Технический процесс обработки вала

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 крышки.

Исходные данные по заданию  приведены в таблице 1:

 

Таблица 1−Исходные  данные по заданию 

Чертёж     детали	Производственная         программа      тыс. штук  в год	Материал	Вид        обработки
Вал	6000	А30	Фрезерная

 

Данная деталь изготавливается  из легированной стали А30 (ГОСТ) химический состав и механические свойства приведены в таблицах 2-3.

 

Таблица 2−Химический состав стали А30

Содержание  элементов, %
С	Si	Mn	P	S	Cr, Ni, Cu
			не  более
0,27−0,35	0,15−0,35	0,7-1,00	0,060	0,08-0,15	<=0,25

   

Таблица 3−Механические свойства стали 35

σв, МПа	σт, МПа	δ,%	Ψ,%
510	320	15	25

 

Для данной детали из стали марки А30 вид термообработки будет следующим: принимаем закалку с охлаждением в воде. При этом скорость охлаждения V>=500°C/сек. Производим нагрев стали до Т=860°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 средний отпуск: нагрев до Т=350-450°С  с выдержкой и последующим охлаждением на воздухе.

 

          Схема термообработки следующая:

             >AC3      Охлажд.                       С. О.

     Ф+П            А                           Сз                           Со

            820°С      V≥500°C/сек           380─450°С

 

        Т,°С                  

      Тзак       ………                     820°С               

 

 

 

 

        Тотп        …………………………….                   420°С

 

 

 

 

t, c

                    Рисунок 1─Схема термообработки.

 

            

         На диаграмме «железо-углерод»  покажем марганцевистую сталь А30.

 

              

Рисунок 2─Диаграмма железо-углерод (стальной участок)  

 

2 Тип производства, количество деталей в партии

В зависимости от размеров производственной программы, сложности  и трудоёмкости изготовляемых деталей (изделий) различают три вида (типа) производства показанных в таблице 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	Свыше 10 до 5000	Свыше100 до 50000
Массовое	Свыше  1000	Свыше 5000	Свыше 50000

 

 

        Определим  массу детали по формуле (1) 

 

                                                      m=ρV,                                                                   (1)

                                                                                                                                  

         где     m ─ масса детали, кг;

                    p  ─ плотность стали, кг/м³  ;

  V   ─объём детали, м³ ;

          Для  стали принимаем ρ=7,8 10³ кг/ м³, V=0,000608 м³ .

                                     

                                  m= 7,8·10³· 0,000608= 4,74 кг

 

По таблице 5 определяем тип производства. Так как масса  детали меньше 5 кг и производственная программа 6000 деталей, то тип производства ─ серийное.

Серийное производство ─ изделия изготавливаются и обрабатываются партиями (сериями), состоящими из однотипных деталей одинакового размера, запускаемых в производство одновременно. В зависимости от количества изделий в партии и их трудоёмкости 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
Среднесерийное	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 = 6000, t = 3, Ф = 255 .

                                                             ,     шт.     принимаем n = 70 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.

В качестве заготовки для изготовления данной детали необходимо взять поковку. Припуски на её обработку приведены в таблице 6.

 

Таблица 6 ─ припуски и допуски  на обработку.

Размер детали, мм	Припуски, мм	Допуски, мм	Размер заготовки, мм
210	3,8	+2.1 - 1,1	217,6
Ø80	3,4	+ 1,7 - 0,9	86,8
Ø60	3,4	+ 1,7 - 0,9	66,8
Ø50	3,4	+1,7 - 0,9	56,8

 

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

 

 

   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

                                     

                                                 Токарная операция

Сверлильная операция

                                                   Фрезерная  операция         

 

Термообработка

 

         Шлифовальная  операция

                                                    Контроль   качества

                             Рисунок 3 ─ Структура  технологического  процесса 

 Токарная операция предназначена для обработки цилиндрических, 
фасонных, конических поверхностей , расточивание отверстий , нарезание резьбы.

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

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

   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) Токарн – винторезный станок 16К20

2) Вертикально-сверлильный станок 2Н125

3) Горизонтально – фрезерный станок 6М82Г

4) Вертикально-фрезерный станок 6М12П

5) Кругло-шлифовальный станок 3Б153

Технические характеристики станков приведены в таблицах 7-9.

 

Таблица 7 ─ Вертикально-сверлильный  станок 2Н125

Величина	Размер
Наибольший условный  диаметр сверления, мм	25
Вертикальное перемещение  сверлильной головки, мм	200
Число ступеней  частоты вращения шпинделя	12
Частота вращения шпинделя, об/мин	45 ─  2000
Число ступеней  подач	9
Подача шпинделя, мм/об	0,1 ─ 1,6
Крутящий момент  на шпинделе, Н	250
Наибольшая допустимая  сила подачи, Н	90
Мощность электродвигателя, кВт	2,2
КПД станка	0,8

 

 

Таблица 8 ─ 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

 

Таблица 9 – Технические параметры горизонтального – фрезерного станка 6М82Г

Показатель	Размер
Рабочая поверхность стола, мм	320×1250
Число ступеней частоты вращения шпинделя	18
Число вращения шпинделя, об/мин.	31-1600
Число ступеней подачи	18
Подача  стола, мм/мин.                     продольная                 поперечная	25-1250 8,3-416
Наибольшая  допускаемая сила подачи, кН	15
Мощность  главного электродвигателя, кВт	7,5
КПД станка	0,75

 

 

Таблица 10 ─ Круглошлифовальный станок 3М153

Величина	Размер
Наибольшие размеры  устанавливаемой заготовки:
диаметр	140
длина	500
Высота центров  над столом	90
Наибольшее продольное  перемещение стола	500
Скорость автоматического  перемещения стола, м/мин	0,02 -5
Частота вращения  шпинделя шлифовального круга,  об/мин,  при наружном шлифовании	1800
Скорость врезной  подачи шлифовальной бабки, мм/мин	0,05 - 5
Мощность электродвигателя  привода данного движения, кВт	7,5

         

  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) Тиски станочные

2) Накладки тисков.

 

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 резец [ Резец  ║─20 х 16-45°- Т15К6 – ГОСТ 6743 – 61]

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

б) Подрезной резец [ Резец  V ─ 20 х 16 – Т15К6 – ГОСТ 6743 – 61]

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

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	2102 – 0077	20	16	120	8	14	1.0	0223Б	Кан ИЗ
Подрезной	2112 – 0013	20	16	120	6	15	1.0	737	Бор ИЗ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 4 – Проходной резец

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

             Рисунок 5 – Подрезной отогнутый резец

 

 

6.2  Для сверлильной операции выбираем:

 

  а) Сверло   спиральное  с коническим  хвостовиком  [СВЕРЛО 14 - 1 ГОСТ 1886 – 64 ]

  б) Сверло спиральное  с цилиндрическим хвостовиком [СВЕРЛО 8 - 1  ГОСТ 4010 – 64 ]

  в) Сверло   центровочное   комбинированное  [ СВЕРЛО 2317 – 0032    ГОСТ 14952 - 69 ]

  Параметры свёрл  приведены в таблицах 12 – 13 

 

Таблица 12 – Параметры спиральных свёрл 

Тип сверла	Обозначение	Размеры, мм			Направление       резания	Завод-    изготовитель
		d	L	l0
спиральное	2300 - 0751	14	140	65	правое	ОИЗ
спиральное	2300 - 0686	8	95	45	правое	ОИЗ, ЗИЗ

 

 

 Таблица 13 ─ Параметры центровочного сверла

Обозначение	Размеры, мм					Завод - изготовитель
	d	D	L	l	R
центровочное	3,15	10,0	56	9,5	10,0	СИЗВ

 

            Изобразим свёрла на рисунках 6 – 8.

 

 

 

 

 

 

 

 

           Рисунок 6 – Спиральное сверло d =6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

            Рисунок 7 – Сверло спиральное D =14,5

 

        

 

 

 

 

 

    Рисунок 8 –  Сверло центровочное

 

   6.3  Для фрезерной  операции выбираем:

    а) Фреза дисковая пазовая по ГОСТ 3964 – 69

 Фреза торцовая  насадная со вставными ножами  из твёрдого сплава Т15К6 –  [ФРЕЗА 2214 – 0001 60° 1 - ГОСТ 8529 –  69]

 

Таблица 14 – Параметры фрезы

Обозначение  фрезы	Размеры, мм				Число ножей
праворежущая	D	B	d	h
2214 – 0001	140	18	32	10	18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

            

Рисунок 9 – Фреза дисковая 
Таблица 15 – Параметры шпоночной фрезы

Фреза шпоночноя	d	l	L
ГОСТ 6648 – 68	12	72	150

 

 

                       d

                                            l

                                                            L

 

Рисунок 10 – Фреза шпоночная для призматических шпонок

 

           6.4  Для шлифовальной операции выбираем:

            а)   Шлифовальный круг –  ЧАЗ-ЭБ40-СТ3К5 – ПП – 200х25х35 –          ГОСТ 18118 – 79.

 

Таблица 16 – Параметры шлифовального  круга   

Размеры, мм
D	d	b
200	35	25

 

         

           Рисунок 11 – Шлифовальный круг 

           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.