Проектирование технологического процесса ремонта вторичного вала коробки переключения передач автомобиля ВАЗ-2108

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

До 70% затрат на ремонт с/х техники приходится на приобретение новых запасных частей взамен предельно изношенных. Предельные износы 85% деталей не превышают 0,3 мм, причем многие из них имеют остаточные ресурсы 60% и более и только 20% деталей тракторов, поступающих в ремонт, подлежат окончательной выбраковке. Остальные можно восстановить, причем себестоимость восстановления составит 15…70% себестоимости изготовления.

Цель выполнения работы - спроектировать технологический процесс ремонта деталей машин на основе современных достижений отечественного и зарубежного машиностроения и ремонтного производства.

В процессе работы решаются следующие задачи:

- расширение, систематизация, закрепление теоретических знаний и их применение для проектирования технологических процессов ремонта машин;

- развитие и закрепление навыков ведения самостоятельной творческой инженерной работы;

- овладение методикой теоретико-экспериментальных исследований технологических процессов ремонтного производства.

1. Служебное назначение, техническая характеристика и условия работы агрегата машины

Рис. 1 - Вторичный вал КПП автомобиля ВАЗ-2108

Вторичный (ведомый) вал КПП автомобиля ВАЗ-2108 выполнен из стали Сталь 40Х ГОСТ 4543-71. Коробка передач служит для изменения крутящего момента, передаваемого от коленчатого вала двигателя к ведущим колесам, для движения автомобиля задним ходом и длительного разобщения двигателя от трансмиссии во время стоянки автомобиля и при движении его по инерции (накатом).

Ведущий вал обеспечивает соединение со сцеплением. На валу жестко закреплен блок шестерен. Промежуточный вал отсутствует. Параллельно ведущему (первичному) валу расположен ведомый вал (вторичный вал) с блоком шестерен. Шестерни ведомого вала находятся в постоянном зацеплении с шестернями ведущего вала и свободно вращаются на валу. На ведомом валу жестко закреплена ведущая шестерня главной передачи. Между шестернями ведомого вала установлены муфты синхронизаторов.

Условия работы детали:

- наличие крутящих моментов - да,

- наличие изгибающих моментов - да,

- наличие сил - да,

- наличие знакопеременных сил и моментов,

- наличие ударных нагрузок - да,

- наличие высоких температур - нет,

- наличие трения и его тип - трение скольжения-граничное

- наличие образивных сред - нет,

- наличие ковитации - нет,

- возможность коррозии - нет.

Таблица 1. Техническая характеристика коробки передач а/м ВАЗ 2108

Наличие ступеней	Ступенчатая механическая
Управление	Рычагом, установленным в кабине водителя
Кинематическая схема	С неподвижными осями валов
Расположение валов относительно автомобиля	Продольное
Механизм переключения передач	Со скользящими зубчатыми муфтами
Число передач	5 вперёд, 1 назад
Шестерни	Косозубые
Главная передача	Цилиндрическая

Рис. 2 - Схема вторичного вала КПП в сборке автомобиля ВАЗ-2108

1 - вторичный вал; 2 - шестерня 4-ой передачи; 3 - шестерня 3-ей передачи; 4 - шестерня 2-ой передачи; 5 - шестерня 1-ой передачи; 6 - ведущая шестерня главной передачи; 7 - внутреннее кольцо переднего подшипника вала; 8 - синхронизатор 1-й и 2-й передачи с зубчатым венцом передачи заднего хода; 9 - синхронизатор 3-й и 4-й передачи; 10 - задний подшипник вала

2. Анализ программы выпуска ремонтируемых изделий и типа производства

Производственная программа оказывает влияние на разработку маршрутной технологии, на выбор типа производства, предопределяет организационно-производственные принципы и технические средства.

Годовой объем выпуска деталей (производственную программу) определяют по формуле:

N = Nсб · n · Кр,

где Nсб - годовой объем выпуска агрегата (сборочной единицы), шт.; n - количество деталей данного наименования в агрегате (сборочной единице), шт.; Кр - коэффициент ремонта детали, показывающий, какая часть деталей требует ремонта (Кр=0,78).

N=200010.78=1560 шт.

Годовой объем выпуска деталей задан по заданию - 2000 шт.

Исходя из годовой программы выпуска агрегатов, определяют квартальное, месячное и суточное задания.

Тип производства определяет форму его организации, принципиальные решения при проектировании технологических процессов, используемые средства технологического оснащения, степень детализации проработки технологических процессов и др.

Тип производства определяют следующим образом:

- определяют такт выпуска (время между выпуском двух смежных изделий).

,

где Фн - номинальный годовой фонд времени рабочего времени, ч (при двухсменном режиме работы ремонтного предприятия Фн =2070 ч/год); з - коэффициент, учитывающий потери времени на текущий ремонт и наладку оборудования (з=0,96…0,98); Фд - действительный годовой фонд времени рабочего времени, ч; N - программа выпуска продукции, шт.

- ориентировочно находят среднюю длительность основных операций через штучное tшт или оперативное время.

Износ резьбы. Для обеспечения надежности крепления болта вилки пятой передачи недопустимо уменьшение диаметра резьбового соединения. Выбираем способ восстановления наплавкой слоя металла в среде углекислого газа и нарезкой резьбы номинального диаметра. Наплавка в среде углекислого газа является самым дешевым способом наплавки и может обеспечить достаточную твердость до 300 НВ. Также она имеет наибольший коэффициент долговечности равный 0,85.

План восстановления:

1) Предварительное черновое точение.

.

2) Наплавка.

3) Черновое точение.

.

4) Чистовое точение.

.

5) Нарезание метрической резьбы М18.

Штучное время:

=.

- сравнивают такт со средней длительностью операций:

.

78,02>5,06.

Делаем вывод, что производство мелкосерийное.

Используя информацию о возможных дефектах данной детали, составляем карту технических условий на дефектацию.

3. Анализ дефектов детали и требований, предъявляемых к отремонтированной детали

Анализ выполняется с целью выявления целесообразности устранения дефектов детали. Необходимо произвести оценку степени влияния каждого дефекта на эффективность и безопасность использования детали с учетом назначения и конфигурации, показателей качества, режимов и условий эксплуатации.

Сведения, касающиеся дефектов деталей, берутся из технических условий на ремонт, приводимых а карте технических условий на дефектацию.

Используя рабочий чертеж детали и информацию, полученную из карты технических условий на дефектацию, вычерчивается ремонтный чертеж детали, руководствуясь ГОСТ 2.604-2000 «ЕСКД. Чертежи ремонтные. Общие требования».

Ремонтные чертежи служат рабочими конструкторскими документами, предназначенными для разработки технологических процессов восстановления деталей.

4. Выбор рационального способа восстановления

Восстановление детали будем производить путём наращивания слоя металла.

Для обеспечения надежности крепления синхронизатора 5-ой передачи к валу недопустимо уменьшение диаметра резьбового соединения. Выбираем способ восстановления наплавкой слоя металла и нарезкой резьбы номинального диаметра.

Способ №1.

1) Предварительное черновое точение. 17 мм;

2) Наплавка вибродуговая до 21 мм;

3) Черновое точение 19 мм;

4) Черновое точение 18 мм;

5) Нарезание метрической резьбы М18.

Способ №2.

1) Предварительное черновое точение. 17 мм;

2) Наплавка в среде CO2 до 21 мм;

3) Черновое точение 19 мм;

4) Черновое точение 18 мм;

5) Нарезание метрической резьбы М18.

Способ №1.

Рассмотрим способ и оценим его эффективность по критерию относительной стоимости восстановления.

Вероятность появления отказа детали по износу, прочности, усталостной прочности и отслаиванию покрытия соответственно равна:

f1 =0,76; f2= 0,11; f3,= 0,11; f4= 0,02.

f1+f2+f3+f4= 0,76+0,11+0,11+0,02=1.

Коэффициент износостойкости Кz1:

Кz1=0,91;

Коэффициент сопротивления детали смятию Kz2:

Kz2=0,95;

Коэффициент долговечности Kz3:

Kz3=0,7;

Коэффициент сцепления с основным металлом Kz4:

Kz4=1

Определим относительную долговечность восстановленной детали:

Р1=0,760,91+0,110,95+0,110,7+0,021=0,8931

Определим относительную стоимость восстановления детали:

,

где Cвz - стоимость восстановления детали данным способом; - относительная долговечность восстановленной детали; az -- коэффициент, учитывающий возможные потери от внезапного отказа восстановленной z-м способом детали.

z=

где а1 - коэффициент, учитывающий потери от естественного износа при трении; а1=1; а2 - коэффициент, учитывающий потери, обусловленные появлением мгновенных отказов из-за недостаточной прочности, недостаточной усталостной прочности и отслоения материала покрытия от основного материала детали; в ремонтной практике а2=10; - вероятность того, что деталь, восстановленная z-м способом, откажет соответственно из-за износа, недостаточной прочности, недостаточной усталостной прочности и недостаточной прочности сцепления слоя покрытия с основным материалом детали:

; ; ; ;

Если по расчету получается отрицательным, то его значение нужно брать равным нулю (0 1).

.

.

.

.

.

Определим стоимость восстановления детали данным способом.

Сначала нужно определить площадь (S) обрабатываемой поверхности под гайку, м2:

,

где D- диаметр поверхности, мм; L - длина поверхности, мм.

Трудоемкость k-й операции определяется по формуле:

,

где tk0 - трудоемкость обработки 1 м2 поверхности 1-м способом на глубину (толщину) Нk, чел.·ч; hk - толщина фактически наращиваемого слоя, или глубина обработки (на сторону), мм; Нk - рациональная толщина покрытия 1-м способом, мм.

1) Предварительная механическая обработка (точение):

Глубина: мм.

Площадь: .

2) Наплавка механизированная вибродуговая:

Толщина: мм.

Площадь: .

3) Черновая механическая обработка (точение):

Глубина: мм.

Площадь: .

4) Чистовая механическая обработка (точение):

Глубина: мм.

Площадь: .

5) Нарезка резьбы:

Глубина: мм

Площадь: .

Трудоемкость предварительного чернового точения:

чел.-ч.

Трудоемкость наплавки:

чел.-ч.

Трудоемкость чернового точения:

чел.-ч.

Трудоемкость чистового точения:

чел.-ч.

Трудоемкость нарезки резьбы:

чел.-ч.

Расход материалов определяется по формуле:

,

где gk0 - приведенный расход материалов на обработку 1м2 поверхности детали 1-м способом на глубину (толщину) Нk, кг;

кг;

кг;

кг;

кг;

кг;

Расход электроэнергии определяется по формуле:

вал вибродуговой вторичный наплавка

;

Учитывая, что механическая обработка ведется по четвертому разряду, а наплавка механизированная под слоем флюса - по третьему разряду тарифной сетки, определим затраты на заработную плату, материалы и электроэнергию Сз, См, Сэ:

Сз= 0,024 8,52+ 0,011 7,60+0,0568,52+0,0258,52+0,18,52= 1,83 руб.;

См=0,003574+0,0268+0,00874+0,003774+0,00774= 3,01руб.;

Сэ=(0,14+0,15+0,32+0,14+0,27) 0,5= 0,51 руб.

Накладные расходы:

С4= Сз=2,01,83=3,66 руб.

Общая стоимость восстановления:

Св1=9,01 руб.

Относительная стоимость восстановления детали:

руб.

Наплавка механизированная в среде СО2.

Рассмотрим второй способ и оценим его эффективность по критерию относительной стоимости восстановления.

Вероятность появления отказа детали по износу, прочности, усталостной прочности и отслаиванию покрытия соответственно равна:

f1 =0,91; f2= 0,16; f3,= 0,03; f4= 0,15.

f1+f2+f3+f4= 0,91+0,16+0,03+0,15=1,25

Коэффициент износостойкости Кz1:

Кz1=0,72;

Коэффициент сопротивления детали смятию Kz2:

Kz2=0,9;

Коэффициент долговечности Kz3:

Kz3=0,63;

Коэффициент сцепления с основным металлом Kz4:

Kz4=1.

Определим относительную долговечность восстановленной детали:

.

Р1=0,910,72+0,160,9+0,030,63+0,151=1,2629.

Определим относительную стоимость восстановления детали :

,

где Cвz - стоимость восстановления детали данным способом; - относительная долговечность восстановленной детали; az -- коэффициент, учитывающий возможные потери от внезапного отказа восстановленной z-м способом детали.

z=

где а1 - коэффициент, учитывающий потери от естественного износа при трении; а1=1; а2 - коэффициент, учитывающий потери, обусловленные появлением мгновенных отказов из-за недостаточной прочности, недостаточной усталостной прочности и отслоения материала покрытия от основного материала детали; в ремонтной практике а2=10; - вероятность того, что деталь, восстановленная z-м способом, откажет соответственно из-за износа, недостаточной прочности, недостаточной усталостной прочности и недостаточной прочности сцепления слоя покрытия с основным материалом детали:

; ; ; ;

Если по расчету получается отрицательным, то его значение нужно брать равным нулю (0 1).

Определим стоимость восстановления детали данным способом.

Сначала нужно определить площадь обрабатываемой поверхности шейки вала S, м2:

,

где D- диаметр шейки, мм; L - длина шейки, мм.

Трудоемкость k-й операции определяется по формуле:

,

где tk0 - трудоемкость обработки 1 м2 поверхности 1-м способом на глубину (толщину) Нk, чел.·ч; hk - толщина фактически наращиваемого слоя, или глубина обработки (на сторону), мм; Нk - рациональная толщина покрытия 1-м способом, мм.

1) Предварительная механическая обработка (точение):

Глубина мм

Площадь

2) Наплавка механизированная в среде CO2:

Толщина мм

Площадь

3) Черновая механическая обработка (точение):

Глубина мм

Площадь

4) Чистовая механическая обработка (точение):

Глубина мм

Площадь

5) Нарезание резьбы:

Глубина мм

Площадь

Трудоемкость предварительного чернового точения:

чел.-ч.

Трудоемкость наплавки:

чел.-ч.

Трудоемкость чернового точения:

чел.-ч.

Трудоемкость чистового точения:

чел.-ч.

Трудоемкость нарезки резьбы:

чел.-ч.

Расход материалов определяется по формуле:

,

где gk0 - приведенный расход материалов на обработку 1 м2 поверхности детали 1-м способом на глубину (толщину) Нk, кг;

кг;

кг;

кг;

кг;

кг;

Расход электроэнергии определяется по формуле:

;

Учитывая, что механическая обработка ведется по четвертому разряду, а наплавка механизированная под слоем флюса - по третьему разряду тарифной сетки, определим затраты на заработную плату, материалы и электроэнергию Сз, См, Сэ:

Сз= 0,024 8,52+ 0,014 7,60+0,0568,52+0,0258,52+0,18,52= 1,85 руб.;

См=0,003574+0,0268+0,00874+0,003774+0,00774= 2,7руб.;

Сэ=(0,14+0,13+0,32+0,14+0,27) 0,5= 0,5 руб.

Накладные расходы:

С4= Сз=2,01,83=3,7 руб.

Общая стоимость восстановления:

Св1=8,75 руб.

Относительная стоимость восстановления детали:

руб.

Вывод: первый способ (наплавка механизированная вибродуговая) восстановления по критерию относительной стоимости восстановления является лучшим. Принимаем способ восстановления №1.

5. Выбор технологических баз

Точность при восстановлении деталей зависит от правильного выбора технологических баз.

В качестве технологических баз нельзя использовать поверхности, которые в процессе эксплуатации изнашиваются, иначе будет наблюдаться нарушение координации между отдельными поверхностями деталей.

За технологическую базу принимаем осевую линию вала-шестерни. Установленная база является скрытой, так как представляет собой воображаемую ось. Она также удовлетворяет правилу единства баз и является постоянной для всех операций технологического процесса.

6. Разработка маршрута восстановления изношенных поверхностей

Восстановление дефектной поверхности включает:

1) Токарная операция:

Станок 16К20 (токарно-винторезный станок) глубина резания t=0,75 мм., подача S=0,14 мм/об.

2) Наплавочная операция:

Используем станок 16К20 и сварочную головку, установленную на суппорте.

Сварочный ток 150А, частота вращения детали 0,69 об/мин, скорость наплавки 34 м/ч, шаг наплавки 4,5 мм/об, амплитуда колебаний 2 мм., вылет электрода 15 мм.

3) Токарная операция:

Станок 16К20 глубина резания t=0,75 мм., подача S=0,5 мм/об,

4) Токарная операция.

5) Резьбонарезная операция.

7. Расчет технологических режимов восстановления детали

Расчет режимов вибродуговой наплавки.

Принимаем марку электродной проволоки НП-40.

В зависимости от толщины наплавляемого слоя (h=2мм.) принимаем диаметр электрода dэ=2,5мм., напряжение наплавки U=20В

Число проходов i определяется по формуле:

,

где D - диаметр, до которого наплавляют деталь, мм; d - диаметр наплавляемой поверхности, мм; t - толщина наплавляемого слоя за один проход, мм.

Расчет сварочного тока I, А, производится по формуле:

I = (60...57)dэ=60·2,5=150А

Скорость подачи электродной проволоки Vпр, м/ч, определяется по формуле:

где U - напряжение, В; dэ - диаметр электродной проволоки, мм.

Скорость наплавки Vн, м/ч, рассчитывается по формуле:

,

где dэ - диаметр электродной проволоки, мм; н - коэффициент перехода электродной проволоки в наплавляемый металл; н=0,8…0,9; h - толщина наплавляемого слоя, мм; S - шаг наплавки, мм/об; a - коэффициент, учитывающий отклонение фактической площади сечения наплавленного валика (а = 0,7...0,85).

Частота вращения детали n, об/мин, определяется по формуле:

,

где Vн - скорость наплавки, м/ч; D - диаметр наплавляемой поверхности, мм.

Шаг наплавки влияет на прочность сцепления наплавленного металла с основой и волнистость поверхности. Шаг наплавки S, мм/об:

S = (1,6 ... 2,2)dэ=1,8·2,5=4,5 мм/об.

Амплитуда колебаний А, мм:

А = (0,75…1,0) dэ= 0,8*2,5=2 мм.

Вылет электрода Н, мм:

Н = (5 … 8) dэ= 6*2,5=15 мм.

Выбранные режимы уточняют в процессе пробных наплавок. Качество последних можно улучшить применением дополнительных защитных сред: углекислого газа, флюсов, водяного пара, а также порошковых проволок.

Величина основного времени при вибродуговой наплавке зависит от диаметра и длины наплавляемой поверхности, от скорости наплавки (окружной скорости детали) или числа оборотов детали и величины продольной подачи суппорта. Основное время наплавки определяется по формуле:

,

где L - длина (ширина) наплавляемой поверхности, мм; i - количество проходов.

Вспомогательное время Тв, связанное с процессом наплавки: включение генератора, подвод мундштука, включение вибратора, пуск станка, включение продольной подачи суппорта, включение подачи жидкости, очистка поверхности детали от ржавчины и окалины и все последующие действия до выключения установки после окончания наплавки, принимается 0,9 мин на один проход.

Вспомогательное время Тв затрачиваемое на установку и снятие детали принимаем 1,0 мин.

Тв =0,9+1=1,9 мин.

Дополнительное время Тдоп составляет 15 % от оперативного времени. Оперативное время Топ состоит из суммы основного и вспомогательного времени.

Тдоп =Топ ·0,15=(То+Тв)·0,15=(2,6+1,9)·0,15=0,93 мин.

Подготовительно-заключительное время Тп.з. при вибродуговой наплавке определяется в зависимости от станка. Высота центров станка 16К20 = 215 мм. Принимаем Тп.з.=16 мин.

Нормируемое время Тн, мин/шт. выражается формулой:

,

где N - количество деталей в партии.

8. Разработка операций механической обработки

Разработка структуры технологической операции.

Технологическая операция - токарная. Она заключается в черновом и чистовом обтачивании наплавленной поверхности до номинального размера.

Операция состоит из:

- Установки - закрепление детали;

- Вспомогательных переходов - пуск, остановка станка, смена положения резца;

- Рабочих ходов - чистовой проход;

- Вспомогательных ходов - перевод резца в последующее положение для осуществления следующего рабочего хода.

В условиях ремонтного предприятия применяют универсальные станки, что определяется мелкосерийностью производства.

Также при выборе станка принимаем во внимание размеры детали.

Выбираем универсальный токарно-винторезный станок 16К20.

Характеристики станка:

- наибольший диаметр обрабатываемой заготовки над станиной 400 мм.

- над суппортом 220 мм.

- шаг нарезаемой метрической резьбы 0,5-112 мм.

- частота вращения шпинделя 12,5-1600 об/мин.

- число скоростей шпинделя 22.

- наибольшее перемещение суппорта продольное 1930 мм.

- поперечное 300 мм.

- мощность электродвигателя главного привода 11 кВт.

В качестве режущего инструмента выбираем проходной резец. Материал режущей - части твёрдый сплав Т5К10.

В качестве измерительного инструмента принимаем штангенциркуль и микрометр.

Расчет режима резания при точении.

1) Назначаем глубину резания t, мм.

При черновом точении и отсутствии ограничений по мощности оборудования, жесткости системы СПИД, глубина резания принимается равной припуску на обработку; при чистовом точении припуск срезается за два прохода и более. На каждом последующем проходе следует назначать меньшую глубину резания, чем на предыдущем. При параметре шероховатости обработанной поверхности до Rz = 20 мкм включительно t = 0,5 2,0 мм; принимаем t = 0,75 мм.

2) Назначают величину подачи S, мм/об.

При черновом точении подача принимается максимально допустимой по мощности оборудования, жесткости системы СПИД, прочности режущей пластины и прочности державки. Принимаем подачу при черновом точении S=0,5мм/об.

3) Задаёмся периодом стойкости инструмента Т=60 мин.

4) Скорость резания V, м/мин, при наружном точении рассчитывают по эмпирической формуле:

.

Коэффициент KV=0,52 является произведением коэффициентов, учитывающих влияние материала заготовки KMV=0,8 состояния поверхности Kпv=1 материала инструмента Киv=0,65.

Значения всех указанных коэффициентов принимают по справочным таблицам (m=0,2, x=0,15, y=0,35, Cv=350).

.

5) Определяют величину силы резания Р, Н.

Силу резания принято раскладывать на составляющие, направленные по осям координат станка (тангенциальную Рz, радиальную Ру и осевую Рх). При наружном продольном и поперечном точении, растачивании, отрезании, прорезании пазов и фасонном точении эти составляющие рассчитывают по формуле:

При отрезании, прорезании и фасонном точении t -- длина лезвия резца.

Поправочный коэффициент Кр представляет собой произведение ряда коэффициентов:

Кр = KMpKpKypKpKrp,

учитывающих фактические условия резания. Численные значения этих коэффициентов приведены в таблицах.

6) Определяют мощность резания N, кВт, рассчитывают по формуле:

7) Определяют необходимую мощность электродвигателя станка Nэ, кВт:

Nэ = N / з,

где з - КПД кинематической цепи станка.

Для осуществления процесса резания необходимо, чтобы выполнялось условие:

Nэ ? Nст,

где Nст - мощность электродвигателя главного привода выбранного станка.

Данное условие выполняется.

Расчет технической нормы времени на черновое протачивание поверхности:

а) припуск на сторону:

б) суммарная длина обработки:

L=Ll +ll+l2 =10 + 2,5 + 2= 14,5 мм,

где l1 = t =2,5 мм - величина врезания резца; l2 = 2 мм - величина перебега резца.

в) машинное время:

.

По нормативным таблицам находим tвсп и tп.з. на партию деталей:

tвсп = 6 мин; tп.з. =18 мин.

Прибавочное время берем в процентах от оперативного времени:

tпр = tоп·6%= (tм + tвсп)·6%= (0,41 + 6)·0,06 =0,38 мин.

г) штучное время:

Тшт = tм + tвсп + tпр = 0,01 + 6 + 0,38= 6,39 мин.

д) техническая норма времени:

.

е) производительность токарного станка:

9. Разработка технологической документации ремонта детали

После разработки технологического процесса ремонта детали оформляют технологическую документацию в соответствии с требованиями ЕСТД.

Основным и обязательным документом, в котором изложен весь процесс в последовательности выполнения операций при любом виде описания техпроцесса изготовления или ремонта, является маршрутная карта (МК).

Операционное описание используют в серийном, крупносерийном и массовом производстве и осуществляют на операционных картах (ОК) и картах технологического процесса (КТП).

Список использованной литературы

1. Мигров А.А., Уралов В.Л., «Проектирование технологического процесса восстановления детали», Санкт-Петербург 2007 г.

2. Справочник технолога-машиностроителя, том 2, под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова, М.: «Машиностроение», 1986 г.

Размещено на Allbest.ru

...