«Проектирование получения заготовки детали «Вал-шестерня»

Описание конструкции детали

Исходные данные: объектом проектирования технологического процесса является деталь вал – шестерня. С годовой программой 4000 шт. Детали типа тел вращения широко распространены в машиностроении.

Валы используют для передачи крутящего момента. Обычно валы установлены в корпусе редукторов, в качестве опор используются шейки валов, на которые устанавливаются подшипники. Шейки валов имеют высокую точность. Крутящий момент передаётся посредством зубчатых колёс закрепленных на валу с помощью шпоночных пазов и шпонок либо выполненных заодно с валом.
Функциональным назначением данной детали является передача крутящего момента от шпоночного паза на конусе 1:1 зубчатому венцу Ø 55,6 мм.
Таким образом, исполнительными (рабочими) поверхностями данной детали являются шпоночный паз N9 и зубчатый венец m = 3.5, z = 47. Основными конструкторскими базами являются шейки Ø 30k6; геометрическая ось которых является основной конструкторской базой, и торцы этих шеек, определяющих положение вала в механизме вдоль оси.
Для выхода резца в местах перепада диаметров выполнены проточки или канавки.
Остальные поверхности, в том числе и торцы вала, являются свободными поверхностями. Все поверхности данной детали являются обрабатываемыми.
Основной технологической базой для деталей типа валы является поверхность центровых отверстий, получаемых на одной из первых операциях .

1. Материал детали и его свойства

Применение стали 15 в общем машиностроении является повсеместным. Из этого материала изготавливают грузозахватные детали кранов, различные пальцы, трубы, сменные элементы подшипников скольжения. Трубопроводная арматура, произведённая из стали 15, характеризуется устойчивостью к высокому рабочему давлению в магистралях.

Нам же интересно «профильное» применение стали 15. В некоторых источниках указано допустимым изготовление из Ст 15 элементов червячной передачи, а именно червяка. Это не совсем верное утверждение. В «чистом» виде эта сталь в редукторах не применяется. Изготовление червяков и шестерен для вновь произведённых приводных механизмов из низкоуглеродистых сталей, к которым и относится Сталь 15, допускается только при наличии в ней легирующих элементов. В составе в более значительных долях должны присутствовать хром, марганец и молибден. Если же деталь производится для ремонтных целей, то она должна пройти процесс цементации, потому что сталь 15 по своему первоначальному содержанию углерода не держит закалку. Но цементация требует наличия дорогостоящего химико-термического оборудования, которое могут себе позволить лишь специализированные узко профильные предприятия.
В массовом производстве деталей приводных механизмов применяется полоса из Стали 15. Из неё штампуются сборочные единицы приводных роликовых цепей, соединительных и переходных звеньев. Данная продукция имеет малые габариты и не требует больших размеров камеры печи для цементации.
Химический состав Стали 15 ГОСТ 1050-88
Для всех углеродистых сталей наиболее значимым является процент содержания в общем составе углерода. Этот показатель и указывается в марке в сотых долях процента. Полный химический состав Стали 15 будет следующим:
железо (Fe) – до 98%;
углерод (C) – от 0,17 до 0,24%;
марганец (Mn) – от 0,35 до 0,65%;
никель (Ni) – до 0,25%;
сера (S) – до 0,04%;
фосфор (P) – до 0,04%;
хром (Cr) – до 0,25%;
медь (Cu) – до 0,25%;
мышьяк (As) – 0,08%.

2.