Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Участок по обработке детали типа "шестерня"

Введение

Авиационная промышленность является одной из самых передовых отраслей народного хозяйства – она выпускает сложную и ответственную продукцию. Поэтому к авиационной промышленности предъявляются повышенные требования с учетом особенностей конструкции изделия, условий эксплуатации и требований к их надежности.

В настоящее время, в связи с переходом к жестким рыночным отношениям, требования к конкурентоспособности авиационных двигателей резко повышаются. Соответственно повышается роль технолога и технических служб как при обработке изделий на этапе проектирования, так и при совершенствовании существующих технологических процессов изготовления деталей и разработке новых в процессе производства двигателей.

Интенсификация технологических процессов на основе применения режущих инструментов из новых инструментальных материалов, расширение области применения оборудования с ЧПУ, создание роботизированных станочных комплексов и гибких производственных систем с управлением на ЭВМ, повышение размерной и геометрической точности, достигаемой при обработке. Именно эти направления учитывались при разработке рассматриваемого технологического процесса.

Содержание

1 Описание объекта производства

Объектом производства проектируемого изделия является шестерня привода. Шестерня - одна из главных частей механизма, она передает вращающий момент непосредственно на зубчатое колесо, и испытывает большие нагрузки потому изготавливается и легированной стали. Среда работы шестерни привода: воздушно-масляная. При синтетическом масле температурный диапазон от -40° до +120°, при минеральном – от -20° до +110°.

Изготавливается данная шестерня из легированной стали марки 14ХГСН2МА-ш . Данный материал применяется для изготовления цементуемых деталей ответственного назначения, от которых требуется повышенная прочность и вязкость сердцевины, а также высокая поверхностная твердость, работающих под действием ударных нагрузок.

Химический состав сплава приведен в таблице 1.1, основные механические характеристики в таблице 1.2

Таблица 1.1 –Химический состав сплава 14ХГСН2МА-ш

Углерод	Кремний	Марганец	Хром	Никель	Молибден	Сера	Фосфор
						не более
0,11…0,16	0,45…0,7	0,7…1	1,2…1,6	1,6…2	0,25…0,4	0,25	0,25

Таблица 1.2 – Основные механические характеристики сплава 14ХГСН2МА-ш

Временное сопротивление разрыву σ_в, кгс/мм:	100
Предел текучести σ_т, кгс/мм²:	80
Относительное удлинение σ_у, %:	12
Относительное сужение Ψ, %:	55
Удельная вязкость, А_н, кгм/см²:	10
Твердость по Бринелю (диаметр отпечатка), мм:	3…3,55

Применяется следующие химические и термические операции:

Термоулучшение стоит перед основными операциями механической обработки для улучшения качества структуры материала детали.

Меднение под нитроцементацию - нанесение медных покрытий гальваническим методом.

Нитроцементация. Отжиг. Нитроцементация — процесс насыщения поверхности стали одновременно углеродом и азотом при 700—950 °C в газовой среде, состоящей из науглероживающего газа и аммиака. Повышает износостойкость, усталостную и контактную прочность металла. Цели отжига — снижение твёрдости для повышения обрабатываемости, улучшение структуры и достижение большей однородности металла, снятие внутренних напряжений.

Нитроцементация. Закалка. Нитроцементация — процесс насыщения поверхности стали одновременно углеродом и азотом при 700—950 °C в газовой среде, состоящей из науглероживающего газа и аммиака. Повышает износостойкость, усталостную и контактную прочность металла. Закалка заключается в их нагреве и последующем быстром охлаждении с целью фиксации высокотемпературного состояния материала или предотвращения (подавления) нежелательных процессов, происходящих при его медленном охлаждении.

Травление – производиться для выявления прижёгов после механических операций.

Низкий отпуск — уменьшение остаточных закалочных напряжений.

2 Контроль рабочего чертежа

2.1 Соответствие требованиям ЕСКД

1. Рабочий чертёж шестерни привода выполнен в соцветии с ГОСТ 2.304…..306-88, содержит все необходимые сведения: проекции и разрезы, что в свою очередь даёт полное представление о конструкции детали.

2. Необходимые размеры и их допускаемые отклонения указанны в соответствии со старыми требованиями и ГОСТами. Это вызывает необходимость привести в соответствие согласно ЕСКД допустимые отклонения размеров. Так же следует отметить, что допускаемые отклонения на «свободные» размеры оговорены в технически предъявленным требованиям.

3. Рабочий чертёж содержит сведения о шероховатости обрабатываемых и не обрабатываемых поверхностей. Однако, шероховатость проставлена согласно старым требованиям, что требует перевести её значения согласно ГОСТ 2302-73.

4. Рабочий чертёж содержит название и марку материала – 14ХГСН2МА-ш а так же предъявлены технические требования к шестерни привода. А именно

Допускается нитроцементация торцов зубьев не ниже диаметра впадин.

Перед нитроцементацией шероховатость поверхности выкружки впадин зубьев должна соответствовать эталону

После закалки выкружки впадин зубьев механически не обрабатывать

Группа контроля 3-1Ц- по ОСТ 1 00021-72-78

Прожоги при механической обработке не допускаются.

Неуказанные придельные отклонения размеров по 722АТ

Взаимное угловое расположение зубьев шестерни шлиц лысок Н,

Л-отверстий Е-безразличное

Притупления острых кромок на торце К шлицы не обязательно заусенцы снять.

Овальность и конусообразность поверхности А не более 0,004 мм.

Овальность и конусообразность поверхности Б не более 0,007 мм.

Состояние поверхностей профилей зубьев после зубохонингования по

этолану.

Боковые кромки зубьев зачистить плавной кривой или фаской и заполировать.

Величина скругления кромок 0,2...0,6. Контроль по контурному образцу.

Допускается наличие уступов не выше начала активной части профиля в

месте перехода профиля зуба.

2.2 Анализ технологичности конструкции детали

Анализ технологичности конструкции шестерни производим на основании изучения чертежа детали, технологических требований её работы в узле.

Заготовка шестерня привода представляет собой отливку. Деталь изготавливается из Стали 14ХГСН2МА, которая обладает не очень высокой обрабатываемостью при резании. Изменение в проекте метода получения заготовки даёт возможность уменьшить величину припусков, что ведёт к экономии металла, сокращению количества проходов при механической обработке.

Конструкция детали обладает достаточной жёсткостью для её надёжного закрепления на станках и обработке на режимах резания, обеспечивающих высокую производительность. При механической обработке у детали имеются удобные поверхности для её установки в приспособлениях соблюдая правило единства и постоянства баз при выполнении основных наиболее точных размеров. Имеется свободный доступ к обрабатываемым поверхностям и выход режущего и измерительного инструмента.

Упрощение конструкции детали не целесообразно, так как деталь не сможет выполнять своё назначение в узле машины. Квалитеты точности, шероховатость поверхностей, допуски на форму и расположение поверхностей соответствует их назначению. Учитывая результаты проведённого анализа, признаем, что конструкция детали в целом технологична. Отклонения от технологичности составляют шлицы, а также зубья.

Проведем анализ технологичности в программе ОКДНТ разработанной специально для анализа деталей.

Отработка конструкции детали на технологичность механической обработки

Анализ конструкции детали

1.1 С целью сокращения механической обработки возможно уменьшить протяженность обрабатываемых поверхностей?

Ответ: Возможно

1.2 Рекомендуется назначать допуски только на поверхности сопряжения.

Ответ: Допуски назначены только на поверхности сопряжения.

1.3 Имеется ли возможность удобно и надежно закрепить заготовку на станке?

Ответ: Да

1.4 Имеются удобные и надежные базирующие поверхности для установки заготовок в процессе их обработки?

Ответ: Нет

1.5 Рекомендуется повышать жесткость заготовки, что уменьшает её деформации от сил резания и закрепления, позволяет увеличивать режимы резания и одновременно применить несколько режущих инструментов путём сокращения переходов обработки. Оцените жесткость заготовки.

Ответ: Средней жесткости

1.6 Имеется ли возможность удобного подвода режущего инструмента к обрабатываемой поверхности?

Ответ: Да

1.7 С целью уменьшения вспомогательного времени рекомендуется сокращать путь врезания инструментов путем выбора конструкции,

допускающей возможность одновременной установки нескольких заготовок для обработки.

Ответ: Обработка нескольких заготовок невозможна.

1.8 Для обработки на проход необходимо предусматривать выход режущего инструмента.

Ответ: Обеспечивается выход инструмента при обработке менее половины всех поверхностей.

1.9 Простановка размеров на чертеже детали должна обеспечивать возможность её обработки при соблюдении принципов совмещения и постоянства баз.

Ответ: Названные принципы не обеспечиваются на одной – двух операциях.

1.10 Простановка размеров на чертеже детали должна обеспечивать возможность её обработки при соблюдении принципов совмещения и постоянства баз.

Ответ: Названные принципы обеспечиваются на всех операциях.

1.11 Простановка размеров обеспечивает удобства измерений.

Ответ: Простановка размеров обеспечивает удобства измерений для большинства размеров детали.

1.12 Конструкция детали обеспечивает возможность применения простых контрольно – измерительных инструментов и приспособлений.

Ответ: Конструкция детали обеспечивает возможность применения простых контрольно – измерительных инструментов и приспособлений для контроля всех размеров.

1.13 Возможно ли проведение контроля одновременно нескольких поверхностей у детали при одной её установке.

Ответ: Возможно проведение контроля одновременно нескольких поверхностей у детали при одной её установке.

1.14 Простановка размеров на чертеже детали должна быть увязана с последовательностью обработки. Обеспечивается ли выполнение этого принципа?

Ответ: Да

1.15 Не рекомендуется координировать несколько необработанных поверхностей относительно обрабатываемой. Необработанные поверхности нужно координировать между собой и задавать только один размер от необработанной поверхности до обрабатываемой. Обеспечивается ли выполнение данных рекомендаций?

Ответ: Да

1.16 Не рекомендуется проставлять размеры от линий построения , осей, острых кромок и поверхностей, от которых измерение детали затруднено. Обеспечивается ли выполнение данных рекомендаций?

Ответ: Да

1.17 В некоторых случаях выгоднее использование сборных конструкций деталей, в некоторых – наоборот. Как Вы считаете, конструкция Вашей детали оптимальная?

Ответ: Нет

1.18 Конструктивные элементы детали должны быть унифицированы по каждому из применяемых видов (резьбы, пазы, конуса, галтели, фаски, отверстия и др.). Выполняются ли данные рекомендации?

Ответ: Да

1.19 Применяемые материалы должны соответствовать маркам, имеющим широкое применение в производстве на данном заводе. Выполняется ли данная рекомендация?

Ответ: Да

Коэффициент технологичности: 0,78

3. Технико-экономическое обоснование способа получения заготовки

3.1 Выбор рациональной заготовки

Заготовка для деталей двигателей или редукторов определяется исходя из назначения и конструкции детали, её материала, техническими требованиями, масштабом и серийностью выпуска, а также экономичностью выпуска. Выбрать заготовку – значит установить способ её получения, наметить припуски на обработку каждой поверхности, рассчитать размеры и указать допуски на неточность изготовления. Также следует учитывать, что заготовка должна быть максимально приближена по форме и размерам к готовой детали, что в свою очередь обеспечивает максимальное использование материала и снижает затраты на механическую обработку.

Для рационального выбора заготовки необходимо одновременно учитывать все вышеперечисленные исходные данные, так как между ними существует тесная взаимосвязь. Окончательное решение можно принять только после экономического комплексного расчёта себестоимости заготовки.

От правильности выбора заготовки в значительной мере зависит характер технологического процесса обработки и эксплуатационные свойства детали. Чем в большей степени приближается форма заготовки к форме готовой детали, тем меньше при этом затрачивается средств и времени на изделие. Наибольшее влияние на выбор заготовки оказывает материал, программа выпуска, размеры и конструктивная форма детали, а также производственные возможности заготовительных цехов.

3.2 Выбор варианта получения заготовки

Стоимость штамповки С_м1 определяем по формуле:

(7)

где С_мТ = 18000 грн/тонна – на горизонтально-ковочных машинах;

k_n = 3 – для ГКШП

k_n = 1,8 – для горизонтально-ковочных машин;

k_в = 1 – для обоих вариантов;

k_с - коэффициент сложности заготовки; k_с = 1,4 для II группы ГОСТ 8479-70.

k_м - коэффициент зависящий от материала заготовки; k_м = 0,95

Тогда :

Для ГКМ

Для КГШП

Стоимость заготовки определяем по формуле:

(8)

где q_з - вес заготовки.

Тогда стоимость заготовки равна:

На КГШП:

На горизонтально-ковочных машинах:

Годовая экономия металла определяется по формуле

, (9)

где q_д = 0,3 вес готовой детали

(10)

где q_з - вес заготовки;

для заготовок, получаемых на горизонтально-ковочных машинах:

для заготовок, получаемых на КГШП.

Тогда:

Годовая экономия от стоимости заготовок определяется по формуле:

(11)

По результатам расчета и исходя из меньших затрат принимаем вид заготовки, получаемой на горизонтально-ковочных машинах, так как он является гораздо эффективнее и экономнее чем первый метод.

4. Проектирование технологического маршрута обработки детали

4.1. Обоснование последовательности операций технологического процесса

Последовательность операций технологического процесса, назначаем в зависимости от технических требований чертежа шестерни привода. Устанавливаем, какие поверхности являются ответственными, а какие второстепенными. Для данной детали ответственными поверхностями будут: 5,17,10,21. Основными технологическими базами будут являться пов.: 5,17 детали.

Назначаем операции по обработке вспомогательных поверхностей: 8, 15, 16, 19, 1, 2, 3, 8,20,9. Зачистка заусенцев, снятие острых кромок не входит в проектируемые операции.

Рис. 1 Поверхности шестерни привода

Большое значение имеет правильность выбора технологической базы механической обработки шестерни привода. В данном случае, выбираем чистовую технологическую базу поверхность 5,1,9 для чистовой обработки поверхности 21,18,19,17,15. Поверхности 5,9 используем как установочную базу для чистовой обработки поверхностей 21,17 применив её как основную технологическую базу.

Ось шестерни привода является конструкторской базой, совпадает с технологической и измерительной базами, соблюдается принцип совмещения баз. При совмещении конструкторской и технологической баз, есть возможность равномерно распределить припуски на обработку ответственных поверхностей, обуславливает более полное использование режущего инструмента, высокую производительность обработки за счёт применения оптимальных режимов резания, повышение точности обработки на финишных операциях

Рис. 2. Шестерня привода 3D модель

4.2 Маршрутно-технологического процесс обработки шестерни привода

Таблица 4.1 Технологический процесс обработки

№ опе-рации

Наименования, переход

Станок

005

Токарная с ЧПУ

1 Подрезать торец 1

2 Точить поверхность 7

3 Точить поверхность 5 предварительно

4Точить поверхность 5 окончательно

5 Точить торец 9

6 Точить обод 10

7 сверлить отверстие 2 через все

8 Снять фаску 3

9 Снять фаску 4

16к20Ф3

010

Токарная с ЧПУ

1 подрезать торец 19

2 Рассверлить отверстие 22

3 Расточить отверстие 23

4 Точить поверхности 8,17,16,15,14,13, 12,11,9А предварительно.

5.Точить поверхности 8,17,16,15,14,13, 12,11,9А окончательно.

6. Точить поверхность 17 начисто

7. зенкеровать пов. 21 начисто

16к20Ф3

015

Горизонтально-фрезерная

1 Фрезеровать уступ на поверхности 15

6Г82

020

Горизонтально-фрезерная

1 Фрезеровать уступ на поверхности 6

6Г82

025

Радиально сверлильная

1 Сверлить 5 отверстий по кондуктору

2Р56

030

Долбежная

1 Долбить 20шлицов на пов. 21 выдерживая размеры согласно эскизу

7А420

035

Зубо-фрезерная

1 фрезеровать зубья на пов. 10

5А342

040

Химическая

1 Нитро-цементировать поверхность зубьев согласно требований предъявленных на чертеже.

2 Закалить шлицы на глубину 0,2 мм.

045

Хонинговальная

Хонинговать зубья шестерни согласно предъявленых требований на чертеже

5Б913

050

Кругло-шлифовальная

Шлифовать шейку 17 до шероховатости 0,63 выдержав размеры

3151

055

Кругло-шлифовальная

Шлифовать шейку 5 до шероховатости 0,63 выдержав размеры

3151

060

Шлице-шлифовальная

Шлифовать шлицы выдержав требования

3451

065

Контрольная

Произвести контрольный замер шлицов и профиля зубьев по эталону

5. Определение припусков на механическую обработку

Припуск – слой материала , удаляемый с поверхности заготовки в целях достижения заданных свойств обрабатываемой поверхности детали.

Припуск на обработку поверхностей детали может быть назначен по соответствующим справочным таблицам, ГОСТам или на основе расчетно-аналитического метода определения припусков, так же с применение компьютерных программ.

ГОСТы и таблицы позволяют назначить припуски не зависимо от технологического процесса обработки детали и условий его осуществления и поэтому в общем случае являются завышенными, содержат резервы снижения расхода материала и трудоемкости изготовления детали.

Расчетно-аналитический метод определения припусков на обработку (РАМОП), разработанный проф.. В.М.Кованом, базируется на анализе факторов, влияющих на припуски предшествующего и выполняемого переходов технологического процесса обработки поверхности. Значение припуска определяется методом дифференцированного расчета по элементам, составляющим припуск. РАМОП предусматривает расчет припусков по всем последовательно выполняемым технологическим переходам обработки данной поверхности детали, их суммирование для определения общего припуска на обработку поверхности и расчет промежуточных размеров, определяющих положение поверхности, и размеров заготовки. Расчетной величиной является минимальный припуск на обработку, достаточный для устранения на выполняемом переходе погрешностей обработки и дефектов поверхностного слоя. Промежуточные размеры, определяющие положение обрабатываемой поверхности, и размеры заготовки рассчитывают с использованием минимального припуска.

Применение РАМОП сокращает в среднем отход метала в стружку по сравнению с табличными значениями, создает единую систему определения припусков на обработку и размеров деталей по технологическим переходам и заготовок, способствует повышению технологической культуры производства.

Расчет припусков производим на ступень вала Æ40k6

Маршрут обработки ступени:

- черновое точение;

- чистовое точение;

- шлифование.

Рассчитаем суммарное отклонение расположения поверхностей. Величину отклонения Δ_∑ для заготовки из сортового проката при обработке в центрах определяем по формуле [6, стр.178, ф.15]:

где Δ_∑_к – общее отклонение оси от прямолинейности:

где ∆_к– отклонение оси детали от прямолинейности, мкм на 1,5 мм [6, с.180, табл.4];

l – длина детали l=94,5 мм.

мкм

Δ_ц – смещение оси заготовки в результате погрешности центрования:

где Т- допуск на диаметральный размер базы заготовки, использованной при центрировании:

мкм

Черновое точение

Величину остаточных пространственных отклонений Δ_ост определяем по формуле:

где: К_У– коэффициент уточнения [6, с.190, табл. 29]

мкм

Чистовое точение

Определяем величину остаточных пространственных отклонений

мкм

Расчет минимальных припусков на диаметральные размеры для каждого перехода производим по уравнению:

где: Rz_i-1 – высота неровностей профиля на предшествующем переходе

[6, с.181, табл.5]

h_i-1 – глубина дефектного поверхностного слоя на предшествующем переходе [6, с.181, табл.5]

Δ_{Σ i-1} – суммарные отклонения расположения поверхности

Черновое точение:

мкм,

Чистовое точение:

мкм,

Шлифование:

мкм,

Расчет наименьших расчетных размеров по технологическим переходам производим, складывая значения наименьших предельных размеров, соответствующих предшествующему технологическому переходу с величиной припуска на исполняемый переход.

15,112+0,2924=40,4044 мм

15,4044+1,5934=41,9978 мм

Определяем наибольшие предельные размеры по переходам:

15,002+0,016=15,018 мм, 15+0,16=15,16 мм,

15,4+0,25=15,65 мм, 16,9+1,6=17,5 мм.

Расчет фактических максимальных и минимальных припусков по переходам производим, вычитая соответственно значения наибольших и наименьших предельных размеров, соответствующих выполняемому и предшествующему технологическим переходам:

Максимальные припуски:

15,16-15,018=0,142 мм, 15,65-15,16=0,49 мм, 15,5-15,65=2,85 мм.

Расчет общих припусков производим по уравнениям:

Наибольший припуск

Z₀max=∑Z max=0,142+0,49+2,85=3,482 мм;

Наименьший припуск

Z₀ min = ∑Z min = 0,002+0,4+2=2,402 мм

Проверку правильности расчетов проводим по уравнению

Z₀max- Z₀min =T_З-T_Д

где: T₃иT₀ – соответственно допуск на заготовку и на деталь:

3,482-2,402=1,6-0,52

1,08=1,08