
Mihaylov / ДОКЛАД
.docУважаемые члены ГАК, Здравствуйте. Вашему вниманию представлен дипломный проект на тему: «Технологический процесс изготовления червячного вала». Задачей дипломного проекта является разработка технологического процесса вала червячного и проектирование приспособлений для обеспечения высокой точности изготовления червяка. Червячный вал предназначен для передачи крутящего момента в делительной цепи коробки передач зубообрабатывающего станка, а поэтому особое внимание следует уделять точности изготовления элементов зубчатого зацепления червячного вала, что и решается в представленном дипломном проекте.
Вал червячный представляет собой ступенчатую деталь без центрального отверстия со шпоночной канавкой, лысками для стопорения гаек, червячной и резьбовыми поверхностями. Деталь имеет средние размеры и высокую точность исполнения поверхностей. Считается нежесткой деталью, так как отношение длины к среднему диаметру L/d>12 (L/d=577/45=12,8). Вал изготовлен из легированной стали 18ХГТ ГОСТ 4543-71 и проходит термическую обработку в процессе механической обработки для улучшения обрабатываемости и снятия остаточных внутренних напряжений.
Технологические задачи представляются в следующей последовательности:
-
Точность размеров
Самыми точными поверхностями вала являются посадочные шейки под подшипники (Ø45k5), которые выполняются по 5-му квалитету. Вспомогательная база M для определения положения шестерни также выполнена по 5 квалитету (Ø50js5), наружный диаметр делительного червяка имеет 6-ой квалитет точности - поверхность (Ø68h6). Наружный и средний диаметры резьбовых соединений выполнены по 6-ой степени точности, характерной для резьб общего назначения. Боковые грани шпоночной канавки выполнены по 9-ому квалитету точности, а длина шпоночной канавки - по 15 квалитету. Размеры с неуказанными отклонениями выполняются по 14-му квалитету.
2. Точность формы
Отклонения от круглости и профиля продольного сечения опорных шеек под подшипники качения составляют не более 0,0016 мм. Требования по круглости и овальности для поверхности М не должны превышать 0,005 мм. К остальным поверхностям требования по точности формы не предъявляются. Следовательно, допуски формы этих поверхностей не должны превышать 60% от поля допуска на размер этих поверхностей.
-
Точность взаимного расположения
Допуски радиального биения посадочных поверхностей под подшипники качения – не более 0.005 мм, допуск радиального биения по наружному диаметру для поверхности червяка и допуск радиального биения поверхности под ведущую шестерню (поверхность М) – не более 0.008 мм. Допуски торцевого биения буртиков вала: для правого подшипника и для опорной поверхности под шестерню - не более 0.005 мм.
-
Шероховатость и физико-механические свойства поверхностей детали
Шероховатость
базовых поверхностей под подшипники
качения, посадочной поверхности под
шестерню и торцовых поверхностей не
должна превышать Ra=0,2
мкм.
Шероховатость наружной поверхности
червяка и боковых граней червячной
поверхности - Ra
= 0,4 мкм.
Шероховатость посадочной поверхности
под шпонку: по боковым граням - Ra
= 3,2 мкм, по
внутренней поверхности - Ra
= 6,3 мкм. Все
остальные поверхности выполняются с
шероховатостью Ra12.5
мкм, так
как к ним не предъявляются особые
требования по условиям работы.
К детали предъявляется требование по твердости НRC = 59..63. Данной твердости можно добиться, применив в качестве термообработки цементацию в газовом карбюризаторе и закалку с высоким отпуском для увеличения долговечности детали
Заготовка изготавливается методом горячей объемной штамповки с соответствующими припусками и напусками. В качестве альтернативного метода получения заготовки может использоваться резка заготовок из проката (круг Ø70 мм).
Стоимость получения заготовки штамповкой оказывается в два раза большей стоимости заготовки из проката, но по коэффициенту использования материала, а также учитывая количество деталей и продолжительность обработки для заготовки из проката (что влияет на износ режущего инструмента и затраты энергоресурсов), экономически целесообразно выбрать заготовку-штамповку на молоте.
Таким образом, окончательно принимаем в качестве заготовки – заготовку, получаемую штамповкой.
На основе типового технологического процесса изготовления червячного вала мной был разработан техпроцесс, состоящий из следующих операций и обеспечивающий выполнение технологических задач: 1.Термическая (нормализация), 2.Фрезерно-центровальная, 3.Токарная с ЧПУ(черновая и чистовая), 4.Вертикально-фрезерная(фрезеровать шпоночный паз и лыски окончательно), 5.Круглошлифовальная и червячно-шлифовальная предварительная (профиль червяка), 6.Термическая (цементация в газовом карбюризаторе), 7.Центрошлифовальная, 8.Токарная с ЧПУ(снятие цементационного слоя), 9.Резьбофрезерная(нарезание резьбы гребенчатой фрезой), 10.Термическая (закалка и низкий отпуск), 11.Центрошлифовальная, 12.Круглошлифовальная и червячно-шлифовальная получистовые (профиль червяка с припуском на чистовое шлифование), 13.Термическая (стабилизирующий низкий отпуск), 14.Центрошлифовальная,15.Круглошлифовальная предварительная (наружная поверх-ность червяка окончательно), 16.Круглошлифовальная чистовая ( с прибором активного контроля размеров шеек вала), 17. Червячно-шлифовальная чистовая.
Также был произведен выбор оборудования и оснастки, расчет режимов резания и нормирование операций.
Для обеспечения технологического процесса мною были разработаны следующие приспособления: технологическое приспособление-люнет, система активного контроля при чистовом шлифовании и нестандартное измерительное приспособление для контроля биений шеек и торцов вала.
Люнет.
Применение люнета на обосновывается тем, что на чистовых токарных операциях нарезания витков червяка возникают большие силы резания. В данном проекте предлагается модернизированное устройство неподвижного люнета на основе существующих универсальных люнетов. Нижняя часть люнета – корпус 1 (см. рис.2.1.2) устанавливается на направляющих станины с помощью болта 10 и планки 8. Верхняя откидная часть–обойма 4 скрепляется корпусом 1 с помощью накидного болта 9.
Кулачки в основании и крышке заменяются шарикоподшипниками 14, применение которых позволяет производить обработку деталей на более высоких скоростях и, соответственно, повысить точность и качество получаемой детали.
Система активного контроля.
В настоящее время все литературные источники рассматривают и рекомендуют лишь два способа установки скоб на круглошлифовальных станках: установка трехконтактных скоб 1 с помощью амортизатора 2 на кожухе 3 шлифовального круга (рис.2.2.5, а) и установка двухконтактных скоб 1 с помощью механизма подвода - отвода 2 на столе 6 станка (рис.2.2.5, б).
К недостаткам следует отнести трудность автоматизации ввода измерительной скобы в рабочее положение и ее вывода, необходимость в значительном ходе при вводе и выводе скобы для установки и съема обрабатываемых деталей на станке ,низкая жесткость в направлении продольной подачи, что исключает возможность продольного шлифования и вызывает большую погрешность установки.
Крепление двухконтактных скоб на столе станка имеет ряд недостатков, препятствующих их широкому использованию на универсальных круглошлифовальных станках:
-
Затрудняется установка деталей, особенно тяжелых, в центрах станка.
-
Контроль шлифуемой шейки осуществляется лишь в одном ее сечении, что исключает желательный контроль конусности.
-
Подвод и отвод скобы производится специальным обычно гидравлическим механизмом.
Установка скобы на столе станка, но со стороны шлифовального круга (рис.2.2.5, в), уже не затрудняет установку детали в центрах, а в остальном не отличается от предыдущей (рис.2.2.5, б).
Крепление скобы к шлифовальной бабке (рис.2.2.5, г) устраняет недостатки, присущие креплению скобы на столе станка. Однако крепление скобы к шлифовальной бабке не обеспечивает постоянства установки по линии центров станка, поэтому по мере износа шлифовального круга измерительные наконечники перемещаются относительно детали и возникает дополнительная погрешность из-за непараллельности наконечников.
Отметим, что при любом варианте крепления двухконтактной скобы к шлифовальной бабке или станине станка (рис.2.2.5, г, д, е, ж, з) продольное шлифование сопровождается скольжением измерительных наконечников вдоль обрабатываемой шейки, но это не приводит к заметным дополнительным погрешностям ввиду высокой жесткости крепления губок и скоб в направлении продольной подачи.
Крепление скобы к станине станка (рис.2.2.5, д) устраняет недостатки крепления скоб на столе станка и обеспечивает постоянство установки скобы по линии центров станка.
Крепление скобы 1 (рис.2.2.5, е) к станине станка 5 с помощью каретки 2 с направляющими в виде упругого параллелограмма из плоских пружин, обеспечивает постоянство установки скобы по линии центров станка за счет имеющегося упора и позволяет осуществлять подвод и отвод скобы с помощью специальной связи 7 со шлифовальной бабкой. Испытание этого устройства выявило ряд специфических недостатков, значительно ограничивающих его использование:
-
Для увеличения хода скобы необходимо увеличить длину плоских пружин упругого параллелограмма, а увеличение длины приводит к потере их устойчивости, особенно при сильном прогибе пружин.
-
Наличие связи 7 (рис.2.2.5, е), которая должна быть регулируемой для компенсации износа шлифовального круга, что усложняет конструкцию рассматриваемого устройства.
Более удачными являются варианты крепления скобы, показанные на рис. 2.2.5, ж и з. Скоба 1 подвешивается с помощью упругого параллелограмма к скалке 2, которая прикрепляется либо к корпусу шлифовальной бабки 4, либо к кожуху 3 шлифовального круга. В рабочем положении скоба упирается в постоянный упор 7, прикрепленный к станине 5 станка, что обеспечивает постоянство установки скобы по линии центров станка.
Таким образом, наиболее целесообразными вариантами скоб активного контроля при шлифовании на универсальных круглошлифовальных станках являются представленные на рис. 2.2.5, д, ж, з, которые имеют следующие преимущества:
-
возможность продольного и врезного шлифования;
-
обеспечивается постоянство установки скобы по линии центров станка;
-
не требуется переустановка скобы по длине стола при шлифовании деталей II и III групп;
-
при продольном шлифовании возможен одновременный контроль конусности шлифуемой шейки;
облегчается установка деталей в центрах.
Контрольно-измерительное устройство, изображенное на чертеже, представляет собой приспособление для активного контроля наружных цилиндрических поверхностей деталей при шлифовании на круглошлифовальном станке модели 3М151.
Контроль вала в процессе обработки методами врезания или продольной подачи осуществляется двухконтактной индуктивной скобой 1, оснащенной индуктивным преобразователем модели М-022-03 фирмы “Микромех”.
Автоматизация перемещения измерительной скобы для предотвращения повреждения губок прибора и ориентация скобы по отношению к шлифуемой заготовке обеспечивается пневмоцилиндром 1111-40×20 ГОСТ 15608-81.
Контрольное приспособление
Проектирование индивидуального средства измерения обусловлено тем, что для данной детали запланирован среднесерийный тип производства и для быстроты контроля удобно применить комплексное устройство, благодаря которому мы сможем контролировать одновременно несколько параметров детали: радиальное биение опорных шеек под подшипники, наружной поверхности червяка и поверхности под зубчатое колесо со шпоночным пазом, а также торцевые биения установочного торца детали и буртика вала для правого подшипника относительно общей оси опорных шеек подшипников. Это сократит время на операции технического контроля.
Остальные параметры контролируются стандартными методами измерения: штангенциркулями, микрометрами рычажными и гладкими, нутромерами и калибрами.