Спроектирование технологического процесса на обработку детали вал выходной
Содержание
Введение
1 Общая часть 6
1.1 Описание конструкции детали 6
1.2 Описание материала детали 7
1.3 Анализ технологичности детали 7
1.4 Определение типа производства 8
2 Технологическая часть 11
2.1 Выбор и обоснование вида заготовки 11
2.2 Разработка технологического процесса 15
2.3 Определение припусков, допусков и размеров заготовки 16
2.4 Выбор оборудования 23
2.5 Определение режимов резания 25
2.6 Расчет технических норм времени 31
3 Конструкторская часть 34
3.1 Расчет размеров контрольно-измерительного инструмента 34
Заключение 37
Список литературы 38
Введение
Развитию и формированию
учебной дисциплины «Технология
машиностроения» как прикладной
науки предшествовал
Производственные процессы в древние времена были примитивны. Оружие затачивали с помощью камней, режущий инструмент вначале удерживали в рабочем положении руками, а в дальнейшем прикрепляли к рукоятке прутьями деревьев или сухожилиями животных.
Одним из достижений того времени явилось применение вращающегося камня – прообраза заточного станка.
Постепенно был создан простейший тип токарного станка с конным приводом и ручным удержанием режущего инструмента.
История возникновения металлообработки в России мало исследована, однако известно, что уже в X в. Русские мастера-ремеслинники обладали высокой техникой изготовления оружия, предметов домашнего обихода и т п. В XIV – XVI вв. для изготовления оружия пользовались токарными и сверлильными станками с вращательным движением от водяной мельницы.
В XVI в. в селе Павлово на Оке и в окрестностях г. Тулы существовала металлообрабатывающая промышленность, основанная на использовании местной железной руды. Наиболее значительное развитие металлообрабатывающая промышленность получила во времена Петра I.
В период с 1718 – 1725 гг. русский механик и изобретатель А. К. Нартов создал для токарного станка механический суппорт, который с помощью зубчатого колеса и рейки перемещался вдоль обрабатываемой детали.
Одним из выдающихся русских механиков был М. В. Сидоров, создавший в 1714 г. На Тульском оружейном заводе «вододействующие машины» для сверления оружейных стволов. Гениальный русский ученый Ломоносов построил лоботокарные, сферотокарные и шлифовальные станки.
И. И. Ползунов построил для
изготовления некоторых деталей
парового котла специальные
И. П. Кулибин создал специальные станки для изготовления зубчатых колес часовых механизмов.
Первые шаги к механизации производственных процессов связаны с этими ученными.
В 1804 г. академик Севергин сформулировал первые положения о технологии и определил, что «технология – наука о ремеслах и заводах».
В 1817 г. профессор Московского университета Двигубский издал книгу «Начальные основания технологии, как краткое описание работ на заводах и фабриках производимых».
Первым капитальным трудом, посвященным технологии металлообработки, является трехтомный труд профессора И. А. Тиме «Основы машиностроения».
И. А. Тиме впервые сформулировал основные законы резания и установил правильное понимание сущности этого процесса как последовательного скалывания отдельных элементов металла.
Советская станкоинструментальная промышленность создала станки различного технологического назначения и усовершенствованные конструкции режущего инструмента, обеспечивающие большую производительность и точность при обработке.
К первым трудам по технологии машиностроения относятся работы А. П. Соколовского, вышедшие в 1930 – 1932 гг.
Для создания теоретических основ технологии машиностроения большое значение имели работы Н. А. Бородачева по анализу качества и точности производства, К. В. Вотинова, осуществившего обширные исследования жесткости системы и ее влияния на точность механической обработки и т. д.
Крупным мероприятием в машиностроении является типизация технологических процессов, т. е. создание типовых процессов обработки; она
обеспечивает экономическую
целесообразность применения методов
крупносерийного производства в
условиях индивидуального и
Наиболее рациональное решение этой задачи может быть осуществлено на основе классификации деталей машин не по их назначению, а по технологическим признакам.
Директивы XXIV съезда подчеркивают необходимость повышения роли науки в развитии производства, повышения ответственности научно-исследовательских учреждений за научную обоснованность выдвигаемых проблем.
Успешное решение задач, поставленных перед промышленностью, возможно лишь на основе глубокой специализации производства, повышения эффективности технического, технологического и экономического руководства с полным учетом особенностей каждой отрасли.
Значительное место в решении этих задач отводится технологии машиностроения – науке, устанавливающей определенные закономерности повышения производительности и экономичности технологических процессов обработки заготовок и сборки деталей машин и механизмов.
1 Общая часть
1.1 Описание конструкции детали
Деталь «Вал выходной» представляет собой тело вращения, относится к классу «Вал». Деталь состоит из четырех ступеней следующих диаметров: 55 мм длиной 120 мм; 63 мм и длиной 70 мм и шероховатостью поверхности Ra=1,25 мкм; 50 мм и длиной 13; 49 мм и длиной 80 мм. Шероховатость неуказанных поверхностей Ra = 3,2 мкм.
Деталь имеет твердость 55…63 HRCэ.
С обеих сторон на торцах имеются фаски длиной 1 мм и углом наклона 450. На ступени диаметром 63 мм с левого торца имеется фаска длиной 2 мм и углом наклона 450.
На ступени диаметром 55 мм и длиной 120 мм на расстоянии 60 мм от левого торца имеется сквозное отверстие диаметром 10 мм.
На ступени диаметром 49 мм и длиной 80 мм на расстоянии 6 мм от правого торца имеется шпоночный паз шириной 14 мм на глубину 5 мм и длиной 70 мм.
1.2 Описание материала детали
Сталь 45 ГОСТ 1050-74 качественная применяется для изготовления деталей, требующих высокой прочности при средней вязкости: оси, валы коленчатые и распределительные, кронштейны, штоки, зубчатые колеса, нагруженные болты, гайки, шайбы. Так же данную сталь можно заменить схожими по свойствам сталями 40Х и 50. Данный материал вполне пригоден для изготовления нашей детали. Химический состав стали 45 приведён в табл.1, физико-механические свойства в табл.2.
Таблица 1 – Химический состав
Si |
Mn |
Cu |
As |
Ni |
S |
C |
P |
Cr |
0.17-0.37 |
0.5-0,8 |
не более 0.25 |
не более 0.08 |
не более 0.25 |
не более 0.04 |
0.42-0.50 |
не более 0.035 |
не более 0,25 |
Таблица 2 – Механические свойства
Предел прочности при растяжении σв, МПа |
Предел текучести σт, МПа |
Относительное удлинение δ, % |
598 |
360 |
16 |
1.3 Анализ технологичности детали
Конструкция детали состоит
из стандартных и унифицированных
конструктивных элементов. Деталь изготавливается
из заготовки штамповки, полученной
рациональным способом. Все размеры
имеют оптимальную степень
Показатели технологичности детали
Коэффициент использования материала:
Ким = mд/mз; (1)
где mд – масса детали, mд = 6,9 кг;
mз – масса заготовки, mз = 7,1 кг;
Ким = 6,9/7,1 = 0,97
Коэффициент унификации:
Кун = Qуэ/ Qобщ; (2)
где Qуэ – количество унифицированных элементов детали, Qуэ = 5;
Qобщ – общее количество элементов, Qобщ = 12;
Кун = 5/12 = 0,41.
Технологичность удовлетворительная.
1.4 Определение типа производства
1.4.1 Определение годового объема выпуска деталей:
N = N m ; (3)
где m – количество деталей данного наименования входящих в сборочную изделия;
β – количество запасных частей, заданных 2 %
(принимаем m = 1, β = 2 %)
N = 10000 1 = 10500 шт.
1.4.2 Определение среднего штучного времени:
Тшт.ср = ; (4)
где Тшт – штучное время на операцию;
n – количество операций.
Тшт.ср.= = 1,85 мин.
1.4.3 Определение такта выпуска:
tв = ; (5)
где Fд – действительный годовой фонд работы оборудования Fд = 4040 час.
tв = = 23,09 мин/шт.
1.4.4 Определение коэффициента серийности:
Кс =
;
Кс = = 12,48
Кс = 1 (1 ≤ Кс ≤ 2) – массовое производство;
2 ≤ Кс ≤ 10 – крупносерийное производство;
10 ≤ Кс ≤ 20 – среднесерийное производство;
Производство крупносерийное, так как 10<Кс = 12,48 < 20.
Серийное производство —
это форма организации
Серийное производство, тип
организации производства, характеризующийся
одновременным изготовлением на
предприятии широкой
2 Технологическая часть
2.1 Выбор и обоснование вида заготовки
Расчет заготовки из проката.
За основу расчета принимаем наружный диаметр детали 63 мм (максимальный диаметр).
2.1.1. Устанавливаем предварительный маршрутный технологический процесс обработки детали согласно точности и шероховатости поверхности.
Технологический маршрут обработки данной поверхности:
005 Токарная черновая;
010 Токарная чистовая;
015 Шлифовальная
020 Термическая
2.1.2 Определяем припуски на обработку наружных поверхностей:
на точение черновое z1 = 3,0 мм; [4, 42,табл. 3.13]
на точение чистовое z2 = 1,5 мм; [4, 42,табл. 3.13]
на шлифование z3=0,5
2.1.3 Определяем общий припуск на обработку:
zo = z1 + z2 +z3= 3 + 1,5+0,5 = 4,0 мм.
2.1.4 определяем размер заготовки:
Dз = Dд + zo; (7)
Dз = 63 + 4= 67 мм.
2.1.5 По расчетному размеру выбираем необходимый размер горячекатаного проката обычной точности по ГОСТ 2590-71.
Диаметр проката 131,95 мм записывается следующим образом:
Круг ; [4, 43, табл. 3.14]
Отклонения для диаметра 68
2.1.6 Определяем припуски на подрезку поверхности заготовки
zподр = 2 мм
2.1.7 Определяем общую длину заготовки:
Lз = Lд + 2∙zподр (8)
где Lд – номинальная длина детали по рабочему чертежу
Lз = 283 + 2∙2 = 287 мм
2.1.8 Определяем объем заготовки по плюсовым допускам:
Vз = ; (9)
где Lз – длина заготовки с плюсовым допуском;
Дз – диаметр заготовки, см;
Vз = = 1041,76 см3
2.1.9 Определяем массу заготовки:
Qз = γ∙Vз; (10)
где γ – удельный вес стали; γ = 0,00785 кг/см3
Qз = 0,00785∙1041,76 = 8,17 кг.
2.1.10 Определяем вес заготовки с учетом технологических потерь:
Qз.п = Qз∙К; (11)
где К – расходный коэффициент, К = 1,1;
Qз.п = 8,17∙1,1 = 8,98 кг.
2.1.11 Определяем коэффициент использования материала:
Ким = (12)
где Qд – масса детали.
Ким = = 0,76
2.1.12 Определяем стоимость заготовки из проката:
Сз.п = ; (13)
где См – стоимость 1 кг материала заготовки, руб.;
Сотх – цена 1 т отходов материала, руб.
См = 134,00 руб. (за 1 тонну); См = 0,134 руб. (за 1кг);
Сотх = 29,8 руб. (за 1кг).
Sзаг = = 1,14 руб. (по ценам 1986 г.)
Стоимость заготовки на 2012 г. с учетом поправочного коэффициента:
Сз.п∙=Sзаг∙30= 0,27∙30 = 34,2 руб. (14)
Расчет заготовки из штамповки.
2.1.13 Назначаем припуски:
z1 Æ 55 = 1,7 мм; [4, 148, табл. 12]
z2 Æ 63= 1,8 мм.
z3 Æ 50 = 1,7 мм;
z4 Æ 49 = 1,7 мм;
2.1.14 Определяем расчетные размеры заготовки:
Диаметры заготовки:
Dз1 = D1 + 2∙z1 = 55 + 2∙1,7 = 58,4 мм; (15)
Dз2 = D2 + 2∙z2 = 63 + 2∙1,8 = 66,6 мм;
Dз3 = D3 + 2∙z3 = 50 + 2∙1,7 = 54,4 мм;
Dз4 = D4 + 2∙z4 = 49 + 2∙1,7 = 53,4 мм;
Длина заготовки:
Lз = L + 2∙z; (16)
Lз = 283 + 2∙2,1 = 287,2 мм
Длина ступеней:
Lз1 = L3 + 2∙z3
Lз1 = 120+2∙2,1 = 124,2 мм
Lз2 = 70 мм
Lз3 = 13 мм
Lз4 = 80 мм
2.1.15 Назначаем допуски на заготовку штамповку: [4, 32, табл. 3.5]
Dз1 = 58,4 мм;
Dз2 = 66,6 мм;
Dз3 = 54,4 мм;
Dз4 =53,4 мм;.
Длина заготовки:
Lз = 287,2 .
2.1.16
Рисунок 1 – Эскиз заготовки
2.1.17 Определяем объем отдельных элементов заготовки (с учетом плюсовых допусков):
V1 = = = 332,52 см3
V2 = = = 243,73 см3;
V3 = = = 30,2 см3
V4 = = = 179,07 см3
2.1.18 Определяем общий объем заготовки:
V = V1+V2+V3+V4 = 332,52+243,73+30,2+179,07 = 785,52 см3. (18)
2.1.19 Определяем массу заготовки:
Qз = γ∙V;
где γ = 0,00785 кг/см3 – удельный вес стали;
Qз = 0,00785∙785,52 = 7,1 кг.
2.1.20 Определяем вес заготовки с потерями:
Qз.п = Qз∙К;
где К = 1,1 – расходный коэффициент;
Qз.п = 7,1∙1,1 = 7,81 кг.
2.1.21 Определяем коэффициент использования материала:
Ким = = = 0,88.
2.1.22 Определяем стоимость штампованной заготовки:
Sзаг = ; (19)
где С1 – базовая стоимость 1 тонны заготовок, руб.;
Kт, Kм, Kс, Kв, Kп – коэффициенты, зависящие от класса точности, группы сложности, массы, материала и объема производства заготовок.
Сi = 1600 руб,
Sотх = 0.0298 руб.;
Kт = 1,00; [4, 36, табл. 12]
Kм = 1,18; [4, 36, табл. 12]
Kс = 0,82; [4, 36, табл. 13]
Kв = 0,89; [4, 37, табл. 13]
Kп = 1,00. [4, 37, табл. 14]
Sзаг = = 11,03 руб. – по ценам 1986 г.
Стоимость заготовки на 2012 г. с учетом поправочного коэффициента
К = 30;
Сз.п. = Sзаг∙K
Сз.п. = 11,03∙30 = 330,9 руб.
2.1.23 Определяем годовую экономию материала от внедрения заготовки проката:
Э = (Qз1 - Qз2)N; (20)
где N – годовой объем выпуска деталей, шт.; N = 10500 шт.;
Э = (8,17 – 7,1)10500 = 11235 кг.
2.1.24 Определяем экономический эффект от внедрения штамповки:
Э = (Сз1 – Сз2)N; (21)
Э = (330,9 – 34,2)10500 = 3115350 руб.
Выбираем заготовку штамповку, так как выше коэффициент использования материала.
2.2 Разработка технологического процесса
Технология механической обработки детали «Вал выходной».
Tшт,
мин
005 Входной контроль
010 Фрезерно-центровальная – Фрезерно-центровальный станок 2982 1,2
Тех. база – наружный диаметр 55 мм
015 Токарная – 16К20Ф3 1,44
Тех. база – центровые отверстия и диаметр 55 мм
020 Токарная – 16К20Ф3
Тех. база – центровые отверстия и диаметр 50 мм
025 Сверлильная – 2Н135
Тех.база – наружный диаметр 63 мм
030 Фрезерная – 6Р13
Тех. база – диаметр 63 мм
035 Термическая – печь
040 Центрошлифовальная – Спец.
станок
Тех. база – наружные диаметры 63 мм
045 Круглошлифовальная – 3М225АФ2
Тех. база – 2 центровых отверстия
050 Контрольная – Стол контрольный
2.3 Определение межоперационных припусков, допусков и размеров заготовки
Расчёт припусков на наружный диаметр 63h8.
2.3.1 Определяем суммарное отклонение расположения заготовки при обработке в центрах:
ρ = (22)
где ρсм – погрешность заготовок по смещениям;
ρсм = 158,2 мкм
ρкор – величина коробления
ρкор = ∆к · ι (23)
где ∆к – удельная кривизна заготовок в мкм/мм
∆к = 0,6 мкм/мм [2, 72, табл. 34]
t =
где L – длина детали, L=283мм (24)
t = = 141,5 мм
ρкор = 0,6·141,5 = 84,9 мкм
ρц – величина расположения заготовки при зацентровке
ρц = 0,25∙ (25)
где Тз – допуск на диаметр базовой поверхности заготовки, использованный при центровке; Tз = 1,15.
ρц = 0,25· = 047мм = 470 мкм
ρ = = 529 мкм
2.3.2 Величина остаточного суммарного расположения заготовки после выполнения перехода чернового и чистового:
ρост = Ку·ρзаг; (26)
где ρзаг – суммарные отклонения расположения заготовки в мкм
Ку – коэффициент уточнения формы; [2, 37, табл. 3.19]
Ку. черн = 0,06;
Ку. чист = 0,04.
ρρост.черн = 0,06·529 = 31,74 мкм;
ρост.чист = 0,04·31,74 = 1,2696 мкм.
ρост на шлифовку пренебрегаем из-за малости величины.
2.3.3 Погрешность установки заготовки:
При установке в центрах валов εу = 0
2.3.4 Определяем расчетные минимальные припуски на обработку по всем технологическим переходам:
2 zmin = ; (27)
где Rzi–1 – высота неровностей с предшествующего перехода;
hi–1 – глубина поверхностного дефектного слоя, образовавшаяся на предшествующем переходе;
ρi–1 – пространственные отклонения на предшествующем переходе;
εi– погрешность установки на выполняемом переходе.
Токарная:
2·zmin.черн. = = 1778 мкм = 1,778 мм;
2·zmin.чист. = = 263,48 мкм = 0,263 мм.
Шлифовальная:
2zmin.черн. = = 102,049 мкм = 0,102 мм;
2zmin.чист. = = 60 мкм = 0,060 мм.
2.3.5 Определяем расчетные максимальные припуски на обработку по всем технологическим переходам:
2zmax. i = 2·zmin. i + Ti–1– Ti; (28)
где Ti–1 – допуск на размер на предшествующем переходе;
Ti – допуск на размер на выполняемом переходе.
Токарная:
2zmax. iчерн = 1,778+ 1,6 – 0,74 = 2,638 мм;
2zmax. iчист = 0,263+ 0,74 – 0,3 = 0,703 мм.
Шлифовальная:
2zmax. iчерн = 0,102 + 0,3 – 0,12 = 0,282 мм;
2zmax. iчист = 0,06 + 0,12 – 0,046 = 0,134 мм
2.3.6 Определяем общий максимальный и минимальный припуски:
2zо max = 2zmax. черн+ 2zmax. чист; (29)
2zо max = 2,638+ 0,703+ 0,282+ 0,134 = 3,757 мм.
2zоmin = 2zmin. черн+ 2zmin. чист; (30)
2zоmin = 1,778+ 0,263+ 0,102+ 0,06 = 2,203 мм.
Производим проверку:
2zо max – 2zоmin = Тз – Тд; (31)
где Тз – допуск на заготовку;
Тд – допуск на деталь.
3,757– 2,203 = 1,6 – 0,046.
1,554 = 1,554
2.3.7 Определяем наименьший предельный размер детали и наибольший предельный размер детали по чертежу:
dmax = d + es; (32)
dmax = 63 + 0 = 63 мм.
dmin = d + ei; (33)
dmin = 63 + (-0,046) = 62,954 мм.
2.3.8 Последовательно определяем промежуточные размеры для каждого предшествующего перехода:
Наименьшие предельные размеры путем прибавления к расчетному размеру расчетного припуска 2zmin:
dmin. черн = dmin. чист +2zmin. чист; (34)
dmin. заг = dmin. черн +2zmin. черн; (35)
dmin.шлиф. черн = 62,954 + 0,060 = 63,014 мм;
dmin.ток. чист = 63,014 + 0,102 = 63,116 мм;
dmin. ток. черн= 63,116 + 0,263 = 63,379 мм;
dmin. заг= 63,379+ 1,778 = 65,157 мм.
Наибольшие предельные размеры путем прибавления к расчетному размеру расчетного припуска 2zmax:
dmax. черн = dmax. чист +2zmax. чист; (36)
dmax. заг = dmax. черн+2zmax. черн; (37)
dmax. шлиф. черн = 63 + 0,134 = 63,134 мм;
dmax.ток. чист = 63,134+ 0,282= 63,416 мм;
dmax. ток. черн= 63,416+ 0,703 = 64,119 мм;
dmax. заг= 64,119+ 2,638 = 66,757 мм.
2.3.9 Проверяем правильность произведенных расчетов:
Первая проверка:
Dmax– Dmin= Тd (38)
Заготовка:
66,757 – 65,157 = 1,6 мм;
1,6 мм =1,6 мм.
Токарная черновая:
63,119– 63,379 = 0,74мм;
0,74 мм = 0,74 мм.
Токарная чистовая:
63,416 – 63,116 = 0,3 мм;
0,3 мм = 0,3 мм.
Шлифовальная черновая:
63,134 – 63,014 = 0,12 мм;
0,12 мм = 0,12 мм.
Шлифовальная чистовая:
63 – 62,954= 0,046 мм;
0,046 мм = 0,046 мм.
Вторая проверка:
2zimax– 2zimin = Тdi – 1 – Тdi; (39)
Токарная черновая:
2,638 – 1,778 = 1,6 – 0,74;
0,86 мм = 0,86 мм.
Токарная чистовая:
0,703 – 0,263 = 0,74 – 0,3;
0,44 мм = 0,44 мм.
Шлифовальная черновая:
0,282 – 0,102 = 0,3 – 0,12;
0,18 мм = 0,18 мм.
Шлифовальная чистовая:
0,134 – 0,060 = 0,12 – 0,046;
0,074 мм = 0,074 мм
Таблица 3 – Межоперационные припуски, допуски промежуточные размеры заготовки Ø 32h8
Вид заготовки и технологическая операция |
Точность заготовки и обрабатываемой поверхности |
Допуск на размер Тd, мм |
Элементы припуски, мкм |
Промежуточные размеры заготовки, мм |
Промежуточные припуски, мм | |||||
Rz |
h |
p |
εу |
dmax |
dmin |
2zmax |
2zmin | |||
|
Заготовка-штамповка |
II класс |
1,6 |
160 |
250 |
529 |
– |
66,757 |
63,157 |
|
|
Токарная: черновая чистовая |
h 14 h 12 |
0,39 0,16 |
50 25 |
50 25 |
31,74 1,2696 |
– – |
64,119 63,416 |
63,379 63,116 |
2,638 0,703 |
1,778 0,263 |
Шлифовальная: черновая чистовая |
h 10 h 8 |
0,062 0,025 |
10 5 |
20 10 |
– – |
– – |
63,134 63 |
63,014 62,954 |
0,282 0,134 |
0,102 0,060 |