Разработка технологического процесса изготовления вала-шестерни

Разработка технологического процесса изготовления вала-шестерни

Введение

Машиностроение, поставляющее новую технику всем отраслям народного хозяйства, определяет технический прогресс страны и оказывает решающее влияние на создание материальной базы нового общества.

Технология машиностроения - этот наука об изготовлении машин требуемого качества в установленном производственной программой количестве и в заданные сроки при наименьших затратах живого и овеществленного труда, то есть при наименьшей себестоимости.

Технологическим процессом называют последовательное изменение формы, размеров, свойств материала ил полуфабриката в целях получения детали ил и изделия в соответствии с заданными техническими требованиями.

Технологический процесс разделяют на технологические операции - это составная часть технологического процесса выполняемая на одном рабочем месте, она охватывает все действия рабочих и оборудования над объектом производства. Содержание операции может изменяться в широких пределах от работы на одном станке до работы, выполняемой на автоматических линиях.

Число операции технологического процесса меняется в широких пределах от одной операции обработки деталей на токарном автомате до сотни (обработка сложных корпусных деталей).

Разрабатывать технологический процесс это значит установить порядок выполнения и содержания операции. Операция это основная часть технологического процесса. По операциям определяют трудоемкость процесса, необходимые материалы, необходимое количество рабочих.

При конструировании и построении машин необходимо наряду с расчетами кинематическими, расчетами на прочность, жесткость и износоустойчивость производить расчеты на точность.

Точность - основная характеристика деталей машин или приборов. Степень соответствия обработанной детали прототипу изображенному на чертеже. Абсолютно точно деталь изготовить невозможно, так как при ее обработке возникают погрешности. На всех этапах технологического процесса изготовление машин неизбежно появляются погрешности. В результате добиться полного соответствия прототипу невозможно. Чем меньше отклонения от прототипа, тем выше точность обработки. Точность изделия оказывает большое влияние на эксплуатационные характеристики изделия и прежде всего на долговечность и надежность.

С другой стороны повышение требований к изделию повышают трудоемкость ее изготовления, так как приходиться в технологическом процессе вводить дополнительные операции. Так как точность обработки в производственных условиях зависит от многих факторов, обработку на станках ведут не с достижимой, а с так называемой экономической точностью. Под экономической точностью механической обработки понимают такую точность, которая при минимальной себестоимости обработки достигается в нормальных производственных условиях, предусматривающих работу на исправных станках с применением необходимых инструментов и приспособлений при нормальной затрате времени и нормальной квалификации рабочих, соответствующей характеру работы. Под достижимой точностью понимают такую точность, при которую можно достичь при обработке в особых условиях, необычных для этого производства, высококвалифицированными рабочими, при значительном увеличении затраты, не считаясь с себестоимостью обработки.

Важно также отметить и то, что сам процесс производства должен происходить при максимально безопасных условиях работы, и при разработке технологического процесса технологу следует уделять на это внимание.

1. Исходная информация для разработки курсового проекта

Выполнение курсовой работы по дисциплине «Технология сельскохозяйственного машиностроения» - самостоятельная работа студента, в ходе которой устанавливается последовательность выполнения работы, правильность выбора принятых технологических операций, режимов резания и всего технологического процесса в целом.

В курсовом проекте необходимо разработать технологический процесс механической обработки детали - вал - шестерня. Для этого необходимо проанализировать требования к точности и шероховатости обрабатываемых поверхностей, оформить маршрутную карту, карты эскизов, операционную карту на выбранную операцию. Заполнить технологическую карту и описать схему наладки.

Выбор материала также важен при проектировании. Материала может испытывать:

·        Максимальную нагрузку, которая может возникнуть в изделии при эксплуатации;

·        Характер приложенной нагрузки (статическая, динамическая, знакопеременная и др.);

·        Температурные условия работы;

·        Наличие агрессивной среды;

·        Тип трения рабочих поверхностей изделия в процессе эксплуатации;

·        Характер износа;

·        Допуски на коробление, твердость, а также пределы отклонений других показателей.

В данном курсовом проекте используется сталь 40Х. Легированные стали имеют более широкий спектр легирующих элементов. Их обычно применяют для тяжелонагруженных деталей машин, т.к. они обладают уникальным комплексом свойств, но в то же время являются относительно дорогими. Заготовки можно изготовлять различными способами. Например:

·        Штамповка - процесс обработки материалов давлением в результате пластической деформации заготовки в штампах.

·        Литье - технологический процесс изготовления заготовки или изделия из различных расплавов, принимающих конфигурацию полости заданной формы и сохраняющих конфигурацию после затвердевания.

·        Прокат - технологический процесс изготовления заготовки горячей или холодной прокаткой.

Наиболее эффективным способом является штамповка, если рассмотреть литье, то оно же не желательно, т.к. образуются пористые области. Прокат также является не подходящим способом, т.к. ввиду больших перепадов диаметров заготовки, будет маленький коэффициент использования материала. Не эффективным способом в данном производстве будет штамповочно-сварной, т.к. наблюдается большая себестоимость детали, также вал работает на ударные нагрузки, а данный способ не обеспечивает такими свойствами.

Целью работы является разработка наиболее эффективной обработки детали с экономической и технологической точек зрения. Полученная деталь должна быть дешевой, простой в заготовлении, с наименьшей затратой времени. На таблице 1 и 2 показаны свойства материала.

Таблица 1. Химический состав, стали 45 (ГОСТ 1050)

Таблица 2. Механические свойства поковок (ГОСТ 8479)

2. Служебное назначение детали

Деталь представляет собой вал-шестерню. Узел машины в который входит данная деталь может представлять собой редуктор, либо этот вал-шестерня непосредственно соединен с каким-либо звеном машины и приводит в движение вспомогательные агрегаты и узлы.

Выбор общих припусков и расчет размеров заготовки.

Для нахождения общих припусков необходимо найти вес и объем детали.

Рисунок - 1 Основные размеры детали

Расчет объема ведется по формуле:

деталь заготовка припуск вал

где h - высота цилиндра

R-радиус цилиндра

Деталь разбивается на 5 цилиндров и определяем объем каждого цилиндра, по формуле.

Далее вычисляем вес заготовки по формуле

 для стали

По формуле вес заготовки будет равен:

Для определения припусков на механическую обработку и определение допусков необходимы 4 основных параметра:

.        Масса детали-8,5 кг

2.       Группа стали-М₁

3.       Степень сложности-С₂

4.       Класс точности-1-й.

Категория паковок характеризуется группой стали условно обозначенной М₁ и М₂.

К группе М₁ относятся углеродистые легированные стали с содержанием углерода до 0,45% и легирующих элементов до 2%.

К группе М₂ относятся легированные стали, кроме указанных в группе М₁. Класс точности указывается в технических требованиях рабочего чертежа. Заготовки, полученные методом горячей объемной штамповки, подразделяются на повышенную точность-класс 1-й, на нормальную точность-2-й класс.

Заготовки, изготавливаемые горячей объемной штамповкой, подразделяются на 4 степени сложности: С₁, С₂, С₃, С_4. Степень сложности характеризуется следующими величинами по ГОСТ 7505-74:

ü  С₁, - свыше 0,63 до 1;

ü  С₂, - свыше 0,32 до0,63;

ü  С₃, - свыше 0,16 - до 0,32;

ü  С_4. - до 0,16.

Степень сложности определяется по формуле:

Где -вес описанной фигуры:

Расчет припусков можно провести по приложению 12 [1]. По полученным данным составляется таблица.

Расчет припусков на диаметральные размеры:

Таблица 3. Диаметральные припуски на заготовку

Расчет припусков на длинновые размеры:

Таблица 4. Длинновые припуски на заготовку

3. Расчет допусков

Расчет допусков можно провести по таблице 3,5 (1). По полученным данным составляется таблица.

Таблица 5. Результаты расчетов допусков

Определение коэффициента использования материала.

Основными показателями, характеризующим экономичность выбранного метода изготовления заготовок, является коэффициент использования материала, выражающий отношение массы детали к массе заготовки.

Расчет объема заготовки производится по максимальному размеру:

Далее мы вычисляем вес заготовки по формуле:  для стали

Применяя данную формулу получим, что вес заготовки будет равен

100%-81%=19% в стружку.

Расчет межоперационных припусков.

Величина припуска влияет на себестоимость изготовления детали. Правильное назначение межоперационных припусков на обработку заготовки обеспечивает экономию материальных и трудовых ресурсов. Геометрические отклонения формы поверхности, микронервности, отклонения расположения поверхностей - все эти отклонения должны находится в пределах поля допуска на размер поверхности заготовки.

Определение припусков аналитическим методом проводится для наиболее точной поверхности детали.

В данном курсовом проекте рассматривается и рассчитываются промежуточные предельные размеры на поверхность ∅60m6.

Рисунок - 2 Заготовка детали

Расчет припусков и предельных размеров по технологическим переходам на обработку поверхности ∅60m6.

Таблица 6

Технологический маршрут обработки поверхности ∅60m6 состоит из обтачивания предварительного и окончательного и шлифования. Обтачивание и шлифование производится в центрах. Записываем технологический маршрут обработки в расчетную таблицу 5. В таблицу также записываем соответствующие заготовке и каждому технологическому переходу значения элементов припуска. Так как в данном случае обработка ведется в центрах, погрешность установки в радиальном направлении равна нулю, что имеет значение для рассчитываемого размера. В этом случае эта величина исключается из основной формулы для расчета минимального припуска, и соответствующую графу можно не включать в расчетную таблицу.

Суммарное отклонение

Допуск на поверхности, используемые в качестве базовых на фрезерно-центровальной операции, определяем по ГОСТ 7505 для штамповок повышенной точности, для группы стали М1, степени сложности С2. Остоточное пространственное отклонение:

-        после предварительного обтачивания

=0.06;

после окончательного обтачивания

- после шлифования р3=0 мкм, т.к. не значителен то не принимаем в расчеты.

Величину погрешности установим при черновом точении:

Погрешность базирования определяется:

Погрешность закрепления принимаем:

Тогда, погрешность базирования будет:

Т.к. черновое и чистовое обтачивание проводится в одной установке:

При шлифовании:

- Расчет минимальных значений припусков производим пользуясь основой формулой

Минимальный припуск:

Под предварительное обтачивание

Под окончательное обтачивание

Под шлифование

Аналогично предыдущему примеру производим расчет по остальным графам таблицы.

Графа таблицы 6 «Расчетный размер d_p,» заполняется начиная, с конечного (чертежного) размера путем последовательного прибавления расчетного минимального припуска каждого технологического перехода:

Записав в соответствующей графе расчетной таблицы значения допусков на каждый технологический переход и заготовку, в графе «Наименьший предельный размер» определим их значения для каждого технологического перехода, округляя расчетные размеры увеличением их значений. Округление производим до того же знака десятичной дроби, с каким дан допуск на размер для каждого перехода. Наибольшие предельные размеры вычисляем прибавлением допуска к округленному наименьшему предельному размеру:

Предельные значения припусков  определяем как разность наибольших предельных размеров и  - как разность наименьших предельных размеров предшествующего и выполняемого переходов:

Общие припуски  ирассчитываем так же, как и в предыдущем примере, суммируя промежуточные припуски и записывая их внизу соответствующих граф.

Аналогично проверяется правильность произведенных расчетов.

8351-5341=3010

4. Разработка маршрутного технологического процесса

Разработка маршрутного технологического процесса механической обработки является основой всего курсового проекта.

Обязательным условием для составления технологического процесса является наличие чертежа, на котором обозначены все размеры, технические условия и название детали, которое определяет ее значение.

От правильности и полноты разработки маршрутного технологического процесса зависят организация производства и дальнейшее технико-экономические расчеты.

Маршрут изготовления детали устанавливается последовательностью выполнения технологических операций: в первую очередь следует обрабатывать поверхности заготовки, которые являются базами для дальнейшей обработки; затем следует обрабатывать поверхности, с которых снимается наибольший припуск, т.к. при этом легче обнаружить дефекты заготовки (раковины, включения, трещины) и освободишься от внутренних напряжений, вызывающих деформации; операции, где существует вероятность появления брака из-за дефектов в материале или сложности механической обработки, должны выполнятся в начале процесса; далее последовательность операций устанавливается в зависимости от требуемой точности поверхности: чем точнее должна быть поверхность, тем позднее она должна обрабатывается, т.к. обработка каждой последующей поверхности может вызвать искажение ранее обработанной поверхности.

Таблица - 7 Технологическая схема изготовления вала

Расчет режимов резания

Операция 005 Фрезерно-центровальная

Подрезка торцев ∅ 54,4 мм

Станок: МР - 71 М

Переход первый.

Диаметр фрезеруемой поверхности 54,4 мм.

Глубину резания определяют, учитывая припуск на обработку и требования к чистоте.

t=2.1 мм.

Подача на оборот фрезы при обработке торцевыми фрезами устанавливают по таблице 69 [2] в зависимости от обрабатываемого материала, вида обработки, принятой глубине резания, диаметра и количества зубьев.

S=1,28 об/мин.

Скорость резания=45,5 мм

В указанных таблицах также находим количество оборотов.

n=241 об/мин.

По паспорту станка МР-71 n=242 об/мин.

Определяем основное (машинное) время

Где l-больший ∅ фрезеруемого торца заготовки в мм.

l₂=2,1 мм.

Вспомогательное время на установку и снятие детали в зависимости от веса и характера установки деталей приведено в таблице 81 [2]. Вспомогательное время, связанное с проходом, в таблице 82 [2].

Для детали массой 3 кг в призмы время составляет 1, время связанное с проходом для обработки плоскостей на последующие проходы 0,1.

Переход второй.

Сверлим отверстие ∅ 4 мм.

Берем сверло ∅ 4 мм

Глубину резания при сверлении в сплошном материале считается половина диаметра сверла:

По таблице 27 определяем подачу:

S=10,15 об/мин.

Определяем скорость резания по таблице 29:_р=24 м/мин

Определяем скорость резания с учетом поправочного коэффициента к=1,55:

По паспорту станка МР - 71 n=1125 об/мин.

Определяем фактическую скорость резания

Определяем основное машинное время

Где L-глубина обработки с учетом врезания и выхода инструмента, мм.

По таблице 64 L=l+y=2+3.5=5.5 мм

n - Число оборотов инструмента в минуту

S - Подача на один оборот

Вспомогательное время на установку и снятие детали определяют по таблице 65. Вспомогательное время, связанное с проходом, в таблице 66.

Для детали массой 7,3 кг на столе с креплением болтами и планками 0,24 и для времени связанное с проходом 0,16.

Операция 010 токарная черновая Обтачивание поверхности ∅ 54,4 мм

до ∅ 51,1 мм

Резец проходной Т15К6

Станок: 1А713

Определяем припуск на обработку

Глубину резания равна:

По таблице 8 определяем подачу:

S=0,6 мм/об

Определяем скорость резания по таблице 10:_р=36 м/мин

Определяем скорость резания с учетом поправочного коэффициента к=-1,55:_р=36*1,55=55,8 м/мин

Определяем число оборотов по формуле:

По паспорту станка 1Н713

Определяем основное машинное время

Где L-глубина обработки с учетом врезания и выхода инструмента, мм.

По таблице 64 L=l+y=33.4+3.5=36.9 мм

n - Число оборотов инструмента в минуту

S - Подача на один оборот

I-количество проходов

Вспомогательное время:

Операция 020 токарная (чистовая) Обтачивание поверхности 51,1 мм до ∅50,2 мм

Резец проходной Т15К6

Станок: 1Н713

Определяем припуск на обработку:

Глубина резания равна:

По таблице 8 определяем подачу:

S=0,25 мм/об

Определяем скорость резания по таблице 10:_р=79 м/мин

Определяем скорость резания с учетом поправочного коэффициента к=-1,55:_р=79*1,55=55,8 м/мин

Определяем число оборотов по формуле:

По паспорту станка 1Н713

Определяем основное машинное время

Где L-глубина обработки с учетом врезания и выхода инструмента, мм.

По таблице 64 L=l+y=33.4+3.5=36.9 мм

n - Число оборотов инструмента в минуту

S - Подача на один оборот

I-количество проходов

Вспомогательное время:

Операция 035 шлице-фрезерная Фрезерование шлицев

в=30 мм;

число зубьев z=8

Червячная фреза Р6М5 Ш100

Станок: 5К324

Глубину резания определяют, учитывая припуск на обработку и требования к чистоте.

Подачу на оборот фрезы при обработке концевыми фрезами устанавливают в зависимости от глубины паза, диаметра и количества зубьев фрезы и обрабатываемого материала.

S=0,4 мм/об

Скорость резания находят по таблице 75 в зависимости от принятой глубины резания, подачи, диаметра и количества зубьев фрезы._р=48 мм/мин

Определяем количество оборотов.

n=1000*48/3,14*100=152,866≈153 об/мин

По паспорту станка

Определяем действительную скорость резания:

Определяем основное машинное время

где z-число зубьев нарезаемого колеса;

S - подача в мм за 1 оборот заготовки;

k-число заходов фрезы;

n-число оборотов фрезы;

i-число проходов;

L-путь фрезы в направлении подачи, который при осевом врезании определяется так

где q-количество колёс, одновременно обрабатываемых на станке;

b-ширина венца нарезаемого колеса;

y-величина врезания

где t-глубина резания, мм;

D-диаметр фрезы, мм;

w-угол установки фрезы на станке - 3°, 4°;

Д-перебег (2…….5 мм)

Тогда L=57+14,02+4=75,02 мм

Операция 040 шлифовальная Шлифование поверхности ∅ 60,2 мм на длине 35 мм,

Шлифовальный круг ПП 600х20х305

Станок: 3М151

Глубина шлифования и толщина слоя металла, снимаемого за один проход шлифовального круга при круглом шлифовании в пределах от 0,005 до 0,08 мм.

Определяем число проходов по формуле:

Где h глубина резания h=0,2

Определяем продольную подачу:

S_{продол.}=40*0,2=8 мм/об

Скорость резания при шлифовании - это скорость вращения детали. Определяем скорость резания по табл. 88

v=76 м/с

Количество оборотов детали определяем по формуле:

По паспорту станка 3М151 n=300 об/мин.

Определяем основное машинное время:

Где L - длина обрабатываемой поверхности с учетом врезания и перебега шлифовального круга.

L=l+y=51+3=54 мм

Где l-длина обрабатываемой поверхности детали

y-величина врезания и перебега

к_з - коэффициент зачистных ходов, к_з=1,5

Вспомогательное время на установку и снятие детали приведено в таблице 90. Вспомогательное время, связанное с проходом, в таблице 91. Для деталей массой 7 кг в центрах время составляет 0,4 мин, время связанное с проходом для первой поверхности на одной детали 1 мин.

5. Описание приспособления

деталь заготовка припуск вал

Операция для которого проектируется приспособление, выполняется на горизонтально-фрезерном станке 6Н12.

В операции выполняется фрезерование шпоночной канавки шириной b=10 мм, R=5 мм. Длина шпоночной канавки 25 мм задана от торца детали.

Приспособление для фрезерования шпоночного паза представляет собой сложную конструкцию, состоящую из сварного основания; плиты на которой расположены и закреплены две призмы и упор для установки детали при обработке. Обрабатываемая деталь устанавливается на призме с упором торца в штифт. Сверху деталь прижимается к призмам прижимом. Усилие прижима развивается пневмоцилиндром, установленном на плите. Прижимная планка к пневмоцилиндру крепится гайкой. Из сети воздух в цилиндры подается по воздухоподводящем трубкам.

Давление воздуха в сети 4…6 атм.

Сила резания при фрезеровании:

Сила зажима должна быть в 1,5 раза больше силы резания.

Р_з>1,5 Pz Р_з=72750 Н

Усилие зажима пневмоцилиндра определяется по формуле:

Р_з=0,785 ɳ

Где ɳ=0,85 - коэффициент полезного действия пневмоцилиндра, учитывающий потери в пневмоцилиндре.

Из этой формулы определяем диаметр цилиндра

По стандарту ГОСТ 15608 - принимается диаметр цилиндра D_ц=200 мм. Определение время срабатывания пневмоцилиндра:

Где l_х - длина хода, мм

d₀ - диаметр воздуховода принимается по рекомендациям в зависимости от диаметра пневмоцилидра, d₀=50 мм

v_в - скорость перемещения сжатого воздуха, v_в=180 м/с

Включение цилиндра производит кран управления, расположенный в удобном месте для работы фрезеровщика.

Заключение

В ходе выполнения данного курсового проекта был разработан технологический процесс изготовления вала-шестерни. Этот процесс включает в себя разработку чертежей заготовки, маршрута обработки, схем операционных наладок на операции, отраженные в маршруте обработки, а также чертежа контрольного приспособления. На отдельном листе показана технологическая схема сборки узла (данный вал-шестерня является деталью червячно-цилиндрического редуктора).

Список использованной литературы

1. Антонюк Ф.И. «Технология производства заготовок», конспект лекций.

2.       Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин: Учеб. пособие для машиностроит. спец. вузов. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 1985 - 416 с., ил.

.        Никитич В.Т. «Основы технологии машиностроения», конспект лекций.