Проектирование технологического процесса изготовления детали "Вал"

ПЗ вал ступенчатый.docx

Одной из важнейших отраслей развития общества является машиностроение.
Машиностроение – основа всей промышленности так как его продукция — это техника (машины агрегаты и т.д.) различного назначения.
Продукция машиностроительной отрасли используется по всем отраслям народного хозяйства. За частую их развитие и рост зависят от наличия новой техники высокого квалификационного оборудования а значит и от усовершенствования и развития машиностроения. Поэтому наше правительство считает перспективным развитие промышленности в России.
В настоящее время важно качественно дешево и в заданные сроки изготовлять продукцию. От принятой технологии производства во многом зависят долговечность и надежность работы выпускаемых машин а также экологичность их эксплуатации. Надежность работы машин непосредственно связана с качеством поверхностного слоя детали который характеризуется физико-механическими параметрами. Весьма актуальна проблема повышения технологичности обеспечение точности размеров и качества обрабатываемых поверхностей оценка возможных и выбор оптимальных технологических процессов. Вместе с тем развитие новых прогрессивных технологий способствует конструированию более современных машин снижению затрат труда на их изготовления. При этом весьма важно следить чтобы воздействие на
1 Описание конструкции сборочной единицы
Рассматриваемая деталь принадлежит к типу прямых ступенчатых валов.
Валы различны по служебному назначению конструктивной форме размерам и материалу.
В общем в машиностроении встречаются валы бесступенчатые и ступенчатые цельные и пустотелые гладкие и шлицевые валы-шестерни а также комбинированные в разнообразном сочетании.
Валы в основном изготовляют из конструкционных и легированных сталей которые должны обладать высокой прочностью хорошей обрабатываемостью малой чувствительностью к концентрации напряжений а для повышения износостойкости должны подвергаться термической обработке.
Таблица 1 – Химический состав стали 45 ГОСТ[1] 1050-2013 (в %)
Массовая доля элементов %
Таблица 2 – Механические свойства стали 45 ГОСТ 1050-2013
Механические свойства не менее
Временное сопротивление
Относительное удлинение
Относительное сужение %
2 Сведения о детали: технологичность технические требования
На основании изучения технологического процесса а также учитывая заданную годовую программу выпуска способ получения заготовки с целью снижения показателей трудоемкости и материалоемкости – горячекатаный прокат диаметром 38. Использование материала при данном методе получения заготовки 60%.
Конструкция детали имеет много параллельных поверхностей вращения. Возможна обработка поверхности проходными резцами. Полузакрытые шпоночные пазы не вызывают трудности при обработке.
Для более точного выдерживания размеров для многих операций предусмотрено совмещение технологических и измерительных баз.
Конструкция детали достаточно жёсткая что не требует использования дополнительного оборудования при обработке.
С точки зрения нетехнологичности деталь имеет глухое резьбовое отверстие.
На конечной стадии обработки «Вал» подвергается термообработке: закалка и отпуск.
Закалка является основным процессом термической обработки позволяющим получить высокую твердость и требуемые физико-механические свойства ответственных деталей. Производится нагрев детали до температуры 8500С с последующим охлаждением в масле.
Отпуск проводится после закалки для снятия внутренних напряжений. Производится нагрев детали до температуры 5500С с последующим охлаждением на воздухе.
Из всего вышеперечисленного можно сделать вывод что данная деталь является технологичной.
3 Характеристика типа производства
В зависимости от объёма и характера выпуска продукции различают единичное серийное и массовое производство. Тип производства определяется по коэффициенту серийности.
Определим коэффициент серийности.
где tв – такт выпуска мин;
Тшт.ср. – штучное время мин.
Принимаем из технологического процесса Тшт.ср.=2382 мин.
Кс = 1 – массовое производство;
Кс = 2 10 – крупносерийное производство;
Кс = 10 20 – серийное производство;
Кс > 20 – мелкосерийное производство.
где Фд – действительный годовой фонд времени час; Nгод – годовая программа выпуска
Принимаем Nгод=60 000
где Фп.о. – фонд полезной работы оборудования в год час; n – число смен.
Принимаем Фп.о. = 1874 час; n =2
Из произведённого расчёта получили коэффициент серийности Кс= 016 следовательно наше производство будет массовым.
Массовое производство характеризуется узкой номенклатурой и большим объёмом выпуска изделий непрерывно изготавливаемых или ремонтируемых в течение продолжительного времени. Применяется специальное и специализированное оборудование оснащённое как специальными так и универсально-наладочными и универсально-сборочными приспособлениями. Массовое производство также характеризуется установившемся объектом производства что при значительном объёме выпуска продукции обеспечивает возможность закрепления операций за определённым оборудованием с расположением его в технологической последовательности.
1 Разработка маршрутного технологического процесса обработки детали
Маршрутный технологический процесс – это процесс выполняемый по документации в которой содержание операций излагается без указания переходов и режимов обработки.
Разработаем маршрутный технологический процесс для обработки детали «Вал»
2 Выбор заготовки и его обоснование
Одно из основных направлений современной технологии машиностроения – совершенствование заготовительных процессов с целью снижения припусков на механическую обработку обеспечение малоотходной или безотходной технологии.
Метод получения заготовок в значительной мере определяется размерами программного задания материалом детали ее назначением и техническими требованиями на изготовление формой поверхности и размерами.
Выбор метода выполнения заготовки существенно зависит от времени подготовки технологической оснастки однако дополнительные затраты на оснащение заготовительных цехов окупаются только при достаточных размерах программного задания.
Необходимо провести расчёт коэффициента использования материала
где mдет – масса детали кг; mзаг – масса заготовки кг.
Масса заготовки определяется по формуле
где - плотность материала гсм3; Vзаг – объём заготовки см3.
Vзаг = *r2*h = 314*(19)2*323 = 366 см3 Массу заготовки определяем по формуле (5):
mзаг = 7.8*366 = 2854 кг.
Масса детали определяется по формуле
где - плотность материала гсм3; Vдет – объём детали см3.
Находим массу детали
Определим коэффициент использования материала по формуле 4
Слой материала удаляемый с поверхности заготовки для достижения заданных свойств обрабатываемой заготовки называется припуском.
Припуски подразделяют на общие снимаемые на всех операциях переходах обработки данной поверхности и на межоперационные которые снимают на отдельных операциях.
При выборе заготовки следует стремиться к минимально допустимым припускам.
Рассчитаем припуски на обработку поверхности диаметром 30Н6
Рассчитаем суммарное отклонение в пространстве
где K – коэффициент удельной кривизны заготовки; l – длина обрабатываемой поверхности мм.
Принимаем K=13; l=158 мм.
ρ заг = 2052 + 20542 = 32356мкм ρ черн=00632356=195мкм ρ чист=00532356=162мкм ρ чист=00432356=129мкм
Рассчитаем минимальные значения припусков
Zmin = 2(Rzi1+Ti1+ρi1) (9)
i-1 – пространственное отклонение полученное на предыдущем переходе мкм.
Zminчерн = 2(150+150+35356+1303) = 26769 мкм
Zminчист = 2(50+50+195+65) = 2121мкм
Zminшлиф = 2(30+30+162+65) = 260мкм
Найдём расчётные размеры
dp=dpi-1+2Zmini-1 (10)
Zmini-1 – минимальное значение припуска на последующем переходе мм.
dp.3=27967+012= 28087мм
dp.2=28087+0242=28329 мм dp.заг=28329+136=29689 мм
Рассчитаем предельные размеры
Определим максимальный предельный размер
где dр – расчётный размер мм; – допуск мм.
dmax заг=29689+0130=29819 мм
dmax черн=28329+0084=28413 мм dmax чист=28087+0052=28139 мм
Рассчитаем предельные значения припусков
Zmin=dmin i-1-dmin (12)
где dmin i-1 – предельный минимальный размер на предыдущем переходе
мм; dmin – предельный минимальный размер на данном переходе мм.
Zmin черн=29689-28329=1360 мкм
Zmin чист=28329-28087=242 мкм
Zmin шлиф=28087-27967=120 мкм
Zmax=dmax i-1-dmax (13)
где dmax i-1 – предельный максимальный размер на предыдущем переходе
мм; dmax – предельный максимальный размер на данном переходе мм.
Zmax черн= 29819-28413=1406 мкм
Zmax чист= 28413-28139=274 мкм
Zmax шлиф= 28139-28=139 мкм
Проведём проверку правильности расчётов
з-д=2Zmax-2Zmin (14)
где з – допуск на размер заготовки мкм;
д – допуск на размер детали мкм;
Zma 2Zmin – сумма предельных минимальных значений припусков мкм. 1819-1722=130-33
Припуски рассчитаны верно
Полученные данные сведём в таблицу 3.
Таблица 3 – Припуски на обработку поверхности диаметром 30Н6
Технологический переход
Расчётный размер dp мм
Предельные размеры мм
Предельные припуски мкм
Рисунок 1 - Схема расположения полей припусков и допусков
4 Расчет режимов резания и норм времени
На токарную операцию
Для точения наружной поверхности вала принимаем резец проходной прямой 12х20 с пластиной из твердого сплава Т15К6. материал державки конструкционная сталь 50 ГОСТ 1050-2013. Обрабатываемый материал сталь 45 ГОСТ 1050-2013 заготовка – прокат. D=35 мм d=29мм L=22 мм.
Назначение режимов резания Глубина резания и расчетная длина
где D – диаметр заготовки мм; d – диаметр детали мм.
Определение скорости резания
V=D n1000=104 ммин (16)
Определяем частоту вращения шпинделя
n = (1000 V)(П D) (17)
n=1000·104(314·35)=1565 обмин
Определяем фактическую скорость резания
Определяем усилие резания
Cp=339; Х=1; У=05; n=-04
Kp= KmpKφpKλpKrp (19)
Kφp=1; Kλp=085; Krp=1
Kp= 1·085·1·088=075 Pz=9.81·339·3·0305·176-04·075=520 Н Определяем мощность резания.
Выбираем мощность резания Nрез=34 кВт; Nдв=11 кВт
Определяем коэффициент загрузки двигателя
Расчет основного времени
где l – длина обрабатываемой поверхности. l1 – подход резца
Lp=22+3=25 мм То=2516000 3=005 мин Расчет вспомогательного времени:
Тв =Тв1 +Тв2 +Тв3 (23)
где Тв1 – время установки заготовки на станок;
Тв2 – время связанное с переходом;
Тв3 – время на приемы не вошедшие в комплекс Тв=034мин
Расчет оперативного времени
Топ =005+034=039 мин
Расчет времени на обслуживание рабочего места оно составляет 3% от оперативного времени:
Тобс =Топ (а100%) (25)
Тобс =039·(3100)=0012 мин
Расчет времени на отдых и личные потребности оно составляет 4% от оперативного времени:
Тотл =Топ (b100%) (26)
Тотл=039·(4100)=0016 мин.
Расчет штучного времени:
Тщт =Топ +Тобс +Тотл (27)
Тшт=039+0012+0016=042 мин
5 Выбор оборудования инструмента
При выборе оборудования нужно учитывать следующие основные факторы:
-годовую программу выпуска;
-размеры и расположение обрабатываемых поверхностей;
-требования точности и экономичности обработки;
-требования наиболее точного использования станка по мощности.
Для обработки детали «Вал» применяются станки приведенные в
Таблица 4 - Марка и характеристика станков
Наименование оборудования
Габаритные размеры мм или масса кг
Пределы част. вр. обмин
обрабатывающий центр
Вертикально-фрезерный с ЧПУ
Таблица 5 – Параметры режущего инструмента
Наименование инструмента
Материал реж. части
Резец резьбонарезной
ПП120х25х302А40СМК35
6 Конструкция и расчет режущего инструмента
Для обработки детали «Вал» сконструируем проходной упорный резец с пластиной из твёрдого сплава Т15К6 для обтачивания детали из стали 45. Главный угол в плане φ=90°. Обработку проводят на станке с ЧПУ. Глубина резания t=3 мм; подача на оборот S=03 ммоб; скорость главного движения резания V=176 ммин.
Размеры поперечного сечения корпуса резца
h=1.6152=192 мм Принимаем h=20 мм.
Конструктивные размеры резца указываем на рабочем чертеже корпуса резца.
Максимальная нагрузка допускаемая прочностью резца.
Максимальная нагрузка допускаемая жёсткостью резца
где f – допускаемая стрела прогиба резца;
Е – модуль упругости материала корпуса резца;
Принимаем f=01 мм; Е=20000 кгсмм2
Значит резец обладает достаточной жесткостью и прочностью.
Выбираем материал резца
-для корпуса – сталь 50;
-для лезвия резца – твёрдый сплав Т15К6 (t=3 мм S=03 ммоб).
Конструктивные размеры резца и геометрические элементы лезвия резца:
-расстояние от вершины резца до боковой поверхности в направлении лезвия n=5 мм;
-радиус кривизны вершины лезвия r =1 мм;
-главный передний угол γ=10°;
-размеры радиусной (стружкоотводящей) лунки:
-радиус лунки R=6 мм;
-вспомогательный угол в плане φ1=30°;
-главный угол в плане φ=45°;
-угол наклона кромки λ=0;
-главный задний угол на пластине из твёрдого сплава а=8°.
7 Расчет и конструирование приспособления
Станочные приспособления – технологическая оснастка определенного вида предназначенного для надежного закрепления и правильного базирования заготовки на станке с целью последующей механической обработки.
Для данной детали рассчитаем и спроектируем станочное приспособление на токарную операцию – продольное точение диаметра 38 мм. В качестве приспособления проектируем трёхкулачковый токарный патрон. Размеры по ГОСТ 2675-80.
Прежде всего стоит рассчитать требуемую силу зажима на каждом кулачке патрона (рассчитываем и проектируем токарный трёхкулачковый патрон):
где – сила резания при точении. Берём значение из расчётов пункта 2.4 «Расчёт режимов резания и норм времени на токарную операцию» (стр.19);
n = 3 – количество кулачков;
D = 38 – диаметр заготовки;
D1 – диаметр обрабатываемой детали (расчёт ниже);
К – коэффициент запаса.
Определим коэффициент запаса:
= 15 – гарантированный коэффициент запаса;
– коэффициент учитывающий состояние поверхности;
– коэффициент учитывающий увеличение сил резания от затупления инструмента;
– коэффициент учитывающий увеличение сил резания при прерывистом резании;
– коэффициент учитывающий постоянство сил зажима.
Рисунок 6 – Схема базирования на операцию.
Перемножим полученный коэффициент с силой резания:
Формула требуемой величины силы резания:
где n = 3 – количество кулачков;
К’ = 105 – коэффициент учитывающий дополнительные силы трения в патроне;
f1 = 01 – коэффициент трения в направляющих кулачках;
a и b – плечи кулачка: а = 20 мм; b = 100 мм;
Передаваемое усилие в пневмоцилиндрах штоком:
где D – диаметр поршня пневмоцилиндра;
Выразим диаметр из данной формулы и получим выражение:
Подходящий наибольший диаметр цилиндра равен 100 мм.
8 Расчет и конструирование измерительного инструмента
В качестве средства для контроля размера 8Р9 выбираем пазовый калибр.
Пазовый калибр – это безшкальный инструмент позволяющий все обработанные детали рассортировать на 3 группы: годные исправимый брак и неисправимый брак.
Материал корпуса калибра У10А ГОСТ18362. Рабочие поверхности хромируются. Закалка HRC 59 64 Шероховатость рабочей поверхности Ra = 008 мкм.
По ГОСТ 24853 определяем Н1 и z1 Н1 = 00025 мм; z1 =0007 мм
dmin = 7949 мм dmax = 7985 мм
ПРmax =d min+Z1+ (42) 2
Z – отклонение середины поля допуска на изготовление предельных калибров мм;
Н – допуск на изготовление проходных деталей.
ПРmax = 7.949 + 0007 + 00013 = 7.9573 мм
Наименьшая проходная сторона:
НЕmin =d max+ (43) 2
НЕ min = 7.985 + 00013 = 7.9863 мм
Рисунок 3 – Схема расположения полей припусков
[1] Все сокращения вынесены в конец пояснительной записки в «Список сокращений»

Тех процесс.docx

ПТК. КП 8921ЗО 06.000ПЗ
Сталь 45 ГОСТ 1050-88
КОД НАИМЕНОВАНИЕ ОПЕРАЦИИ
ОБОЗНАЧЕНИЕ ДОКУМЕНТА
КОД НАИМЕНОВАНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ
СОДЕРЖАНИЕ ОПЕРАЦИИ ПРИСПОСОБЛЕНИЕ ИНСТРУМЕНТ
Отрезать заготовку в размер 38 длиной 323 мм
Дисковая пила 800 мм
1 Торцевать заготовку в размер 321 с одной стороны
2 Точить заготовку с 38 до 35 на проход
3 Точить заготовку с 35 до 301 выдерживая размер 97 мм
4 Точить заготовку с 301 до 29 выдерживая размер 79 мм
5 Точить заготовку с 29 до 279 выдерживая размер 21 мм
6 Точить канавку 295 шириной 3 мм
7 Точить канавку 275 шириной 3 мм
8 Снять фаски 16х45 и 1х45
9 Переустановить заготовку
0 Торцевать заготовку в размер 319
1 Точить заготовку с 38 до 35 на проход
2 Точить заготовку с 35 до 301 выдерживая размер 187 мм
3 Точить заготовку с 301 до 29 выдерживая размер 19 мм
4 Точить заготовку с 29 до 281 выдерживая размер 20 мм
5 Точить канавку 295 шириной 3 мм
6 Точить канавку 275 шириной 3 мм
7 Снять фаски 16х45 и 1х45
8 Сверлить центр. отв. 315 глубиной 49 мм
9 Сверлить отв.85 глубиной 22 мм
0 Нарезать резьбу М10-7Н на длину 18 мм
Патрон трехкулачковый ГОСТ 2675-80
Резец проходной упорный ГОСТ 18879-73
Резец подрезной ГОСТ 18880-73
Штангенциркуль ШЦ I - 125 – 01 ГОСТ 166 – 80
Сверло 10 ГОСТ 10902-77
Сверло 8 ГОСТ 10902-77
Сверло 35 ГОСТ 10902-77
1 Проверить размеры на соответствие чертежу
Штангенциркуль ШЦ-1-125-0 ГОСТ 166-89
1 Провести закалку и отпуск 40-45 HRC
1 Проверить твердость
Твердомер ГОСТ 23677-79
1 шлифовать 28-0033 мм
1 Проверить размеры и визуально на соответствие чертежу
Микрометр МК 25-50 ГОСТ 6507-90
Калибр скоба ГОСТ 24853-81
Калибр пробка ГОСТ 14807-69
Образец шероховатости Ra 32
Образец шероховатости Ra 16
Индикатор часового типа ИЧ-10 ГОСТ 577-68