Изготовление детали "Хвостовик"

Введение

Разработка техпроцесса – важнейший исходный этап подготовки производства новых изделий. После разработки техпроцесса на его основе производится конструирование и изготовление необходимой по техпроцессу оснастки, расчёт припусков, расчёт режимов резания, нормирование, организация производства.

В основу разработки технологических процессов положены два принципа – технический и экономический. В соответствии с техническим принципом проектируемый технологический процесс должен полностью обеспечить выполнение всех требований рабочих чертежей и технических условий на изготовление изделия. В соответствии с экономическим принципом изготовление изделия должно вестись с минимальными затратами труда и издержками производства. С точки зрения технического принципа задача проектирования технологического процесса, как правило, характерна многовариантность возможных решений, при этом из нескольких возможных вариантов выбирается наиболее рентабельный. В исключительных случаях (ликвидация узких мест, срочный выпуск особо важной продукции в кратчайшие сроки) может быть выбран не более рентабельный, а наиболее производительный вариант.

Технологический процесс изготовления детали определяется в основном следующими факторами:

1) конфигурацией и размерами детали; требованиями к точности обработки и к качеству поверхности; материалом детали, наличием или отсутствием термической обработки в процессе изготовления;

2) объёмом производства и размерами партий;

3) наличным составом и состоянием оборудования;

4) возможностями инструментального цеха, изготовляющего приспособления, штампы, пресс-формы, режущий инструмент и другую технологическую оснастку.

Из указанных выше факторов три последних с деталью непосредственно не связаны, а характеризуют общую производственную обстановку. Поэтому для одной и той же детали в зависимости от применения трёх последних факторов рациональный вариант техпроцесса будет различен, что обуславливает многовариантность техпроцесса для одной и той же детали. Многовариантность техпроцесса возрастает также и потому, что при изготовлении детали одних и тех же результатов с точки зрения точности и качества поверхности можно достичь, применяя несколько различных способов обработки. Рациональный вариант техпроцесса определяется путём экономического анализа.

1. Материал детали и его свойства

Материал детали «Хвостовик» – сталь 45 (ГОСТ 1050–74). Сталь 45 относится к группе углеродистых качественных сталей. Эти стали характеризуются более низким, чем у сталей обыкновенного качества, содержанием вредных примесей и неметаллических включений. В соответствии с ГОСТ 1050–74 качественные стали производят и поставляют без термической обработки (горячекатаными, коваными), термически обработанными и нагартованными. Механические свойства гарантируются после нормализации, а так же по требованию потребителя после закалки и отпуска, нагартовки или термической обработки, устраняющей нагартовку – отжига или высокого отпуска.

В зависимости от содержания углерода качественные стали подразделяются на низкоуглеродистые, среднеуглеродистые и стали с высокой концентрацией углерода. Маркируются они двузначными числами 05, 08, 10, 15, 20, …, 85, обозначающими среднее содержание углерода в сотых долях процента (ГОСТ 1050–74). Сталь 45 относится к среднеуглеродистым сталям, которые отличаются большей прочностью, но меньшей пластичностью, чем низкоуглеродистые. Среднеуглеродистые стали применяют после улучшения, нормализации и поверхностной закалки.

Сталь 45, химический состав (%) ГОСТ 1050–74

C	Si	Mn	Cr	S	P	Cu	Ni	As
			Не более
0,42–0,50	0,17–0,37	0,50–0,80	0,25	0,04	0,035	0,25	0,25	0,08

В улучшенном состоянии – после закалки и высокого отпуска на структуру сорбита – достигаются высокая вязкость, пластичность, и, как следствие, малая чувствительность к концентраторам напряжений. При увеличении сечения деталей из-за несквозной прокаливаемости механические свойства сталей снижаются. После улучшения стали применяют для изготовления деталей небольшого размера, работоспособность которых определяется сопротивлением усталости (шатуны, коленчатые валы малооборотных двигателей, зубчатые колёса, маховики, оси и т.п.). При этом возможный размер деталей зависит от условий их работы и требований к прокаливаемости. Для деталей, работающих на растяжение, сжатие (например, шатуны), необходима однородность свойств металла по всему сечению, и, как следствие, сквозная прокаливаемость. Размер поперечного сечения таких нагруженных деталей ограничивается 12 мм. Для деталей (валы, оси и т.п.), испытывающих главным образом напряжения изгиба и кручения, которые максимальны на поверхности, толщина упрочнённого при закалке слоя должна быть не менее половины радиуса детали. Возможный размер поперечного сечения таких деталей – 30 мм.

Для изготовления более крупных деталей, работающих при невысоких циклических и контактных нагрузках, используют стали 40, 45, 50. Их применяют после нормализации и поверхностной индукционной закалки с нагревом ТВЧ тех мест, которые должны иметь высокую твёрдость поверхности (HRC 40–58) и сопротивление износу (шейки коленчатых валов, кулачки распределительных валиков, зубья шестерён и т.п.).

Индукционной закалкой с нагревом ТВЧ упрочняют также поверхность длинных валов, ходовых винтов станков и других деталей, для которых важно ограничить деформации при термической обработке.

Технологические свойства стали 45:

– температура ковки, °С: сначала – 1250, конца – 700. Сечение до 400 мм охлаждается на воздухе;

– свариваемость – трудносвариваемая. Способы сварки: РДС и КТС. Необходим подогрев и последующая термообработка;

– обрабатываемость резанием – в горячекатаном состоянии при НВ 170–179 и s_В=640 МПа

к_{u тв. спл.}=1

к_{u б. ст.}=1;

– флокеночувствительность – малочувствительна;

– склонность к отпускной хрупкости – не склонна.

2. Анализ технологичности детали «Хвостовик»

Каждая деталь должна изготавливаться с минимальными трудностями и материальными затратами. Эти затраты можно в значительной степени сократить от правильного выбора варианта технологического процесса, его оснащения, механизации, автоматизации, применение оптимальных режимов обработки и правильной подготовки производства. На изготовление детали оказывает большое влияние её конструкция и технические требования. Деталь «Хвостовик», имеющая форму тела вращения, удовлетворяет следующим основным требованиям, предъявляемым к детали данного вида:

1. Деталь – тело вращения, её можно обрабатывать на токарных станках.

2. Конструкция детали такова, что её масса уравновешена относительно оси вращения.

3. Диаметры и длины элементов выбраны из нормального ряда длин и диаметров. В связи с этим можно использовать стандартный режущий инструмент.

4. Необходимо избегать нежёстких валов. Жёсткость вала определяется соотношением L/d_ср≤12. Определяем жёсткость детали:

d_ср=(20+10)/2=15 мм

L=55 мм

L/d_ср=55/15=3,67

Таким образом, условие жёсткости выполняется: 3,67≤12.

5. Используемый режущий инструмент имеет свободный вход и выход.

6. Ж10^+0,024_+0,015

Td=ES-EI=0,024–0,015=0,009 мм

Квалитет 6, шлифование тонкое.

Ж20^-0,020_-0,072

Td=ES-EI=-0,020 – (-0,072)=0,052 мм

Квалитет 9, чистовое точение на токарном станке.

На основе проведённых расчётов можно сделать вывод о том, что данная деталь является технологичной с точки зрения её изготовления.

3. Определение типа производства

В машиностроении в зависимости от программы выпуска изделий и характера изготовляемой продукции различают три основных типа производства: единичное, серийное и массовое.

Тип производства согласно ГОСТ 3.1108–74 характеризуется коэффициентом закрепления операций за одним рабочим местом или единицей оборудования. Тип производства определяется коэффициентом:

К_3.0=Q/P_M, (2.1)

где Q – число различных операций; P_M – число рабочих мест, на которых выполняются данные операции.

Для предварительного определения типа производства можно использовать годовой объём выпуска и массу детали. Учитывая, что объём выпуска детали «хвостовик» составляет 80000 штук в год, а масса детали – 0,1 кг, на основании таблицы 3.1 [3, c. 24] определяем тип производства как крупносерийное.

Серийное производство характеризуется ограниченной номенклатурой изделий, изготовляемых или ремонтируемых периодически повторяющимися партиями, и сравнительно большим объёмом выпуска. Коэффициент закрепления операций для крупносерийного производства составляет 1–10.

На предприятиях серийного производства значительная часть оборудования состоит из универсальных станков, оснащённых как специальными, так и универсально-наладочными (УНП) и универсально-сборочными (УСП) приспособлениями, что позволяет снизить трудоёмкость и удешевить производство. Представляется также возможным располагать оборудование в последовательности технологического процесса для одной или нескольких деталей, требующих одинакового порядка обработки, с соблюдением принципов взаимозаменяемости при обработке. При небольшой трудоёмкости обработки или недостаточно большой программе выпуска изделий целесообразно обрабатывать заготовки партиями, с последовательным выполнением операций, т.е. после обработки всех заготовок партии на одной операции производить обработку этой партии на следующей операции. При этом время обработки на различных станках не согласуют. Заготовки во время работы хранят у станков, а затем транспортируют целой партией.

В серийном производстве применяют также переменно-поточную форму организации работ. Здесь оборудование также располагают по ходу технологического процесса. Обработку производят партиями, причём заготовки каждой партии могут несколько отличаться размерами и конфигурацией, но допускают обработку на одном и том же оборудовании. В этом случае время обработки на смежных станках согласуют, поэтому движение заготовок данной партии осуществляется непрерывно, в порядке последовательности технологического процесса. Для перехода к обработке партии других деталей переналаживают оборудование и технологическую оснастку (приспособления и инструмент).

4. Технико-экономическое обоснование выбора заготовки

1) Заготовка из проката. Согласно точности и шероховатости поверхностей обрабатываемой детали определяем промежуточные припуски по таблицам. За основу расчёта промежуточных припусков принимаем наружный диаметр детали Ш20 мм. Устанавливаем предварительный маршрутный технологический процесс обработки поверхности детали Ш20. Обработка поверхности диаметром 20 мм – производят в жёстких центрах. Технологический маршрут обработки данной поверхности:

Операция 005. Токарная черновая

010. Токарная чистовая

При черновом точении припуск на обработку составляет 4 мм, а при чистовом – 2 мм. Определяем промежуточные размеры обрабатываемых поверхностей согласно маршрутному технологическому процессу:

На токарную операцию 005:

D_р.005=D_н+2Z₀₁₀=20+2=22 мм (3.1)

Расчётный размер заготовки:

D_р.з.=D_р.005+2Z₀₀₅=22+4=26 мм (3.2)

По расчётным данным заготовки выбираем необходимый размер горячекатаного проката обычной точности по ГОСТ 2590–71.

Круг 26 – В-ГОСТ 2590 – 71

45 – б – ГОСТ 14034 – 74

Отклонения для диаметра 26 мм равны .

Припуск на обработку 2^х торцовых поверхностей заготовки равен 1,4 мм.

Общая длина заготовки:

L_з=L_д+2Z_подр.=55+1,4=56,4 мм (3.3)

Исходя из предельных отклонений, общую длину заготовки округляем до целых единиц. Принимаем длину заготовки 57 мм. Объём заготовки определяем по плюсовым допускам:

V_з=p·D²_з.п.·L_з/4=3,14·2,64²·5,7/4=31,185 см³ (3.4)

Массу заготовки определяем по формуле:

G_з=gV_з=0,0075Ч31,185=0,245 кг (3.5)

Выбираем минимальную длину проката для изготовления заготовки. Потери на зажим заготовки L_заж принимаем 20 мм. Заготовку отрезают на ножницах. Это самый производительный и дешёвый способ. Длину торцового обрезка проката определяем из соотношения:

L_о.т.=(0,3ё0,5) d=0,3Ч26=7,8 мм (3.6)

Число заготовок, исходя из принятой длины проката по стандартам, определяется по формуле:

1. Из проката длиной 4 м:

X₄=(L_пр+L_заж+L_о.т.)/(L_з+L_р)=(4000–20–7,8)/(57+3)=66,2 шт. (3.7)

Получаем 66 заготовок из данной длины проката.

2. Из проката длиной 7 м:

X₇=(L_пр+L_заж+L_о.т.)/(L_з+L_р)=(7000–20–7,8)/(57+3)=116,2 шт.

Принимаем 116 заготовок из данной длины проката. Остаток длины (некратность) определяется в зависимости от принятой длины проката:

1. Из проката длиной 4 м:

L_НК4=L_пр–L_о.т.–L_заж–L_зЧX₄=4000–7,8–20–57Ч66=210,2 мм (3.8)

Или

П_НК4=(L_НКЧ100)/L_пр=210,2Ч100/4000=5,25%

2. Из проката длиной 7 м:

L_НК7=L_пр–L_о.т.–L_заж–L_зЧX₇=7000–7,8–20–57Ч116=360,2 мм (3.9)

Или

П_НК7=(L_НКЧ100)/L_пр=360,2Ч100/7000=5,14%

Из расчётов на некратность следует, что прокат длиной 7 м для изготовления заготовок более экономичен, чем прокат длиной 4 м.

Потери материала на зажим при обрезке по отношению к длине проката составят:

П_заж=(L_зажЧ100)/L_пр=20Ч100/7000=0,285% (3.10)

Потери материала на длину торцового обрезка проката в процентном отношении к длине проката составят:

П_о.т.=L_о.т.Ч100/L_пр=7,8Ч100/7000=0,11% (3.11)

Общие потери к длине выбранного проката:

П_п.о.=П_нк+П_о.т.+П_заж=5,14+0,11+0,285=5,535% (3.12)

Расход материала на одну деталь с учётом всех технологических неизбежных потерь определяем по формуле:

G_з.п.=G_з(100+П_п.о.)/100=0,245 (100+5,535)/100=0,258 кг (3.13)

Коэффициент использования материала:

К_и.м.=G_д/G_з.п.=0,099/0,258=0,38 (3.14)

G_д=gЧV_д=0,00785Ч12,55=0,099 кг (3.15)

V_д=pD_д1²L_д1/4 + pD_д2²L_д2/4=12,55 см² (3.16)

Стоимость заготовки из проката:

С_з.п.=С_мЧG_з.п. – (G_з.п.–G_д)Ч(С_отх/1000), (3.17)

где

С_м – цена 1 кг материала заготовки, руб.;

С_отх – цена 1 т отходов материала, руб.

С_м=147Ч20/1000=2,94 руб./кг

С_отх=33Ч20/1000=0,66 руб./кг

С_з.п.=2,94Ч0,258 – (0,258–0,099) Ч0,66=0,758–0,159Ч0,66=0,65 руб.

2) Заготовка изготовлена методом горячей объёмной штамповки на горизонтально-ковочной машине (ГКМ).

Степень сложности – С1. Точность изготовления поковки – класс I, группа стали – М1.

Припуски на номинальные размеры детали назначают по таблице. Припуски на обработку заготовок, изготавливаемых горячей объёмной штамповкой, зависят от массы, класса точности, группы стали, степени сложности и шероховатости заготовки. На основании принятых припусков на размеры детали определяем расчётные размеры заготовки:

D₁=D_н+2z=10+2Ч1,5=13 мм (3.18)

D₂=D_н+2z=20+2Ч1,2=22,4 мм (3.19)

L₁=L_д+2z=20+2,4=22,4 мм (3.20)

L₂=L_д+2z=35+2,4=37,4 мм

Допуски на размеры заготовки:

Ш13; Ш22,4; 22,4; 37,4

Разрабатываем эскиз на штампованную заготовку:

Рис. 3.1

Для определения объёма штампованной заготовки условно разбиваем фигуру заготовки на отдельные простые элементы и проставляем на них размеры с учётом плюсовых допусков:

Рис. 3.2

Определяем объём отдельных элементов заготовки:

V₁=pD₁²L₁/4=3,14Ч1,37²Ч2,31/4=3,403 см³ (3.21)

V₂=pD₂²L₂/4=3,14Ч2,31²Ч3,81/4=15,959 см³ (3.22)

Общий объём заготовки:

V_общ=V₁+V₂=3,403+15,959=19,362 см³ (3.23)

Масса штампованной заготовки:

G_з.ш.=gЧV_общ=0,00785Ч19,362=0,152 кг (3.24)

Принимая неизбежные технологические потери (угар, облой и т.д.) при горячей объёмной штамповке равными 10%, определяем расход материала на одну деталь:

G_з.п.=G_з.ш.(100+П_ш)/100=0,152Ч(100+10)/100=0,167 кг (3.25)

Коэффициент использования материала на штампованную заготовку:

К_и.м.=G_д/G_з.п.=0,135/0,167=0,81 (3.26)

Стоимость штампованной заготовки:

С_з.ш.=(С_МЧG_з.п.) – (G_з.п.–G_д)Ч(С_отх/1000) (3.27)

где

С_М – цена 1 кг материала заготовки, руб.;

С_отх – цена 1 т отходов материала, руб.

С_М=638Ч20/1000=12,76 руб./кг

С_отх=33Ч20/1000=0,66 руб./кг

С_з.ш.=12,76Ч0,167 – (0,167–0,135)Ч0,66=2,131–0,021=2,11 руб.

Годовая экономия материала от выбранного варианта изготовления заготовки:

Э_м=(G’_з.п.–G»_з.п.)ЧN=(0,258–0,167)Ч80000=7280 кг (3.28)

Экономический эффект (выбранного вида) изготовления заготовки:

Э=(С_з.ш.–С_з.п.)ЧN=(2,11–0,68)Ч80000=114400 руб. (3.29)

Технико-экономические расчёты показывают, что заготовка, полученная методом горячей объёмной штамповки на горизонтально-ковочной машине, более экономична по использованию материала, чем заготовка из проката, однако по себестоимости штампования заготовка дороже, поэтому принимаем заготовку из горячекатаного круглого проката обычной точности.

5. Технологический процесс изготовления детали «Хвостовик»

Технологический процесс – это часть производственного процесса, содержащая действия по изменению и последующему определению состояния предмета производства. Технологический процесс непосредственно связан с изменением размеров, формы и свойств материала обрабатываемой заготовки, выполняемым в определенной последовательности. Чертеж детали «Хвостовик», которую необходимо получить в результате проведения технологического процесса, представлен на рисунке 3.3, а внешний вид детали – на рисунке 3.4.

Она представляет собой широко распространенную в машиностроении деталь типа ступенчатого вала. Анализ рабочего чертежа детали позволяет сделать следующие заключения:

• основными конструкторскими базами являются ось детали и торец, от которых заданы размеры;

• в массовом и крупносерийном производстве заготовки получают методами штамповки или из круглого проката.

Рис. 3.3.

Рис. 3.4

На основании проведенных ниже расчетов в качестве заготовки выбрана заготовка из горячекатаного круглого проката обычной точности Ж21^+0,4_-0,5.

В настоящее время разработаны типовые технологические процессы механической обработки валов на основе разновидности их в разных типах производства. Используя отдельные элементы операций типового технологического процесса, составляем технологический процесс изготовления детали «Хвостовик».

№ перехода		Наименование операции и содержание перехода	Эскиз механической обработки		Режущий и измерительный инструмент
1 2 3 4 5 6 7		005 Револьверная Подача прутка до упора Точить поверхность 1 в размер Ж20,5-0,21 на длине 57-0,25 Точить поверхность 2 в размер Ж17,5-0,18 на длине 20+0,21 Точить поверхность 2 в размер Ж15-0,18 на длине 20+0,21 Точить поверхность 2 в размер Ж12,5-0,18 на длине 20+0,21 Точить канавку 3 Отрезка в размер 57-0,25			Резец 1 проходной прямой с пластиной из Т15К6 по ГОСТ 18869–73 j=45° Резец 2 проходной упорный с пластиной из Т15К6 по ГОСТ 18879–73 j=90° Резец 3 проходной упорный с пластиной из Т15К6 по ГОСТ 18879–73 j=90° Резец 4 проходной упорный с пластиной из Т15К6 по ГОСТ 18879–73 j=90° Резец 5 специальный с пластиной из Т5К10 по ГОСТ 18879–73 j=90° Резец 6 отрезной с пластиной из Т5К10 по ГОСТ 18884–73 ширина 3 мм Штангенциркуль
1 2 3 4 5 6		010 Фрезерно-центровальная Установить и закрепить заготовку Фрезеровать поверхность 1 Центровать поверхность 1 Переустановить и закрепить заготовку Фрезеровать поверхность 2 Центровать поверхность 2			Фреза дисковая по ГОСТ 3755–78 из быстрорежущей стали Р6М5 Сверло центровочное ГОСТ 14952–75 Калибр – пробка Штангенциркуль
1 2 3		015 Токарная I-я Установить и закрепить заготовку Точить поверхность 1 в размер Ж11-0,043 с подрезкой торца в размер 20 Точить фаску 2			Резец проходной упорный с пластиной из Р18 по ГОСТ 18879–73 j=90° Резец проходной прямой с пластиной из Т15К6 по ГОСТ 18869–73 j=45° Штангенциркуль Скоба односторонняя предельная
1 2 3	020 Токарная II-я Установить и закрепить заготовку Точить поверхность 1 в размер Ж20-0,02-0,072 Точить фаску 2				Резец проходной прямой с пластиной из Р18 по ГОСТ 18869–73 j=45° Штангенциркуль Скоба односторонняя предельная
1 2	025 Фрезерная Установить и закрепить заготовку Фрезеровать поверхность 1				Фреза дисковая пазовая из быстрорежущей стали Р6М5 по ГОСТ 3964–69 Штангенциркуль
	030 Контроль промежуточный				Штангенциркуль микрометр
	035 Термическая обработка HRC 40…45				Закалочная ванна
1 2 3	040 Шлифовальная Установить и закрепить заготовку Шлифовать поверхность 1 в размер Ж10,3-0,043 Шлифовать поверхность 1 в размер Ж10+0,024+0,015				Шлифовальный круг 24А40ПС25К по ГОСТ 2424–83 Контрольная индикаторная скоба
	045 Контроль окончательный				Штангенциркуль Микрометр Контрольная индикаторная скоба

6. Определение припусков расчётно-аналитическим методом

Исходные данные: деталь «хвостовик», изготовлена из материала: сталь 45 ГОСТ1050–74. В качестве заготовки выбираем горячекатаный прокат обычной плотности ГОСТ 2590–71.

Рассматриваем припуски на наружный диаметр хвостовика Ш20. Определяем квалитет точности заданного размера по таблице [1, с. 192]. В результате находим квалитет 9. Составляем маршрут обработки данной поверхности, руководствуясь таблицей [1, с. 181].

1. Заготовка – пруток обычной точности.

2. Черновое точение, точность 12 квалитет.

3. Чистовое точение, точность 9 квалитет.

Расчёт припусков сводим в таблицу 3.1. Отклонения расположения при установке в центрах определяются по формуле:

DSk=DkЧl, (3.29)

где

Dk – отклонение оси детали от прямолинейности, мкм на 1 мм (в справочных материалах далее именуется кривизной).

L – общая длина заготовки.

Dk находим в таблице [1, с. 180]

Dk=0,5 мкм/мм; l=55 мм

DSk=0,5Ч55=27,5 мкм » 28 мкм

Кривизну при всех последующих операциях определяем по формуле:

Dост=КуЧDз, где (3.40)

Dз – кривизна заготовки (DSk),

Ку – коэффициент уточнения, определяется из таблицы [1, с. 190]

Dточ. черн. =0,06Ч28=1,68 мкм » 2 мкм

Dточ. чист. =0,04Ч28=1,12 мкм » 1 мкм

При установке в центрах погрешность установки равна e=0.

Определяем минимальные припуски на операции по формуле:

2Z_mini=2 (R_zi-1+h_i-1+D_i-1+e_i), где (3.41)

R_zi-1 – шероховатость поверхности заготовки на предшествующей операции,

h_i-1 – глубина дефектного поверхностного слоя на предыдущей операции.

2Z_{min.точ.черн.}=2 (125+150+28)=606 мкм

2Z_{min.точ.чист.}=2 (63+60+2)=250 мкм

Предельные размеры детали:

d_{мин.дет.}=20–0.072=19.928 мм

d_{макс.дет.}=20–0.020=19.98 мм

Td=d_max.дет.-d_min.дет.=19,98–19,928=0,052 мм

Определяем межоперационные минимальные размеры по формуле:

d_mini-1=d_mini+2Z_mini (3.42)

d_{min.точ.черн.}=19,928+0,25=20,178 мм

d_{штп. заг.}=20,178+0,06=20,238 мм

По рассчитанному размеру заготовки выбираем стандартный размер прутка. Выбираем пруток обычной точности размером Ш21^+0,4_-0.5. На чертеже заготовки указывается сортамент:

21 ГОСТ 2590–71

Круг –

45 ГОСТ 14034–74

Заносим размеры прутка в составленную таблицу 3.1. Округляем минимальные межоперационные размеры. Определяем допуск для каждой операции в зависимости от квалитета и диаметра min. Определяем максимальные межоперационные размеры по формуле:

d_max= d_min+Td (3.43)

d_{max.точ.черн.}=20,2+0,21=20,41 мм

Находим максимальные и минимальные межоперационные припуски:

2Z_maxi=d_maxi-1–d_maxi (3.44)

2Z_{max.точ.черн.}=21,4–20,41=0,99 мм =990 мкм

2Z_{max.точ.чист.}=20,41–19,98=0,43 мм =430 мкм

2Z_mini=d_mini-1–d_mini (3.45)

2Z_{mini.точ.черн.}=20,5–20,2=0,3 мм =300 мкм

2Z_{min.точ.чист.}=20,2–19,928=0,272 мм =272 мкм

Проверку выполненного расчёта осуществляем по формуле:

Td_заг.–Td_дет.=2Z_max.o.–2Z_min.o. (3.46)

Td_заг.–Td_дет.=900–52=848 мкм

2Z_max.o.–2Z_min.o.=(990+430) – (300+272)=848 мкм

Таблица 3.1. Таблица расчёта припусков

Элементарная поверхность детали и технологический маршрут её обработки	Элементы припуска МКМ				Расчётный припуск 2Zmin, мкм	Расчётный наименьший размер, мм dmin	Допуск на изготовление Td, мкм	Принятые (округлённые) размеры по переходам, мм		Полученные предельные припуски, мкм
	RZ	h	D	e				dmax	dmin	2Zmax	2Zmin
Ш20-0.020-0.072 пруток	125	150	28	–		20.238	900	21.4	20.5
Точение черновое, кв. 12	63	60	2	–	606	20.178	210	20.41	20.2	990	300
Точение чистовое, кв. 9	6.3	20	1	–	250	19.928	52	19.98	19.928	430	272

Схема расположения припусков

Рис. 3.5

7. Выбор технологического оборудования

Выбор станочного оборудования является одной из важнейших задач при разработке технологического процесса обработки заготовки. От правильного его выбора зависит производительность изготовления детали, экономное использование производственных площадей, механизации и автоматизации ручного труда, потребление электроэнергии и, в итоге, себестоимость изделия. В зависимости от объема выпуска изделий выбирают станки по степени специализации и высокой производительности.

Для реализации разработанного технологического процесса изготовления детали «Хвостовик» в качестве технологического оборудования предполагается использование следующих станков:

1. Станок токарно-револьверный модели 1Г325

Основные параметры станка:

Наибольший диаметр обрабатываемого прутка, мм	25
Наибольшая длина подачи прутка, мм	80
Расстояние от торца шпинделя до передней грани револьверной головки, мм	70–400
Наибольшее рабочее перемещение перемещения поперечного суппорта, мм	80
Частота вращения шпинделя, об/мин	80–3150
Мощность электродвигателя главного привода, кВт	6
Габаритные размеры:
длина, мм	3980
ширина, мм	1000
высота, мм	1555
Масса, кг	1400

2. Станок фрезерно-центровальный модели 2538

Основные параметры станка:

Размеры обрабатываемой детали:
диаметр, мм	10–80
длина, мм	200–1200
Частота вращения шпинделя, об/мин	50–2000
Подача, мм/мин	0,01–0,3
Мощность, кВт	4,4
Габаритные размеры:
длина, мм	2000
ширина, мм	1050
высота, мм	1255
Масса, кг	2200

3. Станок токарно-винторезный модели 16К20М

Основные параметры станка:

Наибольший диаметр обрабатываемой заготовки:
над станиной, мм	400
над суппортом, мм	220
Наибольший диаметр прутка, проходящего через отверстие шпинделя, мм	53
Наибольшая длина обрабатываемой заготовки, мм	780
Частота вращения шпинделя, об/мин	20–3000
Число скоростей шпинделя	22
Наибольшее перемещение суппорта:
продольное, мм	700
поперечное, мм	240
Подача суппорта:
продольная, мм/об	0,02–1,5
поперечная, мм/мин	0,01–1,4
Мощность электродвигателя главного привода, кВт	4,2
Габаритные размеры:
длина, мм	1510
Ширина, мм	780
Высота, мм	1380
Масса, кг	1850

4. Станок фрезерный широкоуниверсальный модели 676П

Основные параметры станка:

Размеры рабочей поверхности основного вертикального стола, мм	250х630
Наибольшие перемещения:
вертикального стола:
продольное, мм	400
вертикальное, мм	380
шпиндельной бабки, мм	250
Наибольший угол поворота вертикальной головки, °	±90
Частота вращения шпинделей:
горизонтального, об/мин	50–1630
вертикального, об/мин	63–2040
Продольная, поперечная и вертикальная подачи, мм/мин	13–395 (ступен.)
Мощность электродвигателя главного привода, кВт	2,2
Габаритные размеры:
длина, мм	1285
ширина, мм	1215
высота, мм	1780
Масса, кг	910

5. Станок круглошлифовальный модели 3А110В

Основные параметры станка:

Наибольшие размеры устанавливаемой заготовки:
диаметр, мм	140
длина, мм	200
Наибольший диаметр шлифования:
наружного, мм	3–30
внутреннего, мм	5–25
Наибольшая длина шлифования:
наружного, мм	180
внутреннего, мм	50
Высота центров над столом, мм	115
Наибольшее продольное перемещение стола, мм	250
Частота вращения шпинделя заготовки, об/мин	100–1000
Наибольшие размеры шлифовального круга:
наружный диаметр, мм	250
высота, мм	25
Частота вращения шпинделя шлифовального круга при шлифовании:
наружном, об/мин	100–3000
внутреннем, об/мин	40000
Скорость врезной подачи шлифовальной бабки, мм/мин	0,01–0,5
Мощность электродвигателя главного привода, кВт	2,2
Габаритные размеры:
длина, мм	1880
ширина, мм	2025
высота, мм	1750
Масса, кг	2000

8. Расчёт режимов резания и норм времени

Разработка технологического процесса обычно завершается установлением технических норм времени для каждой операции. Техническую норму времени определяют на основе расчёта режимов резания с учётом полного использования режущих свойств инструмента и производственных возможностей оборудования. Проведём расчёт режимов резания и технических норм времени на операции технологического процесса изготовления детали «Хвостовик».

Операция 005 Револьверная.

Переход 1. Подача прутка до упора.

Переход 2. Резцом 1 обтачивать поверхность с Ш21 мм на Ш20,5 мм на длине 57 мм.

Переход 3. Резцом 2 обтачивать поверхность с Ш20.5 мм на Ш17,5 мм на длине 20 мм.

Переход 4. Резцом 3 обтачивать поверхность с Ш17,5 мм на Ш15 мм на длине 20 мм.

Переход 5. Резцом 4 обтачивать поверхность с Ш15 мм на Ш12,5 мм на длине 20 мм.

Переход 6. Резцом 5 точить канавку с Ш12,5 мм на Ш7 мм.

Переход 7. Резцом 6 отрезка заготовки Ш20,5 мм.

Револьверная операция относится к разряду многоинструментальных обработок и проводится на револьверных станках. Нормирование машинного времени работ, выполняемых на револьверных станках, при последовательной работе инструментов мало чем отличается от нормирования при одноинструментной работе. В случае обработки небольших деталей, чтобы не производить переключение скоростей шпинделя, устанавливают общее число оборотов шпинделя для нескольких переходов или даже для обработки всей детали.

Результаты расчётов сведены в таблицу 3.2.

Таблица 3.2.

Определяемая величина	Формула или основание для расчёта	Результаты расчёта
		Резцы
		1	2	3	4	5	6
Начальный диаметр обрабатываемой детали, мм	dн по эскизу детали	21	20,5	17,5	15	12,5	20,5
Конечный диаметр обрабатываемой детали, мм	dк по эскизу детали и рабочему чертежу	20,5	17,5	15	12,5	7	0
Длина хода, мм	L по эскизу детали и рабочему чертежу	57	20	20	20	2,75	10,25
Глубина резания, мм	t=(dн–dк)/2	0,25	1,5	1,25	1,25	2,75	10,25
Подача, мм/об	По нормам режимов резания табл. 11 [2, с. 266] и табл. 15 [2, c. 268]	0,4	0,4	0,4	0,4	0,08	0,08
Скорость резания, м/мин	По результатам табл. 2	276	147	152	152	75	75
Число оборотов шпинделя в минуту		4183	2282	2765	3225	1910	1165
Коэффициент времени резания		0,270	0,147	0,178	0,207	0,123	0,075
Коэффициент корректирования числа оборотов	Коэффициент К по табл. 111 [5, c. 194] при m=0,2	1,32	1,50	1,46	1,43	1,54	1,65

Скорость резания u при наружном продольном точении определяется по эмпирической формуле:

(3.47)

а при отрезании и прорезании канавок

(3.48)

Результаты расчёта скорости резания представлены в таблице 3.3.

Таблица 3.3.

Определяемая величина	Формула или основание для расчёта	Результаты расчёта
		Резцы
		1	2	3	4	5	6
Стойкость резца Т, мин	На основании рекомендаций [2, c. 268]	60	60	60	60	60	60
Коэффициент Сu	На основании табл. 17 [2, c. 269]	350	350	350	350	47	47
Показатели степени x	На основании табл. 17 [2, c. 269]	0,15	0,15	0,15	0,15	–	–
y		0,35	0,35	0,35	0,35	0,80	0,80
m		0,20	0,20	0,20	0,20	0,20	0,20
Коэффициент влияния материала заготовки КМu	, Кг=1,0, nu=1 – на основании табл. 2 [2, c. 262] sВ=640 МПа для Стали 45	1,17	1,17	1,17	1,17	1,17	1,17
Коэффициент состояния поверхности КПu	На основании табл. 5 [2, c. 263]	0,9	0,9	0,9	0,9	0,9	0,9
Коэффициент материала инструмента КИu	На основании табл. 6 [2, c. 263]	1,0	1,0	1,0	1,0	0,65	0,65
Коэффициент главного угла в плане резца Кцu	На основании табл. 18 [2, c. 271]	1,0	0,7	0,7	0,7	0,7	0,7
Коэффициент Кu	Кu=КМuЧКПuЧКИuЧКцu	1,053	0,737	0,737	0,737	0,479	0,479
Скорость резания u, м/мин		276	147	152	152	–	–
		–	–	–	–	75	75

Число оборотов шпинделя в минуту корректируем по формуле:

n_k=nK (3.49)

n_1k=n₁K₁=4183Ч1,32=5522

n_2k=n₂K₂=2282Ч1,50=3423

n_3k=n₃K₃=2765Ч1,46=4037

n_4k=n₄K₄=3225Ч1,43=4612

n_5k=n₅K₅=1910Ч1,54=2942

n_6k=n₆K₆=1165Ч1,65=1922

Вспомогательное число W находим по табл. 112 [5, c. 194] для каждого числа оборотов (при m=0,2=1/5)

W₁=2,66Ч10^-2; W₂=2,72Ч10^-2; W₃=2,71Ч10^-2; W₄=2,68Ч10^-2; W₅=2,75Ч10^-2; W₆=3,1Ч10^-2.

Сумма всех вспомогательных величин SW=16,62Ч10^-2

По той же таблице 112 [5, c. 194] находим (в той же колонке m=1/5), что числом, ближайшим к 16,62Ч10^-2 будет 13Ч10^-2, что соответствует общему числу оборотов шпинделя в минуту n=1500. Тогда фактическая скорость резания будет определяться по формуле:

u=pdn/1000 (3.50)

u₁=3,14Ч21Ч1500/1000=98,91 м/мин

u₂=3,14Ч20,5Ч1500/1000=96,55 м/мин

u₃=3,14Ч17,5Ч1500/1000=82,42 м/мин

u₄=3,14Ч15Ч1500/1000=70,65 м/мин

u₅=3,14Ч12,5Ч1500/1000=58,88 м/мин

u₆=3,14Ч20,5Ч1500/1000=96,55 м/мин

Для проверки мощности станка, для выбранных режимов резания, рассчитаем мощность резания. Мощность резания рассчитывают по формуле:

, кВт (3.51)

Результаты расчёта сведены в таблицу 3.4

Таблица 3.4.

Определяемая величина	Формула или основание для расчёта	Результаты расчёта
		Резцы
		1	2	3	4	5	6
Постоянная Ср	На основании табл. 22 [2, c. 273]	300	300	300	300	408	408
Показатели степени x	На основании табл. 22 [2, c. 273]	1	1	1	1	0.72	0.72
y		0.75	0.75	0.75	0.75	0.80	0.80
n		–0.15	–0.15	–0.15	–0.15	0	0
Поправочный коэффициент КМР	МПа для Стали 45, m=0,75 – на основании табл. 9 [2, c. 264]	0.89	0.89	0.89	0.89	0.89	0.89
Поправочный коэффициент КЦР	На основании табл. 23 [2, c. 275]	1.0	0.89	0.89	0.89	0.89	0.89
Поправочный коэффициент КgР		1.1	1.1	1.1	1.1	1.1	1.1
Поправочный коэффициент КlР		1.0	1.0	1.0	1.0	1.0	1.0
Поправочный коэффициент КГР		1.0	1.0	1.0	1.0	1.0	1.0
Поправочный коэффициент КР	КР= КМРЧКЦРЧКgРЧКlРЧКГР	0.98	0.87	0.87	0.87	0.87	0.87
Сила резания РZ, Н	РZ=10CptxSyunКР	183.75	978.75	848.25	864.56	973.57	2511.52
Мощность резания, кВт		0.3	1.54	1.14	1.0	0.93	3.96

Проверяем достаточность мощности привода станка. Для револьверной операции был выбран токарно-револьверный станок 1Г325П с мощностью электродвигателя главного привода N=5,3 кВт. С учётом к.п.д. станка h=0,85 потребная мощность резания составит:

N_1рез.п.=0,3/0,85=0,35 кВт

N_2рез.п.=1,54/0,85=1,81 кВт

N_3рез.п.=1,14/0,85=1,34 кВт

N_4рез.п.=1,18 кВт

N_5рез.п.=1,1 кВт

N_6рез.п.=4,66 кВт

Таким образом, N>N_рез.п., что подтверждает правильность сделанного выбора технологического оборудования для данной операции.

Машинное время для обработки детали «хвостовик» на данной операции составит:

(3.52)

0,195+0,108=0,3 мин.

Оперативное время определяется по формуле

T_ОП=T_М+Т_В (3.53)

Вспомогательное время определяется по формуле

Т_В=Т_В.уст.+Т_{В упр.ст}+Т_{Вперех.}+Т_Визмер, (3.54)

где Т_В.уст – вспомогательное время на установку и снятие заготовки со станка;

Т_{В упр.ст} – вспомогательное время на управление станком;

Т_Вперех – вспомогательное время, связанное с технологическими переходами;

Т_Визмер – вспомогательное время на измерение заготовки.

Т_В.уст=0,18 мин на основании табл. 70 [5, c. 131]

Т_{В упр.ст}=Т_{Вна измен.подач.}+Т_{Вповернуть державку}=2Ч0,06+5