Проектирование технологического процесса детали "Рычаг"

 

Содержание

Введение

1. Характеристика изделия «Рычаг»………………………………………...2

2. Анализ исходных конструкционных  материалов………………………..3

3. Способы получения заготовок…………………………………………....4

4. Маршрут изготовления  детали «Рычаг»……………………………….…6

5. Характеристика оборудования…………………………………………….16

6. Требования к квалификации  рабочих………………………………….….22

 Список литературы……………………………………………………………25

 Презентация……………………………………………………………...…… 26

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 Практика показывает, что гарантированное качество изготовления, обслуживания и капитального ремонта машин и аппаратов химического производств, бумагоделательного оборудования машин и механизмов лесозаготовительного оборудования, деревообрабатывающих станков, тяговых лесозаготовительных машин в решающей мере зависит от точности, класса чистоты и микрорельефа рабочих поверхностей базисных деталей. Эти параметры выдерживаются в заданных пределах лишь при том условии, что разработка технологического процесса на механическую обработку детали удовлетворяла требованиям надёжности, долговечности, точности изготовления и сборочных работ, технологичности производственных процессов, а так же повышению единичной мощности

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Характеристика изделия «Рычаг»

Деталь «Рычаг» относится  к деталям гидромашиностроения  и входит в состав конструкции  поворотно-лопастной гидротурбины типа турбины Каплана. Деталь «Рычаг»  является составной частью механизма  поворота лопастей рабочего колеса.

«Рычаг» представляет собой  деталь, состоящую из плоской ступицы  диаметром 980 с центральным отверстием диаметром 485 и отходящего от нее  пальца с цилиндрическим галтельным основанием диаметром 250. Рычаг механизма поворота насаживается на цапфу лопасти (рис. 1 поз.3) посредством внутреннего отверстия диаметром 485 и скрепляется с цапфой лопасти 7 болтами М120х4. В конструкции предусматриваются также два цилиндрических штифта диаметром 130 для передачи крутящего момента от рычага к лопасти. Рычаг посредством пальца соединяется с серьгой (рис.1 поз.6), которая заменяет шатун, и шарнирно соединяется вторым своим концом с крестовиной. Крестовина через проушину и соединительные планки воздействует на рычаг, который, поворачиваясь, разворачивает лопасть рабочего колеса. Также «Рычаг» удерживает своей боковой поверхностью лопасть от осевого перемещения.

 

Рис. 1 Разрез рабочего колеса с дифференциальным поршнем: 1-дифференциальный поршень; 2-корпус р.к.; 3-лопасть; 4-цапфа; 5-РЫЧАГ; 6-серьга; 7- контршток сервомотора.

 

Для транспортировки и  кантовки детали на его поверхности  предусмотрено 3 отверстия под рым-болты  М30.

 

2. Анализ исходных конструкционных материалов

При работе турбины «Рычаг»  подвержен большим нагрузкам: подвергается одновременному действию усилия, приложенному к его пальцу от сервомотора, и  центробежной силы лопасти, цапфы и  самого рычага, поэтому к его прочности  предъявляются высокие требования. Для обеспечения необходимой  прочности рычаг изготавливают  из высокопрочных сталей путем ковки  с последующей нормализацией 870-890^oC или закалкой 920-950 ^oC с отпуском 570-600^oC .

Исходя из вышесказанного, в качестве материала рычага принимаем  конструкционную легированную сталь  Сталь 30ГСЛ ГОСТ 977-88. Сталь применяется для деталей типа лопасти гидротурбин, рычаги, фланцы, сектора, венцы зубчатые, ролики обоймы, колеса ходовые и др., а также фасонные отливки, отливаемые методом точного литья, зубчатые колеса, бандажи, отливки небольших сечений и другие детали общего машиностроения к которым предъявляются требования повышенной твердости, сварно-литых конструкций с большим объемом сварки и др. Химический состав и механические свойства стали 30ГСЛ необходимо знать для выбора способа получения заготовки, режимов резания и технического нормирования.

 

Таблица 1. Химический состав стали 30ГСЛ ГОСТ 977-88

Химический элемент	%
Кремний (Si)	0.60-0.80
Медь (Cu), не более	0.30
Марганец (Mn)	1.10-1.40
Никель (Ni), не более	0.30
Фосфор (P), не более	0.040
Хром (Cr), не более	0.30
Сера (S), не более	0.040

 

Таблица 2. Механические свойства

Термообработка, состояние  поставки	s0,2, МПа	sB, МПа	d5, %	y, %	KCU, Дж/м2
Нормализация 870-890 °С. Отпуск 570-600 °С.	350	600	14	25	29
Закалка 920-950 °С. Отпуск 570-650 °С.	400	650	14	30	49

 

Таблица 3. Технологические  свойства

Свариваемость
Способы сварки: РДС, АДС  под газовой защитой, ЭШС. Необходимы подогрев и последующая термообработка.
Обрабатываемость резанием
при НВ 156 Ku тв.спл. = 1,0, Ku б.ст. = 0,8.
Склонность к отпускной  способности	не склонна
Флокеночувствительность	не чувствительна

 

Таблица 4. Общие сведения

Заменитель

стали: 20ГСЛ, 25ГСЛ, 40ХЛ.

Вид поставки

отливки ГОСТ 977-75.

 

Таблица 5. Литейные свойства

Линейная усадка, %	1487
Показатель трещиноустойчивости, Кт.у.	2.2-2.3
Жидкотекучесть, Кж.т.	1.0
Склонность к образованию  усадочной раковины, Ку.р.	0.9
Склонность к образованию  усадочной пористости, Ку.п.	1.2

 

Материал детали обладает литейными свойствами и в то же время хорошо обрабатывается давлением, следовательно выбор процесса и метода изготовления заготовки связан с обеспечением данного качества детали, т.е. с техническими условиями на изготовление.

 

3. Способы получения заготовок

Правильно выбрать заготовку - значит определить ее пригодность  для изготовления детали с позиций  прочностных и стойкостных характеристик, установить рациональный способ ее получения, определить оптимальные припуски на обработку ее поверхностей, рассчитать размеры заготовки и установить допуски на точность их выполнения, сконструировать заготовку и разработать оптимальные технические условия на изготовление.

Основными факторами, учитываемыми при выборе заготовки, являются:

масштаб и серийность выпуска (тип производства);

тип и конструкция  детали (форма и размеры);

назначение детали в  машине, материал и технические условия  на изготовление;

планируемые сроки на технологическую подготовку производства;

конкретные условия  производства (вооруженность завода и кадры);

экономичность заготовки, выбранной с учетом предыдущих факторов.

Все способы получения  заготовок определяются:

1. Технологической характеристикой  материала, т.е. его литейными  свойствами или способностью  претерпевать пластические деформации  при обработке давлением, а  такие структурными изменениями  материала, получаемыми в результате  применения того или иного  метода выполнения заготовки  (расположение волокон в прокате,  поковках и штамповках, величина  зерна в отливках и т.д.).

2. Конструктивными формами  и размерами заготовки (например, чем крупнее деталь, тем дороже  обходится изготовление штампа, модели или металлической формы).

3. Требуемой точностью  выполнения заготовки и качеством  поверхности.

4. Величиной программного  задания (при больших партиях  выгодны те способы изготовления  заготовок, которые обеспечивают  наибольшее приближение формы и размеров заготовки к форме и размерам готовой детали).

5. Производственными  возможностями заготовительных  цехов предприятия (наличием соответствующего  оборудования).

6. Временем, затрачиваемым  на технологическую подготовку  производства заготовок (на изготовление  штампов, моделей, прессформ, нестандартного оборудования и т.п.).

Выбор рациональной заготовки  имеет важное экономическое значение для получения высоких технико-экономических  характеристик заготовительных  цехов и в целом для производства машин.

Рассмотрим несколько  возможных способов формообразования заготовки детали «Рычаг» и примем наиболее рациональный из них.

Опытно-технологические  разработки по изготовлению рычагов  способами точного литья или  сварки предварительно сформированных ковкой ступицы и пальца не позволили  получить необходимую прочность  рычагов для крупных гидротурбин. Поэтому примем к рассмотрению следующие  способы:

-ковка с использованием  подкладных штампов;

-отливка.

Способ изготовления рычага путем ковки с использованием подкладных штампов.

Рычаг представляет собой  одну из самых ответственных и  сложных по своей конфигурации деталей  гидротурбины. Воспринимая усилие, необходимое для разворота лопасти  и определяемое гидродинамическим  моментом, рычаг одновременно подвержен  воздействию знакопеременной нагрузки из-за пульсации потока. Для изготовления рычага выбирают материалы, обеспечивающие предел текучести 55—60 кгс/мм2 в сечениях 200—400 мм. Способ формообразования заготовок рычага должен обеспечивать высокую плотность и однородность материала, свободного от внутренних дефектов. При изготовлении поковок необходимо, чтобы ось заготовки приблизительно совпадала с осью слитка, а внешние очертания заготовки соответствовали наружным очертаниям рычага с учетом напусков и припусков на механическую обработку.

Эксцентричность выступа (пальца) по отношению к диску, имеющему расположенное в центре отверстие, создает ряд существенных трудностей при ковке рычагов. Технологический  процесс изготовления поковок рычагов  осуществляется за три нагрева под прессом с усилием 3000 тс (ковка заготовки) и прессом с усилием 10 000 тс (штамповка рычага). Для максимального приближения контура заготовки к контуру готовой детали заключительные операции формообразования выполняют на специальном штампе. После нагрева слитка до 1230° С проводятся закатка и обрубка излишка цапфы и биллетировка слитка, после второго нагрева — осадка слитка, требуемая для обеспечения необходимой плотности металла, протяжка и обжатие конца на конус. После обрубки заготовки в меру она загружается в печь. После третьего нагрева заготовку устанавливают выступом в отверстие штампа. Для лучшего заполнения штампа оттянутому конусному концу придается необходимый изгиб. Заготовку полностью осаживают верхней плитой, а разгонкой металла бойком добиваются сплошности заполнения полости штампа. После прошивки отверстия специальным прошивнем поковку выбивают из штампа и отправляют на термообработку.

 

Таблица 6. Схема изготовления поковки рычага

Операции и переходы	Эскизы переходов
Первый нагрев (1230˚С) Закатка цапфы  и обрубка ее излишка биллетировка слитка
Второй нагрев (1230˚С)
осадка слитка
подсечка
обжатие донного конца обрубка
Третий нагрев (1230˚С)
Оттяжка пальца
Осадка заготовки в штампе прошивка отверстия
Готовая поковка

 

Рис. 2 Эскиз кованой  заготовки рычага

 

При описанном технологическом  процессе коэффициент использования  материала (по отношению к чистой массе) составляет: а) по черной массе  — 0,5—0,65; 6) по слитку — 0,35—0,4. Для получения  требуемого уровня механических свойств  поковку подвергают термической  обработке, режим которой устанавливается  предприятием-поставщиком заготовки.

При этом изготовление сложных  штампов под крупные заготовки  также требует значительного  расхода высокосортной стали, что  также является существенным недостатком  данного способа, учитывая низкую степень  унификации рабочих колес гидротурбин.

В связи с высокой  ответственностью рычагов их кованые  за готовки относят к пятой  группе испытаний, предполагающей индивидуальную приемку каждой поковки.

Изготовление рычагов  свободной ковкой без использования  подкладных штампов еще более  затратно, т.к. в этом случае коэффициент использования металла не превышает 0,3.

Отливки получили широкое  распространение во всех сферах и  отраслях промышленности благодаря  возможности получения деталей  практически любой сложной геометрической формы из любых сплавов с внутренними  полостями, что практически невозможно получить другими способами, как  ковка, сварка. Отливки имеют большую  степень конфигуративной точности и максимально приближены к деталям. Суммарная энергоемкость при изготовлении деталей из литых заготовок минимум в 2 раза меньше, чем при использовании других технологий.

Способ изготовления рычага литьем в песчаные формы

Распространенным способом производства литья является способ литья в песчаные формы (песчано-глинистые, жидкие самотвердеющие смеси (ЖСС), холоднотвердеющие смеси (ХТС) и др.). При этом способе в разовую подготовленную форму производится заливка жидкого металла. После затвердевания и охлаждения отливки форма разрушается. В зависимости от вида применяемых формовочных смесей и противопригарных красок обеспечивается различное качество отливок (по поверхности, внутренним дефектам, по отклонениям габаритных размеров и пр.). Несмотря на значительный расход формовочных материалов - до 3 т на 1 т отливок - данный способ наиболее распространен в литейном производстве, так как обеспечивает наибольшую универсальность и простоту формообразования. Наиболее всего данный процесс применим для индивидуального и мелкосерийного производства. Применяемые ЖСС и песчано-глинистые смеси обеспечивают хорошее качество отливок, получаемых из чугуна и стали.