Путь мастера

Введение

 

             Различные   материалы  обрабатывают  для  получения  нужных  предметов.Придание  материалу  необходимых  размеров,  формы,  свойств  достигается многими видами обработки.

            Механическая обработка − наиболее  распространённый технологический процесс обработки различных по форме деталей с заданными точностью и качеством поверхности. Обработка металлов режущими инструментами на станках в современном машиностроительном производстве занимает одно из главных мест в технологическом процессе изготовления изделий. Работа таких инструментов основана на использовании режущего клина. Клин, состоящий из двух поверхностей, сходящихся в острую кромку, может перемещаться относительно обрабатываемого куска металла-заготовки так, что одна поверхность клина будет давить на заготовку, а кромка разделять заготовку на две неравные части, меньшая из которых будет деформироваться, превращаясь в стружку. Такой процесс называется резанием. Взаимное перемещение режущего клина и заготовки осуществляется в металлорежущем станке, где инструмент или заготовка может устанавливаться в дополнительные устройства-приспособления. Получение новых поверхностей путём деформирования поверхностных слоёв материала с образованием стружки называется обработкой резанием.

            В зависимости от формы деталей,  характера обрабатываемых поверхностей и требований, предъявляемых к ним, их обработку можно производить различными способами: механическими − точением, сверлением, фрезерованием, строганием, протягиванием, шлифованием и др.; электрическими − электроискровым, электроимпульсным или анодно-механическим, а также ультразвуковым, электрохимическим, лучевыми и другими способами обработки.

           Процесс обработки металлов резанием  играет ведущую роль в машиностроении, так как точность форм и размеров и высокая частота поверхностей деталей машин и технологического оборудования обеспечивается в большинстве случаев только этой обработкой.

           Этот процесс успешно применяется  во всех без исключения отраслях промышленности. В основном обработка производится на металлорежущих станках, реже вручную или с помощью механизированных инструментов. 

1 Исходные данные по заданию

 

    Наименование  работы:

 Разработать технологический  процесс изготовления детали методом механической обработки.   Исходные данные по заданию приведены в таблице 1

 

Таблица 1

Чертеж    детали	Производст-венная программа, тыс. шт. В год	Материал	Вид обработки
Гайка	4000	Сталь 65	механическая

 

 

Химический  состав стали  65 по ГОСТ 1050-88 в таблице 2:

Таблица 2 

Марка стали	C,%	Si, %	Mn, %	S %	p,%
Ст65	0,57-0,65	0,17-0,37	0,5-0,8	≤0,040	≤0,035
	Cr,%	Ni,%	As,%	N,%	Cu,%
	≤0,25	≤0,25	≤0.08	≤0.008	≤0,25

 

 

 

 

 

Механические  свойства стали 65 по ГОСТ 1050-88 в таблице 3:

Таблица 3

σт,МПа	σВ,МПа	δв,%	Ψ,%
400	680	12	35

 

 

 

    

     

 

  Где  σ_{т  -}  предел текучести   

         σ_{В -}    временное сопротивление разрыву;

      δ_в -  относительное удлинение;

       Ψ -    относительное  сужение.

 

Технологические свойства стали 65 по ГОСТ 1050-88 в таблице 4:

                          Таблица 4

Температура ковки	Свариваемость	Склонность к отпускной хрупкости	Флокеночувствитель-ность	Коррозионнная стойкость
нач.         1200   кон.         800	Не применяется для сварных  конструкций. КТС с последующей термообработкой	Не склонна	малочувствительна	Низкая

 

 

        Температура критических точек стали:

 

Ас₁=725С⁰;Ас₃(Ac_m)=750C⁰;Ас₃(Arc_m)=745C⁰;Ar₁=690C⁰

 

 

 

Назначение:

    Цельнокатаные колёса вагонов,шпиндели,бандажи,диски сцепления,регулировочные шайбы,пружинные кольца амортизаторов и другие детали к которым предъявляются требования высокой прочности и износостойкости. Для данной детали из стали 65 вид термообработки будет следующим: принимаем закалку с охлаждением в воде. При этом скорость охлаждения V>=500°C/сек. Производим нагрев стали до Т=750°С. Выдержка при данной температуре необходима для того, чтобы аустенит перешёл в мартенсит. Затем производим быстрое охлаждение с указанной выше скоростью. Получаем сорбит закалки. Далее производим низкий отпуск: нагрев до Т=150°С  с выдержкой и последующим охлаждением на воздухе.

 

         

 

 

 

 

Схема термообработки следующая

 

        Т,°С                  

      Тзак       ………                     750°С               

 

 

 

 

        Тотп       …………………………….                  150 °С

 

 

 

 

t, c

                    Рисунок 1 Схема термообработки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Тип производства, количество деталей в партии

 

В зависимости от размера производственной программы, сложности и трудоемкости изготовляемых деталей (изделий) различают три типа (вида) производства: единичное, серийное,  массовое.                                                                                                                                                                         Условно можно отнести к тому или иному типу производства обработку

   деталей заданного типоразмера  на основании таблицы 4.

Таблица  4 Типы производства      

Тип производства	Количество  обрабатываемых деталей в год
	крупных более 5 кг	средних от 5 до 20 кг	мелких до 5 кг
Единичное	До 5	До 10	До 100
Серийное	Свыше 5 до 1000	5000	Свыше 100 до 50000
Массовое	Свыше 1000	Свыше 10 до Свыше 5000	Свыше 50000

 

               Определим массу детали по формуле (1)

 

                                                         m=rV,                                                            (1)

 

где    m – масса детали, кг;

r – плотность стали кг/ м³;                

V – объем детали м³.

                        

 

                 Для стали принимаем r=7,8 кг/ мм³ , v=769,23 мм³.

 

                                 m =7,8·769,23=6 кг

 

          

 

 

 

 

 

 По таблице 4 определили тип производства. Так как масса детали больше 5 кг и производственная программа 4000 деталей,  то тип производства – серийное.

        Серийное производство  – изделия изготавливаются или  обрабатываются партиями (сериями), состоящими из однотипных деталей  одинакового размера, запускаемых в производство одновременно. В зависимости от количества изделий в партии и их трудоемкости изготовления серийное производство подразделяют на мелкосерийное, среднесерийное и крупносерийное, определяемое ориентировочно по таблице 5.

 

Таблица 5 Виды производства

Вид производства	Количество изделий в партии
	Крупных	Средних	мелких
Мелкосерийное	2 – 5	6 – 25	10 – 50
Срелнесерийное	6 – 25	25 – 150	51 – 300
Крупносерийное	Свыше 25	Свыше 150	Свыше 300

 

 

             Количество деталей в партии  можно определить по формуле  (2)

 

                                                          n =         ,                                                             (2)

 

               где N ─ годовая программа выпуска деталей ;

                      t ─ число дней, на которые необходимо иметь запас готовых деталей для бесперебойной работы цеха ;

                     Ф ─ число рабочих дней в  году .

               Принимаем N = 4000, t = 2, Ф = 253 .

                                                             , шт      принимаем n = 32 деталей.

               

 

            По таблице 5 определили, что вид производства ─ среднесерийное.             

 

 

 

 

3 Вид заготовки и припуски на обработку

 

   Заготовкой называется предмет  производства, из которого изменением  формы, размеров, качества поверхностей  и свойств материала изготавливают  требуемую деталь. Выбор вида  заготовки зависит от материала,  формы и размера, её назначения, условий работы и испытываемой нагрузки, от типа производства.

 Припуски на обработку приведены  в таблице 6.

 

Таблица 6 Припуски и допуски на обработку.

Размер детали, мм	Припуски, мм	Допуски, мм	Размер заготовки, мм
121	4	+0,3 ─0,5	125,3
90	4	+0,9 ─2,5	94,9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 Структура технологического процесса

           

           Технологической операцией называется  часть технологического процесса, выполняемая на одном рабочем месте, в частности, при обработке резанием на одном станке. Если после обработки части поверхностей заготовка передаётся на другое рабочее место, а затем возвращается на тот же станок, то дальнейшая обработка на нём составит следующую операцию.

            Позицией называется фиксированное  положение, занимаемое неизменно  закреплённой обрабатываемой заготовкой  совместно с приспособлением  относительно инструмента или неподвижной части операции.

            Технологическим переходом называется  законченная часть операции, выполняемая одним и тем же инструментом при постоянной поверхности, образуемой обработкой, технологических режимах и установке.

            Проход─это часть перехода, характеризуемая  снятием одного слоя металла.

            Структуру технологического процесса  представим в виде блок-схемы  на рисунке 3.

 

 

                                                  Получение заготовки

(штамповка)

                                                

                                                    Токарная   операция               

                

                                     

                                                Зубофрезерная  операция

                                                   Сверлильная  операция         

Термообработка

                                                         Развертывание

                                                         

Контроль  качества

 

                            Рисунок 3 Структура технологического  процесса

 

 

Токарная обработка заключается  в выполнении самых разнообразных  операций: обработка резцами наружных и внутренних цилиндрических, конических и фасонных поверхностей, торцовых плоскостей, нарезание наружных и внутренних резьб, отрезки, сверления, зенкерование и развёртывание отверстий.

  Фрезерная операция предназначена  для обработки плоскостей, наружных  и внутренних фасонных поверхностей, прорезке прямых и винтовых  канавок, фрезерование резьб, зубьев колёс.

     Сверлильная операция  предназначена для обработки  отверстий: сверления и рассверливания, зенкерование и развёртывание, нарезание резьбы.

   Шлифовальная операция предназначена  для окончательной обработки  поверхностей, придание поверхности необходимого качества и точности.

    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 Выбор оборудования и приспособлений

 

   При выборе типа станка  и степени его автоматизации  необходимо учитывать следующие факторы:

   1) габаритные размеры форму  детали;

   2) форму обрабатываемых  поверхностей, их расположение;

   3) технические требования  к точности размеров, формы и  шероховатости обработанных поверхностей;

    4) размер производственной  программы, характеризующий тип  производства данной детали.

    В единичном и мелкосерийном  производстве используются универсальные станки, в серийном наряду с универсальными станками широко применяются полуавтоматы и автоматы, в крупносерийном и массовом производстве ─ специальные станки, автоматы, агрегатные станки и автоматические линии.

    Для обработки данной  детали применяются:

    1) Токарно-винторезный станок 16К20

    2) Вертикально-сверлильный  станок 2Н118

    3) Вертикально-фрезерный  станок 6М12П

    Технические характеристики  станков приведены в таблицах 7-10.

 

Таблица 7 Токарно-винторезный станок 1М61

Величина	Размер
Наибольший диаметр обрабатываемой  детали, мм	320
Расстояние между центрами, мм	1000
Число ступеней частоты вращения  шпинделя	24
Частота вращения шпинделя, об/мин	12,5 ─ 1600
Число ступеней подач суппорта	24
Подача суппорта, мм/об:
продольная	0,08 ─ 1,9
Поперечная	0,04 ─ 0,95
Мощность главного электродвигателя, кВт	4
КПД станка	0,75
Наибольшая сила подачи механизма,  кгс	150

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 8 Вертикально-сверлильный станок 2Н118

Величина	Размер
Наибольший условный диаметр  сверления, мм	18
Вертикальное перемещение сверлильной  головки, мм	150
Число ступеней частоты вращения  шпинделя	9
Частота вращения шпинделя, об/мин	180 ─ 2800
Число ступеней подач	6
Подача шпинделя, мм/об	0,1 ─ 0,56
Крутящий момент на шпинделе, Н	88
Наибольшая допустимая сила подачи, Н	5,6
Мощность электродвигателя, кВт	1,5
КПД станка	0,85

 

 

Таблица 9 Вертикально-фрезерный станок 6М12П

Величина	Размер
Рабочая поверхность стола, мм	320 х 1250
Число ступеней частоты вращения  шпинделя	18
Частота вращения шпинделя, мм	31 – 1600
Число ступеней подач	18
Подача стола, мм/мин:
продольная	25 - 1250
Поперечная	15,6 - 785
Наибольшая допустимая сила подачи, кН	15
Мощность главного электродвигателя, кВт	7,5
КПД станка	0, 75

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

            Приспособление выбирается из  условия жёсткого и надёжного  закрепления детали, обеспечения требуемой точности обработки, максимального сокращения вспомогательного времени на установку, закрепления и снятия деталей со станка.

            В единичном и мелкосерийном  производстве применяются преимущественно универсальные приспособления, являющиеся принадлежностями станков. В серийном и массовом производстве рекомендуется применять специальные приспособления, повышающие точность обработки и штучное время.

            Для выше приведенных станков  при изготовлении данной детали  применяются следующие приспособления:

           1)Патрон токарный трёхкулачковый самоцентрирующийся;

           2) Кондуктор консольный скальчатый;

           3) Центр упорный;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6 Выбор инструмента

  

   При выборе режущего инструмента  необходимо исходить из способа  обработки и типа станка, формы  и расположения обрабатываемых  поверхностей, материала заготовки и его механических свойств. Инструмент должен обеспечить получение заданной точности формы и размеров, требуемой шероховатости обработанных поверхностей, высокую производительность и стойкость, должен быть достаточно прочным,  виброустойчивым и экономичным.

   

   6.1  Для токарной операции  выбираем:

 

    а) Проходной упорный резец [ Т15К6 – ГОСТ 18879 – 73]

    Данный резец предназначен  для обтачивания по наружному  диаметру деталей из стали.

           б) Подрезной отогнутый резец [ Т15К6 – ГОСТ 18880 – 73]

            Данный резец предназначен для  обтачивания ступенчатых деталей,  деталей с большим отношением длины к диаметру, подрезки торцов и буртиков.

            в)Резьбовой резец [T15K6 – ГОСТ18885 – 73]

            Данный резец предназначен для нарезания резьбы на наружных поверхностях деталей из стали.

 

            Параметры токарных резцов приведены  в таблице 11

 

Таблица 11 Параметры токарных резцов

Тип  резца	Обозначение      Резца	Размеры, мм						Форма пластины ГОСТ2209-69	Завод –  изготовитель
		Н	В	L	m	a	r
Проходной упорный	2102 – 0077	20	16	120	6	16	1.0	0223Б	Кан ИЗ
Подрезной отогнутый	2112 – 0013	20	16	120	8	15	1.0	737	Бор ИЗ

 

 

Продолжение таблицы 11

Тип  резца	Размеры, мм					Шаг резьбы
	H	B	L	m	a
Резьбовой	20	12	120	3	6	0,8 – 3

 

 

           Изобразим токарные  резцы на  рисунках 4 – 5

 

 

 

 

 

 

 

 

         Рисунок 4 Проходной упорный резец

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

            Рисунок 5 Подрезной отогнутый резец

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.2  Для  сверлильной операции выбираем:

 

  а) Сверло спиральное с цилиндрическим хвостовиком [СВЕРЛО 6 - 1  ГОСТ 4010 – 64 ] 

  Параметры  сверла приведены в таблицах 12 – 13 

 

Таблица 12 Параметры спирального свёрла

Тип сверла	Обозначение	Размеры, мм			Направление       резания	Завод-    изготовитель
		d	L	l0
спиральное	2300 - 0686	6	75	35	правое	ОИЗ, ЗИЗ

 

 

            Изобразим сверло на рисунке 6

 

 

 

 

 

 

 

 

           Рисунок 6 – Спиральное сверло  d =6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.3  Для  фрезерной операции выбираем набор трёхсторонних фрез

    а)Фреза дисковая трёхсторонняя(2 шт) [ГОСТ 3755 – 78]

    б)Фреза 

Таблица 14 Параметры фрезы

Обозначение  фрезы	Размеры, мм				Число ножей
Праворежущая	D	B	d	h
2214 – 0001	100	50	32	10	8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

            Рисунок 9 – Фреза дисковая трёхсторонняя

            

 

         

 

          

 

 

 

 

 

 

 

           Выбор материала режущей части.

           Материал режущей части имеет  важнейшее значение в достижении  высокой производительности обработки.

            Так как в нашем случае мы  обрабатываем сталь, то целесообразно  выбрать в качестве материала режущей части твёрдый сплав. При выборе марки твёрдого сплава необходимо помнить, что чем больше в нём карбида титана и чем меньше кобальта, тем выше его износо- и термостойкость, но тем меньше его прочность на изгиб и вязкость, то есть сплав более хрупкий. Так как деталь изготовлена из стали, то её рекомендуется обрабатывать инструментами оснащёнными двухкарбидным сплавом марки Т15К6.

             Для свёрл рекомендуется марка  инструментального материала Р12.

           

 

 

 

Выбор периода стойкости режущего инструмента.

             Стойкостью называется период  работы режущего инструмента  до его  затупления. Так как  период стойкости инструмента  оказывает наибольшее влияние  на скорость резания, то правильный  выбор этого фактора имеет  большое значение.

             Период стойкости колеблется  в больших пределах. Период стойкости,  мин. принимают   равным:  для   резцов  из  быстрорежущей   стали – 60;  для  резцов  с пластинками из твёрдого сплава – 90-120; для свёрл из быстрорежущей стали диаметром до 20 мм – 25 – 40, а диаметром свыше 30 мм  - 40 – 60 ; для фрез цилиндрических из быстрорежущей стали – 120, а со вставными ножами из твёрдого сплава – 180 – 540. Стойкость протяжек – 106 – 500 мин, а шлифовального круга – 10 – 20 мин.

 На  величину стойкости инструмента  существенное  влияние оказывает  смазочно-охлаждающая жидкость (СОЖ). Как правило, применение СОЖ  облегчает стружкообразование и снижает температуру в зоне резания, что существенно повышает стойкость режущего инструмента.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7 Расчет режимов резания

 

    Производительность и себестоимость обработки изделий на металлорежущих станках, качество обработанной поверхности зависят прежде всего от принятых режимов резания. Поэтому важен выбор их оптимальных значений при проектировании технологического процесса механической обработки.

           Оптимальные, т.е.  наивыгоднейшие, режимы резания выбираются из  условий наиболее полного использования режущей способности инструмента, кинематических и силовых способностей станка. При этом должны обеспечиваться высокая производительность, требуемые точности и шероховатость обработанной поверхности и минимальная себестоимость.