальный размер  , мм
| Тип уклона по рис. 5 | Высота основной формообразующей поверхности H, мм | Номер справочной таблицы | Величина уклона по таблице |
| I вариант | ||||
| Æ520 | г | Табл.2 | 
| |
| Æ110 | г | Табл.2 |
| |
| Æ110 | г | Табл.2 | 
| |
| II вариант | ||||
| Æ520 | г | Табл.2 | 
| |
| Æ110 | г | Табл.2 | 
| |
| Æ110 | г | Табл.2 | 
|
Расчет исполнительных размеров отливки ведем по форме 3.3 для каждого варианта в отдельности. Ниже рассмотрим особенности заполнения отдельных граф этой формы.
В графе 2 для размеров 25 и 45 обоих вариантов класс точности уменьшаем на один (т.е. задаем точнее), так как эти размеры выполняются в одной полуформе.
Для размера Æ55 обоих вариантов увеличиваем класс точности на один (т.е. выполняем грубее), так как он формируется тремя частями формы (2 полуформы, в которых размещены знаки стержня и опора самого стержня).
Выбираем допуски размеров и допуски формы и расположения поверхностей по таблицам 4 и 6 [12].
Определяем общие допуски элементов отливки по таблице 7 [12].
Согласно табл. 8 [12] находим степень точности поверхностей отливок для I варианта 13-19 (принимаем 18); для II варианта 9-15 (принимаем 14).
Устанавливаем ряд припуска на обработку отливки по табл. 10 [12] для I варианта 9-12 (принимаем 11), для II варианта 5-8 (принимаем 7).
Для размеров 45 и 25 для I варианта назначаем 12-й ряд припуска, а для II варианта назначаем 8 ряд припуска, так как он относится к поверхности, верхней при заливке.
Согласно табл. 11 [12] определяем количество ступеней обработки каждой поверхности.
Форма 3.3.
| Номинальный размер детали | Увеличение или уменьшение класса точности | Принятый класс точности для размера отливки | Допуск размера от поверхности до базы | Допуск формы и расположения элемента отливки | Общий допуск | Ряд припусков | Вид окончательной механической обработки | Общий припуск | Размер отливки |
| Источник [12] | Пункт 10 Раздела 2 | Табл.4 | Табл. 6 | Табл.7 | Табл.10 | Табл.11,12 | Табл.13 | ||
| I вариант | |||||||||
| Æ520 | - | 14,0 | 4,00 | 16,0 | Получист. | 8,3 | 
| ||
| Æ55 | +1 | 10,0 | 0,80 | 10,0 | Тонкая | 7,8 | 
| ||
| - | 8,0 | 0,80 | 10,0 | Получист. | 9,8 | 
| |||
| -1 | 5,0 | 0,80 | 5,0 | Получист. | 6,9 | 
| |||
| -1 | 4,0 | 0,80 | 4,0 | Получист. | 6,3 | 
|
Продолжение формы 3.3
| II вариант | |||||||||
| Æ520 | - | 4,4 | 4,00 | 7,0 | Черновая | 2,9 | 
| ||
| Æ55 | +1 | 4,0 | 0,80 | 4,0 | Тонкая | 3,3 | 
| ||
| - | 2,4 | 0,80 | 2,8 | Черновая | 2,5 | 
| |||
| -1 | 2,0 | 0,80 | 2,2 | Черновая | 2,4 | 
| |||
| -1 | 1,6 | 0,80 | 1,8 | Черновая | 2,1 | 
|
Определяем отношение допуска размера детали к допуску соответствующего размера отливки и количество ступеней обработки поверхности в форме 3.4. Вид окончательной обработки вносим в форму 3.3 (графа 8).
Общие припуски определяем с учетом уровня производства по табл.13 [12]: для I варианта на одну строку ниже интервала действующего допуска. Припуски на диаметральные размеры назначаем по половинным значениям общих допусков отливки.
Для определения размеров отливки рассчитываем средние размеры детали:
; 
,
; 
,
; 
,
; 
,
; 
,
Определяем размеры отливки и вносим их в графу 10 формы 3.3.
Форма 3.4.