Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Введение
Технический прогресс производства, его эффективность, качество выпускаемой продукции во многом зависят от внедрения высокопроизводительного оборудования и прогрессивных технологических процессов.
Технология машиностроения изучает процесс обработки деталей и сборки машин, выбор заготовки и метод изготовления детали. Технология машиностроения опирается на такие дисциплины, как резание металлов, обработка металлов давлением, экономика машиностроения и др.
Задачей технологии машиностроения является разработка оптимального процесса обработки детали, в результате которого обеспечивается максимальная производительность труда и загрузки оборудования, а также минимальные затраты на производство, что ведёт к снижению себестоимости деталей.
3.1 Описание объекта производства
В технологической части дипломного проекта разработана операционная технология изготовления детали вал. Данная деталь является неотъемлемой частью аксиально-поршневого гидромотора. Вал находится в постоянном контакте с шатунами, которые приводят его во вращательное движение. При поступлении рабочей жидкости в полость нагнетания подпоршневое пространство заполняется, что приводит в движение блок цилиндров и шатуны гидромотора. Через шатуны вращающий момент передается на вал.
Материал детали вал – сталь 40Х ГОСТ 4543-71.
Рисунок 3.1 – Ведущий вал-шестерня
Технические требования анализируют исходя из чертежа детали и ее служебного назначения.
Заданные шероховатости поверхностей соответствуют требованиям, предъявляемым к их точности. Требования к шероховатости поверхности вала на диаметре Ø60r6 (Ra 0,32) обусловлены тем, что они контактируют с подшипниками скольжения. На диаметре 56h10 (Ra 2,5) из-за требований по посадке манжеты на вал. Поверхность сфер выполнена с шероховатостью Ra 0,16 из-за того, что ответная поверхность шатуна должна плавно скользить внутри сферы.
Анализ технологичности конструкции детали
Производственная технологичность конструкции детали – это степень ее соответствия требованиям наиболее производительного и экономичного изготовления. Чем меньше трудоемкость и себестоимость изготовления, тем более технологичной является конструкция детали.
Качественный анализ технологичности детали:
Количественная оценка технологичности определена показателями [23]:
, (3.1)
где − среднее значение параметра шероховатости.
(3.2)
где − значение параметра шероховатости обрабатываемых поверхностей;
ni – число поверхностей для каждого значения параметра шероховатости.
, (3.3)
где − среднее значение квалитета точности.
(3.4)
где − значение квалитета точности обрабатываемых поверхностей.
В результате количественной и качественной оценке технологичности было установлено, что деталь достаточно технологична, допускает применение высокопроизводительных режимов обработки, имеет хорошие базовые поверхности для первоначальных операций и довольно проста по конструкции.
3.4 Обоснование метода и способа получения исходной заготовки. Расчет коэффициента использования материала
Метод выполнения заготовок для деталей машин определяется назначением и конструкцией детали, материалом, техническими требованиями, масштабом и серийностью выпуска, а также экономичностью изготовления. Выбрать заготовку − значит установить способ ее получения, наметить припуски на обработку, рассчитать размеры и указать допуски на неточность изготовления.
Для рационального выбора заготовки необходимо одновременно учитывать все вышеперечисленные исходные данные, поэтому целесообразно сделать сопоставление возможных способов получения заготовки.
Необходимо рассчитать для двух вариантов массу заготовки и коэффициент использования материала. Определение масс заготовки и детали производилось с использованием ЭВМ в системе твердотельного проектирования Компас 3D.
Масса детали
1) заготовка из штампованной заготовки (рисунок 3.2)
Рисунок 3.2 – Штампованная заготовка
2) заготовка из круглого прутка (рисунок 3.3)
Рисунок 3.3 – Заготовка из круглого прутка
Первый способ получения заготовки – из штампованной заготовки, обеспечивает получение относительно точных заготовок с малыми припусками. Это ведет к увеличению КИМ, то есть снижаются затраты материала. Выбор штампованной заготовки обеспечивает экономию большого количества металла, а также обеспечивается высокая производительность и точность, соответственно, более низкая себестоимость детали.
3.5 Разработка технологического процесса
Технологический процесс разрабатывался по рекомендациям [1].
При разработке технологического процесса руководствуемся следующими принципами:
Исходными данными для расчета геометрических параметров являются: маршрут обработки детали с изображением операционных эскизов и указанием установочных баз, исходных размеров, технических требований, шероховатости обработанных поверхностей; конфигурации и координации поверхностей исходной заготовки; рабочий чертеж детали.
Данный технологический процесс разработан с учетом особенностей конструкции детали и с учетом технических требований. Деталь
«вал-шестерня» достаточно технологична. Являясь телом вращения, позволяет вести обработку на универсальном оборудовании. Ко всем поверхностям детали при обработке возможен свободный доступ обрабатывающего инструмента.
Разработку технологического процесса изготовления детали начинают с установления плана обработки отдельных поверхностей (рисунок 3.4). Для каждой поверхности необходимо определить пути достижения заданного качества.
Рисунок 3.4 – Схема с обозначенными поверхностями
В таблице 3.1 представлены квалитеты и шероховатости поверхностей чертежных размеров и экономически целесообразные.
Таблица 3.1 – Квалитеты и шероховатости поверхностей
|
№ пов-ти |
Itчерт |
Raчерт |
Форма пов-ти |
Itсправ |
Raсправ |
|
1 |
12 |
1,25 |
плоская |
8 |
1,25-2,5 |
|
2 |
12 |
1,25 |
цилиндрич. |
8 |
1,25-2,5 |
|
3 |
8 |
1,25 |
сложнопроф. |
8 |
0,63-1,25 |
|
4 |
7 |
0,16 |
цилиндрич. |
6 |
0,16-0,32 |
|
5 |
7 |
0,16 |
цилиндрич. |
6 |
0,16-0,32 |
|
6 |
7 |
0,16 |
плоская |
6 |
0,16-0,32 |
|
7 |
12 |
1,25 |
цилиндрич. |
8 |
1,25-2,5 |
|
8 |
12 |
1,25 |
сложнопроф. |
8 |
1,25-2,5 |
|
9 |
7 |
0,16 |
плоская |
6 |
0,16-0,32 |
|
10 |
7 |
0,16 |
цилиндрич. |
6 |
0,16-0,32 |
|
11 |
7 |
0,16 |
цилиндрич. |
6 |
0,16-0,32 |
|
12 |
12 |
1,25 |
плоская |
8 |
1,25-2,5 |
В таблице 3.2 представлены стадии обработки поверхностей детали
вал-шестерня. Штампованную заготовку выбираем с шероховатостью Ra 12,5 и квалитетом It 12.
Таблица 3.2 – Стадии обработки поверхностей детали вал-шестерня
|
Поверхности 1, 12 It 8, Ra 1,25 |
Поверхности 2, 7 It 8, Ra 1,25 |
Поверхности 4, 6, 9, 11 It 6, Ra 0,16 |
Поверхности 5, 10 It 6, Ra 0,16 |
Поверхность 3 It 8, Ra 1,25 |
Поверхность 8 It 8, Ra 1,25 |
|
|
I |
Черновое точение It 10, Ra 3,2 |
Черновое точение It 10, Ra 3,2 |
Черновое точение It 10, Ra 3,2 |
|||
|
II |
Получистовое точение It 8, Ra 1,25 |
Получистовое точение It 8, Ra 1,25 |
Получистовое точение It 8, Ra 1,25 |
Зубофрезерная It 8, Ra 1,25 |
||
|
III |
Чистовое точение It 8, Ra 1,25 |
Чистовое точение It 7, Ra 0,32 |
Чистовое точение It 7, Ra 0,32 |
Шлицефрезерная It 8, Ra 1,25 |
Зубошевинговальная It 8, Ra 1,25 |
|
|
Промывка, цементация и закалка |
||||||
|
IV |
Шлифо-вание It 6, Ra 0,32 |
Шлифование It 6, Ra 0,32 |
Шлицешлифова-ние It 8, Ra 1,25 |
Зубохонинговальная It 8, Ra 1,25 |
||
|
V |
Шлифование It 6, Ra 0,16 |
Шлифование It 6, Ra 0,16 |
Следующим шагом в проектировании технологического процесса изготовления детали является разделение процесса на операции.
При разработке технологических операций необходимо особое внимание уделять выбору баз для обеспечения точности обработки деталей и выполнения технических требований чертежа.
Выбор технологических баз проводят с учетом основных принципов базирования:
- принцип совмещения баз: технологические и конструкторские базы по возможности должны быть совмещены;
- принцип постоянства баз: точность обработки будет более высокой если проводить обработку на одних и тех же базах;
- принцип надежности закрепления: базы должны обеспечивать хорошую устойчивость и надежность установки заготовки.
За технологические базы приняты поверхности центровых отверстий с обоих торцов заготовки, что позволяет обрабатывать почти все наружные поверхности вала на постоянных базах с установкой его в центрах. Форма центрового отверстия для изделий, после изготовления которых необходимость в центровых отверстиях отпадает, изображена на рисунке 3.5.
Рисунок 3.5 – Форма центрового отверстия
При установке и обработке данной заготовки вала в качестве дополнительной опоры, повышающей жесткость технологической системы, применятся люнеты (подвижные и неподвижные).
Использование центров в качестве установочных элементов предусматривает применения того или иного поводкового устройства, передающего крутящий момент заготовке. Такими устройствами являются поводковые патроны, хомутики и т.д.
Основное содержание и объем операций устанавливается, как правило, в пределах одного этапа обработки с учетом технологических возможностей оборудования, что позволяет наиболее рационально использовать средства технологического оснащения. При этом нужно исходить из двух различных принципов: принципа концентрации и принципа дифференциации операций.
Виды обработки отдельных поверхностей заготовки устанавливаются с учетом требуемой точности и шероховатости.
В таблице 3.3 представлен технологический маршрут обработки
вала-шестерни.
Таблица 3.3 – Технологический маршрут обработки вала-шестерни
|
Номер операции |
Наименование и краткое содержание операции |
Технологическая база |
Оборудование |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
005 |
Заготовительная: штампованная заготовка нормальной точности Ra 12,5, It 11 |
- |
- |
|
010 |
Фрезерно-центровальная: фрезеровать торцы 1 и 12, зацентровать с двух сторон |
Ось и торец исходной заготовки |
Фрезерно-центровальный полуавтомат МР73М |
|
015 |
Токарная: точить поверхность 7 и 11, фаски, подрезать торец 9 (Ra 1,25, It 8) |
Ось и торец 12 |
Токарно-винторезный с ЧПУ 16К20Ф3 |
|
020 |
Токарная: точить поверхности 2 и 4, фаски, подрезать торец 6 |
Ось и торец 1 |
Токарно-винторезный с ЧПУ 16К20Ф3 |
|
025 |
Токарная: обточить поверхности 4, 5 и торец 6 (Ra 0,32, It 7) |
Ось и торец 1 |
Токарно-винторезный с ЧПУ 16К20Ф3 |
|
030 |
Токарная обточить поверхность 10,11 и торец 9 (Ra 0,32, It 7) |
Ось и торец 12 |
Токарно-винторезный с ЧПУ 16К20Ф3 |
|
035 |
Шлицефрезерная Фрезеровать поверхность 3 на шлицы с припуском на шлифование (Ra 1,25, It 8) |
Ось вала |
Шлице-фрезерный 5350Б |
|
040 |
Зубофрезерная: фрезеровать зубья 7 (Ra 1,25, It 8), |
Ось вала |
Зубофрезерный полуавтомат 5В312 |
|
045 |
Зубошевинговальная: шевинговать зубья 7 (Ra 1,25, It 8), |
Ось вала |
Зубошевинговальный 5702 |
|
050 |
Промывочная |
Ванна |
|
|
055 |
Контрольная промежуточная |
Контрольный стол |
|
|
060 |
Цементация и закалка: цементировать и калить до 51…56 HRC |
Шахтная электропечь типа ПШЦ 6.12/9 |
|
|
065 |
Правильная: править центра |
||
|
070 |
Шлицешлифовальная. Шлифовать шлицы 3 по внутреннему диаметру (Ra 1,25, It 8) |
Ось вала |
Шлице-шлифовальный3Б450 |
|
075 |
Зубохонинговальная: хонинговать зубья 7 (Ra 1,25, It 8), |
Ось вала |
Зубохонинговальный 5А913 |
|
080 |
Круглошлифовальная: шлифовать поверхности 4,5 торец 6 (Ra 0,16, It 6) |
Ось вала |
Кругло-шлифовальный 3У10В |
|
085 |
Круглошлифовальная: шлифовать поверхности 10,11 торец 9 (Ra 0,16, It 6) |
Ось вала |
Кругло-шлифовальный 3У10В |
|
090 |
Промывочная |
Ванна |
|
|
095 |
Контрольная окончательная |
Контрольный стол |
Выбор режущего инструмента, его вида, конструкции, размеров и материала режущей части в значительной мере определяется методами обработки, формой обрабатываемой поверхности, свойствами материала заготовки, требуемой точностью и характеристиками качества материала поверхностного слоя заготовки.
Контроль параметров детали осуществляется стандартным мерительным инструментом [5].
3.6 Размерный анализ технологического процесса
Главная задача размерного анализа технологического процесса – правильное и обоснованное определение промежуточных и окончательных размеров и допусков на них для обрабатываемой детали. Работа на настроенных станках требует тщательной проработки всех промежуточных размеров с тем, чтобы на заключительных операциях автоматически обеспечивались окончательные размеры. Правильное решение этой задачи обеспечивает теория размерных цепей [4].
Последовательный размерный анализ технологического процесса состоит из разработки размерной схемы технологического процесса, выявления технологических размерных цепей, расчета технологических размерных цепей.
На рисунке 3.6 представлена совмещенная схема обработки
вала-шестерни, а на рисунке 3.7 – граф технологического процесса.
Рисунок 3.6 – Совмещенная схема обработки вала-шестерни
Рисунок 3.7 – Граф технологического процесса
Итак, получены следующие уравнения размерныхх цепей и неравенства допусков:
4)
7)
Допуски составляющих звеньев назначены с учетом экономически целесообразной точности при соответствующих методах обработки. Для «ступенчатых» размеров приняты предельные отклонения по среднему m классу точности по ГОСТ 30893.1-2002 [7].
Значение минимально-необходимого припуска (Zmin) зависит от дефектов поверхностного слоя предшествующей операции. Величины Rz и h зависят от применяемого метода обработки [2].
Zmin ≥ Rz+h,
где Rz – шероховатость, h – дефектный слой.
Приняты следующие значения минимально-необходимых припусков, мм:
.
Решение уравнений:
1)
2)
3)
4)
5)
7)
Послe того, как вычислeны всe линeйныe размeры, нeобходимо провeрить достаточность получeнных припусков:
В результате расчета технологических размеров были получены размеры со стандартными допусками и «нормальными» окончаниями без ужесточений.
3.7 Расчет элементов режима резания и штучного времени при точении
Приведен расчет операции 015 (токарная) – точение штампованной заготовки на станке токарно-винторезном с ЧПУ 16К20Ф3.
Станок предназначен для токарной обработки наружных и внутренних поверхностей деталей типа тел вращения со ступенчатой и криволинейной образующей, позволяет нарезать резьбу; находит широкое применение в единичном, мелкосерийном и серийном производстве.
Характеристики станка:
– Наибольший диаметр обрабатываемой заготовки, мм:
над станиной 400
над суппортом 220
– Наибольшая длина обрабатываемой заготовки, мм 1000
– Наибольшее перемещение суппорта, мм:
продольное 900
поперечное 250
– Число скоростей шпинделя 22
– Пределы частоты вращения шпинделя, об/мин 12,5-2000
– Пределы рабочих подач, мм/мин:
продольная 3-1200
поперечная 1,5-600
– Скорости ускоренных перемещений, мм/мин:
продольных 4800
поперечных 2400
– Шаг нарезаемой резьбы, мм до 20
– Мощность электродвигателя главного привода, кВт 11
– Габаритные размеры станка, мм 3360х1710х1750
– Масса станка, кг 4000
Режущий инструмент для выполнения данной операции - резец проходной левый с главным углом φ=90°; материал режущей части Т15К6, размер державки 16×25 мм.
Глубина резания при параметре шероховатости Ra = 3,2 принята равной t = 1,5 мм.
Подачу s при черновом точении принимают максимально допустимой по мощности оборудования, жесткости системы СПИЗ и прочности режущего инструмента. При глубине резания t = 1,5 мм принята рекомендуемая подача s = 0,6 мм/об.
Скорость резания при наружном продольном и поперечном точении рассчитывают по формуле:
Для конструкционной углеродистой стали при подаче до 0,6 мм принимают:
СV = 290;
x = 0,15
y = 0,35
m = 0,20.
Принят период стойкости инструмента Т = 50 мин.
Поправочный коэффициент KV рассчитывают по формуле:
,
где KМV , KПV , KИV – коэффициенты, учитывающие влияние на скорость резания, соответственно, материала заготовки, состояния поверхности, материала инструмента.
Коэффициент KМV для стали рассчитывают по формуле:
= 610 МПа; Kr = 1,0; nV = 1,0.
KПV = 0,8;
KИV = 1,0.
Таким образом, скорость резания равна V=147,6 м/мин.
Силу резания Н принято раскладывать на составляющие силы, направленные по осям координат станка (тангенциальную Рz, радиальную Рy и осевую Рx). При наружном продольном и поперечном точении эти составляющие рассчитывают по формуле:
Поправочный коэффициент представляет собой произведение ряда коэффициентов, учитывающих фактические условия резания:
Коэффициент КMР учитывает влияние на силовые зависимости качества обрабатываемого материала, коэффициенты – влияние гeомeтричeских параметров рeжущeй части инструмента.
Значения коэффициентов для составляющих силы резания приведены в таблице 3.4. Коэффициент Кр вычислен и также приведен в таблице.
Таблица 3.4 – Коэффициенты, учитывающие фактические условия резания
|
0,75 |
0,75 |
0,75 |
|
|
0,89 |
0,5 |
1,17 |
|
|
1,1 |
1,4 |
1,4 |
|
|
1,0 |
1,0 |
1,0 |
|
|
1,0 |
1,0 |
1,0 |
|
|
0,83 |
0,6 |
1,39 |
Значения коэффициентов, необходимых для расчета составляющих силы резания, приведены в таблице 3.5.
Таблица 3.5 – Значения коэффициента Ср и показателей степени в формулах силы резания при точении
|
300 |
243 |
339 |
|
|
1,0 |
0,9 |
1,0 |
|
|
0,75 |
0,6 |
0,5 |
|
|
-0,15 |
-0,3 |
-0,4 |
Необходимо рассчитать составляющие силы резания:
Мощность резания рассчитывают по формулe:
Мощность резания кВт, что нe прeвышаeт мощности станка, равной 11 кВт. Слeдоватeльно, станок удовлeтворяeт эксплуатационным трeбованиям.
Одним из основных требований при проектировании технологических операций является требование минимума затрат труда на ее выполнение. Критерием оценки трудоемкости является норма штучного времени, мин:
Тшт = То + Твсп + Тобс+ Тп ,
где То – основное (технологическое) время;
Тв – вспомогательное время;
Тобс – время обслуживания рабочего места;
Тп – время перерывов в работе.
Основное время – время непосредственного воздействия инструмента на заготовку, которое рассчитывают по формуле:
Тосн. = .
Частоту вращения шпинделя рассчитывают и корректируют по паспорту станка.
Принята частота вращения шпинделя n=800 об/мин.
Расчетная длина перемещения инструмента L включает длины обрабатываемой поверхности, врезания и выхода инструмента:
L = l + lвр + lвых
Величина врезания резца:
lвр = t·ctgφ;
lвр = 1·ctg90о = 0.
Величина пробега резца:
lвых = (0.2-0.3)·s;
lвых = 0,045мм.
Число рабочих ходов в данном переходе i определяют из отношения припуска на операцию к глубине резания. Снятие напуска на данной операции возможно за 4 рабочих хода для поверхности Ø16,5 и 3 рабочих хода для поверхности Ø62,5.
LØ16,5 = 29,34+0,045 = 29,385 (мм);
То Ø16,5 = 29,385·4 / (0,6·800) = 0,25 (мин);
L Ø62,5 = 22,2+0,045 = 22,245 (мм);
То Ø62,5 = 22,245·3 / (0,6·800) = 0,14 (мин);
То = 0,25 + 0,14 = 0,39 (мин).
Вспомогательное время – затрачиваемое на установку, выверку и снятие заготовки (0,23 мин), на выполнение измерений в процессе обработки
(0,22 мин) [3].
Твспом = 0,23+0,22=0,45 (мин)
Оперативное время – сумма основного и вспомогательного времени:
Топ = То + Твсп = 0,39 + 0,45 ≈ 0,85 (мин)
Время на обслуживание рабочего места и время на личные надобности часто берут в процентах от оперативного времени:
Тобс = (3–8%) Топ;
Тп = (4–9%) Топ;
Тобс + Тп ≈ 10% Топ = 0,1·0,85 = 0,085 (мин).
Тшт = То + Твсп + Тобс;
Тшт = 0,39 + 0,45 + 0,0785 ≈ 0,92 (мин)
Штучное время или время на изготовление партии деталей может быть использовано для сравнения нескольких вариантов выполнения одной операции или нескольких вариантов выполнения технологических процессов и выбора наиболее целесообразного.
Заключение
В данной части дипломного проекта разработан технологический процесс изготовления шлицевого вала-шестерни. Проведен расчет элементов режима резания и штучного времени при точении.
Заполнен комплект документов на технологический процесс, состоящий из маршрутной карты, карты контроля, карты эскизов и операционной карты.
Список использованных источников
6) Технология машиностроения: В 2 кн., под ред. С.Л. Мурашкина. – 2-е изд., доп. – М.: Высш. шк., 2005 г.
7) Харламов Г.А., Тарапанов А.С. Припуски на механическую обработку: Справочник. – М.: Машиностроение, 2006 г.