Вал ведомый

Введение

Машиностроение является одной из важнейших отраслей в промышленном комплексе нашей страны. Для народного хозяйства необходимо увеличение выпуска продукции машиностроения и повышение её качества. Технический прогресс в машиностроении характеризуется не только улучшением конструкции машин, но и непрерывном совершенствованием технологии их производства. Важно качественно, экономично и в заданные сроки с минимальными затратами живого и овеществлённого труда изготовить любую машину или деталь.

Развитие новых прогрессивных технологических процессов обработки способствует конструированию более современных машин и механизмов, и снижению их себестоимости. Актуальна задача повышения качества машин и, в первую очередь, их точности. В машиностроении точность имеет особо важное значение для повышения эксплуатационного качества машин. Обеспечение заданной точности при наименьших затратах – основная задача при разработке технологических процессов.

Основные задачи в области машиностроения и перспективы её развития:

приближение формы заготовки к форме готового изделия за счёт применения методов пластической деформации, порошковой металлургии, специального профильного проката и других прогрессивных видов заготовок;

автоматизация технологических процессов за счет применения автоматических загрузочных устройств, манипуляторов, промышленных роботов, автоматических линий, станков с ЧПУ;

концентрация переходов и операций, применение специальных и специализированных станков;

применение групповой технологии и высокоэффективной оснастки;

использование эффективных смазочно-охлаждающих жидкостей с подводом их в зону резания;

разработка и внедрение высокопроизводительных конструкций режущего инструмента из твёрдых сплавов, минералокерамики, синтетических сверхтвёрдых материалов, быстрорежущих сталей повышенной и высокой производительности;

широкое использование электрофизических и электрохимических методов обработки, нанесение износоустойчивых покрытий.

В курсовом проекте согласно заданию предусматривается разработка технологического процесса изготовления «Вал ведомый», который является одной из важнейших деталей механизма для передачи вращения.

1. Общетехническая часть

1.1 Служебное назначение изделия. Анализ конструкции и технических требований

Данная ось предназначена поддержания насаживаемых деталей, изготовленный из стали 45 на оси имеются шпоночный паз и отверстие для крепления с сопрягаемыми деталями. Поверхность 10. является основной конструкторской базой, и два отверстия диаметром 8 под конический штифт и отверстие М5 под метрическую резьбу.

Таблица 1.1. Технические требования

№ пп	Наименование поверхности, номинальное значение, мм	Назначение поверхности	Точность	Шероховатость Ra, мкм
1	2	3	4	5

1	Торцевая L=96 мм	Свободная	12	10	10
2	Фаска 1,5Ч45є	Свободная	12	10	10
3	Наружная цилиндрическая Ш 25 мм	Вспомогательная	6	1	0,63
4	Торцевая L=28 мм	Свободная	12	10	10
5	Канавка Ш 19 мм	Свободная	12	10	2,5
6	Торцевая L=30	Свободная	12	10	1,25
7	Наружная цилиндрическая Ш20 мм	Основная	6	1	2,5
8	Торцевая L=84 мм	Свободная	12	10	2,5
9	Канавка Ш 14 мм	Свободная	12	10	2,5
10	Наружная цилиндрическая Ш 15 мм	Вспомогательная	6	1	2,5
11	Фаски 1Ч45 мм	Свободная	12	10	1,25
13	Внутренняя цилиндрическая Ш 8 мм	Вспомогательная	12	10	1,25
14	Резьба М5	Вспомогательная	h25	10	5
15	Шпоночный паз 8Ч3Ч28	Вспомогательная	9	2,5	2,5
16	Наружная цилиндрическая Ш20 мм	Основная	12	10

1.2 Анализ технологичности детали

Для анализа технологичности оси рассмотрим следующие показатели:

– возможность рационального метода получения заготовки.

– использование типичных технологических процессов.

– наличие поверхностей труднодоступных для обработки.

С точки зрения рационального выбора заготовки оси относится к достаточно технологичному изделию. В качестве заготовки используем штамповку т. к. она дешевле проката. Данная заготовка относится к деталям класса «вал». Ось позволяет использовать типовые этапы обработки для большинства поверхностей. Показатели точности и шероховатости находятся в экономических пределах (точность 6 квалитет, шероховатость Ra 1). Для достижения этих параметров не требуется применение отделочных методов обработки. Возможна реализация принципа постоянства баз на большинстве операций. Ось не имеет труднодоступных для обработки и измерения поверхностей. Шпоночный паз открытый с двух сторон, что позволяет применить при их обработке шпоночную фрезу. На основных операциях возможно применение стандартного режущего и измерительного инструментов (резец проходной, резец канавочный, фреза шпоночная, ШЦ-II, центра и т.д.)

Проведённый анализ позволяет сделать вывод, что конструкция в целом технологична.

1.3 Материал, его состав и его свойства. Режимы термообработки

Сталь 45 ГОСТ 1050–88 – углеродистая конструкционная, качественная сталь. Предназначена для деталей требующих высокую прочность или высокую поверхностную твёрдость.

Сталь 45 применяется для деталей разных размеров с твёрдой износоустойчивой поверхностью при достаточно прочной сердцевине работающей при больших скоростях и средних давлениях. Свариваемость стали 45 не высока. Применяется для изготовления коленчатых валов, поршневых колец, шатунов, шестерен, втулок и т.д.

Режимы и виды термообработки:

– полная закалка до t 940…960єС с последующим охлаждением в одном охладителе (вода или масло).

– высокий отпуск до 500…550єС выдержка и последующее охлаждение.

Таблица 1.2. Химический состав стали

Группа	Марка стали	С, %	S, %	Mn, %	Р, %
М 2	Сталь 45	0,45	0,3…0,4	0,3…0,8	0,06

Таблица 1.3. Физико-механические свойства стали

Плотность ρ, кг/м3	Предел прочности σвр, кг/мм2	Предел текучести σт, кг/мм2	Относительное удлинение δ, %	Твёрдость
7850	Не менее 61	Не менее 36	16	240

1.4 Определение массы изделия

Масса изделия определяется расчетным путем и корректируется по чертежу. Для этого конструкцию детали разбивают на простые геометрические фигуры и определяют их объём по формуле: [1.24]

для цилиндра:

(1.1)

Затем путём алгебраического сложения определяется общий объём. Масса детали вычисляется по формуле:

. (1.2)

Определяем объём детали:

см3

см3

см3

см3

Определяем общий объём изделия.

Определяем массу детали

(1.3)

(1.4)

1.5 Определение типа производства и партии запуска

Для предварительного определения типа производства используем заданный объём выпуска изделия и его массу.

По заданию годовой объём выпуска изделия составляет N=5000 шт. масса детали, определяем расчётным путём, равна m=0,25 кг.

Используя эти данные, определяем тип производства – среднесерийный. Среднесерийное производство характеризуется ограниченной номенклатурой изделий, изготовляемых периодически повторяющимися партиями.

Характерный признак среднесерийного производства – расчленение технологического процесса на отдельные самостоятельные операции, которые закреплены за определённым рабочим местом.

При среднесерийном производстве необходима переналадка технологического оборудования при переходе на изготовление деталей другой партии.

Для выполнения различных операций используются универсальные металлорежущие станки, оснащённые специальными, универсальными или универсально-сборочными приспособлениями. Находят применение специализированные, специально-автоматизированные станки. Широко используются станки с числовым программным управлением.

Целесообразно применять специальный режущий инструмент, а также специальный измерительный инструмент.

В среднесерийном производстве оборудование устанавливается или по ходу технологического процесса или по группам оборудования.

Квалификация рабочих в среднесерийном производстве ниже, чем в одиночном.

Количество деталей в партии запуска определяем по формуле:

(1.5)

где N – годовой объём выпуска заданного изделия, шт.;

а – число дней, на которое необходимо иметь запас деталей (периодичность запуска – выпуска, соответствующая потребности сборки);

F – число рабочих дней в году, 251 день.

а=1, 2, 5, 10 или 20 дней.

Принимаем n=139 шт.

2. Технологическая часть

2.1 Выбор метода получения заготовки и его технико-экономическое обоснование

Для изделия можно применять заготовку, полученную из проката или методом горячей объёмной штамповки.

Вариант 1. Заготовка из проката.

Согласно точности и шероховатости обрабатываемой поверхности, определяем промежуточные припуски. За основу расчёта промежуточных припусков принимаем наибольший наружный диаметр Ш 25 h 12. Назначаем последовательность обработки данной поверхности, выбираем табличный припуск для однократного точения h 12 – 1,5 мм.

Определяем расчетный диаметр заготовки:

мм. (2.1)

Стандартный прокат имеет Ш 27 мм.

.

Размер заготовки с отклонением Ш .

Определяем длину заготовки по формуле:

, (2.2)

где LД – номинальная длина детали по рабочему чертежу, мм;

Zпод =1,5 мм – припуск на подрезание торцов.

мм.

Определяем объём заготовки по формуле с учетом максимальных размеров:

см3, (2.3)

где DЗ – диаметр заготовки по плюсовым допускам, см.

Определяем массу заготовки по формуле:

, (2.4)

кг.

Определяем расход материала на одну деталь с учётом неизбежных технологических потерь на отрезку заготовок. Толщина дисковой плиты от 2 до 5 мм. Принимаем 4 мм.

Определяем коэффициент использования материала:

. (2.5)

Определяем стоимость заготовки из проката:

, (2.6)

где СМ = 20 уб/кг – цена одного килограмма материала;

СОТХ = 2000 руб./т – цена 1 тонны отходов. мм

Вариант 2. Заготовка, изготовленная методом горячей объёмной штамповки на ГКМ.

Пользуясь таблицей 20. ГОСТ 7505–89 принимаем:

Степень сложности – С 1;

Группа стали – М 2;

Точность изготовления – Т 4;

Исходный индекс -8.

.

.

; =0,3.

Степень сложности определяем из формулы:

С учётом табличных припусков определяем расчетные размеры заготовки:

К; (2.7)

мм,

мм,

мм,

;

мм,

мм,

мм,

Таблица 2.1 Припуски на размеры заготовки

Категория размера	Номинальное значение размера, мм	Шероховатость, мкм	Припуск, мм	Предельные отклонения, мм	Размер заготовки, мм
D1	25	1	1		26
D2	20	1	1		21
D3	15	1	1		16
L1	29	12	1		29
L2	57	12	1,2		57
L3	13	12	1		13

Определяем объем отдельных элементов заготовки по предельным размерам:

; (2.8)

=16,6см3;

=21,4 см3;

2,02 см3;

Определяем массу заготовки:

, (2.9)

кг.

Определяем коэффициент использования материала:

, (2.11)

(2.19)

Определяем стоимость штампованной заготовки по формуле:

,

где См = 35 руб./кг – стоимость 1 кг штамповки;

СОТХ = 2000 руб./т – стоимость 1 тонны отходов.

,

Таким образом, технико-экономические расчеты показывают, что заготовка полученная методом горячей объемной штамповки на ГКМ более экономична, чем заготовка полученная из проката.

2.2 Назначение технологических схем обработки поверхности

Таблица 2.2 Технологические схемы обработки поверхности

№ п/п	Наименование поверхности	Требуемые параметры		Переходы (операции)	Достижимые параметры
		IT	Ra		IT	Ra, мкм
1,12	Торцевая L=96 мм	12	10	Точение однократное	12	10
2	Фаска 1,5Ч45є	12	10	Точение однократное	12	10
3	Наружная цилиндрическая Ш 25 мм	6	1	Точение черновое Точение чистовое Шлифование предв. Шлифование оконч.	12 9 7 6	10 6,3 2,5 1
4	Торцевая L=28 мм	12	10	Точение однократное	12	10
5	Канавка Ш 19 мм	12	10	Точение однократное	12	10
6	Торцевая L= 30 мм	12	10	Точение однократное	12	10
7	Наружная цилиндрическая Ш20 мм	13	2,5	Точение черновое Точение чистовое Шлифование предв. Шлифование оконч.	12 9 7 6	10 6,32,5 1
8	Торцевая L=84 мм	12	10	Точение однократное.	12	10
9	Канавка Ш14 мм	12	10	Точение однократное	12	10
10	Наружная цилиндрическая Ш15 мм	6	1	Точение черновое Точение чистовое Шлифование предв. Шлифование оконч.	12 9 7 6	10 6,3 2,5 1
11	Фаска 1Ч45є	12	10	Точение однократное.	12	10
13	Внутренняя коническая Ш 8 мм	12	10	Точение однократное.	12	10
14	Резьба М5	h25	10	Нарезание резьбы	12	10
15	Шпоночный паз 8Ч3Ч28	9	2,5	Фрезерование	9	2,5
16	Наружная цилиндрическая Ш20 мм	6	1	Точение черновое Точение чистовое Шлифование предв. Шлифование оконч.	12 9 7 6	10 6,3 2,5 1

2.3 Проектирование технологического процесса изготовления детали

Таблица 2.8

№	Наименование операции	Эскиз обработки	Оборудование	Приспособление	Режущий инструмент	Мерительный инструмент
000	Заготовительная	Штамповка	ГКМ
005	Фрезерно-центровальная		Фрезерно-центровальный МР-71М	Тиски	Фреза торцевая Сверло центровочное	Штангенциркуль ШЦ-I, колибр-пробка.
010	Токарная с ЧПУ		Токарная с ЧПУ 16К20Ф3	Патрон поводковый; центр вращающийся	Резец проходной	Штангенциркуль ШЦ- I
015	Токарная с ЧПУ		16К20Ф3	Патрон поводковый; центр вращающийся	Резец контурный.	Штангенциркуль ШЦ- I
020	Сверлильная		Сверлильный 2H135	Приспособление для сверления	Сверло, развертка коническая	Колибр – пробка
025	Сверлильная		Вертикально-сверлильный 2H106П	Тиски	Сверло, мечик М5	Колибр – резьбовой

2.4 Расчёт припусков и межоперационных размеров

Расчёт выполняем для поверхности ш20 h6 ().

Исходные данные:

заготовка – штамповка;

материал – Сталь 45.

Последовательность обработки поверхности следующая:

– точение черновое h 12;

– точение чистовое h 9;

– шлифование предварительное h 7;

– шлифование окончательное h 6.

По таблицам 27; 28 определяем элементы минимального припуска по каждому переходу Rz, H, ρ, и записываем их в графы 2, 3,4, таблицы 2.9. Величина пространственных отклонений при обработке в центрах определяется по формуле (Табл. 31, стр. 68):

=

-погрешность заготовки по смещению (табл. 34, стр. 73), =0,4 мм;

- погрешность корабления (табл. 31, стр. 68). ;

l – расстояние от базовой поверхности до середины обрабатываемой поверхности. l=64 мм.

Δк – удельная кривизна заготовки (табл. 32, стр. 72.). Δк=2 мкм/мм;

мкм=0,128 мм;

- погрешность центрирования (табл. 31, стр. 69).=0,25 мм;

[2.с. 69] Пространственные отклонения при черновом точении (формула 30, стр. 74):

, (2.4.2)

где Ку = 0,06 – после чернового точения;

Ку = 0,04 – после чистового точения;

Ку = 0,02 – после шлифования предварительного.

ρ1 -после точения чернового;

ρ2 -после точения чистового;

ρ3 -после шлифования.

Погрешность установки заготовки εу = 0, т. к. обработка ведётся в центрах.

Рассчитываем величину минимального припуска по формуле:

(табл. 26, стр. 65)

и заносим эти данные в графу 6.

Рассчитываем минимальные размеры по формуле и заносим результаты в графу 7:

. (2.4.4)

.

Определяем максимальные размеры и заносим в графу 9:

По СТМ-1, таблица 23, стр. 147 выбираем допуск для заготовки ei=-0.013 es=+0.003.

По СТМ-1, таблица 4 выбираем значение допусков и записываем их в соответствующую графу таблицы.

получаем, округляя расчётный размер до того знака десятичной дроби, с каким дан допуск на размер для данного перехода.

Наибольшие предельные размеры вычисляем прибавлением допуска к округлённому наименьшему предельному размеру.

. (2.4.5)

Предельные значения припусков определяем как разность наибольших предельных размеров и - как разность наибольших предельных размеров предшествующего и выполняемого переходов.

Общие припуски определяем, суммируя промежуточные припуски и записываем их значения в таблицу.

=80+160+258+1778=2276 мкм;

=88+191+416+2568=3264 мкм;

Проводим проверку правильности расчётов:

-=+

3264–2276=1000–13

987=987

Выполняем в виде таблицы для остальных поверхностей, кроме тех, которые обрабатываются

Однократно.

Таблица 2.10 Припуски и межоперационные размеры

№ поверхности.	Наименование поверхности, размер по чертежу.	Переходы (операции).	Припуск , мм.	Допуск , мм.	Операционный размер отклонения.
1; 12	Торцевая L=96	Заготовка Точение однократное	- 2Ч1,5	1,2 0,35	99 96±0,175
3	Наружная цилиндрическая Ш 25 мм	Заготовка Точение черновое Точение чистовое Шлифование предв. Шлифование оконч.	- 1,5 0,25 0,1 0,06	1 0,21 0,052 0,021 0,014	26 25,41 25,16 25,06 25
7	Наружная цилиндрическая Ш 20 мм	Заготовка Точение черновое Точение чистовое Шлифование предв Шлифование оконч.	- 1,5 0,25 0,1 0,06	1 0,21 0,052 0,021 0,01	21,91 20,41 20,16 20,06 20
13	Наружная цилиндрическая Ш 15 мм	Заготовка Точение черновое Точение чистовое Шлифование предв Шлифование оконч.	- 1,4 0,25 0,1 0,06	1 0,18 0,043 0,018 0,012	16,81 15,41 15,16 15,06 15

2.5 Расчет режимов резания и основного времени

Операция 015 Токарная с ЧПУ.

Исходные данные:

Модель станка – 16К20Ф3;

Материал режущей части резца Т5К10;

Максимальная глубина резания: t =0,889 мм.

Переходы:

Установить, снять заготовку.

Точить цилиндрические поверхности: 7; 16; 10.

Переустановить.

Точить цилиндрические поверхности: 1; 2.

Переход 2.

Ι. Точение однократное

1) Находим табличное значение подачи

Sот = 0,27 мм/об t =0,889 мм

2) Находим фактическую подачу с учетом поправочных коэффициентов:

Sф = 0,1Ч 1,05Ч1,1 Ч1,0Ч 1,0 Ч 1,25 Ч 1,0 Ч 1,0 Ч1,0 Ч 1,0 = 0,35 мм/об

3) Находим табличную скорость и мощность резания

Vт = 210 м/мин Nт = 6,3 кВт

(2.4.6)

.

4) Определяем частоту вращения шпинделя по формуле:

Принимаем nmax = 2311 об/мин; nmin = 1738 об/мин.

nср = об/мин.

5) Определяем фактическую мощность резания:

Kn = 1,5 (2.4.8)

6) Находим минутную подачу:

ср (2.4.9)

Sм max = 0,35 Ч2025 =709 мм/мин.

Расчет основного времени:

мин.