Разработка технологического процесса изготовления детали «Звездочка 1»

Введение
Современная жизнь и производственная деятельность людей характеризуется использованием большого числа машин, механизмов и приспособлений, облегчающих деятельность человека, повышающих его работоспособность и производительность и снижающих временные, трудовые и материальные затраты, необходимые для совершения тех или иных действий.
Учитывая широкую функциональность, в своей деятельности человек использует большую номенклатуру машин, механизмов и приспособлений, позволяющих механически, физически и т. д. воздействовать на окружающую среду, обеспечивая себе необходимые условия для жизнедеятельности. Это приводит к необходимости создания машин, состоящих из большого числа элементов – деталей, каждая из которых имеет свою форму, строго определенные размеры, прочность и износостойкость.
Основными материалами, которые используются при создании машин для повышения их надежности, работоспособности, малых габаритов и веса являются материалы повышенной прочности и износостойкости. Способы получения данных материалов и первичных изделий (заготовок) из них являются наиболее трудоемкими и энергоемкими и не позволяют получить на данном этапе изделия необходимой эксплуатационной формы. Это приводит к необходимости дальнейшей механической обработки заготовок для достижения условий, требуемых при эксплуатации деталей изделий или машин.
В настоящее время существует значительное число способов механической обработки материалов, позволяющих получать изделия заданной формы с заданной точностью, шероховатостью и качеством поверхностного слоя. К ним можно отнести:
– обработку металлов резанием (шлифование включено в данный раздел);
– ручную или механическую пригонку или доводку;
– электрохимические и электрофизические методы обработки;
– лучевую, а также электромагнитную обработку и т. д.
В большинстве случаев требуемая точность размеров деталей не превышает 0.01…0.02 мм, а допускаемые размеры микронеровностей поверхностей (шероховатость) находится в пределах 0.02…0.0004 мм. Данные показатели вполне достижимы всеми вышеперечисленными способами обработки, однако наиболее производительным из них является обработка металлов резанием (в 5…10 раз). Поэтому данный способ в виде обработки деталей на металлорежущих станках наиболее распространен в производстве.
Предлагаемый технологический процесс изготовления заданной детали «Звездочка 1» разработан на основных положения «Технологии машиностроения» и «Резания металлов», включающих операции механической обработки.












1. Анализ чертежа детали
1.1. Назначение детали

Представленная в качестве задания на курсовое проектирование деталь «Звездочка 1» является типовой осесимметричной деталью малых габаритов и веса. Деталь представляет собой зубчатое колесо под кодовым названием «Звездочка 1». Подобные детали предназначены для увеличения или уменьшения передаточного отношения зубчатых передач и для передачи крутящего момента от одного вала к другому.
Передача крутящего момента от вала к колесу осуществляется с помощью лыски 16,5 мм на диаметре Ø17Н14 мм и зажимным винтом М6.
Модуль зубчатого венца m=1.5 мм, делительный диаметр ∅77,5 мм, ширина 5,4 мм. Судя по размерам колесо предназначено для передачи небольших крутящих моментов.
Во избежание появления при сборке и ремонте «забоин» на рабочих поверхностях и повышения износостойкости зубьев колеса и посадочного отверстия, деталь подвергается термической обработке – закалке до твердости HRCЭ35…38 (по шкале Роквелла).

1.2. Технологичность детали

Ориентируясь на точность радиального биения, с которой должны быть сформированы зубья колеса, можно утверждать, что представленная деталь является деталью средней сложности. Наличие открытых цилиндрических поверхностей позволяет использовать при ее изготовлении достаточно простые токарные переходы типа: подрезания торца, точения цилиндрических поверхностей, сверления и протягивания и т. п. Данные переходы возможно производить на токарном и протяжном оборудовании средней точности и использовать операторов средней квалификации. А для нарезания зубьев на зубофрезерном станке потребуется оператор квалификацией повыше.
Наиболее сложными вопросами при изготовлении колеса являются [12]:
– формы зубьев колеса;
– обеспечение малого радиального биения зубьев 0,01 мм относительно посадочного отверстия;
– формирование лыски в отверстии колеса;
– избыточно большая шероховатость нерабочих поверхностей (Ra12,5);
– обязательное проведение закалки для повышения поверхностной твердости HRCЭ35…38.
Получение отверстия с лыской может быть достигнуто сначала сверлением, а затем протягиванием специальной протяжкой.
Обеспечение малого радиального биения поверхностей зубьев связано с их окончательной обработкой при установке на оправку по посадочному отверстию.
Заданная шероховатость обрабатываемых поверхностей достигается после черновой обработки.
По стандартам точность отверстия должна быть по 8 квалитету, а точность наружного диаметра по 9 квалитету.

2. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА МАТЕРИАЛА И ЗАГОТОВКИ

Учитывая малые габариты детали, повышение прочности и износостойкости рабочих поверхностей может произведено за счет подбора соответствующего материала при изготовлении.
Так для изготовления детали конструктором было предусмотрено использование широко применяемой конструкционной стали 45 ГОСТ1050 –2013. Данная сталь содержит углерода 0,4% , что позволяет при закалке получить твердость по Роквеллу до HRC 48. Плотность массы таких сталей достаточно высока и составляет  = 7,83 кН/м3. Из-за низкой себестоимости данной стали делает ее применение рациональным. Физико-механические характеристики таких сталей достаточно высоки. Так в незакаленном состоянии временное сопротивление на разрыв достигает В = 610 МПа, а предел упругости S (02) = 360 МПа.
Данная сталь в незакаленном состоянии, имеет хорошую обрабатываемость резанием, учитывая то, что показатель обрабатываемости определяется величиной энергии, затрачиваемой на удаление единицы объема припуска.
Выбор метода получения первичной заготовки, из которой посредством механической обработки будут получена требуемая деталь, определяется себестоимостью изготовления детали из данной заготовки. Однако, не зная технологического процесса получения детали, а также уровня производства (наличия оборудования, квалификации кадров, опыта получения изделий подобного типа) трудно предварительно определить себестоимость механической обработки. Поэтому обычно выбор первичной заготовки определяется ее себестоимостью. Для массового производства стальных деталей с массой до 10 кг наиболее приемлемы штампованные заготовки. Для деталей со значительной массой и габаритов – поковки или литье. Для заготовок из чугуна – литье.
Для единичных заготовок, учитывая малое время, предоставляемое на изготовление детали рекомендуется использовать прокат, поставляемый металлургическими заводами (прутки и полосы круглого, квадратного, шестигранного, прямоугольного и т. п. сечения).
Учитывая то, что деталь является осесимметричной наиболее рекомендуемой формой проката является – круглый. Сортамент круглого проката оговорен в ГОСТ 2590–2006 Сталь горячекатаная круглая. Для заданной детали с учетом припуска под обработку на наружную поверхность рекомендуется принять пруток ∅〖90〗_(-1,3)^(+0,5) .

3. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЛЯ ДЕТАЛИ «звездочка 1»
3.1. Составление маршрутной технологии

В качестве заготовки для изготовления фланца была принята горячая штамповка стали 45 ГОСТ 1050-2013. Так как основные поверхности, образующие деталь являются цилиндрическими основная ее обработка будет вестись на токарных станках Учитывая то, что окончательный размер детали в осевом направлении составляет 25 мм, с учетом припуска на обе стороны размер заготовки составляет после обрезки 〖29〗_(-0,5)^(+1,1). Таким образом, первой операцией процесса изготовления будет 11:
1. Заготовительная с переходом
1.1. Отрезать заготовку в размер 29 мм. Точность и шероховатость поверхности разделения не имеет значения
Так как основные поверхности, образующие деталь, являются цилиндрическими основная ее обработка будет вестись на токарных станках. Поэтому следующей операцией будет:
2. Токарная.
При токарной обработке цилиндрических заготовок на первом переходе рекомендуется производить подрезание торца. Учитывая заданную шероховатость поверхности Ra 12,5 и принятый припуск на сторону
Δ=(29-25)/2=2" мм"
процесс подрезания торца следует производить в один проход:
2.1. Подрезать торец начерно (однократно).
2.2. Точить наружный диаметр начерно (однократно).
Припуск на сторону:
Δ=(90-82,5)/2=3,75" мм"
Здесь можно за один проход, а можно за два, это зависит от мощности двигателя оборудования.
2.3. Снять фаску
2.4. Сверлить отверстие под протяжку диаметром ∅15 мм.
Переустанавливаем деталь.
2.5. Подрезать торец начерно (однократно).
2.6. Точить наружный диаметр начерно (однократно) на длину 19,6 мм.
Припуск на сторону:
Припуск на сторону:
Δ=(90-50)/2=20" мм"
Следовательно, надо сделать 10 проходов по 2 мм.
2.7. Точить выступ длиной 16,5 мм.
Припуск на сторону:
Δ=(50-40)/2=5" мм"
Следовательно, надо сделать 2 прохода по 2,5 мм.
2.8. Точить выступ длиной 6 мм.
Припуск на сторону:
Δ=(40-22,5)/2=8,75" мм"
Следовательно, надо сделать 4 прохода по 2,2 мм.
2.9. Снять две фаски 1х45°.
3. Протяжная.
3.1. Протянуть фасонное отверстие.
4. Сверлильная.
4.1. Сверлить боковое отверстие под резьбу М6, сверло будет диаметром Ø5 мм.
4.2. Нарезать резьбу М6-7Н.
5. Зубофрезерная.
5.1. Фрезеровать зубья начерно на колесе с модулем 1,5 мм с оставлением припуска на чистовую обработку 0,175 мм (на глубину 3,2 мм).
5.2. Фрезеровать зубья начисто.
6. Термическая.
6.1. Нагреть до 1050°С, калить на масло до HRCэ35…38. Нагреть деталь до 400°С. Охладить в термосреде (песок, земля формовочная).
После термообработки никакой обработки не требуется, точных отверстий нет, требований к качеству поверхности зубьев тоже нет.
7. Контрольная.
7.1 Контролировать деталь согласно чертежа.
Указанные рекомендации явились основой для разработки технологического процесса изготовления детали «Звездочка 1», представленного ниже.
3.2. Выбор металлорежущего оборудования

Согласно принятых размеров заготовки 15050 мм ее обработку наиболее рационально производить на станках 1 или 2-ого габаритов. Оборудование должно соответствовать выполняемым операциям (см. табл. 32) 18.