Подготовка производства шестерней для двигателя

1. Точение черновое: 2z = 2 мм;

2. Точение получистовое: 2z = 0,8 мм

3. Точение чистовое: 2z = 0,4 мм;

На последней ступени обработки расчетный размер равен размеру готовой детали. Для Зубофрезерования D_p = 32,26 мм. C учетом допуска наибольший предельный размер на данной операции:

D_max = 32,26 мм.

Расчетные размеры на предшествующих ступенях обработки определяем как сумму наибольшего предельного размера (равного округленному значению расчетного размера по рекомендациям [1, с. 110, т. П. 4.1] и из технологических соображений) и соответствующего ему расчетного припуска на данной ступени обработки: .Тогда:

- для получистового точения (операция 060):

D_p =32,26+0.4= 32,66 мм;

D_прин =32,7 мм;

- для черонового точения (операция 020):

D_p =32,66+0,8= 33,46 мм;

D_прин =33,5 мм.

- для прутка (операция 010):

D_p =33,46+2= 35,46 мм;

D_прин =36 мм.

Принятый припуск на обработку равен разности принятых размеров на предыдущем и данном переходах:

- для чистового точения: 2z_прин =32,7-32,26= 0,46 мм;

- для получистового точения: 2z_прин =33,5 - 32,7 =0,8 мм.

- для чернового точения: 2z_прин =36 - 33,5 =2,5 мм.

Минимальное значение припуска на данном переходе определяем по следующей формуле: .

- для чистового точения: 2z_min=0,4-0,3= 0.100 мм;

- для получистового точения: 2z_min=0,8-0,600=0,200 мм;

- для чернового точения: 2z_min=2,5-0,800=1,7 мм;

Полученное значение минимального припуска необходимо сравнить с допустимым минимальным значением припуска на каждую операцию. Минимальный припуск должен составлять не менее трети рекомендуемого.

Технологический операционный размер на каждой ступени обработки записывается как максимальный размер и допуск «в тело»: для предварительного шлифования: 32,26_-0,100; для чернового точения: 32,56_-0,160.

2.7 Расчеты припусков на обработку и операционных размеров-диаметров заданных цилиндрических поверхностей вращения шестерни расчетно-аналитическим методом

Расчетно-аналитический метод точнее нормативного, поскольку позволяет определить оптимальные значения промежуточных припусков, исходя из конкретного сочетания условий обработки, реализуемых в данном технологическом процессе. Применение данного метода позволяет снизить потери материала в стружку на 20…30%. Однако расчетно-аналитический метод не получил широкого распространения вследствие своей трудоемкости.

Выполним расчет припусков расчетно-аналитическим методом для наружной цилиндрической поверхности Ш32,26 h10 , Rz 20. Для поверхностей вращения определяем величину минимального симметричного припуска на обработку по следующей формуле [1, c. 11]:

где - шероховатость поверхности, полученная на предшествующей операции, мкм; - глубина дефектного поверхностного слоя, полученная на предыдущей операции механической обработки, мкм; - суммарное значение пространственных отклонений, которые были получены на предыдущей операции, мкм; - погрешность установки на данной операции, мкм.

Составляющие припуска определяем с учетом принятых методов обработки поверхностей в следующем порядке:

1. Маршрут обработки элементарных поверхностей, номер операций и достигаемая при этом шероховатость поверхности заносятся в таблицу 2.7.1 на основании данных метода обработки.

2. Величины и , характеризующие состояние поверхности заготовки после обработки различными методами, определяем по таблицам точности и качества обработки [1, с. 89, т. П. 1.1]:

- пруток (операция 010): Rz120, h =100;

- точение черновое (операции 020): Rz60, h =30;

- точение получистовое (операции 020): Rz20, h =20;

- точение чистовое (операция 060): Rz20, h =10;

Для штампованной заготовки имеют место отклонения, обусловленные смещением полостей штампа (?_СМ) и короблением (?_КОР). Так как величины этих отклонений носят случайный характер, суммарное отклонение определяем как среднеквадратичное их значение:

Определяем значения отклонений штампованной заготовки 5 класса точности в соответствии со справочными данными [1, c. 108, т. П. 3.7, П. 3.8]:

?_СМ=0,300 мкм; ?_КОР=0,400 мкм.

На последующих операциях остаточные отклонения от погрешности исходной заготовки определяются через коэффициент уточнения формы.

В этом выражении К_у характеризует степень уменьшения погрешности после выполнения нескольких переходов, т.е. от исходной заготовки до рассматриваемого этапа обработки.

На основании опытных данных рекомендуется принять следующие значения коэффициента уточнения формы [1, c. 18]:

Точение:

черновое 0,06;

получистовое 0,05;

чистовое 0,04;

Кроме того, учитывается коробление заготовки после операций термообработки.

4. Погрешность установки представляет собой отклонение фактически достигнутого положения заготовки при ее установке от требуемого. Она зависит от способа закрепления детали на станке, типа приспособления, его точности и т.д. [1, с. 19-20, т. 1.1].

- точение черновое (операции 020): = 100;

- точение получистовое (операции 020): = 100;

- точение чистовое (операция 060): = 100;

5. Зная все составляющие минимального припуска, определим расчетное значение минимального припуска для каждой из ступеней обработки по формуле 2.1:

- точение черновое (операции 020): = 1,459 мкм;

- точение получистовое (операции 020): =0,280 мкм;

- точение чистовое (операция 060): =0,174 мкм;

6. Определив значения минимального припуска на всех ступенях обработки, получим соответствующие расчетные размеры. На последней ступени обработки (суперфинишной операции) расчетный размер будет равен диаметру готовой детали 32,26 мм. Так как для данной поверхности конструктором задано поле допуска h10, максимальный предельный размер D_max = 32,26 мм.

На предшествующих ступенях обработки расчетный размер будем определять по следующей зависимости: :

- пруток (операция 010): 35,7 мм;

- точение черновое (операции 020): 33,3 мм;

Полученные значения расчетных размеров необходимо округлить в соответствии с требованиями [1, с. 110, т. П. 4.1], причем минимальный припуск на каждой ступени обработки с учетом округления должен быть больше или равен расчетному минимальному припуску. Кроме того, необходимо учитывать технологические особенности обработки на каждой из операций. Таким образом, имеем значения округленных размеров:

- пруток (операция 010): 36 мм;

- точение черновое (операции 020): 33,5 мм;

- точение получистовое (операции 020): 32,7 мм;

- точение чистовое (операции 060): 32,26 мм;

7. Максимальные предельные значения размеров совпадают с расчетными (с учетом округления) на всех операциях кроме штамповки (ибо поле допуска на данной операции расположено как в тело заготовки, так и «в плюс»). Минимальные предельные значения размеров определяются следующим образом:

.

Величины допусков аналогичны принятым при расчете припусков нормативным методом.

8. По найденным значениям и можем определить значения максимального () и минимального () припусков по формулам:

;

.

Полученные расчетные данные заносим в таблицу 2.7.1. Расчет остальных поверхностей вращения ведем аналогичным образом. Для охватывающих поверхностей отличие будет состоять в том, что расчетный размер будет совпадать с минимальным предельным значением.

Сравним значения припусков, полученных нормативным и расчетно-аналитическим методом. Последний дал завышенные результаты, что объясняется увеличенными значениями величин дефектного слоя и погрешностей установки при расчете.

2.8 Разработка, расчеты и анализ размерной схемы формообразования и схем размерных цепей плоских торцевых поверхностей шестерни

Главная задача размерного анализа - правильное и обоснованное определение промежуточных и окончательных размеров и допусков на них для обоймы. Особенно в этом нуждаются линейные размеры, связывающие неоднократно обрабатываемые противоположные поверхности. Определение припусков на такие поверхности расчетно-аналитическим или нормативным методами затрудняет определение промежуточных технологических размеров и их отклонений. В этом случае обращаются к прикладной теории размерных цепей. Последовательный размерный анализ технологического процесса состоит из ряда этапов: разработка размерной схемы технологического процесса; выявление технологических размерных цепей; расчет технологических размерных цепей.

Размерную схему строим, располагая планами эскизов установки и обработки детали. С учетом количества обработок торцевых поверхностей на эскизе условно показываем операционные припуски, а также размеры готовой детали и заготовки. Для этого вычерчиваем контур готовой детали и указываем в направлении торцов слои межоперационных припусков на обработку. Указываем расстояние между торцевыми поверхностями размерами А…E в соответствии с координацией размеров на рабочем чертеже; с учетом количества обработок торцевых поверхностей, условно показываем операционные припуски .

Все исходные, промежуточные и окончательные торцевые поверхности нумеруем по порядку слева направо от 1 до n. Через нумерованные поверхности проводим вертикальные линии, затем в зонах номеров соответствующей операции, между вертикальными линиями начиная с последней операции с учетом эскизов установки и обработки плана технологического процесса, указываем технологические размеры, получаемые при выполнении каждой операции. Операционные размеры представляем в виде стрелок с точкой. Точка совмещается с установочной базой, а стрелка с поверхностью, полученной на данной операции.

После построения размерной схемы выявляем и строим схемы технологических размерных цепей. На основании составленных схем размерных цепей определяем типы составляющих звеньев и составляем исходные уравнения, а затем их рассчитываем. В этих цепях в квадратных скобках указываются конструкторские размеры и размеры припусков, которые являются замыкающими звеньями в рассматриваемых цепях. Выявление размерных цепей по размерной схеме начинаем с последней операции. Составление размерных цепей выполняем таким образом, чтобы в каждой новой цепи было неизвестно только одно звено. В такой же последовательности ведут расчет размерных цепей.

2.8.1 Расчеты припусков на обработку и операционных размеров-координат плоских торцевых поверхностей шестерни расчетно-аналитическим методом

В качестве примера рассмотрим расчет припусков для торца 2, который координируется относительно торца 6 размером B=32,26h10 (_-0,100) (см. рисунок 2.8.1). Для односторонней обработки (в частности для обработки плоских торцевых поверхностей) величина минимального припуска определяется по следующей зависимости [1, c. 11]:

Обработка торца 6 ведется на операциях 20 (черновое точение) и 20 (получистовое точение).

1. Шероховатость и величину дефектного слоя определяем аналогично рассмотренной выше методике:

- точение черновое (операция 020): Rz80, h = 120;

- точение получистовое (операция 020): Rz40, h = 40.

- шлифование (операция 070): Rz6,3, h = 20.

2. Отклонения формы, вызванные смещением полостей штампа не оказывают влияния на точность обработки торцевых поверхностей. При расчете минимального припуска учитываем только коробление заготовки (?_КОР): ?_КОР=0,400 мкм [1, c. 108, т. П. 3.7, П. 3.8]. Для расчета дальнейших операций принимаем следующие коэффициенты уточнения [1, c. 18]:

Точение:

черновое 0,06;

получистовое 0,05;

чистовое 0,04;

Шлифование:

предварительное 0,03.

3. Погрешность установки определяем в соответствии со справочными данными [1, с. 19-20, т. 1.1]:

- точение черновое (операции 020): = 100;

- точение получистовое (операция 020): = 40.

- шлифование (операция 070): = 40.

4. Зная все составляющие минимального припуска, определим расчетное значение минимального припуска для каждой из ступеней обработки по формуле

- точение черновое (операция 020): = 820 мкм;

- точение получистовое (операция 020): = 144 мкм.

- шлифование (операция 070): = 101 мкм.

Аналогично ведем расчет припусков остальных плоских торцевых поверхностей. Результаты расчетов заносим в таблицу.

Расчет припусков на обработку плоских торцевых поверхностей расчетно-аналитическим методом

Технологические операции	Элементы припуска, мм	Расчётный припуск Zmin, мкм
№	Наименование	Rz	h	ДУ	еy
Поверхность №6: 9,4h12 (-0,150); Rz 6.3; 32…37 HRCэ
010	Пруток	120	200	400	-	-
020	Токарно-револьверная	40	40	24	100	820
020	Токарно-револьверная	20	20	21	40	144
090	Шлифовальная	6,3	10	16	40	101
Поверхность №7: 5,7 H13 (+0.180); Rz 6.3; 32…37 HRCэ
010	Пруток	120	200	400	-	-
020	Токарно-револьверная	40	40	24	100	820
020	Токарно - револьверная	20	20	21	40	144
090	Шлифовальная	6,3	10	16	40	101

Расчет операционных размеров-координат ведем в соответствии с полученной выше схемой технологических размерных цепей. В качестве примера рассмотрим расчет линейного операционного размера S₇ (cм. рисунки 2.8.1, 2.8.2).

Конструкторский размер А получается в условиях совмещения исходной и конструкторской баз и равен технологическому размеру S₉ (S₉= A=9,4_-0,120).

Рассмотрим технологическую размерную цепь 4 (см. рисунок 2.8.2). Замыкающим звеном этой цепи является размер припуска z₇. Исходное уравнение для данной размерной цепи можно записать в виде:

Z₇= S₇ -S₉.

Далее, зная величину минимального припуска z_2min и технологический размер S₉ с допуском на него, определим размер S_7:

S_7min= z_7min+S_9max=0,101+9,4=9.501.

Прибавим к полученному значению S_7min величину операционного допуска и получим расчетное значение размера S₇:

S_7nom=9,501+0,058=9,559

Округляем полученный размер в соответствии с [1, с. 110, т. П. 4.1]. При этом учитываем, что размер S₇ является увеличивающим звеном в рассмотренной размерной цепи. Поэтому округлять его необходимо в большую сторону. Таким образом, S₇ = 9,8_-0,250.

Определив все составляющие звенья рассмотренной размерной цепи, выполним расчет фактического припуска z₂:

Z₇= S₇ -S₉ = 9,6_-0,058-9,4_-0,150=.

Из расчета видно, что значение минимального припуска z_2min = 0,150 не менее расчетного, следовательно расчет операционного размера выполнен верно.

Расчет остальных размерных цепей торцевых поверхностей вала-шестерни проводится аналогично и представлен в таблице 2.8.1.

Определение операционных размеров-координат

Замыкающий размер, мм	Исходное уравнение	Расчетный размер, мм	Допуск, мм	Принятый размер, мм	Принятый припуск, мм
A=9.4-0,090	A=S9	S9=9.4	0,090	9.4-0,090	-
B=5.7+0.180	B=S	S =5.7	0,180	5.7+0.180	-
Z7 =	Z7 =S7 -S9	S7min=S9max+ z7min=9.4+0.101=9.501	0,058	9.56-0.058	Z7=9.56-0,058-9.4-0.090=
Z3 =0.16±0.058	Z3 =S4 -S7	S4min= S7max+ z3min=9.56+0.101=9.661	0,058	9.72-0.058	Z3=9.72-0,058-9.56-0.058=0.16±0.058
Z8 =	Z8= S3 -S4	S3min= S4max+ z8min=9.72+0,144=9.864	0,090	10-0,090	Z8=100.090-9.72-0,058=
Z6 =	Z6= S8 +Z3-S6	S6min= S8max+Z3min - Z6max= =5.88+0.102-0.101=5.881	0,048	5.65+0.048	Z6=5.65+0.048-5.7+0.180+0.16±0.058=
Z5 =	Z5=S6-S5	S5max=S6min-Z5min=5.65-0.144=5.506	0.090	5.5+0.090	Z5=5.5+0.090-5.46+0.048=
Z4 =	Z4=S5-Z3	Hmax=S5min+Z2min+Z1min-Z4min= =5.5+0.150+0.720-0.720=5.68		5.68+0.250	Z4=5.5+0.090+0.24±0.090+0.97±0.250-5.68= =
Z2 =	Z2= S2 - S3	S2min= S3max+ z2min=10+0.144=10.144	0,090	10.24-0,090	Z2= 10.24-0,090-10-0,090=
Z9 =	Z9= S1 -S2	S1min= S2max+ Z9min=10.24+0.820=10.96	0,250	11.21-0,250	Z9=11.21-0.250-10.24-0,090=
Z1 =	Z1= H1 -S1	H1min= S1max+ Z1min =11.21+0.820=11.93	0,250	12.18-0.250	Z1=12.18-0.250 -11.210.250=

2.8.2 Расчеты и оптимизация припусков на обработку операционных размеров-координат плоских торцевых поверхностей с использованием прикладной теории графов размерных цепей

Для выявления, анализа и оптимизации сложных размерных цепей целесообразно построение графа размерных связей, который начинают с технологической установочной базы первой операции обработки резанием [1, с. 64]. Начнем построение графа с торца 1 (рисунок 2.8.1). Технологические базы всех операций должны быть непосредственно связаны между собой размерами. Чтобы построить дерево необходимо выбрать какую-либо вершину. Первоначально выбранная вершина называется корнем. Построение дерева может начинаться с любой вершины. Если принять поверхности заготовки и детали за вершины, а связи между ними (размеры) за ребра, то процесс обработки детали, начиная с заготовки до готовой детали, можно представить в виде двух деревьев - исходного и производного, соответственно. Дерево с конструкторскими размерами и размерами припусков на обработку называется исходным, а дерево с технологическими размерами - производным. Если оба этих дерева для конкретной детали совместить, то такой совмещенный граф в закодированной форме позволяет представить геометрическую структуру технологического процесса обработки рассматриваемой детали. В таком графе все размерные связи и технологические размерные цепи из неявных превращаются в явные. Появляется возможность в дальнейшем, в технологическом процессе не прибегать к чертежу шестерни, а, пользуясь только этой информацией, носителем которой является совмещенный граф, производить все необходимые исследования и расчеты. Любой замкнутый контур на совмещенном графе, состоящий из ребер исходного и производного деревьев, образует технологическую размерную цепь. В ней ребро исходного дерева является замыкающим звеном, а ребра производного дерева являются составляющими звеньями.

Сначала строим производное дерево, а затем - исходное дерево.

Перед построением совмещенного графа необходимо проверить:

- количество операционных размеров, учитывая размеры заготовки, на размерной схеме технологического процесса должно равняться сумме конструкторских размеров и размеров припусков;

- к каждой поверхности должна подходить одна, и только одна, стрелка.

После проверки правильности построения деревьев их совмещают так, чтобы вершины с одинаковыми номерами совпали. Совмещенный граф производного и исходного деревьев и является графом технологических размерных цепей.

2.9 Проектирование и выполнение чертежа заготовки шестерня

Процесс получения заготовки является одним из первых этапов преобразования материала в готовое изделие. Однако именно он определяет в дальнейшем не только способы и режимы обработки, но и эксплуатационные характеристики детали, её ресурс. Неправильно выбранный способ получения заготовки может сделать полностью невозможным получение кондиционной детали или себестоимость её будет настолько высока, что использование изделия в сборочной единице будет нерентабельным.

При выборе способа получения заготовки необходимо учитывать конфигурацию, размеры, массу и материал заготовки, количество получаемых заготовок, требуемую точность получения заготовки; шероховатость и качество ее поверхностных слоев; желательное направление волокон металла.

В процессе эксплуатации в детали ГП 23-415 шестерня возникают высокие напряжения кручения, контактные и изгибные напряжения в зубчатом венце также высоки, деталь работает в условиях повышенных температур. Для обеспечения высоких физико-механических свойств заготовку рекомендовано получать посредством обработки давлением, но в связи с резким повышением цены и затрат на изготовление детали, будем использовать пруток. Использование которого практически не снижает физико-механические свойства и позволяет снизить стоимость.

Конфигурация заготовки с учетом метода ее получения показана на рисунке 6.1.

Размеры на чертеже (рисунок) проставлены с учетом проведенных расчетов линейных размеров и размеров-диаметров нормативным методом.

Заключение

В ходе выполнения выпускной работы бакалавра были произведены конструкторско-технологические расчеты маршрутно-операционного технологического процесса изготовления шестерни.

План технологического процесса был представлен в виде операционных эскизов.

Приблизительную оценку количества формообразующих операций получили с использованием эмпирических формул.

Последовательность операций обработки детали принята согласно предварительно разработанному плану технологического процесса c учетом описанных выше изменений.

Был выполнен расчет припусков на обработку поверхностей шестерни нормативным и расчетно-аналитическим методами. После разработки, расчета и анализа размерной схемы формообразования плоских торцевых поверхностей вала, были построены и расчитаны конструкторско-технологические размерные цепи и разработан совмещенный граф размерных цепей.

Список литературы

1. Гранин В.Ю., Долматов А.И., Лимберг Э.А. «Определение припусков на механическую обработку и технологические размерные расчеты». Учебное пособие - Х.:ХАИ, 1993. - 118 с.

2. «Справочник технолога-машинострои-теля». Под редакцией Косиловой А.Г. и Мещерякова. Р.К. Том 1-М.: Машиностроение, 1985 - 655 с.

3. «Справочник технолога-машинострои-теля». Под редакцией Косиловой А.Г. и Мещерякова. Р.К. Том 2-М.: Машиностроение, 1985 - 496 с.

4. Фираго В.П. Основы проектирования технологических процессов и приспособлений. Методы обработки поверхностей - М., Машиностроение, 1973 г. - 468 с.

5. Конспект лекций по дисциплине «Технология авиадвигателестроения», лектор - Сотников В.Д., 2012.

6. Скубачевский Г.С. Авиационные газотурбинные двигатели. Конструкция и расчет деталей. М.: Машиностроение, 1981.

7. Шошин Ю.С., Епифанов С.В., Шарков С.Ю. Расчет на прочность рабочей лопатки компрессора или турбины. Учебное пособие. Харьков: Харьковский авиационный институт, 1993.

8. Шошин Ю.С., Епифанов С.В., Шарков С.Ю. Расчет динамической частоты первой формы изгибных колебаний лопатки компрессора или турбины и построение частотной диаграммы. Учебное пособие. Харьков: Харьковский авиационный институт, 1999.

9. Шошин Ю.С., Епифанов С.В., Муравченко Ф.М. Расчет на прочность дисков компрессоров и турбин. Учебное пособие. Харьков: Харьковский авиационный институт, 1998.

10. Никитин Ю.М. Конструирование элементов деталей и узлов авиадвигателей. М: Машиностроение, 1968.

11. Выбор параметров и термогазодинамический расчет двухконтурных турбореактивных двигателей/ А.Ф. Брехов и Г.В. Павленко. Учебное пособие, Харьков. 1984 г. - 60 c.

12. Буслик Л.Н., Ковалев В.И. Согласование параметров и определение основных размеров турбин и компрессоров ГТД. Учебное пособие, Харьков. 1984 г.-

13. Павленко Г.В. Формирование облика ГТД и ГТУ. Учебное пособие, Харьков. 2003 г. - 35 c.

14. Сорокин А.В. Марочник сталей и сплавов. Под ред. Сорокина В.Г.М.: Машиностроение, 1984. - 660 с.

15. Ковка и объемная штамповка стали. В 2-х т. / Под ред. Сторожева М.В. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1967. - 436 с.

16. Производство зубчатых колес. под ред. Б.А. Тайца. Изд. 2-е перераб. и доп. М., «Машиностроение», 1975. 708 с.

17. А.И. Адам, Г.Г. Овумян. Справочник зубореза - фрезеровщика. М., 1961.-271 с.

18. Гуревич Я.Л. 18, М.В. Горохов, В.И. Захаров. Режимы резания труднообрабатываемых материалов. Справочник. М., «Машиностроение», 1986, 240 с.

19. В.Н. Павленко, А.С. Набатов, И.М. Тараненко. Порядок оформления учебных и научно-исследовательских документов. Х., ХАИ, 2007, 66 с.

Размещено на Allbest.ru