Разработка технологического процесса изготовления шпинделя
Введение
Цель курсового проектирования по технологии машиностроения -
научится правильно применять теоретические знания, полученные в процессе учебы,
использовать свой практический опыт работы на машиностроительных предприятиях
для решения профессиональных технологических и конструкторских задач.
К мероприятиям по разработке новых прогрессивных
технологических процессов относится их автоматизация, на ее основе
проектируется высокопроизводительное технологическое оборудование,
осуществляющее рабочие и вспомогательные процессы без непосредственного участия
человека.
В соответствии с этим решаются следующие задачи:
Расширение, углубление, систематизация и закрепление
теоретических знаний и применение их для проектирования прогрессивных
технологических процессов изготовления деталей, включая проектирование средств
технологического оснащения.
В курсовом проекте должна отображаться экономия затрат труда,
материала, энергии. Решение этих вопросов возможно на основе наиболее полного
использования возможностей прогрессивного технологического оборудования и
оснастки, создания гибких технологий.
Различные материалы обрабатывают для получения нужных
предметов. Придание материалу необходимых размеров, формы, свойств достигается
многими видами обработки.
Обработка металлов режущими инструментами на станках в
современном машиностроительном производстве занимает одно из главных мест в
технологическом процессе изготовления изделий. Работа таких инструментов
основана на использовании режущего клина. Клин, состоящий из двух поверхностей,
сходящихся в острую кромку, может перемещаться относительно обрабатываемого
куска металла-заготовки так, что одна поверхность клина будет давить на
заготовку, а кромка разделять заготовку на две части, меньшая из которых будет
деформироваться, превращаясь в стружку. Такой процесс называется резанием.
Взаимное перемещение режущего клина и заготовки осуществляется в металлорежущем
станке, где инструмент или заготовка может устанавливаться в дополнительные
устройства, приспособления. Получение новых поверхностей путём деформирования
поверхностных слоёв материала с образованием стружки называется обработка
резанием.
При обработке металлов резанием в среднем 20% его
превращается в стружку, поэтому опережающее развитие получают процессы
изготовления деталей с малыми отходами (точное литьё, обработка давлением).
Однако обработка металла резанием инструментами особенно при изготовлении
высококачественных деталей является одним из главных средств в машиностроении.
Предусмотрено дальнейшее расширение производства
металлообрабатывающего инструмента, особенно с применением природных и
синтетических алмазов и других сверхтвёрдых сплавов и материалов, а так же
режущего и вспомогательного инструмента к станкам с ЧПУ и к автоматическим
линиям. Наша промышленность выпускает все виды лезвийного, абразивного и
алмазного инструмента для всех отраслей народного хозяйства.
В современных методах механической обработки металлов заметны
следующие тенденции:
1 обработка заготовок с малыми припусками, что приводит
к экономии металлов и увеличении доли отделочных операций;
2 широкое применение методов упрочняющей обработки без
снятия стружки путем накатывания роликами и шариками обдувки дробью,
дорнирования, чеканки и т.п.;
применение многоинструментальной обработки взамен
одноинструментальной и многолезвийного режущего инструмента вместо
однолезвийного;
4 возрастания скоростей резания и подач;
5 увеличение части работ, выполняемых на автоматических
и полуавтоматических станках, роботизированных комплексов с применением систем
программного управления;
6 широкое проведение модернизации металлорежущего
оборудования;
использование быстродействующих и многоместных
приспособлений для закрепления заготовок и механизмов при автоматизации
универсальных металлорежущих станков;
изготовление деталей из специальных и жаростойких
сплавов, обрабатываемость которых значительно хуже, чем обычных металлов;
участие технологов в разработке конструкции машин
для обеспечения их высокой технологичности.
Более рационально получать сразу готовую деталь, минуя стадию
заготовки. Это достигается применением точных методов литья и обработки
давлением, порошковой металлургией. Эти процессы более прогрессивны, и они
будут все шире внедряться в технику.
1. Технологический раздел
1.1 Назначение и технологические требования к
конструкции изготавливаемой детали
Шпиндель металлорежущего станка - одна из наиболее
ответственных деталей. Качество изготовляемых деталей в значительной степени
зависят от качества шпинделя и его опорных шеек, жёсткости шпинделя и стабильности
его положения в опорах.
Основное назначение шпинделя станка - сообщать обрабатываемой
заготовке или режущему инструменту вращательное движение с определёнными
угловой скоростью и крутящим моментом. В современных станках они очень высокие,
поэтому к качеству изготовления как самого шпинделя, так и шпиндельного узла с
его опорами в целом предъявляются высокие требования.
Допуски овальности и конусообразности для станков нормальной
точности не должны превышать 50% допуска диаметральных размеров шеек. Так,
отклонение от круглости опорных шеек в зависимости от диаметра шпинделя для
станков нормальной точности 4,0…1,2 мкм, а для современных прецизионных станков
- 0,3…0,5 мкм. Допустимая конусообразность 1,25…3,0 мкм.
Для шпинделей с резьбой, на которую навёртывают установочные
опорные кольца, следует устанавливать допустимые отклонения от соосности резьбы
с опорными шейками подшипников. Для станков нормальной точности они не
превышают 0,025 мм. Это необходимо для того, чтобы при монтаже шпиндельного
узла избежать перекоса колец шариковых и роликовых подшипников, так как
установочные гайки при большом биении будут нажимать на подшипник одной
стороной. Для этого и ограничивается биение торца опорной гайки. При плотно
навёрнутой гайке на шпиндель торцовое биение не должно превышать 0,025 мм на
радиусе 50 мм.
Шероховатость поверхности и твёрдость опорных шеек, особенно
для шпинделей, работающих в подшипниках скольжения, влияют на стабильность
положения шпинделя при эксплуатации станка. По этим параметрам точности к
шпинделям предъявляют также очень высокие требования.
Выбор материала для шпинделя определяются типом станка и
условиями работы шпинделя. Шпиндели, работающие на опорах скольжения, должны
обладать не только высокими прочностью и жёсткостью, но и высокой
износостойкостью.
По заданию деталь шпиндель изготовлена из стали 38Х2МЮА ГОСТ
1133-71. Химический состав, механические, физические и технологические свойства
стали приведены в таблице 1-2.
Таблица 1 - Химический состав стали 38Х2МЮА ГОСТ 1133-71
Содержание
элементов*, %
|
С
|
Al
|
Mo
|
Si
|
Mn
|
Cr
|
Cu, Ni не более
|
0,35-0,42
|
0,70-1,10
|
0,15-0,25
|
0,20-0,45
|
0,30-0,60
|
1,35-1,65
|
0,30
|
*P, S не более 0,025
Таблица 2. - Механические свойства стали 38Х2МЮА ГОСТ 1133-71
σв, МПа
|
σ0,2, МПа
|
δ5, %
|
ψ, %
|
HB
|
600
|
450
|
14
|
50
|
250-300
|
По заданию требуется, чтобы твёрдость стали была 45-55 HRC.
Для этого требуется провести термообработку. Закалку ТВЧ и средний отпуск 4500С.
После закалки структурой стали будет, является мартенсит закалки. После отпуска
структура стали - тростит.
1.2 Определение типа производства
В зависимости от размера производственной программы,
сложности и трудоемкости изготовляемых деталей различают три типа производства:
единичное, серийное, массовое. Условно можно отнести к тому или иному типу
производства обработку деталей заданного типа на основании таблицы 3 [2].
Таблица
3 - Типы производства
Тип
производства
|
Количество
обрабатываемых деталей в год
|
|
крупных более
20 кг
|
средних от 5 до
20 кг
|
Мелких менее 5
кг
|
Единичное
|
до 5
|
до 10
|
до 100
|
Серийное
|
от 5 до 1000
|
от 10 до 5000
|
от 100 до 50000
|
Массовое
|
свыше 1000
|
свыше 5000
|
свыше 50000
|
Определим массу детали по формуле
m = r×V, (1)
где m - масса детали, кг;
r - плотность чугуна, кг/м³;
V - объем детали, м³.
Для серого чугуна стали r = 7,8×103 кг/м³.
Объем детали:
Итак, объем шпинделя составил 0,004043 м³.
Тогда масса шпинделя:
m = 7,1×103×0,004043≈ 31,55 кг.
По таблице 3 определим тип производства. Так как масса детали
более 20 кг и производственная программа 4950 деталей, то тип производства -
массовое.
При массовом производстве на оборудовании непрерывно
обрабатываются или изготавливаются детали заданного типоразмера в течение
длительного времени.
1.3 Выбор и экономическое обоснование метода
получения заготовки
Определение припусков табличным методом
Определение припусков табличным методом будем проводить по
ГОСТ 7505-89. Для сравнения рассчитаем припуски для поковки.
Класс точности поковки: Т2.
Группа стали: М².
Степень сложности: С3.
Конфигурация поверхности разъема штампа: П - плоская.
Исходный индекс: 13.
Смещение по поверхности разъема штампа: 0,8 мм.
Изогнутость и отклонения от прямолинейности и плоскостности:
1,2 мм.
Минимальная величина радиусов закругления наружных углов
поковки в зависимости от глубины полости ручья штампа: 3,0 мм.
Допускаемая величина смещения по поверхности разъема штампа:
0,8 мм.
Штамповочные уклоны: 3°.
Найдем основные припуски на механическую обработку и
допускаемые отклонения линейных размеров поковок (таблицы 4,5).
Таблица 4 - Основные припуски на механическую обработку
Номинальные
размеры, мм
|
Горизонтально-ковочные
машины, мм
|
Ø 75
|
2,0
|
Ø 80
|
2,0
|
Ø 85
|
2,0
|
Ø 90
|
2,0
|
Ø 95
|
2,0
|
Ø 108
|
2,2
|
Ø 170
|
2,5
|
Ø 103
|
2,2
|
936
|
3,3
|
Таблица 5 - Допускаемые отклонения линейных размеров поковок
Номинальные
размеры, ммГоризонтально-ковочные машины, мм
|
|
Ø 75
|
+1,6 -0,9
|
Ø 80
|
+1,6 -0,9
|
Ø 85
|
+1,6 -0,9
|
Ø 90
|
+1,6 -0,9
|
Ø 95
|
+1,6 -0,9
|
Ø 108
|
+1,8 -1,0
|
Ø 170
|
+2,1 -1,1
|
Ø 103
|
+1,8 -1,-
|
936
|
+3,0 -1,5
|
При сравнении возможных методов получения заготовки для вновь
проектируемого технологического процесса изготовления детали рассматриваемые
варианты могут отличаться только технологией получения заготовки, но не
механической обработкой. В этом случае для выбора метода получения заготовки
достаточно оценить её себестоимость для каждого варианта и выбрать тот вариант,
для которого себестоимость меньше. В противном случае при выборе метода
получения заготовки необходимо для каждого варианта оценить суммарную
себестоимость получения заготовки и отличающихся операций механической
обработки.
Стоимость заготовок, получаемых горячей штамповкой различными
методами, можно определить по формуле:
, (2)
где Ci -
базовая стоимость 1 кг заготовок, руб.;
КТ -
коэффициент, зависящий от класса точности;
КС -
коэффициент, зависящий от степени сложности;
КВ -
коэффициент, зависящий от массы;
КМ -
коэффициент, зависящий от марки материала;
Кn -
коэффициент, зависящий от объёма производства заготовок;- масса
заготовки, кг;- масса готовой детали, кг;отх - цена 1 кг
отходов, руб.
Экономический эффект для сопоставления способов получения
заготовок, при которых технологический процесс механической обработки не
меняется, может быть рассчитан по формуле:
, (3)
где Ззаг i-стоимость
заготовок, изготавливаемых сравнительными методами; - годовой выпуск
заготовок, шт.
Уровень технологичности каждого из методов получения
заготовки может быть укрупнено оценен по коэффициенту использования материала:
, (4)
Выполним расчёт стоимости заготовок, получаемых двумя различными
методами по формулам (2) - (4) и полученные данные сведём в таблицу:
Таблица 6 - Сопоставление вариантов технологического процесса
получения заготовок
Вид заготовки
|
Закрытые штампы
|
Штамповка в
горизонтально-ковочной машине
|
Степень
сложности
|
3
|
3
|
Класс точности
|
Т2
|
Т4
|
Масса готовой
детали, кг
|
31,54
|
31,54
|
Масса
заготовки, кг
|
51,22
|
55,95
|
Стоимость 1 кг
заготовок, принятых за базу, руб.
|
560
|
570
|
Стоимость 1 кг
стружки, руб.
|
42
|
42
|
КТ
|
0,85
|
0,85
|
КМ
|
1,18
|
1,18
|
КС
|
1,0
|
1,0
|
КВ
|
0,80
|
0,80
|
Кn
|
0,80
|
0,80
|
Стоимость
заготовки по формуле (4), руб.
|
17585,76
|
19446,57
|
Коэффициент
использования материала
|
0,62
|
0,56
|
Экономический
эффект
|
9211009
|
Вывод: штамповка в закрытые штампы экономически эффективнее,
поэтому мы выбираем ее для изготовления шпинделя.
Расчет припусков аналитическим методом
Рассчитаем припуски на механическую обработку поверхности
ходового винта диаметром 85h7.
Величины Rz и h определяем по таблицам [3] для каждого
технологического перехода.
Погрешность установки заготовки ε = 500 мкм [3]. Остаточная погрешность установки при чистовом точении
ε = 0,04×500 = 30 мкм.
Величина расчетного припуска определяется по формуле
Zmin = 2 (Rz(i-1) + hi-1 +[Δi-1²+εi ²]1/2) (5)
Значения Zmin по операциям (переходам) обработки
составляют:
– шлифование получистовое: Zmin ≈ 84
мкм;
– точение чистовое: Zmin≈ 380 мкм;
– точение черновое: Zmin = 2110 мкм.
Расчетные размеры по операциям (переходам) механической
обработки составят:
– шлифование получистовое - 84,965 мм;
– точение чистовое - 84,965+0,084=85,049 мм;
– точение черновое - 85,049+0,380=85,429 мм;
– заготовка - 85,429+2,110=87,539 мм.
Результаты расчетов сводим в таблицу 7.
В графе «Предельные размеры» значения «min» получаем путем
округления расчетных размеров до точности допуска соответствующего перехода.
Значения «max» получаем прибавлением допусков соответствующих переходов к
наименьшим предельным размерам.
Минимальные предельные значения припусков Zmin
получаем как разницу наименьших предельных размеров предшествующего и
выполняемого переходов, а максимальное Zmax - соответственно
разности наибольших предельных размеров.
Графическая схема расположения припусков приведена на рисунке
1.
Таблица 7 - Результаты расчета припусков аналитическим
методом
Технологические
операции и переходы обработки
|
Элементы
припуска, мкм
|
Расчетный
припуск Zmin, мкм
|
Расчетный размер,
мм
|
Допуск Т(δ),
мкм
|
Предельный
размер, мм
|
Предельные
значения припусков, мм
|
|
Rz
|
T(h)
|
ρ
|
ε
|
|
|
|
min
|
max
|
min
|
max
|
Заготовка
|
250
|
300
|
72
|
-
|
-
|
87,539
|
1400
|
87,539
|
88,939
|
-
|
-
|
Черновое
точение
|
80
|
80
|
4,32
|
500
|
2110
|
85,429
|
350
|
85,429
|
85,779
|
2,11
|
3,16
|
Чистовое точение
|
20
|
20
|
2,88
|
30
|
380
|
85,049
|
54
|
85,049
|
85,103
|
0,38
|
0,676
|
Получистовое
шлифование
|
5
|
5
|
1,8
|
-
|
84
|
84,965
|
35
|
84,965
|
85
|
0,084
|
0,103
|
Итого:
|
2,574
|
3,939
|
Рисунок 1 - Схема расположения припусков на обработку поверхности
85h7
1.4 Разработка технологического процесса
Структурная схема технологического процесса
Рисунок 2 - Структурная схема технологического процесса
Выбор и описание технологического оборудования
Механическая обработка детали состоит из фрезерной,
координатно-расточной и плоскошлифовальной операций. Основываясь на габаритных
размерах и форме детали, форме поверхностей и их взаимном расположении,
технических требованиях и точности размеров, шероховатости обрабатываемых
поверхностей, выберем станки для проведения операций.
Выберем токарно-винторезный станок 16К20. Технические
характеристики станка 16К20 приведены в таблице 8 [4].
Таблица 8 - Технические характеристики станка 16К20
Показатель
|
Характеристика
|
Наибольший
диаметр обрабатываемой детали, мм
|
415
|
Расстояние
между центрами, мм
|
1000
|
Число ступеней
вращения шпинделя
|
22
|
Частота
вращения шпинделя, об/мин
|
12,5-1600
|
Число ступеней
подач шпинделя
|
42
|
Подача
суппорта, мм/об продольная: поперечная:
|
0,05 - 4,16
0,035-2,08
|
Мощность
главного электродвигателя, кВт
|
10
|
КПД станка
|
0,75
|
Наибольшая сила
подачи механизмом подачи, Н
|
600
|
Станок
|
16К20
|
Наибольший
диаметр обрабатываемой детали, мм
|
415
|
Расстояние
между центрами, мм
|
1000
|
Число ступеней
вращения шпинделя
|
22
|
Выбираем круглошлифовальный станок 3У142. Технические
характеристики станка 3У142 приведены в таблице 9 [3].
Таблица 9 - Технические характеристики станка 3У142
Показатель
|
Характеристика
|
Наибольшие
размеры обрабатываемых заготовок:
|
|
диаметр
|
400
|
длина
|
1000
|
Наибольшее
продольное перемещение стола, мм
|
2000
|
Наибольшее
размеры шлифовального круга, мм: наружный диаметр высота
|
600 63
|
Высота центров
над столом, мм
|
240
|
Частота
вращения шпинделя шлифовального круга, об/мин
|
1112
|
Частота
вращения шпинделя заготовки, об/мин
|
30-300
|
Мощность
электродвигателя главного привода, кВт
|
Габариты
станка, мм
|
6310x2585x1982
|
Масса станка,
кг
|
7600
|
Выбираем координатно-расточной станок 2Д450. Технические
характеристики станка 2Д450 приведены в таблице 10 [4].
Таблица 10 - Технические характеристики станка 2Д450
Размеры рабочей
поверхности стола, мм
|
630x1100
|
|
Наибольший
диаметр сверления в стали, мм
|
30
|
|
Наибольшее
продольное перемещение стола, мм
|
1000
|
Наибольший вес
обрабатываемого изделия, кг
|
600
|
Количество
ступеней частоты вращения шпинделя
|
21
|
Частота
вращения шпинделя, об/мин
|
50-2000
|
Мощность
электродвигателя главного привода, кВт
|
2,0
|
Габариты
станка, кг
|
3305x2705x2800
|
Масса станка,
кг
|
7800
|
Для проведения фрезерно-ценровальной операции выбираем станок
МР-37. Технические характеристики станка приведены в таблице 11.
Таблица 11 - Технические характеристики
фрезерно-центровального станка МР-37
Диаметр обрабатываемой
заготовки, мм
|
25-185
|
Длина
обрабатываемой заготовки, мм
|
200-1000
|
Число скоростей
шпинделя фрезы
|
6
|
Пределы чисел
оборотов шпинделя фрезы в минуту
|
125-712
|
Наибольший ход
головки фрезы, мм
|
220
|
Пределы рабочих
подач фрезы, мм/мин
|
20-40
|
Число скоростей
сверлильного шпинделя
|
6
|
Пределы чисел
оборотов сверлильного шпинделя в минуту
|
238-1125
|
Ход сверлильной
головки, мм
|
75
|
Пределы рабочих
подач сверлильной головки, мм/мин
|
20-30
|
Продолжительность
холостых ходов, мин
|
0,3
|
Мощность
электродвигателей, кВт фрезерной головки сверлильной головки
|
7,5/10 2,2/3
|
Выбираем внутришлифовальный станок СШ-148. Технические
характеристики станка СШ-148 приведены в таблице 12 [3].
Таблица 12 - Технические характеристики станка СШ-148
Показатель
|
Характеристика
|
Наибольшие
размеры обрабатываемых заготовок:
|
|
диаметр
|
400
|
длина
|
1000
|
Наибольший ход
стола, мм
|
1600
|
Наибольшее
размеры шлифовального круга, мм: наружный диаметр высота
|
В зависимости
от наладки
|
Скорость
движения стола, м/мин
|
10
|
Частота
вращения шпинделя внутришлифовального, об/мин
|
5000-6000
|
Частота
вращения шпинделя заготовки, об/мин
|
70-100
|
Мощность
электродвигателя главного привода, кВт
|
10
|
Габариты
станка, мм
|
6310x2585x1982
|
Масса станка,
кг
|
7600
|
Выбираем вертикально-сверлильный станок 2А150. Технические
характеристики станка 2А150 приведены в таблице 9 [3].
Таблица 9 - Технические характеристики станка 2А150
Размеры рабочей
поверхности стола, мм
|
630x1100
|
|
Наибольший
диаметр сверления в стали, мм
|
75
|
|
Наибольшее
расстояние от торца шпинделя до рабочей поверхности стола, мм
|
2000
|
Наибольший ход
шпинделя, мм
|
1000
|
Количество
ступеней частоты вращения шпинделя
|
12
|
Частота
вращения шпинделя, об/мин
|
30-3000
|
Мощность
электродвигателя главного привода, кВт
|
11
|
Габариты
станка, кг
|
3305x2705x2800
|
Масса станка,
кг
|
7800
|
Выбор и описание режущего инструмента
При выборе режущего инструмента необходимо исходить из
способа обработки и типа станка, формы и расположения обрабатываемых
поверхностей, материала заготовки и его механических свойств. Инструмент должен
обеспечить получение заданной точности формы и размеров, требуемую
шероховатость обработанных поверхностей, высокую производительность и
стойкость, должен быть достаточно прочным, виброустойчивым, экономичным.
Для обработки наружной поверхности детали используем
следующие резцы:
Для обработки цилиндрических поверхностей используем токарный
проходной отогнутый резец ГОСТ 18878 - 73. Н=20 мм; В=12 мм; L=120 мм; m=7 мм;
а=12 мм; r=1 мм.
Рисунок 3 - Токарный проходной отогнутый резец ГОСТ 18878 -
73
Для обработки канавок используем отрезной резец ГОСТ 18874 -
73. Н=20 мм; В=12 мм; L=120 мм; l=50 мм; а=3 мм; r=0,2 мм.
Рисунок 4 - Токарный отрезной резец ГОСТ 18874 - 73
Для обработки плоских торцовых поверхностей используем
подрезной резец для обработки торцовых поверхностей по ГОСТ 18880-73.
Рисунок 5 - Токарный резец для обработки плоских торцовых
поверхностей ГОСТ 18880-73
Для обработки отверстия диаметром 4,8 мм выбираем спиральное
сверло с цилиндрическим хвостовиком, средняя серия из быстрорежущей стали Р18
по ГОСТ 10902-64. Изобразим сверло на рисунке 6, для него: d = 4,8 мм, L = 86
мм, l0 = 52 мм.
Рисунок 6 - Сверло спиральное из быстрорежущей стали по ГОСТ
10902-77
Для обработки отверстия диаметром 15 мм выбираем спиральное
сверло с цилиндрическим хвостовиком, средняя серия из быстрорежущей стали Р18
по ГОСТ 10902-77. Изобразим сверло на рисунке 6, для него: d = 15 мм, L = 169
мм, l0 = 114 мм.
Для обработки отверстия диаметром 23 мм выбираем спиральное
сверло с коническим хвостовиком, средняя серия из быстрорежущей стали Р18 по
ГОСТ 10903-77. Изобразим сверло на рисунке 7, для него: d = 23 мм, L = 253 мм,
l0 = 155 мм.
Рисунок 7 - Сверло спиральное с коническим хвостовиком ГОСТ
10903-77
Для обработки центровочных отверстий используем центровочное сверло
по ГОСТ 14952-75.
Рисунок 8 - Сверло центровочное по ГОСТ 14952-75
Для фрезерной операции для обработки торцов выбираем торцовую
насадную фрезу со вставными ножами, оснащенными пластинами из твердого сплава
(рисунок 5) D = 125 мм, B = 42 мм, d = 40 мм, количество
зубьев - 12 (ГОСТ 9473-80) [3].
Рисунок 9 - Торцовая фреза со вставными ножами ГОСТ 9473-80
Для шлифования поверхностей используем шлифовальный
эльборовый круг ГОСТ 17123 - 79. Размеры круга: D=100 мм, Н=50 мм, d=40 мм.
Рисунок 10 - Шлифовальный эльборовый круг по ГОСТ 17123 - 79
Для вертикально-сверлильной операции для чистовой обработки
отверстий выбираем развертку коническую с конусом Морзе 6 с коническим
хвостовиком (рисунок 11) L = 450 мм, l0 = 170 мм, d
= 54 мм (ГОСТ 10079-71) [3].
Рисунок 11 - Развертка коническая ГОСТ 10081-84
Для координатно-расточной операции для сверления отверстия
диаметром 19 мм выбираем зенкер для цилиндрических отверстий (рисунок 12) по
ГОСТ 12489-71.
Рисунок 12 - Зенкер для цилиндрических отверстий по ГОСТ 12489-71
Для координатно-расточной операции для нарезания резьбы М²0 выбираем короткий метчик с проходным
хвостовиком (рисунок 13) L = 112 мм, l = 37 мм, d1
= 14 мм (ГОСТ 3266-81) [3].
Рисунок 13 - Короткий метчик с проходным хвостовиком ГОСТ 3266-81
Для координатно-расточной операции для нарезания резьбы М8
выбираем короткий метчик с проходным хвостовиком (рисунок 13) L = 70 мм,
l = 27 мм, d1 = 4 мм (ГОСТ 3266-81) [3].
Для вертикально-сверлильной операции выбираем сверло сборное
перовое с цилиндрическим хвостовиком по ГОСТ 25524-82.
Рисунок 14 - Сверло сборное перовое с цилиндрическим хвостовиком
по ГОСТ 25524-82
Для шлифования внутренних поверхностей используем
шлифовальную головку KW по ГОСТ 2447 - 82, которая изображена на рисунке 15.
Рисунок 15 - Шлифовальная головка KW по ГОСТ 2447 - 82
Выбор измерительного инструмента
Для межоперационного и окончательного контроля линейных
размеров выберем штангенциркуль ШЦ-II ГОСТ 166-89, для контроля диаметра Ø85H7 - калибр-скобу (расчет калибра-скобы приведен в подразделе
2.2).
1.5 Расчет режимов резания
Расчет режимов резания аналитическим методом
. Определим для заданной обрабатываемой поверхности глубину
резания t, мм. При черновой обработке глубина резания равна:
=2Zmax/2=2,551/2=1,275 мм
. Подсчитаем значение подачи S, мм/об.
Для черновой обработки на скоростных режимах резания
твёрдосплавным инструментом максимально допустимую подачу рассчитаем по
формуле:
, (6)
где Rz - высота неровностей по ГОСТ 2789-73, Rz=4Ra, Ra=5;радиус
скругления вершины резца, r=1 мм;
.
Продольную подачу Sф находим согласно закона изменения
её по геометрической прогрессии, знаменатель j который определяется по формуле:
, (7)
где Sz и S1 - максимальное и минимальное
значения подачи;- количество ступеней подачи.
Значение js=1,11 не совпадает со стандартными нормами
станкостроения. Поэтому примем js=1,12.
Теперь определим весь ряд S по геометрической прогрессии:
S2=S1×js=0,05×1,12=0,056 ;3=S1×js2=0,05×(1,12)2=0,063 ;4=S1×js3=0,05×(1,12)3=0,071 ;
………………………………12=S1×js11=0,05×(1,12)11=0,174 ;13=S1×js12=0,05×(1,12)12=0,195;
……………………………….18=S1×js18=0,05×(1,12)18=0,38 ;20=S1×js19=0,05×(1,12)19=0,491 ;
…………………………………23=S1×js22=0,05×(1,12)22=0,605
Из данного ряда следует, что ближайшая меньшая из числа
осуществляемых на станке Sф равна Sф=0,38=0,4 мм/об;
3. Рассчитаем скорость резания.
Расчёт скорости резания при точении Vр, м/мин,
вычисляем по эмпирической формуле:
, (8)
где Сv-коэффициент, зависящий от материала
инструмента, заготовки и условий обработки;
Т-расчётная стойкость
инструмента. Для резцов с пластинами из твёрдого сплава, Т=90-120 мин.v,
Yv - показатели степени влияния t и S на Vр;v-поправочный
коэффициент на изменённые условия, равный произведению ряда коэффициентов,
учитывающих влияние различных факторов на скорость резания, в частности,
механических свойств обрабатываемого материала KMv, качество
(состояния поверхности) заготовки Knv, материала режущей части
инструмента KUv, главного угла в плане Kφv, формы передней грани инструмента KФv.
Поправочный коэффициент находим как:
v=KMvKnvKUvKφvKФv, (9)
Значения коэффициентов и показателей степени формулы найдем в
литературе [3].
Сv=350;v=0,15;v=0,35;
m=0,2;
KMv=750/σв=750/600=1,25;nv=1,0;Uv=1,0;φv=1,0;Фv=1,0.v= 1,25.1.1.1.1=1,25.
.
. Рассчитаем частоту вращения шпинделя, об/мин.
По расчётной скорости резания подсчитаем частоту вращения
шпинделя, об/мин.
, (10)
где D0 -
диаметр обрабатываемой поверхности, мм;p - скорость резания, м/мин.
Для станка 16К20 принимаем nф=1000 об/мин.
Рассчитаем фактическую скорость резания:
, (11)
где D0 -
диаметр обрабатываемой поверхности, мм;ф - фактическая частота
вращения шпинделя.
. Найденные режимы резания могут быть приняты только в том случае,
если развиваемый при этом крутящий момент на шпинделе Мшп будет
больше момента, создаваемого силами резания, или равен ему:
Мшп≥ Мрез
Тангенциальную силу Рz, создающую крутящий момент Мрез,
определяем по формуле:
z=Cpz×txpz×Sфypz×Vфnpz×kp, (12)
где Cpz - коэффициент, зависящий от материала
заготовки и условий обработки;
xPz yPz nPz
- показатели степени влияния режимов резания на силу Pz;р-поправочный
коэффициент на изменённые условия, подсчитываемый как произведение ряда
поправочных коэффициентов.
р=KMрKφрKγрKrрKλр…, (13)
Значения коэффициентов и показателей степени формулы найдем в
литературе [3].pz=300*9,8=2940 (для подсчёта силы Рz в
Ньютонах).Pz=1,0Pz=0,75Pz=-0,15Mр=(σв/750)0,75=(600/750)0,75=0,8;φр=1,0;γр=1,0;rр=0,93;λр=1,0.р= 0,8*1,0*1,0*0,93*1.0=0,744z=2940×1,2751,0×0,4 0,75×276,32-0,15×0,744=603 Н.
Крутящий момент, Нм, потребный на резание, подсчитаем по
формуле:
, (14)
.
Крутящий момент, развиваемый на шпинделе, подсчитывается по
мощности электродвигателя.
, (15)
эд=10
кВт;ф=1000 об/мин;
η=0,75
Поучили, что Мшп>Мрез. Значит принимаем
данные режимы резания.
6. Определяем коэффициент использования мощности станка по
формуле
, (16)
Nпот - потребная мощность на шпинделе.
, (17)
где Nэ - эффективная мощность на резание,
кВт, определяемая по формуле:
. (18)
Подставляя численные значения в формулу (18) получим:
Найденную эффективную мощность подставим в формулу (17):
.
Тогда найдем коэффициент использования мощности станка по формуле
(16)
%.
. По фактической скорости резания Vф подсчитаем
фактическую стойкость инструмента Тф, мин, с учетом
показателя стойкости m по формуле
, (19)
где Vp и Т - расчетные значения
скорости и стойкости инструмента.
Подставим в формулу (19) численные значения и определим Тф
.
8. Основное технологическое время, т.е. время,
непосредственно затраченное на процессе резания, мин, определим по формуле
, (20)
где L - расчетная длина обработки, равная сумме длин
обработки l,
врезания l1 и перебега инструмента l2,
; (21)
- число проходов;ф - частота вращения шпинделя,
об/ мин;ф - подача, мм/об.
За длину обработки l, мм, принимается путь, пройденный
вершиной инструмента в процессе резания и измеренный в направлении подачи
l=34,4 мм. Величина врезания l1, мм, при точении вычисляется из
соотношения
. (22)
где t - глубина резания, мм;
φ - главный угол резца в
плане.
Подставим
в формулу (22) численные значения и получим
.
Найдем расчетную длину обработки по формуле (21)
.
Тогда по формуле (20) найдем время, затраченное на процесс
резания
Расчёт режимов резания при шлифовании
1. Глубину резания при получистовом шлифовании равна:
=2Zmax/2=0,103/2=0,0515 мм
. Продольную подачу при шлифовании S принимаем равной:
, (23)
где В-ширина
шлифовального круга, В=50 мм.
S=0,8*50=40 мм/ход.
. Скорость шлифования круга определим по формуле:
, (24)
где Dк -
диаметр круга, мм;к -частота вращения шпинделя, принимаемая по
паспорту станка. nк =1270 об/мин.
.
Расчётное значение частоты вращения обрабатываемой детали
определим по формуле:
, (25)
где vД - среднее значение скорости вращения детали,
м/мин; ;Д -диаметр. обрабатываемой
детали, мм.
.
Так как изменение частоты вращения детали на выбранном станке
бесступенчатое, то .
Скорость перемещения заготовки, м/мин:
, (26)
Подставив численные значения, получим:
. Тангенциальная сила резания, Н:
, (27)
Значения коэффициентов имеют следующие значения:
Ср=19,6; uр=0,7; Xp=0,7; Ур=0,5.
Подставив, получим:
.
. Эффективная мощность на вращение обрабатываемой детали, кВт,
, (28)
.
Эффективная мощность на вращение шлифовального круга, кВт,
, (29)
Потребная мощность на вращение шлифовального круга, кВт:
, (30)
Коэффициент использования станка по мощности:
, (31)
.
Основное технологическое (машинное) время:
, (32)
где L - длина продольного хода, мм;
k - коэффициент, учитывающий выхаживание, k
= 1,3 [2].
Длина продольного хода определяется по формуле:
. (33)
L = 34,4 + 0,8×50 = 74,4 мм.
Тогда основное технологическое время
мин.
Расчет режимов резания табличным методом
На остальные переходы режимы резания назначаем согласно
рекомендациям, приведенным в литературе [3] и [6], и сводим их в единую таблицу
13.
Таблица 13 - Расчет режимов резания табличным методом
Поверхность
|
Sпрод,
м/мин
|
t, мм
|
S, мм/об
|
v, м/мин
|
Черновое точение
поверхностей
|
-
|
5
|
0,85
|
150
|
Чистовое
точение поверхностей
|
-
|
0,7
|
0,5
|
190
|
Сверление
отверстия Ø55
|
118
|
27,5
|
0,1375
|
140
|
Сверление
отверстия Ø23
|
118
|
11,5
|
0,276
|
24
|
Сверление
отверстия Ø4,8
|
118
|
2,4
|
0,0576
|
24
|
Сверление
отверстия Ø15
|
118
|
7,5
|
0,18
|
24
|
Зенкерование
|
-
|
2
|
0,475
|
20
|
Развертывание
|
-
|
0,14
|
3,2
|
8
|
Фрезерование
торцов
|
-
|
12
|
Sz
=1,2 мм/зуб
|
250
|
Сверление
центровочных отверстий
|
118
|
3
|
0,096
|
24
|
Шлифование
наружных поверхностей
|
-
|
Sпоп=10
мкм/об. заг
|
Sпрод=10
мм/ход
|
1800
|
Шлифование
внутренних поверхностей
|
-
|
Sпоп=6
мкм/об. заг
|
Sпрод=10
мм/ход
|
1800
|
2. Конструкторский раздел
.1 Разработка специального режущего инструмента
Исходные данные для расчета метчика: резьба М²0; d = 20 мм;
P = 2,5 мм; α = 600; длина резьбы l =
25 мм; характер резьбы - сквозная; обрабатываемый материал - серый сталь
38Х2МЮА; тип метчика - машинный. Расчет ведем на основе методики, приведенной в
литературе [8].
Выбор инструментального материала. Рабочая часть - ВК6 (88-90
HRB); хвостовик - сталь 40Х (40-42 HRCЭ).
dC = 0,5×d = 0,5×20 = 10 мм,
r = 0,53×d = 0,53×20 = 10,6 мм,
r1 = 0,11×d= 0,11×20 = 2,2 мм.
Определение длины заборной части.
Принимаем допустимую толщину среза a = 0,20 мм; тогда
угол заборной части (угол в плане φ) определяется по формуле:
. (34)
tgφ = 0,20× 4/2,5 = 0,32,
φ = 180.
Диаметр сверла под резьбу:
dсв = d - P. (35)
dсв = 20 - 2,5 = 17,5 мм.
Тогда длина заборной части метчика:
l1 = (d - dТ)/2×tgφ, (36)
dТ = dсв
- (0,1…0,3 мм). (37)
dТ = 17,5 - 0,1 =17,4 мм,
l1 = (20 - 17,4)/2×0,32 = 4,1 мм.
Принимаем длину рабочей части метчика l3 =
25 мм. Тогда длина калибрующей части l2 = l3
- l1 = 25 - 4,1 = 20,9 мм.
Для уменьшения трения калибрующая часть должна иметь обратную
конусность по всему профилю резьбы. Принимаем обратную конусность 0,08 мм на
100 мм длины.
Принимаем lШ = 15 мм; dШ
= 15 мм; S = 16,0 мм; h = 20 мм, d1 = 20 мм.
Погрешность квадрата ().
Общая длина метчика определяется по формуле:
L = l + l1 + l0 + lВ, (38)
где l - длина резьбы с полным профилем;
l0 - расстояние от вспомогательного инструмента до
детали, принимаем l0 = 10 мм;
lВ - длина вхождения метчика во вспомогательный
инструмент, принимаем lВ = 45 мм.
Тогда L = 25+ 4,1 + 10 + 45 = 84 < 102 мм.
Принимаем L = 102 мм по
ГОСТ 3266-81.
Длина хвостовика
lхв = L - l3. (39)
lхв = 102 - 25 = 77 мм.
Расстояние l4 от переднего торца заборной
части метчика до места сварки с хвостовиком устанавливаем l4
= l3 + 11 = 25 + 11 = 36 мм.
Выберем геометрические параметры метчика.
Передний угол метчика выбираем γ
= 50.
Задний угол метчика выбираем α
= 30 (создается путем
затылования).
У метчиков с нешлифованным профилем затылование производится
только по заборной части, его величина
K = π×d×tgαα/z,
(40)
где αα - задний угол по
периферии метчика.
= 3,14×20×tg40/4 = 1,1
мм.
Выбираем степень точности метчика Н3.
Определим размеры профиля резьбы.
Наружный диаметр d = 20 мм; средний диаметр d2
= 18,7 мм; внутренний диаметр d1 = 17,4 мм; шаг резьбы P
= 2,5 + 0,010; угол профиля резьбы
α/2 = 300 + 25/.
Назначим технические требования. Шероховатость профиля
резьбы, передней и задней поверхностей Ra 0,8; шероховатость
хвостовика Ra 1,6; допуск заднего угла ±10; допуск
переднего угла ±20; биение профиля относительно оси 0,02 мм.
шпиндель деталь режущий инструмент
2.2 Разработка специального измерительного
инструмента
Произведём расчёт размеров калибров-скоб для вала Ø85h7. Построим схему расположения полей допусков для вала.
По нормативным данным таблицы допусков и отклонений калибров
устанавливаем значения для определения исполнительных размеров калибров и
контркалибров: ∆В1=7,0 мкм; уВ1=6,0 мкм; Нк1=8,0
мкм; Нр=3,0 мкм.
. Определим наибольший предельный размер вала:max=85+0=
85 мм.
. Определим наименьший диаметр вала:min=85-0,035=
84,965 мм.
. Определим наименьший размер проходного калибра скобы:
ПРс= Dmax-∆В1 - Нк1/2=85-0,007-0,008/2=
84,989 мм.
. Определим наибольший размер непроходного размера скобы:
НЕс= Dmin - Нк1/2=84,965-0,008/2=
84,961 мм
. Определим предельный размер изношенного калибра-скобы:
ПРс=Dmax+ув1=85+0,006=85,006
мм.
. Определим наибольший размер контркалибра К-ПРс:
К-ПРс= Dmax-∆В1+ Нр/2=85-0,007+0,003/2=
84,9915 мм.
. Определим наибольший размер контркалибра К-НЕс:
К-НЕс=Dmin+Нр/2=84,965+0,003/2=
84,9635 мм.
. Определим контрольный размер контркалибра К-Ис:
К-Ис=Dmax+ув1+Нр/2=85+0,006+0,003/2=
85,0075 мм.
. Построим схему расположения полей допусков калибров для
вала диаметром Ø85h7.
Рисунок 16 - Схема расположения полей допусков калибров для вала
диаметром Ø85h7
Заключение
Целью данного курсового проекта была разработка технологического
процесса изготовления шпинделя.
В данном курсовом проекте был определен тип производства -
массовое. В качестве способа получения заготовки было выбрана поковка в
закрытые штампы. Для выбранного метода поковки были рассчитаны припуски на
механическую обработку. Для составленной структурной схемы технологического
процесса изготовления были подобраны соответствующее технологическое
оборудование, режущие и измерительные инструменты.
Были также рассчитаны режимы резания для всех обрабатываемых
поверхностей (для двух переходов - аналитическим методом).
Для технологического процесса изготовления шпинделя был разработан
специальный режущий инструмент - метчик, а также специальный измерительный
инструмент - калибр-скоба.
В данном курсовом проекте были выполнены маршрутная карта,
операционные карты и карты эскизов для разработанного технологического процесса
изготовления шпинделя.
Литература
1
Справочник металлиста. Т. 5 / Под ред. Б.Л. Богуславского. - М.: Машиностроение,
1997. - 673 с.
Казаченко
В.П., Савенко А.Н., Терешко Ю.Д. Материаловедение и технология материалов. Ч
III. Обработка металлов резанием: Пособие по курсовому проектированию. -
Гомель: БелГУТ, 1997. - 47 с.
Справочник
технолога-машиностроителя. В 2-х т. / Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К.
Мещерякова. - М.: Машиностроение, 1985. - 496 с.
Металлорежущие
станки: Каталог-справочник: В 8 частях. - М., 1971.
Петров
С.В. и др. Режущий инструмент: Лабораторный практикум. - Гомель: БелГУТ, 2004.
- 28 с.
Махаринский
Е.И., Горохов В.А. Основы технологии машиностроения: Учебник. - Мн.: Выш. шк.,
1997. - 423 с.
Горбацевич
А.Ф., Алешкевич И.Л., Чеботарев В.Н. и др. Курсовое проектирование по
технологии машиностроения. - Мн.: Выш. шк., 1967. - 204 с.
Автушенко
В.А. Методические указания к лабораторным работам по курсу «Взаимозаменяемость,
стандартизация и технические измерения». Ч.I. - Гомель: БелИИЖТ, 1980. - 20 с.
Данилевский
В.В. Технология машиностроения. - М.: Высшая школа, 1972. - 448 с.