Технологический процесс изготовления детали "Вал"

Санкт-Петербургский  институт машиностроения

                    Кафедра технологии машиностроения

 

 

 

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ  ЗАПИСКА

к курсовому проекту по технологии машиностроения на тему "Разработка технологического процесса механической обработки детали Вал "

Выполнил студент

Консультант проекта

                                                 Звановских В.В.

                                                           Куцанов Л.А.

 

 

 

 

 

 

Санкт-Петербург 2008г

 

Содержание:

Введение                                                                                                        3

Задание для проектирования.                                                                                4

1.Этапы подготовки  к проектированию технологического  процесса              

1.1. Служебное назначение  и конструкция детали.                                                    5

1.2.Определение  типа производства.

1.3 Анализ технологичности  конструкции                                                                8

2. Проектирование  технологического процесса механической  обработки.

2.1. Выбор и  обоснование варианта маршрутного  технологического процесса                   12

2.2. Проектирование  технологических операций механической  обработки      

2.2.1. Назначение  технологических баз                                                                   14

2.2.2 Выбор оборудования  и технологической оснастки                                              20

2.2.3. Расчет и  назначение операционных припусков  на механическую обработку.                 23

2.2.4.Расчет и  назначение режимов резания и  техническое нормирование операций.             33

3. Проектирование  контрольно-измерительного приспособления.                                   45

Литература                                                                                                 47

 

 

Введение

Цель  курсового проектирования

-расширение, систематизация, и закрепление теоретических  и практических знаний, полученных  студентами во время лекционных, лабораторных, практических занятий, а также в период прохождения инженерной производственной подготовки на базовых предприятиях, практическое применение зтих знаний для решения конкретных технических, организационных и экономических задач,

-развитие и закрепление навыков ведения самостоятельной работы,

-проведение  поиска научно-технической информации  и работа со справочной и  методической литературой, стандартами  и нормами,

-обучение  студента краткому изложению  сущности проделанной работы  и аргументировано объяснять  принятые решения при ответах на вопросы.

Развитию  и формированию учебной дисциплины "Технология машиностроения", как  прикладной науки предшествовал  непрерывный прогресс машиностроения но протяжении последних двух столетий Степень прогресса определяла интенсивность изучения производственных процессов, а следовательно, и научное их обобщение с установлением закономерностей в технологии механической обработки заготовки, в результате которых получается готовое изделие, соответствующее по размерам, форме и качеству поверхности, требованиям, предъявляемым к его работе.

 

Задание для проектирования.

Тема  проекта : Разработка технологического процесса механической обработки детали "Вал  (КП7)"

Годовая программа выпуска шт. 3800шm/год

Рассчитать  припуски на обработку поверхностей

Ø16h7

Рассчитать  режимы резания и нормы времени  но операции токарная на обработку  поверхностей Ø16h7 и фрезерование шпоночного паза .

Разработка  схем инструментальных наладок на операции.

СпроектØировать контрольно-измерительное приспособление для контроля 

­

0,05

Б

Спроектировать  станочное приспособление с механизированным  приводом (похожее на ручное )для  обработки шпоночного паза.

 

1.Этапы  подготовки к проектированию  технологического процесса.

1.1. Служебное назначение и конструкция детали.

 

 

 

Рис1.Деталь «Вал»

Изображение вала-шестерни в соответствии с рисунком 1.

В конструкциях машин и механизмов основными  деталями для передачи вращательного  движения и крутящего момента  являются валы. В процессе работы материал валов испытывает сложные деформации - кручение, изгиб, растяжение и сжатие. Поэтому, чтобы обеспечить нормальную работу деталей, передающих движение на вал, и сборочной единицы в целом, валы должны быть жесткими.

 

Валы очень  разнообразны как по форме, так и  по размерам, однако по технологическим признакам их можно привести к двум исходным формам: гладкому и ступенчатому валам.

Прямые  гладкие валы постоянного диаметра имеют наиболее простую геометрическую форму, но их применение весьма ограничено. Наиболее распространены в машиностроении ступенчатые валы, основными технологическими параметрами которых являются: Общая длина вала, количество ступеней, неравномерность их перепада по диаметрам, диаметр наибольшей ступени, наличие шлицев и их форма.

В конструкции  вала-шестерни, для которого проектируется технологический процесс изготовления, присутствую такие элементы как: - цапфа; - шпоночные пазы; - шестерня. Цапфа это часть вала, опирающаяся на подшипник.

Шпоночные пазы необходимы для образования  шпоночного соединения. Шпоночные соединения передают большие крутящие моменты, имеют большую усталостную прочность и высокую точность центрирования и направления.

Шестерня  необходима для образования зубчатой передачи. В данном случае передача осуществляется цилиндрическими зубчатыми  колесами с внешним зацеплением зубьев.

 

Для изготовления вала используется сталь 45 ГОСТ 1050-74

Химический  состав стали  45 ГОСТ 1050-74,%, представлен в таблице 1.1. , механические свойства в таблице 1.2.

Таблица 1.1

C	Si	Mn	Cr	S	P	Cu	Ni	As
			Не  более
0,42-0,50	0,17- 0,37	0,50- 0,80	0,25	0,04	0,035	0,25	0,25	0,08

Таблица 1.2

t0С Закалки В воде	Отпуск		sm	sв	ds	y	KCU Дж/см2	НВ после отжига, не  более
	t0С	Охл. среда	МПа		%
			Не  менее
850	600	вода	590	730	25	55	118	190

 

1.2.Определение  типа производства.

Тип производства предварительно определим, используя табл4(2)

годовая программа выпуска N=3800  шт , масса детали 0,46 кг-тип производства серийный.

 

1.3 Анализ технологичности  конструкции.

Деталь "Вал" изготавливается из материала  Сталь 45 ГОСТ 1050-74 .Конструктивные особенности детали позволяют в качестве исходной заготовки использовать пруток. Кроме того, можно получить исходную заготовку методом горячей обьемной штамповки. В этом случае уменьшается отход металла

Предусматриваются удобные и надежные технологические базы (например 3-х кулачковый патрон токарно-револьверного станка) При обработке детали на токарно-револьверном станке за один установ обрабатывается несколько поверхностей, т.е. соблюдается принцип постоянства баз, что приводит к повышению точности при обработке .

Простановка размеров позволяет производить  обработку по принципу автоматического  выполнения размеров на настроенных  станках .

Предусмотрена возможность удобного подвода инструмента  в зону резания вход и выход  его, отвод стружки из зоны резания

6требовании к шероховатости некоторых поверхностей и допусков формы и расположения поверхностей.

 

^{1.4. Выбор метода получения исходной заготовки}

Выбор вида и метода получения заготовки  определяется назначением и конструкцией детали и материала, техническими требованиями, типом производства а также экономичностью изготовления . 
Вид заготовки оказывает значительное влияние на характер технологического процесса трудоемкость и технологичность ее обработки

В машиностроении применяются следующие  методы получения заготовок такие как- литье, сварка прокат, ковка на молотах и горячая штамповка

Так как для детали используется сталь 45 ГОСТ 1050-74, являющаяся не литейной, то получение заготовки литьем не возможно . 
Так же это столь является ограниченно свариваемым металлом, требующим специальные сварочные материалы , поэтому сварка не подходит .

Малый вес и сложная конфигурация не позволяют получить заготовку ковкой но молотах.

Конфигурация детали и её размеры позволяют использовать метод штамповки .При обработке детали типа "вал" основная задача обеспечение концентричности цилиндрических поверхностей и перпендикулярности торцов к оси детали Это может быть получено при изготовлении детали из проката

Поэтому выбираю прокат и штамповку.

 

Рис2

. 

Рис3.

Определим массы заготовок по вариантам

Масса заготовки определяется по формуле 

                    Мз= Vз ρ{кг), где

.Vз  - объем заготовки см ³ ρ - плотность материала кг/ см ³

Для цилиндрических фигур- Vз=πd ²/4*l₃

Масса проката равна: V_прокат=(3,14*4,0 ²/4)*18,4=231,104 см ³

М_прокат=231,4*7,85=1,814 кг

ρ_стали= 7850 кг/м

Масса штампованной заготобки равна

Мштамп= Кр * Мдет= 1,5 * 0,46=0,69 кг

Мдет= 0,46 кг

Кр - козффициент для определения  расчетной массы поковки

Кр= 1,3..17; принимаю Кр= 1,5

Для определения более рационального варианта заготовки произведем технико-экономический расчет таких показателей как, коэффициент использования материала- Ким

Ким=Мдет/Мзаг, где  Мдет -масса детали ,кг

                          Мзаг-масса заготовки,кг

 

Прокат Ким = 0,46/1,814=0,253 Штамповка  Ким = 0,46/0,69=0,67

Себестоимость изготовления заготовок Sзаг определяется   по формулам 6 и 7[ 1.c.31-48]

Для заготовки из проката    Sпрокат = Q*S - (Q - q) * Sотх/1000   (руб), где

Q - масса  заготовки, кг (Q= 1,814 кг )

S - цена 1 кг материала заготовки, руб( S= 0,241 руб)

q - масса готовой детали, кг (q= 0,46 кг)

Somx - цена 1 т отходов, руб (Sотх= 29,8 руб)   Sпрокат= 0,35 руб

Для заготовок из штамповки:

Sштам= (Ci/1000*Q*Km* Кс*Кb*Kм*Kn)-(Q-q)Sотх,(руб), где

Ci -базовая стоимость 1т. материала заготовки (Ci=315руб)

Km, Кс, Кв, Км, Кп  Коэффициенты, зависящие от класса точности, группы сложности, массы, марки материала и объема производства заготовки

Кш= 105; Кс= 0,9, Кв= 0,9, Км= 1,79; Кп= 1

Q= 0,69кг; q=0,46 кг; Somx= 29,8руб       Sштам=0,32руб

Определим экономический эффект по использованию  материала на годовую программу  выпуска детали Эм=(Мпрок-Мштамп)*N*Sм,  руб, где

Sм - цена одного кг материала, руб ( Sм = 0,241)

Мпрок,, Мштамп - масса вариантов заготовок, кг

Эм=(1,814-0,69)*3800*0,241 =1029,36руб

Экономический эффект изготовления заготовки 

Э=(Sпрок-Sштамп )* где Sпрок , Sштамп - себестоимость вариантов заготовок, руб

 Э=(0,35 -0,32 )*3800 =114 руб

Для сравнения вариантов получения  заготовок занесем 
результаты в таблицу 1.3.

 

Таблица 1.3.

Вид зоготовки	Коэффициент использования материала Ким	Себестоимость изготовления, руб	Годовая экономия, руб
Прокат  Штамообка	0,253	0,35
Штамповка	0,67	0,32	114

Вывод экономичнее изготовить заготовку  методом штамповки, т.к. для штамповки

-уходит  меньше материала

-быстрее  окупаются затраты

-меньше  себестоимость изготовления

-годовая  экономия данным методом позволяет  снизить  седестоимость изготовления

2. Проектирование технологического  процесса механической обработки.

2.1. Выбор и обоснование варианта маршрутного технологического процесса

Основная  задача при разработке технологии одрадотки валов, обеспечение соосности и минимального радиального биения наружных цилиндрических поверхностей и перпендикулярности торцев к оси детали.

   Эта задача может быть решена следующими способами:

-обработка  поверхности за один установ,  что может быть при изготовлении  детали из проката;

-обработка  поверхности с базированием по  предварительно обработанному наружному  диаметру.

-обработка  поверхностей с базированием по предварительно обработанным отверстию.

Более точный первый и третий методы.

Два маршрута  механической обработки  детали представлены ниже в таблице 2.1.:

 

Таблица 2.1.

1 Вариант	2 Вариант
005 Заготовительная   КГШП	005 Заготовительная КГШП
010Токарно-револьверная	010 Фрезерно-центровальная станок  полуавтомат МР-71М:
020 Токарно-револьверная	020 Токарная 16К20
025 Фрезерная	025 Фрезерная
030 Фрезерная	030 Фрезерная
035 Зубофрезерная	035 Зубофрезерная
040 Термическая	040 Термическая
050 Зубошлифовальная	050 Зубошлифовальная
055 Круглошлифовальная	055 Круглошлифовальная
060 Моечная	060Моечная
065 Контрольная	065 Контрольная

Произведем  сравнение 1 и 2 варианта маршрута механической обработки детали.

  В 1 варианте основное количество поверхностей заготовки обрабатывается на токарно-револьверных станках (on. 010,020), что повышает производительность обработки и снижает трудоемкость, т.к. инструменты установлены в револьверной головке на размер .

Во 2 варианте маршрута вместо токарно-револьверных операций назначены токарно-винторезные операции В зтом случае основное количество поверхностей заготовки обрабатывается универсально на токарно-винторезном станке 16К20 Здесь требуется смена инструмента, т.к. в резцедержателе можно установить только 4 резца это повышает трудоемкость и длительность обработки и помимо этого требуется высокая квалификация рабочего.

 

 Согласно вышеизложенному анализу делаем вывод, что 1 вариант маршрута механической обработки детали наиболее рационален для изготовления данной детали.

2.2. Проектирование  технологических операций механической  обработки

2.2.1. Назначение технологических баз

Деталь «Вал» в процессе обработки должна сохранять заданное положение относительно элементов станка или приспособления. Для этого ее необходимо лишить определенного числа степеней свободы из возможных шести: трех прямолинейных движений в направлении выбранных осей координат и трех вращательных движений вокруг этих или параллельных им осей.

Базирование - придание детали требуемого положения относительно выбранной системы координат.

База - поверхность, ось, точка, принадлежащая  детали и используемая для базировании.

Конструкторская база - база, используемая для определения  положения детали в изделии.

Технологическая база - база, используемая для определения положения детали при изготовлении.

Измерительная база- база, используемая для определения  положения детали при измерении.

Установочная  база - база, используемая для наложения  на деталь связей, лишающих ее трех степеней свободы: перемещения вдоль одной координатной оси и поворотов вокруг двух других осей.

Направляющая  база - база, используемая для наложения  на деталь связей, лишающих ее двух степеней свободы: перемещения вдоль одной  координатной оси и поворота вокруг другой оси.

 

Опорная база - база, используемая для наложения на деталь связей, лишающих ее одной степени свободы: перемещения вдоль одной координатной оси или поворота вокруг оси.

Двойная направляющая база - база, используемая для наложения на деталь связей, лишающих ее четырех степеней свободы: перемещения вдоль двух координатных осей и поворотов вокруг этих осей.

Двойная опорная база - база, используемая для  наложения на деталь связей, лишающих ее двух степеней свободы: перемещения  вдоль двух координатных осей.

Скрытая база - база в виде воображаемой плоскости, оси или точки.

Явная база - база в виде реальной поверхности, разметочной риски или точки  пересечения рисок.

 

 005 Заготовительная

010 Токарно-револьверная

рис4

 

020 Токарно-револьверная

  рис5

В качестве баз используем наружную цилиндрическую поверхность А и торец Б. Наружная цилиндрическая поверхность А является двойной направляющей базой, а торец  Б опорной базой. Деталь лишена пяти степеней свободы: перемещений по осям Z, Y и X, поворотов вокруг осей Z и Y. Базирование не полное. Последней степени свободы деталь лишается при зажиме. Схема базирования детали в соответствии с рисунками 4,5

 

025 Вертикально-фрезерная

Рис.7

030 Вертикально-фрезерная

Рис.8

В качестве базы используем наружную цилиндрическую поверхность Б, которая является двойной направляющей базой. Деталь лишена четырех степеней свободы: перемещений  по осям Z и Y, поворотов вокруг осей Z и Y. Базирование не полное. Последних степеней свободы деталь лишается при зажиме. Схема базирования детали в соответствии с рис.7,8

 

035 Зубофрезерная.

 

Рис. 9

 

Деталь  базируется по центровым отверстиям и лишена пяти степеней свободы: перемещений  по осям Z, Y и X, поворотов вокруг осей X и Y. Базирование не полное. Последней степени свободы деталь лишается при зажиме. Схема базирования детали в соответствии с рисунком 9

 

050 Зубошлифовальная:

 

Деталь  базируется по центровым отверстиям и лишена пяти степеней свободы: перемещений по осям Z, Y и X, поворотов вокруг осей Z и Y. Базирование не полное. Последней степени свободы деталь лишается при зажиме. Схема базирования детали в соответствии с рисунком 9.

 

055 Круглошлифовальная:

 

 

Рис.10.

 

Деталь  базируется по центровым отверстиям и лишена пяти степеней свободы: перемещений по осям Z, Y и X, поворотов вокруг осей Z и Y. Базирование не полное. Последней степени свободы деталь лишается при зажиме. Схема базирования детали в соответствии с рисунком 10.

.

 

 

2.2.2 Выбор оборудования  и технологической оснастки

Выбор металлорежущего станка определяется методом обработки , габаритными  размерами заготовок с учетом их конфигурации; мощностью, необходимой  на резание, техническими требованиями определяющими точность и шероховатость обработанных поверхностей, производительностью и себестоимостью в соответствии с типом производства При выборе конкретной модели станка необходимо обязательно учитывать его технические характеристику основные из которых размерные, скоростные, силовые.

Режущий инструмент необходимо выбрать в  зависимости с методов обработки  и свойств обрабатываемого материала, требуемой точности обработки и  качества поверхности по соответствующим  стандартам и литературе [2] выберем  оборудование и режущий инструмент:

005 Заготовительная   КГШП

010 Токарно-револьверная

Установить  деталь

Переход №1 Подрезать торец.

Переход №2 Сверлить центровое отверстие, выдерживая размер 6,9

Переход№3Точить поверхности в черновую, , выдерживая размеры 3-5

Ø35^+0,2; Ø22h14_-0,52; Ø16 ^+0,3

Переход №4

Точить  поверхности в чистовую, выдерживая размеры 6,7 Ø35h11 _(-0,16) ; Ø6^(+0,05)

Переход № 5 Точить канавку, выдерживая размер 8,9   ; Ø14x2 ;

Точить 2 фаски, выдерживая размеры 10,11,12,13- 1х45⁰

  Оборудование:

 

Станок токарно-револьверный 1Е340П:

Класс точности по ГОСТ 8-82 ,(Н,П,В,А,С)

Диаметр обрабатываемой детали ,мм 400

Диаметр детали над суппортом,мм 40

Длина обрабатываемой детали,мм 100

Частота вращения шпинделя об/мин - 40 - 2000

Подача, мм/об, заготовки:

продольная - 0,035 - 1,6

поперечная - 0,02 – 0,8

Мощность  электродвигателя привода главного движения, кВт -4,2 Габаритные размеры:

длина - 2920 мм ширина - 1240 ммвысота - 1630 мм

Оснастка:

Патрон  трехкулачковый.

Режущий инструмент:

1.резец  подрезной отогнутый  ГОСТ  Т15К6 ГОСТ18879-73 

2. сверло  центровочноеØ3,15мм тип II ГОСТ 14952-85 Материал инструмента - Р6М5 ГОСТ 19265-73

3.резец  проходной отогнутый Т15К6 ГОСТ 18868-73  

4.резец  проходной упорный Т15К6 ГОСТ18879-73

5.резец  проходной упорный Т15К6 ГОСТ18879-73

6.резец  проходной отогнутый Т15К6 ГОСТ 18868-73 

7..резец  проходной упорный Т15К6 ГОСТ18879-73

8.резец  канавочный Т15К6 ГОСТ18881-73

9.резец проходной отогнутый Т15К6 ГОСТ 18868-73 

10.резец проходной отогнутый Т15К6 ГОСТ 18868-73 

 

4.Измерительный  инструмент:

Микрометр  МК 0-50-0,01 ГОСТ 6507-78

Штангенциркуль 0-250-0,05 ГОСТ 166-89

Шаблон

020 Токарно-револьверная

Установить  деталь

Переход №1 Подрезать торец.

Переход №2 Сверлить центровое отверстие, выдерживая размер 6,9

Переход№3Точить поверхности в черновую, , выдерживая размеры

; Ø22 h14_(-0,52); Ø18 ^(+0,1); Ø12^(+0,1); Ø0 ^(+0,1)

Переход №4

Точить  поверхности в чистовую, выдерживая размеры Ø18h9 _(-0,43) ; Ø12h9 _(-0,43)

Переход № 5 Точить канавки, выдерживая размер Ø8,5x2 ; Ø7,5x2

Переход №6 Точить 2 фаски, выдерживая размер 1х45⁰

Переход №7 Точить  фаску, выдерживая размер 1х45⁰

Переход №8 Нарезать резьбу М10х1

 

 

Оборудование:

Станок  токарно-револьверный 1Е340П:

Класс точности по ГОСТ 8-82 ,(Н,П,В,А,С)

Диаметр обрабатываемой детали ,мм 400

Диаметр детали над суппортом,мм 40

Длина обрабатываемой детали,мм 100

Частота вращения шпинделя об/мин - 40 - 2000

Подача, мм/об, заготовки:

продольная - 0,035 - 1,6

поперечная - 0,02 – 0,8

Мощность  электродвигателя привода главного движения, кВт -4,2 Габаритные размеры:

длина - 2920 мм

ширина - 1240 мм

высота - 1630 мм

Оснастка:

Патрон  трехкулачковый.

Режущий инструмент:

1.резец  подрезной отогнутый  ГОСТ  Т15К6 ГОСТ18879-73 

2. сверло  центровочное d3мм тип II ГОСТ 14952-85 Материал инструмента - Р6М5 ГОСТ 19265-73

3.резец  проходной упорный Т15К6 ГОСТ18879-73  

4.резец  проходной упорный Т15К6 ГОСТ18879-73

5.резец  проходной упорный Т15К6 ГОСТ18879-73

6.резец  проходной упорный Т15К6 ГОСТ18879-73 

7..резец  проходной упорный Т15К6 ГОСТ18879-73

 

8..резец проходной  упорный Т15К6 ГОСТ18879-73

9.резец  канавочный Т15К6 ГОСТ18881-73

10.резец  канавочный Т15К6 ГОСТ18881-73

11.резец  проходной отогнутый Т15К6 ГОСТ 18868-73 

12.резец  проходной отогнутый Т15К6 ГОСТ 18868-73 

13.резец  проходной отогнутый Т15К6 ГОСТ 18868-73 

14.плашка  машинная 9740-71

4.Измерительный инструмент:

Микрометр  МК 0-50-0,01 ГОСТ 6507-78; Штангенциркуль 0-250-0,05 ГОСТ 166-89;Шаблон

Операция 025 Вертикально-фрезерная Фрезеровать шпоночный паз длиной 14 мм

шириной  4

Оборудование: Вертикально-фрезерный консольный станок6Р13 Ф3-01

Приспособление: Фрезерное приспособление

Инструмент  режущий : Фреза концевая по ГОСТ 17026-71 Материал инструмента - Р6М5 ГОСТ 19265-736 ;Втулка  ГОСТ 18372-73

Инструмент  измерительный: штангенциркуль ШЦ-II-250-0,05  ГОСТ 166-89

Операция 030 Вертикально-фрезерная Фрезеровать шпоночный паз длиной 10мм

шириной  4 ,глубиной 8, выдерживая размеры 11,12,13,14

Оборудование: Вертикально-фрезерный консольный станок6Р13 Ф3-01

Приспособление: Фрезерное приспособление

Инструмент  режущий : Фреза концевая по Фреза концевая по ГОСТ 17026-71 Материал инструмента - Р6М5 ГОСТ 19265-73

Втулка  ГОСТ 13790-68

Инструмент  измерительный: штангенциркуль ШЦ-II-250-0,05  ГОСТ 166-89

 

035 Зубофрезерная:

Фрезеровать под шлифование зубья

Оборудование:

Зубофрезерный полуавтомат 53А50:

Наибольший  диаметр обрабатываемой заготовки - 500 мм

Наибольший  размер нарезаемых колес:

модуль - 8 мм

длина зуба прямозубых колес - 350 мм

угол  наклона зубьев, º - ±60º

Наибольший  диаметр устанавливаемых червячных  фрез - 200 мм

Расстояние:

от  торца стола до оси фрезы - 195 - 595 мм

от  оси инструмента до оси шпинделя заготовки - 60 - 350 мм

Наибольшее  осевое перемещение фрезы - 180 мм

Частота вращения шпинделя инструмента, об/мин - 40 - 405

Подача, мм/об, заготовки:

вертикальная  или продольная - 0,75 - 7,5