Проведения анализа точности обработки шлицев детали

Содержание

Введение 6

1 Анализ объекта производства детали 8

1.1 Назначение  детали и ее отдельных поверхностей 8

1.2 Выбор заготовки 16

1.3 Используемый  материал заготовки 17

1.4 Анализ  технологичности детали 20

1.4.1 Оценка  обрабатываемости материала детали  резанием (К_То) 20

1.4.2 Оценка  технологичности формы детали (К_тф) 23

1.4.3 Оценка  удобства базирования заготовки  К_тб 23

1.4.4 Оценка  показателя К_ТС 24

2 Определение максимального прогиба вала от вертикальной силы резания при обработке шлицов червячной фрезой 29

2.1 Определение  прогиба вала 29

2.2 Определение  момента инерции сечения заготовки 30

3 Определение составляющей максимальной вертикальной силы резания 33

3.1 Характер  износа червячных зуборезных  фрез 33

3.2 Рациональная  схема резания червячных зуборезных  фрез 34

3.3 Определение  максимальной вертикальной силы  резания 39

3.5 Определение  отношения между тангенциальной  и вертикальной силами резания 48

4 Оценка точности обработки шлицев на ведомом валу червячной фрезой 52

4.1 Точность  обработки шлицев червячной фрезой 52

4.2 Расчет  точности обработки шлицев 58

Заключение 62

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Одной из актуальных проблем  современной технологии машиностроения является точность обработки деталей. Точность большинства изделий машиностроения и приборостроения считается важнейшей характеристикой их качества. Современные мощные и высокоскоростные машины не могут функционировать при недостаточной точности их изготовления в связи с возникновением дополнительных динамических нагрузок и вибраций, нарушающих нормальную работу машин и вызывающих их разрушение.

Повышение точности изготовления деталей и сборки узлов увеличивает  долговечность и надежность эксплуатации механизмов и машин. Этим объясняется  непрерывное ужесточение требований к точности изготовления деталей  и машин в целом.

С точки зрения технологии обработки деталей их точность достигается в такой последовательности: чистота обработки поверхности, точность формы, взаимного положения поверхности, размеров между обработанными поверхностями.

В работах [1], [5], [11], и другого  установлено, что на точность обработки влияет множество различных факторов и что влияние большинства из них не обнаруживает видимой закономерности и пока не поддает определению путем расчета. До сих пор удалось установить основы для расчетного определения влияния лишь упругих деформации технологической системы под воздействием усилий резания.

Влияние этого фактора (упругости  технологической системы) считается важнейшим. Действительно, как показали экспериментальные исследования [11], неточность формы детали вследствие упругих деформаций технологической системы под воздействием усилий резания составляет 60 – 90% суммарной (полной) одноименной  неточности обработки.

Целью данной работы бакалавра  является проведения анализа точности обработки шлицев детали  «Вал ведомой» 77.30.122-6 и разбора оптимального способа их обработки с самой высокой точностью. Для выполнения работы, была предоставлена, что заданная точность обработки заготовки достигнута методом автоматического получения размеров на настроенных станках.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Анализ объекта производства детали

 

1.1 Назначение детали и ее отдельных поверхностей

 

«Ведомый вал» 77.30.122-6, показывающийся на рисунке 1.1 с номером 21, устанавливается в реверс-редукторе, который предназначен для передачи и изменения направления и значения крутящего момента от двигателя трактора ДТ-75В, выпускаемого в Волгоградском Тракторном Заводе (ВгТЗ).

Рисунок 1.1 – Реверс-редуктор трактора ДТ – 75

 

Реверс-редуктор позволяет получать полный диапазон скоростей как при  переднем, так и при заднем ходе. Такие тракторы, оснащены реверс-редуктором, называют реверсивными. Реверс-редуктор обычно оборудует трансмиссии трактора ДТ-75В, и он установлен на переднюю плоскость корпуса трансмиссии. Эскиз детали представлен на рисунке 1.2.

Реверс-редуктор имеет прямую передачу (передаточное число 1, переднюю передачу с передаточным числом 1,67 и заднюю передачу с передаточным числом 1,35, что дает возможность с сочетанием со скоростями коробки передач получать 7 пониженных технологических скоростей переднего хода и 7 повышенных на 25% (с сравнением с пониженными) скоростей  заднего хода [12].

На отдельном листе представлена нумерация поверхностей детали (рисунок 1.4).

На участке поверхности длинных шлицев установлена шестерня ведомого вала. А на участке поверхности коротких шлицев установлена муфта соединительная .

В настоящее время в машиностроении преимущественно применяют шлицевые соединения. Шлицевые соединения имеют значительные преимущества перед шпоночными по прочности, технологичности и точности. Повышенная прочность шлицевых соединений обусловлена следующими:

 Элементы, передающие крутящий момент (выступы на валу и в отверстии), выполнены гак одно целое соответственно с валом и со стенками отверстия; число элементов, передающих крутящий момент, больше, а силы, действующие на элементы, соответственно меньше; концентрация напряжений у основания шлицев меньше, чем в пазах шпоночного соединения. Шпонки обычно нуждаются в индивидуальной подгонке из-за неточности изготовления пазов. Изготовление шлицевых соединений, будучи чисто машинной операцией, производительнее и, несмотря на необходимость применения специального инструмента, в конечном счете дешевле.Современные методы обработки внутренних шлицев (протягивание; шлифование центрирующих поверхностей) и наружных шлицев (фрезерование червячными фрезами и строгание долбяками по методу обката; наружное протягивание; шлифование центрирующих поверхностей и рабочих граней шлицев) обеспечивает высокую точность и взаимозаменяемость шлицевых деталей.

Рисунок 1.2 – Эскиз детали

Шлицевые соединения на этом валу – эвольвентные. Эвольвентные шлицы (рисунок 1.3) представляют собой зубья эвольвентного профиля, характеризуемые моделем m, числом зубьев z и углом зацепления α. Центрирование - обычно по боковым граням. Посадка может быть с натягом, зазором или переходная. Реже применяют центрирование по наружному диаметру шлицев.

 

 

а – исходный контур; б – центрирование по наружному диаметру;

в – центрирование по боковым поверхностям;  г – центрирование по

внутреннему диаметру

 

Рисунок 1.3 – Эвольвентные соединения

 

Это объясняется тем, что  центрирование по боковым граням в тракторах и автомобилях обеспечивает высокую нагрузочную способность соединения при передаче больших крутящих моментов, особенно в условиях динамического или реверсивного нагружения.

Эвольвентные шлицы обладают следующими преимуществами перед прямобочными:

а) прочность эвольвентиых шлицев выше: на изгиб - благодаря утолшению  профиля зуба у основания, на смятие - благодаря увеличенному числу зубьев по окружности, и наличию закругления у основания, что снижает концентрации;

б) эвольвентные шлицы обрабатываются с высокой точностью на стандартном зуборежущем оборудовании методом обкатывания с помошью червячных фрез или (на коротких валах) с помощью долбяков;

в) в противоположность  прямобочным зубьям, для изготовления которых требуются отдельные  червячные фрезы для каждого  размера соединения, эвольвентные шлицы  одинакового модуля нарезают одной  фрезой (или долбяком);

г) тип посадки по боковым  граням (с натягом, переходная или  с зазором) можно в известных  пределах менять смещением режущего инструмента относительно вала;

д) при переходных посадках по боковым граням шлицы в значительной мере разгружены от изгиба стесненный изгиб); соединение работает преимущественно на срез по основанию шлицев;

е) эвольвентные шлицы можно  подвергать улучшению (за счет смещения исходных контуров, изменения коэффициента высоты зуба) с целью повышения  прочности и получения требуемых наружных диаметров соединения;

ж) эвольвентные шлицы на валах можно подвергать доводочной обработке (шевингованию для улучшенных или нормализованных сталей, шлифованию для закаленных и химико-термически обработанных сталей), а также упрочняющему обкатыванию зубчатыми накатниками;

з) в соединениях, работающих с перекосами (компенсирующие соединения), путем шевингования или шлифования на качающемся столе шлицам можно  придать бочкообразную форму, обеспечивающую свободу перекоса.

Входные кромки шлицев как на валу, так и во втулке должны иметь фаски для облегчения монтажа во избежание концентрации силы на кромках, а также с целью предупреждения случайного забоя шлицев при монтаже, демонтаже и транспортировке.

При анализе функций, выполняемых  деталью, необходимо определить функции  её поверхностей. Среди поверхностей детали целесообразно выделить важнейшие: исполнительные поверхности, конструкторские  базы (основные и вспомогательные), свободные поверхности.

К исполнительным относят  поверхности, при помощи которых  деталь выполняет свои важнейшие  функции.

К основным конструкторским  базам (ОКБ) относят поверхности данной детали или сборочной единицы, определяющие положение этой детали или сборочной единицы в изделии.

К вспомогательным конструкторским  базам (ВКБ) относят поверхности данной детали или сборочной единицы, определяющие положения присоединяемого к ним изделия (сборочной единицы или детали).

К свободным относят поверхности, не соприкасающиеся с поверхностями других деталей и не являющиеся исполнительными.

 

 

 

Рисунок 1.4 - Нумерация поверхностей детали

В таблице 1.1 приведена классификация  поверхностей детали.

Таблица 1.1 – Классификация поверхностей детали

Вид поверхностей	Номер поверхностей
Исполнительные	23,24,25
ОКБ	2,12,17,21
ВКБ	4,5,7,8,12,15,20,22,26,27,28
Свободные	Остальные

 

 

 

 

1.2 Выбор заготовки

 

 Метод выполнения заготовок для деталей машин определяется назначением и конструкцией детали, материалом, техническими требованиями, масштабом и серийностью выпуска, а также экономичностью изготовления.

Часто применяют заготовки  из проката и поковки, штампованные заготовки и отливки.

Заготовки из пpоката используют в тех случаях, когда фоpма детали наиболее близко соответствует фоpме какого-либо соpтового матеpиала, нет значительной pазницы в попеpечных сечениях детали и можно для получения окончательной ее фоpмы.

Повкой получают заготовки  для последующей механической обработки. Ковка является единственно возможным способом изготовления поковок типа валов. Хотя штамповка имеет ряд преимуществ перед ковкой, в мелкосерийном производстве ковка обычно экономически более целесообразна.

Штамповка изготовляют заготовки для ответственных деталей автомобилей, самолетов, станков. Производительность штамповки значительно большая. Но ей требует дорогостоящий инструмент – штамп. В связи с этим штамповка предназначена для изготовления больших партий деталей.

Отливки применяются в  литейном производстве. Но литьем получают изделия из материалов с большей  литейностью (чугун, литейные сплавыалюминия,…). Недостатками литья являются: шероховатость поверхности, размерная неточность и значительные припуски на механическую обработку. Поэтому литье не предназначено для ответственных деталей и оно не является экономическим методом получения заготовок, повергающиеся следующими механическим обработками.

Из условия обработки, конструкции  и назначения вала, вид материала заготовки следует, что метод получения заготовки не изменялся, так и в данном технологическом процессом, то есть заготовку получит в виде поковки с профилем Æ96х194,5 мм  с массой 2,305 кг.

 

1.3 Используемый материал заготовки

 

Одним из способов избежать поломок является верный выбор материала  заготовки и изменения состояния  структуры путем термических  и химико-термических обработок, которые придадут материалу особенные  и необходимые свойства.

Изготовление  любой детали начинается с заготовки, которая в процессе механической обработки доводится до размеров и качества готовой детали. Общая  себестоимость и качество детали складываются из себестоимости и  качества заготовки и себестоимости  и качества её обработки, поэтому  необходимо комплексно рассматривать  процесс изготовления детали, включая  процесс производства заготовки  и процесс ее обработки. Заготовку  можно получить различными способами: отливки из чугуна, стали, цветных  металлов; поковки из стали; сортовой материал в виде проката; сварные  и комбинированные заготовки  из стали.

Материалом данной заготовки является конструкционная легированная сталь 25ХГТ. Она обладает высокой конструкционной прочностью и уровнем механических свойств (твердость, износостойкость, вязкость), глубиной прокаливаемости, то есть  увеличивается возможность изготовления деталей большего диаметра. Конструкционная легированная сталь применяется для ответственных деталей машин и металлических конструкций. Конструкционная легированная сталь 25ХГТ которая применяется для нагруженных деталей, в которых необходимо иметь высокую твердость поверхностного слоя и достаточно прочную сердцевину.

- Обозначение:  25ХГТ ГОСТ 4543 – 71.

- Химический состав представим  в таблице 1.2.

Таблица 1.2 – Химический состав стали 25ХГТ ГОСТ 4543 – 71

Элемент	C	Mn	Si	S	Ni	P	Cr	Ti	Cu
Содер-жание, %	0.22 - 0.29	0.8 - 1.1	0.17 - 0.37	до   0.035	до   0.3	до   0.035	1 - 1.3	0.03 - 0.09	до   0.3

 

- В состоянии поставки материал имеет следующие механические свойства, представленные в таблице 1.3.

Таблица 1.3 – Механические свойства стали 25ХГТ ГОСТ 4543 – 71

Марка чугуна	Механические свойства, не менее
	Предел текучести , МПа (кгс/м )	Предел прочности при  растяжении , МПа (кгс/м )	Относительное удлинение ,%	Твердость НВ
25ХГТ	1270(130)	980(100)	10	156 - 229

 

Легирующие элементы,  присутствующие в стали оказывают  различное влияние на свойства стали. Ниже описано влияние конкретных элементов на свойства стали:

- Хром (Cr) – повышает твердость, коррозионностойкость;

- Никель (Ni) – повышает прочность, пластичность, коррозионностойкость;

- Марганец (Mn) – при содержании свыше 1 процента увеличивает твердость, износоустойчивость, стойкость против ударных нагрузок;

- Кремний (Si) – растворяясь в феррит, повышает предел текучести и уменьшает склонность к хладноломкости;

- Титан (Ti) – повышает прочность, сопротивление коррозии;

- Медь ( Cu) – уменьшает коррозию.

Кроме того, легирующие элементы еще влияет на карбидную фазу и фазовые превращения.

Ni – являются элементами, образующими открытую область g-фазы, Cr – замкнутую область g-фазы.

Сr – элемент способный образовывать карбиды, Ni не образует карбиды и находится в стали в твердом растворе в феррите или в аустените. Карбидообразующие элементы тоже способны частично растворяться в аус-тените и феррите. Все легирующие элементы замедляют распад аустенита.

Ni увеличивает устойчивость аустенита, не влияют на характер изотер-мической кривой,

Cr – как карбидообразующий элемент стремится изменить характер кривой, образовать две зоны минимальной устойчивости аустенита, а также Cr препятствует росту зерна аустенита при нагреве.

Для получения высокой  твердости и износостойкости  поверхностного слоя металла, деталь подвергают нормализации 880-895^oC,.

После нормализации детали подвергают термообработке наиболее часто  закалке с температурой 850°С и низкому 200^oC.

После термической обработки  структура поверхностного слоя пред-ставляет собой мартенсит с небольшим  количеством карбидов хрома, твер-дость  стали находится в пределах HRC 58-63. Структура сердцевины легированной стали – низкоуглеродистый мартенсит и троостит, твердость – HRC 30…40.

Проведенный анализ обоснования  материала заготовки подтвердил правильность нашего выбора. Сталь 25ХГТ  после проведенных термических  и химико-термических обработок  получила необходимые механические свойства, которые позволят избежать различных поломок детали и увеличат срок ее службы.

 

 

1.4 Анализ технологичности детали

 

Технологичность конструкции  изделия рассматривается как  совокупность свойств конструкции  изделия, определяющих её приспособленность  к достижению оптимальных затрат при производстве, эксплуатации и  ремонте для заданных показателей  качества, объема выпуска и условий  выполнения работ.

Технологичность конструкции  детали имеет прямую связь с производительностью  труда, затратами времени на технологическую  подготовку производства, изготовление, техническое обслуживание и ремонт изделия. Поэтому проектированию  технологического процесса изготовления детали должен предшествовать анализ технологичности ее конструкции  и, в необходимых случаях, обработка  на технологичность.

Технологичность конструкции  детали оценивают на двух уровнях - качественном и количественном. Анализ технологичности конструкции детали рекомендуется выполнять в следующей  последовательности.

 

1.4.1 Оценка обрабатываемости материала детали резанием (К_То)

Все переходы технологического процесса обработки заготовки условно  делятся на четыре группы:  обработка  резцами, обработка сверлами, обработка  фрезами, обработка шлифовальными  кругами.

При этом, токарная обработка  включает: обточку, расточку, отрезку  заготовок резцом, выточку канавок, строгание плоскостей, строгание  зубчатых венцов, долбление, протягивание, нарезание резъбы. Сверление включает: сверление, зенкерование, развертывание, нарезание резъбы метчиком и плашкой.

Фрезерование включает: фрезерование плоскостей, отрезку заготовок пилами, фрезерование фасонных поверхностей, в том числе, зубчатых венцов и  шлицевых поверхностей, фрезерование резъбы. Шлифование включает все виды шлифования.

Для каждого вида обработки  подсчитывается коэффициент К_Мv на скорость резания при обработке стали легированной 25ХГТ:

К_Мv= К_г (750/ s_в)

,  (1.1)

где К_г – коэффициент, учитывающий материал инструмента. Для инструмента из быстрорежущей стали: К_г = 0,7. А из твердого сплава:  К_г = 0,8.

       s_в – временное сопротивление материала детали на растяжение. Для стали легированной 25ХГТ, твердость НВ 217. Тогда можно найти s_в по формуле:

НВ = 0,3s_в        (1.2)

или:            s_в = НВ/0,3

где n – показатель степени.

s_в = 217/0,3 = 725 МПа

Показатель n определится  по таблице 1.4.

Таблица 1.4 – Значения показатели степени n

Обработка	Резцами		Сверлами		фрезами
	быстроре- жущая сталь	твердый сплав	быстроре- жущая сталь	твердый сплав	быстроре- жущая сталь	твердый сплав
N	1,25	1	0,9	1	1	1

 

При шлифовании, обратываемость металлов К_Мv= 1,6.

По всем переходам операций механической обработки подсчитывается основное технологическое время.

К_То=

/            (1.3)

 

Технологический маршрут обработки крышки приведен на таблице 1.5.

 

 

Таблица 1.5 – Технологический маршрут обработки

№ операции	Наименование операции	КМv	То	КМv.То
005	Фрезерная	0,83	2,275	1,883
010	Сверлильная	0,72	0,480	0,346
015	Токарная	0,83	1,860	1,543
020	Автоматная  токарная	0,83	3,330	2,764
025	Токарная	0,83	0,63	0,523
030	Слесарная	-	-	-
035	Контрольная	-	-	-
040	Зубофрезерная	0,72	0,35	0,252
045	Зубофрезерная	0,72	0,45	0,324
050	Зубошевинговальная	0,72	4,8	3,456
055	Слесарная	-	-	-
060	Моечная	-	-	-
065	Контрольная	-	-	-
070	Термообработка	-	-	-
075	Кругошлифовальная	1,6	0,67	1,072
080	Кругошлифовальная	1,6	1,29	2,064
085	Кругошлифовальная	1,6	0,87	1,392
090	Кругошлифовальная	1,6	0,4	0,64
095	Алмазо-расточная	0,83	0,5	0,415
100	Токарно-винторезная	0,83	0,38	0,315
105	Слесарная	-	-	-
110	Моечная	-	-	-
115	Контрольная	-	-	-
Итого			18,285	16,674

 

Обрабатываемости материала  детали резанием:

К_То= 16,674 / 18,285 = 0,91

 

1.4.2 Оценка технологичности формы детали (К_тф)

Для оценки технологичности  формы детали подсчитывается коэффициент  К_тф. Оценивается технологичность всех обрабатываемых поверхностей. Деталь является не технологичной по ряду следующих признаков:

- не сокращенна площадь  обработки (К_тф =0,8)

- обрабатываемые поверхности  не являются открытыми и не  лежат в одной плоскости (К_тф =0,8);

- при обработке соосных  отверстий наиболее точным является  не сквозное (К_тф =0,7)

- глухое шлицевое отверстие  (К_тф =0,6)

- наличие обрабатываемых  выточек (К_тф =0,6)

- не имеется возможности  для нормального врезания  и  выхода инструмента (К_тф =0,7);

- наличие отверстий, наклонных  к базовой плоскости (К_тф =0,5).

- наличие поверхностей  сложной геометрической формы,  в том числе и конических (К_тф =0,9).

- наличие глухих резьбовых  отверстий (К_тф =0,8).

Если вышеперечисленные  признаки не наблюдаются, то К_тф =1,0.

Таким образом,   К_тф =(1+1+1+1+0,6+1+1+0,9+1)/9=0,945.

 

1.4.3 Оценка удобства базирования заготовки К_тб

Конструкция заготовки может  быть признана технологичной, если можно  выбрать удобные базы для ее обработки  и избежать погрешности базирования. Этот показатель технологичности оценивается  коэффициентом К_тб. Для подсчета К_тб рассматриваются все остановы анализируемого технологического процесса. Оценка удобства базирования заготовки К_тб на операциях производится с использованием плана обработки заготовки. Показатель технологичности К_тб определяется как среднее арифметическое всех частных показателей.

Для всех операций К_тб = 1.

 

1.4.4 Оценка показателя К_ТС

Этот показатель учитывает  возможность вести обработку  поверхностей заготовки, используя  режущий инструмент стандартных  размеров и формы. Показатель рассчитывается на основе сводной ведомости используемого  режущего инструмента.

Если для осуществления  технологического перехода используется стандартный режущий инструмент, со стандартной заточкой, то использование этого инструмента оценивается частным коэффициентом - К_Тс - 1,0.

Если для выполнения перехода требуется специальная заточка  К_Тс=0,85. Если заданная форма поверхности может быть получена только при использовании специального режущего инструмента (например, фасонного резца), то К_Тс ⁼ 0,75.

Показатель технологичности  К_Тс определяется как среднее арифметическое всех частных коэффициентов (таблица 1.6).

Таблица 1.6 - Сводная ведомость режущего инструмента

Наименование инструмента	Размерная характеристика	Материал режущей части	Опе- рации	Кол.	ГОСТ
1	2	3	4	5	6
Фреза	Æ160, z = 10	Т5К10	005	2	19065-80
Зенковка	Æ40; φ=60˚	Р6М5	010	1	14953-80

 

Продолжение таблицы 1.6

1	2	3	4	5	6
Резец токарный проходной  прямой	16×10×100; φ=45˚	Т5К10	015	2	18878-73
Резец токарный подрезной  отогну- тый	10×12×60; φ=90˚	Т5К10	015	1	18880-73
Сверло	Æ39	Р6М5	020	1	-
Зенкер комбинированный	Æ40	Р6М5	020	1	-
Резец токарный проходной  прямой	16×10×100; φ=45˚	Т15К6	020	1	18878-73
Зенкер комбинированный	Æ46,7	Р6М5	020	1	-
Резец токарный подрезной  отогну- тый	10×12×60; φ=90˚	Т5К10	020	1	18880-73
Резец токарный проходной  прямой	16×10×100; φ=45˚	Т5К10	020	1	18880-73
Зенкер	Æ55	Р6М5	020	1	12489-71
Резец токарный расточной  державо-чный	16×16×80; φ=40˚	Т5К10	020	1	9795-84
Резец токарный проходной  прямой	16×10×100; φ=45˚	Т15К6	020	1	18878-73
Резец токарный проходной  прямой	20×16×120; φ=45˚	Т5К10	025	1	18878-73