Материал детали и его свойства

При описании материала, из которого изготовлена деталь, сту­дент должен показать его свойства, обрабатываемость в холодном и горячем состоянии. Необходимо указать назначение и область применения материала в деталях машиностроения, например: «Сталь 20Х ГОСТ 4543—71 легированная конструкционная применяется для деталей средних размеров с твердой износоустойчивой поверхностью при достаточно прочной и вязкой сердцевине, работающей при больших скоростях и средних давлениях. Из стали 20Х рекомендуется изготавливать зубчатые колеса, кулачковые муфты, втулки, плунжеры, копиры, шлицевые валики и т.п.». Необходимо указать химические, механические и другие свойства данного материала. Химический состав и механические свойства рекомендуется размещать в отдельных таблицах (см. например, табл. 39).

После разбора материала делается заключение о его пригодности для данной детали.

При выборе сталей и видов термо- и термохимической обработки следует учитывать общие требования к использованию материалов для изготовления деталей:

■ свойства сталей;

■ условия работы деталей и конструкций;

■ характер нагрузок;

■ характер возникающих напряжений;

■ целесообразность унификации марок и профилей для
проектирования станочных приспособлений;

■ основные технологические процессы термической обработки сталей;

■ долговечность детали и возможный срок эксплуатации
станочного приспособления.

Для изготовления деталей для станочных приспособлений рекомендуется использовать следующий подход:

■ по возможности шире использовать углеродистые стали
обыкновенного качества, а также конструкционные ста-
ли (СтЗ, А12, 10, 15, 20, 35);

■ стали, легированные никелем, молибденом и вольфрамом, следует применять, если их нельзя заменить сталями, содержащими кремний, марганец, хром;

■ различные виды термической обработки преследуют две цели: конструктивную — предание детали необходимой прочности и износостойкости; технологическую — улуч­шение обрабатываемости заготовки и снятие внутрен­них напряжений, возникающих в результате предыду­щих технологических процессов;

■ детали простой формы из среднеуглеродистых сталей за­каливают в воде, а из высокоуглеродистых и специаль­ных — в масле;

■ для закалки тонких деталей из углеродистых сталей при­меняют ступенчатую закалку: сначала быстро охлаждают в соляной ванне (250... 250 °С), затем выдерживают в мас­ле или на воздухе до момента выравнивания температу­ры по всему сечению детали с дальнейшим охлаждением до температуры окружающей среды;

■ термомеханическую обработку стали применяют в тех случаях, когда необходимо получить более твердую, из­носоустойчивую деталь с улучшенными механическими свойствами поверхностного слоя;

■ цементации (науглероживанию) подвергают детали из сталей, содержащих 0, 1... 0, 3 % углерода;

■ поверхности, обрабатываемые резанием после цемента­ции, а также резьбовые отверстия предохраняют от це­ментации, о чем указывают в технических требованиях; глубина цементируемого слоя составляет 0, 8... 1, 2 мм; азотированию (насыщению поверхностного слоя азотом) подвергают детали из углеродистых сталей, легирован­ных алюминием, хромом, молибденом, ванадием и дру­гими элементами. Толщина азотированного слоя состав­ляет 0, 2... 0, 4 мм;

■ цианированию (одновременному насыщению поверхно­стей углеродом и азотом) подвергают детали из углеро­дистых и специальных сталей с содержанием углерода до 0, 4 % на глубину до 1, 5 мм;

■ поверхностной закалке подвергают детали из высоко- углеродистых и легированных сталей, которые в процес­се работы испытывают значительное трение и одновре­менно ударные нагрузки; под закалку детали нагревают в газовом пламени, в электролите, токами высокой часто­ты (ТВЧ); глубина поверхностной закалки 0, 1... 2, 0 мм.

Анализ соответствия требований точности детали ее служебному назначению

Анализ соответствия требований точности детали ее служебному назначению необходимо выполнять в такой последовательности:

■ рассмотреть требования, предъявляемые к твердости ра­бочих поверхностей детали, с учетом условий работы де­тали в сборочной единице;

■ выявить размеры детали, имеющие наиболее жесткие допуски, и установить соответствие их служебному на­значению, исходя из условий эксплуатации детали;

■ проверить, какие ограничения по отклонению формы и взаимного расположения поверхностей имеются в тех­нических требованиях. Дать обоснование необходимо­сти их выполнения на основе анализа чертежа сборочной единицы и условий работы детали;

■ проверить, соответствует ли заданная конструктором ше­роховатость поверхности требуемой точности обработки или служебному назначению поверхности детали в сбо­рочной единице. Завышенные требования к точности и шероховатости поверхности приводят к усложнению технологического процесса и повышению трудоемкости обработки, а заниженные — к браку.

В качестве примера проанализируем технические требования чертежа детали «крышка редуктора» (рис. 64). Заготовку крышки изготавливают из серого чугуна марки СЧ 20. Крышка в комплек­те с корпусом образует замкнутую полость редуктора, в которой расположены зубчатые передачи и масляная ванна. Стык крышки с корпусом должен быть герметичен. В стенке крышки располага­ется ступица опорного подшипника вала редуктора. Технические требования чертежа указывают на необходимость введения опера­ции термической обработки отливки перед механической обработ­кой. Наибольшую точность обработки требуют отверстия 045Н7 и 0(52 ± 0, 02) мм. Имеются ограничения по взаимному расположе­нию поверхностей детали.

Перечислим технические требования на данное изделие.

1. После черновой обработки заготовку подвергнуть искусствен­ному старению.

2. Отклонение от плоскостности поверхности разъема Д и торца ступицы К — не более 0, 05 мм.

3. Отклонения от перпендикулярности оси отверстия Л (045Н7 мм) относительно поверхности Д до 0, 03 мм

Анализ технических требований чертежа с точки зрения их обо­снованности и соответствия служебному назначению детали про­изводится в следующем порядке

■ термическая обработка необходима для снятия внутрен­них напряжений. Чугунные отливки после черновой об­работки подвергают искусственному старению в целях снятия внутренних напряжений, возникающих в отливке при охлаждении и затвердевании металла. Это обеспе­чивает в процессе эксплуатации детали стабильность раз­меров, полученных после механической обработки;

■ точность размера отверстия 0(45Н7^{+О, < Ш}) мм обусловлена характером сопряжений его с валом редуктора и усло­вием работы пары трения скольжения. Отверстие 0(52 ± 0, 02) мм предназначено для установки уплотни- тельного кольца. Точность размера назначена из условия обеспечения герметичности соединения (предупрежде­ния течи масла);

■ ограничения по отклонению от плоскостности поверхно­сти разъема Д и торца ступицы К в пределах 0, 05 мм обу­словлены тем, что плоскость крышки Д в сопряжении с корпусом редуктора, а торец К в стыке с уплотнением фланца должны обеспечить герметичность соединений. Погрешность взаимного расположения поверхностей де­тали определена величиной отклонения от перпендику­лярности оси отверстия Л (045Н7 мм) относительно по­верхности Д в пределах 0, 03 мм. Анализ чертежа сбороч­ной единицы показывает, что такое ограничение необхо­димо, в противном случае в сопряжении вала с отверсти­ем не будет обеспечен линейный контакт из-за возмож­ного перекоса осей отверстий крышки и корпуса после их сборки, возможно также защемление вала;

■ заданная шероховатость (Ra 2, 5 мкм) поверхностей от­верстий 045Н7 и 0(52 ± 0, 02) мм соответствует требова­ниям, предъявляемым к их точности. Требования к шеро­ховатости поверхности Д (Ra 2, 5 мкм) обусловлены необ­ходимостью обеспечения герметичности в стыке крышки с корпусом.

Результаты анализа используют при разработке технологии из­готовления детали и выборе средств контроля. Определяют, какими технологическими приемами можно обеспечить выполнение каж­дого требования точности размеров и шероховатости поверхности и какими способами следует осуществлять контроль. Например, обработка литого отверстия с точностью размера 0(45Н7^{+0, 027}) мм (Ra 2, 5 мкм) может быть обеспечена при следующем маршруте: зенкерование предварительное — зенкерование окончательное — развертывание предварительное — развертывание окончательное. Для обеспечения перпендикулярности оси отверстия 045Н7 мм плоскости Д (в пределах 0, 03 мм) в качестве технологической базы при обработке отверстия необходимо использовать плоскость Д. Контроль отклонения от перпендикулярности оси отверстия пло­скости разъема Д целесообразно производить с базированием из­мерительного устройства по отверстию 045Н7 мм.