Технологический процесс изготовления ступицы

Министерство образования и науки РФ

 

Тольяттинский Государственный Университет

 

 

Кафедра “Технология машиностроения ”

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Технологический процесс изготовления ступицы

 

Пояснительная записка к  курсовой работе

по дисциплине “Технология машиностроения”

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Студент:Мирончева А.А.

Преподаватель: Расторгуев Д. А.

Группа: ТМ 301

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тольятти 2006

 

Аннотация.

 

УДК. 621. 9

 

Мирончева А.А. Разработка технологического процесса ступицы.– Тольятти, ТГУ, 2006 . – 44.

 

В данном курсовом проекте было выбрано:

  • тип производства;
  • метод получения заготовки;
  • средства технологического оснащения;
  • технологическое оборудование;
  • станочные приспособления;
  • режущие инструменты;
  • средства контроля.

  а также разработано:

  • технологический маршрут изготовления детали;
  • план изготовления детали.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание.

 

Аннотация

Введение

1. Анализ исходных данных

1.1. Анализ служебного назначения  детали и условий ее работы

1.2. Классификация поверхностей

1.3. Анализ технологичности

1.4. Задачи курсовой работы

2. Выбор типа производства и  формы организации технологического  процесса

3. Выбор метода получения заготовки и проектирование заготовки

3.1. Выбор метода получения заготовки

3.2. Выбор метода обработки поверхностей

3.3. Расчет припуска

3.4. Проектирование заготовки

4. Разработка технологического  маршрута изготовления детали

5. Разработка плана

5.1. Выбор технологических баз

5.2. Обоснование простановки операционных  размеров

6. Выбор средств технологического  оснащения

6.1. Выбор технологического оборудования

6.2. Выбор станочных приспособлений

6.3. Выбор режущего инструмента

6.4. Выбор средств контроля

7. Проектирование технологических операций

7.1. Расчет режимов резания

7.2. Расчет норм времени

Заключение

Список литературы

Приложение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

 

Эффективность производства, его технический прогресс, качество выпускаемой продукции во многом зависят от опережающего развития производства нового оборудования, машин, станков и аппаратов, от всемерного внедрения методов технико–экономического анализа.

Курсовое проектирование закрепляет, углубляет и обобщает знания, полученные студентами во время лекционных и практических занятий. Курсовое проектирование должно научить студентов пользоваться справочной литературой, ГОСТами, таблицами, номограммами, нормами и расценками, умело сочетая справочные данные с теоретическими знаниями, полученными в процессе изучения курса.

 При курсовом проектировании  особое внимание уделяется самостоятельному  творчеству студента с целью  развития его инициативы в  решении технических и организационных  задач, а также детального и  творческого анализа существующих  технологических процессов.

При выполнении проекта принятие решений по выбору вариантов технологических процессов, оборудования, оснастки, методов получения заготовок производится на основании технико–экономических расчетов, что дает возможность предложить оптимальный вариант.

Защита проекта позволяет оценить умение студента кратко, в установленное время изложить сущность проделанной работы, а также аргументированно объяснить принятые решения при ответах на вопросы по проекту.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I. Анализ исходных данных.

 

1.1. Анализ служебного назначения и условий работы детали.

 

Данная деталь –  ступица,является составляющей частью гаечного ключа,

изготовлена из мтериала-сталь 40Х- методом горячей штамповки. Деталь предназначена для передачи крутяшего момента на вал,а также для его фиксирования.

 

1.2.  Химический состав и механические  свойства материала детали.

 

В качестве материала изготовления ступицы выбрана сталь 40Х ГОСТ 1050-74.

 

Химический состав, % (ГОСТ 1050—74)

 

С

Si

Mn

Сг

S

P

Сu

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


 

 

Механические свойства

 

Таблица 1.

Марка стали

Временное сопротивление sв, кгс/мм2

Предел текучести sт, Н/мм2, для толщины, мм

Относительное удлинение d5, %, для толщины, мм

40

40Х

600

310

16


 

 

1.3. Классификация поверхностей детали

Таблица 3.

Вид поверхности

Номер поверхности

Исполнительная поверхность

9,7

Основная конструкторская база

9,4

Вспомогательная конструкторская база

7,5,10,3,2

Свободные поверхности

12,13,8,1,6,11,14,15


 

 

 

рис 1. ступица

1.4. Анализ технологичности  детали.

 

Рабочий чертеж ступицы содержит необходимую графическую информацию для полного представления о ее конструкции. Указаны все размеры, отклонения геометрических форм, предоставлены шероховатости поверхностей. Расположение поверхностей обеспечивает доступ режущего инструмента, возможность применения стандартного режущего и мерительного инструмента.

Анализ технологичности выполняем с целью выявления возможности снижения себестоимости обработки детали путем совершенствования ее конструкции.

а) Количественный анализ технологичности:

  1. коэффициент унифицированных поверхностей

 

,                                                      (1)

где Nу – количество унифицированных поверхностей;

       N – общее количество поверхностей.

                                                                                                               

Все поверхности выполняются стандартным инструментом, на стандартном оборудовании с использованием стандартной оснастки.

Вывод: деталь технологичная, так как .

  1. коэффициент точности обработки детали:

 

,                                                       (2)

 

где А – средний квалитет точности поверхностей детали.

,                                                      (3)

 

где n – количество поверхностей детали;

              IT – квалитет.

Вывод: деталь технологичная, так как Kт.д.=  >0,85

  1. средняя шероховатость поверхностей:

 

  ,                                                            (4)

 

где k – количество поверхностей.

 

Вывод: деталь технологичная, так как Ra.ср.=  >3,2

  1. коэффициент использования материала:

kим.=0,7 – для серийного производства.

 

б) Качественный анализ технологичности:

Технологичность заготовки.

Данная деталь –  ступица изготавливается из мтериала-сталь 40Х Ст2 ГОСТ 1050-74 методом горячей штамповки в условиях серийного производства. Конфигурация наружного контура детали не вызывает значительных трудностей при получении заготовки.

Коэффициент обрабатываемости материала резанием Коб=1

Простая конфигурация детали (отсутствие сложных фасонных поверхностей) позволяет использовать при ее производстве унифицированную заготовку. С учетом требований к поверхностям детали (точности, шероховатости), а также их технического назначения окончательное формирование поверхностей детали (1-15) на заготовительной операции невозможно.

Технологичность детали в целом.

Стоимость материала детали 168 руб за 1 т.

Поверхности детали имеют квалитеты, степени точности, шероховатости, соответствующие их служебному назначению.

Требования к поверхностям изделия:

Квалитет: IT6 - поверхности 10,12,13,14

                       IT8 - поверхности 8,11

                       IT9 - поверхности 15,16

                       IT10 - поверхность 9

Неуказанные квалитеты поверхностей принадлежат к IT14

Шероховатость: Ra0,8 поверхность 9

 Ra1,25 поверхность 2, 7, 4

 Ra3,2 поверхности5, 12,12,6,14,15.

 Rz25 поверхности 6, 9, 12, 13

Соосность: 0,01 поверхность 9, 7

Перпендикулярность: 0,01 поверхность9,4

Количество и протяженность сопрягаемых поверхностей ступицы определяется конструкцией узла и условной работы детали. Точность поверхностей определяется требованиями работоспособности всего узла. Для нормальной работы точность является оптимальной, ее повышение приведет к неоправданному росту затрат на обработку, а снижение – к снижению работоспособности. Тоже самое можно сказать о требованиях к шероховатости рабочих поверхностей.

Конфигурация детали позволяет широко использовать механизацию и автоматизацию при ее установке, обработке, транспортировке. Доступ к местам обработки и контроля свободный. Возможно обработать несколько поверхностей детали с одного установа.

 Из анализа следует, что деталь  в целом можно считать технологичной.

Технологичность базирования и закрепления.

Технологичность закрепления детали характеризуется наличием опорных поверхностей (баз), совпадением технологической и измерительной баз, точностью и шероховатостью базовых поверхностей. Анализируя конструкцию детали, выясняем, что в качестве черновых технологических баз можно использовать основные базы заготовки.

Таким образом, деталь является технологичной.

 

1.5. Задачи курсовой работы.

 

На базе анализа технических требований к детали формулируют задачи, которые необходимо решить для достижения цели, указанной во введении. К этим задачам сводятся следующие:

1) Определить  тип производства и выбрать  стратегию разработки ТП.

2) Выбрать оптимальный  метод получения заготовки и  маршруты обработки поверхностей.

3) Разработать технологический  маршрут и схемы базирования заготовки.

4) Выбрать оборудование, приспособления, режущий инструмент, средства контроля.

5) Рассчитать припуски  на обработку и спроектировать  заготовку.

6) Разработать специальный  режущий инструмент.

7) Определить содержание  операции, рассчитать режимы резания и время на обработку.

8) Спроектировать станочное  приспособление для заданной  операции ТП.

9) Определить экономическую  эффективность совершенствования  операции.

 

 

                II. Выбор типа производства, его краткая характеристика.

 

Тип производства определяют исходя из массы детали, ее сложности и программы выпуска.

Находим массу детали:

m= V.r,                                                       (5)

 

где r - плотность детали, rr= 7700 кг/м3,

              V – объем детали.

V=p .d2.h                                                      (6)

 

V= V1 +V2- V3- V4= (3,14×162×15,5)+(3,14×102×8)-(3,14×112×11,5-(3,14×6,52×11,5)=9077,4=0,000009 м3

m=0,000009.7700 = 0,07 кг

 

По таблице №2.1 [2.с.11] выбираем тип производства, учитывая, что программа выпуска N = 9000 штук в год и масса m=0,07 кг.

Выбираем среднесерийное производство.

Партия запуска:

,                                                             (7)

 

где  N – программа выпуска;

a – периодичность запуска в днях (3,6,12,24 дня);

Д – количество дней.

Принимаем  a=12 дней, тогда

 

Характеристика среднесерийного типа производства.

 

Таблица 4.

Показатель ТП

Среднесерийное производство

I. Объем выпуска изделия

средний

II. Номенклатура изделий

средняя

III. Оборудование

универсальное и специализированное с ЧПУ

IV. Оснастка

универсальная, специализированная

V. Степень механизации и автоматизации

средняя

VI. Квалификация рабочих

средняя

VII. Форма организации ТП

групповая, переменно-поточная

VIII. Расстановка оборудования

с учетом характерного направления грузопотоков

IX. Виды ТП

типовые, групповые, единичные

X. Коэффициент закрепления операции

10 <Кз.о.< 20

XI. Методы определения операционных размеров

расчетно-аналитический

XII. Метод обеспечения точности

настроенное по пробным деталям оборудование


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  III. Выбор метода получения заготовки и проектирование заготовки.

 

3.1. Выбор метода получения заготовки.

 

В качестве получения заготовки можно применять литье в земляные формы и прокат.

Материал детали – Сталь 40Х

Масса готовой детали – q = 0.07 кг

Масса заготовки – Q = 0.115 кг

Таблица 5.

Наименование показателей

Вариант

первый

второй

Вид заготовки

           Литье 

Штамповка

Масса заготовки, кг

0,115

0,115

Стоимость 1 кг заготовок, принятых за базу Сзаг., руб

1985

373

Стоимость 1 кг стружки, Сотх., руб

0,0235

0.0235


 

Первый вариант:

 Стоимость заготовки из штамповки:

 

                         (8)

 

 где Ci – базовая стоимость 1т. заготовок, Ci 1985 руб.

kT – коэффициент, зависящий от точности отливок, kT = 1

kM – коэффициент, зависящий от точности отливок, kМ = 1.08

kC – коэффициент, зависящий от точности отливок, kС = 0.93

kB – коэффициент, зависящий от точности отливок, kВ = 1.37

kП – коэффициент, зависящий от точности отливок, kП = 1,23

Sотх. – цена 1 т. отходов, Sотх = 23,5 руб.

 

 

Второй вариант:

 Стоимость штампованной заготовки:

 

                               (9)

 

Годовой экономический эффект:

 

Э = (Sзаг.1 – Sзаг.2).N,                                                    (10)

 

где N – ходовой объем выпуска.

 

Э = (0.379 – 0.0,083).9000 = 2664 руб.

 

 

3.2. Выбор методов обработки поверхностей.

 

Последовательность технологических операций при обработке отдельных поверхностей детали зависит от заданной точности (квалитет) и шероховатости обрабатываемой поверхности, от материала детали и наличия термообработки. Выбор осуществим при помощи специальных таблиц.

Результаты выбора последовательности технологических операций занесены в табл.№6.

Таблица 6.

Карта анализа чертежа детали

  

Наименование детали

Марка материала

Вид заготовки

Литье в земляные формы

Ступица

Сталь 40Х

 

 

 

Маршрут

Поверхность

Размеры

Технические требования

Вид

№

Величина

Квалитет

Шерохова-

тость, мкм

Твердость,

HRC

  

Торцевая

1,3

  

12

Rа 6,3

48

Точение черновое

2,4

  

7

1,25

48

Точение: черновое, чистовое, ТО,

шлифование черновое

Цилиндрическая

       11

8

12

6,3

48

Сверление

8

11,5

12

6,3

48

Точение черновое

7

8

14

1,6

48

Обтачивание: черновое, чистовое; ТО, шлифование предварительное

5,12,13,14,15,6

  

10

3,2

48

Обтачивание черновое, чистовое

9

12

14

Rz25

48

Обтачивание: черновое, чистовое; ТО, шлифование предварительное,

шлифование чистовое

Резьбовая

10

  

12

12.5

48

Сверление, нарезание резьбы метчиком


 

 

 

3.3. Расчет припусков.

 

Расчет припуска на механическую обработку производится расчетно-аналитическим методом и по таблицам.

Расчет припуска рассчитывается на самые точные поверхности.

По таблицам выбираем:

Масса поковки m=0.115,

Класс точности –Т3

Группа стали -М2

Степень сложности С2

Шероховатость поверхностей – Ra= 20 мкм,

Конфигурация разьема штампа –плоская

Исходный индекс 9

Допуски размеров отливки:

35      (-0,4+0,8)

22       (-0,4+0,8)

20       (-0,4+0,8)

13 (-0,4+0,8)

 

15,5 (-0,4+0,8)

8 (-0,4+0,8)

23,5 (-0,4+0,8)

Штамповочный уклон внешний-30

Штамповочный уклон Внутренний -70

Допуски неровностей поверхностей: 0,3

 

Расчет припусков для поверхности 9 (рис 1).

 

Заготовку получаем штамповкой.

Материал – Сталь 40Х

1. Технологический маршрут с переходами:

1) растачивание черновое : IT 12, Ra = 12,5 мкм; 13 H12

2) растачивание чистовое: IT 9, Ra = 3,2 мкм; 13 H9

3) закалка: IT 10, Ra = 3,2 мкм; 13 H10

4) шлифование черновое: IT 8,  Ra =2,5

  1. шлифование: IT 6, Ra = 1,25 мкм; 13 H6

2. Для растачивания используем токарно-револьверный станок  1К341.

Для внутреннего шлифования – внутришлифовальный станок с планетарым движением круга 3А225

3. Штамповка: Rz = 80 мкм, T(h) = 300 мкм;

     растачивание черновое : Rz = 50 мкм, T(h) = 75 мкм;

Расстачивание чистовое: Rz = 12,8 мкм, T(h) = 22 мкм;

     Закалка;

Шлифование ченовое : Rz = 10 мкм, T(h) = 15 мкм;

Шлифование чистовое : Rz = 5 мкм, T(h) = 7 мкм

4. Расчет припуска Zmin:

      Растачивание черновое:

2.Zmini = 2[ Rz-1 + T(h)i-1 + ]

Dпрi-1 = 0,

2.Zmini = 2[ Rz-1 + T(h)i-1 + ],

eу = 100 мкм,

2.Zmini=2(80+300+Ö2002+1002)=1208

 

Растачивание чистовое:

 

       2.Zmini = 2[ 50+75 + ] = 530 мкм

 

Шлифование черновое:

 

2.Zmini = 2[ 12,5 + 22 +Ö402+1002] = 285 мкм

 

Шлифование чистовое:

 

2.Zmini = 2[ 10 + 12 +Ö22,52+22] = 90 мкм

 

        Расчетный диаметр dp:

 

dp= dpi-1+2Zmin

 

для шлифования чистовое: dp1= 13.013-0.09=12.923 мкм;

 

для шлифования чернового: dp2= 12,923-0,285=12,638 мкм;

 

для растачивания чистового: dp3= 12,638-0,53=12,108 мкм;

 

для сверления: dp4 = 12,108-1,208=10,9мкм.

 

Определяются значения допусков :

 

для шлифования: d4 = 20 мкм;

для расстачивания чистового: d3 = 45 мкм;

для расстачивания чистового: d2  = 80 мкм;

для растачивания  : d1 =280 мкм.

 

Определим dmin и dmax :

dmin = dmin-d

 

для шлифования чистового: dmax= 13,01 мм;

 dmin= 10,9-0,4=10,5 мм;

 

для шлифования чернового: dmax=12,9;

 dmin=12,11-0,283=11,83 мм; 

 

для растачивания чистового: dmax = 12,64 мм;

dmin =12,64-0,08= 12,56 мм;

 

для растачивания черновоего: dmax = 12,11мм;

 dmin= 12,9-0,045=12,86 мм

 

Для заготовки: dmax=10,9;

dmin=13,01-0,02=12,99

 

Найдем :

 

для шлифования чистового: = 10,9-0,4=10,5мкм;

= 12,99-12,87=120 мкм.

     для шлифования чернового: =12,923-12,638=285 мкм

                                                      =12,87-12,56=310 мкм

 

для растачивания чистового: =12,638-12,108=530;

  = 12,56-11,83=730мкм.

 

для растачивания чернового: = 12,108-10,9=1208 мкм;

                                                       = 11,83-10,5=1330 мкм.

 

 

 

Результаты полученных расчетных значений занесем в таблицу №7.

 

Таблица 7.

Технологические переходы образование поверхности

Æ13 Н6

 

Элементы припуска, мкм.

Расчетный припуск 2Zmin, мкм.

Расчетный размер dp, мм

Допуск d, мкм.

Предельный размер, мм

Предельные зачения припусков

Rz

T

r

e

dmax

dmin

Заготовительная

80

300

200

-

-

10,9

400

10,9

10,5

-

-

Растачивание

черновое

50

75

140

100

1208

12,108

280

12,11

11,83

1330

1208

Растачивание

чистовое

12,5

22

40

100

530

12,638

80

12,64

12,56

730

530

Шлифование черновое

10

15

22,5

100

285

12,923

45

12,9

12,87

310

285

Шлифование

чистовое

5

17

10

2

  90

13.013

20

13,01

12,99

120

90


 

 

 

Схема графического расположения припусков и допусков на обработку отверстия Æ13 Н6 ступицы(см. рис. 1.)

 

 

 

3.4. Проектирование заготовки.

 

На базе полученных данных в пунктах 3.1 и 3.3 проектируем заготовку.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

IV. Разработка технологического маршрута изготовления детали.

 

Таблица 8.

№ поверхности

IT

Ra

Технологичес.

требования

Переход

1

12

6,3

  

Точение черновое IT12, Ra=6.3

2

7

1.25

  

Точение черновое:IT12, Ra = 6,3 мкм

        Точение чистовое: IT9, Ra=3,2 мкм

        Закалка: IT10;Ra3,2 мкм

        Шлифование  черновое:IT7, Ra=1,25

3

12

6,3

  

Точение черновое IT12, Ra=6.3

4

7

1,25

  

Точение черновое:IT12, Ra = 6,3 мкм

        Точение чистовое: IT9, Ra=3,2 мкм

        Закалка: IT10;Ra3,2 мкм

 Шлифование черновое:IT7, Ra=1,25

5

10

3.2

  

Точение черновое:IT12, Ra = 6,3 мкм

        Точение чистовое: IT9, Ra=3,2 мкм

        Закалка: IT10;Ra3,2 мкм

6

10

3,2

  

Точение черновое:IT12, Ra = 6,3 мкм

        Точение чистовое: IT9, Ra=3,2 мкм

        Закалка: IT10;Ra3,2 мкм

7

7

1,25

  

Точение черновое:IT12, Ra = 6,3 мкм

        Точение чистовое: IT9, Ra=3,2 мкм

        Закалка: IT10;Ra3,2 мкм

 Шлифование черновое:IT7, Ra=1,25

8

12

6,3

  

Точение черновое IT12, Ra=6.3

9

6

0,8

  

Точение черновое:IT12, Ra = 6,3 мкм

        Точение чистовое: IT9, Ra=3,2 мкм

        Закалка: IT10;Ra3,2 мкм

 Шлифование черновое:IT7, Ra=1,25

Шлифование чистовое: IT6, Ra=0,8

10

12

6,3

  

Сверление: IT12, Ra=6,3 мкм

                   Резьбонарезание

11

10

6,3

  

Сверление: IT12, Ra=6,3 мкм

12

10

3,2

  

Точение черновое:IT12, Ra = 6,3 мкм

        Точение чистовое: IT9, Ra=3,2 мкм

         Закалка: IT10;Ra3,2 мкм

13

10

3.2

  

Точение черновое:IT12, Ra = 6,3 мкм

        Точение чистовое: IT9, Ra=3,2 мкм 

         Закалка: IT10;Ra3,2 мкм

14

15

10

3,2

  

Точение черновое:IT12, Ra = 6,3 мкм

        Точение чистовое: IT9, Ra=3,2 мкм

         Закалка: IT10;Ra3,2 мкм