Разработка технологического процесса восстановления детали: вал опоры

Московский Государственный Университет Леса

Расчетно-пояснительная записка к курсовой работе на тему:

«Разработка технологического процесса восстановления детали:

Вал опоры»

г.

Содержание

Введение

. Анализ исходных данных

. Подготовка к дефектации и ремонту

. Выбор способа ремонта поверхностей детали

. Разработка технологического маршрута ремонта детали

. Разработка технологических операций ремонта наружной резьбы М20х1,5-6g   

6. Разработка технологических операций ремонта поверхности ø38

Заключение

Список использованной литературы

1. Анализ исходных данных

В качестве исходных данных были предложены:

1. Ремонтный чертеж детали «Вал опоры».

. Перечень дефектов и величин износа поверхностей:

          2.1. Повреждение наружной резьбы М20х1,5-6g

          2.2. Износ наружной поверхности под манжету до размера менее 37,85 мм.

Подробное исследование состояния деталей проводится при полной или частичной разборке машины (механизма, агрегата, узла), которую проводят при поломке механизма (машины) - в ходе непланового ремонта, либо планового в ходе текущего, среднего или капитального ремонта.

Для обеспечения качественного диагностирования состояния оборудования проводится его мойка и чистка. А для качественной дефектации детали её моют (обезжиривают) и очищают от краски и коррозии. Очищенные поверхности детали защищают от коррозии (консервируют).

При подробном осмотре (исследовании) изношенных деталей, можно выявить, что износились только отдельные части (поверхности) этих деталей и экономически выгодно бывает не выбрасывать деталь и изготавливать новую, а восстановить изношенные поверхности старой детали. Но это зависит от технических требований к точности размеров и форм, к шероховатости и твердости изнашиваемых деталей, а также от анализа имеющихся дефектов детали, так как при некоторых дефектах проще (легче и дешевле) сделать новую деталь, чем восстанавливать старую. Для обоснования целесообразности ремонта необходимо определить технико-экономический критерий, который учитывает необходимость восстановления поверхностей деталей конкретным способом ремонта. Необходимость восстановления основывается на сравнении фактического и допустимого значения параметров.

2. Подготовка к дефектации и ремонту

Чтобы обеспечить доступ к детали проводится полная (при капитальном ремонте) или частичная (при текущем и средних ремонтах) разборка на узлы и детали. Перед разборкой оборудования проводят, как правило, его наружную мойку и чистку. Оборудование разбирают сначала на отдельные узлы, которые также моют и чистят. Затем те узлы, которые необходимо, разбирают на отдельные детали.

Промывка (обезжиривание) детали

Промывка и обезжиривание детали является обязательным этапом процесса подготовки к дефектации и ремонту. Технологический процесс мойки и обезжиривания зависит от материала, из которого сделана деталь: для стальных деталей применяются одни обезжиривающие жидкости, другие для цветных металлов, для пластмассовых деталей - свои. Для промывки (обезжиривания) используют специальные ванны с соответствующими промывочными приспособлениями.

Помещение должно быть оборудовано приточной и вытяжной вентиляцией, т.к. испарения от промывочных растворов часто вредны для здоровья работающих.

Также должны быть предусмотрены средства пожаротушения, поскольку эти испарения, как правило, легко воспламеняются. Для обезжиривания деталей, имеющих примерно одинаковую степень загрязнения и изготовленных из одинакового материала, разработаны типовые технологические процессы мойки.

Временная защита промытой и очищенной детали от коррозии (консервация)

Промытая и очищенная (до блеска) поверхность металлической детали требует защиты от окисления (от коррозии). Временная защита очищенной металлической (стальной) детали от коррозии называется консервацией детали и обеспечивается смазыванием специальными вязкими маслами.

3. Выбор способа ремонта поверхностей детали

Из всего многообразия способов ремонта деталей необходимо выбрать наиболее целесообразный способ, которым будут восстанавливать изношенную поверхность.

Для этого происходит последовательный отсев способов ремонта по трем критериям - техническому, технологическому и технико-экономическому.

При выборе способа ремонта по техническому критерию оценивают возможность применения таких способов, которые позволили бы восстановить данную поверхность детали по условию k_дi≥k_д. То есть коэффициент долговечности способа ремонта должен быть больше или равен заданному. Значения коэффициентов долговечности k_д разных способов восстановления можно взять из таблицы 3.1.([1], стр. 18).

После отсева по техническому критериям для каждого дефекта отбираются способы ремонта по технологическому критерию. В этом случае происходит оценка с позиции технологической возможности устранить данный дефект. Происходит сравнение технологических возможностей способов ремонта с теми требованиями, которые выдвигает данный дефект поверхности детали. Помимо этого, происходит проверка возможности данного способа обеспечить требуемую толщину наращиваемого слоя. Условие проверки при одностороннем износе:

где:    - обеспечиваемая данным способом ремонта предельная толщина наращиваемого слоя на сторону, приведенная в ([1], стр. 18)

 - требуемая толщина наращиваемого слоя на сторону, которая рассчитывается по формуле

здесь:          - максимальный износ поверхности на сторону;

 - односторонний припуск на обработку после восстановления детали j -м способом, приведенный в ([1], стр. 18)

Последний этап выбора способа восстановления поверхностей из всех, прошедших отбор по техническому и технологическому критериям способов ремонта - технико-экономический.

Выбирают такой способ, у которого коэффициент экономической эффективности был бы наименьшим, т.е. происходит минимизация расходов на ремонт:  ([1], табл. 3.1, стр. 18)

Отбор способов ремонта последовательно по техническому, технологическому и технико-экономическому критериями можно свести в таблице заполняемую отдельно для каждой ремонтируемой поверхности (табл. 1,2).

Дефект 1: Выбор способа ремонта наружной резьбы М20х1,5-6g

.=(1+2)=3мм≤∆=3мм (Наплавка под флюсом)

.=(1+2)=3мм≤∆=3мм (В среде защитных газов (СО₂))

.=(1+1)=2мм ≤∆=2мм (Вибродуговая)

.=(1+2)=3мм≤∆=3мм (В водяном паре)

Таблица 1

Дефект 2: Выбор способа ремонта поверхности Ø38

.=(0,065+2)=2,065мм≤∆=3мм (Наплавка под флюсом)

.=(0,065+2)=2,065мм≤∆=3мм (В среде защитных газов (СО₂))

.=(0,065+1)=1,065мм ≤∆=2мм (Вибродуговая)

.=(0,065+2)=2,065мм≤∆=3мм (В водяном паре)

Таблица 2

Выбранные способы позволяют разработать технологический маршрут ремонта детали.

4. Разработка технологического маршрута ремонта детали

Технологический маршрут ремонта должен быть разработан так, чтобы все дефекты детали могли быть устранены с минимальными затратами времени и средств.

Маршрут ремонта детали

1. Срезать наружную резьбу М20х1,5-6g для устранения неравномерности износа.

2. Обработка как «чисто» поверхности Ø38 для устранения неравномерности износа.

. Наплавить поверхность под резьбу на установке в среде защитных газов.

. Наплавить поверхность Ø38 на установке в среде защитных газов.

. Нарезать наружную резьбу М20х1,5-6g.

. Точить поверхность Ø38 в размер.

5. Разработка технологических операций ремонта наружной резьбы м20х1,5-6g

На данном этапе решается комплекс задач, аналогичный задачам при изготовлении деталей. Он включает: выбор оборудования, выбор технологической оснастки и инструмента, расчёт параметров процесса, расчёт норм времени.

Выбор оборудования, станочных приспособлений.

Способ ремонта наружной резьбы М20х1,5-6g наплавка в среде защитных газов (СО₂). Выбираем установку для автоматизированной наплавки УД209 УХЛ-4. В качестве вспомогательного оборудования устанавливаем сварочный трансформатор ВДУ-504. Установка должна иметь приспособления: типовой трехкулачковый самоцентрирующийся патрон по ГОСТ 16886-71 и центр станочный по ГОСТ 8742-75. В стандартной комплектации УД-209 УХЛ-4 предусмотрено наличие универсальной наплавочной головки для подачи наплавочного электрода, флюса и защитного газа. В качестве газа должен быть использован СО₂. Расчет режимов наплавки.

Параметрами режима наплавки являются: сила тока I [А], напряжение на дуге U [В], скорость подачи электродной проволоки V_np [м/ч], шаг наплавки S [мм], толщина наплавляемого слоя h [мм] и частота вращения детали (частота вращения шпинделя станка n) [мин^-1].

Исходные данные: диаметр наплавляемой детали D=18 мм, диаметр электродной проволоки d, скорость наплавки V_н, износ детали с припуском на обработку Z.

Износ резьбы принят 1 мм/ст

Скорость подачи электродной проволокой в зону наплавки определяют по выражению:

 , м/ч

V_н - скорость наплавки, м/ч;

h - толщина наплавленного слоя, мм;

S - шаг наплавки, мм/об;

К_з- коэффициент заполнения шва;

К_п - коэффициент перехода металла проволоки в шов.

К_з = от 0,9 до 0,95

К_п = от - 0,95 до 1,0

Требуемая толщина наплавляемого слоя

h=((D_н-D_ф)/2)+Z=(20-18)/2+2=3 мм,

где D_н, D_ф - номинальный и фактические диаметры наплавляемой детали, мм;

Z - припуск на механическую обработку, мм. Обычно Z от 1 до 2 мм, берем Z=2.

По табл. 5.1. (стр. 42, [3]) выбираем диаметр электродной проволоки марки Нп - 30ХГСА, d = 1,2 мм. Сила тока I = 95 А, напряжение на дуге U=20 В.

Скорость наплавки V_H=35 м/ч, шаг наплавки S=3 мм/мин.

Тогда скорость подачи электродной проволоки V_np составит:

Частота вращения шпинделя станка:= (1000·Vн)/60π·D;

n= (1000·35)/60· π ·18= 10,3 об/мин

Для настройки наплавочной головки потребуются следующие параметры: смещение электрода с зенита а = 5 мм, вылет электрода b = 10 мм.

Оформим операционную карту наплавки.

Подготовка поверхности детали под наплавку.

Подготовка детали к ремонту наплавкой заключается в очистке её от масел, ржавчины и механической обработке (точить «как чисто»), для устранения неравномерностей износа. Очистка от масел и загрязнений осуществляется протиркой детали ветошью, промывкой в керосине или других моющих растворах.

С целью обеспечения равномерной и определенной толщины наплавляемого слоя поверхность подвергается обработке - механической.

Толщина снимаемого слоя выбирается таким образом, чтобы толщина наплавки после окончательной механической обработки оставалась не менее 0,5-1,0 мм.

Расчёт режимов механической обработки.

При выборе технологического оборудования учитываются габариты обрабатываемой заготовки, технологические маршруты обработки ее отдельных поверхностей, точность обработки, которая должна быть обеспечена на разрабатываемой операции, и другие факторы.

Технические характеристики металлорежущих станков приведены в ([2], стр. 5-65).

Выбираем универсальный токарно-винторезный станок 16К20.

В качестве станочного приспособления для крепления детали выбираем трехкулачковый патрон (ГОСТ 16886-71).

При механической обработке поверхностей деталей после наплавки применяют резцы и фрезы, оснащенные твердосплавными пластинами. Пластины изготовляются из металлокерамики и состоят из карбидных титано-вольфрамо-кобальтовых сплавов.

Размеры, геометрические и конструктивные элементы стандартных режущих инструментов приведены в ([2], стр.114-260).

Выбираем резцы токарные: проходной отогнутый Т5К6 ГОСТ 18879-73, резьбовые резцы Т5К6 ГОСТ 18885-73 и канавочный специальный Т5К6.

Общие принципы выбора измерительных средств изложены в ([2], стр. 462). Контроль резьбы будем осуществлять калибрами: проходным и непроходным для резьбы М20х1,5-6g.

Общие положения по назначению режимов резания и особенности их расчёта при точении, строгании, долблении, сверлении, фрезеровании и других видах обработки приведены в справочнике технолога-машиностроителя ([2], стр. 261-303).

Технологические переходы для наружной резьбы М20х1,5-6g.

. Черновое точение.

. Чистовое точение.

. Нарезание резьбы (3 черновых хода и 2 чистовых хода).

В соответствии с изложенными в справочнике рекомендациями, порядок расчёта режимов резания разобьём на несколько этапов ([2], стр. 265-275):

. Назначается глубина резания t по технологическим переходам:

черновое точение t = 0,9 мм;

чистовое точение t = 0,4 мм;

нарезание резьбы t = 0,2 мм.

. Назначается подача S и размер державки резца по технологическим переходам:

черновое точение S = 0,6 мм/об;

чистовое точение S = 0,4 мм/об;

нарезание резьбы S = 1,5 мм/об.

Размер державки резца 25´16 мм.

.Определяется скорость резания.

При этом среднее значение скорости резца Т рекомендуется принимать 30-60 м/мин. Поправочный коэффициент К_v, учитывающий влияние состояние поверхности заготовки на скорость резания при черновом точении рекомендуется взять равным 0,5, а для последующих технологических переходов К_v=0,7;

,

где: =60 м/мин.,, x=0,15, y=0,45, m=0,20.

Черновое точение:

Нарезание резьбы:

=70 м/мин.,, x=0,23, y=0,30, m=0,20.

. Определяется частота вращения шпинделя станка n в об/мин.

Расчётная частота вращения шпинделя определяется по формуле:

,

где: V- скорость резания м/мин;

d - диаметр заготовки, мм.

Черновое точение:

об/мин.

Чистовое точение:

об/мин.

Нарезание резьбы:

об/мин.

По паспорту станка определяется ближайшая номинальная частота вращения n.

В соответствии с принятой частотой вращения n рассчитывается фактическая скорость резания:

В справочнике приведены число скоростей шпинделя К, наименьшая n_min и наибольшая n_max. Частоты вращения шпинделя, члены ряда частот вращения шпинделя определяются по формуле:

Знаменатель геометрической прогрессии j определяется по зависимости:

Округлим полученное значение до одного из чисел: 1,06; 1,12; 1,25; 1,41; 1,51; 1,78. Выбираем ближайшую меньшую.

; .

Черновое точение:

.

Чистовое точение:

 об/мин.

.

Нарезание резьбы:

 об/мин.

.

. Определяется составляющая силы резания Р_z, которая зависит от режимов резания и геометрических параметров режущей части инструмента. Главный угол в плане и радиус при вершине определяются в соответствии с выбранным инструментом. ,

где: , x = 1,0, y = 0,75, n = - 0,15, K_p=1,15.

Так как наибольшие силы резания обуславливаются наибольшей глубиной резания и подачей, то целесообразно провести расчёт только для чернового точения:

.

. Определяется мощность резания N:

;

. По найденному значению мощности N проверяют выполнение условия:

 , N_прив=N/η

где N_прив - мощность электродвигателя главного привода. η=0,7

Если условие не выполнено, то корректируются расчётные значения режимов резания (в первую очередь глубина резания).

N_прив=0,075/0,7=0,11кВт

0,075<0,11.

6. Разработка технологических операций ремонта поверхности ø38

На данном этапе решается комплекс задач, аналогичный задачам при изготовлении деталей. Он включает: выбор оборудования, выбор технологической оснастки и инструмента, расчёт параметров процесса, расчёт норм времени.

Выбор оборудования, станочных приспособлений.

Способ ремонта для дефекта поверхности Ø38 наплавка в среде защитных газов (СО₂). Выбираем установку для автоматизированной наплавки УД209 УХЛ-4. В качестве вспомогательного оборудования устанавливаем сварочный трансформатор ВДУ-504. Установка должна иметь приспособления: типовой трехкулачковый самоцентрирующийся патрон по ГОСТ 16886-71 и центр станочный по ГОСТ 8742-75. В стандартной комплектации УД-209 УХЛ-4 предусмотрено наличие универсальной наплавочной головки для подачи наплавочного электрода, флюса и защитного газа. В качестве газа должен быть использован СО₂.

Расчет режимов наплавки.

Параметрами режима наплавки являются: сила тока I [А], напряжение на дуге U [В], скорость подачи электродной проволоки V_np [м/ч], шаг наплавки S [мм], толщина наплавляемого слоя h [мм] и частота вращения детали (частота вращения шпинделя станка n) [мин^-1].Исходные данные: диаметр наплавляемой детали D=38 мм, диаметр электродной проволоки d, скорость наплавки V_н, износ детали с припуском на обработку Z.

Износ поверхности ø38 принят 0,065 мм/ст

Скорость подачи электродной проволокой в зону наплавки определяют по выражению:

 , м/ч

V_н - скорость наплавки, м/ч;

h - толщина наплавленного слоя, мм;

S - шаг наплавки, мм/об;

К_з- коэффициент заполнения шва;

К_п - коэффициент перехода металла проволоки в шов.

К_з = от 0,9 до 0,95

К_п = от - 0,95 до 1,0

Требуемая толщина наплавляемого слоя

h=((D_н-D_ф)/2)+Z=(37,975-37,845)/2+2=2,065 мм,

где D_н, D_ф - номинальный и фактические диаметры наплавляемой детали, мм;

Z - припуск на механическую обработку, мм. Обычно Z от 1 до 2 мм, берем Z=2.

По табл. 5.1. (стр. 42, [3]) выбираем диаметр электродной проволоки марки Нп - 30ХГСА, d = 1,2 мм. Сила тока I = 95 А, напряжение на дуге U=20 В.

Тогда скорость подачи электродной проволоки V_np составит:

Частота вращения шпинделя станка:= (1000·Vн)/60π·D;

n= (1000·35)/60· π ·38= 4,88 об/мин

Для настройки наплавочной головки потребуются следующие параметры: смещение электрода с зенита а = 5 мм, вылет электрода b = 10 мм.

Оформим операционную карту наплавки.

Подготовка поверхности детали под наплавку.

Подготовка детали к ремонту наплавкой заключается в очистке её от масел, ржавчины и механической обработке (точить «как чисто»), для устранения неравномерностей износа. Очистка от масел и загрязнений осуществляется протиркой детали ветошью, промывкой в керосине или других моющих растворах.

С целью обеспечения равномерной и определенной толщины наплавляемого слоя поверхность подвергается обработке - механической.

Толщина снимаемого слоя выбирается таким образом, чтобы толщина наплавки после окончательной механической обработки оставалась не менее 0,5-1,0 мм.

Расчёт режимов механической обработки.

При выборе технологического оборудования учитываются габариты обрабатываемой заготовки, технологические маршруты обработки ее отдельных поверхностей, точность обработки, которая должна быть обеспечена на разрабатываемой операции, и другие факторы.

Технические характеристики металлорежущих станков приведены в ([2], стр. 5-65).

Выбираем универсальный токарно-винторезный станок 16К20.

В качестве станочного приспособления для крепления детали выбираем трехкулачковый патрон (ГОСТ 16886-71).

При механической обработке поверхностей деталей после наплавки применяют резцы и фрезы, оснащенные твердосплавными пластинами. Пластины изготовляются из металлокерамики и состоят из карбидных титано-вольфрамо-кобальтовых сплавов.

Размеры, геометрические и конструктивные элементы стандартных режущих инструментов приведены в ([2], стр.114-260).

Выбираем резцы токарные: проходной отогнутый Т5К6 ГОСТ 18879-73, резцы для проточки внутренних отверстий Т5К6 ГОСТ 18879-73 и канавочный специальный Т5К6.

Общие принципы выбора измерительных средств изложены в ([2], стр. 462]. Для единичного и мелкосерийного производства применяют универсальные измерительные средства. Выбираем микрометр МК ГОСТ 66507-89 и штангенциркуль ШЦ-II 0..200 ГОСТ 166-80.

Общие положения по назначению режимов резания и особенности их расчёта при точении, строгании, долблении, сверлении, фрезеровании и других видах обработки приведены в справочнике технолога-машиностроителя ([2], стр. 261-303).

Технологические переходы для МО поверхности Ø38:

. Черновое точение.

. Чистовое точение.

. Тонкое точение.

В соответствии с изложенными в справочнике рекомендациями, порядок расчёта режимов резания разобьём на несколько этапов ([2], стр. 265-275):

. Назначается глубина резания t по технологическим переходам:

черновое точение t = 0,9 мм;

чистовое точение t = 0,4 мм;

тонкое точение t = 0,26 мм.

. Назначается подача S и размер державки резца по технологическим переходам:

черновое точение S = 0,6 мм/об;

чистовое точение S = 0,4 мм/об;

тонкое точение S = 0,05 мм/об.

Размер державки резца 25´16 мм.

.Определяется скорость резания.

При этом среднее значение скорости резца Т рекомендуется принимать 30-60 м/мин. Поправочный коэффициент К_v, учитывающий влияние состояние поверхности заготовки на скорость резания при черновом точении рекомендуется взять равным 0,5, а для последующих технологических переходов К_v=0,7;

,

где: =60 м/мин.,, x=0,15, y=0,45, m=0,20.

Черновое точение:

Чистовое точение:

Тонкое точение:

. Определяется частота вращения шпинделя станка n в об/мин.

Расчётная частота вращения шпинделя определяется по формуле:

,

где: V- скорость резания м/мин;

d - диаметр заготовки, мм.

Черновое точение:

об/мин.

Чистовое точение:

об/мин.

Тонкое точение:

об/мин.

По паспорту станка определяется ближайшая номинальная частота вращения n.

В соответствии с принятой частотой вращения n рассчитывается фактическая скорость резания:

В справочнике приведены число скоростей шпинделя К, наименьшая n_min и наибольшая n_max. Частоты вращения шпинделя, члены ряда частот вращения шпинделя определяются по формуле:

Знаменатель геометрической прогрессии j определяется по зависимости:

Округлим полученное значение до одного из чисел: 1,06; 1,12; 1,25; 1,41; 1,51; 1,78. Выбираем ближайшую меньшую.

; .

Черновое точение:

.

Чистовое точение:

 об/мин.

.

Тонкое точение:

 об/мин.

.

. Определяется составляющая силы резания Р_z, которая зависит от режимов резания и геометрических параметров режущей части инструмента. Главный угол в плане и радиус при вершине определяются в соответствии с выбранным инструментом. ,

где: , x = 1,0, y = 0,75, n = - 0,15, K_p=1,15.

Так как наибольшие силы резания обуславливаются наибольшей глубиной резания и подачей, то целесообразно провести расчёт только для чернового точения:

.

. Определяется мощность резания N:

;

. По найденному значению мощности N проверяют выполнение условия:

 , N_прив=N/η

где N_прив - мощность электродвигателя главного привода. η=0,7

Если условие не выполнено, то корректируются расчётные значения режимов резания (в первую очередь глубина резания).

N_прив=0,08/0,7=0,11кВт

0,08<0,11.

Заключение

В ходе выполнения курсовой работы были разработаны технологические документы и выполнен ремонтный чертеж детали.

Кроме того, мы рассмотрели целесообразность возможности ремонта данной детали, рассчитали необходимые режимы технологических операций, а также разработали технологию восстановления детали: вал опоры.

В ходе разработки данного проекта мы выяснили, что технологический процесс восстановления данного детали достаточно трудоемок и требует существенных затрат.

Список использованной литературы

вал опора ремонт дефектация наплавка

1. Эксплуатация и ремонт полиграфических машин, методические указания по выполнению курсовой работы; Разработка технологического процесса ремонта детали полиграфической машины; 150407.65 «Полиграфические машины и автоматизированные комплексы», Москва 2007

. Эксплуатация и ремонт полиграфических машин. Учебное пособие. Токмаков Б.В. М.: МГУП,2002.

3. Справочник технолога - машиностроения, М, Машиностроения, 1973г, 1986г.

. Справочник технолога-машиностроителя. Под ред. Косиловой А.Г., Мещерякова Р.Н. в 2-х томах. -М.: Машиностроение, 1989.

. Общемашиностроительные нормативы времени на слесарные работы по ремонту оборудования. - М.: Экономика, 1989.

. Допуски и посадки: Справочник в 2-х томах / под ред. Мягкова В.Д. - Л.: Машиностроение, 1982,1983.

. Токмаков Б.В. Эксплуатация и ремонт полиграфических машин. Лабораторные работы в 2-х частях.- М.:МГУП, 2007.

. Восстановление деталей машин: Справочник / под ред. Молодык Н.В., Зенкина А.С. -М.: Машиностроение, 1989.