Проектирование техпроцесса изготовления шестерни

1. Технология изготовления

1.1 Технологический процесс изготовления детали

Исходные данные:

Исходными данными для выполнения курсового проекта являются чертеж детали и годовая программа выпуска изделий.

Годовая программа N=12 000 штук.

Рисунок 1.1 — Общий вид шестерни.

1.2 Назначение детали

Шестерня ведомая входящая в состав головки приспособления для проверки резьбы предназначена для передачи крутящего момента с ведущего шпинделя на ведомый.

1.3 Описание конструкции и условий ее работы в механизме

Шестерня входящая в состав головки приспособления для проверки резьбы имеет один венец. Венец находится в постоянном зацеплении с ведущей шестерней ведущего шпинделя.

1.4 Материал детали, механические свойства и вид ТО

Шестерня изготовлена из стали 20 ГОСТ 1050–74. Масса шестерни 1,3 кг. Сталь 20 имеет следующие механические свойства:

1) твердость отожженной стали 156 HB;

2) предел прочности 520 МПа;

3) предел текучести 260 МПа;

4) относительное удлинение 26%;

5) относительное сужение 55%;

6) ударная вязкость 11 Дж/см;

7)углерод С 0,17…0,23

8)кремний Si 0,17…0,37

9)марганец Mn 0,35…0,65

Поверхность венца ведомой шестерни с ?104 мм подвергаются цементации и закалке до твердости 50…54 HRC.

1.5 Расчет величины партии детали

Определим величину партии, запускаемой в производство одновременно:

шт;

где, а — периодичность запуска данной детали в днях; а=24;

d — количество рабочих дней в году, примем d=253;

N — годовая программа;

=12 000· 24/253 = 1138,3 шт;

Примем размер партии равным 1140 деталей.

2. Анализ технологичности конструкции

2.1 Выбор способа получения заготовки

Выбор заготовки производится на основе технико-экономического анализа. Это делается путем вычисления и сравнения себестоимости C_i различных i-ых вариантов получения заготовок. Общая себестоимость и качество детали складывается из себестоимости и качества заготовки и себестоимости и качества ее обработки.

Расчет себестоимости осуществляется по следующим зависимостям:

— отливка где m_от— масса отливки, кг

m_от=5%· m_Д+ m_Д=1,3· 0,05+1,3=1,365кг

m_Д — масса детали ц_1 м — цена 1 кг жидкого металла, ц_1 м=0,19 $

С_л — стоимость литейных работ,

С_л=0,008· m_от=0,008·1,365=0,01 $

q_л— накладные расходы литейного цеха (q_л =50−100%). Примем q_л =60%

С_мод — стоимость модели, С_мод= m_от

n_мод— количество заготовок, изготавливаемых с помощью одной модели

В — минутная заработная плата рабочих (В=0,02…0,04, долл/мин). Примем В=0,03 $/мин Т_шк — штучно-калькуляционное время Т_шк=0,01l₀k=3,2мин где l₀-длина обработки, l₀= 2•110 + 76 +23 = 320 мм

k — количество проходов инструмента, k=1

q — накладные расходы, q=100%

C_от=1,365· 0,19+0,01·(1+60/100)+ 1,365/12 000 +0,03· 3,2·(1+100/100)=0,29 $

— поковка С_п=m_шц_1пр+ВТ_шк (1+)+С_шт(1+)

где m_ш-масса прутка перед штамповкой, кг (на 10−30% больше массы готовой детали)

m_ш=10%· m_д+ m_д=1,3· 0,1+1,3=1,43 кг ц_1пр — цена одного кг проката С_шт-стоимость штамповочных работ, С_шт=0,01m_ш=0,014 $

q_шт— накладные расходы штамповочного цеха, q_шт=50−100%, q_шт=50

С_ШТ=1,43· 0,19+0,03·3,2·1,5+0,014·1,5=0,25 $

Наиболее экономически выгодным методом для изготовления данной детали является изготовление детали штамповкой.

Заготовка будет иметь вид и размеры, показанные на рисунке 2.

Рисунок 2-Эскиз заготовки.

2.2 Назначение технологического маршрута обработки

Разработаем маршрут изготовления детали.

Таблица 1 -Маршрут обработки детали.

2.3 Расчет припусков

Припуски на обработку цилиндрических поверхностей вычисляются по нижеследующим зависимостям (2.7)[5]:

2Z_min=2(R_z(i-1)+H_i-1+),

где R_z(i-1)—шероховатость данной поверхности после предыдущей операции, мм

H_i-1—глубина поверхностного слоя, мм

?_i-1—величина пространственных отклонений формы данной поверхности, мм

?_i-1—погрешность установки заготовки на данной операции, мм.

Рассчитаем припуски на поверхность с диаметром 22 мм.:

— черновое точение

2Z_min=2(0,1+0,2+)=2•1,33 мм

— чистовое точение

2Z_min=2(0,05+0,05+)=2•0,62 мм

— шлифование

2Z_min=2(0,03+0,03+)=2•0,15 мм Наибольшие и наименьшие предельные размеры вычисляем прибавлением допуска к наименьшему предельному размеру:

Схема графического расположения припусков и допусков на обработку поверхности 22Н7(⁺²⁰) мм показана на рисунке 4.

Рисунок 4 — Схема графического расположения припусков и допусков на обработку поверхности 22Н7(⁺³⁰) мм

Припуски и допуски на обработку остальных поверхностей занесем в таблицу.

Таблица 2.4 — Выбранные припуски на механическую обработку детали.

2.4 Выбор оборудования и приспособлений

шестерня заготовка отливка

Принимаем для токарной операции 005 токарно-винторезный станок 1А64. Продольная подача: 0,2;0,25;0,3;0,36;0,4;0,45;0,5;0,55;0,6;0,65;0,7;0,75;0,8;0,85;0,9; 1,0;1,1;1,2;1,31,4;1,5;1,6;1,71,8;1,9;2,0;2,12,2;2,4;2,6;2,83,0. Обороты: 7,1;10;14 ;17; 20;24;29;33; 40;48;57;67; 82;94;114;134 160;190;230;267;321;375; 530;750. Привод: 3-х кулачковый патрон. Мерительный инструмент штангенциркуль ШЦ — I — 125 — 0,05 ГОСТ 166– — 80.

Принимаем для протяжной операции 010 горизонтально — протяжной станок 7Б510. Способ установки: в специальном приспособлении. Режущий инструмент: протяжка. Мерительный инструмент штангенциркуль ШЦ — I — 125 — 0,05 ГОСТ 166– — 80.

Примем для зубофрезерной операции 020 зубофрезерный станок 5В312. Работа с охлаждением. Червячная модульная фреза из стали 45, m = 2 мм, Du = 40 мм.

Принимаем для шевинговальной операции 025 зубошевинговальный станок 5702 В. Частота вращения шпинделя шевера: 50, 63, 80, 100, 125, 160, 200, 250, 315, 400 мин-1. Продольная подача: 18, 22,4, 28, 35,5, 45, 56, 71, 90, 118, 150, 190, 236, 300 мм/мин. Радиальная подача: 0,02…0,1 мм/ход стола.

2.5 Расчет режимов резания

2.5.1 Выбор режущего инструмента, его материала, геометрии и стойкости

Токарная обработка выполняется резцами с пластинками твердого сплава Т15К6 с главным углом в плане 45^o и 90^o.

2.5.2 Определение режимов резания, составляющих усилия резания и необходимой мощности станка

Операция 005 — токарная

Выбираем токарно-винторезный станок модели 1А64.

Установ А. 1. Подрезать торец Б с 110 мм. на t=3 мм.

По формуле (2.10)[5] определяем скорость резания:

=240; T=120 мин; m=0,2; х=0,2; у=0,3; t=3 мм; s=1,2мм/об Частота вращения шпинделя по формуле (2.11)[5]:

мин^-1

где v — скорость резания, d — диаметр обрабатываемой детали.

Тогда:

(2.1)

Принимаем по паспорту станка 1А64 n= 230 мин^-1

Тогда действительная скорость резания по формуле (2.10)[5]:

(2.2)

Усилия, действующие на резец определяем по формулам (2.15)[5]:

где F_z, F_y, F_x — проекции силы резания на ось Z (окружная составляющая), Y (нормальная), X (осевая), Н;

C_Fz, C_Fy, C_Fx — коэффициенты силы резания (таблица 2.9) [5];

t — глубина резания, мм (при отрезке и фасонном точении — ширина лезвия резца); s — подача, мм/об;

v — скорость резания, м/мин;

x_i, y_i, n_i — показатели степеней (таблицу 2.9).

Н (2.3)

Крутящий момент при резании определяем по формуле (2.16)[5]:

M_к = F_z D / 2000,

где D — обрабатываемый диаметр.

(2.4)

Мощность резания определяем по формуле (2.17)[5]:

где n — частота вращения шпинделя станка, об/мин.

(2.5)

Основное время обработки определяем по формуле (2.21)[5]:

где l — длина обработки в направлении подачи, мм;

l_вр — величина перебега;

n — частота вращения шпинделя станка (об/мин) или число двойных ходов в минуту для станков с прямолинейным главным движением;

s — подача, мм/об.

(2.6)

Переход 2.

Сверлить сквозное отверстие 10 мм.

По карте 1[1] находим подачу s=1,2 мм/об. По карте 6[1] находим скорость резания 20 м/мин.

Находим частоту вращения по формуле (2.11)[5]:

;

По паспорту станка принимаем частоту вращения n =750 мин^-1.

Уточняем скорость резания:

Основное время определяется по формуле (2.21)[5]:

; (2.7)

Переход 3.

Рассверлить отверстие 10 мм. до 21,5 мм.

По карте 1[1] находим подачу s=0,8 мм/об. По карте 6[1] находим скорость резания 20 м/мин.

Находим частоту вращения по формуле (2.11)[3]:

;

По паспорту станка принимаем частоту вращения n =321 мин^-1.

Уточняем скорость резания:

(2.8)

Основное время определяется по формуле (2.21)[5]:

; (2.9)

Переход 4.

Развернуть отверстие 21,5 мм. до 22Н7 мм.

По карте 1[1] находим подачу s=0,8 мм/об. По карте 6[1] находим скорость резания 20 м/мин.

Находим частоту вращения по формуле (2.11)[5]:

;

По паспорту станка принимаем частоту вращения n =321 мин^-1.

Уточняем скорость резания:

(2.10)

Основное время определяется по формуле (2.21)[5]:

; (2.11)

Переход 5.

Рассверлить отверстие 22Н7 мм. до 36 мм. на длине L = 2 мм.

По карте 1[1] находим подачу s=1,5 мм/об. По карте 6[1] находим скорость резания 20 м/мин.

Находим частоту вращения по формуле (2.11)[5]:

;

По паспорту станка принимаем частоту вращения n =190 мин^-1.

Уточняем скорость резания:

(2.12)

Основное время определяется по формуле (2.21)[3]:

; (2.13)

Переход 6.

Точить фаски 1,6?45^? на диаметре 36 мм.

Принимаем t_o = 0,3 мин.

Операция 010 — Протяжная

1.Протянуть шпоночный паз по 22Н7 мм. шириной 5js9 мм. в размер L = 25 мм.

По карте 3.19[3] находим скорость резания V=3,5 м/мин По карте 3.20[3] находим подачу на зуб S_z=0,1 мм/зуб.

Сила протягивания, кг определяется по формуле (3.100)[4]:

где F — сила резания на 1 мм режущей кромки кг/мм в зависимости от подачи на зуб и материала.

_в — наибольшая суммарная длина режущей кромки всех одновременно работающих зубьев в мм.

Сила резания на зуб ориентировочно определяется по формуле (3.101)[4]:

F=1,8 +197•S_z ,

F=1,8 +197•0,1 =21,5кг/мм. (2.14)

Наибольшая суммарная длина режущей кромки всех одновременно работающих зубьев _в определяется по формуле (3.103)[4]:

где z₁ — наибольшее число одновременно работающих зубьев,

b_и — ширина протягиваемой поверхности, мм; b_и = 5 мм.

n — число шлицев или шпонок; n = 1.

z_С — число зубьев в секции (для непрогрессивных протяжек z_c = 1)

Количество зубьев, работающих одновременно по формуле (3.103)[4]:

z₁=L/h+1,

где:

hшаг зубьев протяжки, мм;

Lдлина нарезаемой поверхности, мм

z₁=26/10+1=2,6+1=3,6?3. (2.15)

Тогда:

(2.16)

Тогда сила протягивания:

(2.17)

Что меньше максимального усилия, развиваемого станком.

Следовательно, станок подходит для выполнения данной работы.

Основное время определяется по формуле (3.104)[4]:

где: l_px-длина рабочего хода протяжки

l_px=l_П+l_РЧ+l_ДОП;

где: l_П — длина протягиваемой поверхности, мм; l_П = 26 мм.

l_РЧ — длина рабочей части протяжки, l_РЧ =250 мм;

l_ДОП — длина перебега, l_ДОП =30.50 мм;

k — коэффициент, определяемый по формуле:

k=1+ ;

где: V_px — скорость рабочего хода протяжки, V_px=3.3,5 м/мин;

V_ox — скорость обратного хода протяжки, V_ox=20 м/мин;

q — количество одновременно обрабатываемых деталей, q=8.

Тогда:

k=1+3,5/20=1,18; (2.18)

Длина рабочего хода:

l_px=26+250+50=326 мм; (2.19)

Основное время:

(2.20)

Операция 015 — Токарная

Переход 1

Подрезать торец Б 110 мм. на t = 3 мм.

По карте 1[1] находим подачу s=0,8 мм/об. По карте 6[1] находим скорость резания 92 м/мин.

Находим частоту вращения по формуле (2.11)[5]:

;

По паспорту станка принимаем частоту вращения n =267 мин^-1.

Уточняем скорость резания:

Основное время определяется по формуле (2.21)[5]:

; (2.21)

Переход 2

Обточить поверхность В с 110 мм. до 34 мм. на L = 3 мм.

По карте 1[1] находим подачу s=1,5 мм/об. По карте 6[1] находим скорость резания 72 м/мин.

Находим частоту вращения по формуле (2.11)[5]:

;

По паспорту станка принимаем частоту вращения n=750 мин^-1.

Уточняем скорость резания:

Основное время определяется по формуле (2.21)[5]:

;

Переход 3

Обточить поверхность В с 110 мм. до 104 мм. на L = 20 мм.

По карте 1[1] находим подачу s=0,8 мм/об. По карте 6[1] находим скорость резания 92 м/мин.

Находим частоту вращения по формуле (2.13)[5]:

;

По паспорту станка принимаем частоту вращения n=321 мин^-1.

Уточняем скорость резания:

Основное время определяется по формуле (2.21)[5]:

;

Операция 020 — Зубофрезерная

Фрезеруем зубья червячной однозаходной модульнойой фрезой на диаметре 104 мм по длине 20 мм, количество нарезаемых зубьев z=50, с модулем м=2 мм и делительным диаметром, равным 98 мм.

По карте 8[2] находим поправочный коэффициент на подачу, в зависимости от материала К_мs =1,0 и угла наклона К_?s = 0,8. Табличная подача S=2,4 мм/об. Тогда нормативная подача: S_Н=2,4×1,0×0,8=1,92 мм/об

По паспорту станка принимаем ближайшее значение подачи S_таб = 2 мм/об.

По карте 3[2] находим скорость резания V=30,5 м/мин. По карте 2[2] находим допускаемое число осевых перемещений фрезы за время её работы до переточки. При обработке зубчатого колеса m=2мм, z=50, Sо=2 мм/об допускаемое число осевых перемещений равно 1. По карте 7[5] принимаем поправочный коэффициент на нормативную скорость в зависимости от материала К_мv =1,0; от принятого количества осевых перемещений К_?v = 1, угла наклона зубьев колеса К_?v=0,85.

Тогда:

По установленной скорости определяем число оборотов фрезы:

(2.22)

Основное время определяется по формуле:

(2.23)

где n — частота вращения шпинделя станка, равная 97,9 мин^-1;

— ширина нарезаемого зубчатого венца в мм, равная 20 мм;

— длина врезания и перебега, равная 4 мм;

i— число проходов, равное 1;

s — осевая подача на один оборот шпинделя в мм/об.

z— число зубьев нарезаемого венца

m— число одновременно нарезаемых зубьев, равное 8.

k — число заходов фрезы, равное 1.

(2.24)

Операция 025 — Шевинговальная

Основное время на шевингование определяется по формуле (3.51)[4]:

где — припуск на шевингование, мм; = 1,5 мм.;

S_р — радиальная подача станка, мм; S_р = 0,1 мм./ход стола;

n_х — количество проходов после выключения подачи; n_х = 3,

n — частота вращения шпинделя станка; n=50 мин^-1,

l — ширина венца, мм; l = 20 мм.,

S — подача вдоль оси детали за 1 оборот; S = 18 мм/мин.

Операция 030 Термическая

Обычно детали из конструкционных сталей нагревают до 880—900°С (цвет каления светло-красный). Нагревают детали вначале медленно (примерно до 500°С), а затем быстро. Это необходимо для того, чтобы в детали не возникли внутренние напряжения, что может привести к появлению трещин и деформации материала. В ремонтной практике применяют в основном охлаждение в одной среде (масле или воде), оставляя в ней деталь до полного остывания. Однако этот способ охлаждения непригоден для деталей сложной формы, в которых при таком охлаждении возникают большие внутренние напряжения. Детали сложной формы сначала охлаждают в воде до 300—400°С, а затем быстро переносят в масло, где и оставляют до полного охлаждения. Время пребывания детали в воде определяют из расчета: 1 с на каждые 5—6 мм сечения детали. В каждом отдельном случае это время подбирают опытным путем в зависимости от формы и массы детали. Качество закалки в значительной степени зависит от количества охлаждающей жидкости. Важно, чтобы в процессе охлаждения детали температура охлаждающей жидкости оставалась почти неизменной, а для этого масса ее должна быть в 30—50 раз больше массы закаливаемой детали. Кроме того, перед погружением раскаленной детали жидкость необходимо тщательно перемешать, чтобы выровнять ее температуру по всему объему. В процессе охлаждения вокруг детали образуется слой газов, который затрудняет теплообмен между деталью и охлаждающей жидкостью. Для более интенсивного охлаждения деталь необходимо постоянно перемещать в жидкости во всех направлениях. Небольшие детали из легированной сталей (марки 45) слегка разогревают, посыпают железосинеродистым калием (желтая кровяная соль) и вновь помещают в огонь. Как только обсыпка расплавится, деталь опускают в масло. Железосинеродистый калий расплавляется при температуре около 850° С, что соответствует температуре закалки этих марок стали.

Время на закаливание детали определяется по формуле:

(2.25)

где Т — время нагрева;

D — диаметр заготовки;

b — коэффициент расположения заготовки на поду (b=1);

k — коэффициент учитывающий теплофизические свойства сталей (k=10).

Время на охлаждение детали определим из соотношения:

(2.26)

D — диаметр заготовки;

r — расстояние, которое охлаждается за одну секунду в воде;

h — расстояние, которое охлаждается за одну секунду в масле.

3. Расчет норм времени

Норма штучно-калькуляционного времени для каждой операции вычисляется по формуле:

где — основное время,

— вспомогательное время, определяемое по формуле:

— время на физические надобности рабочего, определяемое по формуле:

— время обслуживания станка, определяемое по формуле:

Норма времени для изготовления партии деталей:

где n — количество деталей в партии.

Остальные расчёты нормы штучно-калькуляционного времени для остальных операций представлены в таблице 2.

Таблица 2 — Штучно-калькуляционное время для всех операций техпроцесса

4. Технологический процесс ремонта

4.1 Анализ возможных дефектов

Шестерня низшей передачи может иметь следующие дефекты:

— износ зубьев по толщине и длине;

— поломка зубьев;

— усталостное разрушение в виде раковин по поверхности;

— износ шпоночного паза

4.2 Восстановление изношенных зубьев вибродуговой наплавкой

Применяемые материалы: проволока НП-65Г.

Оборудование: при восстановлении деталей, имеющих форму тел вращения, применяется токарный станок с понижающим редуктором.

Параметры и режимы восстановления:

— частота вращения детали n = 3мин-1.

— шаг наплавки t = 2 мм.

— скорость подачи электродной проволоки v = 2м/мин.

— напряжение 24 В.

— сила тока 180 А.

Таблица 3 — Маршрут восстановления изношенных зубьев.

Протягивание нового шпоночного паза вместо изношенного

Оборудование: горизонтально — протяжной станок 7Б510.

Протягивают новый шпоночный паз под углом 90 — 120? к поврежденному, а старый заваривают.

4.3 Восстановление изношенных зубьев методами пластического деформирования

Осадка позволяет восстанавливать изношенные зубья до 0,5 мм по толщине. Она ведется в штампах под прессом при предварительном нагреве деталей.

Оборудование:

Необходимое давление рассчитывается по формуле:

где ?_Т — предел текучести материала шестерни; ?_Т = 250 МПа.

D — диаметр шестерни;

l — длина шестерни.

Таблица 4 — Маршрут восстановления изношенных зубьев.

4.4 Восстановление изношенных поверхностей шестерни осталиванием

Параметры и режимы восстановления:

— скорость осаждения металла 0,4 мм/ч

— выход по току 85%

— плотность тока 30 А/дм²

Технологический процесс осталивания включает в себя следующие операции:

— очистка детали от грязи и масла

— механическая обработка

— промывка бензином

— сушка

— изоляция непокрываемых поверхностей

— осталивание

— промывка горячей водой

— нейтрализация

— механическая обработка

Заключение

В результате проведенной работы был разработан технологический процесс изготовления и ремонта шестерни.

На основании расчётов курсового проекта были выбраны: оптимальный способ получения заготовки, который учитывает все существующие рекомендации, способствующие наименьшей себестоимости изготовления детали и типы станков, которые необходимы для производства деталей в соответствии с данным вариантом. Для всех типов станков рассчитана подача, скорость резания, частота вращения шпинделя и основное время. И приведён технологический процесс ремонт.

В процессе работы получены практические навыки выбора оптимального варианта процесса изготовления, а также приобретены навыки необходимые в области конструирования.

Список использованных источников

1. Режимы резания металлов. Справочник под редакцией Ю. В. Барановского. М.:Машиностроение, 1972; 407с.

2. Общемашиностроительные нормативы режимов резания для технического нормирования работ на металлорежущих станках. Часть 1. М.:Машиностроение, 1974. 417с.

3. Общемашиностроительные нормативы режимов резания для технического нормирования работ на металлорежущих станках. Часть 2, М.:Машиностроение, 1974. 200с.

4. Горбацевич А. Ф., Шкред В. А. Курсовое проектирование по технологии машиностроения: — 4-ое изд., перераб. и доп. — Мн.: Выш. Школа, 1983. — 256с.

5. Методические указания к выполнению курсовой работы по ремонту машин. Могилев. ГУ ВПО Белорусско-Российский университет, 2007 г.-31 с.