Мiнiстерство освiти та науки України
Нацiональний аерокосмiчний унiверситет iм. М.Є. Жуковського ”ХАІ”
Кафедра 204
Пояснювальна записка докурсового проекту
з дисципліни «Технологіягазотурбобудування»
на тему: «Розробка планувиготовлення і розрахунок операційних розмірів деталі ГТУ»
Содержание
Введение
1. Анализ рабочего чертежа детали
1.1 Назначение детали, условия работы
1.2 Обоснование выбора материала:химический состав, физико-механические характеристики, технологические свойства
2. Определение показателейтехнологичности детали
2.1 Качественная оценкатехнологичности
2.2 Количественная оценкатехнологичности
3. Выбор метода получения заготовки
3.1 Обоснование выбранного методаполучения заготовки
3.2 Определение массы и степенисложности заготовки
4. Определение количества ступенейобработки основных поверхностей детали
5. Разработка предварительного планаобработки детали
6. Расчет припусков и операционныхразмеров на диаметральные поверхности
7. Расчет припусков и операционныхразмеров на обработку торцевых поверхностей
7.1 Определение припусков
7.2 Разработка и анализ размернойсхемы обработки торцевых поверхностей детали
7.3 Расчет технологических размерныхцепей торцевых поверхностей детали
8. Проектирование заготовительнойоперации и разработка
чертежа заготовки
9. Оформление конечного вариантаплана технологического процесса изготовления вала
Заключение
Список использованной литературы
Введение
Прогрессавиадвигателестроения в значительной мере определяет развитие современнойавиации. Совершенствование авиационных деталей, в свою очередь, выдвигает новыетребования к технологии их изготовления. Рост рабочих температур и давленийтребует все более широкого использования высокопрочных и жаропрочных сплавов,тенденция сокращения числа деталей приводит к усложнению их геометрическихформ, а снижение удельной массы двигателя обуславливает применение деталеймалой жесткости.
Успешная реализацияконструктивных решений в большей степени определяется технологией.Проектируемые технологические процессы должны обеспечивать повышениепроизводительности труда и качества изделий при одновременном снижении затратна их изготовление. Решение этих задач во многом зависит от рациональногопостроения размерных связей в процессе обработки, обоснованного назначенияприпусков на обработку допусков операционных размеров.
Всякое необоснованноеустановление допусков на размеры деталей приводит к удорожанию производства.Излишнее ужесточение допусков вызывает потребность в точном оборудовании иоснастке, более точных (а значит, и более дорогих) заготовках. Чрезмерноерасширение поля допуска затрудняет обработку на предварительно настроенныхстанках и увеличивает объем пригоночных работ в процессе сборки изделия.
Эффективностьтехнологического процесса существенно зависит также от рационального выбораприпусков. Чрезмерные припуски влекут за собой перерасход материала и требуютвведения дополнительных технологических переходов, увеличивая расход режущегоинструмента и электроэнергии, трудоемкость обработки и в конечном итоге –себестоимость продукции. Ввиду высокой стоимости авиационных материалов уменьшениеприпусков обычно окупает затраты на изготовление точных заготовок, однаконеобоснованно заниженные припуски не обеспечивают удаления дефектной частиповерхностного слоя и достижения заданной точности, увеличивая вероятностьбрака.
Даже при сравнительномалых масштабах производства для получения заготовок деталей применяют такуюобработку давлением, как горячая штамповка, прессование, волочение, чеканка ит.п. При этом обязательны определенное расположение волокон и надлежащая уковкаматериала. Свободная ковка в авиадвигателестроении применяется уже редко.Высокие требования к качеству материала заставляют применять особые видыконтроля, основанные на применении изотопов и ультразвука.
Для изготовления многихдеталей становится обычным применение различных методов точного литья. Почтивсе основные детали двигателей подвергаются термической или термохимическойобработке. Это обстоятельство приводит к усложнению технологического процесса иудлинению цикла обработки. Выбор места термообработки в плане технологическогосвязан обычно с целым рядом особых соображений, касающихся как качества детали,так и возможностей проведения механической обработки.
Производство авиационныхдвигателей отличается особой тщательностью контроля. Все ответственные детали иузлы, как правило, подвергают стопроцентному всестороннему контролю, которыйзаключается в проверке качества материала, правильности формы, размеров,взаимного расположения поверхностей, качества поверхностей, весовойсбалансированности, а также качества соединения деталей, особенно неразъемных.Уделяя большое внимание качеству изделий, в то же время заботятся об экономикепроизводства, добиваясь высокой производительности и низкой себестоимостиизготовления авиационных двигателей. Эта задача решается путемсовершенствования технологических процессов и использования наиболеерациональных форм организации производства.
1. Анализ чертежадетали
1.1 Описаниеконструкции детали, ее назначение и условия работы
Деталь представляет собойшестерню. Деталь образована цилиндрическими поверхностями и плоскостями.
Деталь работает в тяжелыхусловиях, под действием значительных изгибных напряжений, постоянносопротивляется скручиванию, поэтому материал детали должен быть достаточнопрочным, иметь пластическую, вязкую сердцевину и поверхностную твердость.
Между рабочим чертежомдетали, условиями ее эксплуатации и технологическим процессом ее изготовлениясуществуют тесные связи.
1. Материал, общие размеры иконфигурация детали дают возможность установить способ получения заготовкидетали, оценить примерный объем и трудоемкость обработки, наметить типыпотребного оборудования. Присутствие сложных поверхностей предопределяет необходимость использования специального оборудования.
2. Требуемая точность поверхностей вчертеже определяет необходимые методы обработки.
3. Взаимная координация поверхностей вчертеже определяет базы, способы установки, последовательность операцийтехнологического процесса.
4. Заданная в чертеже термическая ихимико-термическая обработка дает преставление о месте этой обработки втехнологическом процессе и о разделении процесса на этапы.
Условия работы детали:диапазон рабочих температур и давлений, условия нагружения и виды нагрузок,установленный ресурс, наличие электрических и магнитных полей, использованиерабочих жидкостей и смазочных материалов, контактирование с химически активнымивеществами – все эти факторы определяют физико-механические свойства материаладетали, которые необходимо обеспечить в процессе ее изготовления.
1.2 Обоснование выбораматериала: химический состав, физико-механические характеристики,технологические свойства
Материал шестерни долженобладать высокой прочностью и иметь высокую поверхностную твердость, так какдетальработает в тяжелых условиях, поэтому в данном случаецелесообразно применение конструкционных сталей, например сталь 30ХМА.
Вид поставки – штамповка.
Назначение – улучшаемые и цементируемые детали, от которых требуетсявысокая прочность и вязкость сердцевины, а также высокая поверхностнаятвердость, работающая при больших скоростях и повышенных удельных давлениях поддействием ударных нагрузок.
Таблица 1.1С Cr Mn Si P S Ni Cu не более 0.26-0.33 0.8-1.10 0.40-0.70 0.17-0.37 0.025 0.025 0.30 0.30
Таблица 1.2Механические свойства Сечение, мм
s0.2, мПа
sВ, мПа
д5, % ш, %
KCU, Дж/м2 HB
HRCэ Штамповка. Нитроцементация HRC55…60 Образцы 735 930 12 55 59
Таблица 1.3
Технологические свойства:
Температура ковки Начала 1220, конца 800. Сечения до 200 мм охлаждаются в зольниках, более 200 мм — в печах.
Свариваемость ограниченно свариваемая. Способы сварки: РДС, КТС. Рекомендуется подогрев и последующая термообработка.
Обрабатываемость резанием
После нормализации при НВ 364 и B = 860 МПа K тв.спл. = 0.45, K б.ст. = 0.25.
Склонность к отпускной способности Не склонна
Флокеночувствительность малочувствительна
2. Определениепоказателей технологичности детали
2.1Качественнаяоценка технологичности
Даннаядеталь представляет собой тело вращения цилиндрической формы переменногодиаметра. Вдоль оси вращения детали выполнено сквозное отверстие так жепеременного диаметра. Наличие ряда нетехнологических поверхностей,обуславливает применение специального режущего инструмента и оборудования. Ктаким поверхностям относятся, в данном случае, зубчатая и шлицевая поверхности.Деталь имеет внутреннею зубчатую и внешнюю шлицевую поверхности. Для ихполучения необходимо применять специальные методы обработки, такие как зубо- ишлицедолбление.
Что жекасается технологичности геометрической формы, то шестерни в этом смысленетехнологичны, поскольку операции нарезания зубьев выполняется в основноммалопроизводительными методами.
Требования точности формыи расположения поверхностей детали обусловлены необходимостью обеспечитьнадежную работу зубчатого зацепления
2.2Количественнаяоценка технологичности
Средний квалитет точности/>. Коэффициент точностиобработки
/>
Так как />, то деталь по точности являетсятехнологичной .
Средняя шероховатостьдетали />
Коэффициент шероховатости
/>
Так как />, то деталь технологична по шероховатости.
/>
Рис.1 Схема нумерации основных поверхностей детали
Деталь имеет 10 основныхповерхностей.
3. Выбор метода получениязаготовки
3.1 Обоснованиевыбранного метода получения заготовки
Выбор метода получения заготовки является многовариантнойзадачей. С точки зрения сокращения затрат времени и средств на механическуюобработку целесообразно выбирать заготовки, которые по форме, размерам,точности и качеству поверхности возможно полнее соответствовали бы параметрамготовой детали. Но при этом будут увеличиваться текущие и единовременныезатраты на получение заготовки в заготовительном цехе. С другой стороны, упрощениемформы заготовки, снижением требований к ее точности и качеству можнозначительно уменьшить затраты на ее изготовление. Но в этом случае снизитсякоэффициент использования материала и увеличатся затраты на обработку такойзаготовки в механическом цехе.
Основными факторами,определяющими вид заготовки, являются материал детали, ее конфигурация,габаритные размеры и, что немаловажно, условия ее работы.
Исходя из осесимметричнойформы детали, а также необходимости получения для дальнейшей ее обработки благоприятногораспределения внутренних напряжений, заготовку получаем штамповкой накривошипном горячештамповочном прессе.
Это связано со следующимипреимуществами данного метода:
— повышенная точностьразмеров получаемых на КГШП поковок из-за постоянства хода пресса иопределенности нижнего положения ползуна, что позволяет уменьшить отклоненияразмеров поковок по высоте, поковки также не контролируют на сдвиг. Жесткое инадежное направление ползуна КГШП и применение штампов с направляющимиколонками и втулками ограничивает относительные сдвиги верхней и нижней частейпоковки до десятых долей миллиметра, что повышает точность горизонтальныхразмеров поковки.
— увеличение коэффициентаиспользования материала вследствие более совершенной конструкции штампов, снабженныхверхним и нижним выталкивателями, что позволяет уменьшить штамповочные уклоны,припуски и напуски и тем самым приводит к экономии металла и уменьшениюпоследующей обработки поковок резанием. Колебания вертикальных размеров поковокпри штамповке на прессах объясняется различной величиной упругих деформацийштампа и пресса в связи с колебаниями температуры и объема заготовки, но тожене составляет значимой величины. Уменьшение штамповочных уклонов (внутренниештамповочные уклоны 3˚; наружные штамповочные уклоны 2˚) позволяетполучить более совершенную форму заготовки, а значит уменьшить припуски намеханическую обработку и повысить коэффициент использования материала.
— более высокаяпроизводительность данного метода по сравнению с молотами, что важно в условияхсерийного производства;
— снижение себестоимости продукции за счет снижения расходаметалла и эксплуатационной стоимости.
Для того, чтоб детальбыла технологичной, необходимо выполнить такие требования:
1) использоватьвысокопроизводительные технологические методы обработки;
2) обработку поверхностейпо возможности необходимо осуществлять без специального инструмента иоборудования;
3) Деталь должна иметьповерхности, удобные для установки;
4) заданные точность ишероховатость поверхностей должны быть обоснованы и соблюдено требованиесоответствия между шероховатостью и точностью.
3.2 Определение массыи степени сложности заготовки
Масса заготовкиопределяется по формуле
/>,
где mд – масса детали.
/>.
Плотность стали 30ХМА с=7850 кг/м3, а объем детали определяем в программе Компас.
/>
Степень сложности поковкиопределяется по формуле:
/>
степень сложности поковкиотносится к С4.
Таблица 3.1
Допуски основныхповерхностей заготовки
№
поверхности Размер детали, мм Допуск на размер, мкм Точность Допуск заготовки Точность Rz 1-9 115 350 h12
+1.7
-0.9 IT16 200 1-10 65 300 h12
+1,7
-0.9 IT16 200 1-4 60 300 h12
+1.7
-0.9 IT16 200 4-5 22 210 h12
+1.6
-0.8 IT17 200 2 Ç70 300 h12
+1.7
-0.9 IT16 200 3 Ç50 50 h12
+1.7
-0.9 IT16 200 6 Ç114 350 H12
+1.7
-0.9 IT16 200 7 Ç45 300 H7
+1.2
-0.6 IT16 200 8 Ç80 250 H12
+1.7
-0.9 IT16 200
4. Определениеколичества ступеней обработки основных поверхностей детали
Приопределении необходимого и достаточного количества ступеней обработки отдельныхповерхностей для обеспечения заданных характеристик точности формообразующихразмеров, формы и качества поверхности с достаточной для практических целейточностью, воспользуемся зависимостями:
1) число ступеней обработки необходимоедля обеспечения заданной точности:
/>,
где Тзаг– допуск размера заготовки; Тдет – допуск размера детали.
2) число ступеней обработки необходимоедля обеспечения заданной шероховатости:
3)
/>,
где Rzзаг – шероховатость поверхностизаготовки;
Rzдет – шероховатость поверхности готовойдетали.
Результатырасчета необходимого числа ступеней обработки для поверхностей детали приведеныв табл. 4.1.