ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА МАТЕРИАЛА И МЕТОДА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗАГОТОВКИ ДЛЯ НЕОТВЕТСТВЕННОЙ ДЕТАЛИ

JUSTIFICATION OF MATERIAL AND BLANKET MANUFACTURING METHOD AN INSOLVENT PART

Malyshev Evgeny Nikolaevich

Candidate of Science, Associate Professor of the Department of Mechanical Engineering Technologies, Associate Professor, Bauman Moscow State Technical University,

Russia, Moscow

АННОТАЦИЯ

В работе обоснован выбор материала и метода изготовления заготовки для неответственной детали «Крышка». Цель работы – определение оптимального технологического процесса производства детали с учётом экономической эффективности. Метод исследования включает сравнительный анализ трёх способов литья (в кокиль, в песчано-глинистые формы, по выплавляемым моделям) и сравнительную оценку характеристик сталей 20 и 20Л. Результат показал экономическую целесообразность замены материала и выбора метода литья. Выводы подтверждают эффективность применения литья по выплавляемым моделям как наиболее оптимального метода производства с минимальными затратами.

ABSTRACT

The paper substantiates the choice of material and method of manufacturing a blank for the non-critical part «Cover». The purpose of the work is to determine the optimal technological process for producing the part, taking into account economic efficiency. The research method includes a comparative analysis of three casting methods (in a die, in a sand-clay mold, and by investment casting) and a comparative evaluation of the characteristics of different steels. The results show the economic feasibility of replacing the material and choosing the casting method. The conclusions confirm the effectiveness of using investment casting as the most optimal method of production with minimal costs.

Ключевые слова: неответственные детали машин; производство заготовок, литейное производство, оценка эффективности.

Keywords: non-essential machine parts; production of workpieces, foundry production, efficiency assessment.

Детали машин делятся на ответственные и неответственные [1]. К ответственным относят детали,  отказ которых может привести к потере работоспособности машины, аварийной ситуации, угрозе жизни и здоровью людей либо к существенному экономическому ущербу. Это, в первую очередь, коленчатые валы, шатуны, поршни, зубчатые колёса и шестерни, подшипники качения и скольжения и др.

Неответственные детали либо вообще не передают рабочие усилия, либо несут минимальные нагрузки. На конструктивные элементы таких деталей устанавливаются 11–12 квалитеты и грубее, закладываются значительные зазоры в соединениях. Для изготовления неответственных деталей используют недорогие и простые в обработке материалы (углеродистые стали, стандартные пластики), а также нетрудоёмкие технологии (штамповка, литьё, простая механическая обработка, аддитивные методы). Примерами таких деталей являются: крышки, кожухи, заглушки, необходимые для  базовой защиты узлов от пыли и грязи.

Конструкторы и технологи при проектировании таких деталей и технологий их изготовления обладают широкими возможностями для выбора материала и технологии их изготовления. На рисунке 1 показан чертеж детали «Крышка», относящейся к неответственным и выполняющей функцию защиты узла от попадания пыли и грязи.

Рисунок 1. Чертеж детали «Крышка»

Для расчета и анализа проектирования заготовок типа «Крышка» примем партию деталей в 5000 шт., соответственно, тип производства – крупносерийный. Изначально в качестве материала детали предложена Сталь 20 и в качестве заготовки – круглый прокат.

В массовом производстве для изготовления заготовок для таких деталей обычно используют штамповку и литье.

Литье — технологический процесс изготовления изделий путем заливки расплавленного материала в специальную форму, где материал остывает и затвердевает, приобретая заданную конфигурацию [2].

При переходе от проката к отливкам потребуется заменить материал со Стали 20 на Сталь 20Л. Сравнение характеристик этих материалов, приведенных в Таблице 1, показывает обоснованность такой замены.

Таблица 1.

Массовая доля элементов и механические свойства материалов

Для изготовления неответственных деталей применяют следующие способы литья:

– Литье в кокиль представляющее собой технологию производства деталей методом заливки расплавленного металла в многоразовую металлическую форму, называемую кокилем. Заливка металла осуществляется под действием гравитации;

– Литье в песчано-глинистые формы, при создании форм которых используется смесь песка и глины, иногда с добавлением других компонентов. Модель детали помещается в формовочную массу, затем извлекается, и полученная полость заполняется расплавленным металлом. После остывания металла форма разрушается;

– Литье по выплавляемым моделям, основанное на создании модели предполагаемой детали из легкоплавкого материала, такого как парафин или стеарин. Затем эта модель покрывается огнеупорным слоем, который после прокаливания служит формой. Сама модель вытапливается, освобождая полость для последующей заливки металла.

На рисунке 2 показано сравнение контуров заготовок, а в Таблице 2 – исполнительные размеры заготовок для детали «Крышка», изготовленных рассматриваемыми методами литья.

Рисунок 2. Контуры заготовок детали «Крышка»

Таблица 2.

Исполнительные размеры заготовок детали «Крышка»

В таблице 3 приведены результаты расчета затрат на материал при производстве заготовок детали «Крышка» посредством рассматриваемых методов [3].

Таблица 3.

Результаты расчета затрат на материал

Окончательное решение о применении того или иного способа производства заготовок деталей, где не предъявляются повышенные требования к надежности зависит от комплексного учета таких факторов, как масштаб производства, желаемая точность изготовления, качество получаемой поверхности и общая экономическая целесообразность.

Представленные в работе результаты позволяют сделать вывод о целесообразности замены материала делали «Крышка» со Сталь 20 на Сталь 20Л и использовании для получения заготовки литья по выплавляемым моделям.

Список литературы:

1. Тюняев, А.В. Детали машин : учебник / А.В. Тюняев, В.П. Звездаков, В.А. Вагнер. – 2-е изд., испр. и доп. – Санкт-Петербург : Лань, 2022. – 736 с.
2. Колтыгин А.В., Орехова А.И. Литейное производство: Основы ресурсо- и энергосбережения в литейном производстве: Учеб. пособие. – М.: Изд. Дом МИСиС, 2010. – 77 с.
3. Круглов Е.П., Павлов А.Ф., Шканов И.Н. Основы выбора заготовок и нормирование расхода материалов: Учебное пособие. – Казань: Изд-во Казан.гос. техн. ун-та, 1998. – 119 с.