Проектирование технологического процесса изготовления детали «Втулка»

Бюджетное образовательное  учреждение

Чувашской Республики среднего профессионального образования

 «Чебоксарский электромеханический  колледж» 

Министерства образования и молодежной политики Чувашской Республики

 

 

 

Дисциплина «Технология машиностроения»

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

Проектирование технологического

процесса изготовления детали «Втулка»

 

КП.М1-10.11.Тм31.01.ПЗ

 

Выполнил студент    4    курса, группы  М1-10

 

Кузьмин А.С.

(Фамилия И. О.)

_________________________________________

(подпись)    (чч.мм.гггг)

   Преподаватель  Киселёв С.В.

(Фамилия И. О.)

Защищен _________________________________

(чч.мм.гггг)

с оценкой ________________________________

 

Подпись _________________________________

(подпись) (расшифровка подписи)

 

 

2014

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ               3

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1 Анализ конструкции детали  и требований к её изготовлению       4

2 Определение и характеристика типа производства       6

3 Отработка конструкции детали на технологичность        8

4 Определение вида исходной заготовки и его технико-экономическое обоснование. Расчёт размеров заготовки           12

5 Выбор оборудования и его  обоснование          16

6 Формирование маршрутного технологического процесса изготовления детали                17         6.1 Выбор и обоснование технологических баз          17

6.2 Выбор методов и количества  необходимых переходов обработки        18

6.3 Определение последовательности  обработки         19

6.4 Выбор средств технологического оснащения         20

6.5 Формирование технологических операций          23

7 Проектирование технологических  операций          25

7.1 Выбор структуры операции            25

7.2 Расчёт припусков и операционных размеров. На одну поверхность - аналитическим методом             26

8 Расчёт режимов резания (на один переход – развёрнутый)       30

9 Нормирование технологического процесса          34

ЗАКЛЮЧЕНИЕ                37

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ         38

ПРИЛОЖЕНИЕ А

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

 

Технология машиностроения является комплексной научной дисциплиной, без которой невозможно современное развитие производства. Изучение современных машин осуществляется на базе сложных технологических процессов, в ходе которых из исходных заготовок с использованием различных методов обработки, изготавливают детали и собирают различные машины и механизмы. При освоении новых изделий необходимо их отработать на технологичность, выбрать заготовки, методы их пооперационной обработки, оборудование и технологическую оснастку. При этом приходится решать множество других технологических задач: обеспечение точности, качества поверхностного слоя, экономичность и др.

Технический уровень любого производства в каждой отрасли определяется уровнем технологии. При этом важно понять, как эффективно изготавливать машины заданного качества в установленном количестве при наименьших затратах. Для проектирования оптимальных технологических процессов необходимы знания о технологических процессах, способах и методах обработки наиболее эффективно используемых в производственном процессе.

В связи с ускоряющимися темпами выпуска изделий и необходимостью обеспечения их конкурентоспособности требования к технологии машиностроения как науки резко возрастает. Однако при этом теория не должна отделятся от практики - как критерия истины.

Технология машиностроения является научной дисциплиной, опирающейся на производственный опыт. синтезирующий технологические проблемы изготовления машин заданного качества и количества в установленные сроки.

 

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

 

1 Анализ  конструкции детали и требований  к её изготовлению

 

На основании анализа конструкции детали и условий её работы разрабатывают требования, обеспечивающие его максимальную долговечность и наилучшую работоспособность.

Детали машин часто выходят из строя вследствие повышенного износа или местной коррозии. Повышение износостойкости трущихся стальных деталей достигается различными видами химико-термической обработки.

При решении задачи по выбору материала необходимо решить вопрос о способе термической обработки. После технического обоснования выбранного материала и технологии термической обработки детали следует обосновать экономическую целесообразность его применения.

Механические свойства материалов являются одним из важнейших критериев при выборе их для деталей машин. К основным механическим свойствам относят прочность, пластичность, твёрдость, ударную вязкость.

Данная деталь относится к телу вращения, изготовлена из стали 45 ГОСТ 1050-88, химический состав приведён в таблице 1.1, физические свойства в таблице 1.2.

 

Таблица 1.1 - Химический состав стали 45,%

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	Cu	Fe
0,42-0,50	0,17-0,37	0,50-0,80	≤ 0,25	≤ 0,04	≤ 0,035	≤ 0,25	≤ 0,25	≈ 97

 

 

 

 

Таблица 1.2 - Физические свойства стали 45

σв	σт	I	С	R, 109
Мпа	Мпа	Вт/(м·град)	Дж/(кг·град)	Ом/м
750	640	48	473	210

 

а) Масса детали - 0,12 кг;

б) Годовая программа выпуска - 25000 штук;

в) Объём - 13,2 см3;

г) Габаритные размеры:

1) Ø60 мм;

2) Длина 45 мм;

д) Конструктивные элементы детали начиная с левого торца:

1) Цилиндрической  части Ø60 мм и длиной 16 мм;

2) Цилиндрической части Ø52 мм и точностью размера по квалитету h7 с шероховатостью поверхности Ra 0,63 длиной 26 мм;

е) Имеется центральное сквозное отверстие  Ø40 мм и точностью размера по квалитету Н9 с шероховатостью поверхности Ra 1,25;

ж) В центральном отверстии имеется выточка Ø42 мм и точностью размера по квалитету Н11 на длине 5 мм;

з) На Ø60 имеются две, параллельно расположенные, лыски на расстоянии 40 мм под углом 45°;

и) На осевом Ø50 располагаются 5 отверстий  Ø3 мм и точностью размера по квалитету Н11 на глубине 10 мм;

к) На лыске имеется отверстие с резьбой М4-7Н расположенное под углом 45°;

л) На чертеже детали имеются дополнительные требования:

1) К поверхности  левого торца, допуск параллельности которого, не должен превышать 0,02 мм от базовой поверхности В (правый торец); 

2) К  Ø40Н9 мм, допуск соосности которого, не должен превышать 0,05 мм от базовой поверхности Г (Ø52h7);

м) Неуказанные предельные отклонения: H14, h14, ±IT14/2;

н) Неуказанные размеры радиусов: R1,0 мм;

о) Твёрдость: HВ 220…230;

п) Покрытие торцевых поверхностей: Эмаль Пф115 (серый) ГОСТ 6465-76;

р) Остальные ТТ по ГОСТ 12509-75;

с) Неуказанная шероховатость Ra 12,5.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Определение  и характеристика типа производства

 

Тип производства - совокупность организационно-технических и экономических характеристик и особенностей сочетания факторов и элементов организации производства, обусловленных номенклатурой, масштабом и регулярностью выпуска продукции.

В свою очередь, номенклатура и масштаб выпускаемой продукции определяют уровни концентрации, специализации, кооперирования и комбинирования производства.

Для определения типа производства можно использовать годовой объём выпуска детали и её массу. При массе детали 0,12 кг и программе выпуска 25000 штук, определяем тип производства, как - среднесерийное.

 

Таблица 2.1 - Зависимость типа производства от объёма выпуска (шт.) и массы детали (кг)

Масса детали, кг	Типы производства
	единичное	Мелко-серийное	Средне-серийное	Крупно-серийное	массовое
<1,0	<10	10-2000	1500-100 000	75 000-200 000	200 000
1,0-2,5	<10	10-1000	1000-50 000	50 000-100 000	100 000
2,5-5,0	<10	10-500	500-35 000	35 000-75 000	75 000
5,0-10	<10	10-300	200-25 000	25 000-50 000	50 000
>10	<10	10-200	200-10 000	10 000-25 000	25 000

 

Среднесерийное производство характерно тем, что изделия выпускаются довольно крупными сериями ограниченной номенклатуры; серии повторяются с известной регулярностью. За рабочими местами закреплена более узкая номенклатура операций.

Оборудование универсальное и специальное, вид движения предметов труда - параллельно-последовательный. Заводы имеют развитую производственную структуру, заготовительные цехи специализируются по технологическому принципу, а в механосборочных цехах создаются предметно-замкнутые участки.

Особенности среднесерийного производства обусловливают экономическую целесообразность выпуска продукции по циклически повторяющемуся графику. При этом возникают необходимые условия для установления строгого порядка чередования изделий в цехах, на производственных участках и рабочих местах.

Относительно большие размеры программ выпуска однотипных изделий, стабильность конструкции, унификация деталей позволяют использовать для их изготовления наряду с универсальным оборудованием, специальную оснастку. Широко используются станки с ЧПУ, обрабатывающие центры, находят применение гибкие автоматизированные системы станков с ЧПУ, связанными транспортирующими устройствами и управляемых с помощью ЭВМ.

Так как в среднесерийном производстве применяется большое количество сложного оборудования и специальной оснастки, наладка оборудования осуществляется специальными рабочими-наладчиками.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Отработка конструкции детали  на технологичность

 

Под технологичностью конструкции изделия понимают совокупность свойств конструкции, обеспечивающих изготовление и эксплуатацию изделия (в том числе ремонт и техническое обслуживание)  по наиболее эффективным технологиям и с наименьшими производственными затратами.

Основной задачей решаемой при анализе технологичности конструкции обрабатываемой детали, является возможное уменьшение трудоемкости и металлоёмкости, возможность обработки детали высокопроизводительными методами. Совокупность свойств изделия, определяющих приспособленность его конструкции к достижению оптимальных затрат ресурсов при производстве и эксплуатации для заданных показателей качества, объёма выпуска и условий выполнения работ, представляет собой технологичность конструкции изделия

Анализ технологичности является одним из обязательных этапов в разработке технологического процесса, от которого зависят его основные технико-экономические показатели:

1. Металлоёмкость;
2. Трудоёмкость;
3. Себестоимость.

В соответствии с ГОСТ 14.301-83 технологический процесс разрабатывается для изготовления изделий, конструкции которых отработаны на технологичность. Отработка конструкции на технологичность направлена на повышение производительности труда, снижение затрат и снижение времени на проектирование, технологическую подготовку производства, изготовление, технологическое обслуживание и ремонт изделия при обеспечении необходимого качества изделия.

 

Таблица 3.1 - Параметры основных размеров и степень их унификации

№	Размер, мм	Квалитет	Шероховатость, Ra	Унификация
1	Ø60	h14	3,2	+
2	Ø52	h7	0,63	-
3	Ø42	h11	1,25	+
4	Ø40	H9	1,25	+
5	Ø3	H11	12,5	+
6	42	h14	2,5	+
7	40	h10	12,5	+
8	26	h14	1,6	+
9	10	h14	12,5	+

Оценку технологичности конструкции детали производят по количественным и качественным показателям.

а) Количественная оценка технологичности

1) На основе таблицы 3.1 произведём расчёт коэффициента унификации конструктивных элементов детали

(3.1)

где Qэ.у - число унифицированных элементов детали, шт.;

Qэ - общее число конструктивных элементов детали, шт.;

 

Данный результат унифицированности детали соответствует стандартам технологичности (ГОСТ 14.202-73).

 

2) Рассчитаем коэффициент точности обработки по формуле:

(3.2)

где Qтч.н - число размеров необоснованной степени точности обработки, шт.;

Qтч.о - Общее число размеров, подлежащих обработке, шт.;

 

Данный результат точности обработки детали соответствует стандартам технологичности (ГОСТ 14.202-73).

 

3) Рассчитаем коэффициент шероховатости поверхности детали по формуле

(3.3)

где Ош.н - число поверхностей детали не обоснованной шероховатости, шт.;

Ош.о - общее число размеров подлежащих обработке, шт.;

 

Данный результат шероховатости поверхности детали соответствует стандартам технологичности (ГОСТ 14.202-73).

 

б) Качественна оценка технологичности

Качественная оценка технологичности конструкции детали указывается словами «хорошо-плохо», «допустимо-недопустимо» и т.д.

1) На чертеже данной детали указаны все достаточные и необходимые размеры для однозначного представления о конструкции данной детали, не имеет лишних размеров;

2) Содержаться все необходимые сведения о материале детали, термической обработки, массе детали и др.;

3) На чертеже детали указана вся необходимая шероховатость исполнительных поверхностей изделия;

4) Чертежом детали оговорены технические требования, неуказанные предельные отклонения, допуски отклонения формы и расположения;

 

 

Вывод: полученные значения различных показателей технологичности конструкции объективно свидетельствует о том, что данная деталь является технологичной в изготовлении (по наиболее эффективным технологиям с наименьшими производственными затратами) и эксплуатации. В результате качественной оценки изделия на технологичность делаем вывод о том, что данный вариант технологических решений наиболее приближены к требованиям оптимальных технологических процессов. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 Определение вида исходной  заготовки и его технико-экономическое  обоснование. Расчёт размеров заготовки

 

Вид заготовки и способ её получения оказывает существенное влияние на характер технологического процесса, трудоёмкость и экономичность обработки. Выбор способа получения заготовки непосредственно зависит от конструкции и материала детали, её размеров, требований к точности, объёма производства и других факторов. Исходя из необходимости максимального приближения формы и размеров заготовки к параметрам готовой детали, следует применять прогрессивные методы и средства получения заготовок. К ним например можно отнести литьё по выплавляемым моделям, литьё в оболочковые формы, литьё под давлением, штамповка в закрытых штампах, периодический прокат, профильный прокат и др. Прогрессивные виды получения заготовок обеспечивают снижение затрат на механическую обработку и повышают качество конечной продукции.

Из чертежа детали видно, что это деталь типа вращения с внутренним отверстием. Такую заготовку небольшой массы можно получить штамповкой или прокатом.

Рассмотрим два наиболее предпочтительных варианта получения заготовки:

а) Штамповка:

1) Рассчитаем  массу заготовки по формуле

,    (4.1)

где Кр - коэффициент для определения ориентировочной расчётной массы штамповки (3,табл.1.13); Кр=1,4;

mд - масса детали, кг;

Полученные числовые значения подставляем в формулу

 

 

2) Определение коэффициента использованного материала

(4.2)

 

б) Прокат:

1) Расчёт массы заготовки по формуле 

(4.3)

где V - расчётный объём заготовки, см3; V=192 см3;

q - плотность материала, q=7,8 г/см3;

Полученные числовые значения подставляем в формулу

 

2) Определение коэффициента использованного материала

(4.4)

 

По данным расчётов делаем вывод, что лучше всего использовать тип заготовки - штамповка, так как данный тип наиболее экономически выгоден.

Объёмная штамповка отличается высокой производительностью, по сравнению с другими методами обработки, благодаря высоким скоростям обработки и одновременному деформированию всего объёма заготовки или его части. Помимо высокой производительности штамповка обеспечивает получение заготовки с высокой точностью размеров. Она позволяет заметно уменьшить расход металла на изготовление детали и снизить трудоёмкость

при последующее обработки резанием. Кроме того штамповка обеспечивает получение высокого качества поверхности заготовки и может  обеспечивать получение заготовок  сложной формы.

 

 

 

 

Исходные данные для расчёта:

а) Штамповочное оборудование - КГШП (кривошипный горячештамповочный пресс). Нагрев заготовок индукционный. Штамповка закрытая;

б) Масса штамповки - 0,17 кг;

в) Класс точности - Т3     (3,табл.1.1);

г) Группа стали - М2     (3,стр.3);

д) Степень сложности  - С1    (3,стр.4-5);

е) Конфигурация поверхности разъёма штампа - П (плоская);

ж) Исходный индекс - 6    (3,табл.1.2);

з) Основные припуски на размеры    (3,табл.1.3):

1) 1,0 - Ø60 мм и шероховатостью поверхности Ra=12,5 мкм;

2) 0,9 - Ø52 мм и шероховатостью поверхности Ra=0,63 мкм;

3) 1,0 - Ø40 мм и шероховатостью поверхности Ra=1,25 мкм;

4) 0,8 - высота 42 мм и шероховатостью поверхности Ra=1,25 мкм;

5) 0,7 - толщина 16 мм и шероховатостью поверхности Ra=12,5 мкм;

и) Штамповочный уклон:

1) На наружной поверхности - не более 5°, принимаем  5°;

2) На внутренней  поверхности - не более 7°, принимаем  7°;

к) Размеры штамповки, мм:

1) Ø60+(1,0+0,3)×2=62,6 мм;

2) Ø52+(0,9+0,3)×2=54,4 мм;

3) Ø40-(1,0+0,3)×2=37,4 мм;

4) Высота  детали 42+(0,8+0,3)×2=44,2 мм;

5) Толщина  ободка 16+(0,7+0,3)×2=18 мм;

л) Радиус закругления наружных и внутренних углов - 1,6 мм (минимальный), принимаем 2,0 мм   (3,табл.1.7);

 

 

м) Допускаемые отклонения размеров, мм  (3,табл.1.8):

1) ;

2) ;

3) ;

4) ;

5) ;

н) Допускаемое смещение по поверхности разъёма штампа 0,6 мм

(3,табл.1.9);

 

Чертёж заготовки  с размерами и допускаемыми отклонениями проставлены на чертеже заготовки (Приложение А).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 Выбор оборудования и его  обоснование

 

Выбор оборудования является одной из важнейших задач при разработке технологического процесса механической обработки детали. От правильного выбора зависит производительность, экономное использование площадей, механизации и автоматизации ручного труда, электроэнергии и, в итоге, себестоимость изделия.

При выборе станочного оборудования учитывается следующее: характер производства, методы достижения заданной точности при обработке, соответствие станка размерам детали, мощность станка, удобство управления и обслуживания станка, габаритные размеры и стоимость станка, возможность оснащения станка высокопроизводительными приспособлениями и средствами механизации и автоматизации, кинематические данные станка, а также наличие имеющегося оборудования.

Перечень используемого оборудования и его характеристики приведены в таблице 5.1

 

Таблица 5.1 - Технические характеристики используемых станков

№	Наименование станка	Модель	Диапазон частот вращения, мин-1	Диапазон подач, мм/об	Мощность, кВт	Габариты, мм	Масса, кг
1	Токарный с ЧПУ	16К20Ф3	12,5-2000	0,03-3,2	10,0	3360/1710/ 1750	4000
2	Фрезерный	ИР500МФ4	21,2-3000	1-2000 мм/мин	14,0	6000/3700/3100	12500
3	Кругло-шлифовальный	3У131М	40-500	0,0025-0,025	5,5	5500/2585/1982	5960

 

 

6 Формирование маршрутного технологического  процесса изготовления детали 

 

6.1 Выбор и обоснование технологических  баз

 

Выбор технологических баз решается одновременно с выбором метода получения заготовки. Первые операции - создание чистовых баз для чего в заготовке предусматриваются черновые поверхности.

Выбор схемы базирования зависит от конструкторских и технологических требований. Выбранная схема в значительной степени предопределяет последовательность обработки, конструкцию приспособления, достижение заданной точности, производительность.

При разработке технологического процесса для каждой операции выбирается исходные (определенные) базы и проставляются исходные, (операционные) размеры. Это наиболее ответственный этап разработки технологического процесса и проектирования приспособлений.

При выборе баз руководствуются следующими рекомендациями: соблюдение принципа единства баз, т.е. по возможности обеспечивать совмещение технологической и конструкторской баз. Это значит задавать положение обрабатываемой поверхности по возможности теми же размерами, которые проставлены на чертеже детали.

Отступление от этих правил приводит к ужесточению допусков на исходные размеры, так как вместо конструкторских размеров приходится вводить технологические размеры, на которые назначаются меньшие допуски. Во-вторых, технологическая база, по возможности, должна обеспечивать неизменность положения заготовки в процессе её обработки, т.е. должна быть постоянной.

 

обработки зубчатых, шлицевых и других фасонных поверхностей.

Способ базирования заготовки (детали) определяется, в основном, её формой. Используются типовые способы базирования заготовок

  Выбор черновых и чистовых баз для всех операций представлен в таблице 6.1.

 

6.2 Выбор  методов и количества необходимых  переходов обработки

 

Задачей любого технологического процесса механической обработки заготовки является превращение исходной заготовки в готовую деталь, к которой предъявляются требования, определяемые чертежом детали. На данном этапе разработки технологического процесса выбираются методы обработки каждой поверхности заготовки, и определяется количество необходимых переходов.

Как правило, для обработки любой поверхности возможно применение нескольких альтернативных методов. Выбор того или иного варианта обработки определяется следующими факторами:

- Видом поверхности;

- Требуемой точностью обработки;

- Типом производства;

- Степенью доступности поверхности;

- Размерами поверхности;

- Соотношением размеров поверхности.

Наиболее существенным фактором является вид поверхности. Для обработки наружных цилиндрических поверхностей используются: точение, круглое наружной шлифование и другие методы. Для обработки отверстий применяются: сверление, зенкерование, развертывание, растачивание и др. Обработка плоских поверхностей производится фрезерованием, строганием, плоским шлифованием и др. Специфические методы используются для обработки зубчатых, шлицевых и других фасонных поверхностей.

Чем точнее поверхность, тем более точный метод следует применять для ее обработки. Например, для обработки отверстия по 12 квалитету точности достаточно применить сверление или черновое растачивание, для обработки отверстия по 7 квалитету точности следует применять развертывание или тонкое растачивание.

Выбор количества необходимых переходов для всех операций представлен в таблице 6.1.

 

6.3 Определение последовательности  обработки