Зубчатое колесо

                                               Вступ

В процесі механічної обробки  деталей машин виникає велика кількість проблемних питань які  пов’язані  із необхідністю виконання  технічних вимог, що поставлені конструкторами перед виробництвом.  Також, процес механічної обробки пов’язаний    з експлуатацією складного обладнання – металорізальних  верстатів, тому трудомісткість та собівартість механічної обробки більші, ніж на інших етапах виготовлення деталей машин.

     Переоцінка  наявних методів проектування  була викликана   такими чинниками,  як комплексна механізація та  автоматизація виробничих процесів, переоснащення машинобудівних  підприємств  сучасними металообробними верстатами, типізація та стандартизація  технологічних процесів, повсюдне  впровадження  в практику технологічного  проектування електронних обчислювальних  машин.

     Отже, сучасне  технологічне проектування –  це комплексна система взаємодії  засобів  і методів, що зумовлюють  створення високоякісної технологічної  документації на основі широкого  використання стандартних технологічних рішень.

      Особливістю  автоматизації в дрібносерійному  виробництві є потреба у створенні  гнучких виробничих систем, які  здатні автоматично переходити  з обробки деталей одного типорозміру  на інший. У вирішенні цих  задач провідну роль відіграють  верстати з ЧПК та багатоцільові  верстати. Адже використання одного  такого верстата дозволяє замінити  декілька фрезерних, свердлильних  та розточних верстатів, при  цьому значно підвищується продуктивність (в 2...3 рази) внаслідок скорочення  допоміжного часу ( в результаті  автоматизації циклу обробки  та автоматичної заміни інструменту).

В умовах реально діючих підприємств під час виготовлення деталей для зменшення можливого  браку на окремих операціях можуть призначатися завищені значення припусків. В першу чергу це поясняється  використанням застарілого обладнання. Наслідком цього є підвищення вартості заготівок, а також збільшення вартості механічної обробки.

      Тому при  розробці технологічного процесу в даному дипломному проекті була зроблена спроба використовувати сучасні методи обробки та високопродуктивне обладнання. Рішення приймались з урахуванням рекомендацій ДОСТів.

     Внаслідок   дипломного проекту були отриманні практичні знання та навички, що потрібні не тільки при виконанні дипломного проекту , але і при робот і на виробництві.Мета даного дипломного проекту з технології машинобудування  розробка технологічного процесу механічної обробки деталі типу «Зубчасте колесо».

1. Загальна частина.

1.1.Службове призначення, аналіз конструкції та технологічності деталі.

       Задана  деталь «Зубчасте колесо» застосовується у механізмі кріплення візка для перевозення металу у доменному виробництві.

         Конструктивні основні елементи деталі «Зубчастого колеса», які забезпечують виконання деталлю свого службового призначення:

• Паз слугує для фиксації положення втулки у механізмі кріплення візка;
• Поверхня Ø44 слугує для фиксації втулки відносно валика або пальца;
• 2 поверхні Ø60h8 – для установлення муфт;
• 6 фасок 0,5х45° слугують для полегшання процесу збірки у механізмі кріплення візка;
• Лиски на Ø50h8 – для установлення втулки у механізмі кріплення візка;
• Радіуси закруглень (R=1,5) виключають виникнення тріщин й виникнення напруг у небезбечних перетинах.

Описання  технологічності деталі

Технологічність конструкції виробу — сукупність властивостей конструкції виробу, що визначають її приздатність до досягнення оптимальних витрат при виробництві, експлуатації і ремонті для заданих показників якості, обсягу випуску і умов виконання робіт (ДСТУ 14.205-83, ЕСТПП).

Технологічність конструкції деталі аналізують з врахуванням умов її виробництва, розглядаючи особливості конструкції і вимоги якості як технологічні задачі виготовлення. Виявляють можливі труднощі забеспечення параметрів шорсткості, розмірів форм і розташування поверхонь, роблять ув'язку з можливостями методів остаточної обробки, можливостями устаткування і метерологічних засобів. Аналізують можливість тих або інших змін, що не впливають на параметри якості деталі, але  що полегшують виготовлення її, відкривають можливості вживання високопродуктивних технологічних методів і режимів обробки.

Уніфікують елементарні  поверхні деталей: фаски, галтелі, канавки, різьблення отвору тощо. Зміни, направлені на вдосконалення і підвищення технологічності конструкції, заносять у креслення деталі. ДСТУ 14.201-83 встановлює основні положення, систему показників, послідовність і вміст робіт по забезпеченню технологічності. Згідно цьому стандарту обов'язковими показниками технологічності є: трудомісткість виготовлення виробу, технологічна собівартість і коефіціент використання матеріалу.  

   На робочому кресленні деталі «Зубчасте колесо» приведені наступні вимоги:

1. Клеймо СТК.

• На деталі ставиться клеймо СТК. Це вказує на те, що деталь виконана відповідно усіх вимог, які пред’являються на кресленні.

2. Гострі кромки притупити до 0,5 мм.

• Гострі кромки притупляються для полегшання збірки деталі у вузлі.

3. Дозволяється зачистка чорноти на діаметрі 74,5 глибиною не більше 0,5 мм, довжиною не більше 30 мм.

• На діаметрі 74,5 робиться зачистка чорноти під люнет.

4. Невказані придільні відхилення розмірів, охоплюючих – по Н14; охоплюємих – по h14; інших -

• Ця технічна вимога вказує величини допусків і поля граничних відхилень розмірів деталі, для яких ці допуски на кресленні не вказані. Це вільні (несопрягаємі) розміри, а також лінійні розміри. Виконання таких розмірів з вказаною точністю не вплине на виконання деталлю свого службового призначення

5. Цементація Ø44 h=1,5 – 2,0 мм HRC≥50°.

- Для вимірювання твердості є кілька шкал (методів виміру):

Метод Брінелля - твердість визначається за діаметром відбитка, що залишається металевою кулькою, вдавлюють у поверхню. Твердість обчислюється як відношення зусилля, прикладеного до кульки, до площі відбитка (причому площа відбитка береться як площа частини сфери, а не як площа кола (твердість за Мейеру)); розмірність одиниць твердості за Бринеллем Па (кг-с/мм ²). Число твердості по Бринеллю за ДОСТ 9012-59 записують без одиниць виміру. Твердість, визначена за цим методом, позначається HB, де H = hardness (твердість, англ.), B - Брінеллю;

Метод Роквелла - твердість визначається за відносною глибиною вдавлення металевої кульки чи алмазного конуса в поверхню тестованого матеріалу. Твердість, визначена за цим методом, є безрозмірною і позначається HR, HRB, HRC і HRA; твердість обчислюється за формулою HR = 100 - kd, де d - глибина втискування наконечника після зняття основного навантаження, а k - коефіцієнт. Таким чином, максимальна твердість по Роквеллу відповідає HR 100.

Метод Віккерса - твердість визначається за площею відбитка, що залишається чотиригранною алмазною пірамідкою, яку вдавлюють у поверхню. Твердість обчислюється як відношення навантаження, прикладеного пірамідкою, до площі відбитка (при чому площа відбитка береться як площа частини поверхні піраміди, а не як площа ромба); розмірність одиниць твердості за Віккерсом кг-с/мм ². Твердість, визначена за цим методом, позначається HV;

    Дана технічна вимога вказує мікротвердість поверхні готової деталі. Для отримання заданої мікротвердості поверхні деталь спочатку необхідно піддати термообробці - виконати перший етап цементації - коксування поверхневого шару h = 1,5 ... 2,0 мм. Після наступної обробки проводиться другий етап цементації - об'ємне загартування HRC ≥ 50°.

1.2. Визначення  типу виробництва

      Типи виробництв та відповідні їм форми організації праці визначають характер технологічних процесів та їх побудова. Тому перед початком технологічного проектування встановлюють тип виробництва - одиничне, серійне чи масове. Тип виробництва визначається номенклатурою та обсягами випуску виробів (річний виробничою програмою), їх масою і габаритними розмірами, а також іншими характерними ознаками.

      Масове виробництво характеризується вузькою номенклатурою і великим обсягом випуску виробів, що безперервно виготовляються або ремонтованих протягом тривалого часу. На кожному робочому місці виконують, як правило, по одній закріпленою за робітником операції.

Таке виробництво оснащують  переважно спеціальним і спеціалізованим  устаткуванням, розташованим в порядку виконання технологічних операцій, у формі потокових ліній. Застосовують високопродуктивні спеціальні інструменти і пристосування. Широко упроваджуються засоби механізації і автоматизації: конвеєра роторні і автоматичні лінії, у тому числі змінно-потокові автоматичні лінії, складені з робототехнічних комплексів, керованих ЕОМ, тощо. Характерний високий рівень організації праці і ритмічність випуску виробів з фіксованим тактом, хв.:

                                                                      ₍₁₎

де _{— дійсний річн}ий фонд виробничого часу устаткування, ліній та робочих місць, год;

N — річна програма випуску виробів,  шт.  У залежності від режиму й організації робіт у підрозділі (у цеху, на дільниці) ориентировочно приймають при роботі: в одну зміну Р_а = 2008 ч, у дві зміни Р_а = 4015 ч,  й при тризмінній роботі _{= 6022 ч. Більш точні відомості на}водяться у літературі. У масовому виробництві тривалість окремих операцій (штучний час ) повинна бути рівною або кратною такту при одночасному дотриманні нерівності:

                                                                              (2)

Добовий випуск виробів при  роботі з двома вихідними днями на тиждень, шт:

Добова продуктивність потокової  лінії, шт:

де _{— добовий фонд часу праці} обладнання, хв.;

— нормативный коефіціент завантаження обладнання;

— середня трудомісткість основних операцій, хв.

При виконні п основних операцій зі штучним часом кожний  1-й, рівним  ,

                                                                         ( 3)

На даному етапі визначають ориєнтировочні значення .

Нормативне завантаження устаткування (верстата) в масовому виробництві повинне знаходитися  в межах_знх  = 0,65-0,75. Якщо фактичний n_зф>0,75, треба на даній операції збільшувати кількість верстатів, але вони можуть залишитися недовантаженими. Тож відбувається, якщо  t_в>t_ш. Наприклад, якщо при потоковій формі організації праці t_в = 5 мин., а t_ш=2мін., то верстат після виконання кожної чергової операції простоюватиме по 3 хв. і тому подібне. У таких випадках роботу лінії, ділянки або цеху організовують по принципам, властивим серійному виробництву.

Серійне виробництво характеризується обмеженою номенклатурою виробів, що виготовляються або ремонтуються партіями, що періодично повторюються, і порівняно великим обсягом випуску, причому розмір партії, шт.

                                   п= а N/254 ,                                         (4)

де а — періодичність запуску (необхідність запасу деталей на складах), дні. Для проектних розрахувань рекомендуєтся приймати при виготовленні великих деталей 3-6, средніх 6-12 і для дрібних деталей а = 12-25 днів.

Организація й оснащення крупносерійного виробництва близькі до масового. Серійне і дрібносерійне виробництво оснащують переважно універсальним і стандартним обладнанням, пристосуваннями і інструментами. Широко використовуються верстати з ЧПК. Наряду с груповими змінно-поточними лініями практикують організацію предметно-замкнених дільниць. Після обробки партії деталей Р₁ верстати перебудовують на обробку партії Р₂ інших деталей. Верстати не простоюють. Для серійного виробництва нормативний коефіціент завантаження обладнання = 0,75-0,85. Більш високі значення можуть бути досягнуті при многономенклатурному запуску виробів в умовах дрібносерійного і одиничного виробництва.

Для визначення типу виробництва частіш за все користуються співвідношеннями (1), (2) і рекомендаціями  ( Єгоров М.Е. Основи проектування машинобудівних заводів / М.Е. Єгоров. – М.: вища школа, 1969), дозволяючими встановлювати його у залежності від габаритних розмірів, маси і річного об’єму випуску деталей, користуючись даними таблиць 1 і 2 або 3.

При класифікації по масі М (кг) будемо умовно вважати деталі: дрібними (легкими) при М-коді  1, середніми при 1 < М-код < 50 і великими (важкими) при М-коді > 50.

Вибір типу виробництва по програмі випуску. Таблиця 1

Вибір серійності виробництва. Таблиця 2

   На початковому етапі дипломного проектування тип виробництва визначаємо укрупненим методом, використовуючи довідкові дані, що класифікують типи виробництва залежно від річної програми випуску деталей і їх маси.

   За довідковими даними визначаємо, що для деталі «Зубчасте колесо»  при масі 1,33 кг і річному обсязі випуску 2500 шт матиме місце середньосерійний тип виробництва.       

   Організаційною формою виробничого процесу для виготовлення заданої деталі приймаємо наочно-замкнуту ділянку. Визначимо величину партії запуску деталей n  за формулою (4):

де,  N - річний об’єм випуску деталей;

      а - періодичність запуску деталей у виробництво

            (прймаємо, а=24 доби).

Для  деталі «Зубчасте  колесо» величина n рівна:

Прймаємо n = 250 шт.

1.3.Обгрунтування методу отримання заготівлі.

Заготівля — предмет виробництва, з якого зміненням форми, розмірів, шорсткості поверхонь і властивостей матеріалу виготовляють деталь або нероз'ємну збірну одиницю.                                                      

                Вибір типу інструментального або приборобудівного виробництва по масі деталі

Таблиця 3

   Вибрати заготівлю — це означає: встановити раціональну форму, спосіб здобуття, розміри і допуски на виготовлення, припуски лише на оброблювані поверхні, нарешті, круг додаткових технічних вимог і умов, що дозволяють розробити технологічний процес її виготовлення.

   Форми і розміри  заготівлі повинні забезпечувати мінімальну металоємність і достатню жорсткість деталі, а також можливість вживання найбільш прогресивних, виробничих і економічних способів обробки на верстатах. У потоково-масовому і серійному виробництві прагнуть наблизити конфігурацію заготівлі до готової деталі, збільшити точність і підвищити якість поверхонь.         При цьому різко скорочується об'єм механічної обробки, а коефіціент

використання [г] досягає величини 0,7-0,8 і більше. В умовах дрібносерійного і одиничного виробництва вимоги до конфігурації заготівлі менш жорсткі, а бажана величина [г] > 0,6.

  По вигляду базового технологічного методу виготовлення виділяють наступні види заготівель:

• отримані литтям (відливки);
• отримані обробкою тиском (ковані і штамповані поковки);
• заготівлі із прокату;
• зварні і комбіновані заготівлі;
• отримані методом порошкової металургії;
• отримані із конструкціонної кераміки.

   Спосіб виготовлення заготівлі багато в чому визначається матеріалом, формою і розмірами деталі, програмою і сроками випуску, технічними можливостями заготівних цехів, міркуваннями економічного характеру і іншими чинниками. Вважають, що обраний спосіб повинен забезпечувати здобуття такої заготівлі, яка дозволяла б виготовити деталь (включаючи повний цикл механічної, термічної і іншої обробок) найменшої собівартості. Заготівля кожного виду може бути виготовлена одним або декількома способами, родинними базовому. Так, наприклад, невеликі заготівлі звичайної форми зі сплаву АЛ9 можуть бути отримані литтям:

• у пісочно-глинисті форми, в кокіль, в оболонкову форму, по виконуваних моделях, під тиском;
• способом вакуумного всмоктування, штампуванням з рідкого металу тощо.

   Кожному способу  присутні певні технічні можливості по забезпеченню точності форми і розташуванню поверхонь, по точності виконуваних розмірів, по шорсткості і глибині дефектного шару поверхонь, вимоги до допустимої товщини стінок, до величини ливарних (штампувальних) радіусів і ухилів, до розмірів і розташуванню отримуваних отворів тощо. Технічні можливості широко представлені в літературі і інших довідниках і посібниках.

Вихідні дані для вибору заготівлі — це креслення деталі з технічними вимогами на виготовлення, з вказанням маси і марки матеріалу; річний обсяг випуску і прийнятий тип виробництва, дані про технологічні можливості і

ресурси підприємства тощо. З їх обліком приймають метод здобуття заготівлі і розробляють креслення. Креслення заготівлі викреслюють з необхідною кількістю проекцій розрізів і перетинів.

На кожну з оброблюваних поверхонь встановлюють припуск. Величину припуску приймають по таблицях з вказаної літератури.

На найвідповідальніші функціональні поверхні деталей величину припуску визначають розрахунково - аналітичним способом. Номінальні розміри заготівель отримують підсумовуванням (для отворів відніманням) номінальних розмірів деталей з величиною прийнятого припуску. Граничні відхилення (або допуски) розмірів устанавлюють, виходячи з точності (вихідного індексу і класу точності Т.) здобуття заготівлі прийнятим способом (див. список літератури) тощо, що досягається одночасно на кресленні обов'язково вказують необхідні технічні вимоги до заготівлі:

• твердість матеріалу, зазвичай в одиницях Бріннеля (НВ);
• точність;
• символами ЕСКД — допустимі погрішності форми і розташування поверхонь;
• номінальні значення і граничні відхилення технологічних ухилів, радіусів, переходів;
• міра і методи очищення поверхонь (труїть, галтовкой, дробеметним очищенням і так далі);
• способи усунення дефектів поверхонь (вм'ятин, затисків, обважнюють, зсув плоскості тощо.);
• способи і якість попередньої обробки (наприклад, обдирання, обрізання, правка, зацентровування тощо.);
• методи контролю розмірів і твердості (візуальний, по шаблонах, ультразвукової і ін.);
• поверхні, що приймаються за чорнові технологічні бази і так далі

Відповідно до ДСТУ 26645-85 в технічних вимогах креслення відливання мають бути вказані норми точності відливання. Їх приводять в наступному

порядку: клас розмірної  точності відливання (обов'язково), ступінь  викривлення, міра точності поверхонь, клас точності маси (обов'язково) і допуск зсуву відливання. Наприклад, для  відливання 8-го класу розмірної  точності, 5-ої міри викривлення, 4-ої міри точності поверхонь, 7-го класу точності маси з допуском зсуву 0,8 мм: точність відливання 8-5-4-7 см 0,8 (ДСТУ 26645-85.) Допускаються ненормовані показники точності відливань замінювати нулями, а позначення зсуву опускати, тоді: точність відливки 8-0-0-7 (ДСТУ 26645-85.).

У технічних вимогах до креслень поковок із сталі, що отримуються методами гарячого кування (ДСТУ 7505-89), передбачається відображати їх конструктивні характеристики (Довідник технолога – машинобудівника: У 2-х т.-Т.1/Под ред. А.М. Дальського, А.Т. Косилової, Р.К. Мещерякова, А.Г. Суслова. – 5-е видавництво, перероб. і доп. М.: Машинобудівництво,2001. таблиця. 24-37 на с. 254-266): Клас точності (Т1, Т2, ТЗ, Т4 і Т5) —

встановлюють залежно від технологічного процесу і обладнання для виготовлення поковки, а також виходячи з вимог, що пред'являються, до точності її розмірів. Групу сталі (М1, М2 і МЗ) — вказують процентний вміст вуглецю і легуючих елементів в матеріалі поковки.

Міру складності (С1, С2, СЗ і С4), що є одній з конструктивних характеристик форми поковок (що якісно оцінюють її), а також використовуємою при призначенні пріпусків і допусків. Конфігурацію поверхні роз'єму штампу: П — плоска; Іс— симетрично зігнута; Ін — несиметрично зігнута. Від цих характеристик залежать вихідний індекс (Довідник технолога – машинобудівника: У 2-х т.-Т.1/Под ред. А.М. Дальського, А.Т. Косилової, Р.К. Мещерякова,,А.Г. Суслова. – 5-е видавництво, перероб. і доп. М.: Машинобудівництво,2001. таблиця. 27), допуски на розміри і відхилення форми і розташування поверхонь.

Креслення заготівель викреслюють в тому ж масштабі і на таких же форматах, на яких змальована деталі.

 У контурі заготівлі синім кольором або тонкими чорними лініями вписують контури деталі. Масу заготівлі розраховують по номінальних розмірах. Кінець кінцем, креслення і технічні вимоги повинні містити досить інформації для розробки робочої документації по виготовленню заготівель у заготівельних цехах реальних виробництв. У записці пояснення креслення заготівлі розташовують безпосередньо за текстом. При виборі заготівлі студенти порівнюють 2-3 можливих способів її виготовлення. З альтернативних приймають найбільш рентабельний, причому рентабельність способу слідує докладно і коректно обгрунтувати.

Текст пояснювальної записки разом з кресленням заготівлі, і виводами не повинен перевищувати 2,5-3 с.

   Задана деталь «Зубчасте колесо» виготовлена з конструкційної, легованої сталі марки 45 ДСТУ 1050-88. Отримують дану сталь в конвертерах,  мартенівських і електричних печах. Хімічний склад цієї сталі, приведений в табл.4, а механічні характеристики - в табл.5.

Таблиця 4.

Хімічний склад сталі45 (ДОСТ 1050-88), %

Таблиця 5.

Механічні характеристики сталі 45(ДОСТ 1050-88)

        Як вже було вказано вище, матеріал має високу міцність і хорошу оброблюваність, малу чутливість до концентрації напруги, а для підвищення зносостійкості добре сприймає термічну обробку, деталі отримують методом пластичної деформації. На базовому підприємстві заготівлю під деталь «Зубчасте колесо» обирають прокат або поковку. При розробці технологічного процесу виробництва деталі «Зубчасте колесо» у дипломному проекті вигляд і метод здобуття заготівлі визначається на підставі техніко-економічного порівняння двох-трьох варіантів заготівель.Найбільш вірогідними методами здобуття заготівлі деталі «Зубчасте колесо», враховуючи типа виробництва - середньосерійний, є поковка, що дозволяє в 2-3 рази підвищити продуктивність праці, а пріпуськи на механічну обробку понизити на 25-30%.