Разработка технологического процесса механической обработки ступенчатого вала с шпоночным пазом

Тип работы:
Курсовая
Предмет:
Производство и технологии


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Курсовой проект

Разработка технологического процесса механической обработки ступенчатого вала с шпоночным пазом

Введение

Наша задача — разработать технологический процесс механической обработки ступенчатого вала в условиях среднесерийного производства.

Актуальность работы состоит в применении полуавтоматов, которые резко уменьшают трудоемкость по сравнению с применением универсальных станков при единичном и мелкосерийном производствах.

Применение полуавтоматов, хотя и не создает поточную линию, но при одновременном (среднемесячном) запуске около200 деталей (2500 шт. в год) дает реальный экономический эффект.

технологичность заготовка резание

1. Служебное назначение изделия

Приводим чертежи заданной детали (см. приложение).

По чертежу данной (обрабатываемой) детали можно сказать следующие выводы о ее служебном назначении:

— по конструктивным и технологическим признакам деталь относится к классу «Валы»;

— ступенчатые валы подобного конструкторского исполнения применяются как промежуточные в редукторах, коробках передач и т. п.

Деталь не подвергается термической обработке (НВ 163). Фаски по поверхностям не предусмотрены, следовательно, острые кромки следует притупить.

Шероховатость всех поверхностей, кроме одной одинаковая и составляет Ra = 12,5 мкм (по контуру). Шероховатость поверхности шейки Ra =1,6 мкм.

Наименьший диаметр вала — 35 мм. Длина вала L = 150 мм. Отношение L/d2 = 150/35 < 12 — вал жесткий. При обработке дополнительного крепления люнетом не требуется. В целом деталь можно считать достаточно технологичной.

Для удобства проведения анализа технологический операций на эскизе детали все поверхности пронумеруем (рис. 1. 1).

В дальнейшем при описании технологических операций, выборе методов обработки и т. д. будет использовать номера поверхностей.

2. Анализ технологичности конструкции изделия

Для заданного ступенчатого вала можно сделать вывод о его технологичности на следующих основаниях:

— вал жесткий (L/d2 < 12);

— простая конфигурация детали облегчает выбор исходной заготовки;

— расположение шейки удобное для обработки;

— не имеет труднодоступных поверхностей;

— возможно применение стандартного отечественного оборудования, режущего и измерительного инструмента;

— удобная базирующая поверхность при обработке наружных поверхностей — торец 3, который ранее получен при отрезании предыдущей заготовки от прутка и цилиндрическая поверхность прутка.

— глубина шпоночного паза задана от поверхности 1;

— отсутствие термической обработки упрощает технологический процесс обработки;

— могут быть использованы стандартные зажимные приспособления на всех технологических операциях;

— контроль заданных параметров вала может осуществляться стандартными контрольно-измерительными приборами.

Анализ конструкции по точностным требованиям приведен в табл. 2.1.

Анализ технологичности конструкции детали по величине параметров шероховатости обрабатываемых поверхностей детали представлен в табл. 2.2.

Анализ технологичности конструкции детали по соответствию возможности выполнения принципа постоянства баз представлен в табл. 2. 3

Анализ технологичности конструкции детали по соответствию возможности выполнения принципа совмещения баз представлен в табл. 2.4.

Таблица 2.3.

Номер поверхности

Наименование поверхностей, используемых в качестве баз

Для выполнения технологических операций

Количество используемых баз

1, 2,

3 (последующей

детали),

4, 5

Наружная поверхность заготовки (двойная направляющая) и торец 3 (опорная база)

1. Черновая и чистовая (окончательная) обработка наружных поверхностей 1 и 2.

2. Обработка торцов.

1

6 и 7

Наружная цилиндрическая поверхность 1 (двойная направляющая база) и торец 5 (опорная база)

Обработка шпоночного паза.

1

Итого

2

Таблица 2.4.

Номера базовых

поверхностей

Наименование обрабатываемых

поверхностей

Осуществляется принцип совмещения баз

Не осуществляется принцип совмещения баз

Обоснование

-

d1, d2, L, l6

-

-

Обеспечивается инструментом и не зависит от рассматриваемого принципа

Наружная цилиндрическая поверхность 1 (Двойная направляющая база) и торец 5 (опорная база)

l1, l3

Да

-

Совмещаются конструкторская, технологическая и измерительная базы

При анализе требований точности (табл. 2. 1) делаем вывод, что поверхности 1 и 2 можно получить с помощью чистового точения, которое при точности, соответствующей 7-му квалитету, обеспечивает требуемое качество поверхности.

Поверхности 6 и 7 получим черновым фрезерованием концевой фрезой (12 квалитет точности), поверхность 4 получится как заплечик при точении поверхности 2 при черновом (предварительном) точении это обеспечит требуемый 12 квалитет точности поверхности 4.

Поверхности 3 и 5 получаем при отрезании заготовки от прутка отрезным резцом, что обеспечит 12 квалитет точности.

Следовательно, делаем вывод, что конструкция ступенчатого вала технологична по требованиям точности.

При анализе требований шероховатости делаем вывод, что заданная конструкция ступенчатого вала высоко технологична, так как при заданных требованиях и шероховатости поверхностей (2-Ra = 1,6 мкм и остальных Ra = 12,5 мкм) нет необходимости в дополнительной обработке. Требуемая шероховатость получится в процессе обработки основных поверхностей способами чистового точения и черновых точения и фрезерования.

При анализе возможностей выполнения принципов постоянства и совмещения баз делаем вывод о технологичности заданной конструкции ступенчатого вала, так как количество баз минимально и осуществляется принцип совмещения баз.

Делаем вывод, что по всем признакам заданная конструкция технологична, в ее улучшении нет необходимости.

3. Определение типа организационной формы производства

Определяем массу детали.

где с = 7850 кг/м3 — плотность стали;

V — объём детали.

кг.

Деталь легкая М < 30 кг. Годовой объем — 2500 шт.

Делаем вывод, что производство среднесерийное, отличающееся периодически повторяющимися партиями и сравнительно большим объемом выпуска. Применяется специализированное технологическое оборудование. Режущий и измерительный инструменты универсальные. Станки настроенные. Размещение технологического оборудования — по ходу технологического процесса.

4. Выбор способа получения заготовок

Химический состав стали 20 представлен в табл. 4.1.

Механические свойства стали 20 представлены в табл. 4.2.

Выбираем заготовку из горячекатаного проката (см. Приложение). Сталь 20 горячекатаная обладает требуемой твердостью поверхности HB? 163.

Таблица 4.1.

С

Si

Mn

Cr

S

P

Cu

Ni

As

не более

0,17−0,24

0,05−0,17

0,35−0,65

0,25

0,04

0,035

0,25

0,25

0,08

Таблица 4.2.

Термообработка

у0,2

у8

дв

ш

KCU,

Дж/см2

НВ

МПа

%

Нормализация

215

440

22

50

51

123−167

5. Выбор маршрута механической обработки

Приводим базовый технологический процесс обработки заданной детали (табл. 5. 1).

Анализ базового технологического процесса приводит к наличию узких мест:

— наличие большого припуска по длине для зажима заготовки в патрон;

Выбираем следующий технологический процесс:

— черновое и чистовое (окончательное) одновременное точение поверхностей 1 и 2, обработка торцов 3, 4 и 5 на токарном многорезцовом полуавтомате 1А730;

— фрезерование шпоночного паза на станке 6Р11Ф3.

При этом технологическом процессе применяется более совершенное технологическое оборудование, которое сокращает ручной труд, исключает заготовительную операцию и увеличивает коэффициент использования материала.

Таблица 5.1.

Номер поверхности

Вид
поверхности

Квалитет точности (топуск) Т, мм

Величина параметра шероховатости Ra, мкм

Наименование методов обработки

3

Торец

-

12,5

Подрезка торца

1

Наружный цилиндр

7 (0,025)

1,6

Чистовое точение

4

Торец

12 (0,3)

12,5

Чистовое точение поверхности 1

2

Наружный цилиндр

7 (0,025)

12,5

Чистовое точение

5

Торец

12 (0,4)

12,5

Отрезание заготовки

6,7

Поверхности

шпоночного

паза

12 (0,15; 0,12)

12,5

Фрезерование паза

6. Выбор технологических баз

Схема базирования заготовки на токарно-винторезном станке 1К62 представлена на рис. 6.1.

Схема базирования заготовки на фрезерном станке 6П10Б представлена на рис. 6.2.

Приводим схемы базирования для нового технологического прцесса.

Схемы базирования заготовки в токарном станке 1А730 и на фрезерном станке 6Р11Ф3 аналогичны приведенным на рис. 6.1. и на рис. 6.2.

Применяем специальное приспособление для зажима заготовки. При этом погрешность базирования будет равна нулю.

7. Выбор технологического оборудования, оснастки
и средств автоматизации

Для первой операции выбираем токарный станок 1А730.

Для последующей операций выбираем консольно-фрезерный станок вертикального исполнения 6Р11Ф3, оборудованные приспособлениями для зажима заготовки с гидравлическим приводом.

Хотя материал вала обладает малой твердостью, для его обработки применяем инструмент с пластинками из твердог сплава Т15К6 для увеличения скорости резания и уменьшения основного технологического времени.

Для обработки наружных цилиндрических поверхностей применяем левые проходные упорные резцы с углом в плане ц = 90°. Для отрезания заготовки применяем отрезной резец.

Для фрезерования паза применяем концевую фрезу.

Контроль детали осуществляется вручную при наладке станков и после каждой операции выборочно. Длины измеряются штангенциркулем. Диаметры контролируются с помощью проходных и непроходных скоб.

8. Выбор припусков и операционных размеров

Припуск по длине заготовки равен нулю, т.к. заготовка отрезается точно в размер детали от прутка.

По рекомендациям примем односторонний припуск на чистовое (окончательное) точение поверхностей Zчист = 0,5 мм.

Односторонний припуск на черновое точение горячекатаного прутка равен 1…5 мм. Отрицательная часть допуска заготовки: Тзаг=-1,0 мм при d = 46?60 мм.

Примем Zчерн = 2,0 мм.

Тогда минимальный припуск равен:

мм.

Требуемый диаметр заготовки:

мм.

Выбираем стандартный диаметр прутка:

мм.

Обозначение: Круг

9. Расчет режимов резания и нормы времени

Токарная операция 005. Переход 1.

Проточить O35-0,025 на длину 80 мм и O50-0,025 на длину 70 мм одновременно двумя резцами.

Припуск на сторону:

мм.

Оставляем припуск на чистовое точение Zчист = 0,5 мм на сторону.

Остается припуск Z' = Z - Zчист = 13,5 — 0,5 = 13 мм. Снимаем его за 2 прохода с глубиной резания t = 6,5 мм. Назначаем подачу S = 0,3 мм/об.

Определяем скорость резания:

где Vтабл = 86 м/мин при подаче S = 0,3 мм/об., глубине резания t >5 мм, проходном резце с углом в плане ц = 90°; резец из сплава Т15К6;

K1 = 1,2 — коэффициент, учитывающий механические свойства обрабатываемого материала, для стали 20, HB =163;

K2 = 1,5 — коэффициент, учитывающий материал резца, для проходного резца из сплава Т15К6;

K3 = 1 — коэффициент, учитывающий стойкость резца при T = 60 мин.

м/мин

Требуемое число оборотов шпинделя:

где dзаг = 56 мм — диаметр заготовки.

об/мин.

Станочное значение (nст=800 об/мин).

Фактическая скорость резания равна

м/мин.

Длина рабочего хода равна

lрх = lмакс+lвр = 80+3=83 мм; где

lвр — длина врезания;

Перебега нет.

Основное время на один проход

t0 = 83 / (800 • 0,3) = 0,35 мин.

На 2 прохода основное время tчерн = 2t0 =2 • 0,35 =0,7 мин.

Чистовое точение: t = 1,0 мм; S = 0,1 мм/об; lрх =83 мм;

Vтабл = 140 м/мин.

м/мин.

об/мин. Принимаем n = 1600 об/мин.

м/мин.

мин.

Общее основное время на операцию:

мин.

Переход 2.

Обрезать заготовку в размер L=150-0,4. Обрезаем в размер
с одновременным торцеванием торца последующей заготовки.

Глубина резания равна ширине резца. При d = 56 мм принимаем t = врезц = 5 мм. Назначаем подачу S = 0,08 мм/об.

м/мин при резце с пластинкой из твердого сплава.

м/мин; где

1,1 — коэффициент при поперечном тосении.

об/мин — принимаем станочное число n=1000 об/мин.

Фактическая скорость резания равна

V=м/мин.

Длина рабочего хода:

где lпер = 2 мм — величина перебега для торцевания последующей заготовки.

мм.

мин.

Фрезерная операция

Фрезеровать шпоночный паз в размер l= 150−100=50 мм за один проход.

Принимаем фрезу концевую с пластинками из твердого сплава, диаметром D = 10 мм, число зубьев Z =5. Глубина резания равна глубине паза мм.

Назначаем подачу SZ = 0,08 мм/зуб = 0,4 мм/об.

Скорость резания:

где Vтабл = 130 м/мин — скорость табличная при обработке стали концевой фрезой с пластинками из твердого сплава,

SZ? 0,07 мм/зуб и t=5 мм;

K1 = 1,2 — для материала: сталь HB = 163;

K2 = 1,2 при D/t = 10/5=2, концевой фрезе, обработке стали и фрезе с пластинками из твердого сплава;

K3 = 1 при стойкости фрезы T = 100 мин.

м/мин

об/мин. Принимаем n = 2000 об/мин.

м/мин.

Определяем длину рабочего хода (см. рис. 9.1.):

Принимаем величину врезания lвр =2 мм. Тогда lрх =50+2=52 мм.

Основное время:

мин.

10. Спецвопрос

В данном курсовом проекте предложено применение полуавтоматического токарного многорезцового станка, который обеспечивает снижение трудовых затрат, убирает заготовительную операцию и увеличивает коэффициент использования материала.

Необходимо отметить, что заготовка выбрана из горячекатаного прутка, что не намного увеличивает коэффициент использования материала по сравнению с единичным производством. Это решение принято исходя из условия не такого большого объема, чтобы применять точное стальное литье или горячую штамповку, т.к. при этом очень большие затраты на изготовление форм.

11. Маршрутная технологическая карта

Изображаем карты технологической наладки по операциям (см. приложение).

Заполняем базовый и предполагаемый технологический маршруты (табл. 11. 1).

Таблица 11.1.

Базовый процесс

Проектируемый процесс

№ опер.

Наимен. операции

Оборудование

Приспо-собление

Режущий инстру-мент

Средства измере-ния

№ опе-рации

Наиме-нование операции

Оборудование

Приспо-собление

Режущий инстру-мент

Средства измере-ния

Загото-вительная

Вертикальный ленточнопильный станок

Тиски

Пила лен-точная

Штанген-циркуль

005

Токарная

Токарный полуавтомат 1А730

3-х кулачковый патрон с гидравлическим зажимом

Проходные и отрезной резцы

Штанген-циркуль, скобы

005

Токарная

Токарный станок 1К62

3-х кулачковый патрон

Проход-ной и отрезной резцы

Штанген-циркуль, скобы

010

Фрезерная

Консольно-фрезерный полуавтомат вертикального исполнения 6Р11Ф3

Специальное приспособление с гидравлическим зажимом

Фреза концевая

Штанген-циркуль

010

Фрезерная

Консольно-фрезерный станок вертикального исполнения 6П10Б

Тиски

Фреза концевая

Штанген-циркуль

12. Эффективность предлагаемого технологического процесса

Эффективность предлагаемого технологического процесса заключается в уменьшении трудозатрат и увеличении коэффициента использования материала по сравнению с базовым технологическим процессом.

Выводы

технологичность заготовка резание

Применение полуавтоматических станков, хотя и не создает поточную линию, но при одновременном запуске довольно большой партии деталей (625 в квартал) дает реальный экономический эффект.

Список используемой литературы

1. ГОСТ 21 495–76. Базирование и базы в машиностроении. М.: Из-во стандартов, 1976, 36 с.

2. ГОСТ 3. 1001−81. Единая система технологической документации. Общие положения. М.: Из-во стандартов, 1990, 5 с.

3. ГОСТ 3. 1103−82. Единая система технологической документации. Общие надписи. М.: Из-во стандартов, 1983, 10 с.

4. ГОСТ 3. 1105−84. Единая система технологической документации. Формы и правила оформления документов общего назначения. М.: Из-во стандартов, 1985, 20 с.

5. ГОСТ 3. 1107−81. Единая система технологической документации. Опоры, зажимы, установочные устройства. Графические обозначения. М.: Из-во стандартов, 1982, 11 с.

6. ГОСТ 3. 1118−82. Единая система технологической документации. Формы и правила оформления маршрутных карт. М.: Из-во стандартов, 1995, 22 с.

7. ГОСТ 3. 1127−93. Единая система технологической документации. Общие правила выполнения текстовых технологических документов. М.: Из-во стандартов, 1994, 12 с.

8. ГОСТ 3. 1128−93 Единая система технологической документации. Общие правила выполнения графических технологических документов. М.: Из-во стандартов, 1994, 30 с.

9. ГОСТ 3. 1129−93. Единая система технологической документации. Общие правила записи технологической информации в технологических документах на технологические процессы и операции. М.: Из-во стандартов, 1995, 31 с.

10. ГОСТ 3. 1201−85. Единая система технологической документации. Система обозначения технологической документации. М.: Из-во стандартов, 1985, 10 с.

11. Аверьянов О. Н., Аверьянов И. О., Клепиков В. В. Технологическое оборудование, М.: Форум, 2007, 40 с.

12. Аверьянов О. Н., Клепиков В. В. Резание металлов. М.: МГИУ, 2008, 116 с.

13. Допуски и посадки. Справочник в 2 т. Мягков В. Д. и др. Л., 1983, 448 с.

14. Клепиков В. В., Бодров А. Н. Технология машиностроения. М.: Форум, 2008, 860 с.

15. Курсовое проектирование по технологии машиностроения. Под общ. Ред. Горбацевича А.Ф.М.: Минск, 1975, 288 с.

16. Ревин С. А. Методические указания по проектированию технологических процессов механической обработки деталей машин. М., 1979, 215 с.

17. Режимы резания металлов. Справочник. Под ред. Корчемкина А.Д.М.: НИИТАвторпром. 1995, 456 с.

18. Справочник Технолога-машиностроителя. В 2 — т. под ред. А. Г. Косиловой, Р.К. мещерякова. М.: Машиностроение, 1988, т. 1, 656 с.

19. Степанов Б. А., Айрапетян А. С., Граблев А. Н., Сафронов В. А. Технология машиностроения. Учебно-методическое пособие к выполнению курсового проекта. М.: МГИУ, 2008, 75 с.

20. Суслов А. Г. Технологическое обеспечение параметров состояния поверхностного слоя деталей машин. М.: Машиностроение, 1987, 208 с.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой