Проектування операцій механічної обробки поверхонь деталі

УДК 621.81.001

Инв. № _____

 

Міністерство освіти і  науки України

Національний аерокосмічний  університет ім. Н.Є.Жуковського

«ХАІ»

 

 

 

Кафедра 204

 

 

Пояснювальна  записка до курсового проекту

 

На тему: «Проектування  операцій механічної обробки поверхонь  деталі»

 

З дисципліни: «Методи  і параметри формоутворення поверхонь  деталей авіаційних двигунів»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Харків 2011

 

 

Задание на проектирование

 

В данном курсовом проекте  необходимо разработать технологический процесс изготовления детали типа вал-шестерня.

Размеры изготавливаемой  детали

вариант 27;

 

Материал: 38Х2Н2МА а ;

m=2;

z=30;

ХТО: азотирование

 

 

Рисунок 1 – Эскиз изготавливаемой  детали

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                          Содержание 

 

Введение…………………………………………………………………………..

1.Идентификация материала  детали……………………………………………..

      1.1 Анализ  детали на технологичность…………………………………...…

2. Формирование плана  обработки………………………………………………

      2.1 Расчёт  необходимого числа переходов………………………………….

      2.2 Определение  операционных размеров…………………………………..

      2.3 Формирование плана обработки детали……………………………….

3  Проектирование токарных  операций………………………………………..

      3.1 Черновой этап……………………………………………………………

      3.2 Азотирование…………………………………………………………….

      3.3 Получистовой этап………………………………………………………

      3.4 Чистовой  этап……………………………………………………...…….

      3.5 Режимы  резания при точении…………………………………………..

           3.5.1. Режимы резания при черновом точении…………………………

           3.5.2. Режимы резания при чистовом точении…………………………

4. Проектирование операций  обработки диаметральных отверстий………...

      4.1 Проектирование  операции сверления и развертывании………………

      4.2 Расчет  режимов резания при сверлении и развертывании…………....

          4.2.1  Расчет режимов резания при сверлении…………………………..

          4.2.2 Режимы резания при нормальном развёртывании………………..

          4.2.3  Режимы резания при точном развёртывании…………………….

5. Проектирование фрезерной операции……………………………………….

6 Проектирование операции зубодолбления шлицев…………………………

7 Проектирование операции  обработки зубьев………………………………..

8 Проектирование операции  нарезания резьбы………………………………..

9 Операция зубошлифования …………………………………………………..

Заключение……………………………………………………………………….

Литература……………………………………………………………………….

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                         Введение

 

В настоящее время разработка, производство авиационных двигателей являются самой трудоемкой  областью машиностроения. Здесь применяются  новые методы обработки и изготовления  деталей, которые входят в состав газотурбинного двигателя. Эффективность  технологического процесса существенно  зависит от рационального назначения припусков на обработку. Чрезмерные припуски влекут за собой перерасход материала заготовки, требуют дополнительных технологических переходов, увеличивая тем самым расход режущего инструмента, электроэнергии и трудоемкость обработки. Но и необоснованно заниженные припуски  не обеспечивают удаления дефектной  части поверхностного слоя и достижения заданной точности. В соответствии с общими правилами разработки технологических  процессов комплексу задач размерного анализа предшествуют такие важнейшие  этапы, как выбор вида исходной заготовки, метода ее изготовления и технологических  баз, разработка  технологического маршрута обработки, а также выбор  средств технологического оснащения. Это позволяет обоснованно подходить  к размерным расчетам с учетом всех особенностей конкретного технологического процесса.

Данная работа является первым пробным описанием технологического процесса изготовления детали. Целью  данного проекта является приобретение и закрепление навыков в разработке технологических процессов.

В данной работе представлен  расчет режимов резания и проектирование операций обработки детали типа вал-шестерня. Получение этой детали осуществляется на станках различных групп с  достижением различных шероховатостей и точности поверхностей.

 

1 ИДЕНТИФИКАЦИЯ  МАТЕРИАЛА ДЕТАЛИ

 

Материал: 38Х2Н2МА а ;

 

Таблица 1 – Химический состав.

Химический элемент

%

Кремний (Si)

0.17-0.37

Марганец (Mn)

0.25-0.50

Медь (Cu), не более

0.30

Молибден (Mo)

0.20-0.30

Никель (Ni)

1.30-1.70

Сера (S), не более 

0.025

Углерод (C)

0.33-0.40

Фосфор (P), не более 

0.025

Хром (Cr)

1.30-1.70


 

          Таблица 2 – Назначение материала.

Вид поставки

Сотовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 4543-71, ГОСТ 2590-71, ГОСТ 2591-71, ГОСТ 2879-69. Калиброванный пруток ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 1051-73. Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 14955-77. Полоса ГОСТ 103-76. Поковки и кованые заготовки ГОСТ 1133-71, ГОСТ 8479-70. Трубы ОСТ 14-21-77.

Назначение

Валы, шатуны, болты, шпильки  и другие крупные особо ответственные  тяжелонагруженные детали сложной конфигурации, применяемые в улучшенном состоянии.



 

Таблица 3 – Технологические  свойства.

Температура ковки

Начала 1200, конца 800. Охлпждение медленное.

Свариваемость

не применяется для  сварных конструкций.

Склонность к  отпускной способности

не склонна 

Флокеночувствительность

чувствительна



 

 

1.2 Анализ детали на  технологичность

 

Вал механизма является базовой  деталью. Вал установлен на подшипниках  скольжения, которые закреплены в  стойках корпуса.

Вид изделия, условия работы вала указывают, что деталь технологична в условиях единичного производства так как:

-на чертеже детали  все размеры соответствуют ряду  нормальных линейных размеров;

-линейные размеры проставлены  от единой базы, что обеспечивает  автоматическое получение размеров;

-обеспечен доступ по  всем элементам детали для  обработки и измерения;

-форма и размеры поверхностей  могут быть получены стандартным  инструментом (резец прямой проходной,  резец отрезной и т.п.);

-обработка всех поверхностей  и их элементов может быть  осуществлена по типовому технологическому  процессу.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 ФОРМИРОВАНИЕ ПЛАНА ОБРАБОТКИ

 

2.1 Расчёт необходимого  числа переходов

 

Таблица 2.1.1 – Расчет потребного числа переходов[4,т 13, с.33]

№ пов-ти

 

Ø

Деталь

Заготовка

 

Rzдет

 

Rzзаг

 

nт

 

nш

 

nпр

квалитет

Тдет

квалитет

Тзаг

1

26

9

52

13

330

20

40

1.74

0.75

2

2

28

12

210

13

330

20

40

0.42

0.75

1

3

24

8

33

13

330

3.2

40

3.21

3.99

4

7

30

9

52

13

330

20

40

1.74

0.75

2

9

65

9

74

13

490

3.2

40

1.77

2.75

3

10

6

9

30

13

180

8

40

1.68

1,75

2

12

38

7

25

13

390

20

50

2.5

0.99

3


 

Количество ступеней обработки  определяем с учетом двух критериев: шероховатости и точности.

Количество ступеней обработки  с учетом точности на пример для пов.2:

                                    (1.1)

Количество ступеней обработки  с учетом шероховатости:

                                    (1.2)

           где:  – допуски по квалитетам для детали и заготовки;

                   – шероховатости поверхностей заготовки и детали.

          Из двух полученных выбираем  большее число ступеней обработки  и округляем его в сторону  возрастания до целого значения.

Далее производим распределение  точности и шероховатости по ступеням обработки.

Аналогично производим расчет для остальных поверхностей.

 

2.2 Определение операционных  размеров

 

С помощью планов обработки  элементарных поверхностей определяют операционные размеры. Припуски на обработку  выбираем по нормативам, руководствуясь [ 2,п 5.1, с.12; 4, т.5.5, с.15]

 

Таблица 2.2.1- Поверхность № 1   Ø 26  H9 Ra5 = Rz 20

Переходы

Квалитет

Шероховатость Rz

Номинальный припуск 2z

Операционный размер

КВ.

Т

Сверление

13

330

40

  

24+0,330

Растачивание черновое

10

84

30

1,2

25.2+0,084

Растачивание чистовое

9

52

20

0,8

26+0,052


 

Таблица 2.2.2- Поверхность № 2   Ø 28  H12 Ra5 = Rz 20

Переходы

Квалитет

Шероховатость Rz

Номинальный припуск 2z

Операционный размер

КВ.

Т

Сверление

13

330

40

  

26.8+0,330

Растачивание черновое

12

210

20

1.2

28+0,210


 

Таблица 2.2.3- Поверхность № 3   Ø 24  H8 Ra0.63 = Rz 3,2

Переходы

Квалитет

Шероховатость Rz

Номинальный припуск 2z

Операционный размер

КВ.

Т

Сверление

13

330

40

  

21.7+0,330

Растачивание

черновое

10

84

20

1,2

22.9+0,084

Растачивание

получистовое

9

52

6

0,8

23.7+0,052

Растачивание

чистовое

8

33

3,2

0,3

24+0,033


 

Таблица 2.2.4- Поверхность № 7   Ø 30  h9 Ra2 = Rz 10

Переходы

Квалитет

Шероховатость Rz

Припуск 2z

Операционный размер

КВ.

Т

Заготовка

13

330

100

    

Точение черновое

11

130

50

2

31.1-0,130

Точение получистовое

10

84

25

0.8

30.3-0,084

Точение чистовое

9

52

10

0.3

30-0,052


 

Таблица 2.2.5- Поверхность № 9   Ø 64  h9 Ra5 = Rz 20

Переходы

Квалитет

Шероховатость Rz

Припуск 2z

Операционный размер

КВ.

Т

Заготовка

16

1900

100

    

Точение черновое

13

460

60

2.5

65.3-0,460

Точение получистовое

10

120

40

0.9

64.40,120

Точение чистовое

9

74

20

0.4

64-0,074


 

Таблица 2.2.6- Поверхность № 10  Ø 6  Н9 Ra2,5 = Rz 10

Переходы

Квалитет

Шероховатость Rz

Припуск 2z

Операционный размер

КВ.

Т

Заготовка

13

180

40

  

4+0,018

Сверление

12

120

20

1.3

5.3+0,012

Развертывание предвари -тельное

10

48

15

0.5

5.8+0,048

Развертывание оконча -тельное

9

30

10

0.2

6+0,03


 

Таблица 2.2.7- Поверхность № 12  Ø 38  h7 Ra0.63 = Rz 3.15

Переходы

Квалитет

Шероховатость Rz

Припуск 2z

Операционный размер

КВ.

Т

Заготовка

13

390

50

    

Точение черновое

12

250

25

2.2

39.7-0,250

Точение получистовое

11

160

15

0.9

38.8-0,160

Точение чистовое

9

62

10

0,6

38.2-0,062

Шлифование черновое

7

25

5

0,2

38-0,025


 

 

 

 

2.3 Формирование плана обработки детали

                                                                                   

               

 

                                        Рисунок 2 – Эскиз нумерации поверхностей

 

Этап черновой

005. Токарная

010. Токарная

Этап химико-термической  обработки

015. Азотирование 

Этап получистовой

020. Токарная

025. Токарная

Этап чистовой

030. Токарная

035. Токарная

040. Сверлильная

045. Фрезерная

050. Зубодолбежная

055. Зубофрезерная

          060  Резьбонарезная

Этап отделочный

060. Зубошлифовальная

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТОКАРНЫХ ОПЕРАЦИЙ

 

Заготовительный этап

Учитывая назначения и условия  работы детали, её конфигурацию и свойства материала и тип производства (серийное), а также типовые рекомендации целесообразно выбирать в качестве метода получения заготовки горячую штамповку.

Штамповка – придание заготовке  требуемой формы путем пластической деформации. Различают холодную и  горячую штамповки.

Холодная штамповка применяется  для тонкостенных, листовых  изделий.

Горячая объемная штамповка – это  такой метод обработки металла  давлением, при котором формообразование производится в горячем состоянии.

Преимущества:

    • высокая точность детали;
    • минимальные припуски;
    • высокая производительность.

К недостаткам относится необходимость  изготовления индивидуальных штампов.

     Для изготовления  заготовки выбираем штамповку  в закрытых штампах на кривошипном  прессе.

Предположительная конфигурация заготовки  с учетом метода получения показана ниже.

Плоскость разъёма штампа проходит через наибольшее сечение заготовки, что облегчает заполнение штампа и позволяет контролировать перемещение  плоскостей штампа.

Черновой этап – обработка всех основных поверхностей предварительно, так как диаметр заготовки  больше 50 мм и материал заготовки  улучшенный, то делается термообработка (закалка и отпуск – для снятия напряжения). При этом заготовка  имеет 16 квалитет точности и шероховатость  Rz 100.

Чистовой этап – обрабатывание  всех основных и вспомогательных  поверхностей, окончательно кроме особо  точных и особо чистых(а также идет операции по нарезанию зубьев, шлиц и сверление отверстий, фрезерование пазов); при этом достигается 8 – 10 квалитет точности и шероховатость Rz 10.

Отделочный этап – окончательная  обработка особо точных и чистых поверхностей(притирка, доводка, хонингование); во время этого этапа квалитет точности 5- 6, а шероховатость Ra 0,16...0,32.

Обработка точением осуществляется в 3 этапа: черновой, получистовой и чистовой.

 

                            

                                             Рисунок 3 - Эскиз заготовки

 

 

3.1 Черновой этап

 

005 Токарная

                           

 

  1. Подрезать торец 8

2.  Точить поверхность  7 и подрезать торец 6.

3.  Точить поверхность  9

 

Рисунок 4 – Эскиз к  токарной операции 005

 

 

Выбор режущего инструмента

 

Резец токарный подрезной  отогнутый правый с пластиной  из твёрдого сплава Т5К10 (по ГОСТ 18880-73). Эскиз резца изображен на рисунке 5.

 

                                  

 

Рисунок 5 – Резец токарный подрезной отогнутый правый с  пластиной из твердого сплава ГОСТ 18880-73

 

010 Токарная

 

           

1. Подрезать торец 4

2. Точить поверхность  12 и подрезать торец 5

3. Сверлить отверстие  1

4. Расточить поверхность  3.

 

Рисунок 6 - Эскиз к токарной операции 010

 

 

 

Выбор режущего инструмента

 

Расточной резец с пластиной из твёрдого сплава Т5К10. Для глухих отверстий (по ГОСТ 18063-72). Эскиз резца изображен на рисунке 7.

 

 

Рисунок 7 - Резец расточной с пластиной из твердого сплава Т5К10 со стальным хвостовиком ГОСТ 18063-72

Использовать спиральное сверло Ø21.7 мм из быстрорежущей стали с коническим хвостовиком по ГОСТ 12121-77. Материал сверла Р6М5К5.

Рисунок 8 - спиральное сверло

из быстрорежущей стали  с коническим хвостовиком из быстрорежущей  стали Р6М5К5 по ГОСТ 12121-77

 

 

3.2 Азотирование

         

           015 Химико-термическая обработка

3.3 Получистовой этап

020 Токарная

                 

 

1. Точить канавку 2

2. Точить поверхность  7 и подрезать торец 6

3. Точить поверхность  9

 

Рисунок 9 - Эскиз к токарной операции 020

 

Выбор режущего инструмента

 

Выбираем канавочный резец с пластинами из быстрорежущей стали Р6М5К5 для точения канавок в отверстиях ГОСТ 18876-73. Эскиз резца изображен на рисунке 10.

 

Рисунок 10 - Резец канавочный с пластиной из быстрорежущей стали Р6М5К5

                                                      ГОСТ 18876-73

 

 

 

 

025 Токарная

                         

1. Точить поверхность 12 и подрезать торец 5

 

Рисунок 11 - Эскиз к токарной операции 025

 

3.4 Чистовой этап

 

030 Токарная

 

 

             

1. Точить поверхность  7

2. Расточить отверстие  1

3. Точить поверхность 9

4. Снять фаски

 

 

Рисунок 12 - Эскиз к токарной операции 030

 

Выбор режущего инструмента

Выбираем резец токарный проходной  отогнутый  резец  с пластиной из твердого сплава Т15К6 по (ГОСТ 18868-73). Эскиз резца изображен на рисунке 13.

 

Рисунок 13 - Резец токарный проходной отогнутый  резец  с пластиной из твердого сплава Т15К6 ГОСТ 18868-73

           035 Токарная

1. Расточить отверстие  3

2. Точить поверхность  2

3. Снять фаски

4. Точить канавку А

Рисунок 14 - Эскиз к токарной операции 035

 

 

Выбор режущего инструмента:

 

Для протачивания канавок  выберем канавочный резец по ОСТ 2И10-7-84, представленный на рисунке 15.

 

h=14 мм; b=14 мм; h1=14 мм; f=18 мм; l=100 мм.

 

 

Рисунок 15 - Резец токарный для обработки наружных угловых канавок (ОСТ 2И10-7-84).

 

3.5 Режимы резания при  точении

 

3.5.1. Режимы резания при черновом  точении

 

Поверхность  6 L=15 ; Rz = 2.52

 

1.Рассчитываем подачу[9, с.22]:

 

S`расч =

 

2.Скорость резания:

 

Cv = 350; x = 0,15; y = 0,35; m = 0,2 [2, табл. 17, с. 269]

T = 45 мин; t=2мм.

 

 

 

 

3.Поправочный коэффициент, учитывающий влияние физико-механических свойств на скорость резания:

 

 

КГ = 0,7; nv = 1,25 [2, табл. 2, с. 262]

 

4.Поправочный коэффициент, учитывающий влияние состояния поверхности заготовки (заготовка-поковка):

Kпv = 1 [2, т.5, с.263]

5. Поправочный коэффициент, учитывающий влияние инструментального материала:

Kuv = 1[2, т.6, с.263]

KφV=0,8; Kφ1V =1 [2, т. 18, с.271]

 

Расчётная частота вращения шпинделя станка:

 

 

 

6. Определение сил резания  [2, т.23, с.275]:

 

Сила\Коэффициент

Kφp

Kγp

Kλp

Pz

1,08

1,0

1,0

Py

1,3

1,0

1,0

Px

0,78

1,0

1,0


 

Значения коэффициента Сp и показателей степени [2, т.22, с.273]:

 

Составляющая сила

Сp

x

y

n

Pz

300

1,0

0,75

-0,15

Py

243

0,9

0,6

-0,3

Px

339

1,0

0,5

-0,4


 

n=0,75 [2, т.9, с.264]

 

 

 

 

 

,

где:  Ср – коэффициент и показатели степени: x, y, n приведены в работе  [2, т.41, с.291]

 

.

 

7. Эффективная мощность  резания:

 

.

 

Выбираем токарный станок 16Б16А.

 

Технические характеристики станка 16Л20

Размеры, мм

Наибольший диаметр обрабатываемой заготовки:

          над станиной……………………………………………………………..…400

          над суппортом………………………………………………………………210

Наибольшая длинна прутка обрабатываемой заготовки…….…........................500

Частота вращения шпинделя, об/мин…………………………………….…16-1600

Число скоростей шпинделя………………………………………………..………21

Подача суппорта, мм/об:

          продольная………………………………….……………………….…0,05-2,8

          поперечн………………………………………………………..…..…0,025-1,4

Число ступеней подач……………………………………………………….…..…20

Мощность электродвигателя главного движения……………………….………3,8

 

:

 

 

 

n1

n2

n3

n4

n5

n6

n7

n8

n9

n10

16

20.14

25.35

31.92

40.18

50.59

63.69

80.18

100.93

127.07

n11

n12

n13

n14

n15

n16

n17

n18

n19

n20

n21

159.9

201.3

253.5

319.1

401.7

505.8

636.7

801.6

1009.1

1270.4

1600

Проектування операцій механічної обробки поверхонь деталі