Проектирование технологического процесса ремонта детали

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Федеральное бюджетное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Омский государственный университет путей сообщения»

Кафедра «Технология транспортного машиностроения и ремонта подвижного состава»

Курсовой проект по дисциплине

«Технология производства и ремонта изделий машиностроительных предприятий»

Проектирование технологического процесса ремонта детали

Студент группы 15М

Ростовцев Д.Д.

Руководитель

доцент каф. ТТМ и РПС

Смольянинов А.В.

Омск 2016



Реферат

Вал со шлицами, наплавка, механическая обработка, режущий инструмент, технологическое оборудование, технологическая операция, карта эскизов.

Цель работы - разработать технологический процесс ремонта и последующей механической обработки вала со шлицами, обеспечивающей требуемую точность и качество поверхностей.



Введение

Проектирование технологических процессов изготовления и ремонта деталей машин имеет цель установить наиболее рациональный и экономичный способ обработки, при этом обработка деталей на металлорежущих станках должна обеспечивать выполнение требований, предъявляемых к точности и чистоте обрабатываемых поверхностей, правильности контуров, форм и т.д.

Таким образом, спроектированный технологический процесс механической обработки и ремонта деталей должен, при его осуществлении обеспечивает выполнение требований, обуславливающих нормальную работу собранной машины.

На данном этапе развития машиностроения при проектировании технологических процессов стремятся к возможно полной механизации и автоматизации, применению малоотходных способов получения заготовок механической обработки без снятия слоя металла, уменьшению трудоемкости изготовления деталей.

Вал, является распространенной и достаточно ответственной деталью машин и механизмов. Высокие требования, предъявляемые по изготовлению валов: по точности, по прочности и по эксплуатационным данным требует серьезной комплексной проработки на всех стадиях процесса производства.

На основании этого принципа был разработан данный технологический процесс.



1. Описание конструкции детали

дефект деталь вал поверхность

1.1 Назначение детали

Валы служат для передачи крутящего момента и поддерживания, вращающихся деталей.

По конструктивным особенностям различают гладкие валы, не имеющие уступов; ступенчатые валы, имеющие участки различного диаметра для удобства монтажа на них деталей; шлицевые валы с участком шлицевого профиля для установки, неподвижно сидящих или скользящих вдоль вала деталей; фланцевые валы, имеющие выполненные заодно с валом фланцы; валы-шестерни и валы-червяки, представляющие собой валы, выполненные заодно с шестерней или червяком. Кроме того, валы подразделяют на сплошные и с центральным отверстием, на жесткие и нежесткие. Подавляющее большинство валов сплошные.

1.2 Описание конструкции

Данная деталь относится к классу валов. Все поверхности детали имеют доступ для обработки, имеется возможность многорезцовой производительной обработки на автоматах и полуавтоматах. Заданная точность поверхностей детали соответствует экономической точности оборудования. При термической обработке такой стали можно получить необходимую структуру и твёрдость. Вал имеет небольшое количество ступеней с незначительным перепадом их диаметров, поэтому данная деталь изготавливается из штучных заготовок. Поверхности вала, имеющие разные параметры шероховатости и обработанные по разной степени точности, разделены канавками. Деталь имеет возрастающие диаметры ступеней. Чётко разграничиваются обработанные и необработанные поверхности.

Выбор габаритных размеров, конфигурации, параметров точности изготовления отдельных поверхностей детали и материала детали диктуется габаритами изделия, в которое входит изготовляемая деталь, условиями работы детали в узле и её функциональным назначением.

Деталь - вал со шлицами ступенчатый, состоит из 4-х ступеней.

На вал действуют осевые нагрузки, валы испытывают деформации изгиба и кручения. Одним словом, вал испытывает знакопеременные нагрузки. Для повышения его твердости осуществляют цементацию или азотирование.

Данная сталь 18ХГТ по ГОСТ 4543-71 достаточно хорошо обрабатывается лезвийными и абразивными инструментами.

Рассмотрим подробнее, слева располагается первая ступень вала длиной 45 мм и диаметром 26 мм, выполненная по 6 квалитету точности и имеющая шероховатость Ra = 0,8 мкм. Ступень имеет фаску размером 2 мм и углом наклона 45 градусов. Цапфа предназначена для посадки на нее подшипника и является основной конструкторской базой. Следом за ней идет шестерня диаметром 55 мм и длиной 28 мм, которая выполняется по 7 квалитету и имеет шероховатость Rz = 1,25 мкм.

Следующая ступень вала длиной 44 мм и диаметром 26 мм, выполненная по 6 квалитету точности и имеющая шероховатость Ra = 0,8 мкм. Ступень имеет фаску размером 0,5 мм и углом наклона 45 градусов. Цапфа предназначена для посадки на нее подшипника и является основной конструкторской базой.

Следующая ступень вала имеет длину 65 мм и диаметр 25 мм, эта ступень выполняется по 7 квалитету и имеет шероховатость Ra = 1,25 мкм. На этой ступени вала в правой части располагается фаска размером 1 мм и углом наклона 45 градусов. На этой ступени расположены 6 шлицов. Длина нарезанной части ступени составляет 54 мм. Диаметр вершин шлицов 25 мм, а диаметр впадин - 20 мм. Высота зубьев 5 мм, а ширина 6 мм. Зубья выполнены по 11 квалитету и имеют шероховатость Ra = 3,2 мкм.

С двух сторон вала выполнены центровочные отверстия. Левое отверстие выполнено по 8 квалитету и имеет шероховатость Ra = 1,25 мкм. Правое отверстие имеет резьбу. Резьба выполнена по 12 квалитету и имеет шероховатость Ra = 3,2 мкм.

1.3 Анализ технологичности

Рисунок 1- Поверхности детали

Качественная оценка конструкции детали на технологичность:

1) простота формы поверхностей подлежащих обработке резанием;

2) лёгкая доступность поверхностей и удобство их обработки;

3) возможность максимального использования стандартных режущих и измерительных инструментов;

4) обеспеченье минимального числа установок заготовки в процессе обработки и измерения;

5) равномерное распределение массы относительно оси заготовки.

6) рациональная простановка размеров, допусков и шероховатости на чертеже.

Количественный анализ технологичности конструкции детали проводится по показателям трудоемкости и себестоимости или по вспомогательным показателям. Характеристика поверхностей детали представлена в таблице 1.



Таблица 1- Характеристика поверхностей детали

Наименование поверхности	Количество поверхностей	Количество унифицированных поверхностей	Квалитет точности	Параметр шероховатости Ra
1. Торцевая	1	1	12	3,2
2. Центровочное отверстие	2	2	8	1,25
3. Фаска	1	1	12	3,2
4. Отверстие диаметром 26	1	1	6	0,8
5. Торцевая	1	1	12	2,5
6. Отверстие диаметром 55	1	1	7	1,25
7. Торцевая	1	1	12	2,5
8. Фаска	1	1	12	3,2
9. Отверстие диаметром 25	1	1	7	1,25
10. Шлицы	1	1	7	1,25
11. Фаска	1	1	12	3,2
12. Резьба	1	1	12	3,2
13. Торцевая	1	1	12	3,2
Итого	14	14

Количественная оценка технологичности выполняется согласно ГОСТ 14201-73 и содержит следующие показатели:

Коэффициент унификации конструктивных элементов рассчитывается по формуле 1.1:

, (1.1)

гдеQу.э.,Qэ. -- соответственно число унифицированных конструктивных элементов детали и общее, шт.;

.

1>[0,6] деталь технологична

Коэффициент использования материала рассчитывается по формуле 1.2:

(1.2)

гдеmд, mз? соответственно масса детали и заготовки, кг;

.

0,869>[0,6] деталь технологична

Коэффициент точности обработки детали рассчитывается по формуле 1.3:

где средний квалитет точности

0,89>[0,8] деталь технологична

Коэффициент шероховатости поверхности рассчитывается по формуле 1.4:

, (1.4)

где ? средняя шероховатость поверхностей

0,45<[0,8] деталь технологична

После проведённой качественной и количественной оценки детали на технологичность, можно сделать вывод, что деталь технологична.

1.4 Описание материала детали

Таблица 2 - Сталь 18ХГТ по ГОСТ 4543-71

Марка:	18ХГТ
Классификация:	Сталь конструкционная легированная
Дополнение:	Сталь хромомарганцевая
Применение:	Улучшаемые или цементуемые детали ответственного назначения, от которых требуется повышенная прочность и вязкость сердцевины, а также высокая поверхностная твердость, работающие под действием ударных нагрузок.

Таблица 3 - Химический состав стали 18ХГТ по ГОСТ 4543-71

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	Ti	Cu
0,17-0,23	0,17-0,37	0,8-1,1	до 0,3	до 0,035	до 0,035	1-1,3	0,03-0,09	до 0,3

Таблица 4 - Технологические свойства стали 18ХГТ по ГОСТ 4543-71

Свариваемость:	без ограничений
Флокеночувствительность:	не чувствительна
Склонность к отпускной хрупкости:	малосклонна

1.5 Описание дефектов детали и причин их возникновения

Изнашивание - это необратимый процесс изменения размеров деталей во время эксплуатации. При этом, как правило, изменяется форма, размеры и состояние рабочих поверхностей деталей. В зависимости от условий работы одни детали изнашиваются быстрее, другие медленнее.

Восстановление деталей машин обеспечивает экономию высококачественного материала, топлива, энергетических и трудовых ресурсов, а также рациональное использование природных ресурсов и охрану окружающей среды. Для восстановления работоспособности изношенных деталей требуется в 5-8 раз меньше технологических операций по сравнению с изготовлением новых деталей.

По данным ГОСНИТИ 85% деталей восстанавливают при износе не более 0,3 мм, т.е. их работоспособность восстанавливается при нанесении покрытия незначительной толщины. Однако ресурс восстановленных деталей по сравнению с новыми деталями во многих случаях остается низким. В то же время имеются такие примеры, когда ресурс деталей, восстановленных прогрессивными способами, в несколько раз выше ресурса новых деталей.

Различают следующие виды износа:

· Механический,

· Молекулярно-механический,

· Коррозионно-механический.

Механический износ является результатом действия сил трения при скольжении одной детали по другой. Происходит истирание (срезание) поверхностного слоя металла у совместно работающих деталей. Механический износ часто усугубляется наличием абразивной пыли, твердых частиц стружки, продуктов износа. При этом трущиеся поверхности дополнительно разрушаются за счет резания и царапания.

Величина и характер износа деталей зависит от физико-механических свойств верхних слоев металла, условий работы сопрягаемых поверхностей, давления, относительной скорости перемещения, условий смазывания, степени шероховатости трущихся поверхностей и др.

Молекулярно-механический износ происходит из-за схватывания одной поверхности с другой. Происходит это при недостаточном смазывании и значительном удельном давлении, когда две поверхности сближаются настолько плотно, что начинают действовать молекулярные силы. Схватывание происходит также при высоких скоростях скольжения и высоком давлении, когда температура трущихся поверхностей высока.

Коррозия проявляется обычно у деталей станков, испытывающих непосредственное действие воды, воздуха, химических веществ, температуры. Непостоянство температуры воздуха в производственном помещении приводит к тому, что каждый раз при ее повышении содержащиеся в воздухе водяные пары, соприкасаясь с более холодными металлическими деталями, осаждаются на них в виде конденсата. Это вызывает ржавление металла.

Вид дефекта в соответствии с заданием: износ шлицев по толщине менее 5,75 мм.

1.6 Описание процесса дефектации детали

Дефектацию промытых и просушенных деталей производят после комплектования их по узлам. Эта операция требует большого внимания.

Каждая деталь тщательно осматривается (при необходимости через лупу), размеры отдельных элементов детали измеряются соответствующими инструментами. В отдельных случаях проверяется взаимодействие сопрягаемых деталей.

При дефектации деталей важно уметь определять имеющие место величины износа отдельных поверхностей.

Цель дефектации - выявить дефекты деталей, установить возможность ремонта или определить необходимость замены детали.

В процессе дефектации детали сортируют на три группы: годные, ремонтно-пригодные и негодные. Кгодным относят детали, износ рабочих поверхностей у которых не вышел за пределы допуска на те или иные размеры, определяющие эти рабочие поверхности. У ремонтно-пригодных деталей износ может быть выше предельных допусков, но ремонт таких деталей экономически целесообразен.

Макро- и микротрещины, поломка отдельных частей, чрезмерный износ тех или иных рабочих поверхностей и другие серьезные дефекты у деталей, которые экономически нецелесообразно ремонтировать, являются основанием считать их негодными. При ремонте такие детали заменяются новыми.

При сортировке деталей по группам рекомендуется их помечать краской: годные - белой, ремонтно-пригодные - зеленой, негодные - красной.

В зависимости от назначения детали или от предполагаемого дефекта процесс дефектации производят различными способами.

Наружный осмотр используется для определения поверхностных дефектов: трещин, забоин, раковин, изгиба, значительных износов, поломок и т. п., т. е. дефектов, обнаружение которых возможно визуально.

Остукивание детали молотком или рукояткой молотка позволяет обнаружить внутренние трещины, о чем свидетельствует дребезжащий звук. Этот процесс следует выполнять осторожно, чтобы не оставлять следов (вмятин) на поверхности проверяемой детали.

Гидравлические испытания применяют для обнаружения трещин или раковин в корпусных деталях. При испытании в детали заглушаются все отверстия, кроме одного, через внутреннюю полость которого нагнетается жидкость при давлении 2--3 кгс/см2. При наличии трещины или раковины наблюдается вытекание жидкости или запотевание стенок детали.

Измерения позволяют определить величину износа тех или иных рабочих поверхностей, отклонения элементов детали от правильной геометрической формы и нарушения во взаимном расположении поверхностей у детали. Выполняются измерения с помощью различных мерительных инструментов и приборов.

Проверка твердости детали позволяет обнаружить изменения, происходящие в материалах детали в процессе эксплуатации из-за наклепа, влияния высоких температур или агрессивных сред и т. п.

Проверка сопряжения деталей определяет наличие и величины зазоров, плотность и надежность неподвижных соединений, функциональную пригодность данного соединения и т. п.

Магнитная и ультразвуковая дефектоскопия предназначена для обнаружения скрытых дефектов в стальных и чугунных деталях. Действие магнитного дефектоскопа основано на различной магнитной проницаемости сплошного металла и металла с трещинами. При ультразвуковой дефектоскопии пороки металла выявляются при помощи ультразвуковых колебаний, которые отражаются на экране.

Керосиновая проба предназначена для обнаружения трещин. При выполнении этой пробы деталь погружают на 15--30 мин в керосин, затем тщательно протирают и покрывают мелом. Выступающий из трещины керосин увлажнит мел и даст четкие ее контуры.

В процессе дефектации составляется окончательная ведомость дефектов на ремонт, которая является исходным техническим и финансовым документом.

На каждом предприятии имеется сейчас своя форма ведомости дефектов, обусловленная спецификой ремонтируемого оборудования: технологическое, автотракторное, подъемно-транспортное и др.

Грамотно и подробно составленная ведомость дефектов существенно дополняет технологический процесс ремонта. Этот ответственный технический документ составляется технологом отдела главного механика (ОГМ) с участием мастера и бригадира ремонтной бригады, представителей отдела технического контроля (ОТК) и цеха-заказчика.

При проведении дефектации рационально использовать заранее заготовленные типовые ведомости дефектов. Эти ведомости отличаются от обычных тем, что в них внесены все изнашиваемые детали станка, определены различные возможные виды дефектов деталей и узлов и перечислены операции или даны краткие описания конкретных работ, подлежащих выполнению при ремонте. Такая ведомость представляет собой документ, синтезирующий опыт наиболее знающих работников ремонтной службы.

Типовая ведомость на ремонт резко упрощает процесс дефектации, сокращает время на ее оформление, при этом сохраняются порядковые номера пунктов ведомостей и деталей, что позволяет производить маркировку последних до их разбраковки и уменьшает число ошибок при решении метода ремонта.

При использовании типовой ведомости процесс дефектации в основном сводится к сверке обнаруженных дефектов ремонтируемых деталей с перечнем дефектов в типовой ведомости. Найдя в ведомости обнаруженный у детали дефект, подчеркивают соответствующий порядковый номер, операцию, группу операций и ремонтных работ. Если в типовой ведомости отсутствует нужная деталь или не предусмотрен возможный дефект у какой-либо детали, тогда в ведомости делают соответствующую дополнительную запись.

После оформления ведомости на ремонт осуществляется конструкторская проработка чертежей для проведения ремонта и изготовления деталей, а также оформляется технологическая документация. Эта ведомость является документом, по которому контролируют ход изготовления деталей, ремонта, сборки и сдачи станка после ремонта.

В нашем случае произошел износ по толщине шлица, который можно измерить штангенциркулем или шаблоном.



2. Разработка технологического процесса ремонта детали

2.1 Обоснование выбора способа восстановления изношенного слоя

Технологический процесс ремонта машин значительно сложнее процесса изготовления новых машин, т.к. он включает в себя все процессы машиностроительного производства, а именно: изготовление деталей, сборку, обкатку, окраску и т.д., а также дополнительные специфические процессы, выполняемые такжепри ремонте - приёмку машины в ремонт, очистку, мойку, разборку, дефектацию и др.

Источником экономии затрат при проведении ремонтно-обслуживающих работ машин по сравнению с их изготовлением является использование пригодных для дальнейшей эксплуатации деталей после их восстановления.

При изготовлении деталей машин заводы используют заготовки, получаемые литьём, штамповкой и другими способами. Стоимость материалов и заготовительных работ при изготовлении (производстве) новых машин составляет примерно 75 % затрат на их изготовление.

При восстановлении деталей затраты на материалы и заготовительные работы минимальны, т.е. роль заготовок при этом выполняют изношенные детали.

Износы большинства деталей измеряются очень малыми величинами, поэтому их восстановление сводится к наращиванию небольшого количества металлаповерхностного слоя или механической обработке под требуемый ремонтный размер. Поэтому стоимость изношенных деталей после восстановления невысока.

Выбор рационального способа восстановления зависит от конструктивно-технологических особенностей рабочей поверхности деталей (формы и размера, материала и термообработки, поверхностной твердости и шероховатости), от условий их работы (характера нагрузки, вида трения) и износа, а также от стоимости восстановления.

Для учета всех этих факторов при выборе рационального способа рекомендуется последовательно пользоваться тремя критериями:

· технологическим (применимости);

· техническим (долговечности);

· технико-экономическим (отношением себестоимости восстановления к коэффициенту долговечности).

2.1.1 Выбор способа по технологическому критерию

Технологический критерий (критерий применимости) учитывает, с одной стороны, особенности подлежащих восстановлению поверхностей деталей, а с другой? технологические возможности соответствующих способов восстановления. Кроме того, необходимо учитывать технологические возможности конкретного предприятия, где будет производиться восстановление (наличие оборудования, приспособлений, рабочих кадров, материалов и т.д.). Технологические возможности способов восстановления деталей устанавливают по их характеристикам, которые даны в специальной справочной и технической литературе.

При этом можно пользоваться следующими рекомендациями:

1. Для восстановления деталей, образующих неподвижные соединения:

· при износе до 0,02 мм целесообразно применять электроискровое наращивание;

· при износе 0,02 - 0,08 мм целесообразно применять электроимпульсное наращивание или гальваническое покрытие.

2. Для восстановления деталей, образующих подвижные соединения рекомендуется:

· при износе до 0,5 мм применять хромирование или твёрдое осталивание;

· при износе 0,5 - 2,0 мм слой металла наиболее целесообразно наращивать вибродуговой наплавкой, наплавкой в среде СО2, газопламенными методами или электроконтактным напеканием металлического порошка.

3. Для восстановления деталей подвижных сопряжений, работающих на принципе качения (перекатывания) поверхностей при абразивном изнашивании можно применять:

· при износе поверхности до 0,6 мм - электроимпульсное наращивание электродом, содержащим хром, ванадий, марганец (ХВГ);

· при износе 0,6 - 5 мм - автоматическую электродуговую наплавку под слоем флюса порошковыми материалами или вибродуговую наплавку;

· при износе более 5 мм - электрошлаковую наплавку или заливку жидким металлом.

4. При восстановлении деталей двигателей внутреннего сгорания, ходовых систем тракторов и т.п. рекомендуемые способы могут быть следующие:

· гальваническое наращивание, с помощью которого целесообразно восстанавливать плунжерные пары топливных насосов высокого давления (ТНВД),гильзы цилиндров, поршневые пальцы, стержни клапанов, толкатели, посадочные места подшипников в чугунных корпусных деталях;

· электроискровое и электроимпульсное наращивание используют для восстановления посадочных мест под ступицы шкивов, шестерён, под кольца подшипников качения на валах и в корпусных деталях;

· электродуговая наплавка под слоем флюса проволокой или порошковыми ленточными электродами, которую используют для восстановления опорных катков и поддерживающих роликов гусеничного хода тракторов и комбайнов, звеньев гусениц, шатунных и коренных шеек коленчатых валов двигателей и т.п.;

· электроконтактное напекание металлическими порошками, которыми восстанавливают тарелки клапанов, шейки коленчатых валов карбюраторных двигателей и другие детали;

· вибродуговая наплавка и наплавка в среде защитных газов с последующей упрочняющей обработкой, которой восстанавливают шейки распределительных валов, оси катков, шлицы на валах КПП и задних мостов, коленчатые оси направляющих колёс гусеничного хода, шпиндели токарных, шлифовальных, сверлильных станков ит.п.

На основании технологических характеристик устанавливают возможные способы восстановления различных поверхностей детали по технологическому критерию, количество которых принимают равным 3 - 4 (обычно не более 3-х).

По технологическому критерию выбираем:

· Хромирование;

· Вибродуговая наплавка;

· Наплавка в среде СО2.

2.1.2 Выбор способа по техническому критерию

Для дальнейшего сокращения числа возможных способов восстановления пользуются техническим критерием (критерием долговечности), в соответствии с которым отбирают для последующего анализа только те из них, которые обеспечивают межремонтный ресурс восстановленной поверхности детали не ниже минимально допустимого.

При выборе рационального способа восстановления по критерию долговечности обычно пользуются коэффициентом долговечности, который является функцией четырёх переменных,

(2.1)

где КИ - коэффициент износостойкости;

КВ - коэффициент выносливости;

КС - коэффициент сцепляемости;

КР- поправочный коэффициент, учитывающий фактическую работоспособность восстановленной детали в условиях эксплуатации.

Рассчитывают коэффициент долговечности по формуле:

(2.2)

Численные значения коэффициентов-аргументов определяют на основании стендовых и эксплуатационных испытаний новых и восстановленных деталей.

Примерные значения коэффициентов износостойкости, выносливости и сцепляемости, определенные по результатам исследований для наиболее распространенных методов восстановления и поправочного коэффициента, учитывающий фактическую работоспособность, приведены в таблице 5.

Таблица 5 - Значения коэффициентов, определяющих долговечность работы восстановленных деталей

Способ восстановления	КИ	КВ	КС	КР
Наплавка в среде СО2	0,95	0,95	1,00	0,82
Вибродуговая наплавка	0,95	0,62	1,00	0,82
Наплавка под слоем флюса	1,10	0,82	1,00	0,86
Дуговая металлизация	1,15	0,80	0,70	0,80
Газопламенное напыление	1,15	0,80	0,70	0,80
Плазменное напыление	1,25	0,85	0,75	0,80
Хромирование (электролитическое)	1,15	0,85	0,70	0,90
Железнение (электролитическое)	1,10	0,80	0,70	0,80
Электроконтактная наплавка (приварка) металлического слоя	1,00	0,80	0,85	0,80
Ручная наплавка	1,00	0,80	1,00	0,80
Эпоксидные композиции	0,90	0,80	1,00	0,85
Электромеханическая обработка (высадка и сглаживание)	1,00	1,20	1,00	0,90
Обработка под ремонтный размер	1,00	1,00	1,00	0,88
Установка дополнительной детали	1,00	0,80	1,00	0,86
Пластическое деформирование	0,90	1,00	1,00	0,90



Произведем расчеты по формуле 2.2:

· для хромирования: КД = 0,62;

· для вибродуговой наплавки: КД = 0,48;

· для наплавки в среде СО2: КД = 0,74.

Исходя из этого, в качестве способа восстановления детали выбираем наплавку в среде СО2.

2.1.3 Выбор способа по технико-экономическому критерию

Для окончательного выбора способа или, если установлено, что требуемому значению коэффициента долговечности для данной поверхности детали удовлетворяют несколько способов восстановления, оптимальный из них выбирают по технико-экономическому критерию, численно равному отношению себестоимости восстановления к коэффициенту долговечности для этих способов.

В качестве рационального в этом случае принимают тот способ, который обеспечивает минимальное значение технико-экономического критерия:

(2.3)

где КЭi ? технико-экономический критерий i-того способа восстановления;

СВi ? затраты на восстановление поверхности детали i-тым способом, р.;

КДi- коэффициент долговечности восстановленной поверхности i-тым способом.

В затраты на восстановление поверхности входят: заработная плата производственных рабочих с начислениями, стоимость машино-часа работы оборудования, расходы на материалы, электроэнергию, сжатый воздух, амортизационные отчисления и т.д.

Если затраты на восстановление поверхности заранее неизвестны, то их можно определить аналитическим путём, используя формулу:

э (2.4)

где СУi ? удельная себестоимость восстановления единицы площади изношенной поверхности i-тым способом, р/см2;

S - площадь восстанавливаемой поверхности, см2.

КИНФ ? коэффициент годовой инфляции, учитывающий изменение удельной себестоимости восстановления поверхности в связи с уровнем инфляции (КИНФ = 2,01).

Удельная себестоимость восстановления колеблется в достаточно больших пределах и зависит от технологических возможностей конкретного ремонтного предприятия.

Таблица 6 - Удельная себестоимость восстановления изношенных поверхностей деталей наиболее распространёнными способами

Способ восстановления	Удельная себестоимость восстановления СУ, р/см2
Наплавка в среде СО2	0,6…0,8
Вибродуговая наплавка	0,8…1,0
Наплавка под слоем флюса	1,2…1,4
Дуговая металлизация	0,8...1,2
Газопламенное напыление	0,8…1,2
Плазменное напыление	1,0...1,4
Хромирование электролитическое	0,4…0,9
Железнение электролитическое	0,05...0,50
Контактная наплавка (приварка) металлического слоя	0,85…1,20
Ручная наплавка	0,4...0,6
Эпоксидные композиции	0,3...0,6
Электромеханическая обработка (высадка и сглаживание)	0,8…0,9
Обработка под ремонтный размер	0,08…0,14
Установка дополнительной детали	0,4…1,0
Пластическое деформирование	0,08…0,14

В данной работе не производится расчет по технико-экономическому критерию, так как рациональный способ восстановления был выбран по техническому критерию (наплавка в среде СО2).

2.2 Расчет режимов восстановления

Для восстановления деталей подвижного состава широкое применение нашла механизированная наплавка в углекислом газе (СО2). Этим способом можно восстанавливать детали небольших размеров и диаметров, работающих при ударных и знакопеременных нагрузках. Успешно наплавляются детали, изготовленные из сталей: Ст3, Ст4, 30, 40, 40Х, 45 и др., а также из серого чугуна.

Основными достоинствами данного способа наплавки являются:

- высокое качество наплавленного металла;

- высокая производительность труда;

- низкий расход наплавочных материалов и электроэнергии;

- возможность наплавки деталей сложной формы в любом пространственном положении;

- возможность наблюдения за формированием наплавленного слоя;

- высокая стабильность процесса;

- улучшение условий труда.

Для механизированной наплавки в СО2широко применяются сварочные проволоки (ГОСТ 2246-70) марок Св-08ГС, Св-08Г2С, Св-12ГС, Св-18ХГС, Св-12Х13 и др., наплавочные (ГОСТ 10543-82) - Нп-30ХГСА, Нп-50ХФА и др., а также порошковые проволоки.

Для получения наплавленного металла с высокой ударной вязкостью рекомендуется применять проволоку Св-08Г2С, при этом твердость поверхности достигает НВ220 - 250. Для повышения твердости наплавленный слой после механической обработки подвергают цементации и термической обработке. При наплавке сталей 40, 40Х, 45Х часто используют проволоку Св-18ХГС, которая обеспечивает твердость наплавляемого слоя НВ230 - 280, и Нп-30ХГСА - с твердость до НВ245 - 290.

Применение проволок аустенитного класса позволяет получать наплавленные слои, отличающиеся высокой износостойкостью и коррозионной стойкостью.

Толщина наплавленного слоя определяется с учетом износа и припуска на последующую механическую обработку:

?н = ?из + ?0 (2.5)

где ?из - величина износа, мм;

?0 - величина припуска на механическую обработку, мм.

При механизированной наплавке в СО2, тщательном выполнении процесса и хорошем формировании валика припуск на механическую обработку принимается равным 0,6 - 1,2 мм на сторону.

?н = 0,25+0,6 = 0,85 мм.

Диаметр электродной проволоки зависит от формы размера наплавляемых деталей и толщины слоя (табл. 7).

При использовании проволоки Св-08ГС, Св-08Г2С диаметром до 1,2 мм наплавленный металл на углеродистых сталях общего назначения обладает высокими механическими свойствами, такими же, как при использовании электродов Э50А, Э55, и содержит наибольшее количество пор и шлаковых включений. При использовании проволок диаметров 1,6 - 3,0 мм несколько снижается ударная вязкость наплавленного металла. Это объясняется более высокой интенсивностью металлургических реакций, приводящих к большим количествам и размерам неметаллических включений, более грубой структуры валика, а в ряде случаев - к большому содержанию водорода и азота.

Таблица 7 - Выбор диаметра электрода при наплавке в СО2

Диаметр детали (толщина стенки), мм	10 - 40	40 - 50	50 - 70	70 - 90	90 - 120
Диаметр электрода, мм	0,8 - 1,0	1,0 - 1,2	1,2 - 1,4	1,4 - 1,6	1,6 - 2,0

При наплавке тонкими проволоками удается за один проход получить наплавленный слой толщиной 0,8 - 1,5 мм, толстыми - слой до 1,0 - 2,5 мм. Изменение пространственного положения восстанавливаемой поверхности в процессе наплавки оказывает заметное влияние на режим. Так при наплавке в потолочном положении устойчивое горение дуги и удовлетворительное формирование наплавленного слоя возможно при использовании электрода диаметром не более 1,6 мм.

Величина тока наплавки рассчитывается по эмпирической формуле:

(2.6)

где j - плотность тока, А/мм2;

dэл - диаметр электрода, мм.

Плотность тока находится в пределах 80 - 200 А/мм2. Большие плотности тока соответствуют меньшим диаметрам электродов.

Для каждого диаметра электрода существует диапазон рекомендуемых значений тока. Его ориентировочная величина для электродов диаметром 1,6 мм составляет 140 - 300 А, диаметром 2 мм - 200 - 300 А. Но не весь этот диапазон токов целесообразно использовать для наплавки в СО2.

Обычно наплавку различных деталей производят при напряжении дуги 16 - 34 В (принимаем 16 В). Большие значения напряжений горения соответствуют большей величине тока. Вместе с тем процесс наплавки длинной дугой характеризуется крупнокапельным переносом электродного металла, что приводит к неравномерному формированию валика и недоступно сильному разбрызгиванию. Поэтому предпочтение следует отдавать режимам с меньшим напряжением.

Для обеспечения стабильного процесса с хорошими технологическими характеристиками и небольшим разбрызгиванием наплавку необходимо выполнять при определенных соотношениях между напряжением и током. Экспериментально установлено, что это соотношение желательно выдерживать в пределах 8 - 11.

Область устойчивых режимов, обеспечивающих удовлетворительное формирование валиков, при изменении пространственного положения наплавляемой поверхности сокращается и перемещается в сторону понижения токов и напряжений.

Скорость подачи электрода (м/ч) выбирается по справочным материалам или рассчитывается по формуле:

, (2.7)

где ?р - коэффициент расплавления, г/А•ч;

Iн - ток наплавки, А;

? - плотность металла проволоки, г/см3.

Коэффициент расплавления электродной проволоки сплошного сечения при наплавке в углекислом газе:

(2.8)



г/А•ч.

Выполним расчет скорости подачи электрода по формуле 2.7:

м/ч

Шаг наплавки (мм/об):

S = (1,6 - 2,2)dэл (2.9)

S = 2,2• 0,8 = 1,76.

Скорость наплавки (м/ч):

(2.10)

где ?н - коэффициент наплавки, г/А•ч;

Fн - площадь поперечного сечения наплавленного валика, мм2;

? - плотность металла шва, г/см3.

Коэффициент наплавки:

(2.11)

где ? - потеря электродного металла, %.

г/А•ч.

Стабильному процессу наплавки соответствуют минимальные потери электродного металла на угар и разбрызгивание - 5 - 8 %, а нестабильному - 15 - 20 %.



Площадь поперечного сечения наплавленного валика:

Fн = ?нSа (2.12)

где а - коэффициент, учитывающий отклонение площади наплавленного валика от площади прямоугольника (а = 0,6 - 0,7).

Fн = 0,85 • 1,76 • 0,7 = 1,1 мм2.

Рассчитаем скорость наплавки по формуле 2.10:

м/ч.

Частота вращения (об/мин) наплавляемой детали определяется по формуле:

(2.13)

где D - диаметр наплавляемой поверхности, мм.

об/мин.

Вылет электродной проволоки существенно влияет на устойчивость процесса и качество наплавленного слоя. Его величина в зависимости от диаметра электрода приведена в табл. 8.

Таблица 8 - Зависимость вылета от диаметра электрода

Диаметр электрода, мм	1,0	1,2	1,6	2,0
Вылет электрода, мм	8 - 15	9 - 20	15 - 22	15 - 22

Изменение вылета электрода в процессе наплавки на 1 мм приводит к изменению тока на 8 - 10 А. С увеличением плотности тока вылет электрода необходимо уменьшить. Вылет электрода принимаем равным 15 мм.

Изношенные детали наплавляются в СО2 на постоянном токе обратной полярности. Наилучшие условия для саморегулирования дуги создаются при использовании источников тока с жесткой внешней характеристикой, позволяющей выдержать напряжение на дуге с точностью до 0,5 В, тогда как с крутопадающей - 1,5 В. Это сводит к минимуму изменения химического состава наплавленного слоя. Двуокись углерода в зависимости от назначения в соответствии с ГОСТ 8050-85 выпускается трех марок: сварочная, пищевая и техническая. Сварочная двуокись углерода при наплавке может использоваться без ограничений, пищевая - только после осушения. Техническая для этих целей не применяется. Расход углекислого газа зависит от диаметра электрода и составляет 6 - 25 л/мин.

Для механизированной наплавке в СО2 обычно применяется оборудование, изготовленное самим ремонтным предприятием.

Установка состоит из модернизированного токарного станка, подающего механизма, газоэлектрической горелки и источника питания.

В качестве вращателя используется изношенный токарный станок. Частота вращения шпинделя станка снижается в 20 - 40 раз. Для этого между электродвигателем привода и первым валом коробки скоростей установлен понижающий редуктор.

2.3 Обоснование выбора способов механической обработки восстановленного слоя

Для назначения способов механической обработки рекомендуется использовать таблично-расчетный метод, основанный на определении уточнения, под которым понимается отношение погрешности заготовки к погрешности детали:

; (2.14)

где Тзаг - допуск заготовки, мм;

Тдет - допуск детали, мм.

Уточнение показывает, во сколько раз повысится точность детали по сравнению с заготовкой.

Будет вестись расчет для поверхности диаметром 25 мм, выполненной по h7 квалитету точности (O25-0,021 мм). Соответственно, Тдет = 0,021 мм, а Тзаг = 6 мм. Подставим в формулу 2.14:

Начинаем последовательно выбирать операции механической обработки:

· Черновое обтачивание:

· Получистовое обтачивание:

· Чистовое обтачивание:

· Шлифование предварительное:

· Шлифование чистовое:

В итоге, перемножаем полученные коэффициенты, должно получиться значение, которое будет больше или равно .

2.4 Расчет припусков на механическую обработку

Общий припуск на обработку - слой материала, удаляемый с поверхности исходной заготовки в процессе механической обработки с целью получения готовой детали.

Операционный припуск на обработку - слой материала, удаляемый с заготовки при выполнении одной технологической операции. Операционный припуск равняется сумме промежуточных припусков, т.е. припусков на отдельные переходы, входящие в данную операцию.

Различают:

- минимальный промежуточный припуск zimin - разность наименьшего предельного размера до обработки и наибольшего предельного размера после обработки;

- максимальный zimax - разность наибольшего предельного размера до обработки и наименьшего предельно размера после обработки на данной операции;

- номинальный ziном - сумма минимального припуска и допуска на обработку заготовки на предшествующей операции.

Расширение допуска на предыдущей операции вызывает увеличение припуска на обработку для последующих операций.

Допуск припуска - разность между максимальным и минимальным значениями размера припуска.

Рассчитаем припуск на цилиндрическую поверхность O25h7 мм. Допуск на размер соответствует 7 квалитету, поэтому для обработки предусматривается черновое, получистовое, чистовое точение, предварительное и чистовое шлифование.

Расчет пространственных отклонений выполняем по формуле:

(2.15)

где ?см- смещение полуформы штампа по линии разъема при штамповке круглых стержней, осей прошиваемых отверстий при штамповке, осей отверстий при их отливке в корпусных деталях с помощью стержней или при центробежном литье и т.п.;

?кор- коробление (кривизна) кованых или штампованных заготовок, проката, отливок и т.д.;

?ц- погрешность зацентровки или сверления валов, осей, сверления отверстий в других типах заготовок, связанная с уводом сверла.

Значение ?см находим поданным справочника: ?см = 0,5 мм.

Вычисляем ?кор по формуле:

(2.16)

где ?к-удельная кривизна на 1 мм заготовки;

L - длина обрабатываемого участка (54 мм).

?кор = 0,002 • 54 = 0,108 мм.

Рассчитываем ?ц по уравнению:

(2.17)

где TD - допуск на диаметральный размер заготовки, принимается по справочнику.

Тогда

Вычисляем пространственные отклонения заготовки после черновой получистовой и чистовой обработки:

?черн= 0,06 • 0,57 = 0,034 мм = 34 мкм;

?получист=0,05 • 0,57 = 0,028 мм = 28 мкм;

?чист= 0,04 • 0,57 = 0,023 мм = 23 мкм.

Для дальнейших переходов принимаем ? равным нулю.

Составляем расчетную карту в виде таблицы 9.

Таблица 9 - Значения промежуточных припусков и операционных размеров цилиндрической поверхности диаметром 25h7 мм.

Обрабатываемая поверхность и технологические переходы	Элемент припуска, мкм	Квалитет точности размера	Припуск, мкм	Операционный размер, мм
	Rz	h	?	?		минимальный Zmin	Номинальный Zном
Точение: черновое получистовое чистовое	63 32 20	60 40 30	34 28 23	0 0 0	h12 h11 h10	1900 314 200	2000 524 330	27,53-0,21 25,53-0,13 25,13-0,084
Шлифование: предварительное чистовое	10 6,3	20 12	0 0	0 0	h8 h7	152 60	236 93	25,015-0,033 25-0,021

Значения Rzи h принимаем по данным справочника.

Вычисляем значения минимального и номинального припусков на последний технологический переход:

; (2.18)

мкм;

; (2.19)

мкм.

Аналогично рассчитываем значения припусков для других технологических переходов:

мкм;

мкм;

мкм;

мкм;

мкм;

мкм.

2.5 Расчет режимов механической обработки

Определение режимов резания для цилиндрической поверхности O25h7 мм.

Производим расчет режимов резания для первого перехода. На данном переходе выполняется черновое точение цилиндрической поверхности:

1. Глубина резания:

t = 2 мм.

2. Подача:

s = 0,4 мм/об

3. Скорость резания, м/мин:

(2.20)

где Сv - коэффициент, учитывающий вид инструментального материала и свойства заготовки, равен 350;

х, у, m - показатели степени, равные соответственно 0,15; 0,35; 0,2.

T - период стойкости равный 60 мин.

(2.21)

где Kмv= 0,48 -коэффициент, учитывающий влияние материала заготовки;

Кпv= 0,8 -коэффициент, учитывающий влияниесостояния поверхности;

Киv=1 - коэффициент, учитывающий влияние материала инструмента.

Исходя из этого получаем:

;

м/мин.

4. Сила резания, Н:

(2.22)

где Ср = 300;x = 1; y = 0,75; n= -0,15.

Коэффициент, учитывающий фактор влияния обрабатываемого материала на силу резания:

(2.23)

(2.24)

где.В = 750 МПа, n = 1.

Следовательно,

Кр = 1•1•1•1•1 = 1

5. Мощность резания, кВт:

(2.25)

кВт.

Производим расчет режимов резания для второго перехода. На данном переходе выполняется получистовое точение цилиндрической поверхности:

1. Глубина резания:

t = 0,4 мм.

2. Подача:

s = 0,3 мм/об

3. Скорость резания, м/мин:

Расчет скорости резания производится по формуле 2.20:

где Сv - коэффициент, учитывающий вид инструментального материала и свойства заготовки, равен 420;

х, у, m - показатели степени, равные соответственно 0,15; 0,2; 0,2;

T -период стойкости равный 60 мин;

Kv = 0,38.

м/мин

4. Сила резания, Н:

Расчет силы резания производится по формуле 2.22. Значения показателей степени такие же, как и при черновом точении.

5. Мощность резания, кВт:

Расчет производится по формуле 2.25

Производим расчет режимов резания для третьего перехода. На данном переходе выполняется чистовое точение цилиндрической поверхности.

1. Глубина резания:

t = 0,1мм

2. Подача:

s = 0,21 мм/об

3. Скорость резания, м/мин:

Расчет скорости резания производится по формуле 2.20:

где Сv - коэффициент, учитывающий вид инструментального материала и свойства заготовки, равен 420;

х, у, m - показатели степени, равные соответственно 0,15; 0,2; 0,2;

T -период стойкости равный 60 мин;

Kv = 0,38.

4. Сила резания, Н:

Расчет силы резания производится по формуле 2.22. Значения показателей степени такие же, как и при черновом точении.

5. Мощность резания, кВт:

Расчет производится по формуле 2.25

Производим расчет режимов резания для четвертого и пятого переходов. На данных переходах выполняется предварительное и чистовое шлифование цилиндрической поверхности.

1. Мощность шлифования

Расчет мощности производится по формуле:

(2.26)

где CN = 0,14;

vз - скорость вращения заготовки, равна 30 м/мин;

t - глубина резания, равна 0,015 мм;

s - подача, равна 4 мм;

d - диаметр шлифования, равен 25 мм.

Показатели степени:

r = 0,5;

x = 0,5;

y = 0,55;

q = 0,2.

Рассчитываем мощность шлифования:

Производим расчет режимов резания при фрезеровании шлицев.

Мощность резания:



(2.27)

где Е - величина, зависящая от отношения диаметра фрезы к максимальной ширине фрезерования (Е = 0,32);

v - скорость резания (v = 30 м/мин);

t - глубина резания (t = 5 мм);

z - число зубьев фрезы (z = 16, а диаметр фрезы равен 63 мм);

KN = 1

2.6 Общее описание технологического процесса ремонта детали

Таблица 10 - Маршрут обработки

Номер операции	Наименование операции	Оборудование	Эскиз
1	2	3	4
005	Токарная	Токарный универсальный станок KINWALT-860
010	Наплавочная	Сварочный полуавтомат КЕДР MIG 300GD, баллон СО2
015	Токарная	Токарный универсальный станок KINWALT-860
020	Токарная	Токарный универсальный станок KINWALT-860
025	Токарная	Токарный универсальный станок KINWALT-860
030	Шлифовальная	Универсальный круглошлифовальный станок FU 32x60
035	Шлифовальная	Универсальный круглошлифовальный станок FU 32x60
040	Фрезерная	Вертикальный консольно-фрезерный станок FSS450MR



3. Обоснование выбора оборудования, инструментов и оснастки при ремонте детали

3.1 Выбор технологического оборудования

Выбор групп, типов и моделей оборудования рассматривается на различных стадиях технологической подготовки производства. Выбор группы оборудования производится при назначении метода обработки поверхности, обеспечивающего выполнение технических требований к ней. Затем при разработке технологического маршрута обработки производится выбор конкретной модели станка на основании минимума приведенных затрат на рабочем месте. Для выполнения расчетов по приведенной методике необходимо располагать данными о цене, габаритах, мощности и производительности станка, т.е. уже на этом этапе проектирования технологического процесса должна быть выбрана конкретная модель станка.

Таким образом, для операций, принятых на основании сравнения приведенных затрат на рабочем месте, вопрос о выборе оборудования решается уже на стадии составления маршрута механической обработки.

В данном курсовом проекте выбор оборудования будет производиться выбор оборудования на основании имеющихся типовых решений, рекомендуемых справочной литературой.

Выбор модели станка определяется, прежде всего, возможностью изготовления на нем деталей необходимых размеров и формы, качества ее поверхности. Если эти требования можно обеспечить обработкой на различных станках, определенную модель станка выбирают исходя из следующих соображений:

1) соответствия его основных размеров габаритам обрабатываемых деталей, устанавливаемых по принятой схеме обработки;

2) производительности - заданному масштабу производства;

3) возможностью работы на оптимальных режимах резания;

4) соответствия станка требуемой мощности при обработке;

5) возможности механизации и автоматизации выполняемой обработки;

6) обеспечения наименьшей себестоимости обработки.

В условиях крупносерийного производства нужно стремиться к тому, чтобы на одной операции было занято не более одного - двух станков.

На основании вышеуказанных соображений выбраны станки:

Для операции 010:

Сварочный полуавтомат КЕДР MIG 300GD.

Рисунок 2 - КЕДР MIG 300GD

Таблица 11 - Технические характеристики КЕДР MIG 300GD

Характеристика	Значение
Максимальный сварочный ток	300 А
Мощность	14000 Вт
Напряжение	380 В
Максимальный диаметр электрода	5 мм

Для операций005,015, 020, 025:

Токарный универсальный станок KINWALT-860.



Рисунок 3 - KINWALT-860

Таблица 12 - Технические характеристики KINWALT-860

Характеристика	Значение
Диаметр обработки над станиной	860 мм
Диаметр обработки над суппортом	610 мм
Максимальная длина заготовки	2050 мм
Мощность двигателя шпинделя	15 кВт

Для операций030, 035:

Универсальный круглошлифовальный станок FU 32x60 производства PROT...