Файл: Реферат Выпускная квалификационная работа содержит 89 с., 14 рис., 18 табл., 13 источников. В вкр объектом разработки является деталь типа Вал..pdf

14

контролепригодность

инструментальная доступность
Показатели технологичности:

трудоемкость

уровень технологичности конструкции

технологическая себестоимость

уровень технологичности конструкции по себестоимости изготовления
Анализируют изделия на технологичность для того, чтобы определить возможность получения заготовок прогрессивными методами и применить эти методы для обработки и сборки, контроля и испытаний, использовать типовые технологические процессы и их механизацию, и автоматизацию, выявить удобства (приспособленность) изделия в эксплуатации и его технического обслуживания, повысить долговечность и обеспечить надежность в работе, сократить трудоемкость ремонтов, обеспечить транспортабельность и требования технической безопасности.
Вал изготавливается из хромистой стали 40Х ГОСТ 4543-71.
Обозначение 40 свидетельствует о том, что в конструкционной стали содержится 0,40 % углерода, а остальные примеси очень незначительны. Буква
Х показывает, что сталь хромистая и основным легирующим элементом является Хром (0,8…1,2 %). Он повышает прокаливаемость, способствует получению высокой и равномерной твердости стали. Порог хладоломкости хромистых сталей - (0…-100) ºС. Сера до 0,04 % уменьшает пластичность и ударную вязкость, ухудшает свариваемость и коррозионную стойкость.
Марганец не превышает (0,5…0,8 %), он повышает прочность, не снижая пластичности, и резко снижает красноломкость стали, вызванную влиянием серы. Содержание кремния не превышает (0,17…0,37 %), кремний, дегазируя металл, повышает плотность слитка, растворяется в феррите и повышает прочность стали, особенно повышается предел текучести, но наблюдается некоторое снижение пластичности, что снижает способность стали к вытяжке.
Введение в сталь никеля (до 0,3%) , значительно повышает прочность и прокаливаемость, понижает порог хладоломкости, но при этом повышает

15 склонность к отпускной хрупкости (этот недостаток компенсируется введением в сталь молибдена). Хромоникелевые стали, обладают наилучшим комплексом свойств. Однако никель является дефицитным, и применение таких сталей ограничено. Значительное количество никеля можно заменить медью (до 0,3%)
, это не приводит к снижению вязкости. Содержание фосфора в стали
(0,025…0,035 %). Фосфор, растворяясь в феррите, искажает кристаллическую решетку и увеличивает предел прочности и предел текучести, но снижает пластичность и вязкость.

16
Диаметральные размеры вала убывают от середины к концам. Жесткость вала допускает получение высокой точности обработки.
На чертеже указаны все необходимые размеры, требуемая шероховатость обрабатываемых поверхностей, допуски соосности и радиального биения поверхностей, допуски торцевого биения.
Технологической базой при точении являются центровые отверстия.
Соотношение диаметра отверстий к длине, технологично, их можно получить сверлением и дальнейшим растачиванием, что будет удовлетворять требованиям на чертеже.
Наличие фасок, делает вал технологичным, так как облегчает процесс сборки.
Точность размеров основных поверхностей находится в пределах 6...8- го квалитетов, а размеры с неуказанными отклонениями выполняются по 14-му квалитету.
При изготовлении детали типа «Вал» используются такие операции как точение, фрезерование пазов, сверление, растачивание, фрезерование шлицев, шлифование точных поверхностей. Самые точные поверхности 6 квалитета, достижение которого требует затрат, однако он экономически достижим при шлифовании или тонком растачивании, что технологично. Расположение ступеней по возрастанию от одного конца к другому, повышает технологичность, так как обеспечивает свободный доступ инструмента и возможность за несколько установок обработать все поверхности. Деталь можно обрабатывать на токарных, фрезерных, координатно-расточных станках с ЧПУ.
В качестве приспособлений используются трехкулачковый патрон, тиски, рифленый центр совмещенный с плавающим и другие приспособления.
При большинстве операций за технологические базы принимают поверхности центровых отверстий с обоих торцов заготовки, что позволяет обрабатывать почти все наружные поверхности вала на постоянных базах с установкой его в центрах. Для исключения погрешности базирования при выдерживании длин ступеней от торца вала необходимо в качестве технологической базы использовать торец заготовки. С этой целью заготовку устанавливают на

17 плавающий передний центр. Использование центров в качестве установочных элементов предусматривает применение того или иного поводкового устройства или рифленого центра, передающего крутящий момент заготовке.
Поэтому обеспечивается точность взаимного положения, погрешность минимальная, поэтому показателю деталь технологична.
Вал технологичен, так как он жесткий, имеет свободный выход инструмента, что позволяет вести обработку на повышенных режимах резания, и позволяет применить более точные методы обработки.
Масса заготовки имеет достаточно большой вес, что требует специального приспособления для транспортировки, типа крана и др.
4.1. Обеспечение эксплуатационных свойств детали
Надежность и долговечность деталей зависит от эксплуатационных свойств их и соединений – статической, усталостной и контактной прочности, коррозионной стойкости, герметичности, износостойкости, прочности посадок и др. Указанные свойства, в свою очередь, зависят от механических свойств материалов, точности размеров деталей, параметров качества их поверхностного слоя и условий эксплуатации.
Анализируя условия функционирования детали и технические условии на изделие, конструктор определяет эксплуатационные свойства деталей и их допустимые пределы изменения. На основе анализа определяются материал детали, размеры, допуски, параметры качества поверхностного слоя и оптимизируются эксплуатационные свойства детали [6].
Кроме обеспечения эксплуатационных свойств деталей часто возникает необходимость повышения их уровня. Можно выделить четыре основных направления решения данной задачи:

совершенствование существующих методов обработки;

управление качеством криволинейных поверхностей трения;

модификация поверхностных слоев деталей;

разработка новых методов обработки; создание инструментов и оснастки на основе объединения проектирования, изготовления, эксплуатации, ремонта и восстановления деталей в единый технологический процесс.

18
Многие эксплуатационные свойства деталей зависят от состояния их поверхностного слоя: наличие или отсутствие наклепа, микротрещин, твердости и др.
В нашем случае в качестве отделочной обработки поверхности детали являются – тонкое точение и шлифование. Предел выносливости формируется от вида обработки и после тонкого точения составляет 800МПа, а после шлифования 530МПа, что значительно меньше.
4.1.1 Работоспособность детали
Проверка работоспособности конструкции детали выполняется с помощью CAE-системы (например, Delcam или CAD/CAE/PDM-системы
WinMachine). Для данной детали были проведены расчеты на возникновение напряжений при ее эксплуатации . Моделирование и расчеты были выполнены в программе SolidWorks. На рис. 1 показано статически узловое напряжение модели.
Рисунок 1 - Статически узловое напряжение модели
Шлицевой вал предназначен для передачи крутящего момента при помощи щлицев. Приложив усилие давления к шлицевому участку, на данном рисунке видно, что максимальное напряжение возникает в канавке, имеющую

19 наименьший диаметр, но толщины вполне хватает и этот участок выдерживает требуемы значения. В местах крепления детали, напряжения незначительные.
4.2. Способ получения заготовки
Выбор заготовки оказывает непосредственное влияние на возможность рационального построения технологического процесса изготовления как отдельных деталей, так и машины в целом, способствует снижению удельной металлоемкости и уменьшению отходов. Исходя из необходимости максимального приближения формы и размеров заготовки к параметрам готовой детали, следует применять прогрессивные методы и способы получения заготовок, такие как литье по выплавляемым моделям, литье в оболочковые формы, литье под давлением, штамповка в закрытых штампах, поэлементная штамповка, периодический прокат и др.
В качестве заготовок для деталей в мелкосерийном производстве обычно применяется недорогой полуфабрикат – прокат: круг, пруток, труба, лист, уголок, швеллер. В случае если диаметр круга недостаточен для получения детали, то применяют поковки. Если материал круга позволяет выполнить ковку, то можно отрезать заготовку от круга, а затем подвергнуть ковке.
Разрезка прутка, круга, трубы, уголка, швеллера с максимальным размером в сечении 80…100 мм производиться на механических ножовках, размером от 100 мм – на кругопильных станках.
Судя по габаритам предложенной детали максимальный диаметр которой составляет 210 мм , длиной 312 мм и материала Стали 40Х , выберем наиболее подходящий по всем параметрам способ получения заготовки.
Первый метод, который рассмотрим, это получение заготовки из горячекатаного круга. Круг стальной (прокат круглый) изготовляют в заводских условиях способом горячего металлопроката. На строительном рынке круг стальной удерживает лидирующие позиции вот уже в течение многих лет. Круг горячекатаный производится по ГОСТ2590-2006. Прокат стальной круглый гост бывает различных видов. Точность прокатки — один из основных признаков, по которым круг классифицируют. А — говорит о

20 высокой точности, Б - о повышенной, а В - об обычной. Кроме вышеназванного признака, прокат круглый ГОСТ 2590-2006 классифицируется по марке стали, использованной в производстве круга: высоколегированной, легированной, углеродистой или низколегированной. Различается гост прокат горячекатаный круглый и по длине. Если круглый сортовой прокат создан из высоколегированной стали, то она составляет от 1 до 6 метров. Из углеродистой и легированной - от 2 до 6 метров. Из низколегированной - от 2 до 12 метров. Большое количество достоинств стальному кругу придают свойства стали, из которой круг стальной создан. Это в первую очередь высокие антикоррозийные свойства, незаменимые в агрессивной внешней среде. Кроме того, круг - прокат стальной горячекатаный круглый ГОСТ 2590-
2006 имеет очень высокие показатели механической прочности и длительность срока службы.
Второй способ получения заготовки – это горячая объемная штамповка.
Будем использовать круглую заготовку диаметром 300 мм, длиной 3000 мм.
Стоимость такого проката составляет 50000 руб. за 1 тонну, в нашем случае стоимость такой заготовки равняется 10000 руб. шт. Из нее получим поковку диаметром 220 мм, длиной 320 мм, с помощью горячей объёмной штамповки.
Горячая объёмная штамповка – это вид обработки металлов давлением, при которой формообразование поковки из нагретой до ковочной температуры заготовки осуществляют с помощью специального инструмента - штампа. Течение металла ограничивается поверхностями полостей (а также выступов), изготовленных в отдельных частях штампа, так что в конечный момент штамповки они образуют единую замкнутую полость (ручей) по конфигурации поковки.
В нашем случае целесообразно принять круг горячекатаный диаметром
220 мм и длинной 320 мм. Наиболее экономичным и технологичным является этот способ, потому что, круглую заготовку можно приобрести любого диаметра и различной длины, то есть на предприятии изготовителе ее сразу подготовят по нужным размерам, что очень удобно. Так же при изготовлении уйдёт минимум отходов, что не мало важно. Для штамповки необходимо

21 специальное оборудование – штамп, использование которого значительно увеличивает себестоимость готовой продукции.
4.3. Проектирование технологического маршрута
Несмотря на большое разнообразие размеров и конструктивных форм, валы подвергаются одинаковым процессам обработки.
Типичными установочными базами для них являются центровые отверстия. На некоторых операциях обработки при воздействии изгибающих сил резания, например, при фрезеровании плоскостей, сверлении радиальных отверстий в качестве установочных баз используют обработанные шейки [6].
В зависимости или программы выпуска изделий технологический процесс изготовления валов может отличаться только последовательностью обработки или введением дополнительных операций [5].
Типовую схему процесса изготовления валов можно представить в такой последовательности:
1) подготовка технологических баз – подрезание торцов и центрование.
Эту операцию выполняют на центровальных, фрезерно-центровальныхи и токарных станках;
2) черновая токарная обработка обоих концов вала, подрезание торцов и уступов;
3) чистовая токарная обработка в той же последовательности, что и черновая. Наружные поверхности валов обтачивают на токарных станках с
ЧПУ в центрах, на токарно-копировальных и на многорезцовых одно- и многошпиндельных автоматах;
4) черновая и чистовая обработка фасонных поверхностей - нарезание шлицев;
5) выполнение второстепенных операций - сверления, развертывания, нарезание резьбы, фрезерование лысок;
6) черновое и чистовое шлифование наружных поверхностей, торцов.
Этапы обработки будут выглядеть следующим образом:

22
Операция 005 – Заготовительная. Данная операция выполняется на отрезном станке 8Г681. Деталь закрепляется в призмах с упором в торец и отрезается пилой диаметром . Пила изготовлена из быстрорежущей стали. Отрезка заготовки показана на рис. 2.
Рисунок 2 - Отрезка заготовки
Операция 010 – Токарная. Данная операция выполняется на токарно- винторезном станке 1К62, за два установа. На первом установе подрезается торец 3, протачиваются поверхности 1 и 2, и сверлется центровое отверстие 4 рис. 3. Деталь закрепляется в трехкулачковом патроне. Базами являются наружный диаметр и торец. Поверхность 2 на следующем установе будет служить технологической, а центровые отверстия позволяют обеспечить принцип постоянства баз для следующих операций.
Рисунок 3 - Получение технологических баз
На втором установе подрезается торец 6, протачивается поверхность 5 и центруется отверстие 7 рис. 4. Центровые отверстия позволяют обеспечить принцип постоянства баз для следующих операций.