Технология создания детали Шестерня

 

1. Техническая  часть.

 

1. Описание детали.

 

   Деталь относится к классу валов, изготавливаемых механической обработкой. Данная деталь представляет собой тело, имеющее поверхности вращения. ШЕСТЕРНb, зубчатое колесо, прикрепленное к вращающейся оси. Зубцы одной шестерни захватывают другую и, таким образом, передают и видоизменяют движение и вращающий момент. Меньшая из пары шестеренок называется малым зубчатым колесом. Если оно надето на привод, то скорость уменьшается, а поворотный момент увеличивается. Если же большое зубчатое колесо надето на привод, скорость увеличивается, а поворотный момент наоборот уменьшается. Спиральная шестеренка привода, называемая червячной, передаст ведомой шестерне сильно замедленную скорость. В качестве шестеренок можно было бы использовать и гладкие колеса, но они будут проскальзывать.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 1.2 Служебное назначение, условия работы детали.

 

   Зубчатые колёса обычно используются парами с разным числом зубьев с целью преобразования вращающего момента и числа оборотов вала на выходе. Колесо, к которому вращающий момент подводится извне, называется ведущим, а колесо, с которого момент снимается — ведомым. Если диаметр ведущего колеса меньше, то вращающий момент ведомого колеса увеличивается за счёт пропорционального уменьшения скорости вращения, и наоборот. В соответствии с передаточным отношением, увеличение крутящего момента будет вызывать пропорциональное уменьшение угловой скорости вращения ведомой шестерни, а их произведение — механическая работа — останется неизменным. Данное соотношение справедливо для идеального случая, не учитывающего потери на трение и другие эффекты, характерные для реальных устройств.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.3 Материал детали и его свойства.

Сталь 45

Общие сведения

Заменитель

стали: 40Х, 50, 50Г2

Вид поставки

Сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 1050-74, ГОСТ 2590-71, ГОСТ 2591-71, ГОСТ 2879-69, ГОСТ 8509-86, ГОСТ 8510-86, ГОСТ 8239-72, ГОСТ 8240-72, ГОСТ 10702-78. Калиброванный пруток ГОСТ 1050-74, ГОСТ 7414-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 10702-78. Лист толстый ГОСТ 1577-81, ГОСТ 19903-74. Лист тонкий ГОСТ 16523-70. Лента ГОСТ 2284-79. Полоса ГОСТ 1577-81, ГОСТ 103-76, ГОСТ 82-70. Проволока ГОСТ 17305-71, ГОСТ 5663-79. Поковки и кованые  заготовки ГОСТ 8479-70, ГОСТ 1131-71. Трубы  ГОСТ 8732-78, ГОСТ 8733-87, ГОСТ 8734-75, ГОСТ 8731-87, ГОСТ 21729-78.

Назначение

Вал-шестерни, коленчатые и распределительные валы, шестерни, шпиндели, бандажи, цилиндры, кулачки  и другие нормализованные, улучшаемые и подвергаемые поверхностнй термообработке детали, от которых требуется повышенная прочность.

 

Химический состав

Химический элемент	%
Кремний (Si)	0.17-0.37
Медь (Cu), не более	0.25
Мышьяк (As), не более	0.08
Марганец (Mn)	0.50-0.80
Никель (Ni), не более	0.25
Фосфор (P), не более	0.035
Хром (Cr), не более	0.25
Сера (S), не более	0.04

 

Механические свойства

Механические свойства при повышенных температурах

t испытания, °C	s0,2, МПа	sB, МПа	d5, %	d, %	y, %	KCU, Дж/м2
Нормализация
200	340	690		10	36	64
300	255	710		22	44	66
400	225	560		21	65	55
500	175	370		23	67	39
600	78	215		33	90	59
Образец диаметром 6 мм и длиной 30 мм, кованый  и нормализованный. Скорость деформирования 16 мм/мин. Скорость деформации 0,009 1/с.
700	140	170	43		96
800	64	110	58		98
900	54	76	62		100
1000	34	50	72		100
1100	22	34	81		100
1200	15	27	90		100

 

Технологические свойства

Температура ковки

Начала 1250, конца 700. Сечения до 400 мм охлаждаются на воздухе.

Свариваемость

Трудносвариваемая. Способы сварки: РДС и КТС. Необходим  подогрев и последующая термообработка.

Обрабатываемость  резанием

В горячекатаном  состоянии при НВ 170-179 и sB = 640 МПа Ku тв.спл. = 1, Ku б.ст. = 1.

Склонность к  отпускной способности

Не склонна.

Флокеночувствительность

Малочувствительна.

 

1.4 Анализ технологичности  детали.

 

  Технологичность общей конструкции.

  Деталь должна изготавливаться с минимальными трудовыми и материальными затратами. Эти затраты можно сократить в значительной степени от правильного технологического процесса, его оснащения, механизации и автоматизации, применение оптимальных выборов обработки и правильной подготовки производства.

  Анализ технологичности детали типа «Шестерни» произвожу по следующим критериям:

технологичность заготовки

технологичность общей конструкции  детали

технологичность базирования  и закрепления

Технологичность заготовки.

  Материал заготовки Сталь 45 . Обрабатываемость материала осуществляется фрезами , резцами (оснащенными твердосплавными пластинами), протяжкой, сверлом. Метод изготовления - штамповка. С точки зрения получения заготовки и программой выпуска детали, заготовку можно считать технологичной.

  Технологичность общей конструкции детали.

  Шестерня имеет криволинейные поверхности, имеет внутренние сквозные отверстия, зубья. На многих операциях сохраняется принцип постоянства баз. Таким образом, с точки зрения конфигурации, деталь является технологичной.

  Технологичность базирования и закрепления.

  В процессе изготовления детали для ее закрепления применяются как универсальные, так и специальные приспособления. Как отмечено выше, на большинстве операций возможно сохранение принципа постоянства баз. Недостатком является большое количество установок, обусловленное разнохарактерной обработкой. Таким образом, с точки зрения базирования и закрепления, деталь можно считать технологичной.

  На основе данного анализа отдельных критериев, логичен вывод об общей технологичности детали типа «Шестерни».

                         1.5 Обоснование выбора метода получения заготовки.

  В машиностроении при выборе обработки, для заданной стали, назначают метод ее получения, определяют конфигурацию, размеры, допуски, припуски на обработку и формируют технические условия на изготовление.

  Главным при выборе заготовки является обеспечение заданного качества готовой детали при ее минимальной себестоимости.

  Технологические процессы получения заготовок, определяются технологическими свойствами материала, конструктивными формами и размерами детали, программой выпуска.

  Особенно важно выбрать заготовку и назначить оптимальные условия ее изготовления, для изготовления детали и снижения себестоимости используется заготовка штамповка. Выбор вида заготовки зависит от конструктивных форм деталей, их назначения, условий их работы в собранной машине, испытываемых напряжений. Выбор заготовки имеет большое значение для проектирования технологического процесса.

  Выбираем оптимальный метод получения заготовки «Шестерни».

Материал - Сталь 45 .

Производство - серийное.

  Выбираем возможный метод ее получения - штамповка 3 группы.

  Производительность штамповки во много раз выгодней других методов получения заготовок, вместе с этим обеспечивается однородность и точность поковок. Их как правило, обрабатывают только в месте сопряжения с другими деталями, остальные поверхности оставляют необработанными. Однако штамповка имеет и недостатки. Из них главная ограниченность веса штампованных поковок (200, в редких случаях - до 1000 кг) и высокая стоимость штампов, которые являются узкоспециализированными: каждый штамп годен для изготовления лишь одной определенной поковки. Но эти недостатки не мешают нам выбрать данный метод получения заготовки.

Определяем объем и  массу заготовки.

Определяем объем и  массу детали.

Определяем коэффициент  использования материала (КИМ).

                                     Выбор и проектирование заготовки.

  При выборе заготовки для заданной детали назначают ее конфигурацию, размеры допусков, припуски на обработку и формируют технические задания по изготовлению.

  По мере усложнения конфигурации заготовки, уменьшения напусков и припусков, повышения точности размеров и параметров расположения поверхностей усложняется и дорожает технологическая оснастка заготовительного цеха и возрастает себестоимость последующей обработки заготовки, повышается коэффициент использования материала (КИМ).

Заготовки простой конфигурации дешевле, т.к. не требуют при изготовлении сложной и дорогой технологической  оснастки, но такие заготовки требуют  последовательной трудоемкости обработки  и повышения расходов материала.

Главным при выборе заготовки  является обеспечение заданного  качества готовой детали при ее минимальной  себестоимости.

  Технологические процессы получения заготовок определяются техническими свойствами материала, конструктивными формами и размерами детали и программой выпуска. Заготовки получают различными методами:

• литьем
• обработкой давлением и ковкой (штамповка, ковка, прессовка)
• методом порошковой металлургии
• путем разделки проката
• при помощи сварки

Тип производства и припуск  на обработку оказывают большое  влияние на получение заготовки.

Припуск - слой металла, снимаемый  в процессе механической обработки, с целью получения заданной точности и заданной шероховатости поверхности.

 

 

 

 

 

 

1.6 Определение  и расчет припусков аналитическим  методом.

1. Припуск - слой материала  удаленный с поверхности заготовки  в целях достижения заданных  свойств обрабатываемой поверхности,  а также для  номинальных  размеров детали.

  Припуск на обработку поверхностей детали может быть назначен по соответствующим справочникам, таблицам, ГОСТам или основе расчетно – аналитического метода определения припусков.

  Аналитический метод базируется на анализе факторов обработки. Расчетной величиной является min припуск на обработку, достаточный для устранения на выполненном переходе погрешностей обработки и дефектов поверхностного слоя. С помощью минимального припуска рассчитывают размеры заготовки.

  Минимальный припуск (для случая обработки отдельно расположенных поверхностей) рассчитывается по формуле:

 

++

 

где: - суммарное отклонение расположения поверхностей.

- погрешность  установки заготовки на последующем  переходе.

Rz  - высота микронеровностей профиля на предыдущем переходе

 h    - глубина дефектного слоя на предыдущем переходе.

Минимальный припуск (для  случая обработки противоположных  поверхностей) рассчитывается по формуле:

 

 

 

 

Расчет припусков  на обработку.

 

1. Общий припуск на диаметр:

 

Rz=160 мкм = 0,16 мм, (Косилова 1 том, стр. 187)

h=200 мкм = 0,2 мм,

∆k=700 мкм = 0,7 мм,

∆см=500 мкм = 0,5 мм,

Е=300 мкм = 0,3 мм,

 

2Zi min = 2[(160 + 200) +] = 2420 мкм ≈ 2мм (две стороны)

 

2. Общий припуск на внутренний диаметр:

 

Rz = 160 мкм = 0,16 мм; (Косилова 1 том, стр. 187)

 h=200 мкм = 0,2 мм;

 

Е=300 мкм = 0,3 мм;

∆k=700 мкм = 0,7 мм;

∆см=400 мкм = 0,4 мм;