Материал: Вал-шестерня
Вал-шестерня
Введение
Машиностроение-комплекс отраслей промышленности изготавливающих орудия труда для народного хозяйства, транспортные средства, а также предметы всеобщего потребления и оборонную продукцию. Машиностроение является материальной основой технического перевооружения всего народного хозяйства нашей страны.
Технология машиностроения является комплексной научной дисциплиной, без которой невозможно современное развитие производства. При освоении новых изделий необходимо их отработать на технологичность, выбрать заготовки, методы их пооперационной обработки, оборудование и технологическую оснастку. При этом приходится решать множество технологических задач: обеспечение точности, качества поверхностного слоя, экономичности и др.
Развитие технологии машиностроения прошло путь от описания опыта обработки и сборки изделий, до глубокого изучения закономерностей, возникающих в процессе изготовления изделий и их коррекции путем автоматического саморегулирования технологических процессов.
Задачами технологии машиностроения остаются снижение себестоимости и повышение производительности обработки при высоком качестве изделий. Причем технологический процесс должен строиться с учетом автоматического саморегулирования, функции которых передаются ЭВМ, а человеку остается только следить за их работой. Но для этого необходимо всесторонне изучить все связи и закономерности процесса изготовления изделия.
В машиностроении увеличиваются объемы применения в машинах и приборах деталей, изготовленных методом порошковой металлургии. Все большую роль в производстве играют лазерный луч, магнитное поле, ультразвук и другие способы воздействия на материал изделия.
С помощью лазерной технологии с большой производительностью и точностью можно обрабатывать различные по химическому составу и твердости материалы. На станках с программным управлением, в которых роль традиционного резца выполняет электрическая искра, можно обрабатывать детали любой конфигурации, при этом не нужны слесарно-доводочные операции.
Внедрение новых технологий в производство,
приводит к революционным изменениям в экономике страны. Поэтому технология
машиностроения становится ключевой составляющей научно-технического процесса.
1. Описание конструкции детали
Моя деталь - Вал-шестерня, материал Сталь 40Х ГОСТ 4543-71, масса детали 16,4кг. Деталь вал-шестерня состоит из унифицированных поверхностей таких как: цилиндрические поверхности, поверхность резьбовых отверстий, шпоночного паза, канавок, зубчатой поверхности, и торцевых поверхностей.
Деталь изготовлена из заготовки «Штамповки», что дает возможность рационально использовать деталь.
Деталь имеет достаточно оптимальные степени точности не выше 6 квалитета точности и шероховатости не выше 0,8мкм.
Сталь 40Х ГОСТ 4543-71 достаточно легко обрабатывается, средне пластична.
Базовые поверхности (2 торца) для установки в центрах, обеспечивают достаточную точность обработки детали.
Конструкция детали обеспечивает возможность применения типовых и стандартных технологических процессов: деталь данной конструкции можно обрабатывать на универсальном оборудовании с использованием универсальных приспособлений: точение, фрезерование, сверление.
Конструкция детали обеспечивает свободный подвод инструмента
Коэффициент использования материала используется рационально.
На диаметр 55k6 устанавливается зубчатое колесо, которое передает свое движение через шпонку шириной 16мм.
Диаметр 60k6 служит для установки подшипников.
Диаметр 144,72 имеет зубчатую поверхность и служит для зацепления с зубчатым колесом, на которое будет передаваться вращающийся момент.
Канавки служат для выхода инструмента и снятия напряжении на валу.
Торцовые поверхности обуславливают конструкцию детали.
Резьбовые отверстия М10 с торцов, служат для установки крышек.
Фаски служат, для притупления острых кромок.
1.1 Анализ технологичности детали
Качественный метод
Деталь вал шестерня состоит из унифицированных поверхностей таких как: цилиндрических поверхностей и резьбовая поверхность, поверхность резьбовых отверстий, шпоночных пазов, канавок, опасок, конических поверхностей, зубчатой поверхности и торцевой поверхности.
Исходя, из этого понимаем, что деталь имеет простую форму
Деталь изготовлена из заготовки «штамповки», что дает возможность рационально использовать материал.
Деталь имеет достаточно, оптимальные, степень точности не ниже шестого квалитета точности и параметр шероховатости не ниже 0,8 мм.
Физико-химические и механические свойства материала (сталь 40Х ГОСТ 4543-71) заготовки достаточно легко обрабатываются, среднее пластична.
Базовые поверхности (2 торца) для установки в центрах, обеспечивают достаточную точность обработки детали.
Конструкция детали обеспечивает возможность применения типовых и стандартных технологических процессов: деталь данной конструкции можно обрабатывать на универсальном оборудовании с использованием универсальных приспособлений, инструментов.
Конструкция детали обеспечивает сводный подвод инструмента.
Количественный метод
Определяется по коэффициенту точности и
шероховатости
Таблица 1 - Точность и шероховатость детали
|
Наименование |
Количество поверхностей |
Квалитет |
Ra,мкм |
|
Цилиндрическая поверхность 1(Ø55k6) |
1 |
6 |
1,6 |
|
Цилиндрическая поверхность 2(Ø58f9) |
1 |
9 |
1,6 |
|
Цилиндрическая поверхность 3(Ø60k6) |
2 |
6 |
0,8 |
|
Цилиндрическая поверхность 4(Ø70) |
2 |
14 |
12,5 |
|
Цилиндрическая поверхность5(Ø144) |
1 |
14 |
3,2 |
|
Поверхность фасок |
5 |
14 |
12,5 |
|
Боковые поверхности шпоночных пазов |
2 |
9 |
3,2 |
|
Дно шпоночного паза |
1 |
9 |
6,3 |
|
Поверхность канавок |
4 |
14 |
12,5 |
|
Торцевая поверхность |
2 |
14 |
1,6 |
|
Торцевая поверхность |
1 |
14 |
3,2 |
|
Торцевая поверхность |
1 |
14 |
6,3 |
|
Торцевая поверхность |
4 |
14 |
12,5 |
|
Резьбовые отверстия |
4 |
7 |
3,2 |
|
Дно зуба |
12 |
8 |
1,6 |
|
Боковые поверхности зуба |
24 |
8 |
1,6 |
Всего поверхностей 63
Коэффициент точности обработки - 
[4, с.47]
где -
коэффициент точности обработки 
- средний квалитет
точности.
Аср.= (n1+2n2+3n3+. . .+14n14)/
i [4, с.47]
ῐ- число поверхностей детали точностью соответственно по 1…..14 - му квалитету
Аср.=(1×6 + 1×9 + 2×6 + 2×14 + 1×14 + 5×14 + 2×9 + 1×9 + 4×14 + 2×14 + 1×14 + 1×14 + 4×14 + 12×8 + 24×8 + 4×7)/63 = 10,317
Кт.ч.= 1- (1/ 10,317) =0,096 мкм Так как Кт.ч < 0,8 - то деталь по этому показателю является не технологичной.
Коэффициент шероховатости
поверхности
Кш. = 1/ Бср [4, с.47]
где Кш. - коэффициент шероховатости поверхности
Бср. - средняя шероховатость
поверхности, определяемая в значениях параметра Ra, мкм
[4, с.48]
Бср. = (1×1,6 + 1×1,6 + 2×0,8 + 2×12,5 + 1×3,2 + 5×12,5 + 2×3,2 + 1×6,3 + 4×12,5 + 2×1,6 + 1×3,2 + 1×6,3 + 4×12,5 + 12×1,6 + 24×1,6 + 4×3,2) / 63 = =4,623мкм
Км = 1/4,623= 0,216 мкм
Км < 0,32 (0,216<0,32) по
этому показателю деталь является технологичной.
2. Материал детали и его свойства
Материал детали - Сталь 40Х ГОСТ 4543-71-конструкционная легированная хромистая сталь
Применяется для изготовления осей, валов,
валов-шестерней, плунжеров, штоков, коленчатых и кулачковых валов, колец,
шпинделей, оправок, реек, зубчатых венцов, болтов, полуосей, втулок и других
улучшаемых деталей повышенной точности.
Таблица 2 - Массовая доля элементов, % по ГОСТ 4543-71
|
C |
Si |
Mn |
S |
P |
Cr |
Ni |
Cu |
N |
|
0.36-044 |
0.17-0.37 |
0.50-0.80 |
≤0.035 |
≤0.035 |
0.80-1.10 |
≤0.30 |
≤0.30 |
≤0.008 |
Таблица 3 - Механические свойства при комнатной температуре по ГОСТ 8479
|
Закалка |
Режим термообработки |
σ 0,2 Н/мм |
σв Н/мм |
δ % |
ψ % |
KCU Дж/см |
HRC |
HB |
|
|
|
t˚c |
охлаждающая среда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
840-860 |
Вода или масло |
490 |
655 |
13 |
40 |
54 |
|
248 |
Выбор вида и метода получения заготовки.
Заготовка - прокат
Диаметр заготовки - Дз, мм
Дз=Дд+2Zo [1.стр28.ф 3.6]
Где Дд-максимальный диаметр детали, мм [Чертеж]припуск на диаметр, мм [1. с. 41 табл.3.13]
Выбор горячекатного проката ГОСТ 2590-71 [1. с. 43 табл. 3.14]
Дз=144+2×11=166 мм =8+3=11
Длина заготовки - Lз, мм
з=Lд+2×Zподр
[1.стр 43]
Где Lд-номинальная длина детали, мм [Чертеж]подр-припуск на подрезание торца, мм [1. с. 40 т.3.12]з=416+2×1,4=418,8
Масса заготовки - mз, кг
з= Vз×p×10-6 [1. с. 37 форм 3.8]
-обьём заготовки, мм3
Объем заготовки
плотность материала заготовки, кг/Дм3=7,85 кг/Дм3=142кг
Коэффициент использования материала
[1, с.38 формула
3,16]
мд - масса детали, кг
в стружку уходит 89% материала. Это не рационально т.к. Ким должен быть не менее 0,75
Заготовка-штамповка
Штамповочное оборудование - « Пресс молот » [1. с. 47]
Категория штамповки М1
Класс точности штамповки 2класс [1.с. 47]
Группа стали М1 [ 1.с.47]
Степень сложности заготовки [ 1.с.47]
C = mд
/mф (7)
где mф - масса фигуры в которую вписывается деталь, кг
С = 16,4/53=0,3
(8)
,16<C3<0,32
т.к. С = 0,3 то в моем случае С3
Ориентировочная масса заготовки, кг
МЗ ОР = mд /Кимср (9)
где Кимср - средний Ким = 0,75….0,8 [1.с.47]
МЗ ОР =16,4/0,8 = 20,5кг
Обезуглероженный слой метала,
который нужно снять равен 0,5 мм на сторону.
Таблица 4 - Припуски на диаметры ступеней вала и размеров диаметров ступеней заготовки-штамповки с допусками
|
Диаметр ступени вала Dd,мм |
Чистота поверхности Raпр,мкм |
Общий припуск на диаметр 2Z0,мм |
Допуск ступени заготовки-штамповки Dз,мм |
Припуск
на размер заготовки- штамповки |
Maх диаметр ступени заготовки- штамповки Dз мах, мм |
|
55 |
1,6 |
2(3,3+0,5)=7,6 |
55+7,6= 62,6 |
+3,5 -1,5 |
62,6+2= 64,6 |
|
58 |
1,6 |
2(3,3+0,5)=7,6 |
58+7,6= 65,6 |
+3,5 -1,5 |
65,6+2= 67,6 |
|
60 |
0,8 |
2(3,7+0,5)=8,4 |
60+8,4= 68,4 |
+3,5 -1,5 |
68,4+2= 70,2 |
|
70 |
12,5 |
2(2,9+0,5)=6,8 |
70+6,8= 76,8 |
+3,5 -1,5 |
76,8+2= 78,8 |
|
144 |
3,2 |
2(3,4+0,5)=7,8 |
144+7,8= 151,8 |
+3,0 -2,0 |
151,8+1,5=153,3 |
|
70 |
12,5 |
2(2,8+0,5)=6,6 |
70+7,8= 77,8 |
+3,5 -1,5 |
77,8+2= 79,8 |
|
60 |
0,8 |
2(3,7+0,5)=8,4 |
60+7,8= 67,8 |
+3,5 -1,5 |
67,8+2= 69,8 |
,мм
Таблица 5 - Припуски на длину ступеней вала и размеров длин ступеней заготовки - штамповки с допусками [2.с.38табл5,5]
|
Длина ступеней вала Lg, мм |
Частота поверхности торцов Raпр, мкм |
Общий припуск на длину 2Z,мм |
Диаметр ступени заготовки-штамповки Lз, мм |
Допуск
на размер заготовки- штамповки |
Maх длина ступени заготовки- штамповки Lз мах, мм |
|
218 |
12,5 |
(3,3+0,5) - (3,1+0,5)=0,2 |
Lз=218+0,2=218,2 |
+4 -2 |
218,2+2 220,2 |
|
158 |
12,5 |
(3,3+0,5) - (2,9+0,5)=0,4 |
Lз=158+0,4=158,4 |
+3,5 -2 |
158,4+1,5=159,9 |
|
98 |
12,5 |
(3,3+0,5) - (2,8+0,5)=0,5 |
Lз=98+0,5=98,5 |
+3,5 -1,5 |
98,5+2= 100,5 |
|
54,5 |
1,6 |
(3,3+0,5) - (3,3+0,5)=0 |
Lз=54,5+0=54,5 |
+3,5 -1,5 |
54,4+2= 56,5 |
|
100 |
6,3 |
(3,3+0,5) + (3,3+0,5)=7,6 |
Lз=100+7,6=107,6 |
+3,5 -1,5 |
107,6+2= 109,6 |
|
98 |
3,2 |
(3,3+0,5) - (3,3+0,5)=0 |
Lз=98+0= 98 |
+3,5 -1,5 |
98+2=100 |
|
54,5 |
1,6 |
(3,3+0,5) - (3,3+0,5)=0 |
Lз=54,5+0=54,5 |
+3,5 -1,5 |
54,5+2= 56,5 |
Масса заготовки - mз, кг
Где, 
-
масса каждого элемента заготовки, кг [1 с.45]
|
Операция |
Содержание или наименование операции |
Станок оборудования |
Оснастка |
|
005 |
Фрезерно - центровальная: фрезеровать торцы на длину 429,8 и центровать отверстие на Ø64,6 и Ø69,8 по форме В. Б.Т. - Шейки вала Ø69,8 и Ø64,6 - черновая. |
Фрезерно-центровальный МР76М |
УСП |
|
010 |
Токарно-винторезная: 1. Точить Ø60 до Ø62,7 по длине 44,5√Rа 12,5. 2.Точить Ø70 до Ø70 с одновременным образованием торца по длине 56,5 √Rа 12,5. 3. Точить Ø144,72 до 146,22 по длине 100 на проход √Rа 12,5. 4. Точить фаску 2х45 на Ø60к6 √ Rа 6,3. 5. Точить Ø60к6 до Ø61,2 с одновременным образованием торца на длине 43,5 √Rа 6,3. 6. Точить фаску 2×45 по Ø144,72 √Rа 6,3. 7. Точить Ø144,72 до Ø144,72 на проход √Rа 6,3. 8. Точить канавку на Ø60к6 шириной 5, Ø59 √Rа 6,3. Б.Т. - Гнезда центровых отверстий - чистовая. |
Токарно-винторезный с УПУ 16к20Ф3С32 |
Патрон поводковый, хомут, центр вращающийся, центр упорный. |
|
015 |
Токарно - винторезная: 1.Точить Ø55к6 до Ø57,3 по длине 60 с одновременным образованием торца. 2.Точить Ø58f9 до Ø60,3 на длине 60 с одновременным образованием торца √Rа 12,5. 3.Точить Ø60к6 до Ø62,7 по длине 43,5 с одновременным образованием торца √Rа 12,5. 4. Точить Ø70 до R62,7 по длине 43,5 с одновременным образованием гантели R=5 и торца по длине 56,5 √Rа 12,5. 5.Точить фаску 2х45 на Ø55к6 √Rа 6,3. 6.Точить Ø55к6 до Ø55,8 на длине 60 с одновременным образованием торца √Rа 6,3. 7.Точить Ø58f9 до Ø58,8 по длине 60 с одновременным торца √Rа 6,3. 8.Точить фаску 0,5×45 по Ø 60к6 √Rа 6,3. 9.Точить Ø60к6 до Ø61,2 с одновременным образованием торца на длине 43,5 √Rа 6,3. 10.Точить канавку на Ø55к6 ширина 5, глубина Ø54 √Rа 6,3. 11. Точить канавку на Ø60к6 ширина 5, глубиной Ø59 √Rа 6,3. Б.Т. - Гнезда центровых отверстий - чистовая. |
Токарно-винторезный с ЧПУ 16К20Ф3С32 |
Патрон поводковый, хомут поводковый, жесткий центр(2). |
|
020 |
Вертикально-фрезерная. Фрезеровать паз на Ø55к6 с продолжением на Ø58f9 длина 6,3 ширина 16, глубиной 5 √Rа 6,3. Б.Т. - Установка на шейки вала, чистовая база. |
Вертикально-фрезерный 6Р12 |
УСП. |
|
025 |
Радиально сверлильная 1.Сверлить отверстие на торце вала Ø55к6 Ø8,5 на длину 26 снять фаску 1×45. 2.Нарезать резьбу М10-7H Б.Т. - Установка на шейки вала, чистовая база. |
Радиально-сверлильный 2Р55 |
УСП. |
|
030 |
Зубофрезерная. Фрезеровать зубья на Ø144,72 на длине 100. Число зубьев 12 m=10. Б.Т. - Гнезда центровых отверстий - чистовая. |
Зубофрезерный станок Kalibo Y3180J |
Патрон |
|
035 |
Круглошлифовальная. 1.Шлифовать Ø55к6 до Ø55к6 на длине 60 √Rа 1,6. 2.Шлифовать Ø58f 9 до Ø58f9 на длине 60 √Rа 1,6. 3.Шлифовать Ø60к6 до Ø60,4 на длине 43,5 √Rа 1,6. 4.Шлифовать Ø60к6 до Ø60к6 на длине 43,5 √Rа 0,6. Б.Т. - Гнезда центровых отверстий-чистовая. |
Круглошлифовальный 3М131 |
Поводковый патрон, хомут поводковый, жесткий центр(2). |
|
040 |
Круглошлифовальная. 1.Шлифовать Ø60к6 до Ø60,4 на длине 43,5 √Rа 1,6. 2.Шлифовать Ø 60к6 до Ø60К6 на длине 43,5 √Rа 0,8. Б.Т. Гнезда центровых отверстий-чистовая. |
Круглошлифовальный 3М131 |
Поводковый патрон, хомут поводковый, жесткий центр(2). |