Технологический процесс производства Вала

СОДЕРЖАНИЕ

Введение………………………………………………………………….….. Маршрут обработки заготовки………………………………..…... Получение заготовки…………………............................................. Выбор материала…………………………………………………….. Выбор оборудования………………………………………………... Материал режущего инструмента……………………………..….. Контрольно-измерительный инструмент…………………….….. Поверхностное упрочнение…………………………………………. Заключение…………………………………………………………………..

1 2 7 8 9 11 11 12 15

 

Введение

Разработка маршрутного  технологического процесса механической обработки заготовки является основой, без которой нельзя обойтись, т.к. он является своим родом документом. От правильности и полноты разработки маршрутного технологического процесса во многом зависит организация производства и дальнейшие технико-экономические расчеты курсового проекта.

В технологической части  необходимо дать анализ и обоснование  разрабатываемого технологического процесса. Прежде всего, необходимо выделить все  операции, в которых применяется  прогрессивное станочное оборудование, быстродействующее приспособление, специальный режущий и измерительный  инструмент. Характер технологического процесса в курсовом проекте определяется типом производства и особыми  условиями проектирования, указанными в задании.

Разработка технологического процесса должна быть основана на использовании  научно-технических достижений во всех отраслях промышленности и направлена на повышение технологического уровня производства, качества продукции и  производительности труда. 

1. МАРШРУТ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВКИ

 

Разработка операционной технологии изготовления (название детали).

Исходные данные: чертёж детали, тип производства (единичный), материал.

 
Обрабатываемые поверхности детали:

• Размер
• Центровые отверстия 
  

Последовательность обработки.

Расположение детали в  пространстве.

Указать квалитет и шероховатость.

 

Исходные данные: чертёж.

Тип производства: единичное.

Материал: Сталь 20Х25Н20С2 ГОСТ 5632-72.

 

Поверхности детали:

1. Ø64х60; Ra6,3
2. Фаска 2x45^o; Ra6,3;
3. Шейка Ø56х5; Ra6,3;
4. Ø90; d11;
5. Конус 45^о; Ra6,3

 

 

Выбранный маршрут обработки

005 Токарная

010 Токарная

015 Фрезерная

020 Контрольная

 

Рисунок 1- Чертёж детали

 

005 Токарная Станок модели 16К20

1. Установить заготовку.

1. Подрезать торец как чисто.

2. Точить поверхность, выдерживая размеры Ø90,5; l=45; i=3
3. Снять фаску в размер 3.

2. Переустановить заготовку.

4. Подрезать торец, выдерживая размер 7.
5. Точить поверхность, выдерживая размеры 6,8.
6. Точить канавку, выдерживая размеры 4,5.

 

Рисунок 2. Токарная 005

 

ПР: патрон трехкулачковый самоцентрирующий ГОСТ 2675-80.

РИ: подрезной отогнутый резец Т15К6 ГОСТ 18871-73, проходной отогнутый резец Т15К6 ГОСТ 18868-73, канавочный резец Т15К6 ГОСТ 18885-73.

СИ: Штангенциркуль ШЦ-II-250-0,05 ГОСТ 166.

Режимы резания  : t=4,0 мм; S=0,5 мм; V=38 м/мин; n=250 мин^-1; i=1.

Основное время : .

Основное время  на операцию: .

 

 

010 Токарная Токарно-винторезный мод. 16К20;

А. Установить заготовку.

1. Расточить поверхности, выдерживая размеры 1,2,3.

Б. Переустановить заготовку.

2. Расточить поверхности,  выдерживая размеры 4,5,6,7,8.

3. Нарезать резьбу, выдерживая  размеры 9,10.

 

Рисунок 3- Токарная 010

 

ПР: патрон трехкулачковый самоцентрирующий ГОСТ 2675-80 (1 установка), разжимная оправка ГОСТ 13044-85 (2 установка).

РИ: расточной резец Т15К6 ГОСТ 18882-73, резьбовой резец Т15К6 ГОСТ 18885-73.

СИ: Штангенциркуль ШЦ-II-250-0,05 ГОСТ 166.

Основное время  на операцию: .

 

015 Фрезерная Вертикально-фрезерный станок с ЧПУ BM-460T;

1. Фрезеровать 2 паза по программе, выдерживая размеры 1,2,3.

 

Рисунок 4. Фрезерная 015

 

 

ПР: тиски призматические ГОСТ 16518-96.

РИ: фреза концевая Т5К10 ГОСТ 17025.СИ: Калибр кольцо ГОСТ 24969-81.

Режимы резания: t=5 мм, S=0,04 мм/зуб, V=21 м/мин, n=650 мин^-1.

Основное время  на операцию: .

 

 

 

020 Контрольная

 

 

2. ПОЛУЧЕНИЕ ЗАГОТОВОК

В условиях металлургического производства машиностроительные профили изготавливают прокаткой, прессованием и волочением. При этом получают заготовки в виде сортовых профилей, листового проката, труб и периодических профилей. Прокат выпускают горячекатанным и калиброванным. При изготовлении деталей из калиброванных профилей, отличающихся высокой точностью размеров и низкой шероховатостью поверхности, возможна только отделочная механическая обработка поверхностей. 
        Сортовые профили подразделяют на профили простой геометрической формы (квадрат, круг, шестигранник, прямоугольник) и фасонные (швеллер; рельс; угловой, тавровый профили и т.п.). Листовой металл делят на толстолистовую сталь (толщиной 4 - 160 мм), тонколистовую сталь (толщиной менее 4 мм) и фольгу (толщиной менее 0,2 мм). Трубы могут быть бесшовными и сварными. Бесшовные трубы используют в наиболее ответственных трубопроводах, работающих под внутренним давлением в агрессивных средах. Периодические профили имеют изменяющиеся форму и площадь поперечного сечения вдоль оси заготовки. Их применяют как фасонные заготовки для последующей объемной штамповки и механической обработки. 
         Легкие, но жесткие тонкостенные профили (менее 2-3 мм) весьма сложной конфигурации и большой длины можно получатьметодом профилирования листового материала в холодном состоянии на профилегибочных станах. Гнутые профили применяют при изготовлении изделий для машиностроения, автомобильной и авиационной промышленности, строительных конструкций. 
        Для получения заготовок из стали и цветных металлов с деформированной макроструктурой, имеющих форму и размеры близкие к форме деталей машин, целесообразно применять метод обработки давлением (ковку, объемную и листовую штамповку).  
        Ковку применяют для изготовления заготовок в единичном производстве путем пластической деформации профилей или слитков.

 

3. ВЫБОР МАТЕРИАЛА

Основные свойства, которыми должны обладать стали этого назначения, - высокая износостойкость постоянство  размеров и формы в течение  длительного срока службы. К дополнительным требованиям относят возможность  получения низкой шероховатости  поверхности и малой деформации при термической обработке.

Обоснование выбора материала:

Выбор материала для изготовления детали производится из условия, какие  нагрузки будет испытывать деталь при  работе в составе изделия —  статические, динамические, продолжительность  их воздействия. Важной характеристикой  является технологичность материала, т.е. насколько трудоемки технологические  процессы приготовления из него различных  деталей. Не менее важна стоимость  материала, определяющая возможные  объемы его применения.

При изготовлении, в нашем  случае, вала, мы сделали свой выбор  на стали 20Х25Н20С2 ГОСТ 5632-72. Данный материал хорошо подходит для условий в которых работает деталь, а именно для детали печей, работающие при температуре до 1100°С в воздушной и углеводородной атмосферах. Сталь 20Х25Н20С2 при закалке достигает предел прочности около 590 МПа, но она используется в изготовлении деталей как больших так и малких габаритов. С экономической точки зрения сталь 20Х25Н20С2 является более доступной.

 

4. ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ

Единичное производство характеризуется широтой номенклатуры изготовляемых или ремонтируемых изделий и малым объёмом их выпуска. Объём выпуска — количество изделий определенных наименований, типоразмера и исполнения, изготовленных или ремонтируемых объединением, предприятием или его подразделением в течение планируемого интервала времени.

В машиностроении на предприятиях единичного производства количество выпускаемых изделий и размеры операционных партий заготовок исчисляются штуками и десятками штук; на рабочих местах выполняются разнообразные технологические операции, повторяющиеся нерегулярно или не повторяющиеся вообще; используется универсальное точное оборудование, которое расставляется в цехах по технологическим группам (токарный, фрезерный, зубонарезной, сверлильный и т. д. участок); специальные приспособления и инструменты, как правило, не применяются (они создаются только в случае невозможности выполнения операций без специальной технологической оснастки); исходные заготовки — простейшие (прокат, литье в землю, 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 неё в значительной мере зависит качество продукции; технологическая документация сокращённая и упрощённая; технические нормы отсутствуют; применяется опытностатистическое нормирование труда.

При изготовлении детали использовались следующие станки:

1. Токарно-винторезный станок модели 16К20;
2. Вертикально-фрезерный станок с ЧПУ BM-460T;
3. Станок шлифовальный модели 3М174. 
   

 

Таблица 1 - Характеристика оборудования

Модель станка	Класс точности	Пределы чисел оборотов шпинделя	Ось вращения шпинделя	Максимальный диаметр  обрабатываемой детали, мм	Мощность, кВт
16К20	Н	12,5 - 1600	вертикальная	400	11
BM-460T	Н	60-4200	вертикальная	-	3,5
3М174	П	20 - 180	вертикальная	400	26,19

 

 

5. МАТЕРИАЛ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА

При обработке вала основными  режущими материалами являются следующие  марки: твердый сплав Т15К6 и Т15К10.

Титановольфрамовые сплавы предназначаются в основном для  обработки различных сталей.    

Каждая группа твердых  сплавов подразделяются на марки, отличающиеся химическими составом и свойствами. Отличительной особенностью твердых  сплавов является высокая твердость, теплостойкость и износостойкость, благодаря чему обработку металлов можно производить при температуре  нагрева режущей части твердосплавного  инструмента до 1000 C.

Недостатком твердых сплавов  является их повышенная хрупкость, поэтому  необходимо уделять особое внимание правильному выбору марки твердого сплава. При этом необходимо учитывать  физико-механические свойства твердого сплава и обрабатываемого материала, условия обработки, состояние станка и другие условия.

Твердость и износостойкость  Т15К6 выше, чем у сплавов Т14К8 и  Т5К10. Умеренное сопротивление удару  и вибрациям. Прочность при резании  металлов выше, чем у сплавов Т30К4 и Т60К6. При наличии большой  жесткости системы станок-деталь-инструмент имеет хорошее сопротивление  выкрашиванию. Допускает более высокие  скорости резания, чем сплав марки  Т14К8. Применяется для режущего инструмента.

6. КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ИНСТРУМЕНТ

Контрольно измерительные  инструменты в технике используются для контроля и измерения линейных и угловых параметров деталей. Если инструмент предназначен для определения физических размеров изделия, его считают измерительным. Если, кроме определения физических параметров опытным путем инструмент позволяет определить, находятся ли размеры изделия в пределах допустимых значений, его считают контрольно-измерительным.

Для контроля поверхностей вала в основном мы использовали штангенциркуль ШЦ-II-250-0,05 ГОСТ 166 и калибр-кольцо ГОСТ 24969-81.

 

7. ПОВЕРХНОСТНОЕ УПРОЧНЕНИЕ

После последней механической обработки нашей заготовки, мы её подвергаем закалке и последующему отпуску с целью повышения  её твердости и прочности.

Закалкой называется термическая  операция, связанная с нагревом стали  выше температуры фазовых превращений, с выдержкой и последующим  быстрым охлаждением (в каком-либо охладителе). Цель закалки — придание стали высокой твердости и  прочности путем образования  неравновесной структуры: мартенсита или бейнита (игольчатого троостита).

Выбор температуры нагрева  при объемной закалке углеродистых сталей производится по диаграмме состояния  железоуглеродистых сплавов. Доэвтектоидные стали нагревают до температуры  на 30 — 50^оС выше критической точки А₃, т. е. выше линии GS диаграммы. При таком нагреве исходная ферритно-перлитная структура превращается в аустенит, происходит полная перекристаллизация стали. Охлаждение со скоростью больше критической приводит к мартенситному превращению (А ® М). Такая закалка называется полной.

Эвтектоидные и заэвтектоидные стали подвергают неполной закалке, т. е. нагревают до температуры на 30 — 50^оС выше критической точки А₁ (линия РSК диаграммы). Эта температура постоянная, интервал температуры для закалки — 760 — 780^оС.

Скорость охлаждения после  нагрева и выдержки оказывает  решающее влияние на результат закалки. Режим охлаждения должен быть таким, чтобы не возникали большие напряжения, приводящие к короблению изделия  и образованию закалочных трещин. Эти напряжения складываются из термических  и структурных.

При закалке углеродистых и некоторых низколегированных  сталей в качестве охлаждающей среды  применяют воду и водные растворы. Холодная вода — самый дешевый  и быстрый охладитель. К недостаткам  этого охладителя относится образование  «паровой рубашки». Кроме того, с  повышением температуры воды резко  снижается ее охлаждающая способность.

Увеличение охлаждающей  способности воды достигается при  использовании струйного или  душевого (спрейерного) охлаждения. Для  крупных изделий (рельсов, труб и  т. п.) применяется водовоздушная  среда — смесь воды с воздухом, подаваемая в камеру под давлением  через форсунки (водяной туман).

Для легированных сталей при  закалке применяют минеральное  масло. Оно не изменяет охлаждающую  способность при нагреве (20 — 150^оС), не образует «паровую рубашку». Перепад температуры между поверхностью и центром изделия при закалке в масле меньше, чем при охлаждении в воде, следовательно, меньше и термические напряжения. Недостатками масла как охладителя при закалке являются образование пригара на поверхности изделия, потеря с течением времени закаливающей способности (загустевшее масло требует замены), легкая загораемость. Применяют различные способы закалки, обеспечивающие необходимый режим охлаждения.

Закалка в одном охладителе. Изделия из печи по конвейеру (транспортеру) поступают в закалочный бак с  охлаждающей средой, где и находятся  до полного охлаждения.

Этот способ применяется  для изделий простых форм из углеродистых (охлаждение — в воде) и легированных (охлаждение — в масле) сталей и  является простым и наиболее распространенным способом, как в единичном, так  и в массовом производстве. Недостатком  его является то, что в результате большой разницы температуры  нагретого металла и охлаждающей  среды в закаленной стали наряду со структурными возникают большие  термические напряжения, вызывающие коробление и появление трещин.

Прерывистая закалка в  двух охладителях. Изделие сначала  охлаждают до 400 — 300^оС в воде, а затем для окончательного охлаждения переносят в масло — «через воду — в масло». В мартенситном интервале (300 — 100^оС) сталь охлаждается более медленно, что способствует уменьшению закалочных напряжений.

Ступенчатая закалка. Нагретое изделие охлаждается погружением  в ванну с температурой закалочной среды (расплавленные соли, селитры, щелочи) немного выше температуры  начала мартенситного превращения (на 20 — 30^оС выше точки М_н) для данной стали. После выдержки, необходимой для выравнивания температуры по сечению, изделие охлаждают на воздухе. Продолжительность выдержки строго контролируется, чтобы не произошло промежуточного превращения аустенита.

Изотермическая выдержка для выравнивания температуры по сечению способствует снижению термических  напряжений, а охлаждение на воздухе  — структурных. Основное достоинство  ступенчатой закалки — получение  мартенситной структуры при минимальных  закалочных напряжениях.

Закалка с самоотпуском. Охлаждение изделия, нагретого под  закалку, ведут не до конца и извлекают  из охладителя. За счет тепла внутренних слоев верхний охлажденный слой разогревается до 200 — 250^оС, в результате чего происходит самоотпуск. Закалку с самоотпуском применяют для деталей ударного слесарного и кузнечного инструмента, который должен иметь достаточно высокую твердость на поверхности и сравнительно вязкую сердцевину. Температуру отпуска определяют по цветам побежалости (цвет слоя окисла поверхности зависит от его толщины). Старый (точнее — древний) способ с самоотпуском нашел применение в механизированном поточном производстве.

 

Отпуск  закаленной стали

 

Отпуск — операция термической  обработки, связанная с нагревом закаленной стали ниже температуры  фазовых превращений, выдержкой  и охлаждением.

Цель отпуска — снятие или снижение внутренних напряжений, возникших при закалке, и получение  структуры с заданными свойствами (прочностью, твердостью, пластичностью  и вязкостью).

Отпуск необходимо проводить  непосредственно после закалки, так как закалочные напряжения через  некоторое время могут вызвать  появление трещин. Низкая пластичность и значительные внутренние напряжения при закалке стали на мартенсит  не позволяют использовать ее без  проведения отпуска. При нагреве  вследствие диффузионных процессов  в структуре закаленной стали  происходят фазовые превращения, которые  зависят от температуры отпуска  и определяют его назначение.

Твердость и прочность  стали с повышением температуры  отпуска снижаются, а пластичность и вязкость — повышаются. При  некоторых условиях отпуска закаленных сталей происходит их «охрупчивание» — потеря пластичности (отпускная  хрупкость).

 

Заключение

Создание маршрута технологического процесса механической обработки заготовки должен соответствовать технологическим требования и быть самим по себе технологичным. Получение готовой детали должно быть по возможности быстрым, эффективным, энерго- и ресурсосберегающим.

В нем должны быть заложены современные и новаторские ходы и решения, которые бы сделали  продукцию в своем роде уникальной, но не дорогостоящей.