Привет студент

Курсовой проект

Технологический процесс восстановления вала

 

 

Аннотация

 

Пояснительная записка содержит   23   страницы, 9  источников. Графиче­ская часть выполнена на 1 листе формата А3 и 2 листах формата А1.

В данном проекте изложена технология восстановления вала, представлены необходимые для восстановления расчеты режимов механической обработки и наплавки. В графическую часть проекта входят: рабочий чертёж ли­цевого вала, схемы технологических наладок и маршрутно-технологическая карта восстановления вала, которые выполнены при помощи графического редактора Компас 3D V13.

 

Содержание

 

Введение………………………………………………………………..4

1. Производство валов……………………………………………….5
2. Назначение валов и предъявляемые к ним требования………...8
3. Анализ детали – вал……………………………………………….9
4. Разработка технологического процесса восстановления вала…10

             4.1 Способы наплавки изношенных посадочных мест вала..……….11

4.2 Составление маршрута технологического процесса и выбор

оборудования…………………………………………………………13

4.3 Разработка операций по восстановлению дефектов…………..13

4.4 Нормирование времени по операциям…………………………14

4.4.1 Нормирование времени при вибродуговой наплавке………14

4.4.2 Нормирование времени для токарной обработке…………….. 15

4.4.3 Нормирование времени для шлифовальной операции………..17

4.5 Определение основных технологических параметров

процесса наплавки……………………………………………………18

4.6 Режимы резания на токарную обработку………………………...20

4.7 Режим резания на шлифование…………………………………...21

Заключение……………………………………………………………..22

Список использованной литературы…………………………………23

 

 

Введение

 

Целью курсового проектирования является приобретение навыков пра­вильного применения теоретических знаний, полученных в процессе обуче­ния и умение использовать практический опыт, полученный при знакомстве с предприятиями, для решения профессиональных технологических и конст­рукторских задач. Кроме этого, курсовое проектирование является важным этапом при подготовке к дипломному проектированию.

В соответствии с этим в процессе курсового проектирования решается задача расширения, углубления, систематизации и закрепления знаний по основам технологии восстановления деталей, основным техноло­гическим и организационным задачам, решаемым в области ремонта, а также проектирования технологических процессов.

1. Производство валов

Валы -  это  металлические детали цилиндрической формы с  круглым или квадратным сечением, используемые в различных устройствах и механизмах машин для  передачи механической энергии. Валы  передают крутящий момент  и воспринимают действующие силы со стороны расположенных на них деталей или опор.

Производство валов – одно из направлений  деятельности организаций, специализирующихся на  обработке металлов и металлургическом производстве. 

В зависимости от  назначения, валы могут изготавливаться различных размеров и форм.

В соответствии с  классификацией,   по форме геометрической оси  различают валы  прямые, эксцентриковые (коленчатые) и  гибкие.  По форме валы делятся на гладкие, ступенчатые и полые.

Также  различным бывает и материал, из которого изготавливаются валы:  они  могут быть сделаны как из алюминиевых сплавов, специальных  жаропрочных сталей или титановых сплавов, наиболее часто валы производятся из  качественной легированной стали.

В процессе изготовления валов стальные заготовки подвергаются большому количеству операций:  первоначально  заготовке придаются основные формы и размеры:  обточка и расточка валов осуществляется  на токарных станках с ЧПУ и прецизионными борштангами, что  позволяет осуществить качественную обработку даже больших валов как изнутри, так и с наружной поверхности.  В дальнейшем осуществляется сварка отдельных элементов вала и фрезерование шпоночных канавок и проточек. После этого почти готовые валы шлифуются для придания им  особо точных размеров. Осуществить точную шлифовку валов на производстве помогают лазерные методы измерения размеров.

Для проверки качества все валы проходят динамическую балансировку: некачественный  вал  может создавать существенные потери при передаче энергии, а значит  приводить к сбоям в работе оборудования.

Заключительным этапом обработки  валов является нанесение  покрытия на его поверхности.   В зависимости от  сферы применения вала покрытие бывает различным. Например, если валы будут использоваться в  агрессивных средах кислот, солей, щелочей,  в качестве  антикоррозионной  защиты используют  гуммирование (обрезинивание), что позволяет существенно увеличить срок службы валов.  Также для защиты от коррозии и для увеличения срока службы в агрессивных средах валы могут обрабатываться с помощью электродугового напыления, при котором две  токоведущие проволоки, образующие электрическую дугу,  перемещаются в зону горения, расплавляются и потоком сжатого воздуха распыляются на  обрабатываемую поверхность валов. Еще одним способом повысить износостойкость валов и устойчивость к коррозии, а также способом снизить трение является хромирование.  Хромирование валов -  это  диффузное насыщение поверхностей валов хромов, что в итоге позволяет  увеличить твердость валов.

В случае если валы износились и требуют реставрации,  для этого также используется гуммирование и электродуговое напыление, что позволяет восстановить форму валов или отдельных, наиболее износившихся поверхностей.

Валы используются в различных направлениях промышленности и производства, в том числе наиболее востребованы в полиграфии, производстве упаковки, деревообработке,  текстильной промышленности и производстве целлюлозы.

Валы могут изготавливаться  различными производителями как на основании  чертежей, так и на примере  изношенной детали. 

Размеры и вес валов также бывают различными. При выборе производителя валов желательно учесть специфику и производственные мощности  металлургического предприятия, чтобы выбрать  партнера, наиболее соответствующего потребностям.

Производство валов – одно из востребованных направлений  в металлургической промышленности. Производство валов  может осуществляться как по  государственным стандартам для техники и оборудования, регламентируемого ГОСТами,  так и на основании  индивидуальных чертежей и  макетов для отдельных видов  оборудования.

Производство валов осуществляется из различных материалов -   легированной конструкционной стали, титана, пластмассы,  алюминиевых или жаропрочных сталей.

Производство валов условно делится на определенные этапы:

• проектирование, конструирование  вала, компьютерный дизайн и расчеты – в случае, если требуется разработка уникального вала;
• выбор и закупка соответствующего  потребностям оборудования материала для производства валовв виде заготовки требуемого размера;
• обточка и расточка заготовки на токарных станках с ЧПУ  для обработки как наружной, так и внутренней поверхности вала;
• сварка  отдельных составляющих вала и фрезерование  канавок и проточек является следующим этапом  производства валов;
• точное измерение размеров валов и финишное шлифование  являются очередным этапом в производстве валов;
• следующим этапом в производстве валовявляется  динамическая балансировка вала;
• финишным этапом в процессе производства валовявляется нанесение защитного покрытия на  наружную и внутреннюю поверхность вала для придания ему полезных или защитных свойств.

. Стальные валы - это вид поковок цилиндрической формы, имеющие сечение квадратной, прямоугольной или круглой формы. 
Стальные валы выпускаются из стали различных марок в зависимости от того, в какой среде будет использоваться деталь. Наиболее востребовано производство валов из низколегированной углеродистой стали, однако для работы в агрессивных средах валы могут производиться из коррозионно-устойчивых марок стали. 

 

2. Назначение валов и предъявляемые к ним требования

Основными деталями в станках, осуществляющими вращательное движение, являются валы (рис. 1). Валы в процессе своей работы испытывают деформации кручения, изгиба, растяжения и сжатия. В коробках скоростей и подач чаще всего применяются шлицевые валы (рис. 1, б), которые обеспечивают плавное перемещение зубчатых колес и муфт вдоль вала. В целях уменьшения веса и габаритов сильно нагруженные валы станков изготовляются полыми. Кроме того, вал изготовляется полым, когда по условиям конструкции необходимо пропустить через него другой вал или какую-либо другую деталь, т. е. в тех случаях, когда это требуется условиями эксплуатации станка, как, например, шпиндели токарного, фрезерного и других станков. Детали, монтируемые на валу, укрепляют при помощи шпонок (рис. 1, а, в) либо шлицевых соединений, а чтобы зафиксировать вал в осевом направлении, используются уступы самого вала и стопорные кольца. Обычно валы  осуществляют только вращательное движение в своих опорах, как, например, ходовые валики, валы коробок скоростей и подач, шпиндели токарных, шлифовальных, фрезерных и других станков.

Рисунок 1 – Схемы валов

Помимо необходимости соблюдения условий прочности к валам предъявляют и другие требования.

1. Валы должны обладать достаточной жесткостью. При несоблюдении этого условия возникает чрезмерный изгиб вала, что приводит к преждевременному износу подшипников, а также нарушает плавность зацепления зубчатых колес, расположенных на валах.
2. Валы должны обладать высокой износостойкостью. Это относится прежде всего к шейкам валов, которые вращаются в подшипниках скольжения, а также к местам, где осуществляется прямолинейное перемещение шпинделей и валов (шпиндели сверлильных станков, расточных станков и др.) или установленных на них деталей.
3. Валы должны быть виброустойчивы. Это требование предъявляется к скоростным станкам, особенно предназначенных для выполнения отделочных операций.

Перечисленные требования могут быть удовлетворены только при применении соответствующих материалов, из которых должны быть изготовлены валы. Помимо этого, должны быть соблюдены требования термической обработки, качественного изготовления, сборки и регулировки деталей узлов станка.

 

3. Анализ детали – вал

У валов наиболее часто дефекты появляются на посадочных поверхностях под подшипники и резьбовых поверхностях. Поверхности под подшипники восстанавливают при износе более 0,017 - 0,060 мм; поверхности неподвижных соединений (места под ступицы со шпоночными пазами и др.) за счет дополни­тельных деталей - при износе более 0,4 - 1,3 мм, под уплотнения - более 0,15 -0,20 мм. Шпоночные пазы восстанавливают при износе более 0,065 - 0,095 мм; шлицевые поверхности - при износе более 0,2 - 0,5 мм.

Из всей совокупности восстанавливаемых поверхностей валов 46% изнаши­ваются до 0,3 мм; 27% - от 0,3 до 0,6 мм; 19% - от 0.6 до 1,2 и 8% -более 1,2 мм.

Основное требование, которое необходимо выполнить при восстановлении валов, является обеспечение: размеров и шероховатости восстанавливаемых поверхностей, их твердости, сплошности покрытия, прочности сцепления нане­сенных слоев с основным металлом, а также симметричности, соосности, ради­ального и торцового биений обработанных поверхностей зубьев шлицевых по­верхностей и шпоночных пазов оси вала или образующим базовых поверхно­стей.

Стали имеют высокий предел текучести, малую чувствительность к концентраторам напряжений, в изделиях, работающих при многократном приложении нагрузок, высокий предел выносливости и достаточный запас вязкости. Кроме того, улучшаемые стали обладают хорошей прокаливаемостью и малой чувствительностью к отпускной хрупкости.

При полной прокаливаемости сталь имеет лучшие механические свой­ства, особенно сопротивление хрупкому разрушению - низкий порог хладно­ломкости.

Хромистую сталь 40Х применяют для средненагруженных деталей небольших размеров. С увеличением содержания углерода возрастает прочность, но снижаются пластичность и вязкость. Прокаливаемость хромистых сталей невелика.

 

4. Разработка технологического процесса восстановления вала

Деталь, представляет собой вал, предназначенный для пере­дачи крутящего момента от ступицы зубчатого колеса на внешнюю нагрузку, и изготовлен из стали 40Х ГОСТ 4543-71.

Этот вал нуждается в ремонте одного дефекта:

• ремонт поверхности посадочных мест       

• Способы наплавки изношенных посадочных мест

1. Контактная наварка металлической ленты.

Сущность способа заключается в приварке и изношенной поверхности детали стальной ленты мощными импульсами тока. Режимы работы: частота вращения шпинделя 5...7 мин-1, подача каретки 3,0...3,6 мм/об, сила тока 5...5,5 кА. Обо­рудование : установка 011-1-02М «Ремдеталь».

2. Механизированная наплавка в среде защитного газа.

В качестве защитной среды используется углекислый газ или водяной пар. Оборудование: выпрямитель ВСЭ-303, сварочный трансформатор ТДФ-500.

Режим работы: наплавку ведут на постоянном токе обратной полярности, толщина наплавляемого слоя 0,8... 1,0 мм, сила тока 85... 110 А, напряжение 18...20 В, шаг наплавки 2,8...3,2 мм.

3. Наварка проволоки.

Сущность способа состоит в привязке к изношенной поверхности металлической проволоки, при пропускании через нее мощного импульса тока. Режим работы: ток 1,2.. .2,5 кА, шаг 1.. .2,5 мм, усилие прижатия 0,6... 1,0 кН. Оборудование: установка УЭМО-2.

4. Плазменная сварка и наплавка.

Наиболее распространенным и простым способом наплавки является наплавка по заранее насыпанному на наплавляемую поверхность порошку. Условия работы: наплавочный материал ПГ-УС25, толщина наплавляемого слоя 1.5 мм, напряже­ние 58 В, ток 140 А, скорость наплавки 0,17 м/мм. Оборудование: установка для плазменной наплавки УПН-303.

5. Автоматическая вибродуговая наплавка.

Можно наплавлять детали диаметром от 10 до 400 мм. Рекомендуется применять режимы наплавки в следующих пределах:

Сила тока.......120—250 А

Напряжение......18—22 В

Скорость подачи электродной проволоки ... 14—22 мм/сек

Диаметр электродной проволоки ....1,5—2 мм

6. Наплавка под слоем флюса.

Электрическая дуга горит под слоем гранулированного флюса в газовом пузыре. Сварочный ток 150-200 А/мм² на единицу площади проволоки. Коэффициент наплавки в 1,5-2 раза выше чем при ручной электродуговой наплавке.

7. Ручная дуговая наплавка.

Наплавка выполняется металлическими плавящимися одиночными электродами, пучком электродов, лежачими пластинчатыми электродами и т.д. Для наплавки используют электроды диаметром 3-6 мм. Для обеспечения минимального проплавления основного металла при достаточной устойчивости дуги плотность тока должна составлять 11-12 А/мм².

После перечисления основных способов восстановления детали, необходимо выбрать основной способ. Технологический критерий. Он оценивает каждый спо­соб и определяет принципиальную возможность применимости того или иного способа восстановления. Отобранные по этому критерию способы восстановле­ния должны удовлетворять двум условиям:

1. по своим технологическим особенностям они должны быть приемлемы к дан­ной детали;
2. устранять имеющиеся дефекты.

Для восстановления посадочных мест рационально выполнить автоматическую вибродуговую наплавку.

Таблица 1.  Коэффициент долговечности восстанавливаемой детали.

Способ восстановления	Кд
Вибродуговая наплавка	0,558
Электродуговая наплавка	0,336
В среде углекислого газа	0,518
Газовая сварка	0,343

 

4.2 Составление маршрута технологического процесса и выбор обору­дования

 

Наиболее предпочтительный маршрут для восстановления посадочных мест следующий:

005Мойка —»010 Дефектация и комплектование маршрутов —>015Автоматическая вибродуговая  наплавка поверхностей 1—> 020 То­карная обработка поверхностей 1 —>025 Высокий отпуск —>030 Шлифование цилиндрических поверхностей 1 —>035 Мойка —> 040 Контроль качества.

1. Моечная операция: мойку детали проводят на погружной моечной маши­не тупикового типа, марки ОМ-5287, в 12%-ом растворе каустической соды.
2. Дефектовочная: промеряют размеры и определяют износы. Стол дефектовщика ОРГ-1468.

3.Наплавочная: восстановление автоматической вибродуговой наплавкой, поверхностей 1. Сварочный преобразователь ПС-500.

4. Токарная: обтачивание поверхности 1. Станок токарно-винторезный 1К62.
5. Термическая обработка: Высокий отпуск при = 550 – 600°С
6. Шлифовальная: шлифовать цилиндрическую поверхности 1. Станок шлифо­вальный ЗМ153.
7. Моечная операция: мойку детали проводят на погружной моечной машине ту­пикового типа, марки ОМ-5287, в 12%-ом растворе каустической соды.
8. Контрольная: стол дефектовщика ОРГ-1468.

 

4.3 Разработка операций по восстановлению дефектов

1. Наплавочная: наплавлять поверхности 1. Станок - сварочный преобразователь типа ПС-500. Патрон трехкулачковый 7100-0009 ГОСТ 2675-80 центр вращающийся, ГОСТ 8742-75, штангенциркуль ШЦ-П-160-0,02 ГОСТ 166-80, на­плавочная проволока Св-08А.
2. Токарная: точить поверхности 1. Станок токарно-винторезный 1К62, патрон трехкулачковый 7100-0009 ГОСТ 2675-80, центр вращающийся, ГОСТ 8742-75, штангенциркуль ШЦ-П-160-002 ГОСТ 166-80.
3. Шлифовальная: шлифовать поверхности 1. Станок шлифовальный ЗМ153, хомутик 7107-0031 ГОСТ 2578-70, центр упорный ГОСТ 13214-79, центр вращающийся А-1-5-И ГОСТ 8742-75 ГШ 200x13x32.
4. Контрольная: стол дефектовщика ОРГ-1468. Штангенциркуль ШЦ-П-160-002-1 ГОСТ 166-80.

 

4.4 Нормирование времени по операциям

 

4.4.1 Нормирование времени при вибродуговой наплавке

 

Выбор шага наплавки:

S = (1,6…2,2) ∙ d_э ,

где d_э – диаметр электрода, принимаем за 2 мм.

S = 2 ∙ 2 = 4 мм/об

Основное время рассчитывается по формуле:

,

 где D – диаметр вала, мм;

 l – длина поверхности наплавки, мм;

   S – шаг наплавки;

   V_нп – скорость наплавки, принимаем за 0,35 м/мин.

мин.

   Определяем вспомогательное время:

Tвсп  =   Tуст  +  Tосм +  Tуст.дет

где Т_уст - время на проверку правильности установки, принимаем - 0,2 мин;

Тосм - осмотр и промер наплавленного слоя, принимаем - 0,2 мин;

Туст.дет - время на установку/снятие детали, принимаем - 0,8 мин.

 

Т_всп = 0,2 + 0,2 + 0,8 ∙ 2 = 2 мин.

Оперативное время:

Топ =  Твсп + То

Т_оп = 2+ 5=7 мин.

 

Время на обслуживание рабочего места:

 

Тобсл ⁼ 4% ∙ Т_оп

Т_обсл = 0,04 ∙ 7 = 0,28 мин.

 

Время на отдых:

 

Т_отд = 6% ∙ Т_оп

Т_отд = 0,06 ∙ 7 = 0,42 мин.

 

Подготовительно-заключительное время:

 

Т_п-з =10 мин.

 

Штучное время:

 

 

мин.

 

4.4.2 Нормирование времени для токарной обработки

 

Основное время рассчитывается по формуле:

 

 

где L - величина перемещения инструмента или заготовки в направлении подачи за один рабочий ход, мм;

           n - частота вращения, мин;

S - подача мм/об;

 

,

 

           где  - длина обрабатываемой поверхности;

          - величина врезания инструмента;

           - величина перебега инструмента;

 

= 3 мин.

 

Определяем вспомогательное время:

 

Т_всп  = t уст  +tизмерения

 

где t уст  - вспомогательное время на установку снятие детали.

          Принимается - 0,6 мин. tизмерения принимается - 0,35 мин.

 

Т_всп = 0,6 + 0,35 = 0,95 = 1 мин.

 

 

 

Оперативное время

 

Т_оп = Твсп  + tо

Т_оп = 0,95 + 3,27 = 4,22 мин.

 

Время на обслуживание рабочего места:

 

Тобсл =  3,5% ∙  Т_оп

Тобсл = 0,035 ∙ 4,22= 0,14 мин.

 

 

 

 

Время на отдых:

 

Т_отд = 4% ∙ Т_оп

Т_отд = 0,04 ∙ 4,22 = 0,16 мин.

 

Подготовительно-заключительное время:

 

Тп-з = 14 мин.

 

Штучное время:

 

 

 = 4 мин.

 

 

4.4.3 Нормирование времени для шлифовальной операции

 

Определение основного времени.

Определение длины рабочего хода стола L_px=I, где I = 75 мм - длина шли­фуемой поверхности. Следовательно L_px = 75 мм.

По нормативам, а также по паспортным данным станка определяются ско­рость движения стола, число рабочих ходов, время переключения и деления: V₃ = 10 м/мин; i = 13; t = 0,015 мм.

Основное время:

 

 = 4 мин.

 

Определение вспомогательного времени.

Время на установку заготовки Туст = 0,22мин.

Время связанное с переходом Тпер = 0,05мин

Общее вспомогательное время:

 

Твсп  = Туст + Тпер

 

Твсп = 0,22+0,05 = 0,27мин.

 

Оперативное время:

 

Топ = То + Твсп

 

Т_оп = 3,9 + 0,27 = 4,17 мин.

 

Время на обслуживание рабочего места:

 

Тобсл = 10% ∙ Т_оп

 

Тобсл = 0,1 ∙ 4,17 = 0,417 мин.

 

Время на отдых и личные надобности:

 

Т_отд⁼ 4% ∙ Т_оп

 

Т_отд = 0,04 ∙ 4,17 = 0,16 мин.

 

Норма штучного времени:

 

Тшт =  Т_оп + Тобсл + Т_отд

 

Т_шт = 4,17 + 0,417 + 0,16 = 4,7 = 5 мин.

 

4.5 Определение основных технологических параметров процесса на­плавки

 

Длина наплавляемой поверхности - 75 мм. Диаметр вала - 30 мм.

Выбираем марку наплавочной проволоки: Св-08А

1. Определение силы тока и напряжения на дуге.

Силу тока определяют исходя из зависимости

I = a ∙ Fэ,

где  Fэ – площадь поперечного сечения электрода, мм;

а – плотность тока А/мм.

а = 60 – 75 А/мм для проволоки диаметром до 2 мм.

а = 50 – 70 А/мм для проволоки диаметром более 2 мм.

При наплавке металла толщиной до 1 мм наиболее рационально напряжение в пределах 12 – 15 В, толщиной более 1 мм – 15 – 20 В.

I = 60 ∙ 2 = 120A

2. Определение скорости подачи электродной проволоки.

 где   U -  напряжение на дуге, В;

 d - диаметр электрической проволоки, мм;

 I – сила тока, А.

м/мин

Проволоку подают под углом 35 - 40 к детали.

3. Выбор шага наплавки.

Шаг наплавки(мм/об) выбирается в зависимости от диаметра электродной проволоки:

S = (1,62,2) ∙ d = 2 ∙ 2 = 4 мм/об

С уменьшением шага наплавки твердость наплавленного, возрастает его толщина, увеличиваются потери на угар и разбрызгивание.

4. Определение скорости наплавки.

    Обычно скорость наплавки устанавливается в пределах 0,3…2 м/ч. Принимаем V_нп =0,35 м/ч

5. Определение толщины наплавленного слоя.

,

где    - коэффициент, учитывающий условия формирования валика,

 = 0,60,7;

 h – толщина слоя, мм.

мм

6. Определение частоты вращения детали.

          

где   D – диаметр наплавляемой поверхности, мм;

         n – частота вращения, об/мин.

мин ^-1

7. Выбор амплитуды вибрации.

Амплитуду вибраций конца электродной проволоки выбирают в зависимости от диаметра проволоки:

А = (0,71,3) = 1∙2 = 2

8. Определение времени наплавки.

мин

 

4.6 Режимы резания на токарную обработку

 

Режущий инструмент - проходной резец, оснащенный пластиной твёрдого сплава Т5К10.

Главный угол в плане а=60°;

Вспомогательный угол а=15°;

Размер державки резца: hb=20l6мм.

 

1) Назначение глубины резания t.

t=0,5 мм

2) Подача Sм

Sм  = Sn = 0,5 об/мин

3) Скорость резания V

м/мин  

4) Расчёт частоты вращения

Kv = Kмv KNV Kuv = 111 = 1

Kмv = 1

KNV = 1

Kuv = 1

об/мин

5) Сила резания.

6) Мощность резания.

кВт

 

4.7 Режим резания на шлифование

 

Для шлифовальных работ принимаем шлифовальный станок ЗМ153. Назначаем режущий инструмент: круг шлифовальный ГШ 200x13x32. Скорость круга: V = 35 мм/об

Глубина резания: t = 0,015 мм/дв. ход

Скорость шлифуемого изделия: V = 10 м/мин

Подача и частота вращения детали на станке осуществляется бесступенчато.

Частота вращения определятся по формуле:

 

 

мин^-1

 

Число проходов определятся по формуле:

 

I = z/t

 

I=  = 13

 

 

Заключение

 

В данном курсовом проекте рассмотрена технология восстановления посадочных мест вала, описаны способы его восстановления. Также произведен расчет режимов механической обработки и норм времени, составлена мар-шрутно - технологическая карта восстановления вала редуктора.

 

 

Список использованной литературы доступен в полной версии работы

Чертежи:

 

 

Скачать: 4202.rar