Технология Машиностроения



Введение

Для разработки дипломного проекта предложена тема: «Усовершенствование операций обработки вала». Эта деталь входит в узел электродвигателя. Она изготовлена в условиях серийного производства.

Вал применяется в электродвигателях  и входит в конструкцию ротора. Он служит для передачи крутящего  момента и вращательного движения.

В основу работы любой электрической  машины положен принцип электромагнитной индукции. Электрическая машина состоит из неподвижной части - статора (для асинхронных и синхронных машин переменного тока) или индуктора (для машин постоянного тока) и подвижной части - ротора (для асинхронных и синхронных машин переменного тока) или якоря (для машин постоянного тока). В роли индуктора на маломощных двигателях постоянного тока очень часто используются постоянные магниты.

Вал изготовлен из стали 30Х13, с содержанием  углерода 0,26-0,35

(Сталь ГОСТ 5632-72).

Мною проведен анализ технологичности  детали, для того чтобы рассмотреть  возможность обработки ее на высокопроизводительных станках.

По количественному методу, который  включает в себя точность, шероховатость  и унификацию, деталь технологична по всем показателям.

По качественному методу деталь технологична. Конструкция детали обеспечивает удобство подвода режущего инструмента  и контроля обрабатываемых поверхностей, возможность установки нескольких инструментов.

Оборудование расположено по порядку тех. процесса.

Технологический процесс разработан в условиях серийного производства.

Заготовка изготовлена методом  сортового проката.

 

Мною разработан технологический  процесс изготовления этой детали.

Проведя анализ оценки, базового варианта технологического процесса изготовления моей детали, я внес следующие изменения: на 005 операции производимой на фрезерно-отрезном станке 8В66 подрезались торцы, а на 010 операции на центровальном станке МН2911 центровались отверстия, т.е. создавались  чистовые базы что не технологично , т.к. высока вероятность погрешности  базирования, тут два раза закрепляется за черновую базу, что недопустимо. Я предложил заменить эти два  станка на один фрезерно-центровальный  станок МР-78. Так же заменил токарные станки 1К62 на 16К20Ф3 с числовым программным управлением, Произошло сокращение рабочих мест.

Для изготовления моей детали используются следующие операции:

Таблица 1 - Проектный вариант изготовления детали

Операция

Станок

000 Заготовительная

-

005 Фрезерно-центровальная

МР-78

010 Токарная

16К20Ф3

015 Фрезерная

6Р11

020 Термическая обработка

-

025 Шлифовальная

3М151Ф2

030 Контрольный стол

-


 

1 Технологическая часть

1.1 Назначение и характеристика  детали.

 

Вал применяется в электродвигателях  и входит в конструкцию ротора. Он служит для передачи крутящего  момента и вращательного движения. Конструкция детали:ротор 5 напрессовывается на вал 2 и устанавливается на подшипниках 1 и 11 в расточке статора в подшипниковых щитах 3 и 9, которые прикрепляются к торцам статора 6 с двух сторон. К свободному концу вала 2 присоединяют нагрузку. На другом конце вала укрепляют вентилятор 10 (двигатель закрытого обдуваемого исполнения), который закрывается колпаком 12. Вентилятор обеспечивает более интенсивное отведение тепла от двигателя для достижения соответствующей нагрузочной способности. Для лучшей теплоотдачи станину отливают с ребрами 13 практически по всей поверхности станины. Статор и ротор разделены воздушным зазором, который для машин небольшой мощности находится в пределах от 0,2 до 0,5 мм. Для прикрепления двигателя к фундаменту, раме или непосредственно к приводимому в движение механизму на станине предусмотрены лапы 14 с отверстиями для крепления.

Рисунок 1-Эскиз электродвигателя

 

Вал изготавливается методом проката  из улучшаемой конструкционной легированной стали 30Х13. Данная сталь применяется  для изготовления режущего, мерительного инструмента, пружин, деталей внутренних устройств аппаратов и других различных деталей, работающих на износ  в слабоагрессивных средах при температуре  до 450ºС. Эту сталь закаливают при  температуре от 1000 до 1050ºС в масле  и отпускают при 180-200ºС. После  такого отпуска она сохраняет  мартенситную структуру, высокую твердость  и достаточную устойчивость против коррозии в атмосфере, ряде слабых растворов  кислот, солей и щелочей. Хром, как  легирующий элемент, способствует увеличению прочности стали, сообщает ей хорошую  сопротивляемость износу, а с увеличением  содержания углерода - высокую твердость.

Химический состав и физика- механические свойства исходного материала.

 

Таблица 1 – Химический состав материала  поГОСТ   5632 - 72 

С

Si

Mn

Ni

S

P

Cr

Ti

Cu

0,26-0,35

до 0,8

до 0,8

до 0,6

до 0,025

до 0,3

12 - 14

до 0,2

до 0,3


 

Таблица 2 - Температура критических точек материала 30Х13

Ас1

Ас3

Ar3

Ar1

Mn

810

860

660

710

240


 

Таблица 3 - Ударная вязкость прутков  сечением 25 мм KCU, Дж/см2

Температура, оС

+20

-20

-50

63

52

45


 

 

1.2 Технологичность детали

 

Технологичность – это совокупность свойств конструкции и изделий, определять ее приспособляемость к  достижению оптимальных затрат при  производстве , эксплуатации и ремонте  для заданных показателей качества, объемов выпуска и условий  выполнения работ.

Качественная оценка технологичности

Для рассмотрения дана деталь:данный вал имеет пять ступеней различных  диаметров и длины. На ступени  диаметром 13 мм имеется шпоночный паз, куда вставляется шпонка, в торцах - центровые отверстия для установки детали в процессе обработки. На ступенях диаметром 17 мм имеются две канавки для выхода инструмента.

Общая шероховатость детали, за исключением  перечисленных отверстий не высокая, поэтому допускается обработка  поверхности за один проход. Эту  деталь можно изготовить на многорезцовых  и гидрокопировальных станках, многошпиндельных горизонтальных станках с ЧПУ. Труднообрабатываемых поверхностей детали на поверхности нет.

 

Вывод: геометрическая форма и размеры  детали обеспечивают жесткость и  устойчивость к деформации при механической обработке, что способствует применению высокопроизводительных методов обработки. Деталь имеет хорошие базовые поверхности для первоначальной обработки. В результате этой оценки приходим к выводу, что по качественным показателям деталь технологична.

 

Таблица 4 - Количественный метод определения технологичности

Размер детали

Квалитет

Шероховатость

Количество поверхностей

Унификация

Ø10

k6

0,8

1

-

Ø13

h7

1

1

-

Ø16

k6

0,8

2

-

Ø17

h14

0,8

2

-

Ø25

h14

1

1

-

L=2

h14

1

2

-

L=13

h14

0,8

1

-

L=17

k6

0,8

1

-

L=18

      

-

L=25

h14

1

1

-

L=35

h14

0,8

1

-

L=245

h14

1

1

-

L=335

h14

1

1

-

Отв.центр

ГОСТ 14034-74

  

10

2

+

0,5х45

  

1

4

+

1х45

  

1

2

+


 

Определить уровень унификации

 

Ку=Qy/Q,     (1)

 

где Qy- количество Унифицированных поверхностей детали

Q- общее количество поверхностей детали

Qy=3

Q=16

Ку=3/16=0,1875

 

Ky = 0,1875 менее 0,6 деталь технологична

 

Коэфицент точности обработки

Кт=1-1/Аср

(2)

где Аср- средний квалитет точности

n- число деталей соответствующей точности

 

Аср=(6+7+6+14+14+14+14++14+14+14+14)/16=8,56

 

По условию Кср ˃0,8

Деталь технологична

Коэффициент шероховатости

Кш=1/Бср     (3)

 

где Бср- средняя шероховатость по параметру Ra

Бср=0,8

Кш= 1/3,07=0,32

По условию Кш<0,8

Деталь технологична

 

Вывод: по всем показателям деталь считается технологичной.

 

1.3 Обоснование метода получения   заготовки

 

В данной работе рассмотрена деталь (Вал электродвигателя). Данная деталь изготовлена из материала: Сталь 30Х13.

 

Размеры заготовки прокат:

1.3.1 Расчет длины заготовки прокат

 

Lз.п. = Lдет.+2Zmin,    (4)

 

где 2Zmin=4мм - припуск на обработку торцов         

Lдет. = 335 мм - длина детали,

 

Lз.п. = 335+4=339 мм

 

1.3.2 Расчет диаметра заготовки

 

Dз.п. = Dд.max+2Zmin,    (5)

 

где Dд.max = 25 - максимальный диаметр детали по чертежу,

2Zmin=11 мм - припуск на обработку  цилиндрической поверхности

 

Dз.п. = 25+11=36 мм

 

Сравниваем расчетный диаметр  с имеющемся в ГОСТ 2590-2006. Данный расчетный диаметр соответствует имеющемуся в ГОСТ диаметру 36мм.

 

Рисунок 2 -Эскиз заготовки прокат

 

Масса заготовки прокат

 

Gз.п.=Vз.п.∙ρ=,    (6)

 

где ρ=7,85 г/см³ - плотность стали.

 

Gз.п.=(3,14·36²∙337·7,85)/4=2,2 кг

 

Масса детали.

Gдет.=Vдет.∙ρ

Vд.1=(π∙Dд.1²∙l1)/4=3,14·1²∙1,7/4=1,3 см³

Vд.2=3,14∙1,3²∙2,5/4=3,3 см³

Vд.3=3,14∙1,7²∙3,5/4=8 см³

Vд.4=3,14·2,5²·24,5/4=120,2 см³

Vд.5=3,14∙1,7²∙1,3/4=3 см³

Vдет.= Vд.1 +Vд.2 +Vд.3 +Vд.4 +Vд.5=135,8 см³

Gдет.=135,8∙7,85=1,1 кг

 

 

КИМ заготовки прокат.

КИМ=Gдет./Gзаг    (7)

 

КИМ=1,1/2,2=0,5

 

Это значит, что 50% материала идет на деталь, а другие 50 % - в отходы.

 

Стоимость заготовки прокат.

Сз.п.=[См./1000· Gзаг.-( Gзаг.- Gдет.)∙Сотх./1000]·Кинф.,  (8)

 

где См.=142 руб/т - стоимость материала

Сотх.=28 руб/т - стоимость отходов

 

Сз.п.=[142/1000∙2,2-(2,2-1,1)·28/1000]∙45=12,5 руб

 

Рисунок 3 - Эскиз заготовки штамповки

Размеры заготовки штамповки

 

D1зш=Dд1+2Zmin,    (9)

 

где  2Zmin =2·2,4=4,8 мм

 

D1зш =25+2∙2,4= 29,8 мм

L1зш=Lд1+2Zт=245+2·2,8=250,6 мм

Для V2: D2зш=Dд2+2Zmin,

D2зш =17+2∙2,4= 21,8 мм

L2зш=77+2,8-2,5=77,3 мм

Для V3: D3зш=Dд3+2Zmin,

D3зш =17+2∙2,4= 21,8 мм

L3зш=13+2,8-2,4=13,4 мм

Lзш =250,6+77,3+13,4=341 мм

 

Масса заготовки штамповки.

 

Vз.ш.∙ρ=,    (10)

где ρ=7,85 г/см³ - плотность стали.

 

см³

см³

см³

 

 

КИМ заготовки штамповки.

КИМ=Gдет./Gзаг.=1,1/1,6=0,6 - это значит, что 60% материала идет на деталь, а другие 40 % - в отходы. 

 

Стоимость заготовки штамповки.

 

Сз.ш=[См/1000 Gзаг-(Gзаг-Gдет)∙Сотх/1000]·Кинф,   (11)

 

где См.=444 руб/т - стоимость материала (6, стр.143),

Сотх.=28 руб/т - стоимость отходов (6, стр.144)

 

Сз.п.=[444/1000∙1,6-(1,6-1,1)·28/1000]∙45=31,3 руб

 

Вывод: КИМ заготовки прокат меньше КИМ заготовки штамповки, но сто-имость заготовки штамповки в 2,5 раза больше стоимости заготовки прокат, пере-пады диаметров у детали небольшие, поэтому  выбираю заготовку прокат.

 

1.4 Характеристика базового технологического  процесса

 

Таблица 5 – Базовый вариант  маршрутной карты

Номер операции

Название операции

Оборудование

005

Фрезерная

8В66

010

Центровальная

МН2911

015

Токарная

1К62

020

Токарная

1К62

025

Фрезерная

МР-78

030

Термическая обработка

-

035

Круглошлифовальная

3М151Ф2

040

Контрольный стол

-


 

Недостатки операций базового технологического процесса

Анализ базового технологического процесса обработки вала показало, что базовый техпроцесс пригоден только для единичного или мелкосерийного производства.

Основные недостатки базового технологического процесса:

- для фрезерования и центрования  торцов применялись станки 88В66 и  МН2911

- станки применяемые для обработки  детали пригодны для единичного  производства

- применяемый режущий инструмент с пластинами из быстрорежущей стали не позволяют работать на высоких скоростях резания и добиваться более высокой точности.

 

1.5 Технические решения проектного технологического процесса

 

Проведя сравнительную характеристику базового и проектного варианта, я  предложил следующие изменения: на 005 операции производимой на фрезерно-отрезном станке 8В66 подрезались торцы, а на 010 операции центровальный станок МН-2911 центровались отверстия, т.е. создавались чистовые базы, что не технологично. Высокая вероятность погрешности базирования, т.к. тут два раза деталь закрепляется за черновую базу, что не допустимо. Мною было принято решение заменить эти два станка на один фрезерно-центровальный станок МР-78. Также заменил токарные станки 1К62 на 16К20Ф3. Тем самым уменьшилось время обработки детали и произошло сокращение рабочих мест.

 

1.5.1 Расчет припусков на механическую  обработку

 

Припуском называется слой материала, удаляемый с поверхности заготовки  для достижения заданной точности и  качества поверхности детали.

Под качеством поверхности детали (заготовки) понимают состояние её поверхностного слоя как результат воздействия на его одного или нескольких последовательно применяемых технологических методов. Оно характеризуется шероховатостью, волнистостью и физико-механическими свойствами поверхностного слоя.

 

Аналитический метод, наружный Ø10 мм.

Расчет межоперационных минимальных  припусков.

 

)   (12)

 

где 2Zmin - минимальный припуск, мм;

Rz - шероховатость с предыдущей операции, мкм;

 

Т - глубина поверхностного дефектного слоя, мкм;

ρ - погрешность геометрической формы, мкм;

Еу - погрешность зажима на данной операции.

 

,

 

 

 мкм

 мкм

мкм

 мкм

 мкм

 

(13)

 

где ρк - погрешность геометрической формы от коробления, мкм

ρц - погрешность геометрической формы от центрования, мкм

 

(14)

 

где δз - допуск на диаметр = 1,15 мм

 

 

 

,     (15)

 

 

где Δк - величина удельного отклонения расположения, при правке на прессах  Δк=0,12 мкм/мм,

lк - расстояние от сечения, для которого определяют величину отклонения расположения, до места крепления заготовкиlк =169,5мм,

 мм

 мм

мм,

 мм

 

Расчет межоперационных минимальных  размеров на каждую операцию

мм,

мм,

мм,

мм

 

Определение максимальных расчетных  размеров

мм,

мм,

мм

 

Определение межоперационных максимальных припусков

мм,

мм,

мм

 

Определение общего припуска

мм,

мм

Таблица 6– Результаты расчета припусков

размер поверхности

припуск, мм

табличный метод

аналитический метод

Ø10 мм

5,4

3,6; 2,49

Ø13 мм

5,5

-

Ø17 мм

5,5

-

Ø25 мм

5,5

-

Ø17 мм

5,5

-


 

1.5.2 Расчет режимов резания и  норм время

Установ А

Рисунок 4 - Эскиз обработки

 

Выбор инструмента 

Резец проходной упорный, сечением державки 25×25 мм и вылетом 150мм

Токарная операция, наружный Ø10 мм.

Черновая обработка:

При черновом растачивании резцом круглого сечения d=10мм для поверхностей 5 рекомендуемая подача S=0,4 мм/об;

 

(16)

 

где Сv=350; х=0,15; у=0,35; m=0,2,

Т=60 мин - период стойкости инструмента,

t=0,8 мм - глубина резания,

S=0,4 мм/об - подача,

 

Кv=Kmv∙Knv·Kиv=1,07х1х0,65=0,7;

 

где Kmv=Кг· - коэффициент, учитывающий влияние материала заготовки,

Кnv=1 - коэффициент, учитывающий влияние состояния поверхности,

Киv=0,65 - коэффициент, учитывающий влияние материала инструмента,

м/мин,

Частота вращения

 об/мин, nст=2000 об/мин,

 

Н,    (17)

 

где Ср=204;

х=1;

у=0,75;

n=0;

Рz=H

 

 

 

- коэффициенты, учитывающие фактические условия резания;

 кВт

.

 мин. 

 

Чистовая обработка

S=0,19мм/об;

Sст=0,2 мм/об,

 

(18)

 

гдеСv=420;

х=0,15;

у=0,2;

m=0,2,

Т=60 мин - период стойкости инструмента,

t=0,5 мм - глубина резания,

S=0,2 мм/об - подача,

 

Кv=Kmv∙Knv·Kиv=1,07х1х0,65=0,7;

м/мин,

об/мин,

м/мин,

Н,

 где Ср=204;

х=1;

у=0,75;

n=0;

 

 

 кВт

.

 мин.

 

Токарная операция, наружный Ø13 мм.

Черновая обработка:

 мм/об

 

 

Поправочные коэффициенты:

KS0=1; KS1=1; KS2=1,4; KS3=1; KS4=0,75; KS5=0,97; KS6=0,7

 мм/об

м/мин

 

 

Поправочные коэффициенты:

KV0=0,9; KV1=1; KV2=1,02; KV3=1; KV4=0,7; KV5=1,2

м/мин

об/мин,

 кВт

мин

 

Токарная операция, наружный Ø17 мм, длиной 77 мм.

Черновая обработка:

 мм/об

 

 

Поправочные коэффициенты:

KS0=1; KS1=1,1; KS2=1,4; KS3=1; KS4=0,75; KS5=0,97; KS6=0,7

 мм/об

м/мин

 

Поправочные коэффициенты:

KV0=0,9; KV1=1; KV2=1,02; KV3=1,05; KV4=0,7; KV5=1,2

м/мин

об/мин,

 кВт

мин

 

Токарная операция, наружный Ø25 мм.

Черновая обработка:

 мм/об

 

 

 

Поправочные коэффициенты:

KS0=1; KS1=1,1; KS2=1,4; KS3=1; KS4=0,75; KS5=0,97; KS6=0,7

 мм/об

м/мин

 

Поправочные коэффициенты:

KV0=0,9; KV1=0,8; KV2=1,02; KV3=1,05; KV4=0,7; KV5=1,2

м/мин

об/мин,

 кВт

мин

 

Установ Б

Рисунок 5 - Эскиз обработки

 

Токарная операция, наружный Ø17 мм, длиной 13 мм.

Черновая обработка:

 

 мм/об

 

 

Поправочные коэффициенты:

KS0=1; KS1=1,1; KS2=1,4; KS3=1; KS4=0,75; KS5=0,97; KS6=0,7

 мм/об

 

м/мин

 

 

Поправочные коэффициенты:

KV0=0,9; KV1=0,8; KV2=1,02; KV3=1,05; KV4=0,7; KV5=1,2

м/мин

об/мин,

 кВт

мин

 

Токарная операция, наружный Ø17 мм, длиной 13 мм.

Чистовая обработка:

 мм/об

 

Поправочные коэффициенты:

KS0=1; KS1=1; KS2=1

 мм/об

м/мин

 

 

Поправочные коэффициенты:

KV0=1

м/мин

об/мин,

 кВт

мин

 

Токарная операция, наружные Ø10, 13, 17.

Чистовая обработка:

S=0,2 мм/об; n=2000 об/мин; V=65,94 м/мин

мин

 

Таблица 7–Режимы резания

наименование перехода

режимы резания

S, мм/об

n,об/мин

V,м/мин

То, мин

1

2

3

4

5

точить наружный Ø10 мм начерно

0,4

2000

81,64

0,03

точить наружный Ø10 мм начисто

0,2

2000

65,94

0,05

точить наружный Ø13 мм начерно

0,3

1600

98

0,1

точить наружный Ø17 мм начерно

0,4

1250

96

0,2

точить наружные Ø10, 13, 17 мм на-чисто

0,2

2000

65,94

0,2

точить наружный Ø25 мм начерно

0,4

630

74

0,9

точить наружный Ø 17 мм длиной 13 мм начерно

0,4

630

74

0,06

точить наружный Ø 17 мм длиной 13 мм начисто

0,1

2000

395

0,07

прорезать канавки начерно

0,1

1250

143

0,03

Технология Машиностроения 📙 Дипломная → 🆔 20436

Технология Машиностроения 📙 Дипломная → 🆔 20436

Технология Машиностроения