Технология изготовления и ремонта вал-шестерни
Содержание
Введение…………………………………………………………
1 Технология изготовления…………………
1.1 Анализ назначения
и технологичности детали ……………
1.2 Выбор маршрута механической обработки…………………………….7
1.3 Расчет и назначение припусков…………………………………………8
1.4 Расчет режимов резания ……………………………………………….9
1.5 Выбор оборудования и уточнение режимов резания…………………25
2 Технология ремонта изделия…………………………………………………27
2.1 Анализ возможных дефектов ………………………………………….27
2.2 Маршрут, оборудование и режимы восстановления…………………27
Заключение……………………………………………………
Список используемых литературных источников…………………………….30
Введение
В данной курсовой работе необходимо разработать технологический процесс изготовления и ремонта вала-шестерни с учетом данных, представленных в задании.
Разработка оптимального технологического процесса изготовления и ремонта каждой конкретной детали может нести значительную экономическую выгоду в масштабах целого предприятия. Поэтому такое большое внимание уделяется созданию новых перспективных способов создания изделий.
Технический процесс ведет к увеличению сложности проектируемых объектов, повышению их качества, надежности и долговечности, требуя применения новых технологических решений, улучшения качества и сокращения сроков проектных работ. Достичь положительных результатов возможно лишь в случае использования современных средств САПР на всех этапах проектирования, а на этапе конструкторского проектирования заложены возможности использования прогрессивных технологических решений.
В связи с этим, повышаются требования, предъявляемые к конструктору, который должен обладать широким кругозором в вопросах проектирования, производства и эксплуатации проектируемых объектов.
Целью курсовой работы является закрепление, углубление и обобщение полученных знаний, а так же приобретение практических навыков для разработки технологических процессов изготовления и ремонта деталей с использованием прогрессивных технологий и анализа технологических решений.
1 Технология изготовления
1.1 Анализ назначения и технологичности детали
Вал-шестерня используется для передачи вращения. Он должен отвечать требованиям по прочности и сопротивлению усталостным напряжениям.
При производстве данной детали
необходимо выполнять строгие
Рабочий чертёж детали представлен в графической части курсовой работы.
Химический состав Стали 45 приведен ниже по ГОСТ 1050-2005
углерод C - 0,40 ... 0,50 %;
кремний Si - 0,17 ... 0,37 %;
марганец Mn - 0,50 ... 0,80 %;
сера S - не более 0,045 %;
фосфор P - не более 0,045 %;
никель Ni - около 0,3 %;
хром Cr - около 0,3 %;
предел текучести sт = 360 МПа;
предел прочности sв = 610 МПа;
ударная вязкость aн = 50 кДж/м2;
относительное удлинение при растяжении d5 = 16 %;
относительное сужение при растяжении y = 40 %;
твёрдость поверхности горячекатаного прутка HB 241;
твёрдость поверхности отожжённого прутка HB 197;
стоимость одной тонны проката Æ 10 ... 250 мм - 185 ... 136 $.
Рисунок 1.1 - Редуктор
Метод выполнения заготовки для детали определяется назначением и конструкцией детали, материалом, техническими требованиями, масштабом и серийностью выпуска, а также экономичностью изготовления.
Деталь изготавливается
из Стали 45 прокатом. В остальном
деталь достаточно технологична, допускает
применение высокопроизводительных режимов
обработки, имеет хорошие базовые поверхности
для первоначальных операций и довольно
проста по конструкции. Поверхности вращения
могут быть обработаны на многошпиндельных
станках.
Выбор заготовки
Изготовление любой детали начинается с заготовки, которая с помощью механической, пластической, термической, химической и (или) иной обработки доводится до формы, размеров и качества готовой детали, заданных конструктором.
Расчёт себестоимости для конкретных способов получения заготовок, предполагая, что чистовая механическая обработка для всех вариантов одинакова, можно осуществлять по следующим зависимостям:
заготовка из проката
где mпр - масса заготовки из проката, кг (mпр = l m1пр , где l - длина заготовки с шириной отрезного инструмента (1 ... 10 мм) в метрах; m1пр - масса одного погонного метра проката данного профиля), mпр =3,91 кг;
Ц1пр - цена 1 кг проката , Ц1пр=0, 18$;
B - минутная зарплата рабочих, производящих черновую механическую обработку заготовок (B » 0,02 ... 0,04 $/мин);
Tшк1 - штучно-калькуляционное время черновой обработки детали, которое ориентировочно определяется по формуле Tшкi = 0,01 l0 k, мин, где l0 - длина обработки, мм; k - количество прох. инструмента Tшкi =3,5 мин;
q - накладные расходы механического цеха в % к основной зарплате (100 ... 200 %), q=2;
2) Отливка:
где mот - масса отливки, кг (на 5 ... 15 % больше массы готовой детали), mот = 3,91 кг;
Ц1м - цена 1 кг жидкого металла, Ц1м = 0,18 $;
Cл - стоимость литейных работ (Cл = 0,008×mот,$),
qл - накладные расходы литейного цеха, qл =80%;
Cмод - стоимость модели (Cмод = mот , $), Cмод=3,91 $;
nмод - количество заготовок, изготавливаемых одной моделью, nмод=10000;
q - накладные расходы механического цеха в % к основной зарплате, q =150%
Из расчетов видно, что прокат является более выгодным методом получения заготовки.
- Выбор маршрута механической обработки
Эскиз детали с указанием обрабатываемых поверхностей представлении на рисунке 1.2.
Рисунок 1.2 – Вал-шестерня
Таблица 1.1 – Маршрут обработки детали
№ операции |
Наименование операции и перехода |
Оборудование |
005 |
Фрезерно-центровальная 1 Фрезеровать торцы Ø60мм в размер L=198 мм; 2 Сверлить центровые отверстия Ø4мм, L=7.5мм; |
Фрезерно-центровальный станок МР-73 |
01010 |
Токарная 1 Подрезать торец Ø60 мм, t=1,5 мм; 2 Обточить наружный диаметр с Ø60 мм до Ø40 мм, L=55 мм, t=5 мм за 2 перехода; 3 Обточить наружный диаметр с Ø40 мм до Ø35,5 мм, L=35 мм, t=2,25 мм; 4 Снять фаску 2,5х45˚ на Ø60мм; 5 Снять фаску 1,85х45˚ на Ø35,5мм; |
Токарно-винторезный станок 16Б04А |
01015 |
Токарная 1 Подрезать торец Ø60 мм, t=1,5 мм; 2 Обточить наружный диаметр с Ø60 мм до Ø40 мм, L=90 мм, t=5 мм за 2 перехода; 3 Обточить наружный диаметр с Ø40 мм до Ø35,5 мм, L=75 мм, t=2,25 мм; 4 Снять фаску 2,5х45˚ на Ø60мм; 5 Снять фаску 1,85х45˚ на Ø35,5мм; |
Токарно-винторезный станок 16Б04А |
020 |
Фрезерная 1 Фрезеровать шпоночный паз на Ø35,5 мм b=8 мм, h=3 мм на длину L=50 мм; |
Вертикально – фрезерный станок 6Т104 |
025 |
Зубофрезерная 1 Фрезеровать зубья на Ø60мм m=4, z=28, L=50мм; |
Зубофрезерный станок 5К310 |
030 |
Зубошевинговальная 1 Шевинговать поверхность зубьев |
Шевинговальный станок 5702В |
035 |
Закалка 1 Закалка ТВЧ зубьев на глубину 1…1,5 мм до 45…50 HRC |
|
025 |
Шлифовальная 1 Шлифовать с Ø35,5 мм до Ø35k6 мм, L=75 мм; 2 Шлифовать с Ø35,5 мм до Ø35k6 мм, L=35 мм; |
Круглошлифоваль- ный станок 3У10В |
- Расчет и назначение припусков
На основании выбранного технологического маршрута обработки детали и способа получения заготовки производим расчёт припусков на механическую обработку.
Технологический маршрут обработки поверхности Ø35k6 состоит из чернового обтачивания и тонкого шлифования.
При обработке поверхности минимальный припуск для каждого i-го перехода можно оценить
где Rz.(i-1) - шероховатость данной поверхности после обработки на предыдущем переходе (операции), мм;
Hi-1 - глубина дефектного поверхностного слоя от предыдущего перехода, мм;
ri-1 - величина пространственных отклонений формы данной поверхности после предыдущего перехода, мм;
ei - погрешность установки заготовки на данной операции, мм.
Минимальный припуск под растачивание:
черновое
чистовое
Минимальный припуск под шлифование
предварительное
окончательное
Расчетный размер dp рассчитывается начиная с конечного размера путем последовательного прибавления расчетного минимального припуска каждого технологического перехода:
Наибольшие предельные размеры
вычисляем прибавлением допуска
к наименьшему придельному
Определим придельные значения припусков и
Общий номинальный припуск
- Расчёт режимов резания
Исходными данными для этого являются принятый маршрут механической обработки детали и назначенные припуски для каждого перехода, что соответствует глубинам резания ti .
Мы принимаем материал лезвия инструмента Твёрдосплавная пластина Т15К6 , период стойкости которой равен Т=120 мин.
Операция 005 Фрезерно-центровальная:
1 Фрезеровать торцы в размер L=198 мм
В зависимости от вида обработки назначим подачу инструмента s .В нашем случаи s=0,5 мм/об.
Затем определяется скорость резания v , м/мин.
,
(1,4)
где Cv - коэффициент скорости резания, определяемый;
T - период стойкости инструмента, мин;
t - глубина резания, мм;
s - подача инструмента, мм/об;
m, x, y - показатели степеней.
Cv=500; Т=120 мин; t=1мм; s=0,5мм/об; m=0,3; x=0,35; y=0,35
Частота вращения шпинделя станка:
Принимаем по паспорту станка n=670 мин , 400мм/мин.
Фактическая скорость фрезерования:
,м/мин, (1,6)
где D– диаметр фрезы;
Фактическая подача на зуб фрезы:
, мм/зуб, (1,7)
где z– число зубьев фрезы;
Основное время определяется по формуле:
где l – длина обрабатываемой поверхности, мм;
lвр – величина перебега, мм;
S – минутная подача, мм/мин.
Штучно-калькуляционное время для операции вычисляется как сумма:
Tшк = Tо + Tв + Tоб + Tф , мин, (1,9)
где Tв - вспомогательное время, мин;
Tоб - время обслуживания станка, мин;
Tф - время на физические надобности рабочего, мин.
Tв = (0, 01 ... 0, 2) Tо=0, 09*0, 1875= 0,01687 мин
Tоб = (1-6) % Tо=0, 05* 0,1875=0,0093 мин
Tф = (4-8) %( Tо + Tв) =0, 05*(0, 1875+0, 01687) =0,01 мин
Tшк = 0,1875+0,01687+0,0093+0,01=0,
- Сверлить центровые отверстия Æ
4 мм на L =7,5 мм.
В зависимости от вида
Определим скорость сверления по формуле 1,4:
Cv=100; Т=120 мин; t=7,5мм; s=1 мм/об ; m=0,2; x=0,15; y=0,5.
Частота вращения сверла по формуле 1,5:
Принимаем n=1900 мин-1
Фактическая скорость по формуле 1,6:
Основное время определяется по формуле 1,8:
Штучно-калькуляционное время для операции по формуле 1,9:
Tшк = Tо + Tв + Tоб + Tф , мин
Tв = (0, 01 ... 0, 2) Tо=0, 01*0, 02= 0, 0002 мин
Tоб = (1-6) % Tо=0, 03*0, 02=0, 0006 мин
Tф = (4-8) %( Tо + Tв) =0, 05*(0, 02+0, 0002) =0,001мин
Tшк =0, 0002+0, 0006+0,001+0, 02=0, 0218мин
Операция 010 Токарная:
1 Подрезать торец Ø60 мм в размер L=196,5мм
В зависимости от вида обработки назначим подачу инструмента s .В нашем случаи s=0,7 мм/об.
Затем определяется скорость резания v , м/мин по формуле 1,4:
Cv=300; Т=120 мин; t=1,5 мм; s=0,7 мм/об; m=0,25; x=0,2; y=0,3.
После оценки v произведем вычисление проекций силы резания по координатным осям, Н:
где Fz , Fy , Fx - проекции силы резания соответственно на ось Z - окружная составляющая, Y - нормальная, X - осевая;
CFz , CFy , CFx - коэффициенты силы резания;
t - глубина резания, мм;
s - подача, мм/об;
v - скорость резания, м/мин;
xi , yi , ni - показатели степеней.
При чистовом точении:
Определим крутящий момент при резании Mк , Н×м
При чистовом точении:
Mк = =5,23 Н×м
Определим мощность резания N, кВт:
где p = 3,14 - число Пифагора;
n - частота вращения шпинделя станка, мин -1
При чистовом точении по формуле 1,5:
Определим основное время Tо (мин) и штучно-калькуляционное Tшк (мин) для каждой операции. Общая зависимость для основного времени
где l - длина обработки в направлении подачи, мм;
k - количество проходов инструмента;
n - частота вращения шпинделя станка (мин -1) или число двойных ходов в минуту для станков с прямолинейным движением;
s - подача, мм/об.
При чистовом точении:
мин;
мин;
мин;
мин;
- Обточить наружный диаметр с Ø60 мм до Ø40 мм на длину L=55 мм
В зависимости от вида обработки назначим подачу инструмента s .В нашем случаи s=1 мм/об.
Затем определяется
скорость резания v
, м/мин по формуле 1,4.
Cv=300; Т=120 мин; t=5 мм; s=1 мм/об; m=0,25; x=0,2; y=0,3.
После оценки v произведем вычисление проекций силы резания по координатным осям, Н, по формуле 1,10:
При чистовом точении:
Определим крутящий момент при резании Mк , Н×м ,по формуле 1,11
При чистовом точении:
Mк = =24,02 Н×м
Определим мощность резания N, кВт ,по формуле 1,12:
При чистовом точении:
Определим основное время Tо (мин) и штучно-калькуляционное Tшк (мин) для каждой операции , по формуле 1,13:
При чистовом точении:
мин
мин
мин
мин
- Обточить наружный диаметр с Ø40мм до Ø35,5 мм на длину L=35 мм
В зависимости от вида обработки назначим подачу инструмента s .В нашем случаи s=0,8 мм/об.
Затем определяется
скорость резания v
, м/мин ,по формуле 1,4.
Cv=300; Т=120 мин; t=2,25 мм; s=0,8 мм/об; m=0,25; x=0,2; y=0,3.
После оценки v произведем вычисление проекций силы резания по координатным осям, Н ,по формуле 1,10:
При чистовом точении:
Определим крутящий момент при резании Mк , Н×м ,по формуле 1,11
При чистовом точении:
Mк = =5,892 Н×м
Определим мощность
резания N, кВт, по формуле 1,12:
При чистовом точении:
Определим основное время Tо (мин) и штучно-калькуляционное Tшк (мин) для каждой операции ,по формуле 1,13:
При чистовом точении:
мин
мин
мин
- Снять фаску 2,5х45˚ на Ø60 мм
В зависимости от вида обработки назначим подачу инструмента s .В нашем случаи s=1 мм/об.
Затем определяется скорость резания v , м/мин ,по формуле 1,4:
Cv=300; Т=120 мин; t=2,6мм; s=1мм/об; m=0,25; x=0,2; y=0,3.
После оценки v произведем вычисление проекций силы резания по координатным осям, Н , по формуле 1,10:
При чистовом точении:
Определим крутящий момент при резании Mк , Н×м ,по формуле 1,11:
При чистовом точении:
Mк = =12,24 Н×м
Определим мощность резания N, кВт ,по формуле 1,12:
При чистовом точении:
Определим основное время Tо (мин) и штучно-калькуляционное Tшк (мин) для каждой
операции ,по формуле 1,9:
При чистовом точении:
мин;
мин;
мин;
мин;
- Снять фаску 1,85х45˚ на Ø35,5 мм
В зависимости от вида обработки назначим подачу инструмента s .В нашем случаи s=1 мм/об.
Затем определяется скорость резания v , м/мин ,по формуле 1,4:
Cv=300; Т=120 мин; t=1,6мм; s=1мм/об; m=0,25; x=0,2; y=0,3.
После оценки v произведем вычисление проекций силы резания по координатным осям, Н ,по формуле 1,10:
При чистовом точении:
Определим крутящий момент при резании Mк , Н×м ,по формуле 1,11
При чистовом точении:
Mк = =4,395 Н×м
Определим мощность резания N, кВт ,по формуле 1,12:
При чистовом точении:
Определим основное время Tо (мин) и штучно-калькуляционное Tшк (мин) для каждой
операции ,по формуле 1,9:
При чистовом точении:
мин;
мин;
мин;
мин;
Остальные расчеты аналогичны предыдущим и сводятся в таблицу 1.2
Таблица 1.2 – Сводная таблица режимов резания
№ операции |
Наименование операции, перехода |
Глубина резания t, мм |
Длина резания Lрез, мм |
Подача Sо, мм/об |
Скорость V, м/мин |
Частота вращения n, мин-1 |
Основное время tо, мин |
Штучно-колькуляционное, мин | |||||
расчетн. |
принят. |
расчетн. |
принят. | ||||||||||
005 |
Фрезерно-центров. |
||||||||||||
1 Фрезеровать |
1 |
60 |
0,5 |
118,9 |
125 |
631,1 |
670 |
0,1875 |
0,2237 | ||||
2 Сверлить отверстия |
7,5 |
7,5 |
1 |
28 |
30 |
1807 |
1900 |
0,02 |
0,0218 | ||||
010 |
Токарная |
||||||||||||
1. Подрезать торец |
1,5 |
30 |
0,7 |
93,02 |
100 |
493,74 |
500 |
0,086 |
0,09642 | ||||
2.Обточить поверх. |
5 |
55 |
1 |
65,7 |
65 |
348,73 |
35 |
0,315 |
0,376 | ||||
3. Обточить поверх. |
2,25 |
35 |
0,8 |
82,4 |
85 |
656 |
650 |
0,067 |
0,08 | ||||
4. Снять фаску |
2,6 |
2,6 |
1 |
74,87 |
75 |
397,4 |
400 |
0,0065 |
0,00776 | ||||
5. Снять фаску |
1,6 |
1,6 |
1 |
82,5 |
85 |
740,1 |
740 |
0,002 |
0,0024 | ||||
015 |
Токарная |
||||||||||||
1. Подрезать торец |
1,5 |
30 |
,07 |
93,02 |
100 |
493,74 |
500 |
0,086 |
0,09642 | ||||
2.Обточить поверх. |
5 |
90 |
1 |
65,7 |
65 |
348,73 |
350 |
0,63 |
0,712 | ||||
3. Обточить поверх. |
2,25 |
75 |
0,8 |
82,4 |
85 |
656 |
650 |
0,132 |
0,1671 | ||||
4. Снять фаску |
2,6 |
2,6 |
1 |
74,87 |
75 |
397,4 |
400 |
0,0065 |
0,00776 | ||||
5. Снять фаску |
1,6 |
1,6 |
1 |
82,5 |
85 |
740,1 |
740 |
0,002 |
0,0029 | ||||
020 |
Фрезерная |
||||||||||||
1.Фрезеровать паз |
3 |
50 |
0,2 |
47,728 |
50 |
1923,4 |
1900 |
0,0686 |
0,07837 | ||||
025 |
Зубофрезерная |
||||||||||||
1.Фрезеровать зубья |
5 |
50 |
1,76 |
44 |
45 |
140,1 |
140 |
4,98 |
5,317 | ||||
030 |
Зубошевинговальная |
||||||||||||
1.Шевинговать зубья |
0,03 |
50 |
0,5 |
32,7 |
35 |
128,3 |
130 |
5,9 |
6,41 | ||||
035 |
Закалка |
||||||||||||
1.Закалка ТВЧ |
7 |
9 | |||||||||||
040 |
Шлифовальная |
||||||||||||
1.Шлифовать поверхн. |
0,03 |
35 |
0,01 |
35 |
33 |
318,47 |
300 |
1,29 |
1,4796 | ||||
2.Шлифовать поверхн. |
0,03 |
75 |
0,01 |
35 |
37 |
278,66 |
300 |
1,542 |
1,8411 | ||||
1.5 Выбор оборудования и уточнение режимов резания
Основным критерием при выборе оборудования является номинальная мощность привода станка Nпр , которая должна на 5 ... 10 % превышать вычисленную мощность резания N, а также габариты заготовки, то есть возможность установки её на данном станке. Вторым требованием к оборудованию является способность обеспечить необходимые или близкие параметры режимов резания - частоту вращения шпинделя n, подачу s и т.д. При этом надо учитывать, что передаточные числа коробок скоростей современных станков выбраны по закону геометрической прогрессии, то есть nmax = nmin j m-1, где nmax , nmin - максимальная и минимальная частоты вращения шпинделя; j - знаменатель прогрессии (чаще 1,26 или 1,41);
m - число скоростей. Третий критерий выбора оборудования - его габариты, масса и стоимость.
Для изготовления детали используем следующий станок:
-токарно-винторезный станок 16Б04А.
Таблица 1.3- Характеристики станка16Б04А
Параметр |
Наибольший обрабатываемый диаметр, мм |
Наибольший ход инструмента, мм |
Частоты вращения шпинделя nmin , nmax , об/мин |
Число скоростей, m |
Число подач |
Подачи продольные, smin , smax , мм/об |
.Габариты, мм: длина ширина высота |
Масса, т |
16Б16А |
200 |
350 |
320 ... 3200 |
безступ. |
безступ. |
0,01 ... 0,175 |
1310 690 1360 |
1,25 |
-круглошлифовальный универсальный станок 3У10В
Таблица 1.4- Характеристики станка 3У10В
Параметр |
Наибольшие размеры заготовки, мм: диаметр длина |
Наименьший шлифуемый диаметр, мм: наружный внутренний |
Угол поворота стола, град. |
Частота вращения заготовки (регул. безступ.) nmin , nmax , мин-1 |
Частота вращения круга nmax, об/мин: наружная шлифовка внутренняя шлифовка |
Наибольшие размеры круга, мм: диаметр ширина |
Подачи врезания, мм/мин |
Мощность главного привода, Nпр, кВт |
Габариты, мм: длина ширина высота |
Масса, т |
3У10В |
100 160 |
3 40 |
+6 -7 |
100 ... 950 |
1910 1910 |
250 20 |
0,05 ... 0,5 |
1,25 |
1360 1715 1690 |
2 |