Изготовление детали "втулка"

Введение 

     Машиностроительная  промышленность является ведущей отраслью, так как это главный потребитель  сырья и рабочей силы. От нее  зависит материально техническая база и обороноспособность страны. Именно в машиностроении материализуются научно-технические идеи, создаются новые системы машин, определяющие прогресс в других отраслях.

     Современный уровень технического прогресса, создание совершенных высокопроизводительных, автоматизированных и высокоточных машин, основанных на использовании новейших достижений науки, требует подготовки высокообразованных инженеров, обладающих глубокими знаниями и хорошо владеющих новой техникой и технологией производства.

     Эффективность производства, его технический прогресс, качество выпускаемой продукции во многом зависят от опережающего развития нового оборудования, машин, станков и аппаратов, от внедрения методов технико-экономического анализа, обеспечивающего решение технических вопросов, экономическую эффективность технологических и конструкторских разработок.

     Целью данного курсового проектирования является:

• Расширение, систематизация и закрепление теоретических и практических знаний, полученных студентами во время лекционных, лабораторных, практических занятий, а также в период прохождения инженерной производственной подготовки на базовых предприятиях;
• Практическое применение этих знаний для решения конкретных технических, организационных и экономических задач;
• Развитие и закрепление навыков ведения самостоятельной работы;
• Проведение поиска научно – технической информации и работа со справочной и методической литературой, стандартами и нормами;
• Обучение студента краткому изложению сущности проделанной работы, аргументировано объяснять принятые решения при ответах на вопросы.

     Курсовой  проект является одним из основных этапов подготовки студентов к дипломному проектированию. Основной задачей курсового проекта является разработка технологического процесса механической обработки заготовки на стадии технического проекта для различных видов и типов производства с выполнением ряда технических расчетных работ и технико-экономическим обоснованием принятых решений.  
 
 
 

      1.1 Описание конструкции, служебного  назначения детали, химический состав и механические свойства материала. 

      Втулка  — деталь машины, механизма, прибора цилиндрической  формы (с осевой симметрией), имеющая осевое отверстие, в которое входит сопрягаемая деталь. В зависимости от назначения применяют втулки подшипниковые, закрепительные, переходные и др.

      Конструктивно втулка представляет собой цилиндрическое кольцо. На диаметре Ø 55 имеются 6 цилиндрических отверстий Ø6^+0,75.

       Материалом для изготовления  данной втулки служит  легированная  сталь 20Х. При обработке втулки  должно быть обеспечено в установленных  пределах отклонение радиального биения торцев; точность диаметра 46Д11 и правильность  его формы. Деталь подвержена вибрационным нагрузкам. Деталь относится к группе цилиндрических деталей с гладкой внешней цилиндрической поверхностью, протяжённость которой  не превышает ее диаметральный размер.

     В соответствии со служебным назначением к внешним цилиндрическим поверхностям не предъявляют повышенные требования по точности геометрической формы. Форма детали образована простой поверхностью ‒ цилиндрической.

     Конструкторской базой является  цилиндрическая поверхность А . По ней происходит соединение втулки  при сборке.

     К этой поверхности предъявляются  повышенные требования по точности взаимного  расположения к торцевым поверхностям (допуск радиального биения поверхности  А не более 0,06), и качеству поверхности (Ra 1,25 для поверхности А).  Эта поверхность прерывистая и не протяженна.

      Втулка  изготовлена из стали марки  20Х  ГОСТ 4543-71. Сталь 20Х - конструкционная легированная. Ее применяют для изготовления цементуемых, деталей, к которым предъявляются требования высокой поверхностной твердости при невысокой прочности сердцевины, детали, работающие в условиях износа при трении.

      Для повышения прочности поверхностного слоя применяют вид термической обработки – цементацию, которая для легированных сталей обеспечивает высокую поверхностную твердость (58...61 HRC).  

Механические  свойства проката 20Х ГОСТ 4543-71  [5 стр.133] 

Таблица 1.1

Таблица 1.2 

1.2 Технические требования, методы их выполнения и контроля. 

Анализ  технических требований .

Таблица 1.3

      1.3 Отработка чертежа детали на  технологичность по количественным  и качественным показателям 

       Деталь  представляет собой тело вращения без  внешних выступов, что технологично, так как позволяет обработать поверхность на проход (точение по внешнему диаметру производиться  на проход ). Отношение длины детали к ее диаметру меньше пяти, следовательно, деталь не жесткая, что не является признаком технологичности.

       В конструкции детали имеется выточка  Ø50 размером 8+0,75 что требует специальной настройки станка и специального резца, что не технологично. Имеются не регламентированные 6 отв.Ø6+0,75 которые расположены по периферии Ø 55Н14, требуют специального приспособления для их сверления, что не технологично.

       Режущий инструмент- резец не позволяет обработать поверхность Ø50H14 на проход (так как работает в упор), что требует специальной заточки резца.

         Конструктивные элементы  (фаски,  отверстия) имеют унифицированные  размеры, что технологично. Учитывая служебное назначение детали, изменить конструкцию нельзя. 

      1 .Коэффициент унификации конструктивных  элементов:

где:   - число унифицированных элементов детали, шт.

       - общее число конструктивных  элементов детали, шт.

Унифицированные элементы.

Таблица 1.4

         К_у.э.=6/7=0,85

    так как при технологичной конструкции К_уэ>0,6, следовательно деталь по данному показателю технологична.  

    2. Коэффициент точности обработки:

         К_тч=1-(1/А_ср),

        где А_ср. - средний квалитет точности,

         А_ср. = (п₁+2п₂+3п₃+...+19п₁₉)/Σп,

        где n_1,2…   число поверхностей детали с точностью соответственно с 01 по 19 квалитет. 

    Точность  детали

    Таблица 1.5

      Аср. = 14×5+11+9+16+17×2/10=13,8 ≈14

      Ктч=1-(1/15) = 0,93. Чем больше, Ктч, тем изделие более технологично, в данном случае, Ктч > 0,5,  следовательно по  данному показателю деталь технологична. 

      3. Коэффициент шероховатости:

      Кш=1/Бср,

        где Бср - средняя шероховатость  поверхности, определяемая в значениях  параметра Ra, мкм

      Бср=(0,01п,+0,02п2+...+40п,з+80п14)/ Σn

      где n1,n2-.-количество поверхностей, имеющих  шероховатость соответственно данному числовому значению параметра. 

      Шероховатость детали

Таблица 1.6

       Б_ср=1,25×2+25×9/6=37,9

      К_ш=1/37,9 = 0,026,

    Чем больше К_ш, тем технологичнее конструкция. При К_ш = 0,16 изделие сложное. В данном случае :

        так как К_ш = 0,026 < 0,16, то деталь не сложная, технологичная 

    4. Коэффициент использования материала.

          К _и.м.= G_д/G_з,

      где G_д-масса детали, кг.

      G_з-масса заготовки, кг.

      По  ГОСТ 8734-74 теоретическая масса 1 метра  материала  равна 6,850 кг. Тогда масса прутка длиной  3000 мм. будет равна 20,55 кг.

      Определим количество  деталей из прутка отрезанных на ленточнопильном  станке:  ,

      где ‒ длина заготовки с учетом ширины пропила =1 мм,

      Так как зажимной  механизм  ленточнопильного станка имеет длину 200 мм.,тогда , шт.

      Масса заготовки равна: кг.

          Тогда:   

    Вывод: Деталь по количественным показателям технологична, по качественным показателям: нетехнологична выточка Ø50 мм, но она нужна для уменьшения базы, т.е. поверхности Ø46D11, а также не совсем технологичны 6 отверстий Ø6^+0,75 мм.

    2.1. Установление типа производства, его характеристика. 

      Определяем  предварительной тип производства по массе детали и годовому выпуску. Масса детали 0.06 кг, годовой выпуск составляет 10000 штук. По таблице 2 получаем среднесерийное производство.

Таблица 2.1

       Среднесерийное  производство характеризуется ограниченной номенклатурой изделий, изготавливаемых периодически повторяющимися партиями, и сравнительно большим объемом выпуска, чем в мелкосерийном производстве.

       В среднесерийном производстве наряду с универсальными станкам широко используются высокопроизводительные и легко переналаживаемые станки с ЧПУ, которые позволяют сократить время наладки станка, повысить производительность труда, культуру производства и качество обработанных деталей, снизить потери от брака. Станки оснащаются как специальными, так и универсальными приспособлениями. Инструмент применяется как специальный, так и универсальный.

           При использовании  станков общего назначения (универсальных) широко применяются специализированные и специальные приспособления, специализированный и специальный режущий инструмент или приспособленный для данной операции — нормальный и, наконец, измерительный инструмент в виде предельных (стандартных и специальных) калибров и шаблонов, обеспечивающих взаимозаменяемость обработанных деталей.

     Все это оборудование и оснастку в  среднесерийном производстве можно  применять достаточно широко, так как при повторяемости процессов изготовления одних и тех же деталей указанные средства производства дают технико-экономический эффект, который с большой выгодой окупает затраты на них. Однако в каждом отдельном случае при выборе специального или специализированного станка, изготовлении дорогостоящего приспособления или инструмента необходимо подсчитать затраты и ожидаемый технико-экономический эффект.

     В среднесерийном производстве технологический  процесс изготовления детали расчленен на отдельные самостоятельные операции, выполняемые на определенных станках. Расстановка оборудования соответствует ходу технологического процесса обработки детали. [10, с.56]

технико-экономическое  обоснование выбранного метода

(сравнение  коэффициентов использование материала  и себестоимости не менее чем  двух методов), описание выбранного  способа получения заготовки. 

    В машиностроении основными видами заготовок  являются отливки, штамповки и всевозможные профили проката. Учитывая конструкцию детали, материал, выбираем прокат круглый.

    Сравним получение заготовки из двух вариантов  профиля проката. 

      Вариант 1. По ГОСТ 7417-75 принимаем прокат круглый Ø55h12 мм., класс точности обычный.

            Обозначение Круг 55h12 ГОСТ 7417-75.

                               20Х В ГОСТ 1051-73

      Таблица 2.2. Расчет припусков на размер 16d9( ) 

      Количество  деталей из прутка отрезанных на ленточнопильном  станке с учетом ширины пропила было определено ранее: шт.

        По ГОСТ 7417-75 теоретическая масса  1000 мм. круглого проката  равна 18,65 кг. Тогда масса прутка  длиной 3000 мм. будет равна 55,95 кг.

        Тогда норма расхода на деталь из круглого проката составит: 55,95/142=0,394 кг.

      Коэффициен  использования материала:

      Определим вес отходов:

      Длина заготовки с учетом ширины пропила  при отрезке составляет 19,6 мм. Определим  длину прутка в отход: 3000-(142*19,6)=3000- 2783 = 217 мм.

        Длина прутка в отход составляет 217 мм.

      Определим массу отходов. Так как по ГОСТ 7417-75 теоретическая масса 1000мм. круглого проката равна 18,65 кг., то масса проката длиной 217мм. будет равна 4,05 кг.

      Gотх.=4,05 кг.Тогда масса отходов из расчета на 1 деталь составит:4,05/142=0,028 кг 

      Вариант 2.

      По  ГОСТ 8734-74 принимаем  профильный прокат круглый Ø56±0,4 мм., класс точности обычный.

            Обозначение  

      Таблица 2.3 Расчет припусков на размер 16d9( )

      Количество  деталей из профильного проката, отрезанных на ленточнопильном  станке с учетом ширины пропила определяется аналогично предыдущему варианту: шт.

      По  ГОСТ 8734-74 теоретическая масса 1 метра  материала  равна 6,850 кг. Тогда масса прутка длиной  3000 мм. будет равна 20,55 кг.

        Тогда норма расхода на деталь из профильного проката составит: 20,55/142=0,145 кг.

      Коэффициен  использования материала:

      Определим вес отходов:

      Длина заготовки с учетом ширины пропила  при порубке составляет 19,6 мм. Определим  длину прутка в отход: 3000-(142*19,6)=3000- 2783 = 217 мм.

        Длина  профильного прутка  в отход составляет 217 мм.

      Определим массу отходов. Так как по ГОСТ 8734-74 теоретическая масса 1000мм. профильного проката равна 6,850 кг., то масса проката длиной 217мм. будет равна 1,48 кг.

      Gотх.=1,48 кг.Тогда масса отходов из расчета на 1 деталь составит:1,48/142=0,01 кг

      Сравним результаты расчетов по 2 вариантам.

      Таблица 2.4.

      Вывод:  По величине отходов, норме расхода, себестоимости выгодна заготовка, полученная  из профильного проката.

      Несмотря  на то, что стоимость материала для проектного варианта больше, себестоимость заготовки, полученной из профильного проката, меньше себестоимости заготовки, полученной из круглого проката, так как  материала в отход уходит меньше.  
 

2.3. Разработка маршрута механической обработки с выбором оборудования содержанием операции по переходам и сравнительный анализ с заводским техпроцессом.