--PAGE_BREAK--Задание
Для выполнения курсовой работы был получен чертёж детали — валик. Необходимо перевести чертёж в электронный вид в соответствии со стандартами оформления чертежей. Далее по чертежу необходимо разработать экономически целесообразный технологический процесс изготовления детали. А также сконструировать для запроектированного технологического процесса оснастку – кондуктор.
Введение
Механическая обработка детали – широко распространенный технологический процесс современного машиностроения.
Механическая обработка находит широкое применение в областях машиностроения благодаря возможности получения деталей различной формы и конфигурации с заданными технологическими показателями.
В целях обеспечения высокой эффективности производства и создания качественной продукции необходима разработка таких технологических процессов, которые позволяют с наименьшими трудовыми и материальными затратами обеспечить изготовление продукции с требуемыми параметрами, характеристиками и свойствами.
Эффективность того или иного технологического процесса зависит от того, насколько обоснованно был произведен выбор основного инструмента, оборудования, оснастки. А также от методов получения заготовки и режимов резания.
В данном курсовом проекте разработан и обоснован технологический процесс изготовления заданной детали с учетом обеспечения высокого качества её получения методами механической обработки на реальном оборудовании и спроектирован кондуктор для сверления отверстия в заданной детали.
1. Технологический анализ рабочего чертежа детали
1.1 Условия работы
Деталь относиться обширному классу деталей – типа Вал. Во время работы толкатель испытывает:
· напряжения растяжения
· на поверхностях резьбы возникают контактные напряжения, которые могут вызвать разрушения в зоне контакта
· возможны тепловые нагрузки.
К детали предъявляются следующие требования (ТТ):
1. Твердость поверхности Rc 32-40
2. Острые кромки притупить R0,2.
1.2 Описание конструкции и геометрических характеристик детали
В конструкции валика можно выделить следующие элементы. Имеется 2 отверстия Æ6мм, расположенных перпендикулярно к оси. И 2 отверстия идущих сквозь валик, одно за другим, соостно с осью симметрий. Первое отверстие Æ15мм на глубину 5мм, второе Æ20мм на глубину 100мм. Шероховатость для этих двух отверстий Rz-2,5. Для остальных поверхностей шероховатость Rz-40.
Конструкторские поверхности:
· резьбовая поверхность Æ27;
· поверхности А и Б.
Поверхности простые и доступные для обработки на универсальном оборудовании. Технические требования для этих поверхностей легко обеспечить.
Для обработки отверстий в заготовке используют универсальное оборудование. Поэтому технические требования обеспечить не сложно.
Технические требования по твердости обеспечиваются путем применения закалки поверхности валика.
Обработка детали будет производится от черновых операций к чистовым, что позволит достичь заданную точность геометрических размеров. Поверхности, имеющие заданное ограничение по биению будут обрабатываться в одной операции с теми поверхностями, относительно которых эти биения заданы.
Поверхности детали имеют простую геометрическую форму, что позволяет использовать их в качестве технологических баз при изготовлении детали на завершающей стадии обработки.
Обозначим поверхности детали и опишем их в таблице 1.
Рисунок 1— Конструкция и геометрия валика
Таблица 1
№ поверхности
Технические требования
Технологические последствия
1,7
Размер (105-) (11квалитет)
Шероховатость поверхности (Rz40)
Твёрдость поверхности (HRC46-52)
Получистовое точение
Закалка
2
Размер (5x15̊ )
Шероховатость поверхности (Rz40)
Твёрдость поверхности (HRC46-52)
Получистовое точение
Закалка
3
Размер (66)
Шероховатость поверхности (Rz40)
Твёрдость поверхности (HRC46-52)
Получистовое точение
Закалка
4
Размер ()
Шероховатость поверхности (Rz40)
Твёрдость поверхности (HRC46-52)
Получистовое точение
Закалка
5
Размер(Ø27)
Шероховатость поверхности (Rz40)
Твёрдость поверхности (HRC46-52)
Получистовое точение
Нарезание резьбы
Закалка
6
Размер (Ø6)
Шероховатость поверхности (Rz40)
Твёрдость поверхности (HRC46-52)
Сверление
8
Размер (Ø 15)(11квалитет)
Шероховатость поверхности (Rz2,5)
Твёрдость поверхности (HRC46-52)
Получистовое точение
Закалка
9
Размер (Ø 25)
Шероховатость поверхности (Rz40)
Твёрдость поверхности (HRC46-52)
Получистовое точение
Закалка
10
Размер (100) (11квалитет)
Шероховатость поверхности (Rz40)
Твёрдость поверхности (HRC46-52)
Получистовое точение
Закалка
11
Размер (Ø 20) (11квалитет)
Шероховатость поверхности (Rz2,5)
Твёрдость поверхности (HRC46-52)
Получистовое точение
Закалка
12
Размер (Ø36)
Шероховатость поверхности (Rz40)
Твёрдость поверхности (HRC46-52)
Получистовое точение
Закалка
13
Размер (R1)
Шероховатость поверхности (Rz40)
Твёрдость поверхности (HRC46-52)
Получистовое точение
Закалка
14
Размер (Ø25)
Шероховатость поверхности (Rz40)
Твёрдость поверхности (HRC46-52)
Получистовое точение
Закалка
продолжение
--PAGE_BREAK--1.3 Характеристика материала заготовки детали
Материал детали — сталь 38ХА. Это – легированная высококачественная сталь.
Состав: * Кремний (Si) 0,17-0,37%
· Марганец (Mn) 0,50-0,80%
· Медь (Cu) не более 0,30%
· Никель (Ni) не более 0,30%
· Сера (S) не более 0,025%
· Углерод (C) 0,35-0,42
· Фосфор (P) 0,025
· Хром (Cr) 0,80-1,10
Материал цементируемый, хорошо обрабатываемый резанием лезвийными инструментами до цементации и закалки (коэффициент обрабатываемости по отношению к стали 45 равен 0,8), а после этой термохимической обработки обрабатывается абразивным инструментом методом шлифования. Кроме этого, материал достаточно хорошо деформируется в горячем состоянии. Механические свойства материала при азотировании: предел прочности кгс /мм2, предел текучести кгс/см2, относительное удлинение образца при разрыве , относительное сужение сечения =50%, ударная вязкость а=8 кгс м /см2
Требуемая твердость материала детали HRC–32…40 получается путем закалки по технологии термического цеха (твердость матреиала заготовки HRC–27…29)
Свариваемость: трудносвариваемая, рекомендуется сварка плавлением с предварительным подогревом и последующей термообработкой.
Назначение стали 38ХА: червяки, зубчатые колеса, шестерни, валы, оси, ответственные болты и другие улучшаемые детали
1.4 Общая характеристика технологичности детали
У данной детали малые перепады диаметров, что позволяет применить много резцовые станки. В детали предусмотрены фаски, что позволяет вести обработку в центрах. Конструкция детали достаточно проста, что позволяет обрабатывать поверхности стандартным режущим инструментом. Контроль большинства поверхностей осуществляется стандартным мерительным инструментом, без ограничения по доступности, что делает ее контролепригодной. Исходя из анализа конструкции детали, можно сказать, что деталь технологична.
2. Проектирование технологического процесса
2.1 Определение типа производства.
Проектирование технологического процесса и разработка его маршрута должны выполнятся с учетом типа организации производства. Различают три основных типа машиностроительного производства: массовое, серийное и единичное.
Для оценки типа производства можно воспользоваться характеристикой серийности, в основу которой положена классификация деталей по их массе и габаритам. В нашем случае годовая программа выпуска (N=240шт.), и масса до 6 кг, по таблице устанавливаем тип производства — мелкосерийное.
Таблица 1. Характеристика серийности производства
Тип производства
Количество изготавливаемых за год деталей одного наименования
Тяжелых (крупных) Массой выше 30 кг
Средних массой
до 30 кг
Легких (мелких) массой до 6 кг.
Единичное
До 5
До 10
До 100
Мелкосерийное
5..100
10…200
100…500
Серийное
100…300
200…500
500…5000
Крупносерийное
300…1000
500…5000
5000…50000
Массовое
Свыше 1000
Свыше 5000
Свыше 50000
Получаем тип производства — мелкосерийное.
продолжение
--PAGE_BREAK--2.2 Выбор и экономическое обоснование способа получения заготовки.
Анализ чертежа детали, тип производства позволяют установить вид, способ получения заготовки и точностные характеристики заготовки по рисунку 2 [2].
В нашем случае сталь 38ХА– деформируемый сплав. Конфигурация детали – валик с небольшой разницей диаметров. Вид производства – серийное. Исходя из условий заготовку можно получать штамповкой на молотах, прессах, на ГКМ.
Рассмотри следующие виды получения заготовки: ГКМ[1] и шестигранный пруток.
Штамповка на ГКМ имеет следующие преимущества:
- можно легко штамповать детали, которые на другом оборудовании рационально изготовить нельзя;
- достигается экономия металла, так как штамповка производится преимущественно в закрытых штампах, а штамповочные уклоны в ряде случаев отсутствуют;
- макроструктура поковок получается благоприятной и обеспечивает высокое качество деталей;
- возможно применение вставок для ручьев, чем экономится штамповочная сталь;
- работа на ГКМ легко автоматизируется.
К недостаткам штамповки на ГКМ относятся:
- меньшая универсальность по сравнению с молотами и прессами. Номенклатура поковок резко ограниченна;
- низкая стойкость штампов, которая объясняется рядом причин. Штамп закрытый, поэтому возникают перегрузки в полости ручья;
- необходимость очистки нагретого прутка от окалины, так как деформирование происходит за один ход, и вся окалина будет заштампована.
На рис 1 представлены эскизы получения двух вариантов заготовки, чистый вес (масса) детали 0,345 кг. В размерах заготовки учтены припуски необходимые для обеспечения указанной точности.Чертеж заготовки имеется в приложении к записке.
Первый вариант (рис 2) – ГКМ, вес заготовки Gзаг.1=0,789 кг.
Второй вариант (рис 3) – пруток, вес заготовки Gзаг.2=1,365 кг.
Рисунок 2. ГКМ Рисунок 3. Круглый пруток
Применение обоих вариантов не вызывает необходимости в разработке принципиально отличных техпроцессов изготовления детали. Следовательно, сравнительный экономический расчет проведем по стоимости приведенных вариантов получения заготовки. С учетом коэффициентов приведенных в параграфе 2.2.4. [3], основные данные можно свести в таблицу 2.
Таблица 2 — основные данные для расчета стоимости заготовок
№ п.п.
Наименование показателей
Обоз. и еден. измер.
1 вариант
2 вариант
ГКМ
Пруток
1
Вес (масса) заготовки
Gзаг, кг
0,789
1,365
2
Вес (масса) детали
Gдет, кг
0,345
0,345
3
Базовая стоимость одной тонны штамповок
C1, руб.
14 175
14 175
4
Коэффициент, учитывающий класс точности заготовки
кТ
1
1
5
Коэффициент, учитывающий марку материала
кМ
2
2
6
Коэффициенты, зависящие от группы сложности и веса заготовок и от объема производства.
кС
1
1
кв
1,42
1
кп
1
1
7
Вес (масса) отходов
(Gзаг-Gдет), кг
0,444
1,020
8
Стоимость 1т. отходов (табл.12 [ ])
Sотх, руб.
1 341
1 341
Расчет стоимости заготовок первого и второго варианта проведем по формуле:
Определим стоимости заготовок по первому и второму вариантам:
Данные расчета сведем в таблицу 3 по форме указанной в разделе 2.3 (табл.25) [3]
Таблица 3 — результаты расчета стоимости заготовки по вариантам
№ п.п.
Наименование показателей
Един.изм
1 – вариант
2 — вариант
1
Способ получения заготовки
-
ГКМ
Пруток
2
Материал заготовки
-
Сталь 38ХА
3
Чистый вес масса детали
кг
0,345
4
Вес (масса) заготовки
кг
0,789
1,365
5
Экономия материала на:
а) одну заготовку
кг.
1,365-0,789=0,576
б) на годовую программу N=240 шт.
кг.
0,576·240=138,24
6
КИМ
-
0,416
0,176
7
Стоимость заготовки
руб.
31,16
37,15
8
Экономия на одну заготовку
руб.
37,15-31,16=5,99
9
Экономия на годовую программу
руб.
5,99·240=1437,6
На основании выполненных расчетов можно утверждать, что из двух выбранных для сравнения вариантов лучшим является первый вариант заготовки (заготовка на ГКМ), имеющая меньшую стоимость и больший КИМ.
продолжение
--PAGE_BREAK--2.3Проектирование технологического маршрута изготовления детали 2.3.1 Выбор технологических баз
Исходные технологическими базы – поверхности 3 и 4. Установочные базы – поверхности 5 и 9 (наиболее удобные для этой цели).
Более правильное определение технологических баз и установочных поверхностей возможно после составления технологического маршрута, т.е. после установления комплекса обрабатываемых поверхностей и простановки операционных размеров.
2.3.2 Установление последовательности обработки поверхностей заготовки
Все элементарные поверхности детали можно разделить на две группы: торцы (поверхности 1,3,4,7,10,13), цилиндрические (2,5,8,9,11,12,14), скругление 13, отверстие 6
В качестве первой черновой базы принимаем поверхности 3 и 9, т.к. поверхность 3 образовалась в полости матрицы ГКМ и не имеет штамповочных уклонов.
Менее ответственные поверхности обрабатываются на этапе чернового точения. Необходимо обработать отверстия и боковые поверхности до термообработки, т.к. после этой операции могут возникнуть трудности их формообразования лезвийным инструментом.
После получения готовой детали производится контроль.
2.3.3 Формирование принципиальной схемы технологического процесса
Анализ чертежа детали, заготовки, последовательности обработки поверхностей позволяют сформировать следующую принципиальную схему технологического маршрута и технологического процесса в целом.
Таблица 5 – Этапы обработки заготовки и их назначение
N этапа
Наименование этапа
Назначение
Э1
Черновой
Съем лишних напусков и припусков, формирование свободных поверхностей
Э2
Чистовой
Съем слоя
Э3
Термический
Закалка
Э4
Контрольный
Окончательный контроль геометрических параметров и качества поверхностного слоя
2.3.4 Формирование структуры технологического процесса
Принадлежность каждой элементарной поверхности этапам обработки принципиальной схемы технологического процесса показана в таблице 6.
Таблица 6 – Ступени и вид обработки по каждой из поверхности
N Элем.пов-ти
Количество ступеней обработки
Этап обработки
Э1
Э2
Э3
Э4
1
2
+
-
+
+
2
2
+
-
+
+
3
2
+
-
+
+
4
2
+
-
+
+
5
2
+
-
+
+
6
2
+
-
+
+
7
2
+
-
+
+
8
3
+
+
+
+
9
2
+
-
+
+
10
3
+
+
+
+
11
3
+
+
+
+
12
2
+
-
+
+
13
2
+
-
+
+
14
2
+
-
+
+
Выделим в каждом этапе группы поверхностей, которые могут быть обработаны в одной операции за одну установку заготовки, т.е. создадим технологические комплексы.
Таблица 7 – Распределение поверхностей по этапам обработки
N этапа
N комплекса
1
2
3
Э1
1,2,3,8,9,12
4,5,7,10,11,13,14
6
Э2
8,10,11
Э3
Все
Э4
Все
Считается, что поверхности, входящие в комплекс, будут обрабатываться в одной операции, а последовательность выполнения операций соответствует номеру этапа.
продолжение
--PAGE_BREAK--2.3.5 Выбор метода обработки и типа оборудования
Для обработки элементарных поверхностей детали применим методы точения поверхностей тел вращения и сверление отверстий. Технологические возможности этих методов вполне соответствуют требованиям по точности и качеству поверхности.
С целью обеспечения наиболее высокой производительности процесса обработки заготовки на черновом этапе используем станок 16К20, а при сверлении отверстий универсальный станок 2М112, т.всегда необходима переустановка детали с целью точного базирования.
Токарно винторезный станок 16К20
предназначены для выполнения разнообразных токарных работ: обтачивания и растачивания цилиндрических и конических поверхностей, нарезания наружных и внутренних метрических, дюймовых, модульных и питчевых резьб, а также сверления, зенкерования, развертывания, и т.п. Отклонение от цилиндричности 7 мк, конусности 20 мк на длине 300 мм, отклонение от прямолинейности торцевой поверхности на диаметре 300 мм — 16 мк.
Станки оснащены механическим фрикционом, приводом быстрых перемещений суппорта, задняя бабка имеет аэростатическую разгрузку, направляющие станины закалены HRCэ 49...57.
Технические характеристики:
Наибольшая длина обрабатываемого изделия, мм 1000
Высота оси центров над плоскими направляющими станины, мм: 215
Пределы оборотов, об/мин 12,5-1600
Пределы подач, мм/об
Продольных 0,05-2,8
Поперечных 0,002-0,11
Мощность электродвигателя главного привода, кВт 11
Наибольший диаметр изделия, устанавливаемого над станиной, мм 400
Наибольший диаметр обработки над поперечными салазками суппорта, мм 220
Наибольший диаметр прутка, проходящего через отверстие в шпинделе, мм 50
Габаритный размеры станка, мм
Длина 2795
Ширина 1190
Высота 1500
Масса станка, кг 3005
Технические характеристики вертикально-сверлильного промышленного станка 2М112:
Наибольший размер сверления и резьбонарезания, мм
Нарезание резьбы (реверс)
12 (до 16мм — сверлильный патрон в комплекте)
М12
Вылет шпинделя (расстояние от оси шпинделя до образующей колонны), мм
190
Размер конуса шпинделя наружный по ГОСТ 9953-82
B18
Наибольшее расстояние от торца шпинделя до рабочей поверхности стола,min-max, мм
50-400
Наибольшее перемещение шпинделя, мм
100
Цена деления лимба, мм
1
Подача при сверлении
ручная
Количество скоростей шпинделя
5
Пределы частоты вращения шпинделя, min-max, об/мин
450-4500
Мощность электродвигателя, кВт
0,55
Частота вращения электродвигателя, об/мин.
1500
Напряжение трёхфазного эл.питания, В
380
Размеры рабочей поверхности стола, мм
200 х 250
Количество Т-образных пазов
3
Расстояние между пазами, мм
50
Ширина пазов, мм
14
Габаритные размеры, мм
770x370x950
Масса, не более, кг
120
2.3.6 Построение эскизного технологического маршрута
На основании данных, приведенных выше, разработана маршрутная карта и технологический маршрут изготовления заданной детали, составлен альбом операционных карт и изображены в графическом виде и операции.
2.4 Расчет режимов резания
Рассчитаем режимы резания на обтачивание наружной поверхности (10 операция), подрезание торца в операции 15 (токарная, черновая), а также сверление отверстия в операции 25. Расчет режимов резания ведем по методическим пособиям [13] и [14].
Обрабатываемый материал 38ХА имеет Е=200000Мпа, . По приложению 2[13] находим, что при обработке конструкционных углеродистых сталей рекомендуется применять быстрорежущий резец марки Р6М5.
продолжение
--PAGE_BREAK--2.4.1. Расточка цилиндрической поверхности(операция 10)
По приложению 2[13] находим, что при обработке конструкционных углеродистых сталей рекомендуется применять быстрорежущий резец марки Р6М5.
Расточку наружной поверхности будем проводить проходным резцом.
Станок 16К20 допускает применение резцов с максимальным размером сечения державки 25х25, поэтому по приложению выбираем резец с параметрами мм, L=120 мм. 2.
Геометрию резца выбираем по приложению № 2[13]. Форма передней поверхности плоская с фаской;
Выбор глубины резания
Для поверхности 9 согласно эскизу маршрута технологического процесса D=1 мм. Производим обработку в один проход. Итак, принимаем t=1 мм. Шероховатости обрабатываемых поверхностей мкм. Обработку рекомендуется проводить в 1 проход. Принимаем
Расчет подачи по прочности механизма подачи станка
Используется формула:
По паспортным данным станка 16K20 (см. приложение 1[13]):
Н
По приложению 3[13] для стали 38ХА:
механические характеристики: Е = 210 000 МПа, МПа
значения коэффициентов и показателей:
Для резцов с принимаем и ориентировочно м/мин.
Определяем .
мм/об.
Расчет подачи по прочности державки резца
Используется формула:
Было принято: В =25 мм; Н = 16 мм; = 260 МПа; ; l = 35 мм.
Тогда получим:
Расчет подачи по заданной шероховатости
Используется формула:
По таблице 1[13] находим, что при обработке стали: .
Выбранный резец имеет мм; мм, следовательно, =0,22мм/об.
Выбор наибольшей технологически допустимой подачи
Из всех подач наименьшей является S3. Из имеющихся у станка подач, выбираем ближайшую меньшую или равную ей. Для станка 16К20 Sст=0,2 мм/об, следовательно, Soцил.=0,2 мм/об.
Выбор скорости резания
Частота вращения шпинделя станка определяется по формуле:
.
По приложению 3[13] принимаем: Т=45 мин, D=75 мм. Находим ; Xv=0,25; Yv=0,33; m=0,125; KjV=1,0; Kj1V=1,0; KuV=0,95; KnV=1,0; KMv=0,63; KoV=0,8.
Определяем: .
Тогда .
Для станка 16К20 по приложению 1[13]: nx=630 об/мин; nx+1=800 об/мин.
Сравнить минутные подачи для этих ступеней:
; ; .
Ближайшая меньшая, имеющаяся на станке ,
,
, .
Таким образом, наивыгоднейшим режимом резания будет: t=1 мм; S=0,2 мм/об; n=630об/мин.
Действительная скорость резания: .
продолжение
--PAGE_BREAK--2.4.2. Подрезка торца(операция 15)
Осуществляем подрезку торцевой поверхности. Будем использовать проходной упорный прямой резец.
Станок 16К20 допускает применение резцов с максимальным размером сечения державки 25х25, принимаем такой же резец, как и для обтачивания цилиндрических поверхностей, с параметрами:
Главный угол в плане , вспомогательный угол в плане , радиус при вершине резца r = 0,025(H+B) =0,025(16+25) = 1,025мм, передний угол , задний угол , задний вспомогательный угол , фаска на передней поверхности f = 0.015(H+B) = 0.015(16+25) = 0,615/мм, угол на фаске , угол наклона главного режущей кромки , допустимая величина износа мм.
Выбор глубины резания
Для поверхности 7 согласно эскизу маршрута технологического процесса D3=1,5 мм. Производим обработку в один переход. Итак, принимаем t=1,5 мм.
Расчет подачи по прочности механизма подачи станка
Используется формула:
По паспортным данным станка 16K20 (см. приложение 1[13]):
Н
По приложению 3[13] для стали 38ХА:
механические характеристики: Е = 210 000 МПа, МПа
значения коэффициентов и показателей:
Для резцов с принимаем и ориентировочно м/мин.
Определяем .
мм/об.
Расчет подачи по прочности державки резца
Используется формула:
Было принято: В =25 мм; Н = 16мм; = 260 МПа; ; l = 35мм.
Тогда получим: .
Расчет подачи по заданной шероховатости
Используется формула:
По таблице 1[13] находим, что при обработке стали: .
Выбранный резец имеет мм; мм, следовательно, = 0,25 мм/об.
Выбор наибольшей технологически допустимой подачи
Из всех подач наименьшей является S3. Из имеющихся у станка подач, выбираем ближайшую меньшую или равную ей. Для станка 16К20 Sст=0,2 мм/об, следовательно, Soцил.=0,2 мм/об.
Выбор скорости резания
Частота вращения шпинделя станка определяется по формуле:
.
По приложению 3[13] принимаем: Т=45 мин, D=75 мм. Находим ; Xv=0,25; Yv=0,33; m=0,125; KjV=1,0; Kj1V=1,0; KuV=0,95; KnV=1,0; KMv=0,63; KoV=0,8.
Определяем .
Тогда .
Для станка 16К20 по приложению 1[13]: nx=630 об/мин; nx+1=800 об/мин.
Сравнить минутные подачи для этих ступеней:
; ; .
Ближайшая меньшая, имеющаяся на станке ,
,
, .
Таким образом, наивыгоднейшим режимом резания будет: t=0,5 мм; S=0,2 мм/об; n=630об/мин.
Действительная скорость резания: .
продолжение
--PAGE_BREAK--