Разработка технологического процесса изготовления вала

Размещено на http://www.allbest.ru/

Разработка технологического процесса изготовления вала

1. Анализ исходных данных

Данная деталь - вторичный вал, относится к группе цилиндрических изделий. Основное предназначение вала - передавать крутящий момент. Данный вал ступенчато-переменного сечения (имеет 4 ступени), внутри сплошной. На третьей ступени вала находятся шлицы прямоугольного профиля с центрированием по наружному диаметру. Допуск полного радиального биения цилиндрической поверхности наружного диаметра шлицев допускается не более 0,08 мм. Масса вала 3 кг.

Высокие требования по точности предъявляются тем ступеням вала, которые соприкасаются с подшипниками (цапфам). Нагрузки, воспринимаемыми валом передаются через опорные устройства - подшипники, устанавливаемыми на цапфах вала, на корпуса, рамы или станины машин. При серийном производстве заготовок валов получают методом горячей штамповки.

1.1 Анализ материала

Материал детали - сталь 18Х2Н4ВА

Высококачественная легированная сталь

Содержит

0,18% - углерода

2% - хрома

4% - никеля

1% - вольфрама

А - обозначает, что сталь высококачественная

2. Количественная оценка выпуска деталей

2.1 Количество изготавливаемых деталей в год

Тк производственная программа задана количеством деталей, необходимо заданную программу увеличить только на процент брака.

N_i = m* N_m* (1 + b/100) = 1 * 400 * (1 + 2/100) = 408 ([1], стр. 5)

m - количество одноименных деталей на машине, m=1

N_m - количество изготавливаемых деталей в год, N=400 шт.

b = 2% - процент возможного брака при обработке заготовок

2.2 Размер партии деталей

P = N_i * t / 253 * y = 408 * 6 / 253 * 1 = 10 шт. ([1], стр. 5)

t =6, - Количество дней нахождения детали на складе

253 - Число рабочих дней в году

y = 1, - Количество смен работы цеха

На основании таблицы №1 ([1] стр. 6) можно сделать вывод о типе производства - единичное (Масса детали или заготовки до 200 кг, Число изготавливаемых деталей до 1000).

3. Выбор исходной заготовки и методов ее изготовления

При выборе метода изготовления заготовки основным требованием является обеспечить свойства изготавливаемых деталей в заданных условиях эксплуатации и обеспечения требуемых свойств заготовки с учетом стоимости заготовки в конкретных производственных условиях.

В качестве технических критериев при выборе заготовки принимают материал (задан), конфигурацию детали, размер, массу, требуемую точность изготовления и т.д. В качестве экономического критерия принимают себестоимость изготовления заготовки. Т.к. материал заготовки сталь (18Х2Н4ВА), то способом получения заготовки может быть. Горячая штамповка ([2] стр. 138] или прутки из проката ([1] стр. 168).

3.1 Расчет первого варианта получения заготовки - горячей штамповки

1. Определяем массу детали и массу заготовки

G_дет = S ср * L дет * ? = 1520*250* 7,8 / 1000 = 3 кг

D ср = (30*20 +40*60+50*150 +30*20 / 20+60+150+20) = 44 мм

S ср = 3,14 * 44 ² / 4 = 1520 мм²; L дет = 20 + 60 + 150 + 20 = 250 мм

g - плотность стали, g =7,8 г/см³

G_заг = G_дет/K_исп = 3 / 0,75 = 4 кг

K_исп - коэффициент использования металла заготовки

K_исп = 0,75 ([1], стр. 11 Таблица №2)

2. Расчет Общей стоимости изготовления детали

С_дет = С_заг + С _обр - С_отх ([1], стр. 10)

С_заг - затраты на материал и изготовление заготовки

С _обр - затраты на механическую обработку заготовки

С_отх - стоимость отходов при механической обработки

С _обр = (G_заг - G_дет)* 0,55 = (4 - 3)* 0,55 = 0,55 руб. ([1], стр. 10)

G_заг - масса заготовки, кг

G_дет - масса детали, кг

0,55 - стоимость механической обработки 1 кг металла, руб. ([1], ст 10)

С_отх = (G_заг - G_дет)* С^*_отх * 10 = (4 - 3)* 99*10^-3 * 10 = 0,99 руб.

С^*_отх - заготовительная цена 1 тонны стружки

С^*_отх = 99*10^-3 руб. за 1 кг стружки ([1], стр. 12 Таблица №3)

С_заг = G_заг * С_пр * 10 = 4 * 410*10^-3 * 10 = 16,4 руб. ([1], стр. 12)

С_пр - оптовая стоимость заготовки

С_пр = 410*10^-3 руб. за тонну ([1], стр. 16 Таблица №6)

С_дет = С_заг + С _обр - С_отх = 16,4 + 0,55 - 0,99 @ 16 рублей

3.2 Расчет первого варианта получения заготовки из проката

1. Определяем массу детали и массу заготовки

G_дет = 3 кг

G_заг = G_дет/K_исп = 3 / 0,54 = 5,5 кг

K_исп - коэффициент использования металла заготовки

K_исп = 0,54 ([1], стр. 11 Таблица №2)

2. Расчет Общей стоимости изготовления детали

С_дет = С_заг + С _обр - С_отх ([1], стр. 10)

С_заг - затраты на материал и изготовление заготовки

С _обр - затраты на механическую обработку заготовки

С_отх - стоимость отходов при механической обработки

С _обр = (G_заг - G_дет)* 0,55 = (5,5-3)* 0,55 = 1,375 руб. ([1], стр. 10)

G_заг - масса заготовки, кг

G_дет - масса детали, кг

0,55 - стоимость механической обработки 1 кг металла, руб. ([1], стр. 10)

С_отх = (G_заг - G_дет)* С^*_отх * 10 = (5,5 -3)* 99*10^-3 * 10 = 2,475 руб.

С^*_отх - заготовительная цена 1 тонны стружки

С^*_отх = 99*10^-3 руб. за 1 кг стружки ([1], стр. 12 Таблица №3)

С_заг = G_заг * С_пр * 10 = 5,5 * 390*10^-3 * 10 = 21,45 руб. ([1], стр. 12)

С_пр - оптовая стоимость заготовки

С_пр = 390*10^-3 руб. за тонну ([1], стр. 16 Таблица №6)

С_дет = С_заг + С _обр - С_отх = 21,45 + 1,375 - 2,475 @ 20 рублей

Из экономических расчётов делаем вывод, что наиболее экономически целесообразным является изготовление заготовки методом Горячей штамповки.

4. Выбор технологических баз

Выбор технологических баз зависит от конструкций заготовки и готовой детали, от применяемого оборудования. За черновую базу берем наружную поверхность вращения. За чистовую базу принимаем центровые отверстия и торец.

1 - Черновая база 2 - Чистовая база

5. Составление технологического маршрута обработки

деталь вал технологический обработка

Схема маршрута определяется в зависимости от конфигурации, размеров, массы, методов получения заготовки. Последовательность схемы технологической обработки составляем, руководствуясь тем, что

005_____Токарная

Обработка торцов вала и центрирование детали

010_____Токарная

015_____Токарная

020_____Фрезерование

Нарезание шлицев

025_____Шлифование

Шлифование шлицев по внешнему диаметру

030_____Контроль

Контроль детали, ее соответствие рабочему чертежу, точности размеров, и т.д.

6. Разработка технологических операций

6.1 Токарная операция. №1. Черновое точение

Предварительный выбор оборудования. Учитывая требуемую точность и шероховатость поверхности и размеры детали выбираем Токарно-Винторезный станок 16М63БФ101 (мах диаметр обрабатываемой детали 650 мм, наибольшая длина обрабатываемой поверхности 2800 мм, частота вращения шпинделя 12,5-1600 об/мин, мощность 11 кВт.

Инструмент

Резец проходной прямой с пластинами из твердого сплава по (ГОСТ 18878-73) (Т15К6) h=25 мм, B= 15 мм, L=140 мм, R=1,0 мм.

Расчеты

А) Выбираем глубина резания для чернового точения, t = 2 мм 0,8 - слой металла, оставленный на токарную операцию №2 (Чистовое).

Б) Подача, допускаемая твердостью пластин из твердого сплава резца при точении высоколегированной стали выбираем S₀ = 0,5 (мм/об).

В) Скорость резания находим по формуле

V = K_v * С_v /(T^m * t ^x * S^y)

Сv, x, y, m - коэффициенты для определения скорости

m = 0,2; x = 0,15; y = 0,35; Cv = 350 (табл 17 стр. 269)

K_v - Поправочный коэффициент

K_v = K_mv * K_nv * K_uv = 0,8 * 1,0 * 1,0 = 0,64

K_mv - учитывает влияние физико-механических свойств на Vрез

K_mv = Kг* (750/Gв)^N_v = 0,8

K_nv = 0,8 учитывает влияние состояния поверхности заготовки на Vрез

K_uv = 1,0 учитывает влияние инструментального материала

V = K_v * С_v /(T^m * t ^x * S^y) = 0,64 *350 /(45^0,2 * 2^0,15 * 0,5^0,35) =120 мм/мин

2) Сила резания

P_z = 10* C_p * t^x * S ^y * Vⁿ * Kр

Kp= K_mp * K_y * K_фиp * Kyp * Krp

K_mp = (Gв /750)^N_v - учитывает качество обрабатываемого материала

K_y, K_фи, Kn, Kp - учитывают параметры режущей части инструмента

K_p = 0,85; N_v = 0,75; K_фиp = 1,0; Kyp = 1,0; K_mp = 0,85

Cp = 300; x = 1,0; y = 0,75; n = -0,15 (табл 22 стр. 273)

P_z = 10* 300 * 2¹ *0,5 ^0,75 * 120^-0.15 *0,85 = 1740 H

3) Мощность резания

N= Pz * V / 1020 *60 = 1740*120 /1020*60 = 3,41 кВт

6.3 Точение проточки (черновое точение)

Проводим технологическую оптимизацию размеров данной детали. Изменяем ширину проточки с 2 мм до 3 мм, из за отсутствия в цеху отрезного резца, который мог бы обеспечить данный размер (2 мм).

Выбираем Токарно-Винторезный станок 16М63БФ101 (мах диаметр обрабатываемой детали 650 мм, наибольшая длина обрабатываемой поверхности 2800 мм, частота вращения шпинделя 12,5-1600 об/мин, мощность 11 кВт

Инструмент

Резец отрезной из твердого сплава по (ГОСТ 18884-73)

h=16 мм, B= 10 мм, L=100 мм; D= 30 мм; l= 3 мм

Расчеты

А) Выбираем глубина резания t = 1,8 мм

Б) Подача, допускаемая твердостью пластин из твердого сплава резца при точении высоколегированной стали выбираем при t = 1,8 мм

S_верт = 0,12 (мм/об); S_гор = 0 (мм/об)

В) Скорость резания находим по формуле

V = K_v * С_v /(T^m * S^y)

Сv, x, y, m - коэффициенты для определения скорости

m = 0,2; y = 0,8; Cv = 47 (табл 17 стр. 269 Отрезание)

K_v - Поправочный коэффициент

K_v = K_mv * K_nv * K_uv = 0,8 * 0,8 * 1,0 = 0,64

K_mv - учитывает влияние физико-механических свойств на Vрез

K_mv = Kг* (750/Gв)^N_v = 0,8

K_nv = 0,8 учитывает влияние состояния поверхности заготовки на Vрез

K_uv = 1,0 учитывает влияние инструментального материала

V = K_v * С_v /(T^m * S^y) = 0,64 *47 * (45^0,2 * 0,12^{0,8 )} = 79 мм/мин ([2] 268)

2) Сила резания

P = 10* C_p * t^x * S ^y * Vⁿ * Kр; Kp= K_mp * K_y * K_фиp * Kyp * Krp

K_mp = (Gв /750)^N_v - учитывает качество обрабатываемого материала

K_y, K_фи, Kn, Kp - учитывают параметры режущей части инструмента

K_p = 0,85; N_v = 0,75; K_фиp = 1,0; Kyp = 1,0; K_mp = 0,85

Cp = 408; x = 0,72; y = 0,8; n = 0 (табл 22 стр. 273)

Pz = 10* 408* 1,8^0,72 *0,1 ^0,8 * 111⁰ * 0,85 = 840 H

Px = 10* 173* 1,8^0,73 *0,12 ^0,67 * 95⁰ *0,85 = 603 H

3) Мощность резания

Nz= P * V / 1020 *60 = 840*111 /1020*60 = 1,7 кВт

Nx= P * V / 1020 *60 = 603 * 95 /1020*60 = 1,01 кВт

7. Определение норм времени на обработку

7.1 Токарная операция. №1. Черновое точение

Т шт. кал = t₀ * (1+ (K2+K3)/K1)) ([1] стр. 23)

K1, K2, K3 - коэффициенты, учитывающие в% затраты на основное, вспомогательное время и время на прочие затраты ([1] стр. 24 табл 7)

K1=40; K2=30; K3= 25

t₀ - основное время, t₀ = i* L /S*n = 1* 25 / 0,5*1303 = 0,039 мин

n= 1000*V/3,14*D = 1000* 120/3,14*30 = 1303 об/мин

I - число проходов инструмента, I= 1

L - длина обрабатываемой поверхности, L= l + l_пер+ l_вр

L= 20 + 1,5 + 2 + 1,5* = 25 мм (* [3] стр. 153 Таблица П11.6)

Т шт. кал = t₀ * (1+ (K2+K3)/K1)) = 0,039* (1 +55/50) = 0,10 мин

7.2 Токарная операция. №1. Чистовое точение

Т шт. кал = t₀ * (1+ (K2+K3)/K1)) ([1] стр. 23)

K1, K2, K3 - коэффициенты, учитывающие в% затраты на основное, вспомогательное время и время на прочие затраты ([1] стр. 24 табл. 7)

K1=40; K2=30; K3= 25

t₀ - основное время,

t₀ = i* L /S*n = 2 * 23/ 0,2 * 1592 = 0, 15 мин ([1] стр. 23)

n= 1000 * V/3,14 * D = 1000 * 150/ 3,14 * 30 = 1592 об/мин

I - число проходов инструмента, I= 2

L - длина обрабатываемой поверхности, L= l + l_пер+ l_вр

L= 20 + 1,0 + 0,5 + 1,5* = 23 мм (* [3] стр. 153 Таблица П11.6)

Т шт. кал = t₀ * (1+ (K2+K3)/K1)) = 0,15* (1 +55/50) = 0,37 мин

7.3 Токарная операция. №3. Точение проточки

K1=40; K2=30; K3= 25 (стр. 24 табл 7 [1])

t₀ - основное время, t₀ = i* L /S*n = 1* 4,5/ 0,1 * 636 = 0,1 мин

L - длина обр поверхности, L= l + l_пер+ l_вр = 2,5 + 0 + 2 = 4,5 мм

Т шт. кал = t₀ * (1+ (K2+K3)/K1)) = 0, 1 * (1 + 55/40)= 0,24 мин.

Список литературы

1. А.Я. Суриков, В.А. Петров «Методические указания к выполнению курсового проекта по технологии машиностроения» Москва, 2000 г.

2. А.Г. Косилова, Р.К. Мещеряков. «Справочник технолога-машиностроителя» том 1, том 2, Москва, 1986

3. Н.Н. Митрохин «Основы технологии производства и ремонта автомобилей», часть первая «Технологии машиностроения», Москва 2002

Размещено на Allbest.ru