Разработка технологического процесса изготовления детали «Шестерня»

Содержание

Введение

Целью курсовой работы является не только закрепление, углубление, обобщение  знаний по основным разделам и темам  дисциплины «Технологии Машиностроительного Производства», но и разработка технологического процесса изготовления детали «Шестерня».

В ходе выполнения курсового  проекта необходимо:

• Провести анализ конструкции детали, материала, химического состава и свойств материала, назначить термообработку;
• Выбрать метод получения и вид заготовки;
• Разработать маршрутную технологию обработки детали;
• Разработать операционную технологию на 3 операции: выбрать оборудование и режущие инструменты, рассчитать режимы обработки и нормы времени;
• Рассчитать технологическую себестоимость разрабатываемых операций.

1. Анализ исходных  данных

1. 1. Анализ  соответствия требований к изготовлению  детали и их служебному назначению

Шестерня (Зубча́тое колесо́) — основная деталь зубчатой передачи в виде диска с зубьями на цилиндрической поверхности, входящими в зацепление с зубьями другого зубчатого колеса.

Принцип действия основан  на зацеплении пары зубьев колес передач. Классификация зубчатых передач: по взаимному расположению осей валов  передач: с параллельными и пересекающимися осями, по расположению зубьев: прямозубая, косозубая, с круговым зубом, по форме профиля зуба: эвольвентные и круговые

Деталь «Зубчатое колесо» изготовлена из стали 12Х2Н4А (ГОСТ 4543-71). Сталь 12Х2Н4А относится к легированным конструкционным сталям.

 

Таблица 1. Характеристика материала  12Х2Н4А  при закалке в масле,

высокий отпуск

 

Марка:	12Х2Н4А
Классификация:	Сталь конструкционная легированная
Применение:	Зубчатые колеса, валы, ролики, поршневые  пальцы и другие крупные особо  ответственные цементуемые детали, к которым предъявляются требования высокой прочности, пластичности и вязкости сердцевины и поверхностной твердости, работающие под действием ударных нагрузок или при отрицательных температурах до -120 °С .

 

Таблица 2. Химический состав в % материала  12Х2Н4А

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	Cu
0.09 - 0.15	0.17 - 0.37	0.3 - 0.6	3.25 - 3.65	до   0.025	до   0.025	1.25 - 1.65	до   0.3

 

 

 

Таблица 3.Технологические свойства материала  12Х2Н4А

Свариваемость:	ограниченно свариваемая.
Флокеночувствительность:	чувствительна.
Склонность к отпускной хрупкости:	склонна.

 

Таблица  4. Механические свойства при Т=20^oС материала 12Х2Н4А

Сортамент	Размер	sв	sT	d	y	KC	Термообр.
	мм	МПа	МПа	%	%	кДж / м2	-
Пруток	Ж 5	1270	1080	13	60	1050	Состояние поставки
Пруток	Ж 5	980	830	16	70	1470	Состояние поставки

1. 2. Анализ технологичности конструкции детали

1. 2. 1. Качественный  анализ технологичности

 

Заданная  шестерня представляет собой одну из конструкций зубчатого  колеса. Деталь небольшая, ее габариты Ø 102*19, масса 0,458 кг. Это позволяет вести обработку на небольших и, значит, более дешевых станках.

Шестерня проходит термообработку, что имеет большое значение в отношении короблений, возможных при нагревании и охлаждении детали. В этом смысле перемычка, связывающая тело зубчатого венца и ступицу, расположена неудачно, т.к. при термообработке возникнут односторонние искажения. Зубчатый венец уменьшится в размерах, и вызовет сжатие ступицы с левого торца. Т.о., отверстие приобретет коническую форму, что скажется на характере искажения зубчатого венца. Перемычку между венцом и ступицей следовало бы сместить, или наклонить, однако в данном случае это, по-видимому, не возможно, т.к. на шестерни имеется обработка внутренней поверхности венца до самой перемычки.

Круглая форма детали говорит о ее технологичности  при получении заготовки, обработке, контроле. За исключением зубьев, обработку можно вести на очень распространенных станках токарной и шлифовальной групп.

В то же время с точки  зрения механической обработки ЗК не технологичны, т.к. операция получения  зубьев со снятием стружки производится в основном малопроизводительными  методами.

Конструкция шестерни, несмотря на ступенчатую форму, позволяет вести обработку зубьев одновременно на нескольких деталях, посаженных на оправку и с использованием промежуточных деталей. При обработке нескольких деталей сокращаются потери времени, связанные с врезанием фрез.

Большинство элементов  шестерни технологичны, и позволяют  вести обработку стандартным покупным инструментом.

Технологичны фаски  с центральным отверстием. Они  не позволяют при протягивании отверстия или шпоночного паза образовываться заусенцам на торцах ступицы.

Самый точный и ответственный  элемент детали – центральное  отверстие         Ø36 Н7 с шероховатостью Ra 1,6 мкм. Шероховатость на зубьях Ra 1,0 мкм, поэтому их необходимо шлифовать или шевинговать. Остальные поверхности выполнены менее точно, их шероховатость более грубая.

Деталь имеет хорошие  базы, при обработке – отверстие  Ø36 Н7 и точный торец. Эти же поверхности являются базами и при контроле.

На детали правильная простановка размеров и тех. требований.

Учитывая вышесказанное, деталь заслуживает качественной оценки технологичности конструкции детали  –  хорошо.  

1. 2. 2. Количественный  анализ технологичности

1) Коэффициент  точности обработки

           ,

 где А_ср – средний квалитет детали

 

А – квалитет обработки,

n – число размеров соответствующего квалитета.

<0,92  оценка по коэффициенту  «удовлетворительно».

2) Коэффициент  шероховатости поверхности

Для определения коэффициента необходимо найти среднюю шероховатость детали

        

      

К_Rа=0,242 – оценка по коэффициенту «хорошо».

    

 

 

 

 

2. Обоснование метода  и способа получения исходной  заготовки              

Вид заготовки и способ их изготовления для конкретной детали определяются такими показателями, как:

• материал;
• конструктивная форма;
• серийность производства;
• масса заготовки.

Наиболее широко используемые материалы объединены в 7 групп. Сталь 12Х2Н4А относится к легированным сталям. По таблице 3.1.(1,60 стр.) определяем код группы.

Код группы – 6.

Конструктивные  формы деталей общего машиностроения делятся на 14 видов. Соответствующий код выбираем на основе сравнения реальной дета-ли с описанием типовых деталей, представленных в таблице 3.2.(1,61 стр.).

Шестерня имеет цилиндрическую поверхность со сквозным гладким  отверстием. Следовательно, код конструктивной формы – 6.

Код серийности производства согласно таблице 3.3. (1,62 стр.) – 2.

Масса шестерни 0, 458 кг. По таблице 3.4. (1,62 стр.) номер диапазона – 1.

Таким образом, определив  коды по каждому из четырех факторов составим перечень возможных видов  и способов получения заготовок  для данной детали согласно таблице 3.7. (1,64 стр.):

• штамповка на молотах и прессах;
• штамповка на горизонтально-ковочных машинах.

 

 

 

 

Выберем оптимальный по параметру К_им – коэффициента использования материала:

 

К_им = m_дет/m_заг         (2.1)

m_заг= m_дет/К_вт ,                                                                                                                             (2.2)

где К_вт – коэффициент весовой точности.

Т. к. К_им= К_вт, то достаточно выбрать вид заготовки с наибольшим коэффициентом весовой точности.  ([1], стр. 63)

Таблица 5. Способы получения заготовки

№ п/п	Способ получения заготовки	Квт
	Штамповка на молотах и прессах	0,8
	Штамповка на горизонтально-ковочных машинах	0,85

 

Таким образом, целесообразно выбрать заготовку, получаемую штамповкой  на горизонтально-ковочных машинах.

Согласно ГОСТу 7505-89 спроектируем необходимую для  получения заданной детали заготовку:

1. Исходные данные по детали:

1.1. Материал – Сталь 12Х2Н4А (ГОСТ 4543-71):

• 0,09-0,15 % С;
• 0,17-0,37 % Si;
• 0,3-0,6 % Mn;
• 3,25-3,65 % Ni;
• 0,025 % S;
• 0,025 % P;
• 1,25-1,65 % Cr;
• 0,3 % Cu.

1.2. Масса детали – 0,458 кг.

    

2. Исходные данные для расчета:

2.1. Масса  поковки – 0,756 кг. (расчетная);

Расчетный коэффициент К_р=1,5…1,8 (≈ 1,65)  по ГОСТу 7505-89.

1,65*0,458=0,756 кг.

2.2. Класс точности – Т4.

2.3. Группа стали – М1.

Средняя массовая доля углерода в стали 12Х2Н4А – 0,12 %;

Суммарная массовая доля легирующих элементов – 0,0597 % (0,27 % Si;    0,45 % Mn; 3,45 % Ni; 0,025 % S; 0,025 % P; 1,45 % Cr; 0,3 % Cu ).

2.4. Степень  сложности – С2.

     Размеры описывающей поковку фигуры (цилиндр), мм:

Диаметр 107,1 (102*1,05=107,1) (где 1,05 – коэффициент).

Высота 19,95 (19*1,05=19,95).

Масса описывающей  фигуры (расчетная) – 1,401 кг.

G_ф= π*D²/4*ρ_ст*h,                         где

G_ф - масса описывающей фигуры;

D – диаметр;

h – высота;

ρ_ст – плотность стали.

G_ф=3,14*107,1²*0,25*7,8*10^-6*19,95=1,401 кг.

G_п: G_ф = 0,756:1,401= 0,54.

2.5. Конфигурация  поверхности разъема штампа П (плоская).

2.6. Исходный индекс – 7.

3. Припуск и кузнечные напуски

3.1. Основные  припуски на размеры, мм.

1,3 – диаметр  107,1 мм и чистота поверхности  5,0;

1,0 – диаметр  36 мм и чистота поверхности  12,5;

1,0 – толщина  19 мм и чистота поверхности  2,5;

 

 

3.2. Дополнительные  припуски, учитывающие:

Смещение по поверхности разъема штампа – 0,2 мм.;

Отклонение  от плоскостности – 0,4 мм.

4. Размеры  поковки и их допускаемые отклонения

4.1. Размеры  поковки, мм:

Диаметр 102+ (1,3+0,2)*2=105 принимается 105;

Толщина 19 + (1,0+0,4)*2=21,8 принимается 22;

Допускаемые отклонения размеров, мм:

Диаметр:

Толщина:

 

 

Рисунок  1. Заготовка

 

 

 

 

3. Разработка технологического  процесса

3. 1. Разработка плана обработки и его описание

 

 

 

 

Рисунок  2. Установление позиций поверхностей детали

 

 

 

 

 

Таблица 6. Установление этапов обработки поверхностей

 

№ пов.	Этапы обработки
	1	2	3	4
	Точение черновое	Точение чистовое	Цементация
	Точение черновое
	Точение черновое
	Точение черновое
	Точение черновое
	Точение черновое
	Протягивание
	Точение черновое
	Точение черновое	Шлифование черновое		Шлифование чистовое
	Зубофрезерование		Цементация	Зубошлифование
	Сверление
	Точение черновое	Шлифование черновое		Шлифование чистовое
	Точение черновое