Сущность технологии изготовления деталей машин

Введение

  Сущность технологии изготовления деталей машин состоит в последовательном использовании различных технологических способов воздействия на обрабатываемую заготовку с целью предать ей заданную форму и размеры указанной точности.

  Современное  машиностроение представляет очень  высокие требования к точности  и состоянию поверхностей деталей  машин, которые можно обеспечить  в основном только механической  обработкой.

  Обработка металлов резанием представляет собой совокупность действий, направленных на изменение формы заготовки путем снятия припуска режущими инструментами на металлорежущих станках, обеспечивая заданную точность и шероховатость обработанной поверхности. Металлорежущие станки классифицируются по способу производства основных технологических операций на следующие типы:

        1. токарные;

       2. фрезерные;

        3. сверлильные;

       4. шлифовальные;

        5. протяжные.

  В зависимости от формы деталей, характера обрабатываемых поверхностей и требований, предъявляемых к ним, их обработку можно проводить различными способами: механическими - точением, строганием, фрезерованием, 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 металлических деталей  машин в большинстве случаев  обеспечивается только такой  обработкой.

   Этот процесс успешно применяется  во всех без исключения 

отраслей  промышленности.

Обработка металлов резанием является весьма трудоемким и дорогостоящим процессом. Так, например, в среднем в машиностроении стоимость обработки заготовок  резанием составляет от 50 до 60% стоимости готовых изделий.

 Лист

Изм  Лист    № докум.              Подп.       Дата

КП МО-21

 Обработка металлов резанием, как правило, осуществляется на металлорежущих станках. Лишь отдельные  виды обработки резанием,

относящиеся к слесарным работам, выполняются вручную или с помощью механизированных инструментов.

 В  современных методах механической  обработки металлов заметны следующие  тенденции:

1. обработка заготовок с малыми припусками, что приводит к экономии металлов и увеличении доли отделочных операций

 

2. широкое применение методов упрочняющей обработки без снятия стружки путем накатывания роликами и шариками обдувки дробью, дорнирования , чеканки и т. п.;

3. применение многоинструментальной обработки

взамен  одноинструментальной и многолезвийного

режущего  инструмента вместо однолезвийного;

4. возрастания скоростей резания и подач;

5. увеличение части работ, выполняемых на автоматических и полуавтоматических станках, роботизированных комплексов с применением систем программного управления;

6. широкое проведение модернизации металлорежущего                                                                      оборудования;

7. использование быстродействующих и многоместных приспособлений для закрепления заготовок и механизмов при автоматизации универсальных металлорежущих станков;

8. изготовление деталей из специальных и жаростойких сплавов, обрабатываемость которых значительно хуже, чем обычных металлов;

9. участие технологов в разработке конструкции машин для обеспечения их высокой технологичности.

Более рационально  получать сразу готовую деталь, минуя  стадию заготовки. Это достигается  применением точных методов литья  и обработки давлением, порошковой металлургией. Эти процессы более  прогрессивны,  и они будут  все шире внедряться в технику.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Исходные данные по работе:

 

 Исходные данные по заданию приведены в таблице 1.

                                                                         

 

      Таблица 1 . Исходные данные по заданию   

Чертеж детали	Производственная  программа, тыс. шт. В год	Материал	Вид обработки
Ступица	11000	Сталь ХВСГ	Фрезерование поверхности 30×80

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  

      Таблица 2 - Химический состав стали ХВСГ.

C, %	Mn, %	Si, %	Cr, %	W, %	V, %
0.95-1,05	0.6-0,9	0.65-1,0	0.6-1,1	0.5-0,8	0.05-0,15

 

 

 

 

 

 

                       Механические свойства стали ХВСГ приведены  в таблице 3.

 

Таблица 3– Механические свойства стали ХВСГ. 

Термообработка	Температура испытания, град	НВ, МПа	HRC	σТ, МПа	σВ, МПа	δ, %	Ψ, %	σиз, МПаг	σсжат, МПа	Тип карбида
Отжиг	20			300-400	600-700					Fe3C
Закалка с 8400-8600 и отпуск при 1400-1600	20		61-63
Закалка с 8400-8600 и отпуск при 2000-2500	20		57-59

            Тепловые режимы обработки стали ХВСГ приведены в таблице 4

      

                                       Таблица 4 -  Тепловые режимы обработки

Тепловые режимы обработки
Операция	Температура, град	Охлаждающая среда
Ковка	1140-800	В колодцах или термостатах
Отжиг	790-810	С печью, со скоростью 30 град/час
Закалка	840-890	Масло или расплавленные соли
Отпуск	150-210	Воздух
Закалка ТВЧ	1040-1120 (верхняя)	Скорость нагрева 20-350 град/сек

Для получения твёрдости  детали 58…61 HRC данную деталь подвергают химико-термической обработки: закалке при 840-860° С и заканчивают низким отпуском 140-160°С.

Сталь ХВСГ имеет большую  теплостойкость (250-260°С), хорошие режущие  свойства и сравнительно мало деформируется  при закалке. Их применяют для  инструмента большого сечения при  закалке в масле или горячих  средах (ручные свёрла, развёртки, плашки и т.д).

 

 

 

                                        Чертёж детали приведен на  рисунке 1

Рисунок 1.

 

 

Определим массу детали по формуле

 

                                                m=rv,                                               (2)

 

           где    m – масса детали, кг;

 

                  r – плотность стали кг/ м³ (r = )

 

                     v – объем детали м³.

 

 

Объем детали определим как сумму  и разность объемов элементарных фигур:

 

  V₁=а*b*h=80*19*30=45600 мм³;

 

V₂=10*6*19 =1140 мм³;

 

V₃= 9*5*19=855 мм³;

 

V₄= 7*7*19=931 мм³;

 

V₅=П*R² *h=3.14*25*19= 1491,5 мм³

 

V₆ =3.14*12.25*13=500,05 мм³;

 

V₇= 3.14*30,25*12=150.72 мм³;

 

V=V₁-V₂-V₃-V₄-V₅-V₆-V₇ =40112,54 мм³;

 

V=40,1 cм³;

 

m=7.85*40,1=315 г.=0,315кг

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Тип производства, количество  деталей в партии

В зависимости от размера  производственной программы,  сложности  и трудоемкости изготовления детали различают три типа производства: единичное, серийное и массовое.

 

Таблица 5 . Тип  производства

Тип производства	Количество обрабатываемых деталей  в год
	крупных	средних	мелких
Единичное	до 5	до 10	до 100
Серийное	от 5 до 1000	от 10 до 5000	от 100 до 50000
Массовое	свыше 1000	свыше 5000	свыше 50000

 

Согласно заданию: производство серийное. В зависимости от количества изделий в партии  их трудоемкости изготовления серийное производство подразделяется на мелкосерийное, среднесерийное и крупносерийное, определяемое ориентировочно по следующим данным.

Таблица 6 . Вид производства

Вид производства	Количество обрабатываемых деталей  в год
	крупных	средних	мелких
Мелкосерийное	2-5	6-25	10-50
Среднесерийное	6-25	26-150	51-300
крупносерийное	свыше 25	свыше 150	свыше 300

 

Количество  деталей в партии определяется по формуле:

 

 

 

 

 

где N- годовая программа выпуска деталей; N=11000;

       t- число дней, на которое необходимо иметь запас готовых деталей для         

          бесперебойной работы цеха (принимается  обычно 2-3 дня); t=2;

      Ф – число рабочих дней в  году; Ф=255.

При пятидневной  рабочей неделе (40 часов в неделю) рабочих дней 260.

 

 
 

Если  мелких деталей в партии 85 штуки, то значит это среднесерийное производство.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Вид заготовки и припуски на  обработку

 

3.1 Вид заготовки

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, ее назначения, условий работы и испытываемой нагрузки, от типа производства.

Для изготовления деталей могут применяться следующие  виды заготовок:

а) отливка  из чугуна, стали, цветных металлов, сплавов и пластмасс – для  фасонных деталей и корпусных  в виде рам, коробок, брус., челюстей и др.;

б) поковки  – для деталей, работающих на изгиб, кручение, растяжение. В серийном и  массовом производстве применяется  преимущественно штамповки, в мелкосерийном  и единичном производстве, а также  для деталей крупных размеров – поковки;

в) прокат горяче – и холоднокатанный – для  деталей вида валов, стержней, дисков и других форм, имеющих незначительно  изменяемые размеры поперечного  сечения.

 

 

 

3.2    Величина  припуска на обработку 

 

 

 

	Припуск	Допуск
Ширина 19 мм.	1,1	+0,9 -0,5
Длинна 80 мм.	1,1	+0,9 -0,5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 Структура технологического процесса

 

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

           Установом  называется часть операции, выполняемая  при неизменном закреплении обрабатываемой  заготовки.

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

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

        Структура технологического процесса представлена на рисунке 2.

Получение заготовки: штамповка

 

 

 

Фрезерование

 

Сверление

 

 

Протягивание

 

Зенкование

 

Нарезание резьбы

 

Шлифование

 

Термическая обработка

(HRC 58-61)

 

 

 

Контроль  качества

 

 

Схема термообработки приведена на рисунке 3.

 

 

        Т,°С                  

      Тзак       …………..        840°С               

 

 

 

 

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

 

 

 

 

t, c

Рисунок 3.Схема термообработки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 Выбор оборудования  и приспособлений

 

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

    1) габаритные размеры и форму детали;

    2) форму обрабатываемых поверхностей, их расположение;

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

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

 

Для фрезерования выберем горизонтально- фрезерный станок 6М82Г. Характеристики данного станка представлены в таблице 7.

 

Таблица 7 - Характеристики горизонтально- фрезерного станка 6М82Г.

Рабочая поверхность стола,мм	320х1250
Число ступеней частоты вращения шпинделя	18
Частота вращения шпинделя, об/мин	31-1600
Число ступеней подач	18
Подача стола, мм/мин:   Продольная    Поперечная	25-1250 8,3-416
Мощность главного электродвигателя, кВт	7,5
КПД станка	0,75

 

Для сверления выбираем вертикально-сверлильный станок 2Н125. Характеристики данного станка представлены в таблице 8.

 

Таблица8– Технические параметры вертикально-сверлильного станка 2Н125

Показатель	Размер
Наибольший условный диаметр сверления,мм	25
Число ступеней частоты вращения шпинделя	12
Частота вращения шпинделя,об/мин	45-2000
Число ступеней подачи	9
Подача шпинделя, мм/об	0,1-1,6
Крутящий момент на шпинделе Нˑм	250

Для протягивания выбираем горизонтально-протяжной станок 7505. Характеристики данного станка представлены в таблице 9.

 

Таблица 9 - Характеристики горизонтально-протяжного станка 7505.

Номинальное тяговое усилие, кН	50
Длина рабочего хода ползуна, мм	1600
Диаметр отверстия под планшайбу  в опорной плите, мм	140
Размер передней опорной плиты, мм	360
Пределы рабочей скорости протягивания, м/мин	1,5-11
Мощность главного электродвигателя, кВт	7
КПД станка	0,9

 

Для операции шлифования поверхности  детали выбираем плоско-шлифовальный станок 3Л722В. Его характеристики представлены в таблице 10.

 

Таблица 10 ─ плоско-шлифовальный станок 3Л722В

 

Размеры рабочей поверхности стола, мм	320х1250
Размеры обрабатываемой заготовки, мм	1250х320х400
Рабочая подача стола, м/мин	2-35
Масса обрабатываемой заготовки, кг	600
Мощность главного двигателя, кВт	11
Габаритные размеры, мм	4810х2630х2665
Масса, кг	7000

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

       Для горизонтально- фрезерного станка 6М82Г рассчитаем значения подач S_i и частот вращения n_i, а также количество их ступеней z.

В технической характеристике металлорежущего  станка обычно указывают только минимальное  и максимальное значение подачи S₁ и S_z, частоты вращения n₁ и n_z, а также количество их ступеней z. При отсутствии промежуточных значений их нужно рассчитывать на основании закона их изменения по

геометрической прогрессии, знаменатель  φ которой определяется по формулам:

 

 

 

φ_s = ^(z-1)√s_z/s₁ ;                                            φ_n = ^(z-1)√n_z/n₁ ;

 

 

Полученное значение φ округляется  до ближайшего из стандартных, предусмотренных нормалями станкостроения: 1,06; 1,12; 1,26; 1,41; 1,58; 1,78; 2,0. Затем определяем весь ряд S_i и n_i :

Расчёт будем производить для фрезерной операции => понадобятся характеристики  горизонтально-фрезерного станка 6М81Г.

z = 18;

n₁ = 31;     S₁ = 25 мм/мин;

n_z = 1600     S_z = 1250 мм/мин;

φ_n= ¹⁷√1600/31= 1.26;                       φ_s = ¹⁷√1250/25 = 1.26.  

Ближайшим из стандартных значений φ является 1,26.

=> φ_s = φ_n = 1,26

S₂ = S₁·φ_s = 25·1,26 = 31.5 мм/мин;          n₂ = n₁·φ_n = 31·1,26 = 39.06 об/мин;

S₃ = S₁·φ_s² = 25·1,26² = 39.62 мм/мин;     n₃ = n₁· φ_n² = 31·1,26² = 49.22 об/мин;

S₄ = 50.01 мм/мин;    n₄ = 60.01 об/мин;

S₅ = 63.01 мм/мин;    n₅ = 78.13 об/мин;

S₆ = 79.39 мм/мин;    n₆ = 98.45 об/мин;

S₇ = 100.4 мм/мин;    n₇ = 124.05 об/мин;

S₈ = 126.05 мм/мин;    n₈ = 156.3 об/мин;

S₉ = 158.82 мм/мин;    n₉ = 196.94 об/мин;

S₁₀= 200.11 мм/мин;    n₁₀= 248.14 об/мин;

S₁₁= 256.14 мм/мин;    n₁₁= 312.66 об/мин;

S₁₂= 317.7 мм/мин;    n₁₂= 393.95 об/мин;

S₁₃= 400.3 мм/мин;    n₁₃= 496.37 об/мин;

S₁₄= 504.38 мм/мин;    n₁₄= 625.43 об/мин;

S₁₅= 635.52 мм/мин;    n₁₅= 788.04 об/мин;

S₁₆= 800.75 мм/мин;    n₁₆= 992.93 об/мин;

S₁₇= 1008.95 мм/мин;    n₁₇= 1251.1 об/мин;

S₁₈=1271.27 мм/мин;                                    n₁₈=1576.38 об/мин.

 

 

 

 

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.

   Для фрезерования пазов  выберем дисковую фрезу для горизонтального станка  ГОСТ 3964-69. Изображенная на рисунке-4

d	B	D	Z
16	6	50	14

 

 

 

                              Рисунок 4 – дисковая фреза

 

Для сверления отверстий выбираю  спиральные сверла  из быстрорежущей стали  Р6М5 с цилиндрическим хвостовиком по ГОСТ 4010-77.Сверло изображено на рисунке 5.

 

d, мм	L(длина инстр.), мм	l0, мм	Материал	Стандарт
6	60	25	Р6М5	ГОСТ 4010-77
8	60	25	Р6М5	ГОСТ 4010-77
10	60	25	Р6М5	ГОСТ 4010-77

 

 

Рисунок 5. Спиральное сверло

Для обработки опорного отверстия  выбираем цилиндрическую зенковку с  коническим хвостовиком ГОСТ 2848-75. Зенковка изображена на рисунке 6.

D(диаметр инструмента),мм	L(общая длина),мм	l,(длина рабочей части)мм
11-40	125-250	6-20

 

Рисунок 6. Цилиндрическая зенковка с цилиндрическим хвостовиком

Для шлифования поверхности детали выбираю круг шлифовальный плоский  прямого профиля на керамической связке ГОСТ 8692-82:

Тип круга	D, мм	H, мм	d,мм	Шлифовальный Материал	Зернистость	Период стойкости, мин
ПП	100	50	15	9А	М28	20
ПП	100	30	6	9А	М28	20

 

 

 

 

                                  Рисунок 7 . Шлифовальный круг

Для фрезерования плоской поверхности  выбираем цилиндрическую фрезу

ГОСТ 29092-91. Рисунок- 8

 

D	d	L	Z
80	32	63	10

 

 

Рисунок 8. Цилиндрическая фреза

 

Для обработки отверстия выбираем многогранную протяжку ГОСТ 16491-80.

 Рисунок 9

 

Передний угол γ	Задний угол α	f, мм	α k	tp, мм	tk мм
5-20	1-4	0.2÷0.3	0	(1,25÷1,5)ˑ√L	(0.6÷0.7)ˑ tp

 

 

Рисунок 9. Многогранная протяжка

 

 

 

Для нарезания резьбы выбираем метчик  ГОСТ 17927-72. Рисунок 10

 

Метчик	Номинальный диаметр резьбы d	Шаг резьбы		L	l	l1	d1
		Кру- пный	Мел- кий
035-2620-0513	10	-	1.25	75	20	7.5	10

 

 

 

 

6.2 Выбор материала режущей части

 

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

         При выборе марки твердого  сплава необходимо помнить, что  чем больше содержание в нем  карбида титана и чем меньше  кобальта, тем больше его износо- и термостойкость, но тем меньше  его прочность на изгиб и  вязкость, т.е. сплав более хрупкий.

          Так как деталь изготовлена  из стали то ее рекомендуется  обрабатывать инструментами из  быстрорежущей стали(Р6М5).

     6.3  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, правильный выбор этого фактора имеет большое значение.