Дипломная работа: Разработка технологического процесса механической обработки детали Шестерня-501701048А

1. Описание объекта производства

История Минского завода шестерен начинается 25 апреля 1956 года, в этот день было принято решение о строительстве предприятия по производству запасных частей.

Минский завод шестерен - головное предприятие производственного объединения по шестерням МИНСКТРАКТОРОЗАПЧАСТЬ - одно из крупнейших специализированных предприятий страны по выпуску различного вида шестерен к тракторам, сельхозмашинам, автомобилям и двигателям.

Выпуск шестерен производится по чертежам заказчика. Технический уровень выпускаемых изделий соответствует мировому уровню изготовления шестерен.

На заводе имеются основные и вспомогательные цеха - кузнечный, термический, два механических, инструментальный цех, ремонтно-механический цех и ряд других цехов и служб.

Постоянно проводится планомерная работа по совершенствованию технологических процессов и повышению качества выпускаемой продукции. Технологические процессы изготовления шестерен предусматривают высокопроизводительное оборудование и соответствуют современному уровню развития технологии машиностроения. Из года в год растет уровень механизации и автоматизации производственных процессов, продолжает увеличиваться конвеерная система межоперационного транспортирования деталей, широко внедряется специальная тара, серьезное внимание уделяется вопросам удаления, транспортировки и переработки стружки.

Постоянно проводится модернизация действующего оборудования, которое ведется в следующих направлениях - с целью расширения технологических возможностей оборудования, с целью автоматизации процесса загрузки и выгрузки станков автоматов для повышения их эксплуатационной надежности и улучшения труда обслуживающего персонала.

Техническое руководство основными механическими цехами и транспортно-складскими операциями осуществляются отделом главного технолога, а руководство кузнечными и термическим производством - отделом главного металлурга.

Техническими службами завода проводится систематическая работа по разработке и внедрению в производство прогрессивных технологических процессов, направленных на повышение производительности труда, снижение трудоемкости и улучшения качества выпускаемой продукции.

В числе внедренных процессов следует отметить следующие - алмазная расточка отверстий шестерен с одновременной подрезкой торцов на специальных алмазно-расточных станках, горячая штамповка ряда конических шестерен с зубом, новый техпроцесс изготовления ковочных штампов для кривошипных горячее - штамповочных прессов - КГШП - сборной конструкции взамен цельнометаллических, что дало значительную экономию штамповой стали, финишная обработка зубьев методом хонингования алмазно-абразивными шеверами.

В кузнечном цехе широко применяется нагрев токами высокой частоты на кузнечно-индукционных нагревателях - КИНах ускоренного нагрева.

Термических цех оснащен автоматизированными установками для контроля температурного режима при термообработке. Процессы нитроцементации, цементации, закалки деталей осуществляются в безмуфельных агрегатах в защитной атмосфере.

В настоящее время завод специализируется на выпуске зубчатых колес для грузовых и легковых автомобилей, тракторов, сельскохозяйственной техники, различных типов редукторов, шестерен для нужд станкостроительной, приборостроительной промышленности, подвижного железнодорожного состава и другой техники. Это цилиндрические зубчатые колеса с прямым и косым зубом (модуль m 9) внутреннего и наружного зацепления степени точности 5 - 10 с наружным диаметром 500 мм, конические колеса и вал-шестерня с прямым зубом (модуль m 10) степени точности 8 -10 с наружным диаметром 300 мм, конические колеса и вал-шестрени с круговым зубом (модуль m 10) степени точности 8 - 10 с наружным диаметром 500 мм. Шестерни могут иметь один или несколько зубчатых венцов, различные виды посадочных отверстий (гладкое, со шпоночными пазами, шлицевое).

Кроме того завод выпускает стальные штамповочные заготовки типа фланцев диаметром до 250 мм, весом от 0,2 до 12 кг, валов с диаметром утолщения до 130 мм, длиной до 600 мм и весом до 12 кг, металлокерамические изделия, товары народного потребления (автопринадлежности, инструмент, бытовые светильники, товары для дома, спортинвентарь и др. более 60 наименований).

Организован выпуск различных типов плугов: гаммы плугов ПЛН (3-х, 4-х, 5-ти и 8-ми корпусные), плугов с механической защитой для обработки каменистых почв, плугов для гладкой вспашки (поворотный 3-х корпусный, оборотный 3-х корпусный), а также модульных 5-ти - 7-ми корпусных плугов.

Назначение сборочной единицы и обрабатываемой детали, описание сборки детали в узле.

Рассматриваемая мной деталь -- «50-1701048А» является ведомой шестерней коробки перемены передач тракторов «Беларус-80» и «Беларус- 82». У большинства тракторов ведущим является задний мост, а у некоторых колесных тракторов (МТЗ-520, МТЗ-820, МТЗ-1221, МТЗ-1522, Т-150К, К-700) также и передний мост. Тракторы со всеми ведущими колесами обладают хорошей проходимостью и могут развивать несколько большую силу тяги.

Деталь «Шестерня 50-1701048-А» входит в сборочную единицу коробки сцепления. Основными рабочими поверхностями являются: поверхности зубчатых венцов, шлицевого отверстие торца и торцовых поверхностей, являющихся базами при механической обработки (Рис 1.1).

Рис. 1.1. Шестерня 50-1701048А

Шестерня представляет собой цилиндрическое прямозубое зубчатое колесо с внешним зацеплением, число зубьев z1 = 27, z2 = 24 модуль m = 4,5 мм. Степень точности колеса 10-9-9bc по ГОСТ 1643-81. Материал шестерни сталь 25ХГТ ГОСТ 4543-71, требуемая твёрдость поверхности зубьев 59…64 HRC.

Отверстие Г служит для установки на ось и передачи крутящего момента от неё. Отверстие выполнено с точностью по 7 квалитету и шероховатостью Rz=20 мкм, является основной конструкторской базой.

Две фаски Д в отверстии размером 2Ч45 обеспечивают удобство сборки, облегчая установку шестерни.

Зубчатая поверхность А точностью 10-9-9bc по ГОСТ 1643-81 служит для передачи крутящего момента, наружный диаметр зубчатого венца шестерни 131,7 мм с точностью по 11 квалитету, шероховатость Rz=80 мкм. По боковым поверхностям зубьев шероховатость Rz=40 мкм.

Торцом В шестерня упирается в торец ступицы, шероховатость Rz=80 мкм, точность-12 квалитет.

Торцы венца Б служат ограничителем ширины венца А, от точности их расположения зависят показатели контакта зубьев венца. Шероховатость Rz=40 мкм. Точность-14 квалитет.

Назначение детали:

Для повышения крутящего момента и передачи вращения от дифференциала к ведущим колесам трактора служат конечные передачи, которые представляют собой две пары цилиндрических шестерен с прямыми зубьями, расположенные с правой и левой стороны заднего моста.

Деталь имеет шлицевую поверхность внутри и зубчатую поверхность снаружи. Шестерня установлена на валу. Шлицевое отверстие предназначено для посадки на вал, а следовательно, для получения крутящего момента. Зубчатая поверхность предназначена для передачи вращения на ведомую шестерную. (Рис 1.2).

Рис. 1.2. 1а-вал привод ВОМ; 1б-шестерня; 2-шайба; 3-подшипник; 4-кольцо; 5-подшипник; 6-кронштейн; 7-шайба; 8-болт

Деталь шестерня 50-1701048А ,изготавливается из стали 25ХГТ.

Таблица 1.1 - Химические состав стали 25ХГТ, % ГОСТ 4543-71

Таблица 1.2 - Механические свойства материала 25ХГТ ГОСТ 4543-71

2. Анализ технологичности конструкции детали

Технологичность -- это одна из комплексных характеристик технического устройства (изделие, устройство, прибор, аппарат), которая выражает удобство его производства, ремонтопригодность и эксплуатационные качества.

Технологичность закладывается в конструкцию при соответствующем назначении параметров деталей (материала, размеров и их отклонений, шероховатости и т. п.), форм и взаимного расположения поверхностей их элементов. Технологичность базируется на стандартизации, унификации и преемственности. Во многих случаях только возможности технологии (воплощающей в себе достижения науки и техники) позволяют достичь уникальных результатов и высоких потребительских свойств.

Оценка технологичности конструкции может быть двух видов: качественной и количественной. Качественная оценка характеризует технологичность конструкции обобщенно на основании опыта исполнителя и допускается как предварительная. Количественная оценка технологичности конструкции изделия выражается числовым показателем и рациональна в том случае, когда эти показатели существенно влияют на технологичность рассматриваемой конструкции.

Качественная оценка технологичности.

Материалом для данной детали служит сталь 25ХГТ ГОСТ 4543-71. Данная сталь хорошо подвергается механической обработке. Ее особенности: высокая несущая способность, средние деформации при термической обработке. Так как шестерня работает в тяжелых условиях, то использование другой стали было бы менее рациональным. Для уменьшения износа зубьев применяется нитроцементация.

Конструкция детали представляет собой сочетание гладких поверхностей, шлицов, зубчатых поверхностей. С точки зрения механической обработки, зубчатые и шлицевые поверхности не технологичны, т.к. обрабатываются малопроизводительными методами и с применением специального инструмента.

Анализируя простановку размеров, необходимо заметить, что предельные отклонения размеров, определяющих рабочие поверхности, имеют более широкие поля допусков и большую шероховатость, чем размеры рабочих поверхностей, что не требует увеличения трудоемкости при изготовлении данной детали. Нетехнологичными элементами конструкции данной детали кроме того являются цилиндрические поверхности малой протяженности. Заготовка данной детали технологична, так как получена на КГШП с достаточным приближением ее формы и размеров к детали.

В целом, оценивая материал, конструкцию, предельные отклонения, следует признать, что данная деталь технологична.

Количественная оценка технологичности конструкции

Количественная оценка может быть осуществлена только при использовании соответствующих базовых показателей технологичности. Поэтому необходимо определить основные и дополнительные показатели.

При оценке технологичности используются следующие показатели:

1. Коэффициент унификации конструктивных элементов [2]:

где Qу э и Qэ - соответственно число унифицированных конструктивных элементов детали и общее, шт.

Ку.э. = 12/18 = 0,67.

2. Коэффициент применяемости стандартизованных обрабатываемых поверхностей:

где До.с., Дм.о. - соответственно число поверхностей детали, обрабатываемых стандартным инструментом, и всех, подвергаемых механической обработке поверхностей, шт.

Кп.ст. = 12/12 = 1.

3. Коэффициент обработки поверхностей

где Д э-общее число поверхностей детали, шт.

Кп.о. = 1 - 12/18 = 0.33

4. Коэффициент использования материала:

где q , Q - масса детали и заготовки соответственно, кг.

Ки.м.= 2,8/5,5= 0,51.

Масса детали равна 2,8 кг;

Масса заготовки равна 5,5 кг;

Максимальное значение квалитета обработки IT -5;

Максимальное значение параметра шероховатости обрабатываемых поверхностей Ra -2,5.

Проанализировав качественные и количественные показатели технологичности для данной детали, следует сказать, что к положительным показателям, характеризующим деталь, относятся: коэффициент использования унифицированных поверхностей, коэффициент применяемости стандартного инструмента. К отрицательным: большие припуски на механическую обработку, низкий коэффициент использования материала, наличие зубчатых венцов. Проанализировав данные показатели, делаем вывод, что в целом данная деталь технологична.

Описание упрочняющей технологии.

Нитроцементация - это процесс одновременного насыщения стали углеродом и азотом в среде, состоящей из науглероживающего газа и аммиака. По сравнению с цементацией, нитроцементацию проводят при более низких температурах - 850-870°С. Это обусловлено тем, что азот, проникая в сталь одновременно с углеродом, понижает температуру существования твердого раствора на основе Feг и тем самым способствует науглероживанию стали при более низких температурах. По сути, азот, выполняя роль легирующего элемента, понижает критические точки стали. Понижение температуры насыщения без увеличения длительности процесса позволяет снизить деформацию обрабатываемых деталей.

Для нитроцементации рекомендуется использовать контролируемую эндотермическую атмосферу, к которой добавляют 3-15 % не отработанного природного газа и 2-10 % NН3 или жидкий карбюризатор - триэтаноламин (С2Н5О)3N, который в виде капель вводят в рабочее пространство.