Технология обработки концентрированными потоками энергии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

«Тульский государственный университет»

Кафедра «ЭиНТ»

Курсовой проект

Технология обработки концентрированными потоками энергии

Выполнил: ст. гр. 430101

Овчинников А.В.

Проверил:

Пермяков Д.Г.

Тула, 2014

Введение

На современном этапе развития промышленного производства повышение качества промышленной продукции определяется качеством технологического проектирования. Самое современное изделие на этапе подготовки производства может стать неудачным. Это происходит при отсутствии должного внимания к решению комплекса задач по совершенствованию и интенсификации техпроцессов изготовления. Кроме того, важно установить оптимальный состав и последовательность технологических операций в маршруте обработке, выбрать рациональный комплекс средств технологического оснащения.

Курсовой проект содержит решение задач технологического проектирования при изготовлении детали «Шестерня». В работе приводиться технологический анализ чертежа детали, разрабатывается наладка на электроэрозионную обработку, разрабатывается приспособление.

Анализ конструкции детали

1.1 Назначение детали в изделии, выполняемые ею функции

проектирование технологический шестерня

Шестерня - это важнейшая деталь, которая применяется в механизмах зубчатой передачи и выполняет основную функцию - передает вращательное движения между валами, при помощи зацепление с зубьями соседней шестерни. Выглядит шестерня как диск с конической или цилиндрической поверхностью на которой на равном расстоянии расположены зубья. В зубчатой передаче шестерней называют малое зубчатое колесо с небольшим количеством зубьев, а большое - зубчатым колесом. В случае применения пары шестерен с одинаковым количеством зубьев, ведущую называют шестерней, а ведомую - зубчатым колесом. Но чаще всего все зубчатые колеса и малые и большие называют шестернями (шестеренками).

Заурядно используют шестерни парами с различным количеством зубьев, этот механизм зубчатой передачи позволяет преобразовать число оборотов валов и вращающий момент. Передаточное число - это отношение чисел оборотов валов в минуту, определяется отношением диаметров шестерен или отношением чисел из зубьев. К стати, число зубьев на колесах влияет на плавность хода передачи, чем их число больше, тем плавнее ход передачи. Ведущей шестерней называется та, вращение которой передается извне, а ведомой называют шестерню, с которой снимается вращающий момент. Если диаметр ведущей шестерни больше, то вращающий момент ведомой шестерни уменьшается за счет пропорционального увеличения скорости вращения, и наоборот.

1.2 Условия работы детали

В процессе эксплутации зубья шестерни подвергаются: изгибу при максимальном однократном нагружении, изгибу при многократных циклических нагрузках, в следствие чего в корне зуба развиваются наибольшие напряжения, и может происходить усталостное разрушение, так же в процессе эксплуатации происходит износ поверхностного слоя. В связи с условием работы шестерни, она должна обладать высокой прочностью и износостойкостью поверхностного слоя, высоким пределом выносливости при изгибе и контактных нагрузках при вязкой сердцевине. Также шестерня работает в условиях вибрации и при отрицательных температурах, в связи с чем от данного изделия требуется хорошая ударная вязкость при отрицательных температурах.

1.3 Сложность конфигурации шестерня

Современные методы образования поверхностей зубьев зубчатых колес достаточно разнообразны и насчитывают в общей сложности около 50 наименований. Сюда относятся зубонаризування с помощью зуборезных инструментов всех типов, литье, порошковая металлургия и пластическое деформирование, которое обеспечивает повышение прочности зубьев и высокую производительность при изготовлении. Выбор любого метода формообразования зубцов зависит от комплекса экономических, эксплуатационных, технологических требований, предъявляемых к конструкциям зубчатых колес.

1.4 Степень жесткости детали

Для оценки степени влияния жесткости передачи целесообразно выделить четыре группы факторов: нагрузки, жесткости, прочности и кинематический фактор. Каждый из этих факторов будет включать только к нему относящиеся данные:

Фактор нагрузки включает режим нагружения со всеми его характеристиками: ступени мощности, время действия каждой ступени, их чередование, частота нагружения в каждой ступени и т.п: . Фактор кинематический учитывает передаточное число Ku = Ku(u). Фактор прочности отражает допускаемые напряжения в зависимости от материала колес, способа получения заготовки, последующей обработки, запаса прочности и т.п: . Фактор жесткости включает упругие свойства и все конструктивные особенности: модуль упругости, тип зубьев, ширину шестерни, особенности конструкции колеса, сторону подвода вращающего момента, положение колес на валах, тип подшипников, точность и т.п.: .

1.5 Проектные и конструкторские базы

Базирование заготовок типа шестеренок, обладающих достаточной жесткостью, часто производят по торцовой поверхности, имеющей на приспособлении три опорные точки, и по цилиндрической, имеющей две опорные точки. Для длинных заготовок с фасонной поверхностью иногда необходимо создавать специальные качающиеся зажимные кулачки. В случаях, когда заготовка базируется по длинной втулке, ее торцовая поверхность имеет на приспособлении только одну опорную точку. Наружная или внутренняя поверхность длинной втулки имеет четыре опорные точки. При базировании заготовок типа дисков по отверстию, обработанному протягиванием, тонким растачиванием или шлифованием, и по обработанному торцу отверстие имеет на приспособлении две опорные точки и центрирует заготовку, а торцовая поверхность - три опорные точки. Поэтому необходимо обеспечить равномерный прижим торца заготовки к соответствующей опорной плоскости приспособления. Часто заготовка центрируется по отверстию с помощью жесткой оправки, а ориентируется по опорному торцу патрона плавающими самоустанавливающимися кулачками, магнитными или вакуумными прижимами.

Базовые поверхности шестерня: 1 и 2 - основные конструкторские; 3 и 4 - вспомогательные конструкторские;5 - проектная

2 Анализ технических условий на деталь «Шестерня»

2.1 Материал детали, термическая обработка

Основной материал детали - сталь 40Х. Состав приведен в таблице 2. В состоянии поставки сталь должна обладать свойствами в соответствии с ГОСТ 4543-71. Назначение материала соответствует основным условиям работы шестерни. Механические свойства указаны в таблице 3.

Таблица 2 - химический состав стали 40Х в %.

Таблица 3 - механические свойства материала при температуре 200?С.

Технологические свойства

Свариваемость:

без ограничений - сварка производится без подогрева и без последующей термообработки

ограниченно свариваемая - сварка возможна при подогреве до 100-120 град. и последующей термообработке

трудносвариваемая - для получения качественных сварных соединений требуются дополнительные операции: подогрев до 200-300 град. при сварке, термообработка после сварки - отжиг.

Применение стали 40Х для: 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.

Заменителем материала являются стали: сталь 45Х ,сталь 38ХА ,сталь 40ХН ,сталь 40ХС ,сталь 40ХФА ,сталь 40ХГТР.

2.2 Покрытия, специальные виды отделочной и упрочняющей обработки поверхностей

Специальные виды обработки (создание наклепа, искусственной шероховатости, напряженного состояния поверхностных слоев и др.) техническими требованиями не предусматривается.

2.3 Дефекты детали, регламентированные техническими требованиями

Износ поверхностей зубьев - очень значительный в открытых передачах и небольшой в закрытых. Меры борьбы с износом - повышение поверхностной твердости зубьев

Питинг - поверхностное выкрашивание зубьев в зоне полосной линии. Возникает вследствие усталости поверхностного слоя зубьев в результате высоких контактных напряжений. Питинг начинается с образования усталостных микротрещин, которые под влиянием циклических нагрузок постепенно развиваются, чему способствует высокое давление масла в зоне контакта зубьев. В открытых передачах питинг обычно не возникает, так как микротрещины изнашиваются раньше, чем успеют развиться.

Меры борьбы с питингом заключаются в повышении жесткости корпусов, валов и опор и точности их изготовления с целью увеличения площадок контакта зубьев

Усталостная изгибная поломка зубьев.

Меры борьбы - увеличение модуля или улучшение качества материала и термообработки

Задиры поверхностей зубьев могут иметь место в тихоходных сильно нагруженных передачах.

Меры борьбы - применение противозадирных смазок, содержащих животные жиры и графит

2.4 Контрольные испытания

Контрольные испытания проводят с целью проверки на изгибную-усталостную прочность являются основным видом стендовых испытаний, позволяющих воспроизводить условия и режимы работы испытуемого объекта, наиболее близкие к эксплуатационным. Одна из главных задач этих испытаний - получить сравнительные данные по долговечности шестерен, изготовленных из стали разных марок и по различной технологии.

2.5 Изготовление шестерен

Шестерни с прямыми зубами используют для передач с невысокими и средними скоростями, с косыми зубами - на средних и высоких скоростях. Шестерни с шевронными зубами применяются в тяжелых машинах (шевронные зубья направлены в разные стороны - «в елочку»). Шестерни с круговыми зубами применяются во всех конических зубчатых передачах.

Металл, из которого изготавливаются шестерни, должен обеспечивать:

стойкость поверхностного слоя зубьев; хорошее сопротивление изгибу; не способствовать заеданию.

Для этого сталь подвергается: закалке токами высокой частоты (твч), цементации, азотированию, объемной закалке.

Точность изготовления зубчатой передачи должна быть высокой, поэтому к оборудованию предъявляются особые требования:

Низкоскоростные «силовые» зубчатые колеса изготавливаются методом литья.

Высокоскоростные шестерни нарезаются на зуборезных и фрезерных станках.

Анализ альтернативных методов обработки контура детали.

Для заданной детали рассмотрим возможные методы получения: электроэрозионная, электрохимическая, лазерная обработка.

Лазерная обработка

Лазерная обработка материалов заключается в изменении формы, размеров, шероховатости и свойств поверхности заготовки под воздействием лазерного излучения, в результате интенсивного нагрева, расплавления или испарения материала.

При лазерной обработке используется воздействие на поверхность материала лазерного излучения, удельная мощность которого характеризуется величинами порядка 104….109 Вт/см2 и временем воздействия 10-6 ….10-3 с. Источником такого излучения является технологический лазер. Особенностью лазерного воздействия КПЭ на материалы является широкий диапазон вводимой в материал энергии.

При высоких значениях плотности мощности лазерного излучения в защитных газах или в воздухе возникает низкотемпературная плазма. С образованием низкотемпературной плазмы связана низкая эффективность использования энергии при воздействии лазерного излучения большой мощности.

Электроэрозионная обработка

Электроэрозионная обработка основана на вырывании частиц материала с поверхности импульсом электрического разряда. Если задано напряжение (расстояние) между электродами, погруженными в жидкий диэлектрик, то при их сближении (увеличении напряжения) происходит пробой диэлектрика - возникает электрический разряд, в канале которого образуется плазма с высокой температурой.

Электроэрозионные методы особенно эффективны при обработке твёрдых материалов и сложных фасонных изделий. При обработке твёрдых материалов механическими способами большое значение приобретает износ инструмента. Преимущество электроэрозионных методов состоит в том, что для изготовления инструмента используются более дешёвые, легко обрабатываемые материалы. Часто при этом износ инструментов незначителен.

Электрохимическая обработка

Ее выполняют в струе электролита, прокачиваемого под давлением через межэлектродный промежуток, образуемый обрабатываемой заготовкой-анодом и инструментом-катодом.

Струя электролита непрерывно подается в межэлектродный промежуток, растворяет образующийся на заготовке-аноде соли и удаляет их из зоны обработки. Инструменту придают форму, обратную форме обрабатываемой поверхности. Формообразование поверхности происходит по методу отражения (копирования), при котором отсутствует износ инструмента, так как им является струя электролита.

Этим способом обрабатывают заготовки из высокопрочных сплавов, карбидных и труднообрабатываемых металлов.

Для размерной электрохимической обработки используют нейтральные электролиты, такие как растворы солей NaCl, NaNO3, Na2SO4.

Параметры обработки и технологические возможности. Таблица 3

Технологические параметры обработки. Таблица 4

Конкурирующие методы обработки поверхности. Таблица 5

Сравнивая вышеприведенные методы, получаем, что ЭЭО и ЭХО уступают по удельной мощности и типу обрабатываемого материала лазерной обработке. В тоже время самый маленький расход энергии и высокую скорость обработки имеет ЭХО, но уступает по производительности ЭЭО. Заданную шероховатость и квалитет точности обеспечивают ЭЭО и лазерная обработка.

Для получения данной детали выбираем метод электроэрозионной обработки.

Маршрутный технологический процесс

Выбор оборудования

Операция 0300 Электроэрозионная проводится с использованием электроэрозионного вырезного станка AGIECUT CHALLENGE. В станке имеется автоматическая подача проволоки, охлаждение.

Технические характеристики станка:

Таблица 7

Характеристики проволоки Cobra CUT тип А. Таблица 8

Основные компоненты станка

1. Импульсный генератор

2.Система перемотки проволоки

3.Рабочая зона

4. Бункер для отработанной проволоки

5. Управление осями

6. Электропитание

7. ЧПУ

8. Диэлектрический агрегат

9. Пульт ручного управления

10. Консоль3

11. Ёмкость для диэлектрика

12. Дисковод для компакт-дисков + дисковод для дискет

Импульсный генератор - Генератор вырабатывает разрядный ток и регулирует процесс эрозии.

Система перемотки проволоки - Охватывает: катушку с проволокой, тракт подачи проволоки к рабочей зоне, удаление проволоки и устройство резки проволоки.

Рабочая зона - Оснащена балками, на которых устанавливается и крепится заготовка.

Электропитание - Элемент для подключения к сети.

Бункер для отработанной проволоки - Здесь собирается проволока, поступающая от устройства резки проволоки.

Управление осями - Электронные элементы, регулирующие движение осей.

ЦПУ - Выполняет расчёты, необходимые дня перемещения по осям.

Пульт ручного управления - Позволяет оператору отдавать определённые команды для перемещения вблизи от рабочей зоны

Диэлектрический агрегат - Охватывает: систему фильтрования, деионизацию, охлаждение, насосы и распределение диэлектрик

Консоль - На консоли оператор планирует и подготавливает процесс обработки, а также управляет им.

Емкость для диэлектрика - Состоит из двух баков: для загрязнённого диэлектрика поступает из рабочей зоны) и для чистого диэлектрика (предназначенного для рабочей зоны).

Размещено на Allbest.ru