Характеристика
|
Единицы
измерения
|
Значение
|
Наибольший диаметр обрабатываемого отверстия
|
мм
|
145
|
Наименьший диаметр обрабатываемого отверстия
|
мм
|
67,5
|
Число оборотов шпинделя
|
об./мин.
|
155, 400
|
Скорость возвратно-поступательного движения
|
мм/мин.
|
8,1¸15,5
|
Мощность электродвигателя
|
квт
|
2,8
|
При точении отверстия верхней головки шатуна
используем токарный станок модели 1М61. Данные станка приведены в табл. 1.1.
Для расточки используется расточной резец 2140-0001 ГОСТ 18882-73 с углом в
плане g=60° с пластинами
из твёрдого сплава Т15К6. Для контроля величины отверстия в верхней головке
шатуна пользуемся нутромером индикаторным с ценой деления 10 мкм и пределами
измерения 18¸35 мм.
При вспомогательных операциях, связанных с
железнением, используем ванны для обезжиривания 10581.04.00.00, ванны для
горячей промывки 10581.08.00.00, ванны для холодной промывки 10581.05.00.00.
Так как железнение проводим безванным способом, то используем уплотнения.
Для контроля износа торцов нижней головки используем шаблон
28,5 мм или микрометр гладкий типа МК с ценой деления 10 мкм и пределами измерения
25¸50 мм. Уменьшение расстояния между осями
верхней и нижней головок контролируем шаблоном 184,5 мм.
После назначения последовательности операций и выбора
базовых поверхностей необходимо произвести расчёт толщины наносимого материала
при восстановлении детали.
Толщина наносимого на изношенную поверхность слоя
металла определяется по формуле:
, (1.1)
где Dизн. – величина износа поверхности детали, мм; zо – общий припуск на обработку.
Величину
припуска на обработку поверхности детали после восстановления можно определить
двумя способами:
l
опытно-статистический;
l
расчётно-аналитический.
Опытно-статистические данные припусков находятся с
помощью таблиц. Расчётно-аналитический метод позволяет определить величину
припуска с учётом всех элементов, составляющих припуск. При этом
предусматривается, что при каждом технологическом переходе должны быть
устранены погрешности, возникающие на нём и погрешности предшествующего
перехода. Этими погрешностями могут быть высота неровностей поверхностей,
глубина дефектного слоя, пространственные отношения и погрешности установки.
аmin, аmax – заданные размеры, мм;
bmin, bmax – выбраковочные размеры, мм;
сmin, сmax – размеры детали после предварительной
механической обработки перед восстановлением, мм;
dmin, dmax – промежуточные размеры, получаемые после
черновой механической обработки после восстановления детали, мм;
dа,
db, dс, dd,
dе – допуски соответственно на размер a, b, c, d, e, мм;
Dmin,
Dmax
– минимальный и максимальный износ детали, мм;
zmin, zmax, z'min, z'max,
z"min, z"max – минимальный и максимальный
припуски снимаемые соответственно при предварительной черновой обработке после
восстановления детали, чистовой обработке после восстановления, механической обработки
перед восстановлением, мм;
hmin, hmax – минимальная и максимальная толщина
наращиваемого слоя при восстановлении детали, мм.
Для деталей тел вращения величина минимального
припуска определяется по формуле:
, (1.2)
где Rzi-1 – высота микронеровностей на предшествующем переходе; Ti-1
– глубина дефектного слоя на предшествующем переходе; Pi-1
– суммарные пространственные отклонения; eqi – погрешность установки на выполненном
технологическом переходе.
Расчёт припусков и толщины восстанавливаемого слоя
выполняем в следующей последовательности:
1). Исходя из заданных и
выбракованных размеров детали определяем максимальную и минимальную величины
износа рабочих поверхностей детали (отверстия нижней головки шатуна).
, (1.3)
, (1.4)
где аmin, аmax – заданные размеры, мм; bmin, bmax – выбраковочные размеры детали, мм.
мм;
мм.
2). Для каждого технологического перехода записывают
значение Rz, T, p, e, d. Величины допуска на размер находится по таблицам от
класса точности.
Рис. 1.2. Схема графического расположения
припусков и
допусков при восстановлении детали
3). После предварительной
механической обработке перед восстановлением определяют припуски и предельные
размеры детали. Согласно рис. 1.2 получаем:
, (1.5)
, (1.6)
, (1.7)
Здесь и далее индексы при обозначении Rz, T, p, e, d показывают, с учётом качества каких поверхностей
нужно определить значение этих параметров.
мм;
мм;
мм;
мм.
4). Определяем припуски на
чистовую механическую обработку восстановленной детали и её предельные размеры
после черновой обработки:
, (1.9)
, (1.10)
, (1.11)
, (1.12)
мм,
мм,
мм,
мм.
5). Определяем припуски на
черновую обработку восстановленной детали и её предельные размеры после
восстановления:
, (1.13)
где d – диаметр обрабатываемого отверстия, мм; dотв.
– допуск на диаметр обрабатываемого отверстия в зависимости от точности
отверстия, мм.
, (1.14)
, (1.15)
, (1.16)
мм,
мм,
мм,
мм.
6). Определим толщину
наращиваемого слоя при восстановления детали:
, (1.17)
, (1.18)
мм,
мм.
7). Проверяем
правильность расчёта припусков по каждому переходу и толщины восстанавливаемого
слоя:
, (1.19)
, (1.20)
, (1.21)
, (1.22)
мм,
мм,
мм,
мм.
Последовательность
операций при восстановлении размеров отверстия нижней головки шатуна:
1). Чистовое
растачивание с целью исправления геометрических параметров отверстия нижней головки
шатуна.
2).
Восстановление детали путём нанесения гальванического покрытия. Применяем железнение.
3).
Предварительная механическая подготовка. Назначаем чистовое шлифование.
4).
Окончательная механическая обработка. Применяем хонингование с целью достижения
необходимых параметров шероховатости.
Определение
припуска на механическую обработку отверстия в верхней головке шатуна: верхнюю
головку восстанавливаем растачиванием отверстия в верхней головке шатуна до ремонтного
размера (29,75+0,023 мм). Выбраковочный размер детали равен 29,53
мм, поэтому припуск принимаем равным 0,22 мм.
Для
восстановления отверстия в нижней головке шатуна наибольшее применение получило
осталивание (железнение) ванным методом. Сущность процесса состоит в том, что в
качестве ванны используется сама деталь. Электролит удерживается в изношенном отверстии
при помощи приспособлений с уплотнениями. В качестве источника питания для
наносимого покрытия используется растворимые аноды из стали 10, 20.
В настоящее
время в производстве широко используется железнение в холодном электролите на
асимметричном токе с катодно-анодным соотношением b=8¸10.
Для железнения применяется электролит с концентрацией хлористого железа FeCl24H2O – 200 г/л, йодистый калий KI – 20
г/л, HCl – 15 г/л. Температура электролита поддерживается в
пределах 50 °С, а плотность тока 50¸60 А/дм.
Технологический
процесс железнения включает операции: электрохимическое обезжиривание, анодное
травление, железнение, нейтрализацию с последующими промывками после каждой
операции. Далее шатуны отправляют в сушку.
При
обработке деталей на металлорежущих станках элементами режима обработки является:
глубина резания, подача, скорость резания, мощность резания.
Обрабатываем
отверстие нижней головки шатуна. Глубина резания t при черновой обработке
равна или кратна припуску z на выполняемом технологическом переходе. При
чистовой обработке (Ra<2,5) глубина резания принимается в
пределах 0,1¸0,4 мм. После назначения глубины резания t=0,1 мм назначаем подачу
из числа существующих в характеристике станка S=0,1 мм/об.
Скорость
резания v рассчитывается по формуле:
, (1.23)
где Сv, m, xv, yv – коэффициенты и показатели степени,
учитывающие условия обработки; Т – период стойкости режущего инструмента; Kv – поправочный коэффициент, учитывающий условия обработки, которые не
учтены при выборе Cv.
Период стойкости режущего инструмента Т принимаем
равным 60 минутам. Поправочный коэффициент Kv рассчитываем по формуле:
, (1.24)
где Kmv=1,67 – коэффициент, учитывающий механические свойства
обрабатываемого материала; Knv=1 – коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки;
Kуv=1 коэффициент, учитывающий главный угол резца в плане;
Kу1v=0,9 – коэффициент, учитывающий вспомогательный угол
резца в плане; Krv=1 – коэффициент, учитывающий радиус при вершине режущей
части резца; Kqv=0,91 – коэффициент, учитывающий размеры державки резца;
Kоv=1 – коэффициент, учитывающий вид обработки; Kuv=0,9 –
коэффициент, учитывающий вид материала режущей части инструмента.
.
Определим
скорость резания по формуле (1.23):
м/мин.
По
расчётному значению скорости резания определяется частота вращения шпинделя с
закреплённым резцом:
, (1.25)
где dД
– диаметр детали (отверстия), мм.
об/мин.
Максимальная частота вращения шпинделя станка равна
450 об./мин. Принимаем частоту вращения шпинделя, близкую к расчётной n=350 об/мин.
Тогда скорость обработки рассчитывается по формуле:
, (1.26)
м/мин.
Рассчитанные элементы режима резания необходимо
проверить по мощности электродвигателя станка. Мощность резания определим по
формуле:
, (1.27)
где рz – составляющая силы резания.
, (1.28)
, (1.29)
где КMрz=0,68 – коэффициент, учитывающий качество
обрабатываемого материала; Кjрz=1 – коэффициент,
учитывающий главный угол в плане режущей части инструмента; Кyрz=0,94 – коэффициент, учитывающий передний угол режущей
части инструмента; Кpрz=1,1 – коэффициент, учитывающий угол наклона лезвия;
КRрz=1 – коэффициент, учитывающий влияние радиуса при
вершине резца.
.
Коэффициент КRрz не учитываем,
т.к. сталь резца не быстрорежущая.
Н – составляющая силы резания.
кВт – мощность резания.
Мощность
резания, приведённая к валу электродвигателя, должна быть равна или несколько
меньше мощности электродвигателя станка.
Условие выполняется: Nр<Nэ
0,23<3.
После выполнения токарной обработки предусмотрена
гальваническая операция (железнение – см. п. 1.10) отверстия нижней головки
шатуна.
Чистовое шлифование отверстия нижней головки шатуна.
При шлифовании периферией круга с радиальной подачей (врезное шлифование)
мощность определяется по формуле:
, (1.30)
где d – диаметр шлифования, мм; b –
ширина шлифования, мм; v'd – скорость вращательного движения детали,
об./мин; Sp – перемещение шлифовального круга в
радиальном направлении, мин./об., Сn, r, y, q, z – поправочный коэффициент и степени для
табличных условий работы.
об./мин.
кВт.
Условие выполняется: Nр<Nэст
3,6<8,275.
Определяем скорость резания по формуле:
, (1.31)
где vв
– скорость вращательного движения хона, об/мин.; vв-п – скорость возвратно-поступательного движения
хона, м/мин.
, (1.32)
где D=69,4 мм – диаметр хонингуемого отверстия; n=155 об/мин. – частота вращения
шпинделя станка.
, (1.33)
где nвх=10 ход/мин.
– число двойных ходов хона; Lх=0,15
м – длина хона.
м/мин.
м/мин.
м/мин.
Мощность при вращательном движении определяется по
формуле:
, (1.34)
где Рх – осевая составляющая силы резания, м.
, (1.35)
где fх
– коэффициент трения резания; р – давление брусков, Па; S –
площадь контакта одного бруска с обрабатываемой поверхностью, м2; n –
количество брусков в хоне, ед.
Н.
кВт.
Условие выполняется: Nв<Nэст
1,25<2,8.
1.11.5. Растачивание отверстия верхней головки шатуна
Протачиваем
отверстие верхней головки шатуна до ремонтного размера. Глубина резания t при
черновой обработке равна или кратна припуску z на выполняемом технологическом
переходе. При чистовой обработке (Ra<2,5) глубина резания принимается в пределах
0,1¸0,4 мм. После назначения глубины резания t=0,1 мм назначаем подачу
из числа существующих в характеристике станка S=0,1 мм/об.
Скорость
резания v рассчитывается по формуле:
, (1.23)
где Сv, m, xv, yv – коэффициенты и показатели степени,
учитывающие условия обработки; Т – период стойкости режущего инструмента; Kv – поправочный коэффициент, учитывающий условия обработки, которые не
учтены при выборе Cv.
Период стойкости режущего инструмента Т принимаем
равным 60 минутам. Поправочный коэффициент Kv рассчитываем по формуле:
, (1.24)
где Kmv=1,67 – коэффициент, учитывающий механические свойства
обрабатываемого материала; Knv=1 – коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки;
Kуv=1 коэффициент, учитывающий главный угол резца в плане;
Kу1v=0,9 – коэффициент, учитывающий вспомогательный угол
резца в плане; Krv=1 – коэффициент, учитывающий радиус при вершине режущей
части резца; Kqv=0,91 – коэффициент, учитывающий размеры державки резца;
Kоv=1 – коэффициент, учитывающий вид обработки; Kuv=0,9 –
коэффициент, учитывающий вид материала режущей части инструмента.
.
Определим
скорость резания по формуле (1.23):
м/мин.
По
расчётному значению скорости резания определяется частота вращения шпинделя с
закреплённым резцом:
, (1.25)
где dД
– диаметр детали (отверстия), мм.
об/мин.
Максимальная частота вращения шпинделя станка равна
2000 об/мин. Принимаем частоту вращения шпинделя, близкую к расчётной n=850 об/мин.
Тогда скорость обработки рассчитывается по формуле:
, (1.26)
м/мин.
Рассчитанные элементы режима резания необходимо проверить
по мощности электродвигателя станка. Мощность резания определим по формуле:
, (1.27)
где рz – составляющая силы резания.
, (1.28)
где Срz, xрz, yрz,
nрz – коэффициенты и показатели степеней,
учитывающие условия обработки; Крz – поправочный
коэффициент, учитывающий условия обработки, неучтённые коэффициентом Срz.
, (1.29)
где КMрz=0,68 – коэффициент, учитывающий качество
обрабатываемого материала; Кjрz=1 – коэффициент,
учитывающий главный угол в плане режущей части инструмента; Кyрz=0,94 – коэффициент, учитывающий передний угол режущей
части инструмента; Кpрz=1,1 – коэффициент, учитывающий угол наклона лезвия;
КRрz=1 – коэффициент, учитывающий влияние радиуса при
вершине резца.
.
Коэффициент КRрz не учитываем,
т.к. сталь резца не быстрорежущая.
Н – составляющая силы резания.
кВт – мощность резания.
Мощность
резания, приведённая к валу электродвигателя, должна быть равна или несколько
меньше мощности электродвигателя станка.
Условие выполняется: Nр<Nэ
0,50<3.
Норма времени включает ряд элементов: tо – основное время; tв – вспомогательное время; tорм – время обслуживания рабочего места; tп – время перерыва на отдых; Tп-з – подготовительно-заключительное время.
Основное время – время в течение которого происходит изменение
размеров, формы и свойств обрабатываемых поверхностей детали.
Время обслуживания рабочего места и время перерыва на отдых принимается
в процентах от оперативного времени, которое равно сумме основного и
вспомогательного времени.
Подготовительно-заключительное время даётся на парию и не зависит от величины этой
партии.
Штучно-калькуляционное время определяется по формуле:
, (1.30)
где n – размер партии деталей.
Размер партии определяется по формуле:
, (1.31)
где N=20000 шт. – производственная программа; Dx – число дней хранения (10-20 дней); Dp – число
рабочих дней в году.
деталей.
Расточная обработка отверстия нижней головки шатуна:
, (1.32)
где Lpx – длина рабочего хода инструмента, мм; i –
число проходов; n – частота вращения детали, об/мин.; S –
подача инструмента за один оборот детали, мм/об.
мин.
, (1.33)
где tву
- вспомогательное время на установку-снятие; tвп - вспомогательное время, связанное с
переходом.
мин.
мин.
мин.
Растачивание отверстия верхней головки шатуна:
мин.
мин.
мин.
Шлифование отверстия нижней головки шатуна:
, (1.34)
где Lpx – длина рабочего хода инструмента, мм; h –
припуск на диаметр, мм; K3 – коэффициент ходов; nD – частота вращения детали, об./мин.; Sпр – глубина шлифования, мм.
мин.
мин.
мин.
Хонингование отверстия нижней головки шатуна:
, (1.35)
где z – припуск на диаметр, мм; b –
толщина слоя металла, снимаемого за двойной ход хона, мм.
мин.
мин.
мин.
Гальваническое покрытие.
Восстанавливаем размеры отверстия нижней головки
шатуна:
, (1.36)
где h
– толщина покрытия,
мм; g - плотность осаждённого металла, г/см3; Dк – плотность тока на катоде, А/дм2; С – электрохимический эквивалент,
г/А´ч; h - коэффициент выхода металла по току.
мин. , мин.
,
(1.37)
где n1
– количество деталей, загруженных в ванну; Ku – коэффициент использования ванн.
мин.
Заключение
В
процессе выполнения курсовой работы были углублены и закреплены знания по дисциплине.
Был выполнен расчёт для определённого задания и получены практические знания по
проектированию процесса восстановления детали автомобиля. В соответствии с
заданием на курсовую работу разработан технологический процесс восстановления
шатуна автомобиля ЗИЛ-130 и выбрано необходимое техническое оборудование, а
также рассчитаны режимы и нормы времени на механическую обработку.
1). Единый тарифно-квалификационный справочник работ и
профессий рабочих. – М.: Машиностроение, 1986 г.
2). Иванов В.Б. Справочник по нормированию труда на
автомобильном транспорте. – Киев: Техника, 1991 г.
3). Малдык Н.В., Зелкин А.С. Восстановление деталей
машин: Справочник. – М.: Машиностроение, 1989 – 420 с.
4). Основы технологии производства и ремонта
автомобилей: Метод. указания./Сост. А.Д. Полканов, ВоГТУ: - Вологда, 1999 г.
5). Справочник технолога авторемонтного
производства./Под редакцией Г.А. Малышева. – М.: Транспорт, 1977 г.
6). Справочник технолога-машиностроителя. Т. 1/Под
редакцией А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. – М.: Машиностроение, 1972 г.
7). Справочник технолога-машиностроителя. Т. 2/Под
редакцией А.Н. Малого. – М.: Машиностроение, 1972 г.