Анализ технологичности конструкции детали "Вал" из углеродистой стали 40 ГОСТ 1050-89

4 Анализ технологичности конструкции детали

Деталь – вал  изготавливается из углеродистой стали  40  ГОСТ 1050-89  которая предназначена для изготовления валов, осей, червяков, шестерней и др. деталей. Материал обрабатывается стандартными инструментами. Обработка материала не вызывает особой трудности, а дефицитность материала не высока. Заменителями этой стали являются стали 45, 50, 55 и другие материалы, аналогичные  по химическому составу и механическим свойствам.  

Вид заготовки – ковка, прокат или штамповка на молотах. Все поверхности доступны для механической  обработки.  Наличие большого количества поверхностей с различными диаметрами и одной поверхности с конусностью увеличивают трудоемкость изготовления. Все поверхности подвергаются механической обработке.  

В сущности, прокат является наиболее выгодной заготовкой и по стоимости изготовления, и по количеству отходов (относительно не высокому). Однако, специфика изготовления вала приводит к тому, что коэффициент использования материала  довольно  невысок   0,65 - 0,7 (большое количество металла идет на образцы для испытаний).  

Т.к. образцы проходят испытание, то дальнейшее их использование невозможно они идут вместе с другими отходами на переработку.

Правда, программа выпуска небольшая, что не так сказывается на экономичности. Если программа будет увеличена, то такое количество отходов недопустимо.

Деталь изготавливается довольно точной с большим набором ограничений: допуски расположения поверхностей и допуски формы.

На основании конструкторской баз (шейки под подшипники) назначается  допуск радиального биения и торцевого биения в пределах  Т  =0,03 мм.

На остальные поверхности отклонения формы и взаимного расположения поверхностей находящихся в пределах допуска на выполненные размеры.

Материал выбран правильно, так как он должен удовлетворять коррозионной стойкости и  иметь достаточную прочность.

Для рассматриваемой детали преобладающее большинство поверхностей является простыми цилиндрическими или линейными поверхностями, что обеспечивает простоту доступа при их обработке.

Совмещение измерительной и технологической баз позволяет исключить погрешности базирования.

Неответственные размеры имеют большие допуски на размеры. В конструкции отсутствуют внутренние резьбы большого диаметра.

Недостаточная жесткость детали при механической обработке  L/D > 10, что требует применения люнета.

Труднообрабатываемых диаметральных уступов на детали имеется большое количество с радиусом скругления в пределах 0.5…7.0 мм.

Также некоторую трудоемкость имеет получение шпоночного паза на торце  вала с Æ 210 мм.

В детали есть нетехнологичные глубокие  наклонные отверстия. Глухие резьбы имеют сбег резьбы для повышения качества резьбы, улучшение условий работы инструмента.  

Трудность создает еще и то, что шток имеет большую массу и габариты.   Нарезание резьбы на поверхности диаметра М 280х4 – 8g создает трудность ее получения.

Жесткость штока считается недостаточной, т.к. соотношение длины
1525 мм к Æ250 мм  » 6,1, что требует применения люнетов.

 Обработка ведется стандартным инструментом. Мерный инструмент также является стандартным.  

В целом деталь технологична, имеет хорошие базовые поверхности, довольно проста по конструкции.

Уточним данные про материал детали. Деталь “Вал” изготовляется из углеродистой качественной стали 40, механические свойства и химический состав данной стали соответствует ГОСТ 1050-89 и представлен в таблицах:

Таблица 4.1 – Химический состав стали, %

С	Si	Mn	Не более
			Cr	Ni	Cu	S	P
0,36…0,44	0,17…0,37	0,50…0,80	0,25	0,30	0,30	0,035	0,035

Таблица 4.2 – Механические свойства стали после отжига

sт , МПа	sв  , МПа	ds , %	ан , кДж/м2	НВ
333	568	19	568	187

          Технологические свойства стали 40:

В диапазоне температур ковки:

Максимальная температура нагрева – 1250 °С.

Минимальная температура окончания ковки - 750°С.

          Сталь 40 хорошо куется и поддается пластическому деформированию. Обрабатываемость резанием стали – хорошая.

          В результате анализа технологичности конструкции детали «Вал», были выявлены следующие недостатки и преимущества. В целом наружные поверхности детали свободны для доступа режущего инструмента. Исключением является то, что на шлифовальной операции 120 обработка поверхностей Æ 350h6, Æ 300к6, Æ 260к6 и Æ260h6 производится в упор, что нетехнологично. Целесообразно на этих поверхностях выполнить канавки для выхода шлифовального круга. Эти элементы позволяют исключить из технологического процесса токарную операцию 130, на которой после шлифования поправляют радиуса R3, R2 и R1.

          Шпоночные канавки расположены по одну сторону детали, что сокращает вспомогательное время на переустанов. Предусмотрена канавка для выхода резца при обработке резьбы М280*4-8д, что улучшает условия работы инструмента и качества резьбы. Унифицированным элементом является наличие фасок с углом 45°, что позволяет обрабатывать деталь стандартным режущим инструментом.

          Нетехнологичным элементом в данной детали является глубокое сверление под углом, при такой обработке возможен увод сверла, а также повышенный износ режущего инструмента, однако избежать этого нельзя в связи с особенностями конструкции и эксплуатации детали.

          К количественным показателям технологичности относятся коэффициент точности и коэффициент шероховатости. Для определения  величин составим таблицу параметров поверхностей (Таблица 4.3).

Таблица 4.3 - Параметры точности и шероховатости элементарных поверхностей детали

Характеристика поверхности	Количество	Квалитет размера	Класс Шероховатости
			мкм	класс
1.  Торцовая поверхность	9	9	3,2		5
2.  Центровые отверстия в гидропластовой оправке	2	9	0,8		8
3.  Резьбовая поверхность: 3.1 Внутренная резьба 3.2 Наружная резьба	20 1	7 6	3,2 3,2		5 5
4.  Наружная цилиндрическая Æ350 h6	1	6	0,8		8
5.  Наружная цилиндрическая Æ260 h6	2	6	0,8		8
6.  Наружная цилиндрическая Æ 315 h14	1	14	3,2		5
7.  Наружная цилиндрическая Æ300к6	1	6	3,2		5
8.  Наружная цилиндрическая Æ360	1	14	3,2		5
9.  Наружная цилиндрическая Æ250	1	14	3,2		5
10. Наружная цилиндрическая Æ275	1	14	3,2		5
11. Наружная коническая Æ274	1	14	3,2		5
12. Внутренняя  цилиндрическая Æ170h7	2	7	1,6		6
13. Внутренняя  цилиндрическая Æ140h7	2	7	0,8		8
14. Внутренняя цилиндрическая Æ175	1	14	6,3		4
15. Внутренняя цилиндрическая Æ145	1	14	3,2		5
16.  Фаски	28	14	3,2		5
17. Шпоночный паз	5	9	6,3		4
18. å	81	177	-		93

          Коэффициент точности определяем по формуле:

где А_ср - средний квалитет обработки;

По этому показателю деталь   технологична.

Коэффициент шероховатости определяем по формуле:

,

где Б_ср - средний класс шероховатости;

По этому показателю деталь    технологична.

Коэффициент К_ун.пов. определяется по формуле:

где     К_ун     - общее число унифицированных поверхностей;

К_общ   - общее число поверхностей.

Вывод: Все поверхности нашей детали унифицированы, поэтому коэффициент поверхностей равен 1.

Проведя качественный и количественный анализ технологичности детали, делаем вывод о том, что деталь технологична по всем показателям.