1 Разработка технологического процесса изготовления дета­ли 

 

1.1 Анализ конструкции детали и требований к её изготовлению 

 

Разработку технологического процесса изготовления детали начинаем с изучения и формулировки ее служебного назначения, анализа чертежа изде­лия, технических условий и норм точности изделия.

При этом выясним является ли информация о детали пол­ной:

– на чертеже не указаны все размеры, указаны предельные отклонения (, ), шерохо­ватость поверхностей; не имеется  «лишних» размеров, неоднозначно определяющих по­ложение или размеры поверхностей детали, но указаны не правильные размеры – ϕ36, принимаем ϕ34.

– не содержатся  все необходимые сведения о материале детали,  масса детали не указана. Так как в задание не содержится всех необходимых сведений о материале детали, приведем их ниже в таблице.

 

Таблица 1 - Физические и химические свойства материала

 

Марка  стали	Содержание углерода, %	σв,lim прочности МПа	σт,lim текучести МПа	Δ,%	KCU, Дж/cм2	HB	ρ, кг/м3
40	0,37-0,44	615	395	40	54	41	7810
Примечание – Содержание Si -0,17-0,37%, Mn 0,5-0,8%, Cr 0,8-1,1%

 

– служебное назначение:

Различают два вида передач: силовые и кинематические. Силовые передачи служат для передачи крутящего момента от одного вала к другому при заданном передаточном отношении частоты вращения валов. Такое назначение зубчатые передачи имеют в редукторах, в коробках передач, тракторов и автомобилей, в передних бабках металлорежущих станков и др.

В этом случае зубья колес должны быть достаточно прочными, износостойкими, обеспечивать плавность и бесшумность работы передачи, высокий КПД передачи. При увеличении окружных скоростей колес, увеличивается износ и шум передачи. Поэтому, чем выше окружные скорости колес, тем должна быть выше точность их по ГОСТ 1643-81.

Кинематические передачи предназначаются для обеспечения строго заданной кинематической связи между определенными валами.

Зубья колес могут работать при ударной нагрузке, кроме того, имеют место относительное скольжение профилей зубьев рабочих колес в процессе передаваемого усилия. Поэтому зубья должны иметь вязкую сердцевину и большую поверхностную твердость.

– следует выявить функциональное назначение поверхностей детали (основные и вспомогательные конструкторские базы, исполнительные и свободные поверхности).

Исполнительные поверхности – поверхности детали, с помощью кото­рых деталь исполняет свое служебное назначение. Боковые поверхности зубьев будут исполнительными.

Основные базы – поверхности детали, с помощью которых определяется положение данной детали в сборочной единице. Такой базой являются поверхности центрального отверстия Ø34, шлицы a8×28×34 и опорного торца.

Вспомогательные базы – поверхности детали, относительно которых определяется положение других деталей и сборочных единиц, присоединяемых к данной детали. Вспомогательными базами являются выточки и второй опорный торец.

 

Таблица 2 – Соответствие параметров точности и шероховатости.

 

Поверхность	Установлено на чертеже		Принято в курсовой работе
	Квалитет точности	Ra мкм	Квалитет точности	Ra мкм
выточки  Ø50	IT 14	Rz 40	IT 11	6,3
Ø40	IT 14	Rz 40	IT 11	6,3
Ø115,5h7	IT 11	1,25	IT 11	6,3
Ø34H7	IT 7	2,5	IT 7	0,8
Ø28H7	IT 7	1,25	IT 7	0,8
l18-0,24	IT 14	1,25	IT 7	0,8
l15	IT 14	1,25	IT 7	0,8

 

1.2 Определение типа производства

 

На чертеже «колесо зубчатое сменное»,  масса детали не указана. Разобьем конструкцию детали на известные гео­метрические фигуры-цилиндры. Рисунок 1 – Эскиз колеса

 

Объем исчисляется путем суммирования объемов состав­ных частей вала, объем отверстий вычитается:

 

 

где V_i – объемы ступеней вала;

 

где d – диаметр цилиндра, мм²;

      h – длина цилиндра, мм;

 

 

Масса детали определяется по формуле:

 

 

 

 

 

 

где  – масса детали, кг;    

      ρ – плотность материала кг/м³;

      V – объем детали, м³.

Учитывая, что плотность стали ρ=7810 кг/м³, находим массу, она равна 1,103 кг. Исходя из того, что размер партии n=1000 шт. Определили, что тип производства-среднесерийный.

Серийное производство является основным типом современного машино­строения и предприятия этого типа выпускают в настоящее время 75-80 % всей продукции машиностроения страны. По всем технологическим характеристи­кам серийное производство занимает промежуточное положение между еди­ничным и массовым производством.

Объем выпуска предприятий серийного типа колеблется от сотен до ты­сяч регулярно повторяющихся изделий.

Персонал: Рабочие средней квалификации. Наряду с работниками высокой квалификации, работниками на сложных универсальных станках и наладчика­ми используются рабочие-операторы, работающие на настроенных станках.

Заготовки: Средней точности. В качестве исходных заготовок использует­ся холодный и горячий прокат, литье в землю и под давлением, точное литье, поковки и точные штамповки и прессовки. Требуемой точности достигают как методами автоматического получения размеров, так и методами пробных хо­дов и промеров с частичными применением разметки.

Оборудование: Универсальное и специализированное, частично специали­зированное. Широко используется станки с ЧПУ, обрабатывающие центры и находят применение гибкие, автоматизированные системы станков с ЧПУ, свя­занные с транспортирующими устройствами и управлением от

ЭВМ. Оборудо­вание расставляется по технологическим группам с учетом направлениям ос­новных грузопотоков цеха по предметно-замкнутым участкам. Однако одно­временно используются групповые поточные линии и переменно-поточные ав­томатизированные линии. Большое значение имеет универсально-сборная пе­реналаживаемая технологическая оснастка, позволяющая существенно повы­сить коэффициент оснащенности серийного производства.

Серийное производство является наиболее гибким и устойчивым, наиболее поддается автоматизированию.

 

 

1.3  Отработка конструкции и  детали на технологичность

 

Конструкция детали, отработанная на технологичность удов­летворяет следующим основным требованиям:

а)      конструкция детали  состоит из стандартных и унифицированных конструктивных элементов.

б)      детали  изготовляем из стандартных или унифицирован­ных заготовок;

в)      размеры и поверхности детали имеют опти­мальные экономически и конструктивно обоснованные точность, шерохова­тость, обеспечивающие точность установки, обработки и контроля;

г)       заготовки  получены рациональным способом с учетом заданного объема выпуска и типа производства;

д)      форма и габариты детали, основные и вспомогательные базы и их сочетания, схемы простановки размеров, конструктивные элементы, материалы, покрытия, требования и упрочнения  макси­мально соответствуют принятым методам и средствам обработки;

е)       конструкция детали  обеспечивает возможность применения типовых технологических процессов ее изготовления.

 

Технологичность конструкций зубчатых колес характеризуется следующими основными признаками:

а)  простой формой центрального отверстия;

б) ступицами расположенными с одной стороны;

в) правильной формой и размерами канавок для выхода инструмента.

 

1.4 Выбор вида исходной заготовки и метода ее изготовления

 

Выбор заготовки проведем в следующей последовательности:

– определение вида исходной заготовки;

– выбор метода изготовления исходной заготовки;

– технико-экономическая оценка выбора заготовки.

 

1.4.1 Определение вида исходной заготовки

 

Вид исходной заготовки устанавливаем на основании конструктивных форм и размеров, материала детали, объема выпуска. При выборе вида исходной заготовки необходимо стремиться к максимальному приближению форм и размеров ее к параметрам готовой детали. Наибольшее применение в машиностроении получили заготовки из проката, поковки и отливки, также находят применение сварные, штампосварные, литейно-сварные, пластмассовые и заготовки, получаемые из спеченных материалов /5,14,16/.

Способ получения заготовки должен быть наиболее экономичным при среднесерийном производстве.

Достоинства штамповки – возможность получения деталей минимальной массы при заданной их прочности и жёсткости;

– достаточно высокие точность размеров и качество поверхности, позволяющие до минимума сократить отделочные операции обработкой резанием;

– сравнительные простота механизации и автоматизации процессов штамповки, обеспечивающая высокую производительность: 30-40 тыс. деталей за смену с одной машины;

– хорошая приспособляемость к масштабам производства, при которой листовая штамповка может быть экономически целесообразной и в массовом, и в мелкосерийном производствах.

На этих основаниях выберем вид колеса – штамповка, а в качестве альтернативного вида установим прокат.

1.4.2 Выбор метода изготовления исходной заготовки

Способы горячей штамповки:

1. Штамповка в закрытых штампах: масса до 50-100 кг; простой формы, преимущественно в виде тел вращения. Применяются для сокращения расхода металла (отсутствует заусенец) и для сталей и сплавов с пониженной пластичностью.

2. Штамповка на горизонтально-ковочных машинах: масса до 30 кг; в виде стержней с головками или утолщениями различной формы, полые, со сквозными или глухими отверстиями, фланцами и выступами. Предпочтительна форма тела вращения.

1.4.3 Требования к чертежу исходной заготовки

 

 

 

 

 

Рисунок 2 – Эскиз штамповки вала

L_шт = L_дет + 2Z_черн + 2Z_{получист} + 2Z_чист                                               (4)

L_заг = L_дет + 2Z_т.черн + 2Z_{пол.точ} + 2Z_{пред.шл} + 2Z_{окон.шл}

L_заг = 18+2·1,5+2·0,45+2·0,23+2·0,15=22,66 мм

d₁ = d + 2Z_черн.т + 2Z_пол.т + 2Z_{шл.окон}

d₁ = 115,5+2+1,5+2·0,45+2·0,2+2·0,3=120,4 мм

d₂ = d – 2Z_черн.т – 2Z_{получ.т} – 2Z_{пред.шл} – 2Z_{оконч.шл}

d₂ = 28–2·1,5–2·0,45–2·0,23–2·0,15=13,34 мм

 

 

 

 

 

 

Рисунок 3 – Эскиз проката вала

L_пр = L_дет + 2Z_черн + 2Z_{получист} + 2Z_чист                                      (5)

L_заг = L_дет + 2Z_т.черн + 2Z_пол.ч + 2Z_чист

L_заг = 18 + 2Z_т.черн + 2Z_{пол.ч.точ} + 2Z_{пред.шл} + 2Z_{окон.шл}

L_заг= 18+2·1,5+2·0,45+2·0,23+2·0,15=22,66 мм

Диаметр определили по ГОСТу 2590-71       мм

1.4.4 Обоснование выбора заготовки

V_шт=V₁ –V₂

V_шт=256108,55–9690,166=246418,39 мм³

 

 

 

m_шт=V·ρ=246418,39·7810=1,9 кг

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 4 – Эскиз штамповки вала

 

m_пр=256148,62·7810=2,0 кг

 

 

 

 

 

 

Рисунок 5 – Эскиз проката вала

На основании коэффициента использования металла можно сделать вывод, что экономичнее применять штамповку, так как меньше металла уходит в стружку. (Определяем это по коэффициенту использования металла)

K_им=q/Q                                                                               (7)

где q – масса детали, кг;

      Q – масса заготовки, кг.

K_им.шт=1,03/1,92 =0,536

K_им.пр=1,03/2,0=0,515

 

Экономическое обоснование выбора заготовки:

 

Таблица 3 – Исходные данные

 

Вид заготовки	Отливка	Прокат
Класс точности	2
Группа сложности	2
Масса заготовки, Q, кг	1,9	2,0
Стоимость 1 т заготовки Сi,руб	29300	25100
Sотх	2930	2510

 

29300 рублей требуется для покупки 1 тонны штамповки, 25100 рублей – для проката.

Стоимость заготовки, полученной из штамповки:

                                               (8)

где C_i – базовая стоимость 1 тонны заготовок, р;

      k_C, k_B, k_П, k_M, k_T – поправочные коэффициенты, зависящие от класса точности, группы сложности, массы, марки материала и объема производства заготовок.

 

S_шт=(29300/1000·1,9·1·0,87·1,14·1,18·1)–(1,9–1,103)2930/1000=62,816 р

 

Стоимость заготовки, полученной из проката:

S_прок=Q·S – (Q – q)·S_отх/1000                                                         (9)

где Q – масса заготовки, кг;

S – цена 1 кг материала, р;

q – масса готовой детали, кг;

S_отх – цена 1 тонны отходов, р.

S_прок=2·25,1 – (2 – 1,103)·0,002=50,2 рублей

 

Э=(S_заг1 – S_заг2)·N_вып                                                              (10)

Э=(62,816-50,2)·3000=37848 рублей

 

На основании полученных данных, экономически более выгодно использовать прокат. Экономический эффект составляет  37848 рублей в год.

 

1.5 Выбор технологических баз

 

Таблица 4 – Выбор технологических баз

 

1	2	3
005	Токарная с ЧПУ (трехкулачковый патрон)
010	Токарная с ЧПУ (трехкулачковый патрон)
Продолжение таблицы 4
1	2	3
015	Горизонтально – протяжная (жесткая опора)
020	Токарная с ЧПУ (центровая оправка)
025	Зубофрезерная (приспособление на станке)
Продолжение таблицы 4
1	2	3
030	Круглошлифовальная (оправка)
035	Внутришлифовальная (приспособление на станке)
040	Плоско–шлифовальная (магнитный стол)

1.6 Выбор метода и количество необходимых переходов обработки

 

                                                          (11)

N_пер Ø 50=(14 – 11)/2=1,5=1

N_пер Ø 115,5=(14 – 7)/2=3,5=4

N_пер Ø 28=(14 – 7)/2=3,5=4

N_пер l 18_-0,24=(14 – 7)/2=3,5=4

N_пер l 15=(14 – 7)/2=3,5=3

 

Таблица 5 – Методы обработки поверхности

 

Метод обработки	Квалитет точности	Допуск, мкм	Параметр шероховатости Ra, мкм
Поверхности Ø115,5 h11
1	2	3	4
Черновое точение	12	0,4	12,5
Получистовое точение	10	0,16	6,3
Предварительное шлифование	8	0,063	3,2
Окончательное  шлифование	7	0,040	1,6
Поверхности Ø 28 H7
Черновое растачивание	12	0,25	12,5
Получистовое растачивание	10	0,1	6,3
Предварительное шлифование	8	0,039	1,6
Окончательное шлифование	7	0,025	0,8
L 18-0,24
Продолжение таблицы 5
1	2	3	4
Черновое точение	12	0,21	12,5
Получистовое точение	10	0,084	6,3
Предварительное шлифование	8	0,033	1,6
Чистовое шлифование	7	0,021	0,8
L 15
Черновое точение	11	0,11	12,5
Получистовое точение	9	0,043	3,2
Окончательное шлифование	7	0,018	0,8

 

1.7 Формирование маршрута изготовления детали и выбор состава технологического  оборудования. Выбор структуры операций и средств технологического оснащения операций.

 

Оформление маршрута изготовления детали и технологического оснащения. Начнем с технологической характеристики станков. Приведем характеристики   токарного станка 16К20ФЗ.

 

Наибольший диаметр, мм

• изделия, устанавливаемого над станиной 400
• изделия, обрабатываемого над поперечными салазками суппорта 220
• прутка, проходящего через отверстия в шпинделе 50
• Расстояние между центрами, мм: 1000

Наибольший ход суппорта, мм

• продольный 900
• поперечный 250

Частота вращения шпинделя, об/мин:

• диапазон I 12,5—200
• диапазон II 50—800
• диапазон III 125—2000

Величина подачи, мм/мин:

• продольной 3—1250
• поперечной 1,5—600

Шаг нарезаемой резьбы, до 20 мм

Максимальная скорость продольной подачи при нарезании резьбы, 1200 мм/мин

Скорость быстрых ходов, мм/мин:

• продольных 4800
• поперечных 2400

 

Таблица 6 – Маршрут изготовления  детали «Зубчатого сменного колеса»

№	Наименование  и содержание операции	Эскиз и схема базирования	Оборудо-вание
1	2	3	4
0005	Токарная с ЧПУ 1. Подрезать предварительно торцы Ø50 и торец 1Ø 115,5 2. Точить предварительно поверхность Ø115,5 3. Расточить предварительно отверстие Ø28 4. Расточить окончательно отверстие Ø28 5. Точить предварительно выточки Ø50		Токарный с ЧПУ 1П756ДФЗ
	6. Расточить фаску
010	Токарная с ЧПУ 1. Точить поверхность Ø115,5 окончательно 2. Подрезать торец 2 Ø115,5 предварительно 3. Точить фаску 4. Расточить фаску 5. Точить выточки Ø50		Токарный с ЧПУ 1П756ДФЗ
0015	Горизонтально-протяжная 1. Протянуть шестишлицевое отверстие  Ø28 H7×34 H7×7×34		Горизонтально-протяжной 7512
Продолжение таблицы 7
1	2	3	4
0020	Токарная с ЧПУ 1. Подрезать торцы 1 Ø115,5 и Ø50 окончательно 2. Точить фаску		Токарный с ЧПУ 16К20ФЗ
0025	Зубофрезерная 1. Фрезеровать 64 зуба (m=1,75) предварительно под шлифование		Зубофрезерный 53А20В
0030	Круглошлифовальная 1. Шлифовать поверхность Ø115,5 и торец Ø115,5 предварительно 2. Шлифовать поверхность Ø 115,5 окончательно 3.Шлифовать торец Ø115,5 окончательно		Круглошлифовальный ЗТ153
Продолжение таблицы 7
	2	3	4
0035	Внутришлифовальная 1. Шлифовать отверстие Ø28 2.Шлифовать торец 1 Ø115,5		Внутришлифовальный ЗА227АФ2
0040	Плоскошлифовальная 1. Шлифовать торец  Ø50 предварительно 2. Шлифовать торец Ø50 окончательно		Плоскошлифовальный ЗБ740ВФ2

 

Таблица 7 – Режущие инструменты

 

№ операции	№ перехода		Наименова-ние перехода		Оборудование	Режущий инструмент
1	2		3		4	5
005	1		Подрезать торцы		1П756ДФЗ	Токарный сборный подрезной резец с механическим креплением пластин из твердого сплава без отверстия
	Продолжение таблицы 7
	2		3		4	5
	2		Точить поверхность			Токарный сборный проходной резец с механическим креплением многогранных пластин из твердого сплава без отверстия
	3		Расточить отверстие			Токарный расточной резец с механическим креплением многогранных твердосплавных пластин
	4		Расточить отверстие			Токарный расточной резец с механическим креплением многогранных твердосплавных пластин
	5		Точить выточки			Резец для контурного точения с механическим креплением многогранных твердосплавных пластин (ГОСТ 20872-80)
	6		Расточить фаску			Токарный расточной резец с механическим креплением многолезвийных
Продолжение таблицы 7
1	2		3		4	5
						твердосплавных пластин
010	1		Точить поверхность		1П756ДФЗ	Токарный сборный проходной резец с механическим креплением многогранных пластин из твердого сплава без отверстия
	2		Подрезать торец			Токарный сборный подрезной резец с механическим креплением пластин из твердого сплава без отверстия
	3		Точить фаску			Токарный сборный проходной резец с механическим креплением многогранных пластин из твердого сплава без отверстия
	4		Расточить фаску			Токарный расточной резец с механическим креплением многолезвийных твердосплавных пластин
	5		Точить выточки			Резец для контурного точения
Продолжение таблицы 7
1		2	3	4		5
						с механическим креплением многогранных твердосплавных пластин (ГОСТ 20872-80)
015	1		Протянуть шестишлице-вое отверстие		7512	Шлицевая протяжка ГОСТ 25969-83÷25974-83, число шлицов:6 для винтового протягивания d=20-50 мм
020	1		Подрезать торцы		16К20ФЗ	Токарный сборный подрезной резец с механическим креплением пластин из твердого сплава без отверстия
	2		Точить фаску			Проходной резец (ГОСТ 21151-75)
025	1		Фрезеровать 64 зуба		53А20В	Зубофрезерная фреза
030	1		Шлифовать поверхность и торец		ЗТ153	Шлифовальный круг для круглошлифовальных станков ПВД 200×20×32 15А 50 СМ2 10К ГОСТ 2424-83
	2		Шлифовать поверхность
	3		Шлифовать торец
Продолжение таблицы 7
1	2		3		4	5
035	1		Шлифовать отверстие		ЗА227АФ2	Круг с выточкой для внутришлифовальных станков ПВ 25×10×13 С-4К ГОСТ 2424-83
	2		Шлифовать торец
040	1		Шлифовать торец		ЗБ740ВФ2	Чашечный цилиндрический круг для плоскошлифовальных станков ЧЦ 40×25×13 СМ12 К ГОСТ 2424-83
	2		Шлифовать торец

 

1.8 Расчет припусков и операционных размеров

 

Таблица 8 – Припуски  и  операционные размеры детали

 

Метод обработки	2Zi  припуск	Dном	Ti  допуск	2Zi  припуск	Предельный размеры
					Dimin	Dimax
1	2	3	4	5	6	7
Поверхность Ø 115,5
Заготовка	2·2,45=4,9	120,4	1	7,12	119,4	121,4
Черновое точение	2·1,5=3	117,4	0,4	4,4	117	117,8
Получистовое точение	2·0,45=0,9	116,5	0,16	1,46	116,34	116,6
Предварительное шлифование	2·0,3=0,6	115,9	0,063	0,76	115,84	115,96
Окончательное шлифование	2·0,2=0,4	115,5	0,040	0,5	115,46	115,54
Поверхность Ø 28
Заготовка	2·2,33=4,66	23,34	0,52	5,98	22,82	23,86
Продолжение таблицы 8
1	2	3	4	5	6	7
Черновое растачивание	2·1,5=3	26,34	0,25	3,77	26,09	26,59
Получистовое растачивание	2·0,45=0,9	27,24	0,1	1,25	27,14	27,34
Предварительное шлифование	2·0,23=0,46	27,7	0,039	0,6	27,66	27,74
Окончательное шлифование	2·0,15=0,3	28	0,025	0,36	27,97	28,02
Поверхность L 18-0.24
Черновое точение	2·1,5=3	13,34	0,21	5,13	13,13	13,55
Получистовое точение	2·0,45=0,9	16,34	0,084	3,29	16,25	16,42
Предварительное шлифование	2·0,23=0,46	17,7	0,033	1,48	17,66	17,73
Окончательное шлифование	2·0,15=0,3	18	0,021	0,36	17,97	18,02
Поверхность L 15
Черновое точение	2·1,5=0,3	13,8	0,11	1,42	13,69	13,91
Получистовое точение	2·0,45=0,9	14,7	0,043	1,05	14,65	14,74
Окончательное шлифование	2·0,15=0,3	15	0,018	0,37	14,98	15,02

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.9 Назначение режимов обработки

Таблица 9 – Режимы обработки

№ операции	Наименование и содержание переходов	Режимы резания
		глубина резания, t, мм	скорость резания, v, м/мин	подача, s, мм/обор
005	Подрезать торцы	1,5	118,4	0,52
	Точить поверхность	0,45	118,4	0,52
	Расточить отверстие	1,5	167	0,4
	Расточить отверстие	0,45	167	0,4
	Точить выточки	0,23	148	0,5
	Расточить фаску	—	167	0,4
010	Точить поверхность	1,5	148	0,52
	Подрезать торец	0,45	148	0,52
	Точить фаску	―	118,4	0,52
	Расточить фаску	―	167	0,4
	Точить выточки	0,23	148	0,5
015	Протянуть шестишлицевое отверстие	―	116	0,4
020	Подрезать торцы	0,23	148	0,52
	Точить фаску	―	118,4	0,52
025	Фрезеровать 64 зуба	0,45	98	0,4
030	Шлифовать поверхность и торец	0,23	30	0,5·20=10
	Шлифовать поверхность	0,15	30	0,5·20=10
	Шлифовать торец	0,15	30	0,5·20=10
Продолжение таблицы 9
1	2	3	4	5
035	Шлифовать отверстие	0,23		0,3·13=3,9
	Шлифовать отверстие	0,15		0,3·13=3,9
	Шлифовать торец	0,15		Студенту 0 1 2 3 4 5 student 0 3415 Добавить комментарий