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 непрерывный  прогресс машиностроения на протяжении последних двух столетий.

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 цилиндрорасточные и другие станки.


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 мелкосерийного изготовления машин.


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 точности и шероховатости. Точность и шероховатость  базовой поверхности обеспечивают точность установки обработки и  контроля. У детали имеется свободный вход и выход режущего инструмента. Конструкция детали обеспечивает возможность применения типовых технологических процессов ее изготовления.

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 = ;                                                                                                      (6)

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 производства, для которой характерен выпуск изделий  большими партиями (сериями) с установленной  регулярностью выпуска. Серийное производство является наиболее распространенным (75 – 80 % всей продукции машиностроения выпускается в серийном производстве).


Серийное производство, тип  организации производства, характеризующийся  одновременным изготовлением на предприятии широкой номенклатуры однородной продукции, выпуск которой  повторяется в течение продолжительного времени. Наибольшее распространение  С. и. имеет в машиностроении и  металлообработке. Выпуск продукции  производится применительно к изделиям сериями, а по отношению к деталям  — партиями. Изготовление серий  изделий одного типоразмера обычно повторяется через регулярные промежутки времени. При повторных запусках серий машин часто вносятся изменения в конструкторскую и технологическую подготовку производства, организацию рабочих мест, повышается квалификация рабочих. С. п. позволяет унифицировать конструкции деталей, изделий, добиваться типизации технологических процессов и оснастки.

 


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                                                                    [4, 40, табл. 3.12]


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                                                                                                              (17)

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                                                                                    1,44

Тех. база – центровые  отверстия и диаметр 50 мм

025 Сверлильная – 2Н135                                                                                   1,663

Тех.база – наружный диаметр 63 мм

030 Фрезерная – 6Р13                                                                                          3,844

Тех. база – диаметр 63 мм

035 Термическая – печь

040 Центрошлифовальная – Спец. станок                                                          0,8

Тех. база – наружные диаметры 63 мм


045 Круглошлифовальная – 3М225АФ2                                                         2,571

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