Проектирование технологического процесса изготовления шестерни

Проектирование технологического процесса изготовления шестерни

1 Технология изготовления

1.1 Технологический процесс изготовления детали

Исходные данные:

Исходными данными для выполнения курсового проекта являются рисунок механизма и годовая программа выпуска изделий.

Чертеж детали и годовая программа:

Годовая программа N=100 штук.

Рисунок 1.1 - Общий вид шестерни.

1.2 Назначение детали

Шестерня низшей передачи раздаточной коробки предназначена для крутящего момента к ведущим мостам.

1.3 Описание конструкции и условий ее работы в механизме

Шестерня низшей передачи раздаточной коробки имеет два венца: с малым венцом заходит в зацепление муфта переключения передач при включении низшей передачи, а большой венец находится в постоянном зацеплении с шестерней промежуточного вала.

Шестерня низшей передачи на термообработанной втулке шестерни низшей передачи, которая имеет тугую посадку на ведущем валу.

Между шестернями высшей и низшей передач на шлицах вала насажена ступица муфты переключения передач.

1.4 Материал детали, механические свойства и вид ТО

Шестерня изготовлена из стали 45 ГОСТ1050-74. Масса вала 17 кг. Сталь 45 имеет следующие механические свойства:

) твердость отожженной стали 197 HB;

) предел прочности 610 МПа;

) предел текучести 360 МПа;

) относительное удлинение 16%;

) относительное сужение 40%;

) ударная вязкость 6 Дж/см.

Поверхности малого и большого венцов шестерни низшей передачи с ¯215, ¯280 мм подвергаются закалке до твердости 50…54 HRC.

2. Анализ технологичности конструкции

2.1 Определение типа производства

2.1.1 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;

=100·24/253 = 9,5 шт;

Примем размер партии равным 10 деталей.

2.2 Выбор способа получения заготовки

Выбор заготовки производится на основе технико-экономического анализа. Это делается путем вычисления и сравнения себестоимости Ci 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:

заготовка из проката

где mпр - масса заготовки из проката, кг

где - длина заготовки с учетом ширины отрезного инструмента lин

(lин =0,001...0,01)

m1пр - масса 1 м данного профиля, кг

Ц1пр - цена 1 кг проката

B - минутная заработная плата рабочих, B =0,02...0,04, долл/мин

Tшк1 - штучно-калькуляционное время

где l0 - длина обработки, равная 187 мм

k - количество проходов инструмента

q - накладные расходы

отливка

где mот- масса отливки, кг

ц1м - цена 1 кг жидкого металла, ц1м=230$

Сл - стоимость литейных работ,

 - накладные расходы литейного цеха (=50-100%). Примем =75%

Смод - стоимость модели, Смод= mот

- количество заготовок, изготавливаемых с помощью одной модели (для металлических до 10шт.)

В - минутная заработная плата рабочих (В=0,02...0,04, долл/мин). Примем В=0,03$мин

Тшк - штучно-калькуляционное время

где l0 - длина обработки, l0=187мм

k - количество проходов инструмента, k=1

q - накладные расходы, q=100%

Наиболее экономическим методом для изготовления данной детали является изготовление из прокатного профиля. Так как малая партия, равная 100 штук.

Заготовки изготовляются штуки из проката обычной точности Ø300 мм по ГОСТ 2590-71. Длина проката с учетом припусков на обработку 129 мм.

Тогда заготовка будет иметь вид и размеры, показанные на рисунке 2.

Рисунок 2-Эскиз заготовки.

2.3 Назначение технологического маршрута обработки

Разработаем маршрут изготовления детали.

Таблица 1 -Маршрут обработки детали

2.4 Расчет припусков

Так как заготовки отрезаются из проката дисковой пилой, то торцовый припуск на одну сторону принимается равным 6 мм.

Припуски на обработку цилиндрических поверхностей вычисляются по нижеследующим зависимостям:

2Zmin=2(Rz(i-1)+Hi-1+),

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

Hi-1-глубина поверхностного слоя, мм

ρi-1-величина пространственных отклонений формы данной поверхности, мм

εi-1-погрешность установки заготовки на данной операции, мм

-точение

2Zmin=2(0,03+0,05+)=1,2 мм

-фрезерование

2Zmin=2(0,01+0,02+)=1,9 мм

.5 Выбор оборудования и приспособлений.

Принимаем для токарной операции 010 токарно-винторезный станок 16К20. Державка резца 25 х 25 мм. Продольная подача: 0,05; 0,06; 0,075; 0,09; 0,1; 0,125; 0,15; 0,175; 0,2; 0,25; 0,3; 0,35. Обороты: 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 315; 400; 500; 630; 800; 1000; 1250. Способ установки: в 3-ёх кулачковом патроне. Привод: 2-х кулачковый патрон. Режущий инструмент: резец торцевой и канавочный. Мерительный инструмент штангенциркуль.

Принимаем для сверлильной операции 010 вертикально-сверлильный станок 2М125.Обороты: 45; 70; 120; 180; 285; 450; 720; 1180; 2000. Подача: 0,1; 0,16; 0,25; 0,4; 0,63; 0,8; 1,0; 1,3; 1,6. Мерительный инструмент: калибр-пробка, глубинометр.

Примем для зубофрезерной операции 020 зубофрезерный станок 53А50. Работа с охлаждением. Червячная модульная фреза из стали 45, m = 5мм, Du = 280 мм.

Примем для зубодолбёжной операции 020 зубодолбёжный станок 5140В. Долбяк из стали 45, m= 5мм, Du=215 мм.

Принимаем для шлифовальной операции 030 кругло-шлифовальный станок 3А228Б. Частота вращения шлифовального круга 4500 мин. Привод поводковый патрон. Частота вращения детали 1,5...8 мин. Мерительный инструмент: микрометр.

2.6 Определение режимов резания

2.6.1 Выбор режущего инструмента, его материала, геометрии и стойкости.

Токарная обработка выполняется резцами с пластинками твердого сплава Т15К6 с главным углом в плане 45û и 90û. Сверлильные операции выполняются спиральными сверлами из стали Р18.

2.6.2 Определение режимов резания, составляющих усилия резания и необходимой мощности станка.

Операция 005 - токарная

Выбираем токарно-винторезный станок модели 16К20

Установ А.

Переход 1

Сверлить отверстие Æ10 на L=129мм.

По карте С-2[1] находим подачу S = 0,15 мм/об. По карте С-4[1] находим скорость резания  25 м/мин.

Скорость резания при сверлении определяется по формуле:

где - коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала, по таблице равный 1,3;

- коэффициент, зависящий от стойкости инструмента, по таблице равный 1,5;

- коэффициент, зависящий от отношения длины резания к диаметру, по таблице равный 1;

Находим частоту вращения шпинделя по формуле:

По паспорту станка принимаем частоту вращения n=1250мин-1.

Уточняем скорость резания:

Основное время определяется по формуле:

где n - частота вращения шпинделя станка, равная 1250мин-1;

- длина отверстия в мм, равное 128 мм;

- длина отверстия в мм, равное 10 мм;- осевая подача на один оборот шпинделя в мм/об.

Переход 2

Рассверлить отверстие с Æ10 до Æ20 на L=129мм.

По карте 53[2] находим подачу S = 0,55 мм/об. По карте 53[2] находим скорость резания 21 м/мин.

Скорость резания при сверлении определяется по формуле:

Находим частоту вращения шпинделя по формуле:

По паспорту станка принимаем частоту вращения n=315мин-1.

Уточняем скорость резания:

Основное время определяется по формуле:

Переход 3

Рассверлить отверстие с Æ20 до Æ30 на L=129мм.

По карте 53[2] находим подачу S = 0,41 мм/об. По карте 53[2] находим скорость резания 24,5 м/мин.

Скорость резания при сверлении определяется по формуле:

Находим частоту вращения шпинделя по формуле:

По паспорту станка принимаем частоту вращения n=250мин-1.

Уточняем скорость резания:

Основное время определяется по формуле:

Переход 4

Рассверлить отверстие с Æ30 до Æ40 на L=129мм.

По карте 53[2] находим подачу S = 0,31 мм/об. По карте 53[2] находим скорость резания 28 м/мин.

Скорость резания при сверлении определяется по формуле:

Находим частоту вращения шпинделя по формуле:

По паспорту станка принимаем частоту вращения n=200мин-1.

Уточняем скорость резания:

Основное время определяется по формуле:

Переход 5

Рассверлить отверстие с Æ40 до Æ50 на L=129мм.

По карте 53[2] находим подачу S = 0,23 мм/об. По карте 53[2] находим скорость резания 33 м/мин.

Скорость резания при сверлении определяется по формуле:

Находим частоту вращения шпинделя по формуле:

По паспорту станка принимаем частоту вращения n=200мин-1.

Уточняем скорость резания:

Основное время определяется по формуле:

Переход 6

Рассверлить отверстие с Æ50 до Æ60 на L=129мм.

По карте 53[2] находим подачу S = 0,17 мм/об. По карте 53[2] находим скорость резания 38 м/мин.

Скорость резания при сверлении определяется по формуле:

Находим частоту вращения шпинделя по формуле:

По паспорту станка принимаем частоту вращения n=200мин-1.

Уточняем скорость резания:

Основное время определяется по формуле:

Переход 7

Рассверлить отверстие с Æ60 до Æ100,5 на L=129мм.

По карте 53[2] находим подачу S = 0,17 мм/об. По карте 53[2] находим скорость резания 28 м/мин.

Скорость резания при сверлении определяется по формуле:

Находим частоту вращения шпинделя по формуле:

По паспорту станка принимаем частоту вращения n=80мин-1.

Уточняем скорость резания:

Основное время определяется по формуле:

Установ Б

Переход 1

Обточить с Æ300 до Æ215 на L=60мм за 10 проходов.

По карте Т-2[1] находим подачу S = 0,6 мм/об. По карте Т-4[1] находим скорость резания  37 м/мин.

Скорость резания при сверлении определяется по формуле:

где - коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала, по таблице равный 1,55;

- коэффициент, зависящий от стойкости и марки твёрдого сплава, по таблице равный 1,3;

- коэффициент, зависящий от вида обработки, по таблице равный 1;

Находим частоту вращения шпинделя по формуле:

По паспорту станка принимаем частоту вращения n=630мин-1.

Уточняем скорость резания:

Основное время определяется по формуле:

где n - частота вращения шпинделя станка, равная 630мин-1;

- длина отверстия в мм, равное 60 мм;

- длина врезания, равная 4 мм;

i- число проходов, равное 10;- осевая подача на один оборот шпинделя в мм/об.

Переход 2

Обточить с Æ215 до Æ173 на L=20мм за 5 проходов.

По карте Т-2[1] находим подачу S = 0,6 мм/об. По карте Т-4[1] находим скорость резания  37 м/мин.

Скорость резания при сверлении определяется по формуле:

где - коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала, по таблице равный 1,55;

- коэффициент, зависящий от стойкости и марки твёрдого сплава, по таблице равный 1,3;

- коэффициент, зависящий от вида обработки, по таблице равный 1;

Находим частоту вращения шпинделя по формуле:

По паспорту станка принимаем частоту вращения n=800мин-1.

Уточняем скорость резания:

Основное время определяется по формуле:

где n - частота вращения шпинделя станка, равная 630мин-1;

- длина отверстия в мм, равное 20 мм;

- длина врезания, равная 4 мм;

i- число проходов, равное 10;

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

Переход 3

Точить канавку с Æ215 до Æ173 с L=47мм до L=60мм

По карте Т-2[1] находим подачу S = 0,6 мм/об. По карте Т-4[1] находим скорость резания  37 м/мин.

Скорость резания при сверлении определяется по формуле:

где - коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала, по таблице равный 1,55;

- коэффициент, зависящий от стойкости и марки твёрдого сплава, по таблице равный 1,3;

- коэффициент, зависящий от вида обработки, по таблице равный 1;

Находим частоту вращения шпинделя по формуле:

По паспорту станка принимаем частоту вращения n=630мин-1.

Уточняем скорость резания:

Основное время определяется по формуле:

где n - частота вращения шпинделя станка, равная 630мин-1;

- длина отверстия в мм, равная 13 мм;

- длина врезания, равная 4 мм;

i- число проходов, равное 1;

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

Переход 4

Точить фаски 2х45о на Æ215 мм

Основное время принимаем:

Переход 5

Точить фаски 2х45о на Æ280 мм

Основное время принимаем:

Операция 010 Сверлильная.

Сверлить отверстия Æ8 мм на глубину 43,5 мм, выдерживая размер 53,5 мм.

По карте С-2[1] находим подачу S = 0,22мм/об. По карте С-4[1] находим скорость резания  19 м/мин.

Скорость резания при сверлении определяется по формуле:

где - коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала, по таблице равный 1,3;

- коэффициент, зависящий от стойкости инструмента, по таблице равный 1,5;

- коэффициент, зависящий от отношения длины резания к диаметру, по таблице равный 1;

Находим частоту вращения шпинделя по формуле:

По паспорту станка принимаем частоту вращения n=1250мин-1.

Уточняем скорость резания:

Основное время определяется по формуле:

где n - частота вращения шпинделя станка, равная 1250мин-1;

- длина обрабатываемой поверхности, равная 43,5 мм;

- величина перебега, равная 8 мм;- осевая подача на один оборот шпинделя в мм/об.

Операция 015-зубофрезерная.

Фрезеруем зубья однофазной пальцевой фрезы на диаметр 280 мм по длине 67 мм, количество нарезаемых зубьев z=54, с модулем м=5 мм и делительным диаметром, равным 270 мм.

По карте 2[3] находим подачу S = 1,4мм/об. По карте 5[3] находим скорость резания  42 м/мин.

Скорость резания при сверлении определяется по формуле:

где - поправочный коэффициент на нормативную скорость резания в зависимости от материала, по таблице равный 1;

- поправочный коэффициент на нормативную скорость резания в зависимости от принятого количества осевых перемещений, по таблице равный 1;

- поправочный коэффициент на нормативную скорость резания в зависимости от угла наклона зубьев колеса, по таблице равный 1;

Находим частоту вращения шпинделя по формуле:

По паспорту станка принимаем частоту вращения n=40мин-1.

Уточняем скорость резания:

Основное время определяется по формуле:

где n - частота вращения шпинделя станка, равная 630мин-1;

- ширина нарезаемого зубчатого венца в мм, равная 67 мм;

i- число проходов, равное 1;- осевая подача на один оборот шпинделя в мм/об.

- число заходов фрезы

z- число зубьев нарезаемого венца

m- число одновременно нарезаемых зубьев, равное 1

Операция 020-зубодолбёжная.

Нарезаем зубья дисковым долбяком на диаметр 215 мм по длине 27 мм, количество нарезаемых зубьев z=41, с модулем м=5 мм и делительным диаметром, равным 205 мм.

По карте 12[3] находим подачу S = 0,20мм/об. По карте 14[3] находим скорость резания  15м/мин.

Скорость резания при сверлении определяется по формуле:

где - поправочный коэффициент на нормативную скорость резания в зависимости от материала, по таблице равный 1;

- поправочный коэффициент на нормативную скорость резания в зависимости от принятого количества осевых перемещений, по таблице равный 1;

- поправочный коэффициент на нормативную скорость резания в зависимости от угла наклона зубьев колеса, по таблице равный 1;

Находим частоту вращения шпинделя по формуле:

По паспорту станка принимаем частоту вращения n=65мин-1.

Уточняем скорость резания:

Основное время определяется по формуле:

где n - частота вращения шпинделя станка, равная 65мин-1;- осевая подача на один оборот шпинделя, равная 0,20 мм/об.

- радиальная подача на один двойной ход, равная 0,02 мм/об.

- число проходов

- высота зуба колеса, равная 11,25

z- число зубьев нарезаемого венца

m- число одновременно нарезаемых зубьев

Операция 025 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:

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:

D - диаметр заготовки;

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

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

Операция 030 Шлифовальная

Шлифуем Æ101,5 мм до Æ100  мм, L =127.

Выбираем характеристики и размеров шлифовального круга с.193 [1]: диаметр круга , высота круга , скорость круга  = 35 м/сек, скорость вращения детали =55м/мин, подача в долях ширины круга Sd=0,5мм, высота круга В=63 мм, =0,32 мин, =0,06 мм

Расчет частоты вращения круга соответственно:

Уточнение скорости круга, по паспорту станка =6000мин-1.

Расчет числа оборотов, соответствующих скорости

Уточнение числа оборотов по паспорту станка

Уточнение скорости детали по принятым оборотам станка:

Определение продольной подачи круга:

Расчет длины рабочего хода круга Lр.х в мм.

где         lш - длина шлифования, равная 128 мм,

Расчет числа двойных ходов круга nд.х.

где        nд - частота вращения детали;

Расчет поперечной подачи круга:

Основное время при ручном цикле в мин.

где        tвр = 0,05 мин. - время врезания;

a - припуск на сторону;

aвых- слой, снимаемый при выходе;

St - поперечная подача;

nд.х- число двойных ходов;

tвых- время выхаживания.

2.7 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 на надобности, определяемое по формуле:

Норма штучно-калькуляционного времени для 005 операции установа А:

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

Таблица 2 - штучно-калькуляционного времени для всех операций техпроцесса

3. Технологический процесс ремонта

шестерня заготовка обработка

3.1 Анализ возможных дефектов

Шестерня низшей передачи может иметь следующие дефекты:

износ зубьев по толщине и длине;

забоины на зубьях малого венца;

поломка зубьев;

усталостное разрушение в виде раковин по поверхности.

3.2 Восстановление качества детали

При износе зубьев, которые достигли предельного износа, восстанавливают способами наплавки, коррегирования и замены зубчатого венца.

В случае износа или повреждения зубьев одного из венцов блока шестерён можно срезать эти зубья, напрессовать заготовку для нового венца, приварить её по торцевой поверхности, обработать на токарном станке до требуемых размеров и нарезать зубья. Если зубчатое колесо термически обработано, то перед восстановлением изношенный венец отжигают.

Заключение

В результате проведенной работы был разработан технологический процесс изготовления и ремонта шестерни низшей передачи входящей в устройство раздаточной коробке автомобиля ВАЗ 2121 «Нива».

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.

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

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

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

. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-ух т. Т. 1/Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. - 4-ое изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1986. 656с.

. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-ух т. Т. 2/Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. - 4-ое изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1985. 496с.

. Ремонт подъёмно-транспортных, строительных и дорожных машин: учеб. Пособие для стед. высш. учеб. заведений / В.Г.Тайц. - М.: Издательский центр «Академия», 2007. - 336с.

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