Разработка технологического процесса изготовления вала
Московский
Автомобильно-дорожный Институт
(
Государственный Технический Университет)
Кафедра
Производства
и ремонта автомобилей и дорожных машин
Курсовая
работа на тему
Разработка
технологического процесса изготовления вала
Выполнил
: Седов А.А
Группа:
4СТ
Проверил:
Пащенко В.А.
МОСКВА
2003
СОДЕРЖАНИЕ
1. Анализ исходных
данных…………………………………………. 2
1.1. Анализ Материала…………………………………………………
2
2. Количественная
оценка выпуска деталей……………………. 3
2.1. Количество
изготавливаемых деталей в год………………. 3
2.2. Размер партии
деталей …………………………………………. 3
3. Выбор исходной
заготовки и методов ее изготовления …. 3
3.1 Расчет варианта
получения заготовки – штамповки…… 4
3.2 Расчет варианта
получения заготовки – из проката……. 5
4. Выбор
технологических баз. ……………………………………… 6
5. Составление
технологического маршрута обработки. ……. 6
6. Разработка
технологических операций. ………………………. 7
6.1. Токарная
операция. №1. Черновое точение. ……………... 7
6.3. Точение проточки.
……………………………………………….. 9
7. Определение норм
времени на обработку. ………………….. 10
7.1. Токарная
операция. №1. Черновое точение. ……………… 10
7.2. Токарная
операция. №3. Точение проточки. ……………... 10
8. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
…………………………………………….. 11
Приложения
- Чертеж детали
…………………………………………… 12
- Чертеж заготовки ……………………………………….
13
- Карта обработки
детали ………………………………. 14
- Маршрутная карта
…………………………………….. 17
1. Анализ
исходных данных
Данная
деталь – вторичный вал , относится к группе цилиндрических изделий . Основное
предназначение вала – передавать крутящий момент. Данный вал ступенчато-переменного
сечения ( имеет 4 ступени ), внутри сплошной . На третьей ступени вала находятся
шлицы прямоугольного профиля с центрированием по наружному диаметру. Допуск
полного радиального биения цилиндрической поверхности наружнего диаметра
шлицев допускается не более 0,08 мм. Масса вала 3 кг.
Высокие
требования по точности предъявляются тем ступеням вала, которые соприкасаются с
подшипниками (цапфам). Нагрузки , воспринимаемыми валом передаются через
опорные устройства – подшипники, устанавливаемыми на цапфах вала, на корпуса,
рамы или станины машин. При серийном производстве заготовок валов
получают методом горячей штамповки.
1.1.
Анализ Материала
Материал
детали - сталь 18Х2Н4ВА
Высококачественная
легированная сталь
Содержит
0,18 % - улерода
2
% - хрома
4% - никеля
1% -вольфрама
А –
обозначает, что сталь высококачественная
2.
Количественная оценка выпуска деталей
2.1.
Количество изготавливаемых деталей в год.
Тк
производственная программа задана количеством деталей, необходимо заданную
программу увеличить только на процент брака.
Ni =
m*
Nm*
( 1 + b/100) = 1 * 400 * ( 1 + 2/100
) = 408 ( [1] , стр 5)
m
- количество одноименных деталей на машине , m=1
Nm – количество изготавливаемых деталей в год , N=400
шт
b
= 2 % - процент возможного брака при обработке заготовок
2.2.
Размер партии деталей
P
= Ni *
t
/ 253 * y
= 408 * 6 / 253 * 1 = 10 шт. ( [1] , стр 5 )
t
=6 , - Количество дней нахождения детали на складе
253 –
Число рабочих дней в году
y
= 1 , - Количество смен работы цеха
На
основании таблицы №1 ( [1] стр 6 ) можно сделать вывод о типе производства – единичное
( Масса детали или заготовки до 200 кг, Число изготавливаемых деталей до
1000 )
3.
Выбор исходной заготовки и методов ее изготовления
В
качестве технических критериев при выборе заготовки принимают материал ( задан
), конфигурацию детали, размер , массу, требуемую точность изготовления итд. В
качестве экономического критерия принимают себестоимость изготовления
заготовки. Т.к материал заготовки сталь (18Х2Н4ВА ) , то способом получения
заготовки может быть Горячая штамповка ( [2] стр 138] или Прутки
из проката .
( [1]
стр 168 )
3.1
Расчет первого варианта получения заготовки –
Горячей
штамповки.
- Определяем
массу детали и массу заготовки
Gдет
= S ср * L дет * g = 1520*250*
7,8 / 1000 = 3 кг
D ср = ( 30*20 +40*60+50*150 +30*20 / 20+60+150+20 ) = 44 мм
S ср = 3,14 * 44 2
/ 4 = 1520 мм2 ; L дет = 20 + 60 + 150 + 20 = 250 мм
g - плотность стали , g =7,8 г/см3
Gзаг
= Gдет/Kисп
= 3 / 0,75 = 4 кг
Kисп
– коэффициент использования металла заготовки
Kисп
= 0,75 ( [1], стр 11 Таблица №2 )
- Расчет
Общей стоимости изготовления детали
Сдет
= Сзаг + С обр – Сотх ( [1], стр 10 )
Сзаг
- затраты на материал и изготовление заготовки
С
обр – затраты на механическую обработку заготовки
Сотх
- стоимость отходов при механической обработки
С
обр = ( Gзаг
– Gдет
)* 0,55 = ( 4 – 3 )* 0,55 = 0,55 руб ( [1], стр 10 )
Gзаг
– масса заготовки , кг
Gдет
– масса детали , кг
0,55
–стоимость механической обработки 1 кг металла , руб ( [1], ст 10 )
Сотх
= ( Gзаг
– Gдет
)* С*отх * 10 = ( 4 – 3 )* 99*10-3
* 10 = 0,99 руб
С*отх
– заготовительная цена 1 тонны стружки
С*отх
= 99*10-3 руб за 1 кг стружки ( [1], стр 12 Таблица №3 )
Сзаг
= Gзаг *
Спр * 10 = 4 * 410*10-3 * 10 = 16,4 руб ( [1], стр 12 )
Спр
– оптовая стоимость заготовки
Спр
= 410*10-3 руб за тонну ( [1], стр 16 Таблица №6 )
Сдет
= Сзаг + С обр – Сотх = 16,4 + 0,55 – 0,99 @ 16 рублей
3.2
Расчет первого варианта получения заготовки – Из проката.
- Определяем
массу детали и массу заготовки
Gдет
= 3 кг
Gзаг
= Gдет/Kисп
= 3 / 0,54 = 5,5 кг
Kисп
– коэффициент использования металла заготовки
Kисп
= 0,54 ( [1], стр
11 Таблица №2 )
- Расчет
Общей стоимости изготовления детали
Сдет
= Сзаг + С обр – Сотх (
[1], стр 10 )
Сзаг
- затраты на материал и изготовление заготовки
С
обр – затраты на механическую обработку заготовки
Сотх
- стоимость отходов при механической обработки
С
обр = ( Gзаг
– Gдет
)* 0,55 = ( 5,5-3 )* 0,55 = 1,375 руб ( [1], стр 10 )
Gзаг
– масса заготовки , кг
Gдет
– масса детали , кг
0,55
– стоимость механической обработки 1 кг металла , руб ( [1], стр 10)
Сотх
= ( Gзаг
– Gдет
)* С*отх * 10 = ( 5,5 -3)* 99*10-3
* 10 = 2,475 руб
С*отх
– заготовительная цена 1 тонны стружки
С*отх
= 99*10-3 руб за 1 кг стружки ( [1], стр 12 Таблица №3 )
Сзаг
= Gзаг *
Спр * 10 = 5,5 * 390*10-3 * 10 = 21,45 руб ( [1], стр
12 )
Спр
– оптовая стоимость заготовки
Спр
= 390*10-3 руб за тонну ( [1], стр 16 Таблица №6 )
Сдет
= Сзаг + С обр – Сотх = 21,45 + 1,375 - 2,475
@ 20 рублей
Из экономических расчётов делаем вывод, что наиболее
экономически целесообразным является изготовление заготовки
методом Горячей штамповки.
- Выбор
технологических баз
Выбор технологических баз зависит от конструкций заготовки и
готовой детали, от применяемого оборудования. За черновую базу берем наружную
поверхность вращения . За чистовую базу принимаем центровые
отверстия и торец.
1 – Черновая база 2- Чистовая база
5.
Составление технологического маршрута обработки
Схема
маршрута определяется в зависимости от конфигурации, размеров, массы, методов
получения заготовки. Последовательность схемы технологической обработки
составляем, руководствуясь тем, что
005 Токарная
Обработка
торцов вала и центрирование детали
010 Токарная
015 Токарная
020 Фрезерование
Нарезание
шлицев
025 Шлифование
Шлифование
шлицев по внешнему диаметру
030 Контроль
Контроль
детали , ее соответствие рабочему чертежу , точности размеров , итд.
6.1.
Токарная операция. №1. Черновое точение.
Предварительный
выбор оборудования. Учитывая требуемую точность и шероховатость поверхности и
размеры детали выбираем Токарно-Винторезный станок 16М63БФ101 ( мах диаметр обрабатываемой
детали 650 мм, наибольшая длина обрабатываемой поверхности 2800 мм, частота
вращения шпинделя 12,5-1600 об/мин , мощность 11 кВт.
Инструмент
Резец
проходной прямой с пластинами из твердого сплава по
(ГОСТ
18878-73) ( Т15К6) h=25 мм , B=
15 мм, L=140
мм, R=1,0
мм
Расчеты
А) Выбираем
глубина резания для чернового точения, t = 2 мм
0,8 –
слой металла, оставленный на токарную операцию №2 (Чистовое)
Б)
Подача, допускаемая твердостью пластин из твердого сплава резца при точении
высоколегированной стали выбираем S0 =
0,5 ( мм/об )
В)
Скорость резания находим по формуле
V
= Kv
* Сv
/(Tm
* t x *
Sy)
Сv,
x
, y,
m
– коэффициенты для определения скорости
m
= 0,2 ; x
= 0,15 ; y = 0,35 ; Cv
= 350 ( табл 17 стр 269)
Kv - Поправочный коэффициент
Kv
= Kmv
* Knv
* Kuv
= 0,8 * 1,0 * 1,0 = 0,64
Kmv – учитывает влияние физико-механических свойств на Vрез
Kmv
= Kг* ( 750/Gв )Nv
= 0,8
Knv
= 0,8 учитывает влияние состояния поверхности заготовки на Vрез
Kuv = 1,0 учитывает влияние инструментального материала
V = Kv
* Сv /(Tm * t x
* Sy) = 0,64 *350 /( 450,2 * 20,15 * 0,50,35
) =120 мм/мин
2)
Сила резания
Pz
= 10* Cp *
tx
* S y *
Vn
* Kр
Kp= Kmp
* Ky * Kфиp * Kyp
* Krp
Kmp
= (Gв
/750 )Nv – учитывет качество обрабатываемого материала
Ky , Kфи
, Kn
, Kp
– учитывают
параметры режущей части инструмента
Kp
= 0,85 ; Nv = 0,75 ; Kфиp =
1,0 ; Kyp = 1,0 ; Kmp = 0,85
Cp
= 300; x = 1,0 ; y = 0,75 ; n = -0,15 (табл 22 стр 273)
Pz
= 10* 300 * 21 *0,5 0,75 * 120-0.15
*0,85 = 1740 H
3)
Мощность резания
N=
Pz
* V
/ 1020 *60 = 1740*120 /1020*60 = 3,41 кВт
6.3.
Точение проточки. ( Черновое точение )
Проводим
технологическую оптимизацию размеров данной детали. Изменяем ширину проточки с
2 мм до 3 мм , из за отсутствия в цеху отрезного резца, который мог бы
обеспечить данный размер ( 2мм ).
Выбираем
Токарно-Винторезный станок 16М63БФ101 ( мах диаметр обрабатываемой детали 650
мм, наибольшая длина обрабатываемой поверхности 2800 мм, частота вращения
шпинделя 12,5-1600 об/мин , мощность 11 кВт
Инструмент
Резец
отрезной из твердого сплава по (ГОСТ 18884-73)
h=16
мм , B=
10 мм, L=100
мм ; D=
30 мм ; l= 3 мм
Расчеты
А)
Выбираем глубина резания t = 1,8 мм
Б)
Подача, допускаемая твердостью пластин из твердого сплава резца при точении
высоколегированной стали выбираем при t = 1,8
мм
Sверт
= 0,12 ( мм/об ) ; Sгор =
0 ( мм/об )
В)
Скорость резания находим по формуле
V
= Kv
* Сv
/(Tm *
Sy)
Сv,
x
, y,
m
– коэффициенты для определения скорости
m
= 0,2; y
= 0,8 ; Cv
= 47 ( табл 17 стр 269 Отрезание )
Kv - Поправочный коэффициент
Kv
= Kmv
* Knv
* Kuv
= 0,8 * 0,8
* 1,0 = 0,64
Kmv – учитывает влияние физико-механических свойств на Vрез
Kmv
= Kг*
( 750/Gв
)Nv = 0,8
Knv
= 0,8 учитывает влияние состояния поверхности заготовки на Vрез
Kuv = 1,0 учитывает влияние инструментального материала
V
= Kv
* Сv
/(Tm
* Sy)
= 0,64 *47 * ( 450,2 * 0,120,8 ) = 79 мм/мин
([2] 268)
2)
Сила резания
P
= 10* Cp *
tx
* S y *
Vn
* Kр
; Kp=
Kmp * Ky * Kфиp
* Kyp
* Krp
Kmp
= (Gв
/750 )Nv – учитывет качество обрабатываемого материала
Ky , Kфи
, Kn
, Kp
– учитывают
параметры режущей части инструмента
Kp
= 0,85 ; Nv = 0,75 ; Kфиp =
1,0 ; Kyp = 1,0 ; Kmp = 0,85
Cp
= 408; x = 0,72 ; y = 0,8 ; n = 0 (табл 22 стр 273)
Pz
= 10* 408* 1,80,72
*0,1 0,8 * 1110 * 0,85
= 840 H
Px
= 10* 173* 1,80,73
*0,12 0,67 * 950 *0,85 = 603
H
3)
Мощность резания
Nz=
P
* V
/ 1020 *60 = 840*111 /1020*60 = 1,7 кВт
Nx=
P
* V
/ 1020 *60 = 603 * 95 /1020*60 = 1,01 кВт
7.
Определение норм времени на обработку.
7.1.
Токарная операция. №1. Черновое точение.
Т шт.кал
= t0
* ( 1+ (K2+K3)/K1)
) ( [1] стр 23 )
K1,K2,K3-
коэффициенты , учитывающие в % затраты на основное, вспомогательное время и
время на прочие затраты ( [1] стр 24 табл 7)
t0
– основное время , t0
= i*
L
/S*n
= 1* 25 / 0,5*1303 = 0,039 мин
n=
1000*V/3,14*D
= 1000* 120/3,14*30 = 1303 об/мин
I
– число проходов инструмента , I= 1
L-
длина обрабатываемой поверхности , L= l + lпер+ lвр
L=
20 + 1,5 + 2 + 1,5* = 25 мм (* [3] стр 153 Таблица П11.6)
Т
шт.кал = t0
* ( 1+ (K2+K3)/K1)
) = 0,039* (1 +55/50) = 0,10 мин
7.2.
Токарная операция. №1. Чистовое точение.
Т
шт.кал = t0 * (
1+ (K2+K3)/K1)
) ( [1] стр 23 )
K1,K2,K3-
коэффициенты , учитывающие в % затраты на основное, вспомогательное время и
время на прочие затраты
( [1] стр 24 табл 7)
K1=40
; K2=30
; K3=
25
t0
– основное время ,
t0
= i* L /S*n = 2 * 23/ 0,2 * 1592 = 0, 15 мин
( [1] стр 23 )
n=
1000 * V/3,14
* D
= 1000 * 150/ 3,14 * 30 = 1592 об/мин
I– число
проходов инструмента , I= 2
L-
длина обрабатываемой поверхности , L= l + lпер+ lвр
L=
20 + 1,0 + 0,5 + 1,5* = 23 мм (* [3] стр 153 Таблица П11.6)
Т
шт.кал = t0
* ( 1+ (K2+K3)/K1)
) = 0,15* (1 +55/50) = 0,37 мин
7.3.
Токарная операция. №3. Точение проточки.
K1=40
; K2=30
; K3=
25 ( стр 24 табл 7 [1] )
t0
– основное время , t0
= i*
L
/S*n
= 1* 4,5/ 0,1 * 636 = 0,1 мин
L-
длина обр поверхности , L= l + lпер+ lвр
= 2,5 + 0 + 2 = 4,5 мм
Т
шт.кал = t0
* ( 1+ (K2+K3)/K1)
) = 0, 1 * (1 + 55/40)= 0,24 мин
Технологический
процесс
1. Операция № 1 .
Токарная
1.1.Токарная №1.1.
Цель
- Точить торец ( поверхность № 12 ) и сверлить центровочное отверстие
Станок
- Токарно-винторезный станок 1М63БФ101
Резец
- проходной прямой из пластин из твердого сплава по ГОСТ 18878-73
Сверло - сверло
короткой серии с цилиндрическим хвостовиком по ГОСТ 4010-77
1.2.Токарная №1.2.
Цель
- Точить торец ( поверхность № 1 ) и сверлить центровочное отверстие
Станок
- Токарно-винторезный станок 1М63БФ101
Резец
- проходной прямой из пластин из твердого сплава по ГОСТ 18878-73
Сверло
- сверло короткой серии с цилиндрическим хвостовиком по ГОСТ 4010-77
2. Операция
№ 2 . Токарная
2.1. Токарная № 2.1.
Цель
- Точить поверхности № 11 , №10 , № 9 , №
8 ,
№
7
Станок
- Токарно-винторезный станок 1М63БФ101
Резец - проходной
прямой из пластин из твердого сплава по ГОСТ 18878-73
2.2.Токарная №
2.2.
Цель
- Точить поверхности № 2 , № 3 , № 4 , №
5
Станок
- Токарно-винторезный станок 1М63БФ101
Резец
- проходной прямой из пластин из твердого сплава по ГОСТ 18878-73
3. Операция
№ 3 . Токарная
Цель
- Точение проточки (поверхность № 6 )
Станок
- Токарно-винторезный станок 1М63БФ101
Резец
- отрезной из твердого сплава по ГОСТ 18884-73
4. Операция
№ 4 . Фрезерование
Цель
- Нарезание шлицев ( поверхность № 8 )
Станок
- 5303В – зубофрезерный полуавтомат
Фреза
- шлицевая фреза цельная насадочная по ГОСТ 2679-73
5. Операция
№ 5 . Шлифование
Цель
- Шлифование шлицев по наружнему диаметру ( поверхность № 8 )
Станок
- 3М150 – кругло-шлифовальный станок
Инструмент
- шлифовальный круг прямого профиля с зернистостью М50
6. Операция
№ 6 . Контроль
1-
торец слева,2-фаска 3 –кусок вала слева (d=30
L=20)
4- фаска 5- след кусок вала (D=40 ,
L=60)
6- проточка (3*2 мм) 7 –фаска 8- след кусок (3-ий) шлицы (6шт) (D=49
, L=150 ) 9-фаска , 10-4-ый
кусок в (d=30 L=20)
11-фаска 12-торец
- Операция
№ 1 . Токарная
1. Точить
торец ( поверхность № 12 ) и сверлить центровочное отверстие
2. Точить
торец ( поверхность № 1 ) и сверлить центровочное отверстие
2.
Операция № 2 . Токарная
1.Точить поверхности № 11 , №10 , № 9 ,
№ 8 ,
2. Точить поверхности № 2 , № 3 , № 4 ,
№ 5 , N 7
3.
Операция № 3 . Токарная
1. Точение проточки (поверхность
№ 6 )
4.
Операция № 4 . Фрезерование
1.
Нарезание шлицев ( поверхность № 8 )
5.
Операция № 5 . Шлифование
1.
Шлифование шлицев по наружнему диаметру ( поверхность № 8 )
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- А. Я. Суриков,
В.А. Петров
«Методические
указания к выполнению курсового проекта по технологии машиностроения» Москва ,
2000 г.
- Н.Н. Митрохин
«
Основы технологии производства и ремонта автомобилей» , часть первая
«Технологии машиностроения» , Москва 2002