Проектирование червячного вала

Данные для расчета стоимости  заготовки по вариантам сведем в  таблицу 1.6:

 

Таблица 1.6

Сравнение методов получения заготовки

Наименование  показателей	1-й  вариант	2-й  вариант
Вид заготовки	прокат	штамповка
Класс точности	-----	второй
Группа  сложности	-----	вторая
Масса заготовки Q, , кг	17,8	13,1
Стоимость 1-ой тонны заготовок в условных единицах Сi	130	315
Стоимость 1-ой тонны стружки в условных единицах Sотх	29,8	29,8

 

Произведем расчет себестоимости  заготовок по следующим зависимостям:

-Затраты на заготовку из проката:

 

 (1.5)

 

-Стоимость заготовки, получаемой  на штамповочном молоте:

 

, (1.6)

 

где kт – коэффициент, зависящий от класса точности штамповки, для 2-го класса точности kт = 1 (стр 39, [3]),

kс - коэффициент, зависящий от группы сложности поковки, для 2-ой группы сложности kс = 0.88 (табл 15, стр 40, [3]),

kв - коэффициент, зависящий от массы заготовки, kв = 0,89 (табл 15, стр 40, [3]),

kм - коэффициент, зависящий от материала штамповки, kм = 1.27 (стр 39, [3]),

kп - коэффициент, зависящий от объема производства, kп = 1 (табл 16, стр 40, [3]).

Таким образом, получаем из формулы (1.6):

Экономический эффект для сопоставления  способов получения заготовок, при  которых технологический процесс  механической обработки не меняется, может быть рассчитан по формуле:

 

, (1.7)

 

где - стоимости сопоставляемых заготовок, у.е.;

N =1000 штук.- годовая программа выпуска деталей.

Отсюда находим:

 у.е.

Анализ показывает, что получение  заготовки из проката потребует  намного большего расхода материала, чем при штамповке. Получение заготовки штамповкой является более производительным процессом, но требует специального оборудования и оснастки (штамп, молот, обрезной пресс и т. д.). Затраты на оборудование и оснастку могут окупиться при значительных партиях обработки деталей. Стоимость получения заготовки штамповкой оказывается в два раза большей стоимости заготовки из проката, но, учитывая количество деталей и продолжительность обработки для заготовки из проката (что влияет на износ режущего инструмента и затраты энергоресурсов), экономически целесообразно выбрать заготовку-штамповку на молоте.

Таким образом, окончательно принимаем  в качестве заготовки – заготовку, получаемую штамповкой.

1.3 Проектирование маршрута изготовления детали

1.3.1 Выбор типового технологического процесса

При разработке технологического процесса изготовления любой детали в машиностроительном производстве возникает задача – выбрать из нескольких вариантов разработки один, обеспечивающий наиболее экономичное решение. Поэтому с целью экономии труда и времени технологической подготовки производства необходимо использовать типовые процессы обработки деталей и типовых поверхностей деталей. Типовой технологический процесс обработки червяков и колес червячных передач состоит из следующих основных этапов:

1. Обработка заготовки резанием для получения необходимых геометрических форм, а также основных базовых поверхностей.
2. Повторная обработка резанием и дополнительное формообразование детали.
3. Черновое зубонарезание для червяков и колес.
4. Термическая обработка.
5. Обработка монтажных и базовых поверхностей после термической обработки.
6. Окончательная обработка и отделка зубьев червяков после термической обработки.

Кроме получения точных размеров и  формы червяка и червячного колеса в делительной передаче необходимо, чтобы технологический процесс  их изготовления обеспечивал длительное сохранение полученных размеров и формы. Эта задача решается в результате придания материалам червяка и колеса нужной структуры, твердости и равновесия внутренних напряжений, соответствующими способами получения заготовок, режимами термической обработки и распределением съема припусков между последовательными операциями механической обработки. Соответственно в технологический процесс необходимо включить металлографический контроль заготовок, определение твердости и проверка отсутствия трещин.

Таким образом, учитывая особенности  изготовления, укрупненный технологический  маршрут обработки делительного червяка из цементуемой стали  выглядит следующим образом:

• ковка заготовки;
• отжиг поковки;
• черновое обтачивание поковки;
• высокий отпуск;
• предварительная механическая обработка;
• высокий отпуск;
• цементация;
• нормализация и высокий отпуск;
• промежуточная механическая обработка для снятия цементационного слоя;
• закалка и низкий отпуск;
• первое получистовое шлифование;
• стабилизирующий отпуск;
• второе получистовое шлифование;
• стабилизирующее старение;
• окончательное шлифование.

Схема распределения припусков  по различным операциям в процессе механической обработки витков делительного червяка показана на рис.1.

Предварительная механическая обработка  заканчивается шлифованием витков (рис.1) для выравнивания припуска и толщины цементованного слоя. При предварительном точении снимается припуск 1,0–1,5 мм по толщине витка, а при предварительном шлифовании – 0,15- 0,20 мм. При первом получистовом шлифовании витков снимается наибольший припуск (55-60%) для устранения деформаций и черноты поверхности, полученных при термической обработке. Для обеспечения одинаковой толщины цементованного слоя необходимо уделять особое внимание равномерности съема припуска с обеих сторон витка. Уже на этом этапе осуществляется согласование толщины витка червяка с толщиной витка шевера.

 

Рис.1.3.1 Распределение припусков при обработке однозаходного червяка по операциям:

1 – черновая прорезка; 2 – предварительная  проточка; 3 – предварительное шлифование;

4 – 1-ое получистовое шлифование; 5 - 2-ое получистовое; 6 – чистовое шлифование

 

Достигаемая точность обработки червяка  определяется в основном последними операциями шлифования профиля. Второе получистовое шлифование производится уже с высокой точностью на червячно- или резьбошлифовальных станках классов точности А и С, причем используется станок, на котором шлифовался шевер, предназначенный для нарезания колеса, сопрягаемого с данным червяком (соблюдаются условия идентичности их винтовых поверхностей). Наиболее подходят для этой цели станки мод. 5822 и МВ-107. При чистовом шлифовании витков обеспечивают требуемую чертежом шероховатость поверхности, толщину витка и идентичность винтовой поверхности с режущей поверхностью шевера. При этом снимается припуск по толщине, равный 0,10-0,15 мм, причем за номинал принимается фактическая толщина витка шевера, уменьшенная на величину бокового зазора в паре.

Центровые отверстия червяка являются постоянными технологическими и  измерительными базами. Поэтому после  каждой операции термической обработки  производится их восстановление притиркой  чугунными или твердосплавными  притирами на токарных станках или  шлифованием на специальных станках. Требования к шероховатости, прилеганию центровых отверстий и величины биения базовой поверхности после  соответствующего этапа механической обработки приведены в таблице 1.7.

 

Таблица 1.7

Операция, для которой подготовляется центровое отверстие	Площадь пятна контакта в %	Ra, мкм	Биение базовой поверхности в мм
Предварительное точение................ Предварительное шлифование........ Промежуточное точение.................. 1-ое получистовое шлифование....... 2-ое получистовое шлифование....... Чистовое шлифование......................	50-60 50-60 60 80 90 100	12,5 6,3 3,2 1,6 0,8 0,4	0,050-0,060 0,020-0,025 0,020-0,025 0,012-0,016 0,008-0,01 0,0025-0,006

 

Наша деталь отличается от детали, типовой маршрут изготовления которой  рассмотрен выше. Рассмотрим отличия:

1. Операция 2-ого получистового шлифования поверхности червяка и стабилизирующее старение исключается из процесса обработки, поскольку данная операция производится для делительных червяков 3-4-ой степени точности. В данном случае для обеспечения выполнения требований к качеству поверхностного слоя червяка достаточно одной операции получистового шлифования.
2. Для обеспечения требований к базовым поверхностям операцию получистового шлифования можно исключить, так как применяется средство активного контроля (двухконтактная скоба) при круглом врезном шлифовании. Данное следящее устройство обеспечит контроль шлифуемого размера непосредственно во время обработки и позволит сократить время обработки базовых поверхностей и количество операций шлифования.
3. Операцию нарезания наружной резьбы (резьбонарезная операция) необходимо выполнить до закалки детали.

Технологический маршрут обработки  делительного червяка полностью  представлен в п.1.3.6 пояснительной записки.

1.3.2 Особенности обработки деталей на станках с ЧПУ

Так как деталь “Вал червячный” предназначена  для передачи крутящего момента  в делительной цепи коробки передач  зубообрабатывающего станка, следовательно, к ней предъявляются высокие требования по точности и шероховатости поверхности (подробнее см. раздел 1.1.5). Кроме того, предполагается выпускать 1000 деталей в год (среднесерийное производство). В данном случае применение универсального оборудования нецелесообразно, так как при среднесерийном производстве обработку ведут на предварительно настроенных станках, количество обрабатываемых поверхностей на одной операции (токарный станок) ограничивается четырьмя (2 цилиндра и 2 торца). Ко всему прочему, универсальные станки могут не дать требуемой точности. В результате для обработки детали понадобится большое количество универсальных станков, следовательно, большое число рабочих, наладчиков и т. д. Все эти проблемы будут устранены путем применения оборудования с ЧПУ. Несмотря на более высокую стоимость, данные станки при применении соответствующего инструмента, режимов резания и правильной технологии обладают высокой производительностью и позволяют получить большую точность. Поэтому токарные операции будут выполняться на станках с ЧПУ. Приведем некоторые аспекты и особенности обработки на станках с ЧПУ [10].

Проектирование токарной операции является частью более общей задачи разработки технологического процесса изготовления детали. Необходимо знать не только, в каком виде заготовка поступает на токарную операцию, но и какова должна быть ее точность после обработки. Технологическую разработку токарной операции на станках с ЧПУ начинают с составления эскиза заготовки в том виде, который она принимает после предшествующей обработки с указанием всех размеров и технических требований. Рекомендуется на эскизе тонкими линиями показать контур детали, получаемый после обработки, с указанием допустимых отклонений и качества поверхности.

Несмотря на то, что перед разработкой  технологических процессов проводится анализ технологичности детали, при проектировании токарной операции на станках с ЧПУ рекомендуется дополнительно проанализировать ее технологичность. При этом обращается внимание на унификацию элементов детали, упрощение геометрической формы, обеспечение жесткости при обработке.

При применении станков с ЧПУ  необходимо наиболее полно использовать технологические возможности этого оборудования. Для каждого станка имеется определенный комплект инструмента. Следует проверить возможность обработки детали с его применением. В случае необходимости разрабатывают предложения по изменению конструкции детали.

Наибольший эффект достигается  при использовании станков с  ЧПУ для решения наиболее сложных  технологических задач, например для  обработки деталей сложного профиля, в случае высокой концентрации переходов  обработки, исключения слесарных работ и сложных приспособлений. На станках с ЧПУ нецелесообразно обрабатывать детали с числом ступеней меньше трех и детали, время установки и выверки которых велико. Станок с ЧПУ должен быть занят обработкой деталей одного наименования в год в течение 10 - 25 ч. На токарных станках с ЧПУ последовательность переходов обработки следующая:

а) предварительная (черновая) обработка основных участков поверхностей детали: подрезка торцов, центрирование перед сверлением отверстий диаметром до 20 мм, сверление (если используются два сверла, то вначале сверлом большего диаметра), рассверливание отверстий, точение (получистовая обработка) наружных поверхностей, а затем растачивание внутренних поверхностей;

б) обработка дополнительных участков поверхностей детали (кроме канавок для выхода шлифовального круга, резьбы и т.п.); в тех случаях, когда черновая и чистовая обработки внутренних поверхностей проводятся одним резцом, все дополнительные участки обрабатывают после чистовой обработки;