Технологический процесс изготовления ступенчатого вала

1. Задание на курсовой  проект.  

     Разработать проект, в котором будут освещены все вопросы, связанные с описанием  технологического процесса изготовления ступенчатого вала.  

Вариант № 2.6 

d1 = 64

d2 = 56h9

d3 =  48

L = 210

L1 = 60

L2 =  90

Материал: сталь30

Твердость: 179

Программа выпуска: 350

Аннотация.  

     Курсовой  проект на тему « Технологический  процесс изготовления ступенчатого вала» содержит графическую часть  на … листах формата А4 и пояснительную записку на … листах машинного текста, 2 рисунка, 3 таблицы.

     Ключевые  слова: ВАЛ; технологическое время; переход; глубина резания; режим резания; себестоимость; мощность; подача; обтачивание; частота вращения.

     В курсовом проекте разработан технологический  процесс изготовления 3х ступенчатого вала на токарно-пентарезном станке модели 16К20, определены размеры заготовки и методы ее получения, установлены параметры режима резанья и рассчитана себестоимость изготовленной детали.    
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Содержание.  

     Введение 

1. Содержание задания на курсовое проектирование 
2. Анализ исходных данных для проектирования техроцесса
3. Определение типа производства
4. Расчет припусков, выбор вида и метода получение заготовки
5. Определение нормы расхода и коэффициента использования материала
6. Выбор оборудования, технологических баз, способа крепления заготовки и измерительного инструмента
7. выбор последовательности обработки поверхностей
8. Выбор инструментального материала и назначение геометрии инструмента
9. выбор смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС)
10. Расчет режимов резания
11. Расчет силовых и энергетических параметров резания
12. Расчет себестоимости механической обработки заготовки

Заключение 

Список литературы

Приложение 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение.  

     В данном курсовом проекте рассматриваются  вопросы, связанные с разработкой  технологического процесса изготовления трехступенчатого вала. Перечень этих вопросов входят такие пункты, как анализ исходных данных для проектирования техпроцесса, определение типа производства,  расчет припусков, выбор вида и метода получение заготовки, определение нормы расхода и коэффициента использования материала; выбор оборудования, технологических баз, способа крепления заготовки и измерительного инструмента выбор последовательности обработки поверхностей; выбор инструментального материала и назначение геометрии инструмента и смазочно-охлаждающих технологических средств. 

     В завершающей части курсового  проекта производится расчет режимов  резания, основного технологического времени, силовых и энергетических параметров резания, а также себестоимости  механической обработки заготовки.   

     Основная  цель проекта – разработать такой  технологический процесс изготовления трехступенчатого вала, который будет  соответствовать всем необходимым  технологическим требованиям и  при этом потребует минимальных  денежных и трудовых затрат. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Анализ  исходных данных для  проектирования технологического процесса.

     Прежде  всего рассмотрим вал с заданными параметрами. По конструкции данный вал относится к ступенчатым валам. Он имеет 3 цилиндрических шейки. Рассмотрим все шейки по порядку.

Шейка1

Длина шейки  составляет 60мм, точность длины по 14 квалитету, допуск равен 0,74мм. Диаметр  шейки Ø 64мм, точность диаметра по 14 квалитету составляет 0,74мм.  Ø 64-0,74.

Шероховатость поверхности шейки1 – Rz = 80 мКм

Шейка2

Длина шейки  составляет 90мм, точность длины по 14 квалитету, допуск равен 0,87мм. Диаметр  шейки  Ø 56h9мм, точность диаметра по 9 квалитету составляет 0,074мм.

 Ø 64-0,074.

Шероховатость поверхности шейки1 – Ra = 6,3 мКм

Шейка3

Длина шейки  составляет 60мм, точность длины по 14 квалитету, допуск равен 0,74мм. Диаметр  шейки Ø 48мм, точность диаметра по 14 квалитету составляет 0,62мм.  Ø 64-0,62.

Шероховатость поверхности шейки1 – Rz80 мКм  

     После рассмотрения составных частей вала проанализируем заданный материал.

Опишем механические свойства и химический состав стали30.

                              Табл.1

«Химический состав»

                                                                                                                Табл. 2

«Механические свойства» 

3. Определение типа производства.

     Тип производства – это классификационная категория производства, выделяемая по признакам широты номенклатуры, регулярности, стабильности и объема выпуска изделий.

     Тип производства характеризуется коэффициентом  закрепления операций за одним рабочим  местом или единицей оборудования:

K3.0 = Q/PЛl ,

где Q – число различных операций; PЛl  - число рабочих мест, на которых выполняются данные операции.

     Единичное производство характеризуется широкой номенклатурой изготовляемых изделий и малым объемом их выпуска. Единичное производство универсально, т.к. охватывает разнообразные типы изделий, поэтому оно должно быть гибким, с применением универсального инструмента.

     Серийное  производство характеризуется ограниченной номенклатурой изделий, изготовляемых периодически повторяющимися партиями, и сравнительно большим объемом выпуска, чем в единичном типе производства. При серийном производстве используются универсальные станки, оснащенные как специальными, так и универсальными и универсально-сборными приспособлениями, что позволяет снизить трудоемкость и себестоимость изготовления изделия. В серийном производстве технологический процесс изготовления изделия преимущественно дифференцирован, т.е. расчленен на отдельные самостоятельные операции, выполняемые на определенных станках. 

     Массовое  производство характеризуется узкой номенклатурой и большим объемом выпуска изделий, непрерывно изготавливаемых в течение продолжительного периода времени.

     При массовом производстве технологические  процессы подробно разрабатываются  и хорошо оснащаются, что позволяет  обеспечить высокую точность и взаимозаменяемость деталей, малую трудоемкость, а, следовательно, и более низкую, чем при серийном производстве, себестоимость изделий.

     Рассчитаем  массу детали. Для этого рассчитаем по колличесву шеек. Каждая шейка представляет собой цилиндр, объем которого рассчитывается:

где D – диаметр шейки; L – длина шейки.

     При расчете объемов размеры длин даются с плюсовыми допусками. Также  в расчетах используются значения диаметров  и длин шеек в сантиметрах.

     Шейка 1

L1 = 60 + 0,37 = 60,37 мм

d1 = 64 – 0,74 = 63,26  мм 

V1 = (3,14*6,326 ² / 4) *6,037 = 189,648 см ³ 

       Шейка 2

     L2 = 90 + 0,435 = 90,435 мм 

     d2 = 56 – 0,074 = 55,926  мм 

     V2 = (3,14*5,5926 ² / 4) *9,0435 = 222,041 см ³ 

       Шейка 3

     L3 = 60 + 0,37 = 60,37 мм 

     d3 = 48 – 0,62 = 47,38  мм 

     V3 = (3,14*4,738 ² / 4) *6,037 = 189,648 см ³ 

     Vдет. = 189,648 + 222,041 + 106,385 = 518,074 см ³

     m = q*V

     m = 7,85*518,074 = 4066,8809 ≈ 4,1 кг 

     Программы выпуска: 350 шт

     m = 4,1 кг 

     Тип производства: мелкосерийное 

4. Расчет  припусков, выбор  вида и метода получения  заготовки.

     Припуском называют слой материала, удаляемый в процессе механической обработки заготовки для достижения требуемой точности и качества обрабатываемой поверхности.

     Различают припуски промежуточные и (Zi) и общие(Zo).

     Промежуточный припуск – слой материала, который должен быть удален во время данной операции или перехода. Промежуточный припуск определяют как разность размеров, полученных на смежном и предшествующем переходах. 

     2Zi = di-1 - d

     Общий припуск равен сумме промежуточных  припусков по всему технологческому маршруту механической обработки данной поверхности:

     Zo = ∑ Zi

     Чрезмерно большие припуски снижают экономическую эффективность процесса за счет потерь металла, переводимого в стружку. Удаление лишних слоев металла требует введения дополнительных технологических переходов, увеличивает трудоемкость процессов обработки , расход энергии режущего инструмента, повышает себестоимость обработки.

     Чрезмерно малые припуски также нежелательны. Они не обеспечивают удаление дефектных поверхностных слоев и получение требуемой точности и шероховатости обработанной поверхности, а в некоторых случаях создают неприемлемые условия для работы режущего инструмента по литейной корке или окалине. Чрезмерно малые припуски требуют повышения точности заготовок, затрудняют их разметку и выверку на станках и, в конечном счете, увеличивают вероятный процент брака. Правильно выбранный припуск обеспечивает устойчивую работу оборудования при достижении высокого качества продукции и минимальную себестоимость продукции.  

     d-диаметр  определяем по наибольшему диаметру  шейки(d1), точность шейки, шероховатость  Rz = 80 Мкм.

     d = 64-0,74 мм

     d = 63,26 мм 

     L = 210 + 1 = 211 мм 

     Припуск на диаметр составляет: 4,5 мм

      Расчетный диаметр заготовки: dз = 63,26 + 4,5 = 67,76 мм

     Выбираем  горячекатаный прокат обычной точности Ø 68 ±    мм, допуск составляет 1,6 Мкм. Выбираем припуск на длину при  обработке торцовых поверхностей:

     а = 2,2 ± 0,6 мм ,

     тогда длина заготовки будет равна:

     Lз = L + La

     Lз = 211 + ( 2,2 ± 0,6 ) * 2 = 215,4 ± 1,2 мм  

     Тогда заготовка имеет размеры: 

      dз = 68 ±      мм

     Lз  = 215,4 ± 1,2 мм

     Чертеж  заготовки предоставлен в приложении на 2 листе.  

      Рассчитаем объем заготовки, учитывая, что ее форма – цилиндр, при  этом берем диаметр и длину  с плюсовыми допусками и переводим  их значения из [мм] в [см].  
 

     Vз = (3,14*6,85² / 4)* 21,66 = 797,83 см³

     Mз = 7б85 * 797,83 = 6262,9 ≈ 6,3 кг  

     bпр. = 5 мм  
 

5. Определение нормы  расхода и коэффициента  использования материала.

     Для определения нормы расхода необходимо учитывать потери металла при резки прутка на заготовки и некратность длины прутка.

     Стандартная длина прутка проката:

  =6000 мм

     Определяем  целое число заготовок из прутка и величину отхода от некратности длины прутка ().

 =

 =27 шт

=(

     Некратность длины проката отнесённые к одной заготовки.

  =

     Норма расхода материала на заготовку  с учетом технологических потерь при резки заготовок из проката будет определяться по формуле:

  ,кг 

  кг 

     Коэффициент использования материала:

6. Выбор оборудования, технологических  баз, способа крепления  заготовки и измерительного  инструмента. 

     Модель  токарного станка выбирается в зависимости  от максимальной длинны заготовки Lз  и максимального диаметра заготовки Dз .

           На основе габаритных размеров заготовки Dз =68+0,5 мм,

     Lз = 215,4 +/- 1,2 [мм].                                                       

     Выбираем  токарно-винтарезный станок 16К20. Для выбора способа крепления заготовки вычисляем отношение длины к её диаметру, которое должно быть меньше четырех:  

      На основании этого отношения выбираем способ крепления заготовки – в трехкулачковом самоцентрирующемся патроне. На корпусе патрона расположены три радиальных паза, по которым одновременно перемещаются три кулачка, благодаря чему заготовка, имеющая цилиндрическую поверхность, устанавливается и зажимается точно по оси шпинделя. При таком способе крепления значительно сокращается время на установку и закрепление детали.

     Базой является ось детали. База – это  поверхность или выполняющие  ту же функцию сочетания поверхностей, ось, точка, принадлежащая заготовке  или изделию и используемая для  базирования.

     Для контроля точности размеров валов применяют  следующие основные типы измерительных  инструментов: штангенинструменты, микрометры и др. Основные факторы, влияющие на выбор средства измерения, - это размер и квалитет (класс точности) измеряемого изделия (вала). В качестве измерительного инструмента выбираем штангенциркуль, модель ШЦ-2 с точностью измерения 0,05 мм и пределами измерения 0 ÷ 200 мм. 

     7. Выбор последовательности  обработки поверхностей. 

       При токарной обработке различают:

     - черновое точение (или обдирочное) – с точностью обработки IT14 и шероховатостью поверхности  Ra до 6,3 [мкм];

     - получистовое точение – IT13...IT11, шероховатостью до Ra = 1,6 [мкм];

     - чистовое точение – IT10…IT8, шероховатость  до Ra = 0,4 [мкм].

           При черновом обтачивании, как и при любой черновой обработке, снимают до 70% припуска. При этом назначаются максимально возможные  глубина резания t и подача S.

           Подача S – это расстояние, пройденное режущим инструментом за один оборот шпинделя; подача измеряется в [мм/об].

           Глубина резания t – это расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностью заготовки, измеренное перпендикулярно последней. 

           Обтачивание трехступенчатого вала из проката выполняем  по схеме:   

     Установ 1:

     Переход 1.

     Подрезка  торца со стороны Шейки 3.

     Переход 2.

     Обработка Ø 56h9 Шейки 2 и Шейки 3 на длину 150 [мм].

     Переход 3.

     Обработка Ø 56h9 Шейки 2 на длину 90 [мм] за два прохода: получистовой и чистовой.

     Переход 4.

     Обработка Ø 48 Шейки 3 на длину 60 [мм].

     Переход 5.

     Обработка фаски Шейки 3. 

     Установ 2:

     Переход 6.

     Подрезка  торца со стороны Шейки 1.

     Переход 7.

     Обработка Ø 64 Шейки 1 на длину 60 [мм].

     Переход 8.

     Обработка фаски Шейки 1. 
 

8. Выбор инструментального  материала и назначение  геометрии инструмента. 

     Инструментальные  материалы. При разработке технологического процесса механической обработки заготовки выбор режущего инструмента, его конструкции и размеров в значительной мере предопределяется методами обработки, свойствами обрабатываемого материала, требуемой точностью обработки и качеством обрабатываемой поверхности заготовки.

     При выборе режущего инструмента принимают  стандартный инструмент, но, когда  целесообразно, следует применять  специальный, комбинированный или  фасонный инструмент, позволяющий совмещать  обработку нескольких поверхностей.

     Режущие кромки инструментов в процессе работы находятся под действием высоких  температур, вызванных пластическими  деформациями в очаге резания  и трением инструмента о стружку и обрабатываемое изделие. Поэтому инструментальные материалы должны обладать высокой твердостью, значительной теплостойкостью и износостойкость, высокой механической прочностью и вязкостью.

     Инструментальные  материалы делятся на следующие  группы:

     - инструментальные стали (ИС);

     - твердые сплавы (ТС);

     - минералокерамика (МК);

     - сверхтвердые материалы (СТМ).

     Инструментальные  стали подразделяются на углеродистые, легированные и быстрорежущие. Углеродистые инструментальные стали содержат 0,9-1,3% С. Для изготовления инструментов применяют качественные стали , твердость которых после термообработки имеет величину HRC 60÷62 и красностойкостью в пределах 200÷250^оС, используются при скоростях резания в пределах 15÷18 м/мин. Легированные инструментальные стали – это углеродистые инструментальные стали, легированные хромом (Х), вольфрамом (В), марганцем (Г), кремнием (С) и другими элементами. После термообработки легированных сталей их твердость составляет HRC 62÷64, они имеют красностойкость в пределах 250÷300^оС, допустимые скорости резания для них 15÷25 м/мин. Быстрорежущие стали – сплавы железа (Fe) с углеродом (С), содержащие от 6% до 18% вольфрама (W). В быстрорежущие стали входят также хром (Cr) 3,8÷4,4%, кобальт (Co) и ванадий (V) 2÷10%. После термообработки имеют твердость HRC 62÷65, красностойкость 600÷630^оС и обладает высокой износостойкостью, при этом может работать со скоростью резания до 80 м/мин.

     Твердые сплавы – это твердый раствор карбидов вольфрама (WC), карбидов титана (TiC) и карбидов тантала (TaC) в кобальте (Co). Различают твердые сплавы:

     - вольфрамовые (ВК2, ВК6, ВК8, ВК10, ВК15, ВК20);

     - титановольфрамовые (Е15К6, Т5К10, Т5К12);

     -титанотанталовольфрамовые  (ТТ7К12, ТТ10К8).

Пластинки твердого сплава (твердость HRC 86÷92) обладают высокой износостойкостью и красностойкостью 800÷1000^оС, что позволяет вести обработку со скоростями резания до 800 м/мин.

      Минералокерамика – синтетический материал, основой которого служит глинозем (Al₂O₃), подвергнутый спеканию при температуре 1750^оС. Минералокерамика марки ВОК60 (HRC 91÷93) имеет красностойкость 1200^оС и высокую износостойкость.

      К сверхтвердым материалам относят природные  и синтетические алмазы и материалы  на основе кубического нитрида бора (КНБ) (эльбор, гексанит). Твердость алмазов составляет HRC 90÷95, теплостойкость 700÷750^оС. Алмазы применяют при скорости резания до 60 м/мин. Материалы на основе КНБ применяют при скорости резания до 600 м/мин; их теплостойкость достигает 1800^оС.

      Режущий инструмент. Резец – наиболее распространенный режущий инструмент, применяемый при обработке металлов со снятием стружки на различных станках. Резцы различают:

- по  виду обработки и оборудования (токарные, расточные, строгальные,       долбежные, специальные);

- по  выполняемой работе (проходные, подрезные,  отрезные, расточные   резьбовые,  фасонные);

- по  направлению подачи (радиальные  и тангенциальные);

- обдирочные  и чистовые;

- по  роду материала (быстрорежущие, твердосплавные, минералокерамические, эльборовые);

- по  способу изготовления (цельные, с  напаянными или механически закрепленными  пластинами) и т.п.

      По  виду выполняемой работы различают  резцы:

- проходные  (для обработки гладкой цилиндрической  поверхности (внутренней и наружной) на «проход»);

- подрезные  токарные резцы (для обточки  плоскостей, перпендикулярных к  оси вращения заготовки, и подрезки  торцов);

- отрезные  токарные резцы (для отрезки  заготовок).

      К основным углам резца относят:

- главный  передний угол Ɣ между передней плоскостью лезвия и основной плоскостью, оказывающий большое влияние на процесс резания: с увеличением переднего угла улучшаются условия схода стружки, уменьшается работа на резание, однако снижается прочность режущего лезвия. Передний угол резца выбирается в зависимости от материала детали и измеряется в пределах от 0^о до 10^о;