Разработка детали типа "Вал"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Валы весьма различны по служебному назначению, конструктивной форме, размером и материалу. Не смотря на это, технологу при разработке технологического процесса изготовления валов приходится решать многие однотипные задачи, поэтому целесообразно пользоваться типовыми процессами, которые созданы на основе проведённой классификации.

 

В общем машиностроении встречаются  валы бесступенчатые и ступенчатые, цельные и пустотелые, гладкие  и шлицевые, валы-шестерни, а также  комбинированные валы в разнообразном  сочетании из приведённых выше групп. По форме геометрической оси валы могут быть прямыми, коленчатыми, кривошипными, эксцентриковыми (кулачковыми).

 Наибольшее распространение в машиностроении, в том числе и станкостроении, получили различные ступенчатые валы средних размеров, среди которых преобладают гладкие валы. По данным ЭНИМСа, свыше 85% от общего количества типоразмеров ступенчатых валов в машиностроении составляют валы длиной 150-1000мм.

Шейки валов могут иметь шпоночные  пазы, шлицы или резьбу. Резьбу для  закрепления сопряжённых деталей  от осевого перемещения часто  выгодно заменять канавками для  пружинных колец. Это упрощает обработку  и сборку. В местах перехода ступеней делают канавки или галтели. Обработка  галтели более сложна; поэтому  предпочтительно, где это допустимо, предусматривать канавки.

 Торцы вала имеют фаски.  Шлицевые валы могут быть со  сквозными и закрытыми шлицами,  последние составляют около 65% от общего количества типоразмеров. По конструкции шлицы могут  быть прямобочными и эвольвентными. В настоящее время преобладают прямобочные (приблезительно85-90% от общего количество применяемых в машиностроении типоразмеров шлицевых валов), хотя в отношении технологии эвольвентные шлицы имеют ряд преимуществ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Описание конструкции детали

Деталь «Вал» изготавливается из стали 40Х ГОСТ 4543-71 представляет собой деталь цилиндрической формы с габаритными размерами Ш100х600 мм.

 Данная деталь - вал , относится к группе цилиндрических изделий . Основное предназначение вала - передавать крутящий момент. Данный вал ступенчато-переменного сечения ( имеет 4 ступени).

Валы классифицируют:

- По назначению: валы передач,  коренные валы;

- По форме геометрической оси:  прямые, коленчатые , с гибкой осью;

- По конструкции: гладкие (на  протяжении всей диаметр одинаковый), ступенчатые (шейки - цилиндрические, конические).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.1  Назначение, применяемость детали  в машиностроении

Деталь «Вал» является основной деталью машин.

Вал- это деталь машин, предназначенная  дя передачи крутящего момента и  восприятия действующих сил со стороны  расположенных на нём деталей  и опор.

Деталь «Вал» относится к  группе тел вращения с габаритными  размерами 600мм. Вал состоит из четырёх ступеней. Первая ступень длиной 67мм. С двух сторон сняты фаски 2х45, выполнен шпончный паз, так же на этой ступени производится контроль на биение относительно оси. Вторая ступень с фаской 1х45. Третяя ступень . Четвёртая ступень на этой ступени нарезана резьба М64х1-8g сняты две фаски по бокам 3х45 между ступенями проточены канавки шириной 5мм. С торцов вал имеет центоровочные отверстия по ГОСТу 14034-74. Поверхности превой, третей и четвёртой ступени шлифуются.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Материал детали и его свойства

 

  Материалом детали является конструкционная легированная          среднеуглеродистая сталь 40Х ГОСТ 4543-71

Вал изготавливают из стали 40Х. Сталь 40Х подвергается нормализации, улучшению  и поверхностной термической  обработке. В производстве валов  сталь 40 считается лучшим исходным материалом.

Сталь 40Х содержит 0,40% углерода.

Повышенная прочность стали 40 достигается  с помощью различных приемов  термической обработки. Например, к  стали 40 применяют двойную термообработку с высоко температурным отпуском, в результате чего обеспечивается ее стойкость к водородному растеканию.

Еще одним методом повышения  прочности стали 40, считается азотирование поверхностного слоя, то есть легирование  стали 40 азотом.

Крайней точкой сохранения прочности  стали 40 является температура 200 градусов, при нагревании изделия из стали 40 выше этого показателя оно теряет прочность. Поэтому чаще она применяется  для производства неответственного режущего инструмента.

Химический состав стали 40Х

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	Cu	As
0.42-0.5	0.17-0.37	0.5-0.8	до 0.25	до 0.04	до 0.035	до 0.25	до 0.25	до 0.08

 

Технологические свойства стали 40Х

Свариваемость	трудносвариваемая
Флокеночувствительность	малочувствительна
Склонность к  отпускной хрупкости	не склонна

Таким образом, выбранный материал для изготовления вала отвечает требованиям  технологичности, то есть обеспечивает его эксплуатационные свойства, позволяет  использовать рациональную заготовку, обладает хорошей обрабатываемостью  на операциях механической обработки, является недорогим и недефицитным материалом.

Форма вала не очень сложна, все  поверхности доступны для механической обработки. Требования шероховатости могут быть обеспечены обычными методами обработки. Таким образом, конструкцию вала следует признать технологичной.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  1.3 Анализ технологичности конструкции  детали

Анализ технологичности конструкции  детали производится с целью повышения  производительности труда, снижения затрат и сокращение времени на технологическую  подготовку производства. Конструкция  изделия может быть названа технологичной, если она обеспечивает простое и  экономичное изготовление изделия  и отвечает следующим основным требованиям:

1. При конструировании изделий  используются простые геометрические  формы, позволяющие применять  высокопроизводительные методы  производства. Предусмотрена удобная  и надежная технологичная база  в процессе обработки

2. Конфигурация деталей и их  материалы позволяют применять  наиболее прогрессивные заготовки,  сокращающие объем механической  обработки (точное кокильное литье,  литье под давлением, объемная  штамповка и вытяжка, холодная  штамповка различных видов и  т.п.)

3. Обоснованы заданные требования  к точности размеров и формы  детали

4. Использованы стандартизация  и унификация деталей и их  элементов

5. Для достижения объема механической  обработки предусмотрены допуски  только по размерам посадочных  поверхностей

6. Предусмотрена возможность удобного  подвода жесткого высокопроизводительного  инструмента к зоне обработки  детали.

7. Обеспечена достаточная жесткость  детали

 

По сделанным расчетам можно  сделать вывод, что деталь является достаточно технологичной, состоит  из унифицированных элементов, можно  применять стандартный режущий  и мерительный инструмент, закреплять в стандартные приспособления. Использование  материала приемлемо при использовании  сортового проката в качестве заготовки.

 

 

 

 

 

 1.3 Определение типа производства

В машиностроении в зависимости  от производственной программы и  характера изготовляемой продукции  различают три основных вида производства: единичное, серийное и массовую.

Так как годовая программа на изготовление детали «Вал» составляет (1200) штук в год, а масса детали 20 кг в соответствии с таблицей «Типы  производств» принимаю среднесерийный тип производства.

 

Таблица

Масса детали,кг	Тип производства
	Единичное	мелкосерийное	среднесерийное	крупносерийное	массовое
<1	<20	20 – 2000	2000 – 20000	20000 – 100000	>100000
1,0 – 4,0	<15	15 – 1000	1000 – 10000	10000 – 75000	>75000
4,0 – 10	<10	10 – 500	500 – 5000	5000 – 50000	>50000
10 – 20	<7	7 – 250	250 – 2500	2500 – 25000	>25000
>20	<5	5 – 120	120 – 1200	1200 – 15000	>15000

Среднесерийное производства характеризуется  изготовлением деталей повторяющимся партиями (сериями).

В условиях среднесерийного производства представляется возможным расположить  оборудование в последовательности технологического процесса для одной  или нескольких деталей, требующих  одинакового порядка обработки, со строгим соблюдением принципов  взаимозаменяемости при обработке.

При не большой трудоёмкости обработки  или недостаточно большой программе  выпуска целесообразно обрабатывать заготовки партиями, с последовательным выполнение операций, т.е. после обработки всех заготовок партии на следующей операции. При этом время обработки на различных станках не согласовывается. Заготовки во время работы хранят у станков, а затем транспортируют целой партией.

Для предварительного определения  типа производства используем заданный объём выпуска изделия и его  массу.

По заданию годовой  объём выпуска изделия составляет N шт. масса детали, определяем расчётным  путём, равна m=20кг.

Используя эти данные, определяем тип производства - среднесерийный. Среднесерийное производство характеризуется  ограниченной номенклатурой изделий, изготовляемых периодически повторяющимися партиями.

В среднесерийном производстве оборудование устанавливается или  по ходу технологического процесса или  по группам оборудования.

Квалификация рабочих  в среднесерийном производстве ниже, чем в одиночном.

Количество деталей в  партии запуска определяем по формуле:

(1.5)

где N - годовой объём выпуска  заданного изделия, шт.;

а - число дней, на которое  необходимо иметь запас деталей (периодичность запуска - выпуска, соответствующая  потребности сборки);

F - число рабочих дней  в году, 251 день.

а=1, 2, 5, 10 или 20 дней.

Принимаем n=139 шт.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

          2. Технологическая часть

2.1 Выбор метода получения  заготовки и его технико-экономическое обоснование

Для изделия можно применять  заготовку, полученную из проката или  методом горячей объёмной штамповки.  

Заготовка из проката.

Наружные поверхности подлежащие обработке , , , с двух сторон.

 Технико-экономические расчеты показывают, что заготовка полученная методом горячей объемной штамповки на ГКМ более экономична, чем заготовка полученная из проката.

При выборе метода изготовления заготовки  основным требованием является обеспечить свойства изготавливаемых деталей  в заданных условиях эксплуатации и  обеспечения требуемых свойств  заготовки с учетом стоимости  заготовки в конкретных производственных условиях.

В качестве технических критериев  при выборе заготовки принимают  материал, конфигурацию детали, размер , массу, требуемую точность изготовления и т. д. В качестве экономического критерия принимают себестоимость изготовления заготовки. Т. к. материал заготовки сталь (40Х) , то способом получения заготовки может быть горячая штамповка или прутки из проката .

Исходя из того, что перепады диаметров  вала не значительные и годовой объем  выпуска деталей 500 штук, то для изготовления вала выбрал горячекатаный прокат.

Для данной детали наиболее предпочтительным вариантом заготовки является прокат сортовой по ГОСТ 2590-71. Это объясняется  тем, что:

- имеем дело с малыми перепадами  между диаметрами ступеней вала;

- вал является жестким;

Время получения заготовки минимально по сравнению с другими методами (поковки, объемной штамповки, литья);

КИМ проката и штамповки отличается незначительно, а стоимость штамповки  в 2-3 раза больше стоимости проката.