Технология машиностроения. 11

1. Введение

     В настоящее время наблюдается  стремительное развитие технологии машиностроительного производства.

     Отличительной особенностью современного машиностроения является ужесточение требований к  качеству выпускаемых машин и  их себестоимости. В условиях рыночных отношений  необходимо быстро реагировать на требования потребителя. Побеждает в конкурентной борьбе тот, кто способен реализовать принятые конструктивные и технологические решения.

     Технология  машиностроения является комплексной  научной дисциплиной, без которой невозможно современное развитие производства. Изготовление современных машин происходит на базе сложных технологических процессов, в ходе, которых из исходных заготовок с использованием различных методов обработки изготовляют детали и собирают различные машины и механизмы.

     Машиностроение  является материальной основой технического перевооружения всего народного хозяйства нашей страны. Машиностроение является главной отраслью народного хозяйства, которая определяет возможность развития других отраслей, способствует повышению благосостояния общества.

     Технический уровень любого производства определяется уровнем технологии. Быстрая смена изделий и необходимость обеспечения их конкурентной способности влечет за собой повышение ответственности, но при этом теория не должна отделяться от практики как критерий истины. Этому учил один из основателей машиностроения А.П. Соколовский: «Учение технологии родилось в цехе и не должно порывать с ним связи. В противном случае работа технолога станет академической и бесплодной...»

     Одним из основных факторов, определяющих ускорение  научно технического прогресса, является быстрое развитие технологии, при опережающем развитии фундаментальных исследований. В настоящее время возрастает роль научно технического прогресса в технологии. На совершенном этапе нужно проводить трудо-, фондо- и материалосберегающую политику. Это возможно при переходе к новым технологиям. В частности за счет применения более эффективного инструмента, расширения использования методов горячего и холодного объемного деформирования, сварки, штамповки, поверхностного упрочнения детали, порошковой металлургии и другие. Принципиально изменяет технологию металлообработки внедрение станков с ЧПУ. Неотъемлемой частью технологического оборудования все чаще становятся управляющие ЭВМ.

     В машиностроении увеличиваются объемы деталей, изготовленные методом порошковой металлургии. Все большую роль в производстве играют лазерный луч, магнитное поле, ультразвук и другие способы воздействия на материал изделия. С помощью лазерной технологии с большой производительностью и точностью можно обрабатывать различные по составу и твердости материалы.

     На  станках с программным управлением, в которых роль традиционного резца выполняет электрическая искра, можно обрабатывать детали любой конфигурации, при этом не нужны слесарно-доводочные операции. Основными направлениями развития технологии в машиностроении является:

-создание принципиально новых технологических процессов и агрегатов, обеспечивающих экономию различных видов ресурсов

-комплексная автоматизация и механизация производства. На основе разработки и освоения новых видов высокопроизводительного технологического оборудования

-совершенствование системы управления технологическими процессами на основе программно-целевого метода.

     Повышенное  требование к качеству и технологичности  продукции способствуют необходимости  изменения парка технологического оборудования.  
 
 

2. Описание  конструкции детали и ее технологический анализ

     Валы  различны по служебному назначению, конструктивной форме, размерам и материалу. Несмотря на это, технологу пи разработке технологического процесса изготовления валов приходится решать многие однотипные задачи. Поэтому целесообразно пользоваться типовыми процессами, которые созданы на основе классификации.

     В общем, машиностроении встречаются  валы бесступенчатые и ступенчатые, цельные и пустотелые, гладкие и шлицевые, валы шестерни, а также комбинированные в разнообразном сочетании. По форме геометрической оси валы могут быть прямыми, коленчатыми, кривошипными и эксцентриковыми (кулачковыми).

     Количество  типа размеров ступенчатых валов  в машиностроении составляют валы длиной 150…1000 мм. Шлицевые валы могут быть со сквозными и закрытыми шлицами. По конструкции шлицы могут быть прямоточными, эвольвентными и треугольными.

     Валы  в основном изготовляют из конструкционных  и легированных сталей, которые должны обладать высокой прочностью, хорошей  обрабатываемостью, малой чувствительностью и концентрации напряжений, а для повышенья износостойкой способностью должны подвергаться термической обработке. Этим требованиям наиболее полно отвечают, стали 35, 40, 45, 40Х, 50Х, 40Г2 и др.

     Деталь: «вал-шестерня»имеет габаритные размеры: Ø60×369 мм. Масса детали 4,64 кг. Деталь имеет 7 ступеней.

      Первая  ступень Ø25js6(±0,0055), длиной 17мм, шероховатостью Ra = 1,25 мкм. Имеется фаска 1×45º и канавка Ø24,5 мм, шириной 3мм. На канавке присутствуют скругления R0,5 и R1. Ступень является базой В.

      Вторая  ступень Ø40, длиной 137,3мм. Торцевое биение относительно базы Б 0,03мм. Имеется фаска 1×45º и канавка Ø37,5 мм, шириной 1,9мм. На канавке присутствуют скругления R0,2. На ступени присутствуют шлицы D-8×32×38g6×6e9 ГОСТ 1139-80. Шлицы закаливаются ТВЧ h ≥ 6; 49…55 HRCэ.

      Третья  ступень Ø40js6(±0,008), длиной 37,7^+0,2 мм, шероховатостью Ra = 1,25 мкм. Радиальное биение относительно баз ВГ 0,03мм. Торцевое биение относительно базы В 0,03мм. Имеется канавка Ø39,5, шириной 3мм. На канавке присутствуют скругления R0,5 и R1.

Четвертая ступень Ø45, длиной 41 мм.

      Пятая ступень является зубчатым венцом Ø60h11(-0,19), длиной 40мм, m = 2,5, z = 22. Зубья имеют шероховатость Ra = 1,25 мкм и проходят закалку ТВЧ h ≥ 6; 49…55 HRC.

      Параметры зубчатого венца

                                                         Таблица №1

      Шестая  ступень Ø45, длиной 74мм, шероховатостью Ra = 6,3мкм. Имеется фаска 1×45º. Торцевая поверхность имеет шероховатость Ra = 2,5 мкм и торцевое биение  относительно базы Б составляет 0,03мм.

      Седьмая ступень Ø30js6(±0,008), длиной 19 мм, шероховатостью Ra = 1,25 мкм. Имеется фаска 1×45º и канавка Ø29,5, шириной 3 мм. На канавке присутствуют скругления R1 и R0,3. Ступень является базой Г. 

     Химический состав стали 40Х (ГОСТ 4543-71), %

     Таблица №2 

     Механические  свойства стали 40Х (ГОСТ 4543-71)

     Таблица №3

3. Характеристика  заданного типа производства

     Единичное производство характеризуется широтой  номенклатуры изготовляемых или ремонтируемых изделий и малым объёмом выпуска изделий (под объёмом выпуска подразумевается количество изделий опрёделенных наименования, типоразмера и исполнения, изготовляемых или ремонтируемых объединением, предприятием или его подразделением в течение планируемого интервала времени).

     На  предприятиях, единичного производства количество выпускаемых изделий  и размеры операционных партий заготовок (т. е. количество заготовок, поступающих на рабочее место для выполнения технологической операции) исчисляется штуками и десятками штук; на рабочих местах выполняются разнообразные технологические операции, повторяющееся нерегулярно или неповторяющиеся совсем; используется универсальное точное оборудование, которое расставляется в цехах по технологическим группам (токарный, фрезерный, сверлильный, зуборезный и т. п. участки); специальные приспособления и инструменты как правило не применяются (они создаются только в случаях невозможности выполнения операции без специальной технологической оснастки); исходные заготовки – простейшие (литье в землю, горячий прокат, поковки) с малой точностью и большими припусками; требуемая точность достигается методом пробных ходов и промеров с использованием разметки; взаимозаменяемость деталей и узлов во многих случаях отсутствует; широко применяется пригонка по месту; квалификация рабочих очень высокая, так как от нее в значительной мере зависит качество продукции; технологическая документация сокращенная и упрощенная; технические нормы отсутствуют; применяется опытно-статистическое нормирование труда.

4. Выбор вида заготовки и  ее конструирование

     Правильный  выбор заготовки – установление ее форм, т.е. параметров, зависящих  от способов их изготовления обычно сильно, влияют на число операций или переходов  на трудоемкость и в итоге на себестоимость  изготовления детали. Вид заготовки в большинстве случаев в значительной степени определяет дальнейший процесс изготовления деталей.

     Основными видами заготовок являются.

1. Отливки  из черных и цветных металлов.

2. Металлокерамические  заготовки. 

3. Кованные  и штамповочные заготовки.

4. Прокат.

5. Сварка.

6. Неметаллические  материалы.

7. Штамповка  из местного материала.

     Заготовки из круглого проката детали типа вал  в большинстве случаев более  целесообразны, так как кованные, штампованные заготовки требуют  дополнительных затрат. При единичном типе производства в качестве заготовки для детали вал-шестерня выбираем горячекатаный прокат обычной точности Ø65мм и длиной 372мм по ГОСТ 2590 – 88. 

Рисунок 1. Заготовка. 
 
 
 

     Определяем  коэффициент использования материала

 кг

5. Разработка  маршрутного технологического процесса изготовления детали.

      Построение  технологического маршрута обработки  во многом определяется конструкторско-технологическими особенностями детали. Выбор маршрутной технологии существенно зависит от типа производства.

Проектный маршрут технологического процесса

Таблица №4

Выбор модели станка, прежде всего, определяется его возможностью обеспечить точность размеров и формы, а также качество поверхности изготовляемой детали. Если эти требования можно обеспечить обработкой на различных станках, определенную модель выбирают из следующих соображений:

1. Соответствие основных размеров станка габаритам обрабатываемой деталей, устанавливаемых по принятой схеме обработки;
2. Соответствие станка по производительности заданному масштабу производства;
3. Возможность работы на оптимальных режимах резания;
4. Соответствие станка по мощности;
5. Возможность механизации и автоматизации выполняемой обработки;
6. Наименьшая себестоимость обработки;
7. Реальная возможность приобретения станка;
8. Необходимость использования имеющихся станков.

Выбор оборудования и режущего инструмента

Таблица №5

6. Расчет  промежуточных припусков  и размеров заготовки.

     Припуском на обработку называется слой металла, подлежащий удалению с поверхности заготовки в процессе обработки для получения готовой детали.

     Общим припуском на обработку заготовки называется слой металла, удаляемый с поверхности заготовки в процессе механической обработки с целью получения готовой детали.

     Межоперационный припуск - это слой металла, удаляемый с поверхности заготовки при выполнении отдельной операции.

       Расчет припуска детали на  наружный диаметр Ø60h11_(-0,19)

1. Назначаем  технологические переходы по  маршруту обработки.

2. Назначаем  квалитеты точности обрабатываемой  поверхности. 

3. Выбираем  формулу для расчета припусков  по таб.26 стр.65 [3]

4. По  таб.27 стр.66 [3] определяем Rz и t для заготовительной операции.

5. По  таб.29 стр.67 [3]  определяем Rz и t по маршруту обработки.

6. По  таб.31 стр.69 [3] определяем суммарное  значение пространственных отклонений  для заготовительной и механической  обработки: 

     ρ_к=∆_к∙L

где ∆_к- удельная кривизна заготовки, =0,1мкм;

      L – длина закрепления.

7. По  таб.36 стр.76 [3] определяем погрешность  базирования  приспособления ε=0, тогда формула расчета припуска будет иметь вид:

     2Zmin=2(Rz_i-1+T_i-1+Р_i-1)

8. Определяем  допуск по маршруту обработки  и квалитету точности.

9. Производим  расчет минимальный и максимальный  размер на конечной операции. И рассчитываем межоперационные  размеры. Производим проверку правильности расчетов.

     δз  – δд=∑Z^пр_max-∑Z^пр_min 

Расчет  припуска на Ø60h11_(-0,19)

Таблица №6

Рисунок 2. Схема полей допусков и припусков

7. Расчет  режимов резания.

Расчет  на 015 токарную операцию с ЧПУ

Оборудование: станок токарный мод. 16А20Ф3

Приспособление: патрон токарный

Режущий инструмент: резец проходной

Вспомогательный инструмент: центр вращающийся

Мерительный инструмент: штангенциркуль

Технологический переход:

поверхность 1: точить с Ø65h16 до Ø60h11 на l = 280 мм

поверхность 2: точить с Ø60h11 до Ø45 на l = 236 мм

поверхность 3: точить с Ø45 до Ø40js6 на l = 195 мм

поверхность 4: точить с Ø40js6 до Ø38g6 на l = 149 мм

поверхность 5: точить с Ø38g6 до Ø25js6 на l = 17 мм

Ход работы

1. Выбираем глубину резания

t₁ – черновая (h16)

t₂ – получистовая (h14)

t₃ – чистовая (h11)

     По  карте 2 [2] выбираем глубину резания:

пов-ть 1: 

t₂ = 0,8 мм; i = 1

мм; i =2

пов-ть 2:

 мм; i = 1

пов-ть 3:

  t₃ = 0,30мм; i = 1

t₂ = 0,70мм; i = 1

 мм; i = 1

пов-ть 4:

  t₃ = 0,30 мм; i = 1

t₂ = 0,70 мм; i = 1

пов-ть 5

  t₃ = 0,20 мм; i = 1

t₂ = 0,60 мм; i = 1

 мм; i = 4

2. Выбираем подачу

  По  карте 3 [4] определяем подачу для черновой стадии обработки:

пов-ть1:   s_{o таб.} = 0,83 мм/об

пов-ть2:   s_{o таб.} = 0,30 мм/об

пов-ть3:   s_{o таб.} = 0,45 мм/об

пов-ть5:   s_{o таб.} = 0,30 мм/об

По  карте 4 [4] определяем подачу для получистовой стадии обработки:

пов-ть1:   s_{o таб.} = 0,49 мм/об

пов-ть3:   s_{o таб.} = 0,33 мм/об

пов-ть4:   s_{o таб.} = 0,33 мм/об

пов-ть5:   s_{o таб.} = 0,33 мм/об

По  карте 12 [4] определяем подачу для чистовой стадии обработки:

пов-ть3:   s_{o таб.} = 0,35 мм/об

пов-ть4:   s_{o таб.} = 0,35 мм/об

пов-ть5:   s_{o таб.} = 0,35 мм/об

По карте 5 [4] определяем поправочные коэффициенты на подачу:

K = K_Sи K_Sд K_Sh K_Sм K_Sу K_SП K_Sφ K_Sj

K_Sи = 1,00              K_Sу = 0,90

K_Sд = 0,95              K_SП =1,00

K_Sh = 1,05              K_Sφ =1,00

K_Sм = 1,20              K_Sj  =0,75

K =1,00×0,95×1,05×1,20×0,90×1,00×1,00×0,75=0,81

Окончательная подача определяется по формуле:

s_o = s_{o таб.} K