Технологический процесс восстановления шатуна автомобиля ГАЗ-53
Введение:
Автомобильный транспорт имеет
огромное значение, так как обслуживает
все отрасли народного
Автомобильная промышленность в зависимости от назначения и приспособленности к дорожным условиям выпускает автомобили различных типов. По назначению автомобили делятся на пассажирские, грузовые и специальные. Грузовые автомобили служат для перевозки различных грузов.
Автомобиль ГАЗ-53 средней грузоподъемности (4 т). Его выпускает Горьковский автомобильный завод (ГАЗ). На автомобиле установлен четырехтактный V-образный восьмицилиндровый карбюраторный двигатель, имеющий рабочий объем 4,25 дм 3, степень сжатия 6,7 и развивающий максимальную мощность 84,5 кВт (115 л. с.) при частоте вращения коленчатого вала 3200 об/мин. Наибольшая скорость движения автомобиля 80 – 86 км/ч.
На современных предприятиях машиностроения проектирование технологических процессов изготовления деталей машин и их сборки выполняют инженеры-технологи. Качество проекта зависит от возможностей технологического оборудования механические цехов, металлорежущего инструмента и общепринятой последовательности выполнения различных операций. Разработка технолога должна быть грамотно оформлена на специальных технологических картах, регламентированных ГОСТами. Ошибки оформления приводят к сбою в работе всех служб предприятия, обеспечивающих снабжение и осуществляющих координирование деятельности как основных, так и вспомогательных цехов, занятых изготовлением и сборкой выпускаемых изделий.
В данном курсовом проекте приводится
комплект документов, описывающих технологические
процессы механической обработки сборки.
Качество разработки и соответствующее
оформление технологических документов
характеризует техническую
1. Общая часть
- Характеристика детали
Шатун соединяет поршень с коленчатым валом. Он превращает возвратно- поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Основными частями шатуна (рис. 1) являются верхняя головка 7 с запрессованной в нее бронзовой втулкой 5, стержень 4 и нижняя головка 9 с крышкой 10.
Шатун испытывает большие нагрузки, меняющиеся по величине и направлению. Он подвергается сжатию, изгибу и растяжению. Чтобы выдержать такие нагрузки, шатун должен быть прочным, жестким и легким для уменьшения сил инерции. Шатун штампуют из стали и подвергают термообработке (закалке и отпуску); его стержень имеет двутавровое сечение для увеличения прочности.
Шатун совершает сложное движение: верхняя головка вместе с поршнем движется возвратно-поступательно, поворачиваясь на некоторый угол относительно пальца или вместе с пальцем относительно бобышек поршня, нижняя головка вращается вместе с шатунной шейкой коленчатого вала; стержень шатуна совершает колебательные движения.
Нижнюю головку шатуна
и крышку растачивают вместе для
получения отверстия правильной
цилиндрической формы. Поэтому крышку
нельзя переворачивать или переставлять
на другие шатуны. На шатунах и крышках
с одной стороны ставят необходимые
для этого метки 12. В нижние головки
шатунов устанавливаются
Нижняя головка шатуна
несколько несимметрична
1.2.Технические требования на дефектацию детали.
Наиболее изнашиваемыми
1.3 Технические требования к отремонтированной детали.
К детали «шатун» предъявляются
следующие технические
1.HB 228...269 – твердость заготовки после термоулучшения. Достигается закалкой при 830 0- 850 0С (охлаждение в масле) с последующим высоким отпуском при 560 0- 600 0С.
2. Смещение по линии разъема штампа не более 0.5 мм задается для сохранения геометрии детали и, тем самым, сохранения ее жесткости.
3.Неуказанные ковочные радиусы 2 мм; ковочные уклоны 7 задаются для уменьшения количества графически отображаемой информации на чертеже.
4.Допускается заусенец по контуру не более 0.4 мм – уменьшается трудоемкость изготовления поковок.
5.Неуказанные допуски поковки 0.5 мм.
6.Обработка по размерам
в скобках проводится
7, 8, 9. Маркировать: товарный
знак завода-изготовителя
10.H14;h14; .
Техническими требованиями являются также допуски:
- перпендикулярности 0,05 мм – для обеспечения правильного положения детали в узле и исключения быстрого износа ее поверхностей.
- цилиндричности 0,008мм; 0,005 мм - для обеспечения правильного положения детали в узле и исключения быстрого износа ее поверхностей.
- соосности 0,03/100 мм - для обеспечения правильного положения детали в узле и исключения быстрого износа ее поверхностей;
а также размеры:
63,8 -0,3; Æ10 F8 (+0,035+0,013); 75 0,05; 31,9 -0,15; 25 0,15; R2,5 -0,5; 13 0,1 – для обеспечения правильного сопряжения с головками и стержнями стягивающих болтов;
156 0,05 – для обеспечения соответствия детали ее служебному назначению;
16 0,05; 24,5 0,05; 91 0,25 – для создания площадок, используемых впоследствии в качестве баз;
15 -0,15; R4 +2; R3 +2 – для обеспечения прочности детали;
Æ63,5 +0,012; 26 -0,15-0,20; Æ26,27 +0,023; Æ35 +1,0-0,5; 30 -0,14 - для обеспечения правильного положения детали в узле и исключения быстрого износа ее поверхностей;
4,5 0,1; 4,5 0,15 - для обеспечения правильного положения замков вкладышей.
1.4 Выбор размера партии деталей
Тип производства и соответствующие ему формы организации работы определяют характер технологического процесса и его построение. Тип производства выбирается в зависимости от программы выпуска и массы детали. Заданная программа выпуска - 700 штук в год, масса детали – 0,86 кг.
Для этих условий по таблице принимаем среднесерийное производство.
По своим характерным
особенностям среднесерийное производство
обладает средней партией. Оно характеризуется
ограниченной номенклатурой изделий,
изготавливаемых или
Основным принципом этого производства является изготовление всей партии целиком, как в обработке детали, так и в сборке.
Характерной чертой серийного производства является изготовление изделий партиями с определенной периодичностью. Количество деталей в партии можно определить по формуле:
где: N - годовая программа, шт;
x - периодичность запуска изделий в днях. Рекомендуемая периодичность запуска : 2,3, 6, 12, 24; примем x=2;
254 - количество рабочих дней в году.
Примем n = 6 шт.
2. Технологическая часть.
2.1 Маршрут ремонта:
Шатун в сборе с втулкой перемещается по производственным подразделениям завода согласно маршрутной карте. На этом маршруте устраняется дефект: износ внутреннего диаметра втулки верхней головки шатуна. Втулка относится к деталям класса полые цилиндры, группы № 4.
2.2Выбор рационального способа восстановления детали.
Выбор рационального способа восстановления втулки верхней головки шатуна, изготовленной из бронзы ,имеющая внутренний диаметр 25 мм, и износ до 25,18 мм, испытывающей значительные и знакопеременные нагрузки. Потенциально возможными способами восстановления стержня толкателя являются: способ ремонтных размеров, железнение, наплавка в среде углекислого газа, вибродуговая наплавка, хромирование.
Значение коэффициентов долговечности возможных способов
восстановления следующие:
Обработка детали под ремонтный размер 0,95 – 1,0
Наибольшему значению коэффициента технико-экономической эффективности оставшихся способов соответствует способ восстановления обработкой детали под ремонтный размер (К тэф = 0,875), который и принимаем для получения ремонтного размера бронзовой втулки верхней головки шатуна.
2.3 Выбор технологических баз
Под базированием понимается
место расположения объектов в пространстве.
Любое твердое тело имеет 6 степеней
свободы. Чтобы придать ему определенное
положение в пространстве на него
нужно наложить 6 связей. Связи реализуются
путем соприкосновения с
При изготовлении шатунов обрабатывают торцы головок, базируя заготовку по противолежащим торцам – установочной базе и наружной поверхности, используемой в качестве направляющей и опорной баз. Обработанные торцы головок заготовки шатуна служат установочной технологической базой для последующих операций, поэтому должны быть обработаны с допуском около 0,04 мм, что достигается шлифованием. Аналогично изготавливаются и крышки шатунов.
Для создания комплекта технологических баз обрабатывают площадки на весовых бобышках заготовок шатунов и боковых поверхностях поршневой и кривошипных головок, а также опорные площадки под головки болтов.
2.4 Технологические схемы устранения каждого дефекта
|
Схема |
Дефект |
Способ устранения дефекта |
Наименование и содержание |
Технологи-ческая база |
Квали- тет |
Шерохо- ватость, Ra, мкм |
1 |
Износ Внутреннего диаметра Втулки верхней Головки шатуна
|
Обработка Детали под ремонтный размер |
Вертикалоно-фрейзерная Фрезеровать внутренний диаметр втулки верхней Головки шатуна
Шлифовальная Шлифовать внутренний диаметр втулки верхней Головки шатуна |
Центровое отверстие
Центровое отверстие |
11
7 |
6,3
1,25 |
2.5 Расчет припусков
Дефект - износ внутреннего диаметра втулки верхней головки шатуна.Внутренний диаметр втулки по рабочему чертежу равен Ø 25.20. Материал детали –Бронза БрОЦ4-4-2,5. Шероховатость обработанной поверхности Ra= 1,25 мкм.Внутренний диаметр изношенной втулки шатуна Dи=25,18 мм.
Общий припуск – это слой металла, удаляемый с заготовки при выполнении всех технологических операций механической обработки с целью получения окончательного размера и заданной шероховатости поверхности детали. Общий припуск равен разности размеров черновой заготовки и готовой детали и состоит из суммы межоперационных припусков.
Межоперационный припуск – это слой металла, удаляемый с заготовки при выполнении определенной технологической операции механической обработки. Межоперационный припуск представляет собой разность между максимальным и минимальным допустимыми размерами и определяет экономическую точность обработки. Он необходим для снятия дефектного слоя, полученного на предыдущей операции, и исправления погрешностей положения и формы обрабатываемой поверхности.
Горячие штамповки получаются ковкой
нагретых заготовок в штампах, благодаря
чему достигаются размеры, близко подходящие
к размерам детали, уменьшаются припуски
и, следовательно, расход материала. Стоимость
штамповки ниже, чем поковки, процесс
ее изготовления протекает значительно
быстрее процесса свободной ковки
и требует менее
Поковка третьей группы точности, так как подвергается последующей обработке резанием и не подвергается калибровке.
Припуски, допуски и кузнечные
напуски на детали из черных металлов,
изготавливаемые горячей
У поковок и штамповок
Номер поверхности |
Номинальный размер, мм |
Методы образования поверхности |
Получаемый размер, мм |
Припуск на сторону, мм |
Квалитет |
Шероховатость Ra, мм |
Глубина обезуглероженного слоя, мм |
Поле допуска, мм |
Общий припуск на сторону, мм |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
17 |
26 |
Фрезерование цилиндрической фрезой: Шлифование: |
25,19 25,20 |
1,0 0,3 |
11 8 |
6,3 1,25 |
- |
0,13 0,033 |
0,2- 0,1 |
2.6 Технологический маршрут восстановления детали
Номер операции |
Наименование и содержание операции (по переходам) |
Оборудование |
Приспособление и |
Инструмент | |
режущий, слесарный |
измерительный | ||||
050 |
Вертикально фрезерная 1.закрепить деталь на столе. 2.Фрезеровать отверстие на проход, выдерживая размер Ø25,19+0,13; Ra = 6,3 мкм 3.Проверить размер Ø25,19+0,13; Ra = 6,3 мкм 4. Снять деталь и уложить в тару. |
Вертикально – фрезерный станок 6Т104 |
Патрон трехкулачковый 7101-0008 ГОСТ2675-72 |
Фреза 50х4,5 ПШ Р18 8543 |
Нутромер индикаторный НИ50-100 ГОСТ868-82 |
010 |
Внутришлифовальная 1.Установить деталь в патрон и закрепить. 2.Проверить биение торца 0,05 мм не более. При необходимости деталь переустановить. 3.Шлифовать отверстие напроход, выдерживая размер Ø25,20 +0,033 ; Ra = 1,25 мкм 4.Проверить размер Ø25,20 +0,033; Ra = 1,25 мкм 5.Снять деталь и уложить в тару. |
Внутришлифовальный станок мод. 3Е710В-1 |
Патрон трехкулачковый 7100-0009 ГОСТ2675-71 |
Круг шлифовальный ПП 80х40х32 12А 40СТ17К5 35 м/с А-1кл ГОСТ 2424-83 СОЖ – Укринол-1 2…3% ТУ39-101-197-76
|
Индикатор ИЧ10Б кл.1 ГОСТ577-68 Стойка С-Ш-8-50 ГОСТ10197-70 (торцовое биение - 0,05 мм) Нутромер индикаторный НИ50-100 ГОСТ868-82 (Ø,12 +0,02) Образец шероховатости Ø25,20 +0,033 ; Ra = 1,25 мкм ГОСТ 9378-75 |
2.7 Выбор оборудования и технологической оснастки
1. Выбор оборудования. Выбираем
необходимое технологическое
Вертикально – фрезерный станок 6Т104
Параметр |
Единицы измерения |
Значение |
Размеры рабочей поверхности стола |
мм |
200•360 |
Наибольшее перемещение стола продольное поперечное вертикальное |
мм |
400 160 320 |
Наибольший угол поворота шпиндельной головки |
град. |
±45 |
Число скоростей шпинделя |
- |
12 |
Частота вращения шпинделя |
об/мин |
63-2800 |
Число подач стола |
- |
12 |
Подача стола |
мм/мин |
11,2-500 |
Скорость быстрого перемещения стола |
мм/мин |
3800 |
Мощность электродвигателя привода главного движения |
кВт |
2,2 |
Габаритные размеры: длина ширина высота |
мм |
1250 1205 1630 |
Масса |
кг |
830 |
Плоскошлифовальный станок 3Е710В-1
Параметр |
Единицы измерения |
Значение |
Размеры рабочей поверхности стола |
мм |
250•125 |
Наибольший размер обрабатываемых заготовок |
мм |
250•125•200 |
Масса обрабатываемых заготовок, не более |
кг |
50 |
Наибольшее расстояние от оси шпинделя до зеркала стола |
мм |
300 |
Наибольшее перемещение стола и шлифовальной бабки: продольное поперечное вертикальное |
мм |
320 160 200 |
Размеры шлифовального круга (наружный диаметр•высота•внутренний диаметр) |
мм |
200•25•32 |
Частота вращения шпинделя шлифовального круга |
об/мин |
70 |
Скорость продольного перемещения стола |
м/мин |
2-25 |
Мощность электродвигателя главного привода |
кВт |
1,5 |
Габаритные размеры: длина ширина высота |
мм |
1310 1150 1550 |
Масса |
кг |
1000 |
2.8 Расчет режимов обработки
При установлении режимов резания учитывается характер обработки, тип и материал инструмента, его геометрические параметры, материал и состояние заготовки, тип оборудования и другие факторы.
Расчёт режимов чаще всего ведётся по следующей схеме t — S — V — Р, т.е.
устанавливается глубина резания (t) подача(S), определяется скорость резания (V) и сила резания (Р), по которой рассчитывается потребная мощность станка.
Глубина резания при черновой обработке назначается по возможности максимальной ( чаще всего равную всему припуску на обработку), а при чистовой - в зависимости от требований точности размеров и шероховатости обработанной поверхности.
Подача при черновой обработке
выбирается максимально возможной,
исходя из жёсткости и прочности
системы: станок-приспособление-
факторов. При чистовой обработке принимается во внимание требуемая степень точности и шероховатости обработанной поверхности.
Скорость и силы резания рассчитываются по эмпирическим формулам, устанавливаемым для каждого вида обработки. Значения коэффициентов и показателей степени, содержащихся в этих формулах даны в справочной литературе и в приложении данного пособия.
Фрезерование является высокопроизводительным методом формообразования поверхностей деталей многолезвийным режущим инструментом - фрезой. Для этого метода характерно непрерывное главное вращательное движение инструмента и поступательное движение заготовки.
Тип применяемой фрезы определяется конфигурацией обрабатываемой поверхности. Её диаметр для сокращения основного технологического времени выбирается по возможности наименьшей величины с учётом схемы резания,
формы и размеров обрабатываемой заготовки.
При торцовом фрезеровании (рис .4.4б) диаметр фрезы D должен быть больше ширины фрезерования В и может приниматься по формуле :
D = (1,25 - 1,5)B, мм.
Глубина фрезерования t и ширина фрезерования В (рис.4.4) - величины
связанные с размерами снимаемого слоя. Параметр t измеряется в направлении, перпендикулярном оси фрезы (за исключением торцового фрезерования). Ширина фрезерования измеряется перпендикулярно глубине.
Глубина резания при припуске на обработку до 5 мм, как правило, принимается равной последнему. В противном случае назначается несколько проходов. При чистовом фрезеровании, чаще всего t = 1-1,5 мм.
1.проход:
Подача . При фрезеровании различаются подача на один зуб фрезы Sz, мм/зуб;
подача на один оборот So=Sz z мм/об и минутная подача
Sm=Sz n z
мм/мин, где
n - частота вращения фрезы, 1/мин; z - число зубьев фрезы.
При черновом фрезеровании исходной величиной подачи является подача на зуб
SZ=So/z .
При обработке медных сплавов принимать Kmv=1,7-2,0, а при обработке алюминиевых сплавов - Kmv =0,8-1,2.
После расчёта скорости резания, определяется частота вращения шпинделя:
где D - диаметр фрезы, мм.
Значение nр корректируется по паспортным данным принятого станка
и принимается ближайшая меньшая ступень Псх так, чтобы Псх<Пр. В
дальнейших расчётах используется только Пст
После корректировки частоты вращения шпинделя, определяется фактическая
В дальнейших расчётах используется только Vф
Сила резания . Главная составляющая силы резания при фрезеровании - окружная сила, Н:
где Кмр - поправочный коэффициент на качество обрабатываемого материала.
Значения коэффициента Ср и показателей степени приведены.
После расчёта Рz устанавливается возможность её реализации на вы бранном станке.
Для этого определяется сила Рх, , которая сравнивается по паспорту станка с
допустимой силой подачи Рх доп.
Для цилиндрических дисковых, прорезных и отрезных фрез Рх=(1,1-1,2)Рz, а для торцовых Рх=(0,3-0,4)Рz.
Необходимо, чтобы Рх < Рх доп
Мощность резания , кВт. Вначале рассчитывается эффективная мощность резания:
а затем определяется потребная мощность на шпинделе станка:
где ' - КПД станка.
Для выводов об эффективности
рассчитанных режимов устанавливается
коэффициент использования
где N ст - мощность главного электродвигателя станка, кВт.
Значения К не должны превышать единицы. Наиболее рациональное значение К=0,85-0,9.
В случае существенного отклонения коэффициента от рациональных величин, расчёт режимов следует осуществить вновь, скорректировав при этом параметры,
принимаемые автором (t, S, тип станка и др.).
2.проход:
Шлифованием называется процесс обработки заготовок с помощью шлифовальных кругов. Абразивные зёрна в круге удерживаются с помощью связки и расположены неупорядоченно. При вращении круга часть зёрен срезает материал с обрабатываемой поверхности и она приобретает вид совокупности микроследов абразивных зёрен.
Часть зёрен ориентирована таким образом, что резать не может, но производит работу трения по поверхности резания. В зоне резания выделяется большое количество теплоты по причине которой мелкие частицы обрабатываемого материала, сгорая, либо образуют пучок искр, либо оплавляются.
Существуют следующие основные схемы шлифования: наружное круглое, внутреннее круглое и плоское.
При наружном круглом шлифовании (рис.4.5 а) круг, вращаясь вокруг оси, совершает главное движение. Цилиндрическая заготовка вращается вокруг оси параллельной оси круга. Наружные поверхности круга и заготовки взаимно касаются по образующей. Линейные скорости точек шлифовального круга и заготовки могут быть направлены в одну сторону или навстречу друг другу, но в любом случае скорости точек, принадлежащих кругу, намного превосходят скорости точек заготовки.
Заготовке сообщается возвратно-поступательное движение продольной подачи
Sпр. По окончании цикла возвратно-поступательного движения продольной подачи действует прерывистое движение поперечной подачи, сообщаемое шлифовальному
кругу или заготовке Sпоп.
Во время внутреннего круглого шлифования (рис. 4.5 б) шлифовальный круг и обрабатываемая заготовка вращаются вокруг параллельных осей, при этом наружная поверхность круга касается внутренней поверхности детали. Движения продольной и поперечной Sпогх подач такие же, как и при наружном круглом шлифовании, но приложены, как правило, только к шлифовальному кругу.
При плоском шлифовании (рис.4.5 в) шлифовальный круг, вращаясь вокруг своей оси, совершает главное движение резания. Его наружная поверхность касается обрабатываемой заготовки. Заготовке сообщается возвратно-поступательное движение продольной подачи S. В промежутках между этими движениями кругу придаётся прерывистое движение поперечной подачи Snon. После обработки всей поверхности шлифовальному кругу сообщается движение вертикальной подачи SB6pX. Шлифование всей плоскости повторяется до тех пор, пока значение суммарной вертикальной подачи не будет равно припуску на обработку.
При шлифовании важное значение имеет выбор материала круга. Для шлифования мягких материалов, как правило используются твёрдые круги с открытой (пористой) структурой.
При шлифовании закалённых сталей нужны мягкие круги. В случае необходимости достижения большой производительности следует применять крупнозернистые круги, а высокой чистоты поверхности - мелкозернистые.
Глубина шлифования t,мм (поперечная подача Sпоп, мм) зависит от размеров заготовки, свойств обрабатываемого материала и характера шлифования.
Продольная подача Snp, мм - это перемещение обрабатываемой детали вдоль её оси за один оборот. Она определяется по формуле:
где В - ширина шлифовального круга, мм; β - расчётный коэффициент.
Значения коэффициента β для круглого внешнего шлифования.
Частота вращения детали круга. Прежде чем рассчитать частоту вращения детали, необходимо определить её расчётную скорость вращения: