Разработка технологического процесса механической обработки ступенчатого вала

Заготовка.dwg

Вал.dwg

Курсовик.doc

По дисциплине: «Технология машиностроения»
На тему: «Разработка технологического процесса механической обработки ступенчатого вала»
Руководитель проекта:
Служебное назначение изделия.6
Анализ технологичности конструкции изделия 8
Определение типа и организационной формы производства13
Выбор способа получения заготовки 15
Выбор маршрута механической обработки .18
Выбор технологических баз 19
Выбор технологического оборудования оснастки и средств автоматизации 20
Выбор припусков на механическую обработку .23
Расчет режимов резания и норм времени .24
Маршрутная технологическая карта 27
Эффективность предлагаемого технологического процесса 32
Общие выводы и рекомендации 33
Список использованной литературы34
Тема:Разработка технологического процесса механической обработки ступенчатого вала
Годовая программа выпуска:100 деталей
Объем пояснительной записки курсового проекта 34 страницы 9 рисунков 5 источников информации. Графическая часть проекта – 2 листа (формат А4).
В курсовом проекте разработан технологический процесс механической обработки ступенчатого вала.
Машиностроение по числу занятых и по стоимости выпускаемой продукции занимает первое место среди всех отраслей мировой промышленности. Уровень развития машиностроения является одним из важных показателей уровня развития страны. Производство многих видов современной машиностроительной продукции требует больших трудовых затрат высокой квалификации рабочих.
Развитие науки масштабы практического использования ее результатов становятся важнейшими факторами повышения эффективности промышленного производства. Технология машиностроения является связующим звеном между наукой и производством. Вместе с тем практическое использование новейших достижений технологии часто затрудняется недостаточной осведомленностью с ними инженеров-технологов занятым непосредственным трудом на машиностроительных предприятиях.
Выполнение данного курсового проекта служит решению следующих задач:
- получить представление о технике и очередности выполнения всех основных этапов разработки технологического процесса;
- увязать теоретические положения дисциплины с их практической реализацией;
- выработать привычку логического и формального обоснования принимаемых решений при проведении проектных работ.
СЛУЖЕБНОЕ НАЗНАЧЕНИЕ ИЗДЕЛИЯ
Чертеж детали представлен на рис. 1.1.
Рис.1.1 Чертеж обрабатываемой детали
По чертежу обрабатываемой детали можно сделать следующие выводы о её служебном назначении:
- по конструктивным и технологическим признакам деталь относится к классу «Валы»;
- ступенчатые валы данного типа применяются в коробках передач и раздаточных коробках легковых и грузовых автомобилей станков в редукторах и т.п. Служебное назначение ступенчатых валов – передача вращательного движения.
С двух сторон вала имеются опорные шейки. На левой опорной шейке выполнен шпоночный паз правая опорная шейка гладкая. На средней шейке выполнена лыска.
На левую опорную шейку может устанавливаться шарикоподшипник а на шпонку насаживаться шкив ременной передачи. На правую опорную шейку устанавливается другой шарикоподшипник. На среднюю шейку устанавливается зубчатое колесо на которое через лыску передается вращение.
Деталь подвергается термической обработке – нормализации до твердости 217НВ.
Шероховатость шеек вала назначается с учетом заданной точности: для 7-го квалитета точности шероховатость Rа = 16. Шероховатость лыски задана Rа = 32. Шероховатость остальных поверхностей Rа = 125.
Наибольший диаметр вала 54 мм наименьший 23 мм что несколько снижает жесткость вала. Однако учитывая что тонкая шейка имеет относительно небольшую длину (32 мм) можно считать вал примерно равножестким.
В целом деталь можно считать достаточно технологичной.
АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ КОНСТРУКЦИИ ИЗДЕЛИЯ
Для удобства проведения анализа технологичности изделия пронумеруем все поверхности на эскизе детали (рис. 2.1).
Рис. 2.1 Эскиз детали с обозначением поверхностей
Анализ технологичности конструкции изделия проводится в виде количественной и качественной оценки.
Качественная оценка технологичности обрабатываемой детали:
- вал достаточно жесткий поскольку отношение длины вала к наименьшему диаметру
- простая конфигурация детали облегчает выбор исходной заготовки – прокатный профиль круглого сечения;
- расположение шеек (ступеней) удобное для обработки;
- не имеет труднодоступных поверхностей;
- возможно применение стандартного режущего и мерительного инструмента;
- удобные базирующие поверхности при токарной обработке (центровые отверстия и торец) фрезеровании шпоночного паза и лыски (наружные поверхности шеек и торец);
- шпоночный паз и лыска открытые легко доступные размеры заданы от базового торца;
- невысокая твердость детали упрощает процесс обработки;
- могут быть использованы стандартные зажимные приспособления на всех технологических операциях;
- контроль заданных размеров вала может осуществляться стандартными контрольно-измерительными инструментами.
Анализ технологичности конструкции детали по точностным требованиям приведен в табл. 2.1.
Количество поверхностей обрабатываемых
по следующим квалитетам точности
Необрабатываемые поверхности
Для наружных цилиндрических поверхностей (7-й квалитет) окончательная обработка – чистовое шлифование; для торцев (12-й квалитет) – получистовое точение; для лыски и шпоночного паза (12-й квалитет) – чистовое фрезерование.
Значительную часть (73%) составляют поверхности средней точности и со свободными размерами что свидетельствует о высокой технологичности конструкции детали по данному показателю.
Анализ технологичности конструкции по величине параметров шероховатости обрабатываемых поверхностей представлен в табл. 2.2.
Шероховатость обрабатываемых поверхностей
% поверхностей имеют высокую величину шероховатости (Rа = 16) достигаемую шлифованием а 64% поверхностей – низкую достигаемую получистовым точением и фрезерованием что свидетельствует о высокой технологичности конструкции детали по данному показателю.
Анализ технологичности конструкции детали по соответствию возможности выполнения принципа постоянства баз представлен в табл. 2.3.
Обработка торцев 4 7.
технологических отверстий
Черновая и чистовая обра-
ботка цилиндрических по-
Обработка торцев 5 6 и
Обработка лыски 8 и шпо-
Обработка детали в центрах обеспечивает принцип постоянства баз.
Конструкция детали технологична по данному показателю.
Анализ технологичности конструкции по соответствию возможности выполнения принципа совмещения баз представлен в таблице 2.4.
Принцип совмещения конструкторской технологической и измерительной баз выполняется для всех поверхностей детали. Конструкция детали технологична по данному показателю.
На основе количественного и качественного анализа делаем вывод о технологичности конструкции детали и возможности её обработки по типовому технологическому процессу для ступенчатых валов.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТИПА И ОРГАНИЗАЦИОННОЙ
По таблице 2.5 методических указаний [1] ориентировочно определяем тип производства: для легких деталей (масса до 30кг) при годовом объеме выпуска деталей 100определяем тип производства как мелкосерийное.
Основной характеристикой типа производства является коэффициент закрепления операций:
где ΣQт – число технологических операций подлежащих выполнению в течение одного месяца;
ΣРм - число рабочих мест ; ΣРм = 4.
где Qт – число технологических операций выполняемых при изготовлении детали; Qт = 6;
n – число рабочих смен в месяце; n = 21.
Кзо = 126 4 = 315 что характерно для мелкосерийного производства (Кзо = 20 40).
Характерные признаки мелкосерийного производства:
- широкая номенклатура и малый объем выпуска;
- методы получения заготовки – отливки по деревянным моделям сортовой прокат поковки свободной ковки;
- расположение станков – групповое (по видам станков) и предметное (по видам изделий);
- квалификация рабочих – высокая;
- трудоемкость – высокая;
- широкое применение пригоночных работ;
- себестоимость – высокая;
- повторяемость партий (серий) – отсутствует;
- технологическое оборудование – универсальное;
- приспособления – преимущественно универсальные (изредка специальные);
- режущий инструмент – универсальный;
- измерительный инструмент – универсальный;
- настройка станка – станки ненастроенные работа по пробным промерам;
- размещение технологического оборудования – по типам станков;
- форма исходной заготовки – простая.
ВЫБОР СПОСОБА ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГОТОВКИ
Согласно заданию на проектирование: материал детали – сталь 40 твердость 217HB.
Химический состав стали 40 приведен в табл. 4.1.
Содержание элементов в %.
Механические свойства стали 40 приведены в табл. 4.2.
гдет - предел текучести кгсмм2;
в - предел прочности при растяжении кгсмм2;
– относительное удлинение %;
– относительное сужение %;
аi - ударная вязкость Джмм2.
Выбираем заготовку из сортового проката: сталь горячекатаная – круг В58 ГОСТ 2590-71 сталь 40 ГОСТ 535-58. Диаметр заготовки 58-08+02 длина заготовки (предварительная) – 167 мм масса 1 м – 2074 кг. Определяем массу заготовки:
Мз = (167 1000) . 2074 = 338 кг
Коэффициент использования материала:
где Мд – масса детали.
Мд = ρ . Vд где ρ = 785 . 10-6 кгмм3 - плотность стали
Vд = Vц1 + Vц2 = Vц3 – Vш – Vл
Vц1 = . d12 . (l6 – l2) 4 = 314 542 (73 – 32) 4 = 93851 мм3
Vц2 = . d22 . (L – l6 ) 4 = 314 .392 (160 – 73) 4 = 103877 мм3
Vц3 = . d32 . l2 4 = 314 .232 . 32 4 = 13288 мм3
Vш = h1 . l3 . (L – l1) = 10 . 6 (160-105) = 3300 мм3
Это укладывается в ориентировочные величины коэффициента использования материала
Чертеж заготовки приведен на рис. 4.1
Рис. 4.1 Чертеж заготовки
ВЫБОР МАРШРУТА МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
Укрупненный маршрут механической обработки детали:
Оп.005 Заготовительная
Резка сортового проката на заготовки
Термическая обработка (нормализация).
Обработка торцев 4 7 зацентровка технологических отверстий.
Обработка цилиндрических поверхностей 1 2 торца 5 фаски 10.
Обработка цилиндрических поверхностей 3 торца 6 фаски 11.
Фрезеровка шпоночного паза 9.
Оп. 040 Шлифовальная
Шлифовка цилиндрических поверхностей 1 2 3.
Поскольку деталь технологична предлагаемый технологический процесс близок к типовому.
ВЫБОР ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ БАЗ
В проектируемом технологическом процессе предусмотрено обеспечение принципа постоянства баз за счет обработки вала в центрах. Поэтому первой операцией будет обработка торцев и выполнение центровых отверстий. Заготовка базируется по наружной поверхности с упором в торец.
На всех последующих операциях деталь базируется в центрах с упором в торец 4. Таким образом обеспечивается принцип постоянства баз а также единство конструкторской технологической и измерительной базы.
При фрезеровке лыски 8 (оп. 030) деталь дополнительно базируется по шпоночному пазу 9.
Погрешность базирования детали при установке её в приспособлении на станке возникает при несовпадении конструкторских технологических и измерительных баз. На токарных и шлифовальных операциях где все перечисленные базы совпадают погрешность базирования равна нулю.
При фрезеровании шпоночного паза 9 погрешность базирования при установке детали в центрах равна половине допуска на диаметр d2.
= Тd2 2 = 0025 2 = 00125 мм
что значительно меньше допуска на получаемый размер Тl3 = 012мм.
При фрезеровании лыски в размер 8 (размер l7 = 22-021) погрешность базирования равна нулю.
ВЫБОР ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ОСНАСТКИ И СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ
Выбор оборудования и оснастки осуществляется на основании ранее выполненных работ по определению типа производства маршрута обработки и т.д.
Для токарной обработки детали будем использовать резцы со сменными твердосплавными пластинами. Материал пластин – твердый сплав Т15К6 из титано-вольфрамовой группы сплавов с износостойким покрытием. Это наиболее экономичный вариант для токарной обработки.
Фрезы (шпоночная и торцовая) обычно изготавливаются из быстрорежущей стали Р18 учитывая при этом что твердость детали небольшая а стоимость твердосплавной фрезы высокая.
Центровые отверстия выполняются центровочными сверлами из быстрорежущей стали.
2Контрольно-измерительный инструмент
Для операционного контроля размеров детали используется универсальный измерительный инструмент: штангенциркули микрометры. Погрешность средств измерения не должна превышать допустимых значений согласно ГОСТ 8.051-81. Учитывая что погрешность универсальных средств измерения не превышает половины цены деления выбираем измерительные приборы (табл. 7.1).
Измерительный прибор
Шероховатость поверхностей детали определяется сравнением с образцами шероховатости. Твердость заготовки после термической обработки замеряется с помощью твердомера НВ (по Бринелю).
Результаты выбора оборудования оснастки режущего и контрольно-измерительного инструмента сведены в табл. 7.2.
ВЫБОР ПРИПУСКОВ И ОПЕРАЦИОННЫХ РАЗМЕРОВ
Припуски назначаем согласно таблиц приложений 68-76 [1].
Операционные размеры вычисляем по формуле:
где а – размер детали после выполнения операции;
b – размер детали перед операцией;
Допуски на операционные размеры назначаем исходя из среднеэкономической точности методов механической обработки [1] приложение 28.
Примечание: *Припуск задан с учетом термообработки заготовки.
РАСЧЕТ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ И НОРМ ВРЕМЕНИ
Проведем расчет режимов резания и норм времени для токарной операции 020.
Рис. 9.1 Схема наладки
Длину рабочего хода определяем по формуле:
где Lр – длина резания (определяется по схеме наладки);
Lп -величина подвода врезания и перебега (определяется по таблицам – приложение 44 [1]).
Глубину резания t и подачу на оборот шпинделя S0 назначаем по табл. 2.14 [1].
Стойкость инструмента для резцов оснащенных сменными многогранными пластинами принимаем равной 30 мин.
Скорость резания определяется по формуле:
V = Vтабл. . К1 . К2 . К3 ммин.
где Vтабл – табличная скорость резания (определяется по приложению 48 [1]).
К1 = 10 для материала детали сталь 40 217НВ;
К2 = 10 для твердого сплава резца Т15К6;
К3 = 12 при стойкости резца 30 мин.
Расчетное число оборотов определяется по формуле:
n = (1000 . v)( . d) мин-1
где d – диаметр заготовки.
Основное время обработки определяется по формуле:
Т0 = Lр.х. (S0 . n) мин.
где Lр.х. –длина рабочего хода;
S0 – подача на оборот;
Результаты вычислений сводим и табл. 9.1.
Штучное время рассчитывается по формуле:
Тшт = То + Твсп + Тто + Тоо + Тп
где То Твсп Тто Тоо Тп – время соответственно: основное вспомогательное технического обслуживания организационного обслуживания и перерывов.
При мелкосерийном производстве дополнительно определяются штучно-калькуляционное время:
где Тпз – подготовительно-заключительное время;
N –количество заготовок в одной партии.
Основное время: То = 4056 мин. (см. табл. 9.1).
Вспомогательное время принимается равным
Твсп = (03 04) . То = 1444 мин.
Оперативное время: Топ = То + Тв = 55 мин.
Время технического обслуживания:
Тто = 006 . Топ = 033 мин.
Время организационного обслуживания:
Тоо = 003 . Топ = 0165 мин.
Время перерывов: Тп = 002 . Топ = 011 мин.
Итого штучное время:
Тшт = 4056 + 1444 + 033 + 0165 + 011 = 6105 мин.
Подготовительно-заключительное время:
Тпз = 0035 . Топ = 0193 мин.
При количестве деталей в партии N = 100 штук штучно-калькуляционное время равно:
Тшк = 6105 + 0193 100 = 6107 мин
МАРШРУТНАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА
№ наименова-ние операции
Отрезать заготовку детали в размер 1 из круглого прутка диаметром 58мм
Станок ножовочный 8Б72
Мерительный инструмент
Штангенциркуль ШЦ250-01
Нормализовать заготовку; твердость 217НВ.
Установить заготовку в патрон торцевать как чисто сверлить центровое отверстие 2. Перевернуть заготовку торцевать в размер 1 сверлить центровое отверстие 3.
Станок токарно-винторезный 16К20
Патрон токарный трехкулачковый
Резец токарный подрезной 25х16 со сменными пластинами Т15К6 сверло центровочное А315
Установить заготовку в центра точить поверхности выдерживая размеры 1 2 3 4 5
Станок токарный с ЧПУ 16К20Ф3
Патрон поводковый центр вращающийся
Резец токарный подрезной 25х16 со сменными пластинами Т15К6
Штангенциркуль ШЦ 125-005 с глубиномером
Установить деталь в центра точить поверхности выдерживая размеры 1 2 3
Установить деталь в приспособление фрезеровать шпоночный паз выдерживая размеры 1 2 3
Станок вертикально-фрезерный 6Р11
Установить деталь в приспособление фрезеровать лыску выдерживая размер 1
Фреза торцовая насадная
Установить деталь в центра шлифовать поверхности выдерживая размеры 1 2 3
Станок круглошлифовальный 3У12В
Патрон поводковый центр упорный
Круг шлифовальный ПП 400х40х127
Микрометры МК 0-25 МК 25-50 МК 50-75
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРЕДЛАГАЕМОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
Эффективность предлагаемого технологического процесса обеспечивается минимальной номенклатурой технологического оборудования оснастки режущего и измерительного инструмента.
Все токарные операции можно выполнять как на токарно-винторезных станках так и на токарных станках с ЧПУ.
В связи с небольшой годовой программой выпуска необходимо догружать оборудование другими деталями.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ
При выполнении курсового проекта были выполнены следующие работы:
- проведен анализ технологичности конструкции детали;
- выбран маршрут механической обработки назначены припуски;
- произведен подбор оборудования режущего и мерительного инструмента;
- рассчитаны режимы резания и нормы времени на выполнение технологических операций;
- разработана маршрутная карта технологического процесса.
С учетом небольшой программы выпуска деталей был сделан упор на уменьшение номенклатуры оборудования режущего и мерительного инструмента с тем чтобы можно было изготавливать детали на малых предприятиях.
В результате был разработан достаточно простой и эффективный технологический процесс изготовления ступенчатого вала.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Клепиков В.В. Солдатов В.Ф. Курсовое проектирование по дисциплине «Технология автомобиле и тракторостроения». Учебное пособие. – М. 2009.
Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3-х т. – М.: Машиностроение 2001.
Балабанов А.Н. Краткий справочник технолога-машиностроителя. – М.: Издательство стандартов 1992.
Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Под ред. А.М.Дальского и др. – М.: Машиностроение 2001.
Маслов А.Р. Приспособления для металлообрабатывающего инструмента. Справочник. - М.: Машиностроение 1996.