Разработать технологию изготовления детали "Вал"

Введение

 

Машиностроение  является одной из ведущих отраслей промышленности нашей страны. Непрерывное  совершенствование машин характеризуется  возрастанием их мощности, а так  же повышением их точности и надежности. Поэтому приобретение навыков в  технологии машиностроения является одним из ключевых базисов для специалистов в области машиностроения и не только.

Проектирование технологических  процессов изготовления деталей  машин имеет целью установить наиболее рациональный способ обработки, при этом обработка деталей на металлорежущих станках должна обеспечивать выполнение требований, предъявляемых к точности и чистоте обрабатываемых поверхностей, правильности контуров, форм и т.д.

На данном этапе развития машиностроения при проектировании технологических процессов стремятся к возможно полной механизации и автоматизации, применению малоотходных способов получения заготовок механической обработкой без снятия слоя металла, уменьшению  трудоемкости изготовления деталей.

При выполнении курсового проекта принятие решений по выбору вариантов технологических процессов, оборудования, оснастки, метода получения заготовки производится на основании технико-экономических расчётов, что даёт возможность предложить оптимальный вариант.

 

1.Общий раздел

1.1.Краткие сведения о детали. Анализ технических требований чертежа.

Деталь  «Вал» (чертеж ТЭМ15.85.10.101) представляет собой тело вращения, предназначенная  для передачи крутящего момента  и восприятия действующих сил  со стороны расположенных на нём  деталей и опор. Деталь " вал " изготавливается из стали 40Х представляет собой деталь цилиндрической формы с габаритными размерами Ø50х742мм.

По  форме геометрической оси данный вал - прямой, по форме – ступенчатый. Деталь относится к классу ступенчатых валов со шлицами.

Детали  данного класса изготавливаются точением на токарных станках с закреплением в центрах, конусная поверхность вала имеет параметр шероховатости Ra 0,63, который можно получить шлифованием на кругло-шлифовальном станке. Отличительной особенностью данной детали является наличие шлицев, которые обрабатывают на шлице-фрезерных станках, причем для получения шероховатости Ra1,25 на контактных поверхностях шлицев необходимо будет вести обработку детали на шлице-шлифовальном станке. Необходимым будет заметить, что перед абразивной обработкой деталь необходимо подвергнуть термической обработке, например закалке, что исключит засаливание абразивного инструмента. Наклонное по отношению к оси вала отверстие сверлится на радиально сверлильном станке. В целом технические требования, по точности размеров, качеству поверхностного слоя детали не являются завышенными и легко обеспечиваются без применения трудоемких суперфинишных методов обработки.

Контроль  размеров можно осуществлять при  помощи контрольных плит или координатно  измерительных машин, штангенциркулей, микрометров, нутриметров, конусность можно измерить при помощи оптической цифровой делительной головки, параметры шероховатости при помощи профилограф-профилометра.

 

1.2.Материал детали и его свойства

Характеристика материала Сталь 40Х.

Марка	Сталь 40Х
Классификация	Сталь конструкционная легированная.Хромистая
Заменитель	Сталь 45Х ,сталь 38ХА ,сталь 40ХН ,сталь 40ХС ,сталь 40ХФА ,сталь 40ХГТР
Прочие обозначения
Иностранные аналоги	AISI 5135,AISI 5135 H,AISI 5140,AISI 5140 H
Применение	оси, валы, вал-шестерни, плунжеры, штоки, коленчатые и кулачковые валы, кольца, шпиндели, оправки, рейки, губчатые венцы, болты, полуоси, втулки и другие улучшаемые детали повышенной прочности.
Вид поставки
Обработка металлов давлением. Поковки:	ГОСТ 8479-70
Сортовой и фасонный прокат	ГОСТ 2590-88, ГОСТ 2591-88, ГОСТ 2879-88
Листы и полосы	ГОСТ 82-70, ГОСТ 103-76, ГОСТ 19903-74
Сортовой и фасонныйпрокат	ГОСТ 1051-73,  ГОСТ 4543-71, ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 10702-78, ГОСТ 14955-77
Листы и полосы	ГОСТ 1577-93
Трубы стальные и соединительные части к ним	ГОСТ 13663-86

Химический состав в % материала 40Х

С	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	Cu
0,36-0,44	0,17-0,37	0,5-0,8	до 0,3	до 0,035	до 0,035	0,8-1,1	до 0,3

 

 

 

 

 

Температура критических точек

Критическая точка	°С
Ac1	743
Ac3	815
Ar3	730
Ar1	693
Mn	325

 

Механические свойства стали 40Х

Термообработка, состояние  поставки	Сечение, мм	σ0,2 ,МПа	σв,МПа	δ5, %	ψ, %	KCU, Дж/м2	HB
Пруток ГОСТ 4543-71
Закалка 860 °С, масло. Отпуск 500 °С, вода или масло	25	780	980	10	45	59
Поковка ГОСТ 8479-70
Нормализация. КП 245	500-800	245	470	15	30	34	143-179
Нормализация. КП 275	300-500	275	530	15	32	29	156-197
Закалка, отпуск. КП 275	500-800	275	530	13	30	29	156-197
Нормализация. КП 315	<100	315	570	17	38	39	167-207
	100-300	315	570	14	35	34	167-207
Закалка, отпуск. КП 315	300-500	315	570	12	30	29	167-207
	500-800	315	570	11	30	29	167-207
Нормализация. КП 345	<100	345	590	18	45	59	174-217
	100-300	345	590	17	40	54	174-217
Закалка, отпуск. КП 345	300-500	345	590	14	38	49	174-217
Закалка, отпуск. КП 395	<100	395	615	17	45	59	187-229
	100-300	395	615	15	40	54	187-229
	300-500	395	615	13	35	49	187-229

 

Закалка, отпуск. КП 440	<100	440	635	16	45	59	197-235
	100-300	440	635	14	40	54	197-235
Закалка, отпуск. КП 490	<100	490	655	16	45	59	212-248
	100-300	490	655	13	40	54	212-248

Механические свойства при повышенных температурах

t испытания, °C	σ0,2 ,МПа	σв,МПа	δ5, %	ψ, %	KCU, Дж/м2
Закалка 830 °С, масло. Отпуск 550 °С
200	700	880	15	42	118
300	680	870	17	58
400	610	690	18	68	98
500	430	490	21	80	78
Образец диаметром 10 мм, длиной 50 мм кованый и отожженный. Скорость деформирования 5 мм/мин, скорость деформации 0,002 1/с.
700	140	175	33	78
800	54	98	59	98
900	41	69	65	100
1000	24	43	68	100
1100	11	26	68	100
1200	11	24	70	100

Механические свойства в зависимости от температуры отпуска

t испытания, °C	σ0,2 ,МПа	σв,МПа	δ5, %	ψ, %	KCU, Дж/м2	HB
Закалка 850 °С, вода
200	1560	1760	8	35	29	552
300	1390	1610	8	35	20	498
400	1180	1320	9	40	49	417
500	910	1150	11	49	69	326
600	720	860	14	60	147	265

 

 

Механические свойства в зависимости  от сечения

t испытания, °C	σ0,2 ,МПа	σв,МПа	δ5, %	ψ, %	KCU, Дж/м2	HB
Закалка 840-860 °С, вода, масло. Отпуск 580-650 °С, вода, воздух.
101-200	490	655	15	45	59	212-248
201-300	440	635	14	40	54	197-235
301-500	345	590	14	38	49	174-217

Технологические свойства

Температура ковки	Начала 1250, конца 800. Сечения до 350 мм охлаждаются на воздухе.
Свариваемость	трудносвариваемая. Способы сварки: РДС, ЭШС. Необходимы подогрев и последующая термообработка. КТС - необходима последующая термообработка.
Обрабатываемость резанием	В горячекатаном состоянии при  НВ 163-168, σв = 610 МПа Kν тв.спл. = 0.20, Kν б.ст. = 0.95.
Склонность к отпускной способности	склонна
Флокеночувствительность	чувствительна