Ремонт первичного вала

1 Исходные данные 

Первичный вал  является составной частью авто Зил-130 относится к  классу деталей ”круглые стержни с фасонной поверхностью”.

   При механической обработке вала установочными базами в основном служат центровые отверстия и реже наружные цилиндрические поверхности. Шероховатость зубьев шестерни и поверхности отверстия под роликовый подшипник должна соответствовать Ra = 0,32 и 0,25 мкм., остальные поверхности Ra = 1,25 и 1,0 мкм.

   Первичный  вал коробки передач  Зил-130 работает в условиях контактных нагрузок в сопровождении изгибающих усилий. Разрушительными факторами являются контактные нагрузки, изгиб и трение. 

1.1  Характеристики  детали 

Первичный вал  представляет собой вал со шлицевыми, зубчатыми и резьбовыми поверхностями, помимо этого с одного из торцов детали имеются глухие отверстия и пазы различных конфигураций и размеров они связаны также двумя сквозными отверстиями которые служат для поступления масла непосредственно в область зацепления зубьев из шестерён.

   Вал изготавливают  из стали 25ХГМ и цементирован на глубине 0,5-0,7 мм. После термической обработки получается твёрдость поверхности слоя HRC 60…65, а твёрдость сердцевины HRC 170-217. Масса детали не более 10кг. 

Таблица 1 – Химический состав стали 25 ХГМ ГОСТ 5632-51 

Наименование и марка материала	Химический элемент и содержание в %
	C	Si	Mn	Cr	S	P
Сталь 25 ХГМ	0,4	0,25	0,3 – 0,5	0,6	0,03	0,03

 

Таблица 2 – Механические свойства стали 25 ХГМ  ГОСТ 5632-51 

Наименование  марка материала	Показатель
	Не менее
	Время сопряжения при растяжении σm, МПа (кгм/мм2)	Предел текучести σв, МПа (кгс/мм2)	Относительное удлинение δ5, %	Ударная вязкость αн, кДж\мм2 (кгс/см2)
Сталь 25 ХГМ	450	650-710	18	520

Таблица 3 – Технологические  и эксплуатационные свойства стали 25 ХГМ 

Наименование  и марка материала	Вид термической  обработки	Обрабатываемость  резанием	Свариваемость при восстановлении	Износо- стойкость
Сталь 25 ХГМ	Холодноштампованная	Хорошая	Хорошая	Отличная

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.2 Технические  требования на дефектацию детали 

Таблица 4

Наименование  детали (сборочной единицы)                           Первичный вал КПП
			Номер детали (сборочной единицы):                     130-1701030
			Материал   Сталь 25ХГМ, ГОСТ 4543-61
			Твёрдость Закалённого слоя 60…65 HRC Незакалённых  поверхностей                207...261 HB
Позиция на эскизе	Возможные дефекты	Способ  установления дефекта и средства контроля	Размер, мм		Заключение
			по  рабочему чертежу	допустимый  без ремонта
1.	Износ шейки  под передний шариковый подшипник	Скоба 24,93мм., или микрометр 0 - 25мм	25	24,93	Ремонтировать. Хромирование. Осталивание.
2.	Износ шлицевых зубьев по толщине	Скоба 5,76 мм., или  штангезу- бомер	5,89	5,76	Браковать при размере менее 5,76мм.

 
 
 
 
 
 
 
 

1.3 Дефекты детали  и причины их возникновения 

     Первичный вал является ответственной деталью КПП работающей при больших скоростях, средних и высоких давлениях, при наличии ударных нагрузок, в результате чего изменяется её форма и размеры.

     Дефект 1 - износ шейки под передний шариковый  подшипник - является 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.4  Технические требования отремонтированной детали 

 Основными  поверхностями вала ,подвергшимся  износу являются шейки под  передний и задний шариковый  подшипник .

  После ремонта  ведущий вал должен отвечать  следующим техническим  требованиям:

  - радиальное  биение поверхности Ж относительно поверхности И и К не более 0,050мм, а поверхности В относительно поверхностей И и К не более 0,080мм;

  - торцевое  биение поверхности Е относительно  поверхностей И и К не более  0,025мм и поверхности Д относительно  поверхностей  И и К не более 0,080мм;

  - шероховатость поверхностей В и Г должна соответствовать 9а классу

(Ra = 0,32 мкм), а поверхностей И, К, Е и Ж 7а классу Ra = 1,25 мкм. 

1.5 Расчёт размера  партии детали 

 Месячная  программа восстанавливаемых по  маршруту деталей N_мес, шт., определим по формуле:

                      

                           N_мес = , 

где N – годовая производственная программа ремонта агрегатов, шт;

       К_р – маршрутный коэффициент ремонта

       n – количество деталей, шт.

Тогда:

                         N_мес = = 40 шт. 

Размер партии деталей Z, шт., определяем по формуле: 

                           Z = , 

где X – количество запусков ремонта детали в месяц

Тогда:

                        Z = = 40 шт. 
 
 
 
 
 

2.1 Маршрут ремонта

 

Первичный вал  КПП перемещается по производственным участкам завода по маршруту №1. На этом маршруте устраняются следующие  дефекты: износ шейки под передний под передний шариковый подшипник; износ шлицевых зубьев по толщине.

  Первичный вал КПП относится к деталям 3-го класса (круглые стержни) и 4-й группы (валы с шестернями). 

2.2 Выбор рационального  способа восстановления детали 

Таблица 5

Номер и наименование дефекта	Применимый  способ восстановления	Коэффициент			Принятый  способ ремонта
		долговечности		технико-экономической  эффективности
Износ шлицев по толщине	Наплавка под  слоем флюса	0,79	0,436		-
Износ шейки под передний подшипник	Железнение	1,33	0,67		ж

 

Потенциально  возможными способами восстановления размера первичного вала изготовленного из стали 25 диаметром 45мм имеющего износ 0,25мм, которое испытывает значительные нагрузки, являются: хромирование, железнение, наплавка под слоем флюса.

  Значения  коэффициента долговечности возможных  способов восстановления следующие:

  хромирование  1,33

  железнение  0,60

  наплавка  под слоем флюса  0,79

  Из-за большого  износа первичного вала КПП наплавка под слоем флюса неприемлема. Наибольший коэффициент долговечности хромирование, однако, с учётом коэффициента технико-экономической эффективности рациональным способом восстановления является железнение (К_э=0,67) которое и принимаем окончательно для восстановления размера первичного вала. 
 
 

2.3 Выбор технологический  баз

  В качестве  технологических баз при  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2.4 Технологическая схема устранения каждого дефекта 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2.5 Определение промежуточных припусков, допусков и размеров 

    Дефект - износ шейки под передний шариковый подшипник. Диаметр шейки вала по рабочему чертежу равен 25_-0,04. Общая длина вала по чертежу

L_в = 301мм. Материал детали – сталь 25 ХГМ ГОСТ 4543-61 .  Твёрдость материала по чертежу 60…65 HRC. Заготовка – холодноштампованная.

Шероховатость обработанной поверхности R_a = 0,4 мкм. Диаметр изношенной шейки вала d_и = 24,5 мм.

    Операции  технологического процесса:

    Шлифовальная   1. Шлифовать шейку “как чисто”.

    Наплавка под слоем флюса    1. Подготовить деталь и наплавить шейку под                

                                                        передний  подшипник.

    Токарная            1.Точить наплавленную шейку предварительно

    Шлифовальная   1. Шлифовать шейку, выдерживая размер Ø25_-0,04.

        Диаметр шейки после шлифования d, мм, равен размеру по рабочему чертежу:

                                                  d = 25_-0,04

    Диаметр  шейки после чистового точения  d₁, мм, равен:

                                                  d = d + 2h

где 2h – припуск на шлифование на диаметр, мм.

    Принимаем: 2h = 0,45 мм. Тогда

                                        d₁ = 25 + 0,45 = 25,45 мм.

    Диаметр  шейки после чернового точения  d₂, мм, равен:

                                                d₂ = d₁ + 2h₁

где 2h₁ - припуск на черновое точение на диаметр, мм.

    Принимаем  2h₁ = 1,33 мм. Тогда

                                     d₂ = 25,45 + 1,33 = 26,78 мм.

    Диаметр  шейки после наплавки d₃, мм, равен:

                                               d₃ = d₂ + 2h₂

где 2h₂ – припуск на черновое точение на диаметр, мм.

     Принимаем  2h₂ = 1,5 мм. Тогда

                                       d₃ = 26,78 + 1,5 = 28,28

    Диаметр шейки после шлифование “как чисто” d₀, мм, равен:

                                               d₀ = d_и – 2h₀

где 2h₀ – припуск на шлифование “как чисто” на диаметр, мм.

     Принимаем  2h₀ = 0,3 мм. Тогда

                                              d₀ = 24,5 – 0,3 = 24,2

Припуск на железнение 2h_н, мм, равен:

                                             2h_н = d₃ – d₀

                           2h_н = 28,28 – 24,2 = 4,08 мм.         

                                           
 

 2.7 Выбор оборудования и технологической оснастки

Номер операции	Код наименования и содержание операции	Оборудование	Станочное приспособление и вспомогательный  инструмент	Инструмент
				Режущий, слесарный	Измерительный
005	381331 Круглошлифовальная 1.Установить  деталь на оправку и закрепить 2.Установить  оправку в центры 3. Шлифовать  шейку под передний шариковый  подшипник выдерживая размер  Ø25-0,01; Ra = 0,4 мкм 4.Проверить размер  Ø25-0,01; радиальное биение 0,1мм; Ra = 0,4 мкм 5.Снять деталь  и уложить в тару	Круглошлифовальный  станок мод.3М153А	Оправка специальная  Ключ 7811-0043 ГОСТ 2839-80  Центр 7032-0035 Морзе 4 ГОСТ 13214-79  Центр А-1-4-Н ГОСТ 8742-75	Круг шлифовальный ПП 500х50х203  СОЖ – Укринол-1 2-3% ТУ 38-101-197-76	Микрометр МК 100-150-0,11 ГОСТ 6505-90  Индикатор ИЧ 10Б  кл. 1 ГОСТ 577-68  Стойка С-Ш-8-50 ГОСТ 10197-70 (радиальное  биение 0,1мм.)
010	0020 Контроль 1.Проверить качество  наплавки. Наплавленный слой должен  быть ровным без раковин и  недоплавов 2.Проверить размер  Ø25-0,01	Стол контролера ОТК			Стол контролера ОТК ( Ø25-0,01)
015	386291 Наплавка под слоем флюса 1.Установить  деталь в патрон и закрепить 2.Отцентрировать  деталь по наружной поверхности  с точностью до 0,5 мм 3.Очистить наружную  поверхность от масла, грязи,  ржавчины 4.Наплавить наружную  поверхностью детали, сбивая шлаковую  корку и выдерживая размер l = 301 5.Проверить качество  наплавки.             Наплавленный  слой должен быть ровным без раковин  и недоплавов  6.Проверить  размер l = 301 7.Снять деталь  со станка и уложить в тару	Токарно-винторезный  станок мод. 1К62  Наплавочная головка  мод. А580-М  Выпрямитель мод. ВДУ-505У3	Патрон трёхкулачковый 7100-0009 ГОСТ 2675-71	Проволока Нп50 ГОСТ 10543-82(Ø2)  Флюс АН-348А ГОСТ 9087-81  Ключ 7811-0023 С1*9 ГОСТ 2839-80  Молоток специальный  Шкурка ЛСУ 600*30 14А 25Н ГОСТ 13344-79	Штангенциркуль ШЦ-160-01 ГОСТ 166-89 (Ø301)
020	Контроль 1.Проверить качество  наплавки. Наплавленный слой должен  быть ровным без раковин и недоплавов 2.Проверить размер  l = 304				Штангенциркуль  ШЦ-160-0,1 ГОСТ 166-89 (l = 301)
0 25	1713 Токарно - гидрокопировальная 1.Установить  деталь на оправку и закрепить 2. Установить  оправку в центры 3. Обкатать наружную  поверхность, выдерживая размер  Ra 0,4 мкм 4. Проверить  размер  Ø25-0,01; Ra 0,4 мкм 5. Снять деталь  и уложить в тару	Токарный гидро-копировальный  станок 1713	Самоцентр. трех кулачковый патрон 7100-019 ГОСТ 2675-81	Скоба листовая Æ25 МН4780-63	Резец проходной Т15К6-I МН576-64 2102-0021
030	0020 Контроль 1. Проверить  диаметр наружной поверхности  кольца  Ø25-0,01 и шероховатость  Ra = 0,4 мкм	Стол контролера ОТК			Стол контролера ОТК ( Ø25-0,01)

 

    
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  
 
 
 

2.6 Технологический  маршрут восстановления детали

Операция – наплавка под слоем флюса шеек под передний шариковый подшипник. Длина заготовки – 304 мм. Диаметр шейки под передний подшипник 25_-0,01.

    Наплавку под слоем флюса производят при помощи наплавочной головки и выпрямителя и наплавляют проволокой диаметром 2 мм, при таком диаметре сила тока равна 340А. 

    Операция – круглошлифовальная для шеек под передний шариковый подшипник. Длина заготовки – 304 мм. Диаметр шейки под передний подшипник 25_-0,01.

    Шлифование  производят при помощи круглошлифовального  станка круглошлифовальный станок мод.3М153А. 
 

                     
 
 
 
 
 
 
 
 

                    

                              
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2.8 Расчёт режимов  обработки 

    005 Операция  круглошлифовальная   

        Шлифовать поверхность, выдерживая размер d = 25_-0,01 (4 квалитет    точности); l = 304 мм; R_a = 6,3.

        Определить режимы резания при  шлифовании на круглошлифовальном  станке 3М153А шеек под передний подшипник первичного вала КПП.

        Исходные данные: материал детали – сталь 25 (170-217 НВ); диаметр поверхности до шлифования 25_-0,01; диаметр после шлифования 24,93 мм; масса детали до 10 кг.

        1. Определяем скорость шлифовального  круга v_кр, м/сек:

                                        

                                      V_кр = π*D*n_кр/1000*60

где  D – диаметр круга, n_кр – число оборотов куга по станку, м/сек.

       Принимаем: D = 350 мм; n_кр = 40 м/сек. Тогда

                          V_кр = 3,14*350*40/1000*60 = 0,73 м/сек.

      

       2. Выбираем характеристику шлифовального круга.

Характеристика  обработки – шлифование гладких шеек.

Класс чистоты  – 5.

Точность обработки  δ в мм - >0,03

Обрабатываемый  металл Э5 40 С1 – С2 5К

Скорость круга - V_кр = 0,73 м/сек.

         

       3. Рассчитываем скорость v в м/мин и число оборотов n в минуту детали.

         Определяем рекомендуемую нормативную скорость вращения

детали 40 м/мин.

         Рассчитываем число оборотов  шпинделя

                                          n = 1000*v/π*d

где d – диаметр детали. Принимаем d = 24,93 мм.

                Тогда  n = 1000*40/3,14*24,93 = 510 м/мин

         Уточняем скорость вращения детали по принятым оборотам

шпинделя v, м/мин.

         Рассчитываем скорость вращения  детали

                       v = π*d*n/1000 = 3,14*24,93*510/1000 = 40м/мин

    

      
 
 
 
 

4. Выбор минутной поперечной подачи s_m, в мм/мин

                              s_m = s_m.пр*К₁*К₂*К₃

Выбираем автоматический цикл с предварительной обработкой.

Диаметр вала d = 24 мм.

Ширина шлифования b = 25 мм.

Точность обработки  δ = >0,03

Принимаем s_m.пр = 2,6; К₁ = 0,6;К₂ = 0,9;К₃ = 0,7

               Тогда s_m = 2,6*0,6*0,9*0,7 = 1 мм/мин

     

       5. Определяем время выхаживания  t_вых в мин

Диаметр вала d = 24 мм.

Ширина шлифования b = 25 мм.

Точность обработки  δ = >0,03.

Класс чистоты  обработки = 0,06

Тогда t_вых = 0,12 мин

 

      6. Определяем величину слоя снимаемого при выхаживании a_вых, в мм

Минутная поперечная подача s_m = 1 мм/мин

Время выхаживания  t_вых = 0,12 мин

Тогда a_вых = 0,04 мм 

      7. Расчёт машинного времени t_м в мин, при автоматическом цикле                                шлифования

                          t_м = 1,3*a_пр/s_мпр + a_ок/s_мок + t_вых

Общий припуск  на сторону a = 0,2    

Припуск на сторону  снимаемой при предварительной  подаче a_пр = 0,02

Припуск на сторону  снимаемой при окончательной  подаче a_ок = 0,14

Минутные поперечные подачи s_мпр = 2,6

                          t_м = 1,3*0,02/2,6 + 0,14/1 + 0,12 = 0,03 мин 

    015 Операция наплавка под слоем флюса

       Наплавлять поверхность, выдерживая размеры d = 25_-0,01

(4 квалитет точности); l = 301 мм; R_a = 6,3.

1. Определяем силу сварочного тока

                                       l = 0.785*d²*D_a

где d² – диаметр проволоки, D_a – плотность тока. Принимаем d² = 1,6 мм;

D_a = 90 А/мм²

Тогда  l = 0,785*1,6*90 = 113 
 
 
 
 
 

2.  Определяем массу расплавленного металла

                                       G_p.m = l*α_н  г/ч

где l – сила сварочного тока, α_н – коэффициент наплавки. Принимаем l = 113;

α_н = 11 г/а ч.

        Тогда                     G_p.m = 113*11 = 10,3  г/ч

3. Определяем объём расплавляемого металла

                                 Q_р.м = G_p.m/γ см³/мин

где γ – плотность расплавленного металла; G_p.m – масса расплавленного металла

                        Тогда    Q_р.м = 10,3/6,9 = 1,5 см³/мин

4. Определяем объём расплавляемого металла при установившемся процессе

                                  Q_р.м = 0,785*d₂*v_пр

где d – диаметр электродной проволоки, мм; v_пр – скорость подачи электродной проволоки , м/мин

                        Тогда Q_р.м = 0,785*1,6*1,2 = 1,5

5. Объём наплавляемого металла в минуту

                                   Q_н*м = t*S*v_н см³

где t – толщина наплавляемого слоя, мм; S – подача на один оборот детали, мм/об; V_н – скорость наплавки, м/мин. 

Но так как  Q_р.м = Q_н*м, то 0,785*d₂*V_пр = t*S*v_н 

Однако необходимо учесть, что не весь расплавленный металл переносится на расплавленную поверхность и объём наплавляемого металла будет положен равномерно, то с учётом сказанного последнее равенство примет вид;

                                     0,785*d₂*v_пр*К = t*S*v_н/а

где К – коэффициент перехода металла на наплавленную поверхность;

a – коэффициент неполноты наплавляемого слоя

    

6. Скорость наплавки  v_н = 0,785*d²*v_пр*К*а/t*S;

тогда   v_н = 0,785*1,6*1,2*0,95*0,98/0,7*15 = 0,14 м/мин

    

    7.  Частота вращения  n = 1000*v_н/π*D

тогда   n = 1000*0,14/3,14*90 = 0,5об/мин 
 
 

                                    
 
 
 

 2.9 Расчёт норм времени 

     005 Круглошлифовальная операция

     1. Определение вспомогательного времени.

     1.1. Вспомогательное время на операцию: 0,33 мин

     2. Определение оперативного времени на операцию Т_оп:

     Т_оп = Т_о + Т_в = 2,16 + 0,33 = 2,49 мин.

     3. Определение времени на обслуживание  рабочего места Т_обс:

     Т_обс = 9% от Т_оп.

     4. Определение времени на отдых  и личные надобности Т_отдлн:

     Т_отдлн = 4% от Т_оп.

     5. Определение нормы штучного времени Т_шт:

     Т_шт = Т_оп (1 + (а_обс + в_отдлн / 100)), мин,

     Т_шт = 2,49 (1 + (0,22 + 0,1 / 100)) = 2,5 мин.

     6. Определение подготовительно-заключительного  времени Т_пз:

     Т_пз = 10 мин

Номер и наименование операции	Топ	Тобс	Тотл	Тшт	Тпз	То
005 Круглошлифовальная Шлифовать поверхность, выдерживая размер d = 25-0,01(4 квалитет точности) L = 301мм. Ra = 6,3 мкм	2,49	0,25	0,13	2,5	10	0,33