Характеристика детали

Общая часть

Фланец крепления карданного вала к ведущей шестерни главной передачи каталожный номер 51-2201102 расположен на карданном валу автомобиля ГАЗ-51. Карданная передача служит для передачи крутящего момента от коробки передач к главной передачи. Передача осуществляется через карданные валы, которые дают возможность предавать крутящий момент под углом. Карданная передача состоит из карданных валов, промежуточной опоры, эластичной муфты и карданных шарниров.

Фланец изготовлен из стали 40 ГОСТ 1050-60

Химический состав и механические свойства стали приведены в таблице 1 и 2.

Таблица 1 Химические свойства стали 40

Наименование и марка материала	Химический элемент и его процентное содержание, %
Углерод С	Сера S	Фосфор Р	Марганец Mn
Сталь 40	0,37-0,45	0,04	0,035	0,50-0,80

Таблица 2 Механические свойства стали 15ХГН2ТА

Наименование и марка материала	Показатель
σт МПа	σв МПа	δs %	Ψ %	dн МДж/м²	НВ
Сталь 40					0,6

где σ_т- предел текучести

σ_в-временное сопротивление

δ_s-относительное удлинение

Ψ-относительное сужение

d_н- ударный изгиб, ударная вязкость

Термическая обработка: закалка, высокий отпуск при t= 600ºС, нормализация, термическое улучшение. HRC=40-58, HB=217

1.2 Техни ческие требования на дефектацию детали

Таблица 4 Карта технических требований на дефектацию детали

Наименование детали (сборочной единицы)	Фланец крепления карданного вала к ведущей шестерни главной передачи
	Обозначение
51-2201102
Материал
Сталь 40
ГОСТ 1050-60
Твердость
HRC 40-58
HB 217
Позиции на эскизе	Возможный дефект	Способ установления дефекта и средства контроля	Размер, мм	Заключение
по рабочему чертежу	Допустимый без ремонта
	Износ шлицев по толщине	Колибр-скоба	3,416+0,05		Браковать
	Износ отверстий под болты крепления	Осмотр Колибр- скоба ГОСТ 2015-84	12+0,012+0,024	12,001	Ремонт
	Обломы и трещины на отверстиях под болты крепления	Осмотр	-	-	Ремонт

1.3 Дефекты и причины их возникновения

Фланец крепления карданного вала к шестерни главной передачи в прочесе эксплуатации испытывает высокие нагрузки, в результате которых образуются дефекты.

Дефекты 1 – износ отверстий под болты крепления. Причиной является сильные нагрузки и вибрации.

Дефект 2 – обломы и трещины на отверстиях под болты крепления.

1.4 Технические требования к отремонтированной детали

Поверхности I,II и III должны быть перпендикулярны оси шлицованного отверстия; биение не более 0,08мм на радиусе 38 мм торца III и 0,05 мм для торцов I и II. Относительное расположение отверстий и шлицев безразлично. Поверхности ø 55 и ø 70 мм должны быть концентричны шлицованному отверстию; биение не более 0,08 мм.

1.5 Выбор размера партии деталей

В условиях серийного ремонтного производства размер партии принимают равным месячной или квартальной потребности в ремонтируемых или изготовляемых деталях, месячная программа восстанавливаемых по маршруту деталей N_мес, определяется по формуле

N_мес= (1)

где N_a—годовая производственная программа агрегатов или автомобилей, шт

К_р – коэффициент ремонта

n – число одноименных деталей на автомобиле, шт

12 – число месяцев в году

N_мес= 550 шт

Размер партии деталей Z, шт, равен

Z= (2)

где х—число запусков в месяц (принимается не более трех)

Z= =275 шт

Выбранный размер партии деталей принимается числу кратному пяти, тогда Z=275 шт.

2 Технологическая часть

2.1 Маршрут ремонта

Валы первичные перемещаются по производственным участкам завода согласно марш руту №1. На этом маршруте устраняются дефекты: износ отверстий под болты крепления, обломы и трещины на отверстиях под болты крепления.

2.2 Выбор рационального способа восстановления детали

Выбор рационального способа восстановления фланца крепления карданного вала к ведущей шестерни главной передачи, изготовленного из стали 40 ГОСТ 1050-60 имеющего износ отверстия под болты кренления и трещины и обломы, производится по трем критериям: применимости, долговечности и экономичности.

Выбор способа восстановления зависит от конструктивно-технологических особенностей и условий работы детали, величины их износов, эксплуатационных свойств, самих свойств, самих способов, определяющих долговечность отремонтированных деталей и стоимости их восстановления. Конструктивно-технологические особенности деталей определяются их структурными характеристиками – геометрической формой и размерами, материалом и термообработкой, поверхностной твердостью, точностью изготовления и шероховатостью поверхности, характером сопряжения (типом посадки); условиями работы – характером нагрузки, родом и видом трения, величиной износа за эксплуатационный период. Критерий применимости не может быть выражен числом и является предварительным, поскольку при его помощи нельзя решить вопрос выбора рационального способа восстановления детали, если этих способов несколько. Критерий применимости позволяет классифицировать детали по способам восстановления и выявить перечень деталей восстановление которых возможно различными способами.

Критерий долговечности в отличие от критерия применимости численно выражается через коэффициент долговечности для каждого из способов восстановления и каждой конкретной детали

Первые два критерия выражают техническую часть задачи без учета экономической целесообразности того или иного способа. Поэтому необходима еще оценка способов восстановления при помощи экономического критерия, определяемого стоимость восстановления деталей. Окончательное решение вопроса выбора рационального способа производится при помощи технико-экономического критерия, связывающего долговечность детали и экономической ее восстановления. Для восстановления вала вторичного коробки передач, изготовленной из стали по всем трем критериям составляем таблицу 5

Таблица 5 Выбор рационального способа восстановления детали

Номер и наименование дефекта	Возможные способы ремонта по критериям	Принятый способ
Применимости	Долговечности	Экономичности
Износ отверстия под болты крепления	железнение (Ж) газотермическое напыление (ГТН) хромирование (Х) наплавка под слоем флюса (НСФ) вибродуговая наплавка (ВДН) наплавка в среде углекислого газа (НУГ)	0,58 1,1 1,72 0,9 0,98 0,63 0,81	0,637 0,4 0,087 0,436 0,256 0,403 0,350	Наплавка под слоем флюса
Обломы и трещины на отверстиях под болты кренления	наплавка под слоем флюса (НСФ) вибродуговая наплавка (ВДН) наплавка в среде углекислого газа (НУГ) постановка дополнительной ремонтной детали (ДРД)	0,9 0,98 0,63 0,81	0,36 0,256 0,403 0,350	вибродуговая наплавка (ВДН)

2.3 Выбор технологических баз

Поверхности детали, выбранные в качестве технологических баз, обеспечивают соблюдение принципов постоянства и единства баз, так как базовые поверхности наиболее точно расположены относительно обрабатываемой поверхности, эти же базы были приняты при изготовлении, конструкторские, т.е. по этим поверхностям деталь занимает положение в агрегате, измерительные базы (принцип единства баз).

2.4 Технологические схемы устранения дефектов

Разработка схем технологических процессов устранения группы дефектов приведены в таблице 6.

Таблица 6 Схемы технологических процессов

Схема	Дефект	Способ устранения	Наименование и содержание операции	Технологическая база	Квалитет	Шероховатость, Ra, мкм
	износ отверстия под болты крепления	Наплавка под слоем флюса	1.Токарно-винторезная - проточить отверстие 2. Наплавочная - наплавить поверхность под слоем флюса 3. Токарно-винторезная - точить отверстие под номинальный размер 4. Контрольная - контроль отверстие	Ø 12		3,2 0,8 0,8
	Обломы и трещины на отверстиях под болты крепления	вибродуговая наплавка (ВДН)	1.Слесарная -править деталь 2. Наплавочная - наплавить поверхность под вибродуговой наплавкой 3. Шлифовальная - снять заусенцы 4. Контрольная - контролировать резьбу	центровые отверстия	6	6,3 3,2 3,2 3,2

2.5 Расчет припусков

Дефект 1 износ отверстия под болты крепления.

Диаметр отверстия по рабочему чертежу равен Ø 12^+0,24. Материал сталь 40 ГОСТ 1050-60. Твердость по чертежу 40… 58 НRC. Шероховатость обрабатываемой поверхности Rа=0,8мкм.

Операция 005 Расточная

Расточить отверстие, выдерживая размерRа=3,2 мкм

Операция 010 Внутри-шлифовальная

Шлифовать отверстие, Rа=1,6 мкм

d₁=d-2h (3)

где h—припуск на шлифование

d- номинальный диаметр

d₁=12-2∙0,25=11,5 мм

2.6 Технологический маршрут восстановления детали

Таблица 7 Технологический маршрут восстановления

	Номер операции	Наименование и содержание операции (по переходам)	Оборудование	Приспособление и вспомогательный инструмент	Инструмент
	Режущий, слесарный	Измерительный
		Токарно-винторезная 1 Установить и закрепить деталь 2 Точить старую резьбу, выдерживая размер 3 Контролировать размер 4 Снять деталь и уложить в тару	токарно-винторезный станок 1К62	центры станочные вращающиеся ГОСТ 8742-75	резец проходной Т15К6 ГОСТ 18878-73	штангенциркуль ШЦ-1-125-0,1 ГОСТ 166-88
		Наплавочная 1 Установить и закрепить деталь 2 Наплавить поверхность. 3 Контролировать размер 4 Снять деталь и уложить в тару	Токарно-винторезный станок 1К62; оборудован под вибродуговую наплавку	Тиски станочные ГОСТ 14904-80 центры станочные вращающиеся ГОСТ 8742-75	Головка наплавочная проволока стальная наплавочная ГОСТ 10543-82 Флюс АН-348А ГОСТ9087	Штангенциркуль ШЦ-1-125-0,1 ГОСТ 166-88
		Расточная 1. Установить и закрепить деталь 2. Расточить отверстие, выдерживая размер 3. Расточить фаску1х30° 4. Контролировать размер 5. Снять деталь и уложить в тару	Токарно-винторезный станок 1К62	патрон ГОСТ 2675-80	резец расточной ГОСТ 18882-73 Т15К6 СОЖ укринол-1 3…5% ТУ 38-101-197-76	Нутромер индикаторный НИ 50-100 ГОСТ 868-82
		Внутри-шлифовальная 1. Установить и закрепить деталь 2. Шлифовать отверстие, выдерживая размер: 3.Контролировать размер 4. Снять деталь и уложить в тару	Кругло-шлифовальный станок ЗУ12А	патрон ГОСТ 2675-80 хомутик поводковый для шлифовальных работ ГОСТ 16488-70	Круг шлифовальный ПП50х20х20 24АП32С27К5 ГОСТ2424-83 СОЖ укринол 1 2…3% ТУ 38-101-197-76	Нутромер индикаторный НИ 50-100 ГОСТ 868-82
		Слесарная 1. Установить и закрепить деталь 2. Контролировать посадку 3. Снять деталь и уложить в тару	Пресс 2135-Н	Оправка специальная	Бронза БР ГОСТ 18175-78	молоток медный
	Контрольная 1.Контролировать отверстие под болты крепления, выдерживая размер 2. Контролировать	Стол контролера ОТК			Нутромер индикаторный НИ 50-100 ГОСТ 868-82 Калибр резьбовой (кольцо) НЕ50х1,5 – 6q ГОСТ 2016-86 образцы шероховатости Ra=3,2мкн Ra=0,8 мкм ГОСТ9378-75

2.7 Выбор оборудования и технологической оснастки

Выбор станка для шлифования работ, учитывая габариты детали, паспортные данные станка, работа может быть выполнена на кругло-шлифовальном станке 3У12А. наибольшие размеры установленной заготовки, мм диаметр – 200, длина – 500, мощность электродвигателя – 3 кВт. Для крепления детали используем патрон, хомутик поводковый для шлифовальных работ. Работу выполняем кругом шлифовальным ПП 50х20х20

Для токарных работ выбираем токарно-винторезный станок 1К62. Деталь крепиться в центры станочные и обрабатывается резцом. Высота центров 200мм, расстояние между центрами до 1400 мм. Мощность электродвигателя – 10кВт. КПД станка – 0,75.

Остальное оборудование приведено в таблице 6

2.8 Расчет режимов обработки

015 Расточная

Расточить отверстие Ø82,6_-0,062 Rа=3,2 мкм

Расчет длины рабочего хода суппорта

L_px=L_рез+y+L_доп (5)

где

L_рез—длина резания

y—подвод, врезание и перебег инструмента

L_доп—дополнительная длина хода

L_px=22+4+18=44мм

Подача на оборот шпинделя

S_о=0,1 мм/об [3 стр. 110]

По паспорту станка

S_ф=0,1 мм/об

Стойкость инструмента

Тр=Т_мh (6)

где

Т_м—стойкость в минутах машинной работы станка

h-- коэффициент времени врезания

Т_р=50 мин

скорость резания

V=V_таб К₁К₂К₃ [3 стр29] (7)

где V_таб –табличная скорость

К₁—коэффициент, зависящий от размеров обработки

К₂—коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала

К₃—коэффициент, зависящий от стойкости и материала инструмента

V=100×0,9×1,15×0,85=88м\мин

Число оборотов шпинделя станка

n= (8)

где d – диаметр обрабатываемой детали

n= =339 мин^-1

по паспорту станка n=400мин

Фактическая скорость резания

V_ф= (9)

V_ф= =103,7м/мин

Осевая сила резания

P_z= _PzтаблК₁К₂ [3 стр 35] (10)

где

P_zтабл—табличная скорость резания, кГс

К₁—коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала

К₂—коэффициент, зависящий от скорости резания

P_zтабл=55 [3 стр 35]

К₁=0,6 [3 стр 36]

К₂=1 [3 стр 36]

P_z=55×0,6×1×33

Определение мощности, затрачиваемой на резание

N_рез= (11)

N_рез= =0,56

Проверка условия достаточности мощности станка, кВт

N_рез≤_Nэдв ή(12)

где N_эдв—мощность электродвигателя станка, кВт

ή—КПД станка

0,56≤10×0,75=7,5кВт

Коэффициент использования оборудования станка

h=N_рез/N_эдв (12)

h=0,56/7,5=0,07

030 Внутришлифовальная

Шлифовать поверхность отверстия, выдерживая размер Ø77,5^+0,02, Rа=1,6 мкм.

Расчет скорости шлифовального круга

V_кр= [3 стр 190] (13)

где D-диаметр круга

n – число оборотов круга по станку

V_кр= =20 м/сек

Расчет скорости и числа оборотов детали

Скорость детали V_дет=50 м/мин [3 стр 194]

Число оборотов

n= (14)

где d—диаметр детали

n= =205,5 мин^-1

Уточнить по паспорту станка

n=200 мин^-1

тогда

υ_д= [3 стр 168] (15)

υ_д= =48,7 м/мин

Минутная подача

S_м= S_м(табл)К₁К₂К₃ [3 стр 173] (16)

где S_м(табл)—минутная подача по таблице

К₁—коэффйициент зависящий от обработанного материала и скорости круга

К₂—коэффйициент зависящий от припуска и точности

К₃—коэффйициент зависящий от диаметра круга, количества кругов и характера поверхности

S_м= мм/мин

Время выхаживания

t_вых=0,14 мин [3 стр 195]

Слой снимаемый при выхаживании

d_вых=0,03 мм [3 стр 196]

Продольная подача круга

S_о=S_dВ мм/об[3 стр 195] (17)

где S_d – подача в долях круга

В – ширина круга

S_о= =16 мм/об[3 стр 195]

Длина рабочего хода круга

L_p.х=L_ш–2В/3[4 стр267] (18)

где L_ш —длина шлифования

L_p.х=22+40/3=35,5 мм

025 Токарно-винторезная

Точить поверхность под резьбу, выдерживая размер Ø50_-0,062; Ra=3,2 мкм

Расчет длины рабочего хода суппорта

L_px=L_рез+y+L_доп [3 стр. 13] (19)

где

L_рез—длина резания

y—подвод, врезание и перебег инструмента

L_доп—дополнительная длина хода

L_px=32,5+3=35,5 мм

Подача суппорта на оборот шпинделя

S_о=0,6 мм/об [3 стр. 25]

По паспорту станка

S_ф=0,61 мм/об

Стойкость инструмента

Т_р=_Тмή [3 стр 26] (20)

где Тм—стойкость в минутах машинной работы станка

ή—коэффициент времени врезания

Т_р=50 мин

скорость резания

V=V_табК₁К₂К₃ м\мин [3 стр. 29] (21)

К₁—коэффициент зависящий от материала

К₂—коэффициент зависящий от стойкости и марки твердого сплава

К₂—коэффициент зависящий отвида обработки

V=125∙0,8∙1,55∙1=155 м\мин

Число оборотов шпинделя станка

n= [3 стр. 14] (22)

где d – диаметр обрабатываемой детали

n=1000∙155/3,14∙50=987,3 мин^-1

Уточним по паспорту станка

n=1000мин^-1.

Фактическая скорость резания

V_ф= [3 стр. 14] (23)

V_ф=3,14∙50∙1000/1000=157м/мин

Сила резания

P_z= P_zтаблК₁К₂ [3 стр. 35] (24)

где

P_zтабл—табличная скорость резания, кгс

К₁—коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала

К₂—коэффициент, зависящий от скорости резания и угла при точении

P_zтабл=35 [3 стр 35]

К₁=0,85 [3 стр 36]

К₂= 0,9 [3 стр 36]

P_z=35∙0,85∙0,9=26,8 кгс

Определение мощности, затрачиваемой на резание

N_рез= [3 стр. 16] (25)

N_рез =26,8∙157/60∙102=0,69 кВт

Проверка условия достаточности мощности станка, кВт

N_рез≤N_эдвή (26)

где N_эдв—мощность электродвигателя станка, кВт

ή—КПД станка

0,69≤10∙0,75=7,5 кВт

Коэффициент использования оборудования станка

ή= N_рез/N_эдв (27)

ή=0,69/7,5=0,08

Нарезание резьбы М68 х1,5 – 6q, R_a=3,2 мкм

Длина рабочего хода метчика (резца)

L_px=L_рез+y+L_доп(3,стр.14) (28)

где

L_рез—длина резания

y—подвод, врезание и перебег инструмента (2…3)S

L_доп—дополнительная длина хода

L_px=32,5+3=35,5 мм

Скорость резания при нарезании резьбы резцами в упор определяется по формуле

V=πdf_к/1000τS м/мин (5,стр438) (29)

где d-внешний диаметр нарезаемой резьбы, мм

f_к- размер проточки в детали для выхода резца, мм

τ- время на отвод резца и на переключение на обратный ход, мин.; в среднем его принимают 0,03- 0,04мин

S- подача, мм/об

Подача при нарезании резьбы о пределяется шагом резьбы.

S=1,5мм/об

V=3,14∙50∙5/1000∙0,03∙1,5=17,4 м/мин

Число оборотов шиндлера станка

n= (3,стр.14) (30)

где V - скорость резания при нарезании резьбы резцами

d – диаметр обрабатываемой детали

n=1000∙17,4/3,14∙50=111мин^-1

по паспорту станка n=100 мин ^-1

Таблица 7 Режим обработки резанием

Наименование и номер операции	t мм	S мм/об	n ф мин-1	Vф м/мин	Sм мм/мин
005 Токарно-винторезная	1,5	0,61
010 Расточная	2,5	0,1		103,7
020; 030 Внутри-шлифовальная	0,2	Sпр=16		48,7	0,08
035 Токарно-винторезная: 1 точить поверхность 2 нарезать резьбу	1,5	0,61 1,5		17,4