Технологический процесс. 4


Введение

 

 

В современных условиях рыночной экономики  ведущую роль в ускорении научно-технического прогресса призвано сыграть машиностроение.

В настоящее время машиностроение в значительной степени определяет развитие и совершенствовании всего  народного хозяйства республики.

В свое время машиностроение пережило несколько этапов своего развития. Первые этапы характеризовались  накоплением опыта производства машин, опубликовывались статьи по обработке  заготовок и появлялись нормативные  материалы. Появлялись теоретические  труды в области машиностроения, разрабатываются методы анализа  точности и управления качеством  продукции с помощью математической статистики и теории вероятности.

В наши дни широко используются фундаментальные  и теоретические науки. Для решения  теоретических и практических задач  используются современные вычислительные средства. ЭВМ нашлось  применение не только для проектирования технологий, но и для процесса изготовления машин. Создаются и развиваются системы  автоматизированного производства.

В процессе механической обработки деталей  машин возникают проблемные ситуации, связанные с необходимостью выполнения технических требований, поставленных конструктором перед производством. Производственный процесс связан с эксплуатацией сложного металлорежущего оборудования, в том числе полуавтоматического оснащенного системами числового, программного управления, быстродействующей технологической оснасткой. Механическая обработка определяет трудоёмкость и себестоимость продукции, а так же долговечность эксплуатационных свойств деталей машин.

Развитие  технологии механической обработки  и сборки и её направленность обуславливается  стоящими перед машиностроительным комплексом задачами:

1)создание новых методов обработки;

2)внедрение механизации и автоматизации;

3)обеспечение высокой производительности и надлежащего качества;

4)снижение себестоимости изготавливаемой продукции.

  Требование современности – выпуск  конкурентоспособных изделий, востребованных на внутреннем и внешнем рынке. В связи с этим основными направлениями развития современной технологии являются: переход от прерывистых, дискретных технологических процессов к непрерывным автоматизированным, обеспечивающим увеличение масштабов производства и качества продукции; внедрение безотходной технологии для наиболее полного использования сырья, материалов, энергии, топлива и повышения производительности труда; создание гибких производственных систем, широкое использование роботов и роботизированным технологических комплексов в машиностроении и приборостроении.

1 Назначение и конструкция детали

 

 

Деталь  вал относится к классу валов  и предназначен для передачи крутящего момента. 

Заготовка детали может быть получена как из проката, так и штамповкой.

Деталь  представляет собой вал, у которого диаметры увеличиваются от одного торца к другому. На валу расположены три шпоночных паза для установки призматических шпонок. На поверхности Æ55 нарезана резьба М55х2-6g.

В правом торце вала имеется центровое отверстие FM16.

Рабочий чертеж вала приведен на рисунке 1.

 

 

Рисунок 1 – Рабочий чертеж детали

 

 

Вал  изготавливается  из углеродистой стали 45  ГОСТ 1050-74. Исходная твердость стали НВ 156-197. Деталь подвергается закалке с последующим высоким отпуском.

Механические  свойства и химический состав стали  45 приведены в таблице1 и 2.

Таблица 1 – Механические свойства стали 45

 

στ,  МПа

σв, МПа

d,%

y,%

360

610

16

40


 

 

 

Таблица 2 –  Химический состав стали 45

В процентах

С

Сu, не более

Si

Мn

Cr

Ni, не более

S, не более

Р, не более

0,4-0,5

0,25

0,17-0,37

0,5-0,8

0,3

0,30

0,04

0,035


 

 

 

2 Анализ технологичности конструкции  вала

 

 

Деталь вал относится к деталям  класса “валы”. Деталь представляет собой вал, у которого диаметры увеличиваются от одного торца к другому. Обработка вала ведется проходными резцами с одной стороны сторон.

Вал имеет центровые отверстия, позволяющие устанавливать его  в центрах на большинстве операций, кроме сверлильной и фрезерной операций, что обеспечивает необходимую точность размеров обрабатываемых поверхностей и их взаимное расположение. Это обеспечивает принцип постоянства баз в технологическом процессе.

К нетехнологическим элементам могут быть отнесены закрытые шпоночные пазы и глухое отверстие с резьбой FM16 в торце детали.

Деталь имеет удобные базовые  поверхности, что позволяет на всех операциях использовать стандартные приспособления.

Конструктивно деталь считаем технологичной.

В соответствии с ГОСТ 14.201-1873 рассчитываем показатели технологичности конструкции детали.

Средний квалитет точности обработки детали определяется по формуле:

     (2.1)

где     – номер квалитета точности i - ой поверхности;

- количество размеров деталей,  обрабатываемых по  - му квалитету.

Для расчета среднего квалитета точности составляем исходную таблицу точности 3.

 

Таблица 3 - Точность поверхностей детали

 

Квалитет точности 

6

9

10

13

14

15

Количество поверхностей

2

3

1

1

7

3


 

 

 

Коэффициент точности обработки определяется по формуле:

,                                                     (2.2)

 

Деталь  соответствует базовым технологическим  требованиям.

Средняя шероховатость  поверхностей определяется по формуле:

,                                                   (2.3)

где   - значение шероховатости i-ой поверхности;

-количество поверхностей, имеющих  шероховатость  .

Для расчета  средней шероховатости составляем исходную таблицу  шероховатости детали 4

 

Таблица 4 - Шероховатость  поверхностей детали

 

Шероховатость поверхности  R, мкм

0,8

1,6

3,2

12,5

Количество поверхностей, n

2

1

4

10


 

 

Коэффициент шероховатости детали определяется по формуле:

                                                      (2.4)

 

 

 

Коэффициент использования материала определяется по формуле:

,                                                      (2.5)

 

где   -  масса детали,

- масса заготовки,

 

 

 

 

 

 

3 Определение типа производства

 

 

В связи с  отсутствием норм времени в базовом  технологическом процессе и невозможностью определения коэффициента закрепления  операций тип производства предварительно определяем по годовому выпуску детали и их массе.

При годовом  выпуске N=4000 штук и массе mд=3,5 кг тип производства определяем в соответствии с рекомендациями.

В серийном производстве детали изготавливают партиями. Размер партии рассчитываем по формуле:

 

                                                (3.1)

 

где - количество дней запаса деталей на складе, ;

 – количество рабочих дней в году, дней.

 

 

 

По размеру  партии устанавливаем, что производство будет среднесерийное. Окончательно тип производства будет уточнен после расчета норм времени.

 

 

4 Выбор метода получения заготовки

 

 

Заготовка вала в проектируемом варианте получается штамповкой на кривошипном горячештамповочном прессе (КГШП).

Этот метод  обеспечивает высокую точность заготовок, минимальные припуски и высокую  производительность.

Для расчетов припусков и определения предельных отклонений размеров заготовки определяем индекс заготовки по ГОСТ 7505-89.

Расчетная масса  поковки:

                                              (4.1)

 

где     - масса детали;

- коэффициент, зависящий от  способа поковки, 

 

 

 

Размеры фигуры (цилиндра), описывающей  поковку:

- диаметр

                                               (4.2)

 

- длина

                                             (4.3)

 

 

Масса фигуры, описывающей поковку:

 

 

 

 

 

Отношение расчетной массы поковки  к массе фигуры:

 

 

 

Степень сложности – С1.

Группа металла  – М2

Конфигурация поверхности разъема  штампа – П (плоская).

По группе стали, классу точности и  степени сложности определяем исходный индекс поковки – 8.

Рассчитываем стоимость заготовки  по формуле[2]:

 

          (4.5)

 

где - базовая стоимость одной тонны заготовок, ;

- масса заготовки, ; 

- масса детали, ;

- стоимость одной тонны отходов, ;

- коэффициент, зависящий от  класса точности, ;

- коэффициент, зависящий от  степени сложности, ;

- коэффициент, зависящий от  массы заготовки, ;

- коэффициент, зависящий от  марки материала, ;

- коэффициент, зависящий от  объема выпуска,  .

 

Экономический эффект достигается за счет сокращения расхода метала:

 

,                                    (4.6)

 

где  - объём выпуска, шт.

.

 

Следовательно, заготовку вала целесообразнее получать штамповкой чем из проката, так как уменьшается материалоемкость и как, следствие, уменьшаются экономические затраты на 88,9 млн.р.

 

 

 

5 Расчет припусков на механическую  обработку и определение межоперационных размеров

 

 

Рассчитаем  припуски на обработку поверхности Æ. Заготовка детали получена штамповкой на КГШП. Маршрут обработки поверхности

включает  следующие операции:

- черновое точение;

- чистовое точение;

- шлифование.

Припуски  рассчитываем по формуле,[3]:

 

                      (5.1)

 

где – высота микронеровностей, полученных на предыдущей операции;

 – глубина дефектного слоя, полученного на предыдущей операции;

 – пространственное отклонение, полученное на предыдущей операции;

  - погрешность базирования.

 

Обработка вала на всех операциях ведется в центрах. Следовательно, погрешность установки в радиальном направлении равна нулю, т.е.e=0.

Выписываем  значения Rz и Т для всех операций:

- для заготовки

Rz = 150 мкм, Т = 250 мкм;

- для чернового точения

Rz = 50 мкм, Т = 50 мкм;

- для чистового точения

Rz= 30 мкм, Т = 30 мкм;

- для шлифования 

Rz= 5 мкм, Т = 15 мкм.

Рассчитываем  значение пространственного отклонения .

 

,                                      (5.2)

 

где – допуск на смещение по поверхности разъема штампа, ;

 – погрешность зацентровки;

 – коробление детали.

Погрешность зацентровки при установке детали в центрах находится по формуле:

,                 (5.3)

 

где – допуск заготовки, мм.

 

мм.

 

Коробление  детали:

  ,                                                 (5.4)

 

где Δк – удельное коробление заготовки, мкм/мм;

l - расстояние от обрабатываемого сечения до ближайшей опоры, мм.

 

 

- для заготовки

 

 

 

- после черновой обработки

 

                                              (5.5)

 

 

 

- после чистовой обработки

 

                                             (5.6)

 

 

 

- после шлифования

 

                                             (5.7)

 

 

 

Рассчитываем  минимальные припуски на все операции техпроцесса.

1) под черновое точение

 

 

 

2) под чистовое  точение

 

 

 

3) под шлифование

 

 

 

Для дальнейших расчетов составляем таблицу  5.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 5– Расчет припусков и предельных размеров по операциям на обработку поверхности Æ

 

Наимено-

вание

операции

Элементы 

припуска, мкм

Припуск,

мкм

Расчетный диаметр , мм

До-

пуск

 

мкм

Предельные 

размеры, мм

Предельные припуски,мкм

         

 

 

1

2

3

4

5

6

7

8

8

10

11

Заготовка

150

150

860

-

58

1600

58

59,6

  

-

Точение черновое

50

50

52

2

55,473

250

55,473

55,723

2527

3877

Точение чистовое

30

30

34

2

55,169

62

55,169

55,231

304

492

Шлифование

5

15

17

2

54,981

19

54,981

55

188

231

Итого

                

3019

4600


 

Графа в таблице 3.6 «Расчетный диаметр»  (dР) заполняется, начиная с конечного размера, путем последовательного прибавления расчетного минимального припуска каждого технологического перехода.

Для чистового  точения

 

 

для чернового  точения

 

 

для заготовки

 

 

Значения  допусков для каждого перехода принимаем  по таблицам в соответствии с квалитетом того или иного вида обработки.

Для заготовки:  dз = 1600 мкм; для чернового точения (по 12 квалитету точности):d1 = 250 мкм; для чистового точения (по 9  квалитету точности): d2 = 62 мкм; для шлифования: d3= 19 мкм.

Предельный  размер (dmin) получается по расчетным размерам, округленным до точности допуска соответствующего перехода.

Предельный  размер (dmax) вычисляем прибавлениемдопуска к округленному наименьшему предельному размеру.

Тогда наименьший диаметр при шлифовании:

 

 

 

- при чистовом точении

 

 

 

- при черновом точении

 

 

 

- для заготовки

 

 

 

Предельные  значения припусков  определяем как разность наибольших предельных размеров и - как разность наименьших предельных размеров предшествующего и выполняемого переходов:

максимальный припуск

 

;                              (5.8)

 

минимальный припуск

 

.                                (5.9)

 

Для шлифования

мм;

мм.

 

для чистового точения

 

мм;

мм;

 

для чернового точения

мм;

мм;

 

Определяем общие припуски.

 

км,

мкм.

 

Общий номинальный припуск определяем по формуле 

 

,                                   (5.10)

 

где   – нижние отклонения диаметра заготовки;

- допуск на деталь.

 

.

 

Номинальный диаметр заготовки  определяем по формуле 

 

,                                    (5.11)

 

где – номинальный диаметр детали.

 

 

 

Производим проверку правильности выполненных расчетов:

 

 

 

 

 

Следовательно, расчеты припусков выполнены  правильно.

Графическая схема расположения припусков и  допусков на обработку поверхности Æпредставлена на рисунке 2.

 

 

Рисунок 2 - Схема графического расположения припусков и допусков на обработку поверхности Æ  вала

 

 

Рассчитаем припуски на обработку поверхности . Заготовка детали получена штамповкой на КГШП. Маршрут обработки поверхности состоит из:

фрезерно-центровальная операции.

Припуски  рассчитываем по формуле,[3]:

 

                      (5.12)

 

Выписываем значения Rz и Т для всех операций:

- для заготовки

Rz = 150 мкм, Т = 250 мкм;

 

- для фрезерно-центровальной операции

 

Rz = 5 мкм, Т = 15 мкм.

Рассчитываем пространственное отклонение :

- для заготовки

,                                           (5.13)

где ∆к – удельное коробление заготовки;

L – длина обрабатываемой поверхности

.

Остаточное  пространственное отклонение определяется по формуле    

,                                            (5.14)

где Ку – коэффициент уточнения формы.

После фрезерования торцев

.

 

Рассчитываем припуски на фрезерование торцев.

 

 

Для дальнейших расчетов составляем таблицу 6.

 

 

Таблица 6 – Расчет припусков и предельных размеров по операциям на обработку поверхности

 

Наимено-

вание операции

Элементы припуска, мкм

Припуск,

мкм

Расчетный размер , мм

До-

пуск

 

мкм

Предельные размеры, мм

Предельные припуски, мм

         

 

 

1

2

3

4

5

6

7

8

8

10

11

Заготовка

150

250

159,6

-

228

2000

228

230

5

-

Фрезерно-центровальная

5

15

19,15

2

226,85

1150

226,85

228

1150

2000


 

Графа «Расчетный размер» в таблице 6  (lР) заполняется, начиная с конечного размера, путем последовательного прибавления расчетного минимального припуска каждого технологического перехода.

Для заготовки:

 

 

Значения допусков для каждого  перехода принимаем по таблицам в  соответствии с квалитетом того или иного вида обработки.

Для заготовки:  dз = 2000 мкм; для фрезерно-центровальной операции: d1 = 500 мкм.

Предельный размер (lmin) получается по расчетным размерам, округленным до точности допуска соответствующего перехода.

Предельный размер (lmax) вычисляем прибавлением допуска к округленному наименьшему предельному размеру.

Тогда наименьший размер при фрезерно-центровальной операции

 

 

- для заготовки

 

 

 

Предельные значения припусков  определяем по формулам(5.8, 5.9):

под фрезерование торцев

мм;

мм.

 

Общий номинальный припуск определяем по формуле 5.10

 

.

 

Номинальный размер заготовки определяем по формуле

 

,                                      (5.14)

 

где – номинальный размер детали.

 

 

 

Производим проверку правильности выполненных расчетов

 

 

 

Следовательно, расчеты припусков выполнены  правильно.

 

Графическая схема расположения припусков и  допусков на обработку поверхности  представлена на рисунке 3

 

Рисунок 3 - Схема графического расположения припусков и допусков на обработку поверхности Æ  вала

 

 

На остальные  поверхности припуски и предельные отклонения назначаем по ГОСТ 7505-89 и результаты сводим в таблицу 7.

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 7 –Припуски и допуски на обрабатываемые поверхности валапо ГОСТ 7505-89

 

Размер детали

Припуск

Предельные 

отклонения

табличный

расчетный

Æ55

-

  

Æ64

2∙1

-

228

-

  

10

2∙0,9

-


 

 

 

6 Разработка и анализ двух вариантов маршрутных технологических процессов изготовления детали. Составление маршрутных карт.

 

 

Базовый технологический процесс представлен в таблице 8.

 

Таблица 8 – Базовый технологический процесс

 

№операции

Наименование операции, ее содержание

Модель станка, режущий инструмент

Технологические базы

005

Круглопильная

8В66

Пила дисковая

  

010

Фрезерно-центровальная

1. Фрезеровать торцы 

2. Сверлить центровые отверстия

МР77

Фреза торцовая Ø100; Т15К6

Сверло центровочное Ø6,3; Р18

Поверхности Ø55,  Ø48 и торец вала

015

Токарная 

1. Черновое точение поверхностей  Ø48, Ø52, Ø55, Ø64 и торца.

2. Чистовое точение поверхностейØ48, Ø52,Ø55, торца 10 и фасок.

3. Точить 2 канавки b=3

4. Точить канавку b=2,5

5. Нарезать резьбу М55х2-6g

16Б16А

Резец проходной Т15К6

Резцы канавочные

Т15К6

Резец резьбонарезной

Центровые отверстия

020

Вертикально-фрезерная

1. Фрезеровать  шпоночный паз 14N9

2. Фрезеровать шпоночный паз 16N9

3. Фрезеровать шпоночный паз 8N9

6К11

Фрезы концевые Ø16, Ø14, Ø8

Поверхности Ø55,  Ø48 и торец вала

025

Вертикально-сверлильная 

1. Сверлить отв. Ø16

2. Зенкеровать отверстие

3. Зенковать фаску

2. Нарезать резьбу М16

2Н135

Сверло Ø 15

Зенкер

Зенковка 

Метчик Ø 16

Поверхности Ø55,  Ø48 и торец вала

030

Слесарная

1. Опилить заусенцы после предыдущих  операций, очисть глухие отверстия от стружки

Верстак слесарный

Напильник

  

035

Термическая

    

040

Торцекруглошлифовальная

1. Шлифовать поверхностьØ55, Ø48 и торец

3Т161Е

Круг шлифовальный

Центровые отверстия

045

Контрольная

Стол контрольный

  

 

В соответствии с чертежом детали и годовым объемом выпуска  принимаем следующий маршрут ее обработки (таблица 9).

 

Таблица 9 – Принятый технологический процесс

 

№операции

Наименование операции, ее содержание

Модель станка, режущий инструмент

Технологические базы

005

Прессовая

КГШП

  

010

Фрезерно-центровальная

1. Фрезеровать торцы 

2. Сверлить центровые отверстия

МР77

Фреза торцовая Ø100; Т15К6

Сверло центровочное Ø6,3; Р18

Поверхности Ø55,  Ø48 и торец вала

015

Токарная с ЧПУ

1. Черновое точение поверхностей  Ø48, Ø52, Ø55, Ø64 и торца.

2. Чистовое точение поверхностейØ48, Ø52,Ø55, торца 10 и фасок.

3. Точить 2 канавки b=3

4. Точить канавку b=2,5

5. Нарезать резьбу М55х2-6g

16К20.Т1

Резец проходной Т15К6

Резцы канавочные

Т15К6

Резец резьбонарезной

Центровые отверстия

020

Вертикально-фрезерная ЧПУ

1. Фрезеровать  шпоночный паз 14N9

2. Фрезеровать шпоночный паз 16N9

3. Фрезеровать шпоночный паз 8N9

6Р13Ф3-01

Фрезы концевые Ø16, Ø14, Ø8

Поверхности Ø55,  Ø48 и торец вала

025

Вертикально-сверлильная с ЧПУ

1. Сверлить отв. Ø16

2. Зенкеровать отверстие

3. Зенковать фаску

2. Нарезать резьбу М16

2Р135Ф2-1

Сверло Ø 15

Зенкер

Зенковка 

Метчик Ø 16

Поверхности Ø55,  Ø48 и торец вала

030

Слесарная

1. Опилить заусенцы после предыдущих  операций, очисть глухие отверстия от стружки

Верстак слесарный

Напильник

  

035

Термическая

    

040

Торцекруглошлифовальная

1. Шлифовать поверхностьØ55, Ø48 и торец

3Т161Е

Круг шлифовальный

Центровые отверстия

045

Контрольная

Стол контрольный