Проект технологического процесса изготовления детали «Вал»

 

Федеральное агентство  по образованию

ФГОУ САМАРСКИЙ ПРОФЕССИОНАЛЬНО-ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ


 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа

по дисциплине « Технология машиностроения»

специальность: 151001 «Технология машиностроения»

Тема:   « Проект технологического процесса изготовления детали «Вал»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:                                  студент

 

 

Руководитель:

 

 

 

 

 

Самара 2011 г.

 

Содержание

 

Аннотация

3

Введение

3

1

Техническая часть

4

1.1

Описание детали

4

1.2

Материал детали и  его свойство

5

1.3

Служебное назначение, условия  работы детали

5

1.4

Анализ технологичности  детали

6

1.5

Обоснование выбора метода получения заготовки

7

1.6

Определение и расчет припуска аналитическим методом

8

1.7

Разработка технологического расчета и схем базирования

9

1.8

Составление плана обработки

11

1.9

Выбор оборудования

11

1.10

Выбор приспособления

12

1.11

Выбор режущего инструмента

13

1.12

Выбор средств контроля

13

1.13

Расчет режимов резания  аналитическим методом

14

1.14

Расчет норм времени

19

1.15

Производственная санитария и техника безопасности на данном производстве

21

1.16

Конструкторская часть

27

1.17

Описание средств измерения

33

2.

Литература

34

3

Графическая часть

  

 

 

 

 

Аннотация

Целью данного курсового  проекта является закрепление знаний по предмету «Технология Машиностроения» и разработка технологического процесса производства детали типа вал с полным обоснованием целесообразности ее производства, процесса производства по предложенным преподавателем плану, описание конструктивных особенностей детали и средств контроля качества.

На основании сформулированной темы работы можно определить задачи, которые необходимо рассмотреть  в ходе обоснования эффективности  реализации предложенного проекта:

• технологическая часть;

• конструкторская часть;

 

Введение

 

В настоящее время  в нашей стране сложилась такая  ситуация, что развитие промышленности является самой приоритетной из всех поставленных задач. Для того чтобы  Россия заняла прочное место среди  ведущих мировых держав,  в  ней должна существовать развитая сфера промышленного производства, которая должна основываться не только на восстановлении основанных в советский период заводов, но и на новых, более современно оборудованных, предприятиях.

Одним из важнейших шагов на пути к экономическому процветанию является подготовка специалистов, которые имели бы не строго ограниченные рамками своей профессии знания, а могли комплексно оценить выполняемую ими работу и ее результат. Такими специалистами являются инженеры-экономисты, разбирающиеся не только во всех тонкостях экономических аспектов функционирования предприятия, но и в сущности производственного процесса, который и обуславливает это функционирование.

Целью данного курсового проекта является ознакомление  непосредственно с процессом производства, а также оценка и сравнение его эффективности с технологической точек зрения.

Сегодня, когда конкурентный рынок  вынуждает производителей переходить к наиболее качественным и дешевым  продуктам, особенно важно оценить  все аспекты производства, распространения и потребления изделия еще на стадии его разработки, чтобы избежать неэффективного использования ресурсов предприятия. Это помогает также в совершенствовании технологических процессов, которые разрабатываются часто, не только исходя из потребностей рынка в изготовлении новый продукции, но и принимая во внимание стремление производителей к более дешевому и быстрому способу получения уже существующей продукции, что сокращает производственный цикл, уменьшает величину связанных в производстве оборотных средств, а, следовательно, стимулирует рост инвестиций в новые проекты.

Итак, проектирование технологического процесса является важнейшим этапом производства продукции, который влияет на весь жизненный цикл товара и  способен стать определяющим при  принятии решения о производстве того или иного продукта.

 

1 Техническая часть

 

    1. Описание детали

 

Вал относится  к механосборочному производству и  может быть использовано при сборке высокоточных соединений с небольшими натягами и по переходным посадкам.

Известен способ сборки соединения деталей типа вал, при котором осуществляют предварительное нанесение на сопрягаемую поверхность одной из соединяемых деталей специального микрорельефа, а затем тепловым способом производят сборку. Недостатком данного способа является увеличение экономических затрат, связанных с введением в технологический процесс дополнительной операции.

 

1.2. Материал  детали и его свойства

 

Сталь 45 ГОСТ 1050-80: столь конструкционная углеродистая качественная

Таблица 1 - Химический состав, % (ГОСТ 1050-80)

C

Si

Mn

Cr

Ni

P

Cu

S

не более

0,42 – 0,5

0,17 – 0,37

0,50 – 0,80

0,25

0,25

0,04

0,25

0,08


 

Таблица 2 - Механические свойства материала (ГОСТ 1050-80)

Сечение,

мм

σ0,2

σв

σТ

ψ

KCU,

Дж/м 2

НВ

поверхности

МПа ≤

% ≤

40

780

980

10

45

390

207


 

 

1.3 Служебное назначение, условие работы детали

 

Данная деталь – вал, относится к группе цилиндрических изделий. Основное предназначение вала – передавать крутящий момент.

Валы классифицируют:

- По назначению: валы передач,  коренные валы;

- По форме геометрической оси: прямые, коленчатые, с гибкой осью;

- По конструкции: гладкие (на  протяжении всей диаметр одинаковый), ступенчатые (шейки – цилиндрические, конические).

Материалами, используемыми, для изготовления валов могут быть: сталь, если нет термообработки, то материал Сm5, Cm6; если есть термообработка, то материал Сталь 40, Ст45; для тяжело нагруженных валов используют легированные стали - 40XH, 40 XHMA.

Основными требованиями к данному изделию являются устойчивость цилиндрических поверхностей к деформации, т.к. деталь в будущем должна вращаться с определенной скоростью и цилиндрическая поверхность детали будет соприкасаться с другими частями механизма, данные особенности применения вала, дают основания сказать, что вал будет подвергаться к нагрузкам, ведущим к деформации детали. Данная особенность применения дает основание сделать основной упор при выборе материала на показатели деформации.

Класс чистоты необходимый  для соприкасающихся частей ступенчатого вала – 6 (Ra = 3,2), для поверхности крепления – 8 (Ra = 0,8). Для достижения необходимого класса чистоты поверхности необходимо провести две операции шлифования – предварительную и окончательную.

Технологические свойства. Температура ковки, °С: начала 1250, конца 800. Сечения до 350 мм охлаждаются на воздухе.

 

1.4 Анализ технологичности  детали

 

Анализ технологичности  конструкции детали производится с  целью повышения производительности труда, снижения затрат и сокращение времени на технологическую подготовку производства. Конструкция изделия  может быть названа технологичной, если она обеспечивает простое и экономичное изготовление изделия и отвечает следующим основным требованиям:

  1. При конструировании изделий используются простые геометрические формы, позволяющие применять высокопроизводительные методы производства. Предусмотрена удобная и надежная технологичная база в процессе обработки
  2. Конфигурация деталей и их материалы позволяют применять наиболее прогрессивные заготовки, сокращающие объем механической обработки (точное кокильное литье, литье под давлением, объемная штамповка и вытяжка, холодная штамповка различных видов и т.п.)
  3. Обоснованы заданные требования к точности размеров и формы детали
  4. Использованы стандартизация и унификация деталей и их элементов
  5. Для достижения объема механической обработки предусмотрены допуски только по размерам посадочных поверхностей
  6. Предусмотрена возможность удобного подвода жесткого высокопроизводительного инструмента к зоне обработки детали.
  7. Обеспечена достаточная жесткость детали

Количественную оценку технологичности конструкции детали производят по следующим показателям:

     По коэффициенту использования материала

= = 0,78

По сделанным расчетам можно сделать вывод, что деталь является достаточно технологичной, состоит из унифицированных элементов, можно применять стандартный режущий и мерительный инструмент, закреплять в стандартные приспособления. Использование материала приемлемо при использовании горячекатаный круглый стальной прокат ГОСТ 2590-88 в качестве заготовки.

 

1.5 Обоснование выбора  метода получения заготовки

 

При выборе метода изготовления заготовки основным требованием  является обеспечить свойства изготавливаемых  деталей в заданных условиях эксплуатации и обеспечения требуемых свойств  заготовки с учетом стоимости заготовки в конкретных производственных условиях.

В качестве технических критериев  при выборе заготовки принимают  материал, конфигурацию детали, размер, массу, требуемую точность изготовления и т. д. В качестве экономического критерия принимают себестоимость изготовления заготовки. Т. к. материал заготовки сталь (45) , то способом получения заготовки может быть  горячая штамповка или прутки из проката.

Поэтому выбираем в качестве заготовки горячекатаный круглый  стальной прокат ГОСТ 2590-88.

 

 

1.6 Определение и расчет  припусков аналитическим методом 

 

Заготовка- прокат, горячекатаный круглый стальной прокат ГОСТ 2590-88.

 Материал  сталь 45 ГОСТ 1050-88

Диаметр проката определяется, исходя из диаметра наибольшей ступени  вала, прибавляя к нему общий припуск на механическую обработку 2Z0, в зависимости от отношения всей длины вала L к диаметру его наибольшей ступени Dmax (L/Dmax):

 

Dз = Dд. max + 2Z0, 

 

где 2Z0 – припуск на обработку в диаметральном выражении на диаметр наибольшей ступени детали, мм.

Dз = 37мм + 2*2,5мм=42мм

По расчетному диаметру заготовки Dз подбираем ближайший наибольший диаметр круглого стального проката, назначаем точность проката (В) и определяем предельные отклонения диаметра заготовки.

Затем определяем длину заготовки, назначаем двусторонний припуск на обработку обоих торцов детали. Тогда длина заготовки Lз  составит:

 

                                        Lз  = Lд  +2Z0,                                               

где 2Z0 – двусторонний припуск на обработку торцов заготовки, мм.

Lз=260мм  +2*2,5мм=265мм

Предельные отклонения на длину заготовки зависят от способа резки проката на штучные  заготовки.

 

 

1.7 Разработка  технологического расчета и схем  базирования

 

Технологической базой называют поверхность, определяющую положение детали или сборочной единицы и средств измерения.

При выборе баз обработки  заготовки используется принцип  совмещения баз. Лучшие результаты достигаются  при совмещении измерительной и  конструкторской базы, т.е. поверхностей, с помощью которых определяется положение детали в собранном изделии.

В процессе обработки  детали соблюдается принцип постоянства  баз, на всех основных технологических  операциях необходимо использовать в качестве технологических баз одни и те же поверхности заготовки.

Принцип постоянства  баз способствует повышению точности взаимного расположения поверхности  детали. Соблюдение принципа постоянства  баз повышает однотипность приспособлений и схем обработки, что особенно важно  при автоматизации обработки. При выборе баз используется удобство и снятие заготовки, а так же надежность и удобство её закрепления в выбранных местах зажима, возможность подвода режущего инструмента с различных сторон заготовки.

Для детали вал на первой операции базовой поверхностью является наружная необработанная поверхность, далее базовой поверхностью является ось вала. Исходя из этого выбираю базы для каждой операции, которые сведены в таблицу 3.

 

Таблица 4 - Выбор баз и методов обработки, разработка технологического маршрута обработки деталей.

Номер операции

Заготовка

005

Прокат

010

Токарная предварительная

Токарная (черновая): выполняется  за два установа на универсальном  токарно - винторезном станке.

Установ А: сверлить, нарезать резьбу М10 ок-но, снять фаску уг.60

Точить ф37,29, 30с припуском под чистовое точение.

Установ В: точить поверхность ф37, 24, 25с припуском под чистовое точение.

Технологическая база наружный диаметр,  торец.

020

Токарная чистовая.

Токарная (чистовая): в центрах на универсальном токарно - винторезном станке.

Точить поверхность Ф37,25,30 с припуском под шлифование, остальное окончательно.

Технологическая база центровые оверстия.

025

контрольная

030

Фрезерная

1. Фрезерование шлиц на – шлице-фрезерном станке 5350.

Технологическая база центровые отверстия, наружний диаметр.

035

Термообработка

Закалка объемная до твердости  по HRC 47…51.

040

Шлифовальная

Шлифование поверхностей Ф37,25,30 на круглошлифовальном станке 3Е12.

Технологическая база наружный диаметр, центровое оверстие.

045

Контрольная

Контрольный стенд

Окончательный контроль ОТК.

Проверить размеры.


1.8 Составление  плана обработки

Таблица 4

Номер операции

Название и переходы операции

Типовой технологический  процесс

Заготовка

Прокат

005

Заготовительная

Резка заготовки на отрезном станке

010

Токарная предварительная

Токарная (черновая): выполняется  за два установа на универсальном  токарно - винторезном станке 16К20.

Установ А: Точить поверхности  с припуском под чистовое точение.

Установ В: точить поверхность  с припуском под чистовое точение.

020

Токарная чистовая

Токарная (чистовая): выполняется  за один установ на универсальном токарно - винторезном станке 16К20.

Точить поверхность  с припуском под шлифование.

025

контрольная

030

Фрезерная

1. Фрезерование шлиц на шлице-фрезерном станке 5350.

035

Термообработка

Закалка объемная до достижения заданной прочности

040

Шлифовальная

Шлифование поверхностей на круглошлифовальном станке 3Е12

045

Контрольная

Контрольный стенд


 

1.9 Выбор оборудования

 

При выборе металлорежущего станка в первую очередь обращают внимание на возможность закрепления заготовки. Смотрят параметры: наибольший диаметр обрабатываемой заготовки, расстояние между центрами, анализируют мощность станка. Необходимо выбирать станки с большим диапазоном числа ступеней подач и частоты вращения.

1. Для токарной операции выбрал станок марки 16К20 с ручным управлением. Характеристики станка:

Ǿ обрабатываемой заготовки, мм: до 200

Длина обрабатываемой заготовки, мм: до 600

Частота вращения шпинделя, об/мин: 70…3500

Мощность станка, кВт: 10

Габаритные размеры, мм: 1380х730

2. Для фрезеровальной операции выбрал шлицефрезерный станок марки : 5350 с характеристиками:

Ǿ обрабатываемой заготовки, мм: 500

Длина обрабатываемой заготовки, мм: 750

Число скоростей: 18

Частота вращения шпинделя, об/мин: 80…250 об/мин

Мощность двигателя, кВт: 6,5

Масса, т: 3,9

Габаритные размеры, мм: 1550х1650

3. Для шлифовальных операций выбрал станок марки 3Е12 с характеристиками:

Наибольшие размеры  обрабатываемой заготовки, мм: Ǿ = 200

Частота вращения, об/мин: 78…780

Наибольшая длинна обрабатываемой заготовки, мм: 600

Мощность электродвигателя: 5,5

 

1.10 Выбор приспособления

 

Приспособления нужны  для того, чтобы закрепить деталь на станке, придав ей требуемое положение: патроны трех и четырех кулачковые, различные станочные тески, центра, хомутики.

1. Для токарной операции выбрал станок марки 16К20 с ручным управлением.

Приспособления: патроны  ГОСТ 267580.

2. Для фрезеровальной операции выбрал шлицефрезерный станок марки : 5350

Приспособления: упорные центры ГОСТ 14952-75, хомутки, патроны поводковые.

3. Для шлифовальных операций выбрал станок марки 3Е12

Приспособления: упорные  центры ГОСТ 14952-75, хомутки, патроны поводковые.

1.11 Выбор режущего  инструмента

Режущий: резцы, фрезы, сверла.

1. Для токарной операции

Режущий инструмент: для  обработки цилиндрических поверхностей проходные резцы–прямые или отогнутые (они более универсальные, их применяют при точении напроход и для обработки фасок), сверло, метчик, зенковка, центровочное сверло.

2. Для фрезеровальной операции

Модульная фреза  Р6М5

3. Для шлифовальных операций

инструмент режущий: круг прямого профиля ГОСТ 2424-83.

 

1.12 Выбор средств контроля

 

Инструмент бывает режущий  и мерительный.

Мерительный: штангенциркуль, микрометр, скобы и т.д. 1.

1. Для токарной операции

Средства измерения: штангенциркуль, калибр–скобы, образцы шероховатости, калибр резьбовой, калибр-пробка.

2. Для фрезеровальной операции

Средства измерения: шаблон профильный.

3. Для шлифовальных операций

Средства измерения: микрометр.

 

1.13 Расчет режимов резания аналитическим методом

 

При назначении элементов  режимов резания учитывают характер обработки, тип и размеры инструмента, материал его режущей части, материал и состояние заготовки, тип и  состояние оборудования.

В  связи с отсутствием  расчета режимов резания в  базовом технологическом процессе, производим расчет режимов резания  измененных операций.

 

Операция 010:

Сверление размер Ø  8,5 мм  и нарезание метрической резьбы М10×1.5

Глубина сверления t = 11 мм

Подача S = 0.7 мм/об

Скорость резания:

;

Сv = 25.3; g = 0.25; y = 0.4; m = 0.125; T = 60; Kv = 1.

Частота вращения:

Крутящий момент

См = 0.021; g = 2.0; у = 0.8

Сила резания

;

Сp = 42.7; у = 0.8; g = 1.0; Kp = 1.

Мощность резания

Машинное время

Нарезание резьбы на поверхности в размер М10×1.5 мм

Глубина сверления t = 11 мм

Подача S = 1.5 мм/об

Скорость резания:

;

Сv = 64.8; g = 1.2; y = 0.5; m = 0.9; T = 90; Kv = 1.

Частота вращения:

Крутящий момент

См = 0.027; g = 1.4; у = 1.5

Мощность резания

Машинное время

Точить  поверхность  ø38мм,  ø26мм,  ø31мм,  ø29мм,  ø24мм 

Глубина точения  t = 1,5 мм

Подача S = 0.3 мм/об

Скорость резания:

;

Сv = 420; x = 0.15; y = 0.20; m = 0.20; T = 60 мин;

Kv = Кмv * Кnv * Кuv.

Кмv = 0.5; Кnv = 0.8; Кuv = 1.15

Kv = 0.5 * 0.8 * 1.15 = 0.46

Сила резания

;

Сp = 300; x = 1.0; y = 0.75; n = -0.15; Kp = 1.

Мощность резания

Частота вращения:

По паспарту станка

По паспарту станка

По паспарту станка

По паспарту станка

По паспарту станка

Машинное время

Операция 020:

Точить  поверхность  ø37,5мм,  ø25,5мм,  ø30,5мм.

Глубина точения  t = 0,5 мм

Подача S = 0.3 мм/об

Скорость резания:

;

Сv = 420; x = 0.15; y = 0.20; m = 0.20; T = 60 мин;

Kv = Кмv * Кnv * Кuv.

Кмv = 0.5; Кnv = 0.8; Кuv = 1.15

Kv = 0.5 * 0.8 * 1.15 = 0.46

Сила резания

;

Сp = 300; x = 1.0; y = 0.75; n = -0.15; Kp = 1.

Мощность резания

Частота вращения:

По паспарту станка

По паспарту станка

По паспарту

Машинное время

 

Операция 030

Фрезерование  шлиц, шлицевая фреза Р6М5 Ф30мм

Глубина фрезерования t = 6,4мм (окончательно)

Ширина фрезерования В = 229 мм

Подача Sz = 0.03 мм/об

S0 = Sz × Z = 0.03 × 3 = 0.09 мм/об

Скорость резания:

;

Сv = 46.7; g = 0.45; x = 0.5; y = 0.5; u = 0.1; p = 0.1; m = 0.33; T = 80; Kv = 1.

Частота вращения:

Сила резания

;

Сp = 68.2; x = 0.86; y = 0.72; u = 1.0; g = 0.86; w = 0; n = 1.0; Kmp = 1.

Крутящий момент

Мощность резания

Машинное время

Операция 040

Круглое шлифование поверхностей ø37мм,  ø25мм,  ø30мм

По табл.55 [12] определяем

Vк = 35 м/с; Vз = 15 м/с; t = 0.01 мм; S = 0.7

N = CN * V

* tx * Sy * dg

N = 0.3 * 150.3 * 0.010.35 * 0.70.4 * 1580.3 = 0.57 кВт

 

1.14  Расчет норм времени

        Вспомогательное время определяется  по элементам [13]:

а) вспомогательное время на установку  и снятие детали: tв.у. = 0.2 мин;

б) вспомогательное время, связанное  с переходами: tв.пер. = 0.09 мин

в) вспомогательное время, связанное  с переходом на приемы, не вошедшие в комплекс, т.е. время на управление: tв.упр. = 0.035 мин;

г) вспомогательное время на контрольные  измерения: tв.изм. = 0.2 мин.

       Общее вспомогательное  время на операцию универсального  оборудования:

Тв1. = tв.у.1 + tв.пер1. + tв.упр1. + tв.изм.1 = 0.5 мин               

а оперативное время                               ТОП = То + Тв                                        

       Время  на обслуживание рабочего места  (tоб = 4%)

;         

       Время  перерывов на отдых и личные  надобности (tо.л.н. = 4%)

;                       

       Норма  штучного времени определяется  по формуле:

;                           

       Подготовительно-  заключительное время на партию:

а) на наладку станка, приспособления и инструмента – 13 мин;

б) на получение инструмента  и приспособления до начала и сдачу  их после окончания работы – 5 мин.

Итого : Тп.з1. = 13 + 5 = 18 мин-  для универсального оборудования;

    

       Штучно  – калькуляционное время на  операцию определяется по формуле:

;                      

 

операция 010:

ТОП = То + Тв = 3,66+0,5=4,16 мин;

Тоб = 4,16* 0.04 = 0,16 мин;

Толн =4,16* 0.04 =0,16мин;

= ;

=

операция 020:

ТОП = То + Тв = 1,27+0,5=1,77 мин;

Тоб = 1,77* 0.04 = 0,07 мин;

Толн =1,77* 0.04 =0,07мин;

= ;

=

операция 030:

ТОП = То + Тв = 25,52+0,5=26,02мин;

Тоб = 26,02* 0.04 =1,04 мин;

Толн =26,02* 0.04 =1,04 мин;

= ;

=

Операция 040:

То = 2.5 * l * 10-3 = 2.5 * 71.2 * 10-3 = 2.6

ТОП = То + Тв = 2.6 + 1.52 = 4.12 мин;

Тоб = 4.12 * 0.04 = 0.2 мин;

Толн = 4.12 * 0.04 = 0.2 мин;

= ;

=

 

1.15 Производственная санитария и техника безопасности на данном производстве

 

       Деятельность  любого промышленного предприятия  не может быть безотходной  и приводит к загрязнению атмосферного  воздуха, водоемов и почвы.  Источниками загрязнения атмосферного  воздуха является оборудование промышленных предприятий. Источником загрязнения водоемов являются производственные, бытовые и дождевые сточные воды. Источником загрязнения почвы являются отходы пяти классов опасности, образующиеся в результате производства и потребления, а также проливы нефтепродуктов, растворителей, красок, растворов гальванических производств и т.д.

       Отходы  производства и потребления (остатки  сырья, материалов, полуфабрикатов, иных изделий или продуктов), образовавшихся  в процессе производства и потребления подразделяются:

       По  классам опасности:

       - чрезвычайно  опасные;

       - высокоопасные;

       - умеренно  опасные;

       - малоопасные;

       - практически  неопасные.

       По  видам:

       - бытовые;

       - пищевые;

       - биологические;

       - химические  и т.д.

       По  видам опасности:

       - пожаро- и взрывоопасные;

       - горючие;

       - радиоактивные;

       - химические  реакционно-способные;

       - коррозионно-активные;

       - опасные  по степени воздействия на человека.

       По  способам удаления отходов:

       - захоронения;

       - переработка;

       - хранение.

       В  процессе изготовления детали  типа « корпус редуктора» возникают  следующие отходы:

       - стружка;

       - СОЖ.

       А  также возникают следующие вторичные отходы:

       - отработанное  масло;

Проект технологического процесса изготовления детали «Вал»