Технологический процесс изготовления крестовины карданного вала

Содержание

Введение………………………………………………………………………5

1.Назначение и конструкция  крестовины карданного вала……………….8

2. Качественный анализ  технологичности конструкции детали………….10

3. Определение типа производства…………………………………………12

4. Выбор метода получения  заготовки……………………………………..14

5. Обоснование выбора  варианта технологического маршрута…………..17

6. Выбор припусков на  обработку одной поверхности……………………20

7. Расчёт режимов резания  на обработку одной поверхности…………….22

8. Расчёт норм времени  на обработку одной поверхности………………..26

9. Назначение режимов  и норм времени на другие  операции…………….28

10. Операционные карты  на обработку одной поверхности……………....29

11. Маршрутный технологический  процесс изготовления детали………..32 

12. График загрузки оборудования………………………………………….34

13. Заключение………………………………………………………………..36

Введение

Близка к завершению разработка нового этапа союзной программы "Развитие дизельного автомобилестроения". Такая программа, осуществляемая с конца 1990-х гг., была и остается пока единственной в бывшем СССР промышленно-экспортной программой, позволяющей не только развивать тяжелую индустрию в России и Беларуси, но и создавать там тысячи стабильных рабочих мест, комплексно использовать научно-технический потенциал наших стран-соседей, а также наращивать их индустриальную составляющую в экспорте. Сегодня все большее количество стран, в том числе на постсоветском пространстве, интересуется научными, технологическими наработками по этой программе и ее результатами. Если точнее - самими дизельными двигателями российско-белорусского производства, отвечающими современным эксплуатационным и экологическим стандартам. А фактор не только внутрисоюзного, но и внешнего спроса, согласимся, немаловажный стимул для дальнейшего развития союзного двигателестроения. Истоки этой программы в давней технологической и научной кооперации в целом более 10 машиностроительных предприятий России и Беларуси: такое сотрудничество основано еще в первой половине 1950-х годов. После распада СССР возникла реальная угроза развала промышленного и тем более научно-промышленного потенциала обеих наших стран. Постепенно восстановленные и затем растущие потребности, как национальных экономик, так и самого российско-белорусского сотрудничества в рамках Союзного государства в продукции современного двигателестроения привели к разработке и реализации "дизельной" программы. Но, как известно, реальное производство и смежные с ним отрасли (наука, инфраструктура, внутренний и внешний спрос, развитие международных транспортных, экологических стандартов и т.п.) - категории отнюдь не временные и не разовые. Поэтому и сегодня дорабатываются варианты дальнейшего развития союзного двигателе- и, в более широком контексте, автомобилестроения, причем на период и после 2015 года включительно, на основе имеющегося и, подчеркнем, весомого задела. По данным Совета Министров Союзного государства, посольства и торгпредства Беларуси в РФ, профильная программа 2005-2008 годов успешно реализована. За это время, во-первых, созданы конструкции и освоено серийное производство дизельных двигателей и автомобилей экологического стандарта Евро-3. Во-вторых, сформирована научно-техническая и эксплуатационная база для уже реализуемого перехода с 1января 2010 года на серийный выпуск дизельных транспортных средств по стандарту Евро-4.

Программа 2005-2008 годов стала вторым этапом союзного сотрудничества в дизелестроении: первая программа такого рода действовала с 1998 по 2002 год. Она позволила сделать, пожалуй, самое главное: стабилизировать, сбалансировать проблемы транспортного машиностроения обеих стран. После распада единого экономико-технологического и научного пространства бывшего СССР. Одновременно удалось подготовить серьезную базу для качественного рывка в отрасли - как в технологиях, так и конечной сборке продукции. Так, было организовано производство автомобилей и двигателей стандарта Евро-2, создан научно-технологический задел по освоению Евро-3.

Кстати, по данным профильных министерств России и Беларуси, переход от Евро-0 к Евро-2 позволил предотвратить суммарный выброс в биосферу только наших стран 1,5 млн тонн вредных веществ. В свою очередь, перевод на Евро-3 помог избежать попадания в "союзную" окружающую среду до 500 тысяч тонн таких веществ. А введение Евро-4 избавило среду примерно от 600 тыс. тонн тех же отходов.

Главным разработчиком и исполнителем программы остается международная финансово-промышленная компания "БелРус Авто". Основные предприятия - участники с белорусской стороны - МАЗ, Минский моторный завод, Минский завод колесных тягачей. С российской - КАМАЗ, Ярославские моторный завод и местные предприятия дизельной и топливной аппаратуры, Тутаевский моторный завод, уральские предприятия.

Ныне завершается согласование предложений обеих сторон по разработке и реализации третьей, точнее, третьего этапа долговременной программы развития дизельного автомобилестроения. Планируется, что она будет реализована до 2014 года включительно. Ее главные задачи: во-первых, своевременное выполнение машиностроительными предприятиями Беларуси и России требований и нормативов по освоению стандартов Евро-4 и Евро-5. Во-вторых, обеспечение снижение расхода дизельного топлива и повышение его качества. Это связано с постоянным ужесточением в ЕС детальных стандартов по содержанию сернистых и других экологически ущербных веществ во всех видах топлив. Таким образом, косвенно участвовать в новом этапе упомянутой программы будет нефтеперерабатывающая отрасль обеих стран.

По мнению гендиректора "БелРусАвто" Олега Данилова, "новая программа повысит конкурентоспособность автомобилестроения РФ и Беларуси. По сути речь идет о качественном развитии машиностроительной отрасли России и Беларуси и об автомобиле 2020 года. И это, замечу, не тот автомобиль, где присутствует двигатель внутреннего сгорания: имеются в виду так называемые гибриды, перспективные системы построения автопоездов. У России и Беларуси есть должный потенциал для реализации такого рода проектов".

А по информации директора НАМИ Алексея Ипатова и заместителя директора этого института Игоря Плиева, технические решения, реализованные в рамках прежних и новых этапов союзной дизелестроительной программы, найдут практическое применение и в автобусостроении - транспорте, также имеющем большую социальную значимость. Целью третьей программы является создание образцов грузовой автомобильной техники и автобусов, отвечающих развивающимся международным требованиям по экологии, безопасности, энерго- и ресурсосбережению как в средне- и долгосрочной перспективе. В 2012-2014 годы предлагается выполнить комплекс НИОКР, которые позволят начать серийный выпуск автомобильной техники экологического класса 5 с соответствующим уровнем безопасности и энергосбережения. Параллельно с этими НИОКР в 2012-2016 годах планируются работы по созданию, например, автомобилей с комбинированными энергоустановками. По итогам этих исследований и испытаний предприятия-участники программы к 2020 году начнут серийное производство такой техники. Детализацию соответствующих научно-технических предложений совместно осуществляют НАМИ и Объединенный институт машиностроения НАН Беларуси". По оценке НАМИ, рынок грузовых автомобилей средней и большой грузоподъемности в России и Беларуси к 2020 году может составить 230-250 тысяч единиц. Поэтому уместно ставить такую задачу к 2020 году: занять на этом секторе союзного рынка - с помощью автосредств, выпускаемых в рамках профильной союзной программы - 60-70 процентов от всего объема автопродаж и увеличить на 10-15 процентов российско-белорусский экспорт грузовой автомобильной техники.

1. Назначение и конструкция крестовины карданного вала.

Крестовина карданного вала относится к классу деталей – «детали с перекрещивающимися осями».

В любом карданном вале, входящем в трансмиссию автомобиля, есть крестовина. Она является ответственной деталью карданной передачи, которая передает крутящий момент от коробки передач на мост под постоянно меняющимся во время движения автомобиля углом.

- Устройство крестовины

Крестовина – не что иное, как крестообразный шарнир, обеспечивающий соосность вращающихся элементов передачи. В состав шарнира карданного вала входят две вилки, которые и соединяются собственно крестовиной: их концы присоединены к четырем шипам (концам) крестовин. Одна из вилок имеет жесткое крепление к трубе карданного вала. Шарнир движется с помощью игольчатых подшипников, которые надеты на четыре шипа крестовин.   В вилках есть отверстия, в которых устанавливаются игольчатые подшипники. Их фиксацию от смещения обеспечивают стопоры (стопорные кольца). Толщина колец может быть разной, в зависимости от допустимого осевого зазора. При разборке крестовины можно менять стопорные кольца, чтобы уменьшить люфт и вибрацию.

- Назначение крестовины

Срок жизни карданного вала и всей трансмиссии зависит от состояния крестовин. У заднеприводного автомобиля коробка передач, двигатель и передний вал карданной передачи закреплены на кузове автомобиля неподвижно, а задний мост и колеса постоянно движутся относительно кузова по вертикали. Угол между передним карданным валом и задней передачей меняется. Назначение крестовины в том, чтобы обеспечить подвижное соединение, которое может менять угол на неровной дороге, гасить динамическую деформацию кардана и передавать крутящее усилие на колеса.

Размеры крестовин могут быть разными, в зависимости от того, в какой передаче они применяются – передней или задней, а также отличаются крестовины разных марок автомобилей.

Рисунок 3 — Карданная передача грузовых автомобилей ЗИЛ ограниченной проходимости

1, 6 — карданные валы; 2 — втулка; 3 — промежуточная опора; 4 — кронштейн; 5 — карданный шарнир; 7 — обойма; 8 — подшипник; 9 — крышка; 10 — компенсирующее устройство

2. Качественный  анализ технологичности конструкции  детали.

Разрушение карданных шарниров происходит в результате разрушения (бринеллирования) и выкрашивания шипов крестовины, рабочих поверхностей стаканов игольчатых подшипников, а также износа рабочих поверхностей из-за недостаточного слоя смазочного материала. Выкрашивание рабочих поверхностей шипов крестовины и стаканов подшипников является следствием усталостного разрушения, вызванного возникновением значительных контактных напряжений при неравномерном распределении нагрузки ' по длине рабочих игл.

Бринеллирование шипов крестовины также является результатом неравномерного распределения нагрузки по длине игл при их сдвиге относительно оси рабочих поверхностей шипов крестовин и стаканов подшипника. Бринеллирование возникает обычно в карданных шарнирах, имеющих малую жесткость вилок, или при недостаточной твердости рабочих поверхностей шипа, а также при больших суммарных круговых зазорах. Следует отметить, что применение подшипника с иглами, имеющими сферические или плоские конусы, по сравнению с коническими увеличивает нагрузочную способность подшипника и уменьшает силы трения на торцах игл, а следовательно, снижается возможность их перекоса.

Конструкция карданного шарнира должна свести к минимуму появление меняющегося дисбаланса карданной передачи вследствие самопроизвольного устранения осевых зазоров в карданных шарнирах под действием центробежных сил. Поэтому к осевым зазорам в шарнирах и к точности фиксации центра крестовины относительно продольной оси карданного вала предъявляются особые требования.

Фиксирование игольчатых подшипников в вилках с помощью стопорных колец, разделенных при сборке на несколько групп по толщине, позволяет более жестко ограничивать самопроизвольное смещение деталей карданных шарниров по сравнению с фиксацией подшипников посредством стопорных пластин.

Смазочная система игольчатых подшипников, конструкция уплотнения а также качество применяемого смазочного материала оказывают значительное влияние на долговечность подшипников. Попадание пыли, грязи в подшипники вызывает разрушение иголок и стаканов подшипников, изготовленных с высокой степенью точности. Поэтому особое внимание необходимо уделять конструкции сальниковых уплотнений.

В настоящее время в карданных передачах для игольчатых подшипников широко применяются одноразовая и бесклапанная (проточная) смазочные системы. При одноразовом смазывании при сборке в подшипники закладывают высококачественный консистентный смазочный материал. Проточная система предусматривает замену смазочного материала без разборки карданного шарнира с удалением отработавшего смазочного материала через уплотнения в подшипниках. При этом сальник в подшипниках установлен таким образом, что во время смазывания шарнира отработавший смазочный материал и продукты износа могут выходить из подшипника, отгибая кромки сальника при достаточно большом давлении смазочного материала. В этом случае отпадает необходимость в установке предохранительного клапана на крестовине, который не обеспечивает надежного смазывания всех четырех подшипников шарнира. Для компенсации изменения длины карданной передачи во время движения применяются подвижные шлицевые соединения.

3. Определение  типа производства.

Тип производства в соответствии с ГОСТ 3.1108-74 характеризуется коэффициентом закрепления операций, который показывает число различных операций, закреплённых в среднем по цеху (участку) за каждым рабочим местом в течение месяца.

При отсутствии базового технологического процесса тип производства предварительно можно определить по годовому выпуску и массе деталей, пользуясь табл. 1.

Табл.1

Выбор типа производства по годовому выпуску и массе деталей

Для определения типа производства крестовин карданного вала необходимо вычислить её массу.

Массу можно вычислить по эмпирической формуле:

MД=ρ*V,                                                                                                          (1)

где  ρ-плотность стали 18ХГТ, из [Л1, стр. 143]она равна 7800 кг/м3 ,  V – объём крестовины.

Объём крестовины будем находить, разделив её на три простейшие фигуры – на три цилиндра, объём которых можно найти, опираясь на размеры проставленные на чертеже переведённые в метры.

V=V1+V2+V3;                                                                                               (2)

V1=Sосн*h=(π*R2)*h=0,0001 м3                                                                  (3)

V2=V3=0,00003 м3

V=V1+V2+V3=0,0001+0,00003+0,00003=0,00016 м3

Подставляя объём в исходную формулу получим:

МД=7800*0,00016=1,248 кг.

Исходя из полученной массы крестовины и количества деталей в партии (см. задание) по таблице 1 определяем тип производства. Это крупносерийное производство мелких деталей.

4. Выбор метода  получения заготовки.

Заготовку для изготовления  крестовины карданного вала можно получить разными методами, но самые оптимальные – это объёмная горячая штамповка и литьё (в песчано-глинистые формы).

Методом литья получают заготовки практически любых размеров, как простой, так и очень сложной конфигурации. При этом отливки могут иметь сложные внутренние полости с криволинейными поверхностями, пересекающимися под различными углами. Точность размеров и качество поверхности заготовки зависят от способа литья. Отливки можно изготавливать практически из всех металлов и сплавов. В некоторых случаях внутри стенок образуются дефекты (усадочные раковины, пористость, горячие и холодные трещины), которые обнаруживаются только после черновой механической обработки при снятии литейной корки.

Заготовки, полученные объемной штамповкой, отличаются более высокой точностью размеров, качеством поверхностного слоя по сравнению с коваными поковками. Применение этого вида обработки давлением для получения заготовок деталей машин экономически целесообразно в условиях крупносерийного и массового производств. При изготовлении поковок объемной штамповкой применяют сортовые и периодические профили массой менее 400 кг. По точности и шероховатости поверхностей заготовки, получаемые холодной объемной штамповкой, не уступают изделиям, изготавливаемым специальными способами литья. При этом механические свойства поковок выше, чем отливок.

Решение о выборе метода будем принимать на основе технико-экономического расчёта, а именно сравнение себестоимости одной заготовки, полученной методом литья в ПГФ с себестоимостью одной заготовки полученной методом объёмной горячей штамповки.

Определим три основные показатели детали: материал сталь 18ХГТ, масса детали Мд=1,248кг, программа выпуска – 10000.

Для литья в ПГФ:

1.Определяем массу заготовки.

Мзаг=Мд/Квт,                                                                                              (4)                                                                                                 где Квт – коэффициент весовой точности [Л3, стр. 43,таб.1].                      

Мзаг=1,248/0,7=1,78 кг

2.Определим оптовую цену 1т. заготовок.

Цх=Ц1-, руб./т                                                                        (5)

где М1-ближайшее значение массы, предусмотренное таблицей цен, меньшее, чем Мзаг, кг; М2-ближайшее значение массы, предусмотренное таблицей цен, большее, чем Мзаг, кг; Ц1 – оптовая цена для заготовки М1,руб.; Ц2-оптовая цена для заготовки М2, руб., [Л3, стр.44,таб.2].

Цх=2583 -  =2457 руб./т

3. Определяем базовую  стоимость заготовок конкретной  марки материала.

С= Цх*Кц, руб./т ,                                                                                             (6)                                                                                            где Кц-коэффициент расчёта оптовых цен, [Л3,стр.45, таб.3]                   

С=2457*1,232=3027 руб./т

4. Определяем себестоимость  одной заготовки.

Сзаг=[ *Мзаг*Кт*Кс-(Мзаг-Мд)]*Кф, руб                                      (7)

где, Кто-коэффициент доплаты за термическую обработку и очистку заготовок, руб./т.[Л3,стр.45,таб. 4]; Кт-коэффициент, учитывающий точные размеры заготовок[Л3,стр.46,таб.5]; Кс-коэффициент учитывающий серийность выпуска заготовок[Л3,стр.45, таб.6]; Sотх-стоимость 1т отходов (стружки); Кф – масштабно-ценовой коэффициент, учитывающий изменение цен по отношению к ценам 1991г.[Л3,стр.45]

Сзаг=[]*25=166,5 руб.

Для объёмной горячей штамповки:

1. Масса заготовки: Мзаг=1,46 кг.

2. Оптовая цена 1т. заготовок: Цх=2570руб/т.

3. Базовая стоимость заготовок: С=3167 руб/т.

4. Себестоимость одной  заготовки: Сзаг=125,1 руб.

Таким образом, на основании сравнения себестоимости получения заготовки методом литья в ПГФ и объёмной горячей штамповки оптимальным способом изготовления для заявленной годовой программы следует считать горячую объёмную штамповку.

5. Обоснование  выбора варианта технологического  маршрута.

В данной контрольной работе будем производить выбор варианта технологического маршрута для обработки цилиндрической поверхности шипа крестовины диаметром 25 мм на длине           30 мм с получением требуемой твёрдости поверхности HRC 63 единицы.  Выбор маршрута обработки данной поверхности будем производить на основе данных справочных таблиц трудоёмкости конкретной операции, из которых в сумме складывается суммарная трудоёмкость всего технологического процесса обработки поверхности.  Так же во внимание по  выбору варианта маршрута следует принять  количество видов обработки и число переходов.  Для сравнения и последующего выбора мною предложено два варианта технологического маршрута.

Вариант №1. Таблица 2.

Суммарная трудоёмкость процесса  – 3,2 чел./ час

Количество видов обработки – 2

Вариант №2. Таблица 3.

Суммарная трудоёмкость процесса  – 3,0 чел./ час

Количество видов обработки – 1

Определение коэффициента, учитывающего размер для обработки цилиндрических поверхностей:

К=0,004Г+1;                                                                                               (8)

 где Г – наибольший  габаритный размер обрабатываемой  детали                               

К=0.004*30+1=1,12

Исходя из сравнения суммарной трудоёмкости процесса и количества видов обработки  для получения требуемого результата принимаем вариант технологического маршрута №2.

6. Расчёт припусков  на обработку одной поверхности.

Припуск – это слой металла, удаляемый с обрабатываемой поверхности  заготовки. Поверхность заготовки остаётся всё та же – шип крестовины.  Припуски бывают общие и промежуточные. Для назначения припусков определим основные параметры заготовки: материал – сталь 18ХГТ, тип обрабатываемой поверхности – цилиндрическая (длина 30мм, диаметр ), масса заготовки – 1,78 кг. Размеры операционных припусков, соответствующих конкретным операциям по механической обработке предлагаю свести в таблицу 4.

Таблица 4. Расчёт операционных размеров.

Пояснение к таб.4

1) Допускаемые отклонения  линейных размеров поковок (штамповок) определяем из таблицы 8 ГОСТа 7505-89. В соответствии с исходным  индексом (масса заготовки и материал) и размерами заготовки определили  отклонения нашей заготовки: нижнее (-0,3) и верхнее (+0,5).

2) Из таблиц [Л1] в соответствии с размерами определили припуск на каждый вид механической обработки.

3) По формуле 

DЗ=DД+2ZB                                                                                                (9)

(методичка стр.35) определили  операционный размер вала для  каждой операции (вид мех. обработки) начиная с последней (суперфиниширование).

4)В соответствии с размерами  шипа крестовины и  требуемой  шероховатостью для каждой операции  назначили квалитет (класс) точности.  (таблица квалитетов ЕСКД)

7. Расчет режимов  резания на обработку одной  поверхности.  

К режимам резания при шлифовании относятся следующие: 1) глубина резания t (или поперечная подача), мм.  2) продольная подача заготовки S (это расстояние проходимое заготовкой за один её оборот), мм. 3) скорость резания, м/мин. 4) частота вращения заготовки, 1/мин

Перед началом расчётов режимов резания предлагаю выбрать модель шлифовального станка и назначить размеры шлифовального круга, а так же пояснить вид и способ шлифования.  Модель станка – круглошлифовальный 3У10В. Размеры круга: диаметр –     120 мм, толщина круга (В) – 10 мм, [Л2]. Вид шлифования – круглое, сухое. Способ шлифования: закреплённая в станке заготовка совершает два движения: вращательное и поступательное, шлифовальный камень одно – вращательное, причем круг вращается гораздо быстрее заготовки. Поперечную подачу на установленную глубину резания совершает шлифовальный круг.

Таблица 5. Параметры станка 3У10В:

Рассчитаем режимы резания для каждого перехода.

1) Глубина резания. Глубину  резания надо согласовывать с  припуском на каждую операцию, а так же максимальной глубиной  резания. В [Л2] приведена максимальная глубина резания для шлифования в соответствии с размерами детали и термообработкой. Отсюда назначаем следующие глубины резания: t1=0,07 мм (для чернового шлифования), t2=0,07 мм (для чернового шлифования), t3=0,06 мм (для чернового шлифования), t4=0,05 мм (для чистового шлифования), t5=0,02 мм (для суперфиниширования). В итоге получилось 5 технологических переходов.