Виготовлення деталі шестерня в машинобудуванні

1. Загальна частина

1.1. Склад проекту

Задача керівників і організаторів машинобудівного виробництва полягає в тому щоб, створити сітку переважно середніх і мілких підприємств, що спеціалізуються на виробництві деталей, вузлів модулів сучасної техніки, така практика виправдала себе в машинобудуванні розвинених країн Заходу. Ця сітка необхідна інфраструктура сучасного машинобудування разом зі спеціальним виробництвом заготовок, інструментів, оснащення. Вона повинна складати ядро комплексу галузей загально машинобудівного використання.

Підвищення продуктивності праці досягається розподілом праці і спеціалізації виробництва перед усім, на базі функціонального підходу до проектування і виробництва техніки. Найважливішою рисою прогресивної моделі машинобудування в сучасних умовах повинно бути поєднання високоспеціалізованого виробництва функціональних вузлів і деталей техніки з добросовісним, культурним і класифікованим рівнем розробки технічних пристроїв.

Основні задачі, що стоять на даному етапі переходу економіки нашої країни до ринкових відносин - являє не допускати спаду обєму випуску товарної продукції, збільшення долі товарів народного споживання в обємі всієї продукції, що випускається перехід на нові методи ведення господарства. Підвищення продуктивності праці за рахунок зміни відношення людей до праці, використання нового обладнання і нових технологій розвинених країн переорієнтація економіки на нові ринки збуту і як наслідок освоєння випуску нової продукції що відповідає світовим стандартам, перехід на міжнародну систему ISO всього машинобудування.

Вітчизняне машинобудування дуже мало забезпечене високоякісним обладнанням, інструментом, швидкодіючими прогресивними пристроями. В майбутньому необхідно забезпечити значно випереджувальні темпи розвитку на Україні спеціалізованого виробництва і інструмента і технологічного оснащення.

1.2. Опис виробу, в який входить деталь

Дана деталь входить в лінію виробництва рослинної олії. Лінія виробництва рослинної олії використовується для пресового виробництва їстівних масел з насіння соняшника, сої, коноплі та інших масляних культур. Лінія складається з таких елементів як:

1 Прес шлековий

2 Рушка центр обіжна

3 Інактиватор

4 Камера вічна

5 Елеватор ковшовий

6 Камера вічна

7 Вібристо 2.5

8 Вібристо 1.25

9 Вібристо 0.25

Принципи дії рушки центробіжної

Зерна масляних культур із бункера засипки потрапляють в ротор. Ротор отримує обертальний рух від електродвигуна потужністю 1.1 кВт через клиноременну передачу. Лопості ротора пустотілі і зерна всередині переміщаються під дією центр обіжної сили. Дякуючи високим обертам ротора зерна вилітають зі значною швидкістю і розбиваються об сектори що розміщені по периметру корпуса. В результаті удару лузга відділяється від ядра зернят і вони зсипаються в бункер приймальний після чого просівається через вібросита.

Дана деталь відноситься до деталей тіл обертання, типу вал, має просту форму. За класифікатором ЕСКД визначаємо клас деталі.

Клас 710000 - деталі - тіла обертання типу кілець, дисків, шківів, блоків, стержнів, втулок, стаканів, колонок, валів, осей, штоків, шпинделів і таке інше.

Підклас 715000 - з L більше 2D - вали, шпінделі, осі, штоки, втулки, гільзи, колонки, стержні і таке інше з зовнішньою циліндричною поверхнею.

Група 715000 - Без закритих уступів, ступінчата, з зовнішньою різьбою.

Підгрупа 715530 - Зцентровим глухим отвором з однією чи двох сторін, з різьбою.

Вид 715534 - З пазами на зовнішній поверхні, з отвором, що не лежить на осі деталі.

Характеристика матеріалу, хімічний склад та механічні властивості

Для виготовлення деталі „вал” використовується конструкційна вуглецева сталь марки 45 ГОСТ 1050-88. Дана сталь поширена в машинобудуванні для виготовлення деталей типу шестерні, вали, втулки, муфти.

Дані про хімічний склад та механічні властивості наведені в таблицях 1 та 2 відповідно.

Таблиця 1

Таблиця 2

1.3 Технологічний аналіз конструкції деталі

Якісна оцінка

Дана деталь типу вал відноситяся до деталей тіл обертання. Деталь має просту конфігурацію. Заготовкою для двної деталі може служити штамповка, що одержується на КГШП. До всіх поверхонь, є доступ інструменту. Деталь виготовлена зі сталі 45 яка добре обробляється різанням на металорізальних верстатах. Поверхні деталі забезпечують надійне базування. Закріплення заготовки при обробці. Вцілому по якісним показникам деталь технологічна. Нетехнологічним є отвір діаметром 4 мм оскільки свердлиться після нарізання різьби М20-8q, що призводить до порушення точності нарізаної різьби.

Кількісна оцінка

Кількісна оцінка технологічності деталі виконується по слідуючим коефіцієнтам:

1 По коефіцієнту точності, який розраховується за формулою

Кт = 1 - 1/Асер 0.8

2 По коефіцієнту шорсткості, який розраховується за формулою

Кш = 1/Всер 0.32

Для визначення коефіцієнтів точності обробки обробки і шорсткості поверхні, заповнюємо таблицю 3 в якій вказуємо конструктивні елементи деталі виконуємих по квалітету точності і маючих параметр шорсткості Ra.

Таблиця 3

Визначаю середній квалітет точності в (1)

А сер = 6*2+7*1+8*1+9*4+11*2+12*12+14*6/28=11,17

Кт = 1-1/11,17=0,91>0,8

Визначаю середню шорсткість поверхонь в (2)

В сер = 1,25*4+2,5*4+3,2*7*6,3*5+10*1+20*7/28=7,8

Кш=1/7,8=0,13<0,32

Умова виконується, отже по кількісному показнику деталь також технологічна.

Аналіз технічних вимог

Таблиця 4

Визначення типу виробництва і технологічної партії

Тип виробництва визначається виходячи з кількості деталей, які підлягають обробці і маси деталей. При обробці 4100 шт. деталей при масі деталей 2.5кг тип виробництва - серійний.

Так як виробництво серійне, визначаємо величину передаточної партії.

n = (N/Pd)q

де N - річний обєм випуску деталей

Pd - число робочих днів в рік

q - необхідний запас деталей на складі в днях приймаємо q = 8 днів

Pd = 365 - Твих - Тсвят

При Твих = 98

Тсвят=9 P

Pd = 365 - 98 - 9 = 258

Тоді за формулою (5) визначаємо величину передаточної партії

N = (4100/258)8 = 127.13шт

Приймаємо n = 130 шт

2. Технологічна частина

2.1. Вибір типу заготовки і обґрунтування методу її виготовлення

Скорочений опис методу виготовлення заготовки та порівняння його з заводським

Вид вихідної заготовки в значній мірі впливає на характер технологічного процесу обробки деталі. Для правильного вибору заготовки виконуємо порівняння двох видів заготовок.

Для даної деталі більш доцільно вибрати гарячу обємну штамповку на кривошипному гаряче штампованому пресі і заводським прокатом.

Обємна штамповка - це поєднання заготовці заданої форми і розмірів шляхом заповнення матеріалом на КГШП являється найбільш продуктивного, так як, ці преси швидкопрохідні (число подвійних рухів від 35 до 90 на хвилину). КГШП штампують з зусиллям 5 - 100т. Вони не потребують громіздких фундаментів і в сполученні з індукційним нагрівом покращують умови праці в цеху. Преси мають жорсткий графік руху повзуна, заготовки повинні бути частини, щоб уникнути корозій поверхні поковки.

Постійність ходу повзуна велика точність його руху, застосовування штампів з направляючими колонками забезпечують високу точність.

З малими допусками і витратами металу ККД пресів в 2 раза вище ККД молотів.

Для економічного забезпечення вибору заготовки необхідно провести порівняння з заготовкою отриманою прокатом.

Прокатка - це процес при якому зливок або заготовка під дією сил тертя втягується в зазор між обертаючими валиками прокатного стану і пластично деформується ними із зменшенням перетину. Основні види прокату слідуючі : продольний, поперечний, поперечно-гвинтовий.

Економічне обгрунтування вибору заготівки

Собівартість заготівки отриманих на КГШП визначаємо за формулою

G=(C₁M_ШТК_ШК_СК_ИК_М)-( M_ШТ - m_д) С_від

де С₁ - вартість 1 кг штамповки:С₁=2.3грн.

С_від- вартість 1 кг відходів: С_{від =}0.07 грн

К_ш: К_с: К_и: К_м: К_в - коефіцієнти залежності від класу точності, маси, марки, матеріалу і обєму виробництва

m_д- маса деталі

К_ш=1.05: К_с=0.85: К_м=1: К_и=1: К_в=1.14

Тоді:

G=(2.33.121.050.85111.14)-(3.12-2.5)0.07=7.26

Собівартість заготівки з прокату визначається за формулою

G_заг=(С₁М_пр+С_р) - (М_пр-М_д) С_від

де С_1-вартість 1 кг прокату: С₁₌1.7грн.

С_р - вартість різання: С_р = 0.60 грн.

G_заг=(1.74.21+0.60) - (4.21-2.5) 0.07=7.02

Технічні вимоги до заготівки

До заготівки отриманої об`ємною гарячою штамповкою висуваються такі вимоги:

1. Клас точності Т3

2. Група сталі М2

3. Ступінь складності С1

4. Штомповочні нахили 5?

5. Допустимі відхилення від площинності 0,5мм

6. Невказані радіуси заокруглень 3мм

Висновки

Порівнявши два варіанти заготівок бачимо, що вигідніше є використання заготівки отриманої методом гарячої об`ємної штамповки так як в цьому випадку коефіцієнт використання металу більший, а вартість заготівки значно менша.

2.2. Розробка маршрутного технологічного процесу виготовлення деталі. Вибір технологічних баз

Аналіз заводського техпроцесу

Технологічний процес обрбки деталі вал 2052614.00301 для умов одиничного виробництва базується на використанні універсального обладнання, оснащеннята інструменту, що в багатьох випадках є недоцільним для серійного виробництва.

В якості заготівки використано прокат.В умовах серійного виробництва слід використати штомповку , так як припуски і вартість заготовки менші.

Операції заводського технологічного процесу містять велик кількість переходів та переустановок, що збільшує допоміжний час.

На відміну від заводського, у технологічному процесі для умов серійного виробництва обробку торців та цинтрових отворів слід виконувати на спеціальному фрезерному-центрувальному верстаті моделі МР-73М. Для токарної операції слід застосувати токарний верстат з ЧПК. Для свердління отворів на торці та фрезерування шпоночного пазу слід застосовувати спуціальні пристрої що виключить розмічувальні операції.

Маршрутно-операційний опис технологічного процесу

005 Фрезерно - центровочна МР-73М

1 Фрезерувати торці одночасно з обох сторін в розмір 447мм

2 Центрувати 2 отвори , одночасно з обох сторін форми А O8,5

010 Токарна програма 16Б16Ф3

1 Точити поверхню O 25h9 попередньо до O 25,35h12 на l=93мм

2 Точити поверхню O 30h11 попередньо до 30,3h12 на l=29мм

3 Точити поверхню O 30к6 попередньо до O 30,46h12 на 1=25мм

4 Точити поверхню O 36h14 в розмір на 1=169мм

5 Точити поверхню O 25h9 остаточно до O25,1h11 на 1=93мм

6 Точити поверхню O 30h11 в розмір 1=29мм

7 Точити поверхню O30к6 остаточно до O30,16h11 на 1=25мм

8 Точити фаску 2,5х45⁰

9 Точити фаску 3х30⁰

015 Токарна програма 16Б16Ф3

1 Точити поверхню O19,92h11 попередньо до O21h12 на 1=38мм

2 Точити поверхню O25h11 попередньо до O25,35h12 на 1=50мм

3 Точити поверхню O30h11 попередньо до O30,3h12 на 1=23мм

4 Точити поверхню O30к6 попередньо до O 30,46h12 на 1=20мм

5 Точити поверхню O25h9 остаточно до O25,1h11 на 1=38мм

6 Точити поверхню O30h11 в розмір на 1=23мм

7 Точити поверхню O30к6 остаточно до O 30,16 на 1=20мм

8 Точити поверхню O19,92 в розмір 1=38мм

9 Точити фаску 2,5х45⁰

10 Точити фаску 3х30⁰

11 Точити канавку в розмір 6мм

12 Нарізати різьбу М20-8q

020 Фрезерна программа 6Р13Ф3

1 Фрезерувати чотири шпонкових паза В=8N9 на 1=48мм

025 Круглошліфувальна 3М151

1 Шліфувати шийку O30к6 до O30,06h8 на 1=20мм

030 Круглошліфувальна 3М151

1 Шліфувати шийку O30К6 попередньо до O30,06h8 на l=25мм.

035 Круглошліфувальна 3М151

1 Шліфувати шийку O30К6 в розмірі на l=20 мм.

040 Круглошліфувальна 3М151

1 Шліфувати шийку O 30К6 в розмірі на l=25 мм.

045 Круглошліфувальна 3М151

1 Шліфувати шийку O 25h9 в розмірі на l=93 мм.

050 Круглошліфувальна 3М151

1 Шліфувати шийку O 25h9 в розмірі на l=48 мм.

055 Вертикально - свердлувальна 2Р135

1 Свердлувати отвір O 6,8 мм на глибину l=34

2 Зенкувати фаску 1,6 ?45?

3 Нарізати різьбу М8-7Н на глибину l=25мм.

060 Вертикально - свердлувальна

1 Свердлувати отвір O 4 на прохід

Таблиця 5

2.3 Вибір загальних припусків. Визначення розмірів заготовки з допусками та підтвердження на ЕОМ

Загальні припуски і допуски на розміри заготовки вибираємо по ГОСТ 7505-89. По прикладенню 1 табл. 19 встановлюємо штамповочне обладнання і клас точності поковки.

Приймаємо кривошипні штамповані преси закрита штамповка клас точності - Т3.

Орієнтовально визначаємо розрахункову масу поковки

Мпр = Мд Кр , кг

Де Мд - маса деталі Мд = 2.5кг

Кр - розрахунковий коефіцієнт

Кр = 1.3 ( ГОСТ 7505-89, прикладання 3 табл. 20)

Мпр = 2.5 1.3 = 3.25

Встановлюємо групу сталі

Група сталі - М2 (ГОСТ 7505-89 табл. 1 стр. 8)

Встановлюємо групу важкості поковки для чого визначаємо :

- розміри які описують поковку фігури циліндрично

Діаметр 36 1.05 = 37.8 мм

Довжина 447 1.05 = 469.35

Де 1.05 - коефіцієнт який враховує збільшення габаритних лінійних розмірів деталі

- масу описуючої фігури

Мф = (П D/4 l 2.5 10

Мф = (3.14 37.8)/4 469.35 2.5 10 = 4.11кг

- відношення маси поковки до маси фігури

С = Мн.р/НФ = 3.25/4.11 = 0.79

Даному відношенню відповідає степінь важкості поковки - С1

(ГОСТ 7505-89 в прикладення 2 стор.30) Конфігурація поверхні розєму штампа - П пласка (ГОСТ 7505-89 табл.1.стор.8)

Встановлюємо ісходний індекс - 10 (ГОСТ 7505-89 табл.2 стор.10)

Таблиця 6

Міжопераційні припуски

Вибір загальних припусків та допусків на поковки стальні штамповані по ГОТС 7505-89

1. При положенню 1 табл.19встановлюємо штамповочне обладнання її колес точності поковки.

Приймаємо: Кривошипні гарячештамповочні преси, закрита штамповка. Клас точності поковки - Т3

2. Встановлюємо хімічний склад матеріала деталі. По ГОСТ 4543-71 Матеріал : 45сталь вміщує:

0.45С; 0.17Si; 0.50Мn; 0.25Сr; 0.25Ni;0.10Mo;0.10W;0.10V

3. Орієнтовно визначаємо розрахункову масу поковки Мп.р. = Мд Кр,

де Кр - розрахунковий коефіціент;

Мд - маса деталі;

Кр = 1.3 (приложення 3 табл. 20).

Мп.р.-250 1.3=3.25кг.

4. Встановлюємо групу сталі по табл.1.0.8

Так масова доля вуглецю в матеріалі 45сталь дорівнюе 0.45%,

а сумарна масова доля легіруючих елементів

(0.17 Sі; 0.50 Мn; 0.25 Сr; 0.25Ni; 0.10 Мо; 0.10 W; 0.10 V)

5. Встановлюемо ступінь складності поковки ї(див. приложення 2)

5.1. Встановлюємо розміри фігури яка описує поковку (циліндр), мм. діаметр - 36,00 1.05 = 37.8 мм.

довжина - 447.00 1.05 = 469.35 мм.

Де 1.05-коефіцієнт враховуючий підвищення габаритних лінейних розмірів деталі.

5.2. Встановлюємо масу фігури яка описує деталь 2 2

Рі О -6 3.14 37.80 - 6

Мф = 1 7.8 10 = 469.35 7.8 10 = 4.11 кг

4 4

5.3 Встановлюємо відношення маси поковки до маси фігури

Мп.р. 3.25 0.79

Мф. 4.11

Цьому відношенню ступінь складності поковки складає - С1

6. Встановлюємо конфігурацію поверхні розєу штампу (табл.1.с.8.)

Конфігурація поверхні розєму штампу - Пласка (П)

7. Встановлюємо ісходний індекс (табл.2.с.10)

Ісходний індекс - 10.

Таблиця 7

Діаматральні розміри

Таблиця 8

Лінійні розміри

Аналітичний розрахунок припусків на одну поверхню,з підтвердженням на ЕОМ.

Таблиця 9

₀ =

кор=ц 1=0.15 . 447=67.05мкм

ц=0,25

_{0 =}

К_ц- коефіцієнтуточнення

К_ц =0,06 - після чорнового точіння

К_ц =0,04 - після чистового точіння

К_ц =0,03 - після чорнового шліфування

К_ц =0,02 - після чистового шліфування

₁ =0,06676=40,56=41мкм

₂ =0,04676=27,04=27 мкм

₃ =0,03676=20,28=20 мкм

₄ =0,02676=13,52=14 мкм

1. Мінімальний припуск на чорнове точіння

2Z_min1=2(200+250+676)=2252

2. Максимальний припуск на чорнове точіння

2Z_max1=2252+2500-250=4502

3. Мінімальний припуск на чистове точіння

2Z_min2=2(50+50+41)=282

4. Максимальний припуск на чистове точіння

2Z_max2=282+250-100=432

5. Мінімальний припуск на чорнове шліфування

2Z_min3=2(25+25+27)=154

6.Максимальний припуск на чорнове шліфування

2Z_max3=154+100-39=215

7.Мінімальний припуск на чистове шліфування

2Z_min4=2(10+20+20)=100

8.Максимальний припуск на чистове шліфування

2Z_max4=100+39-16=123

Перевіряємо правильність T_d0-T_d2=2Z_max-2Z_min

2500-16=(4502+432+215+123)-(2252+282+154+100)

2484=2484

Таблиця 10

Коефіцієнт використання матеріалу розраховується за формулою.

Квм=

де m_заг - маса деталі,кг

М_{заг.1 -} маса заготовки,кг

М_заг=V

де V - обєм заготівки, см³

- питома вага матеріала заготівки, г/см³

V=A1*lзаг=

V=³

М _заг =V =540*7,8=4,21кг

Коефіцієнт використання металу при обробці заготівки з прокату буде дорівнювати

К_вм=

2 Варіант: Заготівка штамповка

При штампуванні на КГШП обєм заготівки розраховується за формулою

V=V₁+V₂+V₃+V₄+V₅+V₆

де V₁ - об`єм першої сходинки валу

V₂ - об`єм другої сходинки валу

V₃ -об`єм третьої сходинки валу

V₄ - об`єм четвертої сходинки валу

V₅ -об`єм пятої сходинки валу

V₆ - об`єм шостої сходинки валу

V₁=A₁l_заг=1_заг1= (32)

V₂=

V₃=

V₄=

V₅=

V₆=

V=59,94+47,57+207,75+35,23+31,88+17,34=400

М_заг2=4007,8=3,12кг

Коефіцієнт використання матеріалу буде дорівнювати

К_вм =2,5/3,12=0,8

Порівнюючи коефіцієнт використання матеріалупри обробці заготівки з прокату та заготівок штамповок ми бачимо що коефіцієнт використання матеріалу при обробці штомповок значно вище ніж при обробці штамповок значно вище ніж при обробціпрокату,це пояснюється тим,що заготовка штамповка максимально можливо схожа на деталь (рис.1) а заготівка прокат ні (рис.2)

План обробки поверхонь деталі з визначеннм ступеня точності, класів шорсткості операційних припусків та розмірів з допусками

Таблиця 11