Разработка технологического процесса изготовления вала

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.

N_i = m* N_m* ( 1 + b/100) = 1 * 400 * ( 1 + 2/100 ) = 408   ( [1] , стр 5)

m -  количество одноименных деталей на машине , m=1

N_m – количество изготавливаемых деталей в год  , N=400 шт

b = 2 % - процент возможного брака при обработке заготовок

2.2. Размер партии деталей

P = N_i * 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. 

1. Определяем массу детали и массу заготовки

G_дет = 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

G_заг = G_дет/K_исп = 3 / 0,75 = 4  кг

K_исп – коэффициент использования металла заготовки

K_исп = 0,75     ( [1], стр 11 Таблица №2 )

1. Расчет Общей стоимости изготовления детали

С_дет = С_заг  +  С _обр – С_отх      ( [1], стр 10 )

С_заг  - затраты на материал и изготовление заготовки

С _обр – затраты на механическую обработку заготовки

С_отх  - стоимость отходов при механической обработки

С _обр = ( G_заг – G_дет )* 0,55 = ( 4 – 3 )* 0,55 = 0,55  руб  ( [1], стр 10 )

G_заг – масса заготовки , кг

G_дет – масса детали , кг

0,55 –стоимость механической обработки 1 кг металла , руб ( [1], ст 10 )

С_отх  = ( G_заг – G_дет )* 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 )

С_заг  =  G_заг * С_пр * 10 = 4 * 410*10^-3 * 10 = 16,4  руб  ( [1], стр 12 )

С_пр – оптовая стоимость заготовки   

С_пр = 410*10^-3 руб за тонну ( [1], стр 16 Таблица №6 )

С_дет = С_заг  +  С _обр – С_отх = 16,4 + 0,55 – 0,99  @ 16 рублей

3.2 Расчет первого варианта получения заготовки – Из проката.

1. Определяем массу детали и массу заготовки

G_дет = 3 кг

G_заг = G_дет/K_исп = 3 / 0,54 = 5,5  кг

K_исп – коэффициент использования металла заготовки

K_исп = 0,54    ( [1], стр 11 Таблица №2 )

1. Расчет Общей стоимости изготовления детали

С_дет = С_заг  +  С _обр – С_отх         ( [1], стр 10 )

С_заг  - затраты на материал и изготовление заготовки

С _обр – затраты на механическую обработку заготовки

С_отх  - стоимость отходов при механической обработки

С _обр = ( G_заг – G_дет )* 0,55 = ( 5,5-3 )* 0,55 = 1,375  руб  ( [1], стр 10 )

G_заг – масса заготовки , кг

G_дет – масса детали , кг

0,55 – стоимость механической обработки 1 кг металла , руб ( [1], стр 10)

С_отх  = ( G_заг – G_дет )* 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 )

С_заг  =  G_заг * С_пр * 10 = 5,5 * 390*10^-3 * 10 = 21,45 руб     ( [1], стр 12 )

С_пр – оптовая стоимость заготовки   

С_пр = 390*10^-3 руб за тонну ( [1], стр 16 Таблица №6 )

С_дет = С_заг  +  С _обр – С_отх = 21,45 + 1,375 - 2,475  @ 20  рублей

Из экономических расчётов делаем вывод, что наиболее экономически целесообразным является изготовление заготовки

 методом Горячей штамповки.

1. 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 = K_v * С_v /(T^m * t ^x * S^y)

Сv, x , y, m – коэффициенты для определения скорости

m = 0,2 ; x = 0,15 ; y = 0,35 ; Cv = 350 ( табл 17 стр 269)

K_v - Поправочный коэффициент

K_v = K_mv * K_nv * K_uv = 0,8 * 1,0 * 1,0 = 0,64

K_mv – учитывает влияние физико-механических свойств на Vрез

K_mv = Kг* ( 750/Gв )^N_v = 0,8

K_nv = 0,8 учитывает влияние состояния поверхности заготовки на Vрез

K_uv = 1,0 учитывает влияние инструментального материала

V = K_v * С_v /(T^m * t ^x * S^y) = 0,64 *350  /( 45^0,2 * 2^0,15 * 0,5^0,35 ) =120 мм/мин

2) Сила резания

P_z = 10* C_p * t^x * S ^y * Vⁿ * Kр

Kp= K_mp * K_y * K_фиp * Kyp * Krp

K_mp =  (Gв /750 )^N_v  – учитывет качество обрабатываемого материала

K_y  , K_фи , Kn , Kp – учитывают параметры режущей части инструмента

K_p = 0,85 ; N_v = 0,75 ; K_фиp = 1,0 ; Kyp = 1,0 ; K_mp =  0,85

Cp = 300; x = 1,0  ; y = 0,75 ; n = -0,15 (табл 22 стр 273)

P_z = 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

S_верт =  0,12 ( мм/об ) ; S_гор =  0 ( мм/об )

В) Скорость резания находим по формуле

V = K_v * С_v /(T^m * S^y)

Сv, x , y, m – коэффициенты для определения скорости

m = 0,2; y = 0,8 ; Cv = 47 ( табл 17 стр 269 Отрезание )

K_v - Поправочный коэффициент

K_v = K_mv * K_nv * K_uv = 0,8 * 0,8 * 1,0 = 0,64

K_mv – учитывает влияние физико-механических свойств на Vрез

K_mv = Kг* ( 750/Gв )^N_v = 0,8

K_nv = 0,8 учитывает влияние состояния поверхности заготовки на Vрез

K_uv = 1,0 учитывает влияние инструментального материала

V = K_v * С_v /(T^m * S^y) = 0,64  *47  * ( 45^0,2 * 0,12^0,8  ) = 79 мм/мин ([2] 268)

2) Сила резания

P = 10* C_p * t^x * S ^y * Vⁿ * Kр         ;   Kp= K_mp * K_y * K_фиp * Kyp * Krp

K_mp =  (Gв /750 )^N_v  – учитывет качество обрабатываемого материала

K_y  , K_фи , Kn , Kp – учитывают параметры режущей части инструмента

K_p = 0,85 ; N_v = 0,75 ; K_фиp = 1,0 ; Kyp = 1,0 ; K_mp =  0,85

Cp = 408; x = 0,72  ; y = 0,8 ; n = 0  (табл 22 стр 273)

Pz = 10* 408* 1,8^0,72 *0,1 ^0,8  * 111⁰ * 0,85 =  840 H

Px = 10* 173* 1,8^0,73 *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 + l_пер+ l_вр

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 + l_пер+ l_вр

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 + l_пер+ l_вр  = 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

1. 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

1. А. Я. Суриков, В.А. Петров

 «Методические указания к выполнению курсового проекта по технологии машиностроения» Москва , 2000 г.

1. Н.Н. Митрохин

« Основы технологии производства и ремонта автомобилей» , часть первая «Технологии машиностроения» , Москва 2002