Технологический процесс механической обработки детали «Вал»

Введение

Курсовое проектирование является комплексной самостоятельной работой по дисциплине «Основы технологии машиностроения». Выполнение курсовой работы способствует закреплению, углублению и систематизации знаний, полученных в процессе изучения курса «Основы технологии машиностроения» .

Цель курсовой работы заключается в приобретении практических навыков в процессах сборки изделий, в механической обработке (расчете припусков, межоперационных размеров и т. п.), в составлении и правильном оформлении технологической документации, нормировании обработки металлов резанием, выбора типа металлорежущих станков для выполнения операций технологического процесса.

Реферат ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС, ВАЛ, ПРИПУСКИ, РЕЖИМЫ РЕЗАНИЯ, ОПЕРАЦИЯ Объект разработки — технологический процесс механической обработки детали «Вал» .

Цель работы — ознакомление с правилами оформления технологической документации, приобретение практических навыков построения технологического процесса обработки деталей и сборки изделия.

В графической части курсовой работы разработана технологическая схема сборки коробки скоростей, в которую входит деталь, «Вал», выполнены чертежи детали и заготовки.

Разработан (пояснительная записка и технологическая часть) единичный технологический процесс механической обработки детали «Вал». Определена последовательность технологических операций и переходов, обоснованно сделан выбор станков, назначены припуски на обработку, рассчитаны режимы резания, нормы времени и коэффициенты загрузки станков, и их потребное количество.

В период курсового проектирования были закреплены теоретические знания, полученные в процессе учебы.

1. Описание последовательности сборки коробки скоростей Сначала корпус поз.15 устанавливается на станину. Далее в него устанавливается предварительно собранная группа, состоящая из выходного вала поз. 4, запрессованной шпонки поз. 34, зубчатого колеса поз. 5, винта поз. 22, подшипники поз. 31. Затем переходят к установке в корпус группы, которая состоит из промежуточного вала-шестерни поз. 12, запрессованной в него шпонки поз. 32, зубчатого колеса поз. 9, зубчатого колеса поз.10, распорной втулки 7, кольца 8 и напрессованных подшипников поз. 30. Затем устанавливается шлицевый вал 3 с напрессованным подшипником В предварительно собранную муфту устанавливаются рычаги 46, штифтуются, соединяются со шкивом болтами 24. Потом муфта со шкивом, манжетой, подшипником устанавливается в корпус, фиксируется штифтом поз. 50. Позже надевается механизм переключения скоростей Крышка коробки скоростей закрепляется с корпусом комплектом 2, состоящим из болта поз. 20, пружинной шайбы. Затем крепится винтами маслоуказатель поз.18 с прокладкой поз. 46. и ввинчивается сливная пробка поз. 49. В корпусе коробки скоростей крепится крышка смотрового окна поз 19 с прокладкой. Устанавливается отдушина поз.17. На входной вал запрессовывается шпонка поз. 36 и полумуфта. Схема сборки коробки скоростей представлена в графической части курсовой работы — ТПЖА.303 000.073

2. Анализ конструкции детали

В данной курсовой работе разработан технологический процесс механической обработки выходного вала двухскоростной коробки скоростей.

В связи с объемом партии и типичностью данной детали, наиболее целесообразные виды механической обработки — наружное точение, шлифование, возможно осуществить на довольно распространенном оборудовании: токарном многорезцовом полуавтомате, и круглошлифовальном станках. Применение станков с ЧПУ, станков-автоматов в данном случае значительно повысит стоимость обработки, экономически не оправдано.

Механическая обработка может вестись типичным, имеющимся на любом машиностроительном предприятии инструментом. Проходные, резцы, шлифовальные круги являются широко распространенным, хорошо освоенным и сравнительно недорогим инструментом.

На детали отсутствуют труднодоступные для обработки места. Все поверхности наружные, что облегчает контроль и упрощает методы их получения.

Все заданные на чертеже размеры можно измерять и проверять широко распространённым мерительным инструментом: шаблонами, пробками, калибрами. Все указанные на чертеже допускаемые отклонения по геометрической форме и взаимному расположению поверхностей можно получить на выбранном оборудовании, учитывая геометрические погрешности станков.

3. Расчет такта выпуска, определение типа производства и размера производственной партии

Величина такта выпуска рассчитывается по формуле:

(1)

где 4015 ч/см — действительный годовой фонд времени работы оборудования; N =3000 шт — годовая программа выпуска деталей, принимается.

.

Для определения типа производства рассчитывается коэффициент серийности по формуле:

(2)

Для определения T_шт.ср рассчитывается основное технологическое время T₀, мин по методике /1/ укрупнено для каждой операции технологического процесса, результаты расчета сводим в таблицу 1.

Таблица1 — Расчет основного технологического времени по операциям

Штучное время вычисляется по формуле:

(4)

где _к — коэффициент, определяемый по таблице /1/. Значения Т_шт.к сводятся в таблицу 2 по операциям соответственно.

Таблица 2 — штучное время по операциям.

Среднее штучно-калькуляционное время Т_шт.ср., определяется по формуле:

(5)

где к — количество всех переходов, каждой операции;

n — количество операций.

мин.

По формуле (3) определяется коэффициент серийности:

Тип производствакрупносерийное.

Количество деталей в партии:

(6)

где, а = 12 — периодичность выпуска,

F = 253 — количество рабочих дней.

Принимается n=7115 шт

4. Анализ требований к точности и шероховатости обрабатываемых поверхностей детали и описание принятых методов их обеспечения

Требования к параметрам шероховатости устанавливают на основании их связи с функциональными показателями детали. Технологическое обеспечение шероховатости поверхности базируется в основном на экспериментальном изучении зависимостей между методом окончательной обработки и параметрами шероховатости.

Так опорные шейки вала под подшипники качения рекомендуется обрабатывать с параметром шероховатости 0,63 мкм (Ra), обеспечивающим требуемую опорную площадь прочность соединения. Данную шероховатость получают последовательной обработкой при черновом обтачивании, чистовом, предварительным и окончательным шлифованием.

Заданная шероховатость Ra 0,63 обеспечивает более плотное соединение зубчатых колес с поверхностью вала, с таким же параметром шероховатости необходимо обработать посадочное место под муфту.

Шероховатость остальных поверхностей задана с конструктивной точки зрения в зависимости от квалитета точности и метода обработки.

Допуски формы и расположения: Рабочей осью вала является общая ось посадочных поверхностей для подшипников качения.

Допуск соосности посадочной поверхности для зубчатых колес задают, чтобы обеспечить нормы кинематической точности и нормы контакта зубчатых передач

Допуск соосности посадочной поверхности для муфты задают, чтобы свести к минимуму перекос осей валов коробки скоростей и рабочего органа.

Допуск перпендикулярности торцов вала, назначают, чтобы уменьшить перекос зубчатого колеса, муфты, подшипников и искажение геометрической формы дорожки качения внутреннего кольца подшипника.

Допуски симметричности и допуски параллельности шпоночных пазов, обеспечивают точность расположения пазов, параллельность боковых поверхностей и как следствие требуемые положения шпонок.

Обеспечение допусков формы и расположения ведется путем соответствующего базирования детали при обработке элементов, на которые заданы допуски, технологии их изготовления и использованием необходимого оборудования и контрольного инструмента

5. Выбор вида заготовки и обоснование метода ее получения

При выборе заготовки для заданной детали назначают метод получения, определяют конфигурацию, размеры, допуски, припуски на обработку и формируют технические условия на изготовление. Заготовки простой конфигурации дешевле, так как не требуют при изготовлении сложной и дорогой технологической оснастки.

Главным при выборе заготовки является обеспечение заданного качества готовой детали при ее минимальной стоимости.

Технологические процессы получения заготовок определяются технологическими свойствами материала, конструктивными формами и размерами детали. Деталь «Вал» выполняется из стали 40Х ГОСТ 4345–74.

Таблица 3-Механические свойства стали 40Х

Наиболее подходящая заготовка для детали типа вал это прокат и штамповка.

Применение в машиностроении проката очень широко распространено. Простые сортовые профили общего назначения — круглые идут по ГОСТ 2590–71. Точность горячекатонного проката ориентировочно соответствует 12−14 квалитетам точности, холоднокатонного 9−12 квалитетам точности. Профильный прокат целесообразно применять тогда, когда профиль проката остается без механической обработки.

Для уменьшения отхода металла и снижения трудоемкости при штамповке и последующей обработке желательно штамповкам придать форму наиболее приближенную к профилю конечной детали.

В таблице 3 приведены технико-экономические показатели производства ступенчатых валов.

Таблица 3 — Технико-экономические показатели; Вал шестиступенчатый.

Согласно приведенным технико-экономическим показателям и рекомендации о применении заготовки в виде поковки, если у вала имеется от трех ступеней и перепад больше 3 мм, окончательно выбираем заготовку-поковку. Поковку получаем четырехступенчатой, делая на одну из ступеней напуск. Припуски назначаем по ГОСТу согласно размерам вала.

6. Выбор черновых и чистовых баз

Выбор черновых установочных баз осуществляется по следующим правилам:

а) Черновые базовые поверхности должны быть использованы только один раз, обеспечив получение чистовых базовых поверхностей;

б) При выборе черновых установочных баз следует помнить, что если с какой-либо поверхности снимается равномерный минимальный припуск, то эта поверхность и должна быть использована в качестве базы на первой операции;

в) Черновые базирующие поверхности должны иметь достаточные размеры для обеспечения устойчивой установки детали с максимальной жесткостью;

г) Черновые базирующие поверхности должны быть ровными и чистыми, не иметь литников, облоев и других дефектов;

д) Поверхности, принимаемые за черновые базы должны иметь наиболее точное расположение к заготовке относительно других поверхностей.

е) Черновая база, используемая на первой операции технологического процесса, удовлетворяет всем изложенным правилам — базирование производиться в две жесткие призмы с упором в один из торцов детали.

Выбор чистовых установочных баз подчиняется следующим правилам:

· в качестве чистовых установочных баз должны быть использованы поверхности, от которых координируются размеры (принцип совмещения баз);

· на всех операциях использовать по возможности одни и те же базовые поверхности (принцип постоянства баз);

· в качестве чистовых установочных баз использовать только обработанные и наиболее точные поверхности.

В качестве черновой базы на первой операции используем две цилиндрические поверхности заготовки наиболее удаленные друг от друга.

В качестве чистовой базы используем центровые отверстия, полученные на первой операции.

Выбранные чистовые базы полностью соответствуют предъявляемым к ним требованиям безопасности и надежности, что можно проследить по технологическому процессу обработки детали «Вал» .

7. Обоснование выбора оборудования

В условиях серийного производства для обеспечения высокой производительности находят широкое применение токарные полуавтоматы.

Для обработки были использованы: токарный станок 1721, обеспечивающий необходимую точность на черновых и чистовых обработках и позволяющий применить его на большом числе операций.

Фрезерный станок 692 применяется на операциях 130 и 135, где требуется получить два шпоночных паза.

Круглошлифовальный станок 3Б151 применяется для предварительной и окончательной шлифовки и получения шероховатости 0,63Ra под посадочные места.

Применение указанных станков позволяет обработать деталь с требуемой точностью при вложении минимальных затрат на производство.

8. Расчет и назначение межоперационных припусков

Расчет припусков ведется для поверхности ш45k6

Суммарное значение пространственных отклонений штампованной заготовки определяется по формуле

где погрешность заготовки, связанная с короблением, мкм;

погрешность установки заготовки, мкм;

погрешность заготовки по смещению, мкм;

;

где удельная кривизна детали0,8 мкм

длина детали, мм

Допуск на поверхности, используемые в качестве базовых, на фрезерно-центровочной операции, рассчитываем по формуле:

где Нед. = 2,0 ммНедоштамповка;

Иш = 1,0 мм допускаемый износ окончательного ручья штампа;

Ку = 40 мкм — колебание усадки заготовки по температурному интервалу штамповки.

Остаточная величина пространственного отклонения:

Погрешности на различных переходах определяются по формуле:

где коэффициент уточнения.

после предварительного обтачивания

после окончательного обтачивания

после предварительного шлифования

.

после окончательного шлифования

.

Погрешность установки при обработке в центрах равна нулю.

Расчет минимальных значений припусков производим, пользуясь основной формулой:

.

Минимальный припуск под черновое точение

;

под чистовое точение

;

под предварительное шлифование

.

под шлифование

.

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

.

После записи в соответствующей графе расчетной таблицы значений допусков на каждый технологический переход и заготовку, в графе «Наименьший предельный размер «определяется из значения для каждого технологического перехода. Округляя размеры, наибольшие предельные размеры вычисляются прибавлением допуска к наименьшему предельному размеру.

;

;

;

.

Предельные значения припусков определяются как разность наибольших предельных размеров, а как разность наименьших предельных размеров предшествующего и выполняемого перехода.

^,

^,

^,

^,

^,

Данная методика расчета припусков позволяет наглядно посмотреть на их распределение при различной совокупности механических обработок. Графическое расположение полей припусков и допусков приведено на рисунке 1.

Рисунок 1 — Схема припусков и допусков размера 40k6()

Таблица 5 — Результаты расчетов

9. Расчет размера шпоночного паза Рисунок 2- Схема шпоночного паза.

Требуется определить размер А₁. Составим размерные цепи:

(11)

. (12)

. (13)

(14)

где Z = D₁ — D₂ — является припуском на шлифование валика.

Рассчитываемый размер А₁ глубины шпоночного паза после обтачивания определяется выражениями:

. (15)

. (16)

0,425 мм, 0,2125 мм.

0,24 мм, 0,12 мм.

мм.

42,175.

38,12 мм.

41,962 мм.

Окончательно получаем: мм.

10. Расчет режимов резания для операций 105

Сначала расчет режимов резания производится для фрезерования торцевых поверхностей вала.

Исходные данные:

Глубина резания t = 1,5 мм, подача S_z = 0,1 мм.

Скорость резания определится по формуле

(19)

где C_v = 332

x, y, m, q, u, p — показатели степени

x = 0,1, y = 0,4, m = 0,2, q = 0,2, u = 0,2, p = 0.

Т = 180 мин. — период стойкости инструмента

Kv — суммарный коэффициент, учитывающий условия обработки.

Кv = Kмv Kпv Kuv,

где Kмv = 1 — коэффициент, учитывающий влияние физико-механических свойств обрабатываемого материала,/2/

Kпv = 0,8 — коэффициент, учитывающий влияние состояния поверхности,

Kuv = 1 — коэффициент, учитывающий влияние инструментального материала./2/

Кv = 0,8

Число оборотов шпинделя:

(20)

Принимается частота n = 800 об/мин.

Тогда фактическая скорость резания определиться по формуле

Силу резания принято раскладывать на составляющие силы, направленные по осям координат станка

(21)

где Ср = 825, х = 1, y = 0.75, z = 10, q = 1,3, w = 0,2, u = 1,1 /2/.

К_MP = 1,05 — коэффициент, учитывающий фактические условия резания /2/.

Крутящий момент рассчитывается по формуле:

. (22)

Мощность резания определится по формуле:

(23)

Затем расчет режимов резания производится для обработки центровых отверстий на торцах вала. Исходные данные:

Подача S_z = 0,08 мм.

Скорость резания определится по формуле

(24)

где C_v = 7,0

x, y, m, q, u, p — показатели степени

y = 0,7, m = 0,2, q = 0,4

Т = 15 мин. — период стойкости инструмента

Kv — суммарный коэффициент, учитывающий условия обработки. Кv = 0,8 (найден выше).

Число оборотов шпинделя:

(25)

Принимается частота n = 800 об/мин.

Тогда фактическая скорость резания определиться по формуле Силу резания принято раскладывать на составляющие силы, направленные по осям координат станка

(26)

где Ср = 68 q=1.0 y=0.7

К_P = 1,05 — коэффициент, учитывающий фактические условия резания /2/.

Крутящий момент рассчитывается по формуле:

. (27)

Мощность резания определится по формуле:

(28)

11. Определение норм времени

Определение норм времени рассмотрено на примере операции 115.

Технологические нормы времени в условиях крупносерийного производства устанавливаются расчетно-аналитическим методом /2/.

Норма штучного времени определяется по формуле:

Т_шт=Т_о+Т_всп+Т_оо+Т_то+Т_отд, (36)

где. Т_о — основное время, мин;

Т_всп — вспомогательное время, мин;

Т_оо — время на организационное обслуживание, мин;

Т_то — время на техническое обслуживание рабочего места, мин;

Т_отд — время на отдых и личные надобности, мин.

(37)

L — длина обрабатываемой поверхности, мм;

l — врезание инструмента, мм;

S — минутная подача инструмента, мм/мин.

Для токарной операции 115 основное время для точения поверхности 4 рассчитывается по формуле:

мин.

Основное время для поверхности 3.

мин.

Основное время для точения поверхности 2.

мин.

Основное время для точения поверхности 1.

мин

Основное время для подрезки торца 5 рассчитывается по формуле (37)

мин.

Основное время для подрезки канавки 6 рассчитывается по формуле (37)

мин.

Основное время для подрезки фаски 6 рассчитывается по формуле (37)

мин.

Вспомогательное время рассчитывается по формуле:

Т_всп=Т_пс+Т_тв+Т_бп+Т_зам+Т_инд, (38)

где Т_п — время перемещения стола между позициями, Т_п=0,05 мин;

Т_тв — время выдержки на упоре, Т_тв=0,05 мин;

Т_бп — время быстрого подвода инструмента, Т_бп=0,06 мин;

Т_зам — время замены детали, Т_зам=0,15 мин;

Т_инд — время на индексацию, Т_инд=0,08 мин;

Т_всп=0,05+0,05+0,06+0,15+0,08=0,39 мин,

Т_оп=Т_о+Т_всп, (40)

Т_оп=1,5+0,39=1,89 мин.

Время технического обслуживания места рассчитывается по формуле:

Т_то=0,031· Т_оп, (41)

Т_то=0,031· 1,89=0,059 мин.

Время организационного обслуживания рабочего места рассчитывается по формуле:

Т_оо=Т_оп· 0,02, (42)

Т_оо=1,89· 0,02=0,038 мин.

Время на отдых и личные надобности рассчитывается по формуле:

Т_отд=0,06· Т_оп, (43)

Т_отд=0,06· 1,89=0,11 мин.

Тогда штучное время будет равно:

Т_шт=1,5+0,39+0,038+0,059+0,11=2,1 мин

12. Оценка ожидаемой суммарной погрешности обработки вала

Расчет производится для размера 40,46h12 мм получаемого на операции 110. Величина поля допуска на размер составляет 250 мкм. Обработка ведется на токарном многорезцовом полуавтомате. Инструмент — резец проходной установленный в продольном суппорте

Суммарная погрешность для диаметральных размеров определяется по формуле:

(46)

где — погрешность, вызванная упругими деформациями, мкм;

— погрешность, вызванная износом инструмента, мкм;

— погрешность станка, мкм;

— погрешность, вызванная тепловыми деформациями, мкм;

— погрешность базирования (мкм, т. к. базирование осуществляется в центрах), мкм;

— погрешность закрепления, мкм;

— погрешность приспособления, мкм;

— возможное смещение центра группирования при обработке пробных деталей (мкм, т. к. настройка по пробным деталям не ведется);

— погрешность регулирования инструмента при наладке на размер (мкм, т.к. регулирование ведется по индикаторному упору с ценой деления 0,01 мм); - погрешность измерений, мкм /2/.

Погрешность, вызванная упругими деформациями, рассчитывается по формуле:

(47)

где P_{z max} и P_{z min} — максимальная и минимальная составляющие силы резания, зависящие от глубины резания (t_max=1,8 и t_min=1,72), определяются по формуле, Н; W — податливость системы определяется как (8/549=0,015), мкм/Н.

механический обработка вал резание

мкм.

Погрешность, вызванная износом инструмента, определяется по формуле:

(48)

где U_о — удельный износ материала резца, U_о=10 мкм/км /2/;

d = 40.46 мм — обрабатываемый диаметр;

l = 40 мм — длина обрабатываемой поверхности;

n_п = 7115 — количество деталей в партии;

L_н — начальный перебег инструмента, L_н=1 км.

Принимаем 13,25, тк инструмент необходимо перетачивать через 255 деталей.

Погрешность, вызванная геометрической неточностью станка, определяется по формуле:

(49)

где С_ф— допускаемое отклонение от параллельности оси шпинделя направляющих станины в плоскости выдерживаемого размера L, С_ф=15 мкм /2/; L — длина обрабатываемой поверхности, L=28 мм; l_ф — базовая длина, l_ф=100 мм /2/.

мкм,

Погрешность, вызванная тепловыми деформациями, определяется по формуле:

(50)

где В — коэффициент (В=0,1 для лезвийной обработки) /3/.

мкм.

Суммарная погрешность обработки по формуле (46):

Процесс обработки поверхности является надежным, т. к. выполняется условие:

(42)

где Т — допуск на выполняемый размер, Т=250мкм;

К — коэффициент запаса надежности, К?1,2.

13. Определение загрузки оборудования и его потребного количества

Расчетное количество станков определяется по формуле:

(44)

где Т_шт — штучное время на данной операции, мин;

— такт выпуска, =2,12мин/шт.

.

Коэффициент загрузки станка определяется по формуле:

(45)

где — принятое число станков.

.

Результаты расчета потребного количества станков и коэффициент их загрузки сведены в таблицу 6

Таблица 6 — определение потребного количества оборудования

Заключение

В данном курсовом проекте был разработан технологический процесс изготовления детали «Вал» в условиях серийного производства, рассчитаны и назначены режимы резания и нормы времени на все операции и переходы.

Библиографический список

1. Курсовое проектирование по технологии машиностроения. / Под общей ред. А. Ф. Горбацевича. — Минск: Высшая школа, 1975. — 288 с.

2. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. /Под ред А. Г. Косиловой и Р. К. Мещерякова. — М.; Машиностроение, 1985. — Т.1, 656 с.; Т.2, 496 с.

3. Общемашиностроительные нормативы времени вспомогательного, на обслуживание рабочего места и подготовительно — заключительного для технического нормирования станочных работ: Массовое производство — М.: Машиностроение, 1974. — 422 с.

4. Методические указания для проведения практических занятий по теме «Точность механической обработки»; Дисц. «Основы технологии машиностроения». Спец. 1201 — «Технология машиностроения». — Киров: РИО ВГУ, 1995. — 35 с.

5. Справочное приложение к методическим указаниям для проведения практических занятий по теме «Точность механической обработки»: Дисц. «Основы технологии машиностроения». — Киров: РИО ВГУ, 1996. — 50 с.