Проектирование технологического процесса для детали - валик

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение-аннотация

4

  1. Описание детали

1.1 Назначения  детали, материал, механические свойства, химический состав

5

5

1.2 Анализ точности изготовления детали и обоснование технических требований

6

1.3 Анализ технологичности конструкции  детали

7

  1. Определение типа и формы производства

8

2.1 Определение типа производства

8

2.2 Расчет размера партии и такта  выпуска

8

  1. Выбор метода получения заготовки

9

3.1 Анализ и обоснование выбора  получения заготовки из двух  вариантов

9

3.2. Расчет себестоимости изготовления  заготовок по двум вариантам

9

4. Разработка технологического процесса  изготовления детали

12

4.1. Назначение маршрута обработки  отдельных поверхностей

12

4.2 Назначение маршрута обработки  детали в целом

13

4.3. Выбор технологического оборудования

14

4.4. Разработка структуры операций  механической обработки

15

4.5. Базирование и закрепление заготовки по операциям. Расчет погрешности базирования на одну операцию

16

5. Назначение и расчет припусков  на механическую обработку

18

5.1. Аналитический расчет припусков

18

5.2 Назначение припусков по нормативам

24

6. Определение режимов резания

25

6.1. Расчет режимов на две операции (перехода)

25

6.2. Назначение режимов резания по  нормативам

27

  1. Расчет и назначение норм времени

28

7.1. Расчет всех составляющих норм  времени (на одну операцию подробно)

28

7.2. Расчет штучного времени 

30

7.3. Расчет количества оборудования  на каждую операцию

30

7.4. Построение графиков загрузки  оборудования. Выводы.

  

31

    Список литературы

33


 

 

 

Введение

 

В данной работе приведены основные этапы  проектирования технологических процессов  для детали - валик. На основании исходных данных (чертежа детали и годовой программы) было выполнено: анализ технологичности конструкции; выбор заготовки (выполнен чертеж, назначены припуски и отклонения); спроектирован технологический процесс (выполнена технологическая документация), выбраны режимы обработки, назначены нормы времени и рассчитана загрузка станков. Требуемые технологические расчеты приведены в пояснительной записке.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Описание детали

 

    1. Назначение детали, материал, механические свойства, химический состав

    Данная деталь – валик, является сборочной единицей коробки перемены передач. Служит для переключения скоростей.

    Деталь изготавливается из стали 40Х по ГОСТ 8479-70.

Данный материал имеет следующие  характеристики: сталь конструкционная легированная, хромистая. Заменители: сталь 45Х, сталь 38ХА, сталь 40ХН, сталь 40ХС, сталь 40ХФА, сталь 40ХГТР.

 

Химический состав в % стали 40Х:

С

Si

Mn

Ni

S

P

Cr

Cu

0,36-0,44

0,17-0,37

0,5-0,8

до 0,3

до 0,035

до 0,035

0,8-1,1

до 0,3


 

Механические свойства стали 40Х:

Термообработка, состояние поставки

Сечение, мм

σ0,2 ,МПа

σв,МПа

δ5, %

ψ, %

KCU, Дж/м2

HB

Пруток ГОСТ 4543-71

Закалка 860 °С, масло. Отпуск 500 °С, вода или  масло 

25 

780 

980 

10 

45 

59 

  

Поковка ГОСТ 8479-70

Нормализация. КП 245 

500-800 

245 

470 

15 

30 

34 

143-179 

Нормализация. КП 275 

300-500 

275 

530 

15 

32 

29 

156-197 

Закалка, отпуск. КП 275 

500-800 

275 

530 

13 

30 

29 

156-197 

Нормализация. КП 315 

<100 

315 

570 

17 

38 

39 

167-207 

100-300 

315 

570 

14 

35 

34 

167-207 

Закалка, отпуск. КП 315 

300-500 

315 

570 

12 

30 

29 

167-207 

500-800 

315 

570 

11 

30 

29 

167-207 

Нормализация. КП 345 

<100 

345 

590 

18 

45 

59 

174-217 

100-300 

345 

590 

17 

40 

54 

174-217 

Закалка, отпуск. КП 345 

300-500 

345 

590 

14 

38 

49 

174-217 

Закалка, отпуск. КП 395 

<100 

395 

615 

17 

45 

59 

187-229 

100-300 

395 

615 

15 

40 

54 

187-229 

300-500 

395 

615 

13 

35 

49 

187-229 

Закалка, отпуск. КП 440 

<100 

440 

635 

16 

45 

59 

197-235 

100-300 

440 

635 

14 

40 

54 

197-235 

Закалка, отпуск. КП 490 

<100 

490 

655 

16 

45 

59 

212-248 

100-300 

490 

655 

13 

40 

54 

212-248 


 

 

 

 

 

 

 

    1. Анализ точности изготовления детали и обоснование технических требований

№ Поверхности

Размер

Квалитет

точности

Шероховатость

Взаимное

расположение

Твёрдость

1-6

409

-1

12,5

  

 

2

Ø20

h9

3,2

база Г

  

1-3

46

+1

12,5

    

5

0,6×45˚

±IT14/2

12,5

    

4

Ø25

f9

1,6

база Е

45…56

11

2×45˚

±IT14/2

12,5

    

10

Ø8

45˚±30’

+0,5

6,3
 

Т0,2

Г,Е

 

0,1

Ж


12

Ø4

+0,5

12,5

  

9

18

90˚±1˚

±0,5

3,2

база Ж

  

7

R7

  

12,5

    

8

5

90˚±5˚

±1

12,5

    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    1. Анализ технологичности конструкции детали
  1. Деталь состоит из стандартных и унифицированных элементов.
  2. Деталь изготавливается штамповкой. Размеры и формы заготовки приближаются к форме и размерам готовой детали.
  3. Базовые поверхности детали имеют точность и шероховатость, обеспечивающие надежность и точность установки, обработки и контроля.
  4. Нет возможности обработки нескольких деталей.
  5. Конструкция детали обеспечивает возможность применения типовых, стандартных и групповых тех. процессов.
  6. Физико-химические свойства, механическая жесткость материала детали соответствуют всем требованиям технологии изготовления.
  7. Не используется  материал  плохо подвергающийся резанию.
  8. Конструкция детали обеспечивает минимальную деформацию при термической обработке.
  9. Конструкция вала является недостаточно жесткой, т.к. отношение длины к диаметру более 10-12 и равно l/d=409/25=16,36. Токарная обработка вала требует применения дополнительных опор-люнетов, что увеличивает трудоёмкость.
  10. Целесообразная  простановка продольных размеров, облегчает наладку станка и сокращает трудоемкость обработки.
  11. Наличие фасок в детали предотвращает выкрашивание кромок шлифовального круга при шлифование.
  12. Фаски назначены под обработку с учетом стандартных проходных резцов с углом  в плане 45˚.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Определение производства

 

2.1 Определение типа производства

Т.к. масса  детали mд = 1,56 кг, а тип производства крупносерийный, из интервала 4500-120000 выбираем N = 40000 шт.

 

2.2 Расчет размера партии и такта выпуска

Количество  деталей в партии определяется по формуле:

,

где N – объем выпуска деталей в год,

       a – периодичность запуска в днях,

       T – число рабочих дней в году.

 

Такт  выпуска определяется по формуле:

,

где F – фонд времени в планируемый период,

      N - объем выпуска деталей в год.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  1. Определение метода получения заготовки

 

3.1 Анализ и обоснование выбора получения заготовки из двух вариантов

Заготовку для данной детали можно получить штамповкой и из проката. Выбор способа  можно объяснить следующими факторами:

   -Штамповка  обеспечивает равномерное внутреннее  напряжение и структуру материала  заготовки, а, следовательно, хорошую  прочность детали при эксплуатации;

   -Получить  заготовку из проката тоже  возможно, т.к. она изготавливается  из стали 40Х, и размеры детали  позволяют выбрать заготовку  из стандартного проката.

 

 

    1. Расчет себестоимости изготовления заготовок по двум вариантам

 

 

    1. Штамповка.

Стоимость заготовки, получаемой штамповкой, определяется по формуле:                  ,

где  Ci – базовая стоимость одной тонны заготовок;

Q – масса заготовки;

q – масса детали;

Кт – коэффициент, зависящий от класса точности заготовки;

Кс – зависящий, от группы сложности;

Кв – коэффициент, зависящий от массы заготовки;

Км – коэффициент, зависящий от марки материала;

Кп – коэффициент, зависящий от объема выпуска заготовки;

Sотх – цена одной тонны отходов.

 

    1. Для заготовки, полученной из проката.

Себестоимость заготовок, получаемых из проката:

,

где М –  затраты на материал заготовки;

      ∑Со.з. – технологическая себестоимость операций правки, калибрования прутков, разрезки их на штучные заготовки.

,

где  Q – масса заготовки;

q – масса детали;

S – цена 1 кг материала заготовки;

Sотх – цена одной тонны отходов.

Стоимость механической обработки:   ,

где Сп.з – приведенные затраты на рабочем месте,

       Тшт – штучное или штучно-калькуляционное время выполнения заготовительной операции.

,

где  Сз – основная и дополнительная заработная плата;

М – коэффициент  многостаночности;

Сч.з – часовые затраты по эксплуатации рабочего места;

Ен – нормативный коэффициент;

Кс, Кз – удельные капитальные вложения в станок и здания.

 

Определяем  штучное время, необходимое для  обработки заготовки до формы  и размеров штамповки.

    1. Отрезка заготовки.

    1. Обработка наружной цилиндрической поверхности.

(черновая обточка за два прохода).

 (за шесть проходов)

.

Суммарное штучное время:

Тогда:

.

По полученным данным видно, что себестоимость  штампованной заготовки больше себестоимости заготовки из проката. Но в учебных целях выбираем штампованную заготовку.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Разработка технологического процесса изготовления детали

 

4.1 Назначение маршрута обработки отдельных поверхностей

 

№ поверхности

Размер детали

(по чертежу)

Наименование перехода

Квалитет точности

Шероховатость

1-6

409

Подрезка торцов однократная 

(с двух сторон одинаково)

h14

12,5

2

Ø20

Точение черновое

h12

6,3

Точение чистовое

h9

3,2

3

46

Подрезка торца

±IT14/2

12,5

5

0,6×45˚

Точить фаску

±IT14/2

12,5

4

Ø25

Точение однократное

h12

6,3

Шлифование

однократное

f9

1,6

11

2×45˚

Точить фаску

±IT14/2

12,5

10

Ø8

45˚±30’

Сверление

H12

12,5

Зенкерование

H11

6,3

12

Ø4

Сверление

H12

12,5

9

18±0,5

90˚±1˚

Фрезерование

черновое

 

H10

 

6,3

Фрезерование

чистовое

 

H9

3,2

7

R7

Фрезерование

черновое

 

H10

 

12,5

8

5±1

90˚±5˚

Фрезерование

черновое

H10

 

12,5


 

 

 

 

4.2 Назначение маршрута обработки детали в целом

 

005  Заготовительная

 

010 Термическая

 

015 Фрезерно-центровальная

 

020 Токарная (черновая)

 

025 Токарная (чистовая)

 

030 Фрезерная (черновая)

 

035 Фрезерная

 

040 Фрезерная

 

045 Фрезерная (чистовая)

 

050 Сверлильная

 

055 Термическая

 

060 Шлифовальная

 

065 Моечная

 

070 Контрольная

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.3 Выбор технологического оборудования

Для обработки  наружных и торцевых поверхностей будем использовать токарно-винторезный станок 16К20 и токарный многорезцовый копировальный полуавтомат 1Н713. Для обработки отверстий используем вертикально-сверлильный станок 2Н118. Для обработки канавок будем использовать горизонтально-фрезерный станок 6Р80. Для обработки наружной цилиндрической поверхности используем кругло-шлифовальный станок 3М153. Для обработки торцевых поверхностей и обработки центровых отверстий будем использовать фрезерно-центровальный полуавтомат МР-71М.

                                                                                                     

Модель станка

Типо-размер

 

Размеры

Обработки

,мм

Ряд чисел оборотов, об/мин

Ряд чисел подач

Мощ-ность ЭД,

кВт

мм/об

мм/мин

Токарно-

винторезный

16К20

 

 

Dзаг.max=400

Lmax=710-2000

12,5;16;20;25;31,5; 40;50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 315; 400; 500; 630; 800; 1000; 1250; 1600

0,05…2,8

-

10

Вертикально-сверлильный

2Н118

 

Dmax св.=400

Раб. пов-ть

стола

320×360

180;200;250;315; 400;500;630;800; 1000; 1250;1600; 2000;2500; 2800

0,1…0,56

-

1,5

Горизонтально-фрезерный 

6Р80

 

Раб. пов-ть

стола

200×800

50;63;90;125;180; 250;355;500;710; 1000;1250;1800; 2240

-

25…1120

3

 

Кругло-шлифовальный

3М153

 

Dзаг.max=140

Lзаг.max=500

50;63;80;100;125; 160;200;250;315;400; 500;630;800;1000

-

0,05…5

7,5

Фрезерно-центровальный

МР-71М

 

 

Dзаг. =25-125 Lзаг. =200-500

 

125;179;497;712;

(238;330;465;580; 815; 1125)

-

20…400

13

Токарный многорезцо-вый копироваль-ный

1Н713

 

 

Dзаг.max=400

Lmax=750

 

50;63;80;100;125; 160;200;250;315;400;500;630; 800;1000;

-

25…400

17


 

 

 

 

    4.4   Разработка структуры операций механической обработки

 

005  Заготовительная

      Изготовить заготовку  на ГКМ.

010 Термическая

      Провести термообработу  для снятия внутренних напряжений.

015 Фрезерно-центровальная

  1. Подрезать торцы Ø 20 и Ø25 с двух сторон одинаково.
  2. Сверлить два центровых отверстия Ø3,15мм.

020 Токарная (черновая)

  1. Точить поверхность Ø 20h9, выдерживая размер Ø21h12мм.
  2. Точить поверхность Ø25f9, выдерживая размер Ø25,3h12мм.
  3. Подрезать торец Ø25,3/ Ø21, выдерживая размер 46мм.
  4. Точить фаску 0,6×45˚/Ø25,3, выдерживая размер 0,6×45˚.
  5. Точить фаску 2×45˚/Ø25,3, выдерживая размер 2×45˚.

025 Токарная (чистовая)

  1. Точить поверхность Ø20h9 начисто.

030 Фрезерная (черновая)

  1. Фрезеровать три канавки 18, выдерживая размер 8мм.

035 Фрезерная

  1. Фрезеровать канавку 14, выдерживая размер 3,5мм.

040 Фрезерная

  1. Фрезеровать канавку 5, выдерживая размер 2,7мм.

045 Фрезерная (чистовая)

  1. Фрезеровать три канавки 18, выдерживая размер 0,2мм.

050 Сверлильная

  1. Сверлить отверстие Ø4 окончательно.
  2. Сверлить отверстие Ø8, выдерживая размер Ø7,8мм.
  3. Зенкеровать отверстие Ø8 начисто.

055 Термическая

  1. Термически обработать две поверхности 90мм одинаково до твердости h0,7…4,5; 45…56 HRC.

060 Шлифовальная

  1. Шлифовать поверхность Ø25f9 начисто.

065 Моечная

070 Контрольная

 

 

 

 

 

 

 

 

4.5  Базирование и закрепление заготовки.

Расчет погрешности базирования

При обработке  на фрезерно-центровальном станке базирование  и закрепление будем производить  в призме с зажимом сверху.

 

 

При обработке  на токарном многорезцовом копировальном полуавтомате базирование и закрепление будем производить в центрах.

 

 

При обработке  на токарно-винторезном станке базирование и закрепление будем производить в центрах.

 

 

При обработке  на горизонтально-фрезерном станке базирование и закрепление будем  производить в призме с зажимом  сверху и регулируемой опорой.

Погрешность базирования для данной операции будет равна:

ε  = 0,5×ТD ×(1/sinα+1) = 0,5×0,092 ×2,41= 0,111 мм.

 

 

 

 

 

При обработке  на вертикально-сверлильном станке базирование и закрепление будем  производить в призме с зажимом  сверху и с регулируемой опорой.

 

 

При обработке  на кругло-шлифовальном станке базирование и закрепление будем производить в центрах и поводковом патроне.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Назначение и расчет припусков на механическую обработку

 

5.1 Аналитический расчет

    • диаметральный размер Ø20 h9                         

Получен-ные предельные припуски, мкм

2z max

—

3775

458

  

2z min

—

2385

300

  

Принятые (округл.) размеры по переходам, мм

dmax

24,233

20,458

20

  

dmin

22,633

20,248

19,948

  

Допуск на изготов-ление    Td, мкм

1600

12                  

 

210

9              

 

52

         

 

Расчет-ный min размер dmin, мм

22,633

20,248

19,948

  

Расчет-ный припуск 2z min, мкм

_

2385

300

 

Элементы припуска, мкм

ε

_

_

_

  

∆

832,7

49,9

33,3

 

h

200

50

25

  

RZ

160

50

25

  

Элементарная поверхность детали и тех. маршрут ее обработки 

   Ø20 h9

Заготовка

(штампованная поковка)

Обтачивание предварительное

Обтачивание окончательное

 


 

Технологический маршрут обработки отверстия  Ø20h9 с шероховатостью Ra =3,2 состоит из следующих операций: обтачивание предварительное и обтачивание окончательное.

Суммарное значение пространственных отклонений для различных видов заготовок  и механической обработки определяется по формуле:

.

∆см = 800 мкм; ∆кор =∆к*l=4*46= 184 мкм; ∆ц=140 мкм

Таким образом, получим:

  .

Величина  расчетного припуска:

Рассчитанные  величины занесем в таблицу.

Допуск  на изготовление Тd, в зависимости от квалитета точности, выбирается по справочнику.

Минимальные предельные значения припусков 2Zmin равны разности наибольших предельных размеров выполняемого и предшествующего переходов, а максимальное значение 2Zmax – соответственно разности наименьших предельных размеров.

Рассчитанные  величины занесем в таблицу.

Общий припуск  zomin и zomax определяем, суммируя  промежуточные припуски:

 

 

Общий номинальный  припуск:

 

Проверка  правильности выполненных расчетов:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

График  расположения припусков и допусков.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    • линейный размер 409(-1)

Получен-ные предельные припуски, мкм

z  max

-

5320

  

z min

-

3120

  

Принятые (округл.) размеры по переходам, мм

lmax

414,32

409

  

lmin

411,12

408

  

Допуск на изготов-ление    Td, мкм

3200

1000

  

Расчет-ный min размер lmin, мкм

411,12

408

  

Расчет-ный припуск z min, мкм

-

3120

  

Элементы припуска, мкм

ε

-

1600

  

∆(ρ)

1160

69,6

  

h(Т)

200

50

  

RZ

160

50

  

Элементарная поверхность детали и тех. маршрут ее обработки      

Штампованная поковка

Подрезка торцев

 

 

 

 

 

 

 

Погрешность зацентровки при установке на призмах с односторонним прижимом для заготовки равна:

.

 

Величина  припуска на обработку равна:

Погрешность установки:

,

Рассчитанные  данные заносим в таблицу 4.

Расчетный размер рассчитывается по формуле:

Рассчитанные  данные заносим в таблицу 4.

Минимальные предельные значения припусков  Zmin равны разности наибольших предельных размеров предшествующего и выполняемого переходов, а максимальное значение Zmax – соответственно разности наименьших предельных размеров.

Общий припуск  zomin и zomax определяем, суммируя  промежуточные припуски:

 

 

Общий номинальный  припуск:

 

 

Проверка  правильности выполненных расчетов:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

График  расположения припусков и допусков.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.2 Назначение припусков по нормативам

В качестве заготовки в пункте 3.2. была выбрана  штамповка. Она изготавливается  на горизонтально-ковочной машине, следовательно, класс точности заготовки: Т4. По нормативам выбираем группу стали: М2 - сталь с массовой долей углерода свыше 0,35 до 0,65 % включ. или суммарной массовой долей легирующих элементов свыше 2,0 до 5,0 % включ. Степень сложности: С1, исходный индекс: 11.

                                                                                                      

Поверхность

Размер детали

Припуск

Допуск с отклонениями

Размер заготовки

1-6

409

+1,9х2

3,2

412,8

3

46

+1,9 -1,3

2

46,6

2

Ø20

+1,2х2

1,6

Ø22,4

4

Ø25

+1,5х2

1,6

Ø 28

Проектирование технологического процесса для детали - валик