Технологический процесс изготовления вала

Введение

     Уровень сельскохозяйственного машиностроения является определяющим фактором всего хозяйственного комплекса страны. Важнейшими условиями ускорения развития хозяйственного комплекса являются рост производительности труда, повышение эффективности производства и улучшение качества продукции.

     Применение  более прогрессивных методов  изготовления машин имеет при  этом первостепенное значение. Качество машины, надежность, долговечность и экономичность в эксплуатации зависят не только от совершенства ее конструкции, но и от технологии ее изготовления и ремонта.

     Инженер-технолог стоит последним в цепи создания новой машины и от объема его знаний и опыта во многом зависит ее качество и конкурентоспособность.

     В условиях рыночной экономики основной задачей сельскохозяйственного машиностроения является производство того, что продается, а не продажа того, что производится.

     Курсовой  проект по технологии сельскохозяйственного  машиностроения является важным этапом в подготовке инженеров-механиков и определяет способность студентов самостоятельно решать различные технологические и конструкторские задачи, показывает в целом уровень профессиональной подготовки будущих специалистов.

     Курсовое  проектирование преследует цель – научить студентов разрабатывать прогрессивные технологические процессы (ТП) на основе современных достижений науки и техники.

     Следует отметить, что в курсовом проекте  не допускается копирования существующего  на базовом предприятии ТП, а рекомендуется  на основе анализа разработать более совершенный ТП, использовать современное высокопроизводительное оборудование, прогрессивные конструкции приспособлений и режущих инструментов. 

1. Назначение и конструкция  детали

     Деталь  «вал ведущий» 7821-4202026 является составной частью коробки передач автомобиля и служит для передачи крутящего момента.

     В процессе эксплуатации деталь подвергается в основном динамическим нагрузкам, связанным с передачей крутящего момента.

     Данная  деталь относится к классу валов. Все поверхности детали имеют доступ для обработки, имеется возможность многорезцовой производительной обработки на автоматах и полуавтоматах. Заданная точность поверхностей детали соответствует экономической точности оборудования. Материал детали, сталь 45, легко обрабатывается лезвийным и абразивным инструментом. При термической обработке такой стали можно получить необходимую структуру и твёрдость. Вал имеет небольшое количество ступеней с незначительным перепадом их диаметров, поэтому данная деталь изготавливается из штучных заготовок. Поверхности вала, имеющие разные параметры шероховатости и обработанные по разной степени точности, разделены канавками. Деталь имеет возрастающие диаметры ступеней. Чётко разграничиваются обработанные и необработанные поверхности.

     Выбор габаритных размеров, конфигурации, параметров точности изготовления отдельных поверхностей детали и материала детали диктуется габаритами изделия, в которое входит изготовляемая деталь, условиями работы детали в узле и её функциональным назначением.

     Деталь  – вал ведущий– ступенчатая, состоит  из 5-ти ступеней (рис.1). 

Рисунок 1.1. 

     Поверхности 8 детали (рис.1) предназначена для  посадки с зазором на неё колеса зубчатого, а поверхность 8 – для  посадки с натягом колеса зубчатого.

     Поверхности 6 и 10 являются шейками под подшипники. Поверхности 7 и 9 предназначены для  упора в них колец подшипников. Резьбовые поверхности 2 и 12 служат для навинчивания на них гаек, которые регулируют натяг в подшипниках. Отверстия 3 и 13 необходимы для стопорения гаек.

     Поверхности 1 и 14 имеет второстепенное значение для служебного назначения детали.

     Деталь изготавливается из стали 45 ГОСТ 1050-88. Химический состав стали 45 приведен в таблице 1.1., механические свойства стали приведены в таблице 1.2. 

Таблица 1.1.

Таблица 1.2.

     Сталь 45 ГОСТ 1050-88 – среднеуглеродистая качественная сталь, имеющая хорошие механические свойства для обрабатывания резаньем, хорошо закаливается. Сталь 45 применяют для изготовления вал-шестерен, коленчатых и распределительных валов, шестерен, шпинделей, цилиндров, кулачков и других нормализованных, улучшаемых и подвергаемых термообработке детали, от которых требуется повышенная прочность. В данном случае применение данного материала целесообразно. 

2. Анализ технологичности  конструкции детали

     Целью анализа конструкции детали на технологичность  является выявление недостатков конструкции по сведениям, содержащимся в чертежах и технических требованиях, а также возможное улучшение технологичности рассматриваемой конструкции.

     Анализ  технологичности проводится, как  правило, в два этапа: качественный и количественный.

2.1. Качественный анализ технологичности детали

     Конфигурация  детали достаточно технологична для обработки резанием на токарном станке, все поверхности легкодоступны для инструмента. Диаметральные размеры вала убывают от середины к концам. Жесткость вала допускает получение высокой точности обработки (жесткость вала считается недостаточной, если для получения точности 6…9-го квалитетов отношение его длины l к диаметру d свыше 10…12).

     Определим жёсткость детали: 

     На  чертеже указаны все необходимые  размеры, требуемая шероховатость обрабатываемых поверхностей, допуски соосности и радиального биения поверхностей, допуски торцевого биения.

     Технологической базой  при точении является черновая поверхность заготовки, после переустановки  детали – уже обработанная поверхность  вала. На шлифовальных операциях технологической  базой является ось детали (центровые отверстия). 

2.2. Количественный анализ технологичности детали

     Количественная  оценка технологичности выполняется  согласно ГОСТ14 201–73 и содержит следующие  показатели:

     2.2.1. Коэффициент точности обработки  К_тч определяется по формуле: 
 

где Т_ср – средний квалитет точности обработки. 
 
 

где T_i – квалитет точности обработки;

n_i – число размеров соответствующего квалитета точности. 
 
 
 
 

     2.2.2. Коэффициент шероховатости поверхности  К_ш определяется по формуле: 
 

где Ra_ср – средняя шероховатость поверхностей изделия. 
 

где Ra_i – шероховатость поверхности;

n_i – число поверхностей соответствующей шероховатости. 
 
 
 
 

     2.2.3. Уровень технологичности конструкции по использованию материала: 
 

где К_б.и.м, К_и.м – соответственно базовый и достигнутый коэффициенты использования материала.

     Коэффициент использования материала К_им: 
 

где q – масса детали, кг;

Q – масса заготовки, кг. 
 
 
 
 
 
 

     2.2.4. Уровень технологичности конструкции по трудоемкости изготовления: 
 

где Т_и, Т_б.и – соответственно достигнутая и базовая трудоемкость изготовления изделия, мин. 
 
 

     2.2.5. Уровень технологичности конструкции по технологической себестоимости: 
 

где С_т, С_б.т – соответственно достигнутая и базовая технологическая себестоимость изделия, руб. 
 
 

     На  основании качественного и количественного  анализа делаем вывод, что деталь является достаточно технологичной.

3. Определение типа производства

     Тип производства по ГОСТ 3.1108-74 характеризуется  коэффициентом закрепления операций К_З.О. (Кз.о. £ 1- массовое; 1< Кз.о.<10 – крупносерийное; 10< Кз.о.< 20 – среднесерийное; 20< Кз.о.< 40 – мелкосерийное производство; Кз.о.>40 – единичное(индивидуальное) производство), который показывает отношение всех различных технологических операций, выполняемых или подлежащих выполнению подразделением в течение месяца, к числу рабочих мест.

     Так как К_З.О отражает периодичность обслуживания рабочего всей необходимой информацией, а также снабжение рабочего места всеми необходимыми вещественными элементами производства, то К_З.О. оценивается применительно к явочному числу рабочих подразделения из расчета на смену: 
 

где ΣО – количество операций, выполняемых на рабочем месте;

ΣР – явочное число рабочих подразделения, выполняющих различные операции.

     Исходя  из приведенной формулы для определения К_З.0. необходимо установить соотношение между трудоемкостью выполнения операций и производительностью рабочих мест, предназначенных для проведения данного технологического процесса при условии загрузки этого оборудования в соответствии с нормативными коэффициентами.

     Располагая  штучно-калькуляционным временем, затраченным  на каждую операцию, определяем количество станков: 
 

где N – годовая программа;

   Т_ш-к – штучно-калькуляционное время, мин;

   F_д – действительный годовой фонд времени, ч;

   η_з.н. – нормативный коэффициент загрузки оборудования.

     Принимаем коэффициент загрузки оборудования η_з.н.=0,8.

     Устанавливаем число рабочих мест Р, округляя до ближайшего большего целого полученное значение m_р.

      По  каждой операции вычисляем значение фактического коэффициента загрузки рабочего места по формуле: 
 
 

     Определяем  количество операций, выполняемых на рабочем месте, определяется по формуле: 
 
 

     Результаты расчетов сведем  в таблицу 3.1. 

Таблица 3.1.

     Определяем  коэффициент закрепления операций: 
 
 

     Так как 10<14,2<20, следовательно производство среднесерийное.

     Для серийного производства рассчитывается размер партии деталей по формуле: 

где а – количество дней запаса деталей на складе;

Ф –  количество рабочих дней в году.

     Принимаем а=5 дней; Ф=257 дней. 
 
 

4. Анализ базового технологического процесса

     Предметом анализа является технологический  процесс изготовления вала ведущего 7821-4202026. Производство среднесерийное. Годовой объем выпуска – 1200 шт. Базовый технологический представлен в таблице 4.1. 

Таблица 4.1.

     Анализ  проводится с точки зрения обеспечения  заданного качества изделия и производительности обработки. Он базируется на оценке количественных и качественных показателей, как отдельных технологических операций, так и процесса в целом. Анализ технологического процесса приведен с использованием таблиц.

     Технологические возможности и характеристики применяемого оборудования даны в таблицах 4.2. и 4.3. 

Таблица 4.2.

Таблица 4.3.

     Анализ, приведенных в таблицах 4.2. и 4.3. сведений показывает, что станки, используемые на операциях по габаритным размерам обрабатываемой заготовки, достигаемой точности и шероховатости поверхностей соответствуют требуемым условиям обработки данной детали.

     Для анализа схем базирования заготовок  при обработке и возникающих  при базировании погрешностей составим таблицу 4.4. Деталь изображена на рис. 4.1.

Рисунок 4.1.

Таблица 4.4.

     Для оценки установочно-зажимных приспособлений, режущего и вспомогательного инструмента, средств технического контроля составляем таблицы 4.5., 4.6. и 4.7. 

Таблица 4.5.