Технологический процесс изготовления детали Вал

Федеральное агентство  по образованию

Рыбинский Государственный Авиационный  Технологический Университет им. П.А. Соловьева

Факультет очно-заочного обучения

 

Кафедра “ТАД и ОМ”

 

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

по дисциплине “Технология  машиностроения”

на тему «Технологический процесс изготовления детали Вал»

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

 

 

 

Студент группы ВТ2-07                                                    Олейник Е.С.

                                                                                             «__»_______ 2012г.

 

 

Руководитель                                                                      Чистяков Ю.П.

к. т. н., доцент                                                                     «__»_______ 2012г.

 

 

 

 

Нормоконтроль                                                                     Чистяков Ю.П.

к. т. н., доцент                                                                     «__»_______ 2012г.

 

       

   

                                       

 

 

 

 

 

Рыбинск 2012

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

 

1. Технологический процесс изготовления детали…………………..4
1. Служебное назначение и технические характеристики детали……...4
2. Определение типа производства и размера партии деталей…………5
3. Обоснование выбора метода и способа получения заготовки……….8
4. Назначение методов и этапов обработки……………………………..11
5. Выбор баз и последовательность обработки………………………....14
6. Разработка маршрутного технологического процесса…………..…..15
7. Обоснование выбора оборудования, приспособлений, режущего и измерительного инструмента………………………………….………16
8. Расчет операционных размеров……………………………………….19
1. Расчет длинновых размеров…………………………………………...19
9. Нормирование операций………………………………………………27
10. Разработка карты наладки на одну из операций…………………..…29
2. Проектирование специальной станочной оснастки……………...30
1. Принципиальная схема станочного приспособления………………..30
2. Расчет силы закрепления с определением характеристик силового привода…………………………………………………………………...30
3. Расчет режимов резания…………………………………………….…35
4. Описания конструкции и принципа работы приспособления………41
3. Проектирование специальной контрольной оснастки…………..45
1. Принципиальная схема контрольного приспособления…………..…45
2. Расчет контрольного приспособления на точность……………….…47
3. Описание конструкции и принципа работы приспособления………49
4. Заключение…………………………………………………………….50
5. Список использованных источников………………………………51

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Технологический процесс изготовления детали

 

1. Служебное назначение и технические характеристики детали

 

Целью курсового проекта  является приобретение навыков по разработке маршрутного технологического  процесса изготовления заданной детали, операционного технологического процесса на выполнение отдельных операций, проектированию станочного и контрольного приспособлений.

В данном курсовом проекте  осуществлена попытка построения технологии обработки детали типа вал на основе базовой технологии с учетом достижений современного машиностроительного производства. Особенность проекта - это применение станков с ЧПУ, и полуавтоматов.

Для изготовления вала необходимо выбрать материал, обладающий  повышенной износостойкостью и высокой твердостью. Для этих целей выбираем конструкционную сталь марки 45 с последующим упрочнением поверхностного слоя, применив закалку ТВЧ на глубину порядка 2…3 мм.

В результате качественной оценки детали на технологичность, можно сделать следующие выводы:

     1. Материал детали – сталь 45 ГОСТ 1050-88 полностью соответствует условиям эксплуатации и требованиям по прочности, износостойкости, поверхностным деформациям и т.п.

     2. Конструкция детали  обеспечивает достаточную жесткость при механической обработке на металлорежущем оборудовании.

     3. Деталь имеет элементы, удобные для закрепления заготовки при обработке.

     4. Формы поверхностей, подлежащих обработке, не представляют сложности (в основном – поверхности вращения); имеется возможность максимального использования стандартизованных и нормализованных режущих и измерительных инструментов.

5.   Масса  детали  составляет 20.31 кг.

6. С точки зрения обеспечения заданной точности и шероховатости поверхностей деталь не представляется сложной.

 

2. Определение типа производства и размера партии деталей

 

Определение типа производства.

На данном этапе разработки технологического процесса тип производства определяется предварительно для осуществления  выбора оборудования и компоновки операций из необходимых методов обработки поверхностей.

Обработка деталей производится партиями. Количество деталей в партии для одновременного запуска можно  определить по следующей упрощенной формуле:

, шт.,

где  n – количество деталей в партии, П – годовая программа выпуска деталей (шт.), α – число дней, на которые необходимо иметь запас деталей на сборке (рекомендуется принимать α=10 ), F – число рабочих дней в году (F=252). Получаем:

, шт.

В машиностроении различают три основных типа производства:

- единичное, или индивидуальное, производство;

- серийное производство;

- массовое производство.

При определении типа серийного производства необходимо кроме количества деталей в партии руководствоваться также размерами (массой) деталей (см. табл. 1).

 

Таблица 1. Характеристики типа производства

Тип производства	Количество изготовляемых  за год деталей одного наименования
	Тяжелых (крупных) массой свыше 30 кг	Средних массой до 30 кг	Легких (мелких) массой до 6 кг
Единичное	до 5	до 10	до 100
Серийное:
мелкосерийное	5 – 100	10 – 200	100 – 500
среднесерийное	100 – 300	200 – 500	500 – 5000
крупносерийное	300 – 1000	500 – 5000	5000 – 50000
Массовое	свыше 1000	свыше 5000	свыше 50000

 

1. Единичное, или индивидуальное, производство. Характеризуется большой и часто сменяемой номенклатурой изготовляемых изделий при малом количестве их производства. Особенность этого типа производства заключается в его гибкости, маневренности, возможности быстрого перехода на изготовление новых различных изделий.
2. В серийном производстве изготовления изделий ведется партиями (сериями), периодически повторяющимися. В зависимости от размеров партий (серий), различают три вида серийного производства для средних машин:

- мелкосерийное производство при количестве изделий в партии до 25 шт.;

- среднесерийное производство  при количестве изделий в партии  от 25 до 200 шт.;

- крупносерийное производство  при количестве изделий в партии  более 200 шт.

При серийном производстве каждая операция технологического процесса закрепляется за определенным рабочим местом.

3.     Массовое  производство характеризуется постоянной  номенклатурой изделий, изготовляемых  в больших количествах. Изготовление  изделий в производстве идет  непрерывно. При массовом производстве на большинстве рабочих мест выполняется только одна операция, закрепленная за этим рабочим местом. Для поточного производства характерно понятие такт выпуска деталей или изделий, под которым понимается продолжительность равных промежутков времени между выпуском двух следующих друг за другом деталей или изделии:

,

где  t – такт выпуска, мин., F_Д – действительный годовой фонд времени работы оборудования, П – годовая программа выпуска деталей.

Получаем:

Продолжительность каждой операции в технологическом процессе приблизительно равняется такту выпуска.

Количественно тип производства по ГОСТ 3.1121-84 характеризуется коэффициентом закрепления операций:

,

где О – число всех различных технологических операций, Р – число рабочих мест.

Таким образом, находим:

Тип производства по ГОСТ 3.1121-84 характеризуется коэффициентом  закрепления операций (К_З.О.):

        20 < К_З.О. < 40 – мелкосерийное производство;

      

Т.к. масса детали около 20.31 кг, объем годового выпуска деталей 1000 штук, а количество деталей в партии не превышает 40 шт, то ориентировочно для дальнейших расчетов можно принять тип производства – мелкосерийное.

Таблица 2. Организационно-технические  характеристики типа производства

Характеристики	Тип производства
	Среднесерийное
Форма организации производственного  процесса и Kзо	Переменно поточная или  групповая, 20 < КЗ.О. < 40
Технологические процессы: вид	Типовые, групповые и  единичные
Степень детализации проектирования	Операционные Автоматизированное или  неавтоматизированное
Построение операций	Дифференциальная
	Обработка многоместная или одноместная с непрерывной  или раздельной установкой
Метод обеспечения точности	Базирование без выверки  и с выверкой, настройка статическая по пробным деталям или комбинированная
Оборудование	Универсальное и специализированное, станки с ЧПУ, гибкие модули
Оснастка	Сборно-разборные приспособления (СРП), специализированные наладочные приспособления (СНП)

 

3. Обоснование выбора метода и способа получения заготовки

 

Выбор способа изготовления заготовки:

 Для деталей типа  тел вращения, с последующей обработкой  на станках с ЧПУ выбираем прокат,  так как деталь имеет форму тела вращения, массу, которая допускается при прокате (до 50-100 кг.) и имеет подходящую форму.         

Прокат – это продукция получаемая на прокатных станах путём горячей, теплой или холодной прокатки.

Определение припусков.

Для назначения припусков  на обработку рассчитаем массу проката.

Находим объем металла, который необходим для получения  детали:

Найдем массу проката:

Коэффициент использования  материала:

где - масса детали; 

      - масса проката.

Материалом детали является сталь 45: 0,42-0.5 % C, 0.17-0.37 % Si, 0.5-0.8 % Mn, 0.25 % Cr, 0.3 % Ni, 0.04 % S, 0.008 % N, 0.3 % Cu, 0.035 % P,  поэтому поковка относится к группе сталей  М2.

Степень сложности поковки  – С1.

Поковка второго класса точности – Т2.

На основании М2 и С1, а также класса точности и массы поковки определяем исходный индекс и назначаем величины припусков и допусков на соответствующие размеры детали. Значения выбираем из таблиц приведенных в технической литературе. Исходный индекс 11. Величины припусков и допусков приведены в Таблице 3.

Таблица 3.  Расчетная таблица припусков заготовки

Размер детали по чертежу, мм.	Припуск, мм.	Шероховатость
Ø96	1,6	Ra 6,3
Ø85	1,6	Ra 3,2
Ø80	1,8	Ra 0,8
Ø60	1,6	Ra 3,2
32,25	1,6	Ra 0,8
100	1,6	Ra 3,2
105	1,7	Ra 3,2
107,25	1,9	Ra 0,8
145,5	1,7	Ra 6,3

 

  Дополнительные припуски

Смещение по поверхности  разъема штампа – 0,3 мм; отклонение от плоскостности – 0,5 мм.

Размеры заготовки, мм:

Ø96+(1,6+0,3+0,5)∙2=100,8 мм;

Ø85+(1,6+0,3+0,5)∙2=89,8 мм;

Ø80+(1,8+0,3+0,5)∙2=85,2 мм;

Ø60+(1,6+0,3+0,5)∙2=64,8 мм;

длина 32,25+1,6+0,3+0,5=34,65 мм;

длина 100+1,6+0,3+0,5=102,4 мм;

длина 105+1,7+0,3+0,5=107,5 мм;

длина 107,25+1,9+0,3+0,5=109,85 мм;

длина 145,5+1,7+0,3+0,5=148 мм;

Радиус закругления  наружных углов – 5,0 мм.

Допускаемые отклонения размеров:

 

                                   

 

                                   

 

 

                       

 

Оценка стоимости заготовки.

Себестоимость заготовки:

,

где С_опт– базовая стоимость одной тонны заготовок, руб.;

К_т – коэффициент точности отливок;

К_с – коэффициент группы сложности;

К_в – коэффициент массы;

К_м – коэффициент марки материала;

К_п – коэффициент объема производства;

Масса заготовки: Q=25 кг.

Масса детали: q=21,31 кг.

С_отх - цена 1 тонны отходов, руб.

Стальной прокат.

Для данного вида проката определяем коэффициенты:

К_т=1;   К_с=0,75;   К_в=0,8;   К_м=1; К_п=1,15; C_опт=300 рубля;  С_отх=14,4 рубля.

  Чтобы определить  величину коэффициента К_п, зависящего от объема производства заготовок, необходимо вначале установить группу серийности. При объеме выпуска заготовок 1000 шт., и массе проката 25 кг., определяем группу серийности – 3. Тогда  К_п=1. Подставим полученные данные в формулу и получим:

 руб.

 

 

 

4. Назначение методов и этапов обработки

 

Технологический процесс  представляет собой совокупность различных  операций, в результате выполнения которых изменяется форма, размеры, осуществляется контроль требований чертежа и технических условий.

Технологический процесс  изготовления детали условно можно  разделить на три основных этапа: 1 – черновой (снятие 70-75% припуска на механическую обработку), 2 – чистовой (снятие 25-30% припуска, получение заданной точности геометрических и размерных характеристик большинства поверхностей детали, а также заданной шероховатости поверхностей), 3 – финишный (снятие менее 1% припусков, получение заданной точности и шероховатости на несколько ответственных поверхностей детали, обработка легко повреждаемых поверхностей).

В результате разработки технологического процесса определяем необходимое оборудование, технологическую  оснастку и др.

 

 

 Обрабатываемые  поверхности

 

 

Краткое описание операций:

1) Операция 005 - Фрезерно–центровальная.

2) Операция 010 – Токарная (черновое точение). На данной операции производим обработку наружных цилиндрических поверхностей детали (поверхности 3, 4, 5, 6), осуществляем подготовку баз для последующей обработки. Обработка ведется на токарном станке с ЧПУ 16К20Ф3 со снятием больших припусков (значительные силы резания, низкая точность обработки).

3) Операция 015 – Токарная (черновое точение). На данной операции производим обработку наружных цилиндрических  поверхностей детали (поверхности 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13). Обработка ведется на токарном станке с ЧПУ 16К20Ф3 со снятием больших припусков (значительные силы резания, низкая точность обработки).

4) Операция 020 – Токарная (чистовое точение). Производим чистовую обработку цилиндрических поверхностей детали (поверхности 3,4, 5, 6). Данная операция является наиболее трудоемкой в технологическом процессе изготовления детали. Обработка на токарном станке с ЧПУ (силы резания незначительные, обработка точная, ряд поверхностей обрабатывается окончательно, ряд подлежит последующей финишной обработке).

5) Операция 025 – Токарная (чистовое точение). Производим чистовую обработку наружных цилиндрических поверхностей (поверхности 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13). Обработка ведется на токарном станке с ЧПУ (силы резания незначительные, обработка точная). Все поверхности обрабатываются окончательно.

6) Операция 030 – Фрезерная. На данной операции производится фрезерование двух шпоночных пазов (поверхность 16, 17) по окончательно обработанной поверхности. Плоскости обрабатываются окончательно. Обработка на вертикально-фрезерном станке с ЧПУ 6Р13Ф3.

7) Операция 035 – Слесарная. Производится удаление с помощью ручного абразивного инструмента заусениц и острых кромок после фрезерной операции 030.

8) Операция 040 – Контрольная.

9) Операция 045 - Термическая  закалка нагревом ТВЧ. Закалку  производим в индукционной печи.

10) Операция 050 – Контрольная.

11) Операция 055 – Шлифовальная. На данной операции осуществляется финишная обработка цилиндрических поверхностей, к которым предъявляются высокие требования по точности обработки, геометрии и шероховатости поверхности исходя из служебного назначения детали (данные поверхности являются конструкторскими базами и определяют положение исполнительных элементов конструкции узла).

12) Операция 060 – Промывочная. Производится промывка деталей после шлифовки (для удаления остатков стружки и абразивной пыли связанных остатками эмульсии используемой при шлифовке детали).

13) Операция 065 – Токарная (чистовое точение). Производим чистовую обработку торцовых поверхностей (поверхности 1, 2). Обработка ведется на токарном станке с ЧПУ 16К20Ф3. Все поверхности обрабатываются окончательно.

14) Операция 070 – Моечная. Предшествует поступлению готовых деталей на контроль.

15) Операция 075 – Контрольная. Осуществляется на контрольном участке. Данная операция является завершающей в технологическом процессе.

 

5. Выбор баз и последовательность обработки

 

1) Операция 005 - Фрезерно–центровальная. Базирование детали по наружной поверхности.

2) Операция 010 – Токарная (черновое точение). Базирование  детали в трехкулачковом патроне по торцовой поверхности 15 и в паз для шпонки 16.

3) Операция 015 – Токарная (черновое точение). Базирование детали по торцовой поверхности 15 и в паз для шпонки 16.

4) Операция 020 – Токарная (чистовое точение). Базирование детали по торцовой поверхности.

5) Операция 025 – Токарная (чистовое точение). Базирование детали по торцовой поверхности.

6) Операция 030 – Фрезерная. Базирование по наружной поверхности (поверхности 4, 5, 8) в цанговом зажиме.

7) Операция 035 – Слесарная. Базирование не требуется.

8) Операция 040 – Контрольная.  Базирование не требуется.

9) Операция 045 - Термическая  закалка нагревом ТВЧ. Базирование  не требуется.

10) Операция 050 – Контрольная.  Базирование не требуется.

11) Операция 055 – Шлифовальная. Базирование детали по наружным  поверхностям 14 и 15 в трехкулачковом  патроне. Упор в торец.

12) Операция 060 – Промывочная.  Базирование не требуется. Детали устанавливаются в ячейки конвейера моечной машины.

13) Операция 065 – Токарная (чистовое точение). Базирование  по наружной цилиндрической поверхности  8.

14) Операция 060 – Моечная.  Базирование не требуется. Детали  устанавливаются в ячейки конвейера моечной машины.

15) Операция 075 – Контрольная. Базирование не требуется.

 

6. Разработка маршрутного технологического процесса

 

При невысокой точности заготовки технологический процесс  начинаем с предварительной обработки поверхностей, имеющих наибольшие припуски, для раннего выявления литейных и других дефектов (раковины, трещины) и отсеивания брака. В дальнейшем обрабатываем менее точные, а затем и более точные поверхности.

Операции обработки  поверхностей, имеющих второстепенное значение и не влияющих на точность основных размеров детали, выполняем в конце технологического процесса до операций окончательной обработки ответственных поверхностей.

На стадии черновой обработки  удаляем основные припуски, в результате чего происходит перераспределение остаточных напряжений в заготовке, сопровождаемое ее деформированием и возникновением соответствующих погрешностей.

На стадии окончательной  обработки устраняем погрешности, возникающие при предварительной обработке, и обеспечиваем требуемые точность и качество поверхностного слоя детали.

На основании принятых решений разрабатываем комплект технологической документации обработки данной детали, формируем планшет обработки.

 

7.   Обоснование выбора оборудования, приспособлений, режущего и измерительного инструмента

 

1) Операция 005 - Фрезерно–центровальная.

 

2) Операция 010 – Токарная (черновое точение).

Тип оборудования	Токарный станок с  ЧПУ 16К20Ф3
Тип станочного приспособления	Трехкулачковый патрон ГОСТ 16682-71
Перечень используемого  режущего инструмента	Токарный проходной  упорный резец 2103-0017 ГОСТ 18880-73, материал режущей пластины ВК8
Перечень используемого  измерительного инструмента	Штангенциркуль ШЦ2, ц.д. 0.05

 

3) Операция 015 – Токарная (черновое точение).

Тип оборудования	Токарный станок с  ЧПУ 16К20Ф3
Тип станочного приспособления	Трехкулачковый патрон ГОСТ 16682-71
Перечень используемого  режущего инструмента	Токарный проходной  упорный резец 2103-0017 ГОСТ 18880-73, материал режущей пластины ВК8
Перечень используемого  измерительного инструмента	Штангенциркуль ШЦ2, ц.д. 0.05

 

4) Операция 020 – Токарная (чистовое точение).

Тип оборудования	Токарный станок с  ЧПУ 16К20Ф3
Тип станочного приспособления	Трехкулачковый патрон ГОСТ 16682-71
Перечень используемого  режущего инструмента	Токарный проходной  упорный резец 2103-0017 ГОСТ 18880-73, материал режущей пластины Т15К6
Перечень используемого  измерительного инструмента	Штангенциркуль ШЦ2, ц.д. 0,05

 

5) Операция 025 – Токарная (чистовое точение).

Тип оборудования	Токарный станок с  ЧПУ 16К20Ф3
Тип станочного приспособления	Трехкулачковый патрон ГОСТ 16682-71
Перечень используемого  режущего инструмента	Токарный проходной  упорный резец 2103-0017 ГОСТ 18880-73, материал режущей пластины Т15К6
Перечень используемого  измерительного инструмента	Штангенциркуль ШЦ2, ц.д. 0,05

 

6) Операция 030 – Фрезерная. 

Тип оборудования	Вертикальный консольно-фрезерный  станок с ЧПУ 6Р13Ф3
Тип станочного приспособления	Тиски специального исполнения
Перечень используемого  режущего инструмента	Концевая фреза 2225-0193 ГОСТ 4675-71, материал ВК8.
Перечень используемого  измерительного инструмента	Штангенциркуль ШЦ2, ц.д. 0,05

 

7) Операция 035 – Слесарная. 

Тип оборудования	Бормашина
Тип станочного приспособления	Слесарный верстак
Перечень используемого  режущего инструмента	Абразивная головка
Перечень используемого  измерительного инструмента

 

8) Операция 040 – Контрольная. 

 

9) Операция 045 - Термическая  закалка. Закалку производим в  индукционной печи.

 

10) Операция 050 – Контрольная.

 

11) Операция 055 – Шлифовальная.

Тип оборудования	Шлифовальный станок
Тип станочного приспособления	Трехкулачковый патрон
Перечень используемого  режущего инструмента	Абразивная головка  специального исполнения
Перечень используемого  измерительного инструмента	Калибры-пробки специального исполнения, специальное приспособление

 

12) Операция 060 – Промывочная.

 

13) Операция 065 – Токарная (чистовое точение).

Тип оборудования	Токарный станок с  ЧПУ 16К20Ф3
Тип станочного приспособления	Трехкулачковый патрон ГОСТ 16682-71, кулачки специального исполнения
Перечень используемого  режущего инструмента	Резьбовой резец специального исполнения
Перечень используемого  измерительного инструмента	Резьбовой калибр специального исполнения, контрольное приспособление специального исполнения

 

14) Операция 070 – Моечная.

 

15) Операция 075 – Контрольная. 

Перечень используемого  измерительного инструмента

Все вышеперечисленные  инструменты, а также специальное  контрольное  приспособление для контроля биения поверхностей после операции 055 Шлифовальной