Проектирование технологического процесса изготовления детали

2

Аннотация

Курсовая работа на тему: «Управление качеством технологического процесса изготовления редуктора цилиндрического одноступенчатого с паразитным колесом с подробной разработкой технологического процесса обработки вала быстроходного» состоит из расчетно-пояснительной записки и графической части.

Расчетно-пояснительная записка содержит: выявление служебного назначения и описание работы редуктора цилиндрического одноступенчатого с паразитным колесом; анализ показателей качества изделия; выявление размерных связей изделия, а также связей свойств материалов; выбор и обоснование методов достижения точности и свойств материалов; проектирование технологического процесса сборки; выбор вида и формы организации процесса сборки; проектирование технологического процесса изготовления вала быстроходного.

Пояснительная записка выполнена на листах, содержит таблицы и рисунков.

Графическая часть содержит:

1. Сборочный чертеж изделия.

2. Сборочный чертеж изделия со схемой размерных связей.

3. Рабочий чертеж детали с техническими требованиями, обеспечивающими получение заданных показателей качества

4. Чертеж заготовки детали, с техническими требованиями.

5. Выбор баз детали ( КЕТБ).

6. Операционный эскиз выбранной операции механической обработки.

7. Схема графического расположения припусков и допусков на обработку поверхности o35к6 быстроходного вала.

Содержание

Введение

1. Служебное назначение изделия и описание его работы

2. Анализ показателей качества изделия. Формулирование передачи единичных и комплексных показателей качества изделия, применительно к жизненному циклу изделия

3. Выявление размерных связей и связей свойств материалов, обеспечивающих заданные показатели качества изделия

4. Выбор и обоснование метода достижения точности( качества ) и свойств материалов изделий

5. Проектирование технологического процесса сборки. Анализ формулирования размерных связей , обеспечивающих показатели качества в процессе сборки

6. Выбор вида и формы организации процесса сборки

7. Проектирование технологического процесса изготовления детали

7.1 Определение типа и выбор формы организации процесса изготовления заданной детали

7.2 Выбор вида заготовки и метода ее изготовления

7.3 Формирование показателей заготовки, обеспечивающих заданные показатели готовой детали

7.4 Проектирование технологического маршрута изготовления детали

7.4.1 Выбор и анализ технологических баз детали

7.4.2 Выбор методов, обеспечивающих качество выполнения отдельных операций

7.5 Выбор технологического оборудования, режущих инструментов, приспособлений и контрольно испытательных средств

7.6 Размерный анализ выбранной операции механической обработки

7.7 Организация контроля и испытаний изделия и его детали

Заключение

Библиографический список

Введение

Человек в своей жизни использует машины, изделия, приспособления, которые служат средством выполнения тех или иных процессов, дающих ему необходимые блага. При этом человек всегда стремился к экономии затрат труда в любом выполняемом им деле. Например, создавая машину, человек ставит перед собой следующие задачи:

- сделать машину качественной и тем самым обеспечить экономию труда в получении производимой с ее помощью продукции;

- затратить меньшее количество труда в процессе создания и обеспечения качества самой машины.

Процесс создания изделия начинается с формулировки его служебного назначения. Для изготовления спроектированного изделия разрабатывают технологический процесс и на его основе создают производственный процесс, в результате осуществления которого и получается изделие.

Для того чтобы создать качественное изделие с наименьшими затратами труда, необходимо, во-первых, вести проектирование изделия, исходя из его служебного назначения и обеспечить его выполнение связями свойств материалов и размерными связями, закладываемыми в конструкцию изделия. Во-вторых, необходимо, чтобы производственный процесс был строго согласован с системой связей, содержащейся в конструкции деталей.

В этой работе рассмотрена конструкция и приведены технические характеристики редуктора цилиндрического одноступенчатого с паразитным колесом.

1 Служебное назначение изделия и описание его работы

Редукторы общего машиностроительного применения предназначены для уменьшения частоты вращения и увеличения крутящего момента в условиях эксплуатации, оговоренных в ГОСТ 16162-78.

Редуктор - пониженная передача, обычно включающая в себя систему взаимодействия звеньев заключенных в единый корпус.

Редукторы цилиндрические одноступенчатые горизонтальные обеспечивают крутящие моменты на тихоходном валу 250-4000 Н•м в диапазоне передаточных чисел 2-6,3.

В данной курсовой работе рассматривается редуктор цилиндрический одноступенчатый с паразитным колесом. Корпус редуктора 1 и крышка 2 соединены болтами. Быстроходный вал редуктора (вал-шестерня) 3 вращается на трех шариковых подшипниках 7. Он находится в эвольвентном косозубом зацеплении с паразитным колесом 4, а паразитное колесо - с зубчатым колесом 5 тихоходного вала 6. Регулировка подшипников осуществляется при помощи втулок 14 и 15, установленных между торцом наружного кольца подшипника и закладными крышками. Неподвижные соединения уплотняются прокладками. Для контроля уровня масла служит щуп 26. Масло сливается через отверстие в нижней части корпуса, закрытое пробкой 27.Смазывание осуществляется из общей масляной ванны: деталей зацепления - окунанием, а подшипников - разбрызгиванием.

От источника к исполнительным поверхностям машины движение в цилиндрическом одноступенчатом редукторе с паразитным колесом передается следующим образом: вращение подается на быстроходный вал (входной), который является вал-шестерней. Затем оно передается на паразитное колесо, находящееся в зацеплении с вал-шестерней. Затем - на зубчатое колесо тихоходного вала, находящееся в зацеплении с паразитным колесом. Тихоходный вал является выходным.

Паразитное колесо обеспечивает сонаправленное вращение тихоходного и быстроходного валов.

Использование редуктора позволяет снизить частоту вращения и повысить крутящий момент.

Главным параметром цилиндрических одноступенчатых редукторов является межосевое расстояние. Основные параметры цилиндрических одноступенчатых редукторов приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Основные параметры цилиндрических одноступенчатых редукторов

Наименование параметра	Значение параметра
Межосевое расстояние, мм	300
Номинальное передаточное число	6,3
Вращающий момент на тихоходном валу, Н•м	5000
Радиальная нагрузка на валу, Н	быстроходном	4000
	тихоходном	8000
КПД	0,98
Масса, кг не более	250
Объем заливаемого масла, л	13,8
Расход масла, л/с	0,299

2 Анализ показателей качества изделия. Формулирование передачи единичных и комплексных показателей качества изделия применительно к жизненному циклу изделия

Номенклатура показателей качества редукторов, обозначение и характеризуемые свойства приведены в ГОСТ 4.124-84. В таблице 2 приведены показатели качества, применяемые для редукторов.

Таблица 2 - Номенклатура показателей качества редукторов

Наименование показателя	Обозначение показателя	Наименование характеризуемого свойства
1. Показатели назначения
1.1. Классификационные показатели
1.1.1. Номинальная частота вращения входного вала, с?, (об/мин)	nвх. ном	-
1.1.2. Номинальная частота вращения выходного вала, с?, (об/мин)	nвых. ном	-
1.1.3. Передаточное число	U	-
1.2. Функциональные показатели и показатели технической эффективности
1.2.1. Номинальный крутящий момент на выходном валу, Нм	Мвых. ном	Нагрузочная способность
1.2.2. Допускаемая радиальная консольная нагрузка, приложенная в середине посадочной части входного вала, Н	Fвх.	Нагрузочная способность
1.2.3. Допускаемая радиальная консольная нагрузка, приложенная в середине посадочной части выходного вала, Н	Fвых.	Нагрузочная способность
1.3. Конструктивные показатели
1.3.1. Удельная масса, кг/Нм	-	Эффективность использования материала в конструкции
1.3.2. Габаритные размеры (длина, ширина, высота), мм	LxBxH	Габариты
1.3.3. Межосевое расстояние, мм	aw	Определяющий размер
1.3.4. Климатическое исполнение и категория размещения	-	Стойкость к воздействию климатических факторов
2.Показатели надежности
2.1 Показатели безотказности
2.1.1. Установленная безотказная наработка, ч (ГОСТ 27.002-83)	Ту	Безотказность
2.2. Показатели долговечности
2.2.1. Полный средний срок службы, год (ГОСТ 27.002-83)	Тсл.	Долговечность
2.2.2. Полный установленный срок службы, год (ГОСТ 27.002-83)	Тсл. у	Долговечность
2.2.3. Полный девяностопроцентный ресурс передач, ч (ГОСТ 27.002-83)	Тр	Долговечность
2.2.4. Полный девяностопроцентный ресурс подшипников, ч (ГОСТ 27.002-83)	Т	Долговечность
2.3. Показатель ремонтопригодности
2.3.1. Удельная суммарная трудоемкость технического обслуживания, чел. ч/ч (ГОСТ 27.002-83)	Sт.о	Ремонтопригодность
3. Показатели унификации
3.1. Коэффициент применяемости, %	К пр	Степень заимствования
3.2. Коэффициент повторяемости, %	К п	Степень повторяемости
4. Эргономические показатели
4. Корректированный уровень звуковой мощности, дБА	Lра	Звуковое давление
5. Патентно-правововой показатель
5.1. Показатель патентной защиты	Рп.з.	Патентная защита
5.2. Показатель патентной чистоты	Рп.ч.	Патентная чистота
6. Показатель экономичного использования энергии
6.1. Коэффициент полезного действия, %	n	Эффективность использования энергии

Показатели надежности цилиндрических редукторов должны быть не менее указанных в таблице 3.

Таблица 3 - Показатели надежности цилиндрических редукторов

Наименование показателя	Значение показателя, ч
90 %-й ресурс передач и валов	25000
90 %-й ресурс подшипников	12500

К показателям экономичного использования энергии относится КПД, который для цилиндрических одноступенчатых редукторов равен 0,98.

3 Выявление размерных связей и связей свойств материалов, обеспечивающих заданные показатели качества изделия

Объектом производства в данном курсовом проекте является редуктор цилиндрический одноступенчатый с паразитным колесом, одной из наиболее важных деталей, которого является вал быстроходный, на который передается движение от электродвигателя. Вал быстроходный представляет собой цилиндрическую косозубую вал-шестерню, которая приводит во вращение паразитное колесо. Точность изготовления вала быстроходного оказывает значительное влияние на работу всего редуктора.

Работоспособность данной детали зависит от того, насколько её конструкция и материал, из которого она изготовлена, способны противостоять рабочим и другим нагрузкам и воздействиям окружающей среды.

Конструкцию каждой детали создают, исходя из ее служебного назначения. Конструкция любого изделия в своей сущности является сложной системой сопряженных множеств связей: свойств материалов и размерных.

Очень важно учитывать размерные связи в изделии, которые определяют размеры поверхностей деталей, относительное положение деталей в механизмах, относительное положение механизмов в машине. Кроме того, размерными связями обеспечивают относительное положение исполнительных поверхностей изделия, требуемое его служебным назначением.

Требуемая точность связей исполнительных поверхностей изделия обеспечивается в процессе его проектирования путем ограничения допусками отклонений составляющих звеньев, образующих данный вид связи.

Причинами отклонений значений составляющих звеньев могут быть погрешности изготовления и монтажа деталей, упругие перемещения, возникающие под действием рабочих нагрузок, тепловые деформации деталей из-за нагрева и неравномерности нагрева, деформации деталей из-за перераспределения остаточных напряжений, износ деталей. Так как изменение значения каждого составляющего звена допустимо лишь в пределах допуска на это звено, то частями этого допуска следует ограничить проявление каждого из перечисленных факторов.

Размерные связи, выявленные для данного редуктора, представлены в графической части.

Основными причинами отказов деталей является износ, коррозия, перераспределение остаточных напряжений, приводящие к потери геометрической точности детали, а также усталостные явления в материале, и, как следствие, поломка детали. Поэтому важно учитывать механические, физические, химические свойства материала детали.

Вал быстроходный для данного редуктора изготавливают из стали 40Х. Характеристики этой стали находятся в таблице 3.

Таблица 3 - Характеристики стали 40Х

Плотность	7850 кг/м.куб.
Назначение	оси, валы, плунжеры, штоки, кольца - детали повышенной прочности
Модуль упругости	E=214000 МПа
Модуль сдвига	G=85000 МПа
Свариваемость	трудносвариваемая. Способы сварки: РДС, ЭШС. Необходимы подогрев и последующая термообработка. КТС - необходима последующая термообработка.
KVmet	0.850
Xmat	0.100
Kshl	0.900
Температура ковки	Начала 1250, конца 800. Сечения до 350 мм охлаждаются на воздухе.
Химический состав	Кремний:0.17-0.37,Марганец:0.50-0.80,Медь:0.30, Никель:0.30,Сера:0.035,Углерод:0.36-0.44, Фосфор:0.035,Хром:0.80-1.10,
Склонность к отпускной способности	склонна
Механические характеристики
Состояние	Сигма-В, МПа	Сигма-Т, МПа	Кси, %	Дельта, %	НВ	Доп.
закалка 830гр(масло),отпуск 540гр(вода)	780	550	40	12	288
закалка 850гр(вода),отпуск 200гр(возд)	1760	1560	35	8	н/д
Закалка 860 C, масло, Отпуск 500 C, вода,	980	785	45	10	217
	940	785	55	13	217
	570	320	35	17	217

4 Выбор и обоснование метода достижения точности (качества) и свойств материалов изделия

Качество машин обеспечивается точностью расположения деталей, узлов и механизмов, образующих конечные изделия. При этом число операций, связанных с подгонкой деталей и регулирования их положений в процессе сборки должно сводится к минимуму. Зазоры, предельные размеры и другие параметры, определяющие взаимное положение собираемых объектов, зависят от режимов работы конструктивных, технологических и эксплутационных особенностей деталей, узлов и конечных изделий, поэтому часто взаимосвязь между параллельными размерами и допусками собираемых деталей и узлов устанавливают с помощью расчетов, основанных на теории размерных цепей.

Размерная цепь - совокупность размеров, образующих замкнутый контур и непосредственно участвующих в решении поставленной задачи. Расчет размерных цепей позволяет обоснованно назначать допуски на взаимосвязанные размеры деталей и сборочных единиц. Звено размерной цепи - один из размеров образующих размерную цепь. Звенья бывают следующих видов:

· Замыкающее звено - звено размерной цепи, которое получается последним в процессе изготовления или сборки;

· Исходное звено - получается, по условию задачи, для решения которой используется размерная цепь;

· Составляющее звено - звено, изменение которого вызывает изменение замыкающего звена;

· Увеличивающее звено - звено, с увеличением которого увеличивается замыкающее звено;

· Уменьшающее звено - звено, с уменьшением которого уменьшается замыкающее звено.

Заданная точность исходного звена достигается с наименьшими технологическими и эксплутационными затратами. При прочих равных условиях рекомендуется выбирать в первую очередь такие методы достижения точности, при которых сборка производится без подбора, пригонки, регулирования и собранные изделия отвечают всем требованиям взаимозаменяемости, то есть, использовать метод полной взаимозаменяемости или вероятностный метод. Если применение указанных методов экономически нецелесообразно или технологически невозможно, следует перейти к применению одного из методов неполной взаимозаменяемости.

Рассчитаем одну из размерных цепей рассматриваемого в данной работе редуктора, представленную на рисунке 1.

Рисунок 1 - Схема размерной цепи

А_? - замыкающее звено - зазор между подшипником и втулкой

А₁ - втулка (поз. 15) 16 мм

А₂ - расстояние от втулки до прокладки 12 мм

А₃ - прокладка (поз. 29) 2 мм

А₄ - расстояние между прокладками 210 мм

А₅ - прокладка (поз. 29) 2 мм

А₆ - расстояние от прокладки до подшипника 12 мм

А₇ - подшипник (поз. 8) 23 мм

А₈ - кольцо (поз. 17) 28 мм

А₉ - зубчатое колесо (поз. 5) 80 мм

А₁₀ - кольцо (поз. 16) 12 мм

А₁₁ - подшипник (поз. 8) 23 мм

Цель расчета данной размерной цепи состоит в том, чтобы обеспечить требуемую величину зазора А_? между подшипником и втулкой редуктора.

4.1 Метод полной взаимозаменяемости

Сущность метода заключается в том, что требуемую точность замыкающего звена размерной цепи достигают каждый раз, когда в размерную цепь включают или заменяют в ней звенья без их выбора, подбора или изменения их величин.

Основными преимуществами метода полной взаимозаменяемости являются:

· наибольшая простота достижения требуемой точности замыкающего звена, так как построение размерной цепи сводиться к простому соединению всех составляющих звеньев;

· простота нормирования процессов во времени, при помощи которых достигается требуемая точность замыкающего звена;

· относительная простота механизации и автоматизации технологических процессов, при помощи которых осуществляется достижение требуемой точности замыкающего звена;

· Возможность выполнения технологических процессов рабочими, не обладающими высокой квалификацией, поскольку процесс сводиться или к соединению деталей (сборка), или к их смене (обработка на станках).

Проведем расчет данной размерной цепи методом полной взаимозаменяемости.

1) Для выполнения служебного назначения редуктора необходимо, чтобы минимальная величина замыкающего звена - зазора А_? была равна 0, а максимальная 0,3 мм.

2) Тогда верхнее [?S_?] и нижнее [?I_?] предельные отклонения соответственно равны:

[?S_?] = 0,3 мм

[?I_?] = 0

3) И тогда величина допуска замыкающего звена:

Т_? = 0,3 мм

4) [?C _?]= 0,15 мм

5) А_? = - А₁ - А₂ - А₃ + А₄ - А₅ - А₆ - А₇ - А₈ - А₉ - А₁₀ - А₁₁ = - 16 - 12 - 2 + 210 - 2 - 12 - 23 - 28 - 80 - 12 - 23 = 0

6) a_c=

Данным методом размерная цепь не считается.

Исследуем возможность применения метода неполной взаимозаменяемости, основанного на вероятностных расчетах

4.2 Метод неполной взаимозаменяемости

Сущность метода заключается в том, что требуемую точность замыкающего звена размерной цепи достигают не во всех размерных цепях, а у подавляющего их большинства, когда в размерную цепь включают все звенья вновь или в ней заменяют часть звеньев без их выбора, подбора или изменения их величины. Отличие рассматриваемого метода от предыдущего заключается в установлении больших по величине допусков на составляющие звенья, что делает изготовление деталей и эксплуатацию машин, которым принадлежат эти звенья, более экономичными. При этом идут на риск получения небольшого процента случаев выхода погрешности замыкающего звена размерной цепи за пределы установленного допуска

Пункты 1-6 такие же как в предыдущем методе расчета.

a_c=

Метод неполной взаимозаменяемости также не применим к размерной цепи с замыкающим звеном А_? =0^+0,3

Рассчитаем размерную цепь методом регулирования.

4.3 Метод регулирования

При данном методе требуемая точность исходного звена при сборке достигается за счет изменения размера компенсирующего звена без снятия стружки. Изменение размера при сборке обеспечивается или специальными конструкциями с помощью непрерывных или периодических перемещений деталей, или подбором сменных деталей типа прокладок, втулок, закладных крышек и др.

Метод регулирования широко распространен во многих производствах, особенно для размерных цепей, отличающихся высокой точностью. Проведем расчет размерной цепи методом регулирования.

В качестве компенсатора примем втулку, устанавливаемую между одним из подшипников и крышкой подшипникового узла.

Компенсирующее звено находится в числе уменьшающих звеньев цепи.

1) А₁ = А_к = 16^±0,02

А₂ = 12^+0,043

А₃ = 2_-0,04

А₄ = 210^±0,092

А₅ = 2_-0,04

А₆ = 12^+0,043

А₇ = 23_-0,15

2) Т_?= 0,04+0,043+0,04+0,185+0,04+0,043+0,15+0,084+0,074+0,07+0,15=0,919

3) Т_к=0,919-0,3=0,619

4) ?с_?=0-(0+0,021-0,02+0-0,02+0,021-0,075-0,042-0,037-0,035- 0,075)=0,26

5) А_{с в ум} = 16-0,02+0,26-(0,15)+0,5*0,619=16,4

6) А_{с н ум} = 16-0,02+0,26-(0,15)-0,5*0,619=15,78

7) N = =3

8) Т_ст ==0,31

9) А_к1= 16,4±0,02

А_к2= 16,4-0,31=16,09

А_к3=16,09-0,31=15,78

5 Проектирование технологического процесса сборки. Анализ формирования размерных связей, обеспечивающих показатели качества в процессе сборки

Технологический процесс сборки складывается из ряда переходов, заключающихся в соединении сопрягаемых сборочных единиц и деталей путем приведения в соприкосновение основных баз деталей присоединяемой сборочной единицы или детали со вспомогательными базами деталей сборочной единицы, к которой они присоединяются; проверки, если необходимо, полученной точности относительного положения и движения сборочных единиц и деталей; внесения необходимых поправок для достижения требуемой точности путем пригонки, подбора или регулировки; фиксации относительного положения сборочных единиц и деталей, обеспечивающего правильность выполнения ими их служебного назначения.

К технологическому процессу сборки обычно относят также переходы, связанные с проверкой правильности действия сборочных единиц и деталей, например плавности и точности относительных перемещений, действия смазочной системы, последовательности включения отдельных механизмов. В сборочные процессы включаются также переходы, связанные с очисткой, мойкой, окраской и отделкой деталей, сборочных единиц и нередко машины в целом, а также переходы, связанные с регулировкой машины и ее механизмов, и переходы по разборке машины, если она отправляется потребителю в разобранном виде с целью удобства транспортировки.

В крупносерийном и массовом производстве при сборке редукторов применяется поузловой метод сборки. Схема сборки редуктора цилиндрического одноступенчатого с паразитным колесом представлена на рисунке 1.



6 Выбор вида и формы организации процесса сборки

На основе служебного назначения машины, ее сборочных и рабочих чертежей, размерного анализа и намеченного количества машин, подлежащих изготовлению в единицу времени и по неизменяемым чертежам, выбираются вид и организационная форма производственного процесса сборки машины. Решающим фактором является количество машин, подлежащих изготовлению, причем к вопросу о выборе вида и организационной формы производственного процесса сборки необходимо подходить с точки зрения экономической эффективности.

При больших количествах, подлежащих изготовлению машин или их сборочных единиц, следует выяснить экономичность использования поточного вида сборки. Если конструкция машины обладает достаточной жесткостью базирующей детали и отличается сравнительно небольшим весом, целесообразно выбрать подвижную сборку с непрерывным перемещением собираемой машины; в противном случае следует остановиться на неподвижной сборке с прерывистым перемещением собираемой машины.

Машины большего веса при относительно небольших количествах экономично собирать с использованием поточного вида сборки и с периодическими перемещающимися бригадами рабочих от одного собираемого объекта к другому.

С уменьшением количества машин, подлежащих изготовлению, когда использование поточного вида становится неэкономичным, следует применить непоточный вид сборки с перемещающимися объектами. При единичном изготовлении машин или в малых количествах следует использовать непоточный вид стационарной сборки.

Виды и формы организации технологического процесса сборки изделия представлены на рисунке 2.



Рисунок 2 - Виды и формы организации технологического процесса сборки изделия

Исходя из конструкции и массы изделия, годовой программы и такта выпуска, в качестве вида организации процесса сборки данного редуктора, принимаем поточную подвижную сборку с периодическим движением собираемого объекта. При этом собираемый редуктор остается у рабочих позиций сборщиков. Выполнив операцию сборщики отходят от объекта, объект перемещается на величину одного шага. Рабочие места располагают по обе стороны конвейера и оснащают приспособлениями, монтажно-сборочным и измерительным инструментом, стеллажами для деталей и сборочных единиц, необходимых для сборки.

Поточное производство строят с таким расчетом, чтобы обеспечить «сквозной поток» всех объектов производства от поступления в цех до выхода готовой продукции. С этой целью линии изготовления деталей планируют так, чтобы оборудование для выполнения последних операций непосредственно примыкало к тем местам сборочного конвейера, где эти детали требуются по ходу сборки.

Главным условием организации поточной сборки является обеспечение взаимозаменяемости собираемых узлов и отдельных деталей. В случае необходимости пригоночных работ они должны производиться за пределами потока при предварительной сборке. Конструкция собираемого изделия должна быть хорошо отработана на технологичность.

Основные преимущества поточного производства по сравнению с непоточный следующие: более высокая производительность производственного процесса; более короткий цикл изготовления изделий; более высокие технико-экономические показатели; большее постоянство качества продукции; значительное упрощение планирования, управления и учета; значительное снижение себестоимости.

К недостаткам поточного производства, относиться, прежде всего, сложность перехода к изготовлению новых изделий. Такой переход требует больших затрат на проектирование и изготовление нового технологического оборудования, технологической оснастки, режущего инструмента, подъемно-транспортного оборудования. Всё это снижает гибкость производства и вынуждает длительное время выпускать изделия по неизменяемым чертежам.

Несмотря на это, преимущества поточного производства настолько велики, что его внедрение является одним из средств повышения производительности и снижения себестоимости продукции.

7 Проектирование технологического процесса изготовления детали

7.1 Определение типа и выбор формы организации процесса изготовления вала быстроходного

В машиностроении условно различают три основных типа производства: массовое, серийное и единичное.

При массовом производстве изделия изготавливаются непрерывно в течении нескольких лет. Характерным признаком массового производства является выполнение на большинстве рабочих мест только одной закрепленной операции.

При серийном производстве изготавливают серию изделий, регулярно повторяющихся через определенные промежутки времени. Характерный признак серийного производства - выполнение на рабочих местах нескольких повторяющихся операций.

При единичном производстве выполняются изделия широкой номенклатуры в малых количествах, которые либо не повторяются совершенно, либо повторяются через неопределенное время.

На основе рабочих чертежей, размерного анализа и намеченного количества деталей, подлежащих изготовлению в единицу времени и по неизменяемым чертежам, выбираются вид и организационная форма производственного процесса изготовления детали. Решающим фактором является количество изделий, подлежащих изготовлению.

Исходя из годовой программы выпуска детали и ее массы, в качестве типа производства выберем массовое производство.

7.2 Выбор вида заготовки и метода ее изготовления

Для того чтобы выбрать оптимальный вариант получения заготовки для вала быстроходного, сравним два метода получения такой заготовки: метод свободной ковки и метод штамповки на горизонтально-ковочной машине.

Чтобы определить, какой способ получения заготовки более экономичен, следует сравнить массы заготовок, получаемых этими способами.

Заготовка для вала быстроходного изображена в графической части.

Рассчитаем припуски на обработку для заготовки, получаемой способом штамповки на горизонтально-ковочной машине и занесем их в таблицу 4.

Таблица 4 - Припуски для заготовки ГКМ

Технологические переходы обработки поверхности o35	Rz, мкм	T, мкм	р, мкм	2zmin, мкм	dp, мм	д, мкм	dmin, мм	dmax, мм	2zminпр, мкм	2zmaxпр, мкм
Заготовка	150	250	1840		40,356	3000	40,356	43,356
Обтачивание: Черновое чистовое	50 30	50 30	110,4 73,6	2*2240 2*210	35,876 35,456	1000 160	35,876 35,456	36,876 35,616	4480 420	7480 260
Шлифование: Черновое Чистовое	10 5	20 15	36,8	2*133 2*67	35,19 35,056	39 25	35,19 35,056	35,229 35,081	266 134	387 148
Полирование	2,5	5		2*20	35,016	16	35,016	35,032	40	49
ИТОГО	5340	8324

р =

р_см = 1,0 мм

р_кор = 1,8*144=259 мкм

д_з = 3000 мкм

р_ц = 1,52 мм

р₁= 0,06*1840=110,4 мкм

р₂ = 0,04*1840=73,6 мкм

р₃ = 0,02*1840=36,8 мкм

Минимальный припуск под черновое обтачивание:

2z_min=2*(150+250+1840)=2*2240

Минимальный припуск под чистовое обтачивание:

2z_min=2*(50+50+110,4)=2*210

Минимальный припуск под черновое шлифование:

2z_min=2*(30+30+73,6)=2*133

Минимальный припуск под чистовое шлифование:

2z_min=2*(10+20+36,8)=2*67

Минимальный припуск под полирование:

2z_min=2*(5+15)=2*20

Расчетный размер d_p:

d_p1=35,016+0,04=35,056

d_p2=35,056+0,134=35,19

d_p3=35,19+0,266=35,456

d_p4=35,456+0,42=35,876

d_p5=35,876+4,48=40,356

Наибольшие предельные размеры d_max:

d_max1=35,016+0,016=35,032

d_max2=35,056+0,025=35,081

d_max3=35,19+0,039=35,229

d_max4=35,456+0,16=35,616

d_max5=35,876+1,0=36,876

d_max6=40,356+3,0=43,356

Предельные значения припусков 2z_maxпр определяем как разность наибольших предельных размеров и 2z_minпр - как разность наименьших предельных размеров предшествующего и выполняемого переходов.

Затем производим проверку правильности выполненных расчетов:

2z_maxпр2-2z_minпр2=148-134=14 мкм

д₃ - д₂=39-25=14 мкм

Для остальных поверхностей припуски и допуски выбираем по таблицам из ГОСТ 7505. Для поверхности, на которой будут зубья, припуск 2*1,2 мм, для торцевых поверхностей припуск 2,7 мм, штамповочные уклоны 5,7°.

Рассчитаем массу заготовки, получаемой методом штамповки на ГКМ.

V = 997.8 (см³)

m = 7.8*997.8=7782,8 (г)

m = 7,8(кг)

Рассчитаем массу заготовки, получаемой методом свободной ковки, учитывая наличие припусков на обработку, равных 10 мм для поверхности, на которой будут зубья, и по 5 мм на остальные поверхности.

V = 1127.6 (см³)

m = 7.8*1127.6 = 8795,3 (г)

m = 8,8(кг)

Таким образом, получили, что заготовку для вала быстроходного изготавливать путем штамповки на горизонтально-ковочных машинах выгоднее, чем путем свободной ковки, из-за разницы в расходе материала.

7.3 Формирование показателей заготовки, обеспечивающих заданные показатели готовой продукции

К показателям заготовки, обеспечивающим заданные показатели готовой продукции, можно отнести показатели технологичности такие как:

- качественный (сравнение двух и более вариантов заготовок);

- количественный (дает возможность объективно и точно оценить технологичность сравниваемых заготовок).

Для заготовок в качестве показателей технологичности используют трудоемкость изготовления, технологическую себестоимость и коэффициент использования металла.

Технологическая трудоемкость:

Т_пр=Т_тип*,

где Т_пр и Т_тип - трудоемкость проектируемой и типовой заготовки;

G_пр и G_тип - масса соответственно проектируемой и типовой заготовки.

Себестоимость изготовления:

С_т.д= М+З+И_и.о+С_о.б,

где М - стоимость расходуемых материалов (руб/шт);

З - заработная плата рабочих

И_и.о - возмещение износа оснастки

С_о.б- расходы на содержание и эксплуатацию оборудования.

Коэффициент использования металла:

К_им = ,

где G_д - масса детали;

G_р - масса израсходованного металла.

Коэффициент выхода металла:

К_в.г = ,

где G_з - масса заготовки.

Коэффициент весовой точности:

К_вт=

Рассчитаем коэффициент весовой точности:

К_вт==0,81

7.4 Проектирование технологического маршрута изготовления вала быстроходного

Маршрут обработки вала быстроходного представлен в таблице 4 с указанием наименования и содержания операций и используемого оборудования.

Таблица 4 - Маршрут обработки вала быстроходного

№ операции	Наименование операции	Содержание операции	Используемое оборудование	Обрабатываемая поверхность
000	Заготовительная	-	ГКМ	-
005	Фрезерно-центровальная	Фрезеровать и центровать торцы	Фрезерно-центровальный полуавтомат мод. МР71М	Поверхности 1 и 8 (см чертеж в графической части)
010	Токарная с ЧПУ	Черновая обработка одного конца вала	Токарный станок с ЧПУ мод. 16К20Ф3	2-7
015	Токарная с ЧПУ	Чистовая обработка одного конца вала	Токарный станок с ЧПУ мод. 16К20Ф3	2-7
020	Токарная с ЧПУ	Черновая обработка другого конца вала	Токарный станок с ЧПУ мод. 16К20Ф3	9-13
025	Токарная с ЧПУ	Чистовая обработка другого конца вала	Токарный станок с ЧПУ мод. 16К20Ф3	9-13
030	Зубофрезерная	Нарезка зубьев шестерни	Зубофрезерный станок мод. 5К310	13
035	Шпоночно-фрезерная	Фрезеровка шпоночного паза	Шпоночно - фрезерный станок мод. 6Д91	Шпоночная канавка на поверхности 2
040	Слесарная	Снятие заусенцев со шпоночной канавки и зубьев	Полуавтомат для снятия заусенцев мод. 5Б525	2, 13
045	Термическая	-	ТВЧ
050	Круглошлифовальная	Черновое шлифование шеек под подшипники и втулку	Круглошлифовальный станок мод. 3М162МФ2	6, 11
055	Круглошлифовальная	Чистовое шлифование шеек под подшипники и втулку	Круглошлифовальный станок мод. 3М162МФ2	2, 6, 11
060	Полировальная	Полировать участки шеек под подшипники и втулку	Круглошлифовальный станок мод. 3М162МФ2	2,6, 11
065	Зубошлифовальная	Шлифовать зубья шестерни	Зубошлифовальный станок мод. 5М843	13
070	Моечная	Промыть детали	Моечная машина	-
075	Контрольная	-	Биениемер; штпнгенциркуль; микрометр	-

7.4.1 Выбор и анализ технологических баз детали

Выбор технологических баз основывается на выявлении и анализе функционального назначения поверхностей детали и установлении соответствующих размерных связей, определяющих точность положения одних поверхностей относительно других.

Анализ рабочего чертежа позволяет определить поверхности, относительно которых задано положение большинства других поверхностей, и выявить поверхности, к которым предъявляют наиболее жесткие технические требования, необходимость выполнения их во многом определит принимаемые решения.

Выбранный комплект баз должен также обеспечивать достаточно простое в изготовлении, эксплуатации и ремонте установочно-зажимное приспособление.

На этом этапе необходимо определить базы, от которых можно получить КЕТБ. При этом за базу необходимо принимать такие поверхности, при обработке которых обеспечивалась бы связь между обрабатываемыми и остающимися без обработки поверхностями.

Выбор баз представлен в графической части.

7.4.2 Выбор методов, обеспечивающих качество выполнения отдельных операций

После выполнения отделочных операций получаем определенное значение параметра шероховатости R_a для поверхностей, который определяет точность обработки (таблица 5).

Таблица 5 - Значения параметра шероховатости R_a для поверхностей

№ поверхности	Наименование поверхности	Параметр шероховатости Ra, мкм
1	Торец	6,3
2	Цилиндрическая поверхность диаметра 32	0,15
3	Торец	3,2
4	Цилиндрическая поверхность диаметра 35	0,15
5	Торец	3,2
6	Цилиндрическая поверхность диаметра 40	3,2
7	Торец	3,2
8	Торец	6,3
9	Цилиндрическая поверхность диаметра 35	0,15
10	Торец	3,2
11	Цилиндрическая поверхность диаметра 40	3,2
12	Торец	3,2
13	Цилиндрическая поверхность диаметра 100 (с зубьями)	0,6

7.5 Выбор технологического оборудования, режущих инструментов, приспособлений и контрольно испытательных средств.

В соответствии с конструкцией детали и выбранными методами обработки поверхностей заготовки выберем модели технологического оборудования (см. таблицу 4).

Приведем технические характеристики выбранного оборудования.

1. Круглошлифовальный станок мод. 3М162МФ2:

Наибольшие размеры устанавливаемого изделия, мм, не менее:

· Диаметр 280

· Длина 1000

Конус в шпинделе переданной бабки и в пиноли задней бабки по ГОСТ 25557-82 Морзе 5

Наибольшие размеры шлифования, мм, не менее:

· Диаметр 280

· Длина 1000

Высота центров над столом, мм 160 ±2

Расстояния между центрами, мм не менее 1000

Наибольшая масса устанавливаемого изделия, кг:

· При зажатой пиноли 800-10

· При незажатой пиноли 200-3

Наибольшие перемещения, мм:

· Стола, не менее 980

· Шлифовальной бабки по винту 290 ±2

· Пиноли задней бабки 35 ±2

Цена деления лимба поперечной подачи, мм/диаметр 0,001

Окружная скорость шлифовальноо круга, м/с, не более 50

Частота вращения изделия, об/мин 40...400

Величина быстрого подвода шлифовальной бабки,

мм, не менее 50

Скорость перемещения стола от гидропривода, м/мин при обработке изделия, на подачах:

· Черновых 0,05...5

· Чистовых 0,05...2

Величина перемещения стола за 10 оборотов маховика, мм:

· Медленное 31 ±1

· Быстрое 204,7 ±2

Наибольший угол поворота верхнего стола, градусы, не менее:

· По часовой стрелке 3

· Против часовой стрелке 8

Габаритные размеры полуавтомата, мм:

1. с отдельным расположенным оборудованием:

· длина 4450 ±20

· ширина 3420 ±20

· высота 2050 ±10

2. без отдельно расположенного оборудования:

· длина 4280 ±20

· ширина 2500 ±20

· высота 2000 ±10

Масса станка, кг, не более:

· с отдельно расположенным оборудованием 8350

· без отдельно расположенного оборудования и принадлежностей 6780

Характеристика системы ЧПУ:

Количество управляемых осей координат 1

Количество одновременно управляемых осей координат 1

Дискретность задания перемещения шлифовальной

бабки, мм/диаметр 0,001

Пределы припусков, мм:

· чернового 0,01...0,99

· чистового 0,01...0,99

· доводочного 0,001...0,099

Скорость врезных поперечных подач, мм/мин:

· максимальная, не менее 9,99

· минимальная, не более 0,01

Наибольшее программируемое перемещение шлифовальной бабки, мм/диаметр 9,999

Величина поперечной периодической подачи, мм/ход

· максимальная, не менее 0,099

· минимальная, не более 0,001

2. Зубофрезерный станок мод. 5К310

Диаметр обрабатываемой детали, мм 200

Модуль зубьев колес 3

Пределы частот вращения шпинделя, об/мин 63..400

Мощность главного привода, кВт 4

Габаритные размеры станка, мм:

- длина 2000

- ширина 1300

- высота 2040

Масса станка, кг 4000

Необходимая технологическая оснастка и режущий инструмент приведены в таблице 6.

Таблица 6 - Технологическая оснастка и режущий инструмент

№ опера ции	Наименование операции	Приспособление	Режущий инструмент
000	Заготовительная	-	-
005	Фрезерно-центровальная	Призмы самосходящиеся, прихват	Фреза торцевая Т5К10 ГОСТ 20872-75, сверло центровочное 4 мм, форма В по ГОСТ 14074-74
010	Токарная с ЧПУ	Патрон 3х кулачковый ГОСТ 2675-80	Резец проходной ГОСТ 20872-75
015	Токарная с ЧПУ	Патрон 3х кулачковый ГОСТ 2675-80	Резец проходной ГОСТ 20872-75
020	Токарная с ЧПУ	Патрон 3х кулачковый ГОСТ 2675-80	Резец проходной ГОСТ 20872-75
025	Токарная с ЧПУ	Патрон 3х кулачковый ГОСТ 2675-80	Резец проходной ГОСТ 20872-75
030	Зубофрезерная	Приспособление специальное	Червячная модульная фреза m 3 ГОСТ 9324-60
035	Шпоночно-фрезерная	Тиски	Фреза шпоночная ГОСТ 9140-78
045	Круглошлифовальная	Патрон 3х кулачковый ГОСТ 2675-80	Круг шлифовальный ПП 6006335 24А 10 С2 7 К5 35м/с А 1кл ГОСТ 2424-83
050	Круглошлифовальная	Патрон 3х кулачковый ГОСТ 2675-80	Круг шлифовальный ПП 6006335 24А 10 С2 7 К5 35м/с А 1кл ГОСТ 2424-83
060	Зубошлифовальная	Приспособление специальное	1 400х100х203 25А 16-П СМ2 7 К5 35м/с А 1кл.- Круг шлифовальный ГОСТ 2424-83
065	Моечная	-	-
070	Контрольная	биениемер; штангенциркуль; микрометр

7.6 Размерный анализ выбранной операции механической обработки

Рассчитаем режим резания для черновой токарной обработки одного конца вала.

Глубина резания t(мм) определяется толщиной снимаемого слоя за один рабочий ход резца, измеренной по перпендикуляру к обрабатываемой поверхности детали.

t==5.7 (мм)

Так как при черновом точении снимается около 70 % припуска, то

t=5.7*0.7=3.9 (мм)

Скорость резания V_p (м/мин) зависит от конкретных условий обработки. На её величину оказывает существенное влияние следующие факторы: стойкость инструмента, физико-механические свойства обрабатываемого материала, подача и глубина резания, геометрические параметры режущего инструмента, наличие смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ), температура в зоне контакта инструмента и детали, допустимый износ инструмента и др.

Скорость резания рассчитывается по формуле:

V_p= C_v* K_v/T^m*S^y

где C_v - коэффициент, учитывающий условия резания;

Т - период стойкости инструмента, мин;

S - подача, мм/об;

Kv - корректирующий коэффициент;

m, x, y - показатели степени.

Значения Сv, m, x, y возьмем из таблиц.

Средние значения периода стойкости Т примем 80 мин.

Корректирующий коэффициент определяется по следующей формуле:

K_v=K_mv*K_пv*K_иv*K_ц*K_r

где Кmv - коэффициент, учитывающий влияние материала заготовки;

Кпv - коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки;

Киv - коэффициент, учитывающий материал режущей части резца;

K_ц - коэффициент, учитывающий главный угол в плане резца;

Кr - коэффициент, учитывающий величину радиуса при вершине резца

Коэффициент Кmv рассчитывается по формуле:

Кmv =750/у_b

V_p= =129.85 (м/мин)

Для проверки возможности реализации V_р на выбранном станке определяется расчётная частота вращения шпинделя n_р и сравнивается с имеющимися на станке значениями:

n_р = 129,85*1000/р*43,4=955,9

Частота вращения шпинделя выбранного станка 125-2000 об/мин. Это значит, что реализация на нем V_p возможна.

Сила резания Р (Н) раскладывается на составляющие силы, направленные по осям координат станка (тангенциальную Рz, радиальную Py и осевую Рx). При наружном продольном и поперечном точении, растачивании, отрезании, прорезании пазов и фасонном точении эти составляющие рассчитываются по формуле:

P_xyz=10*C_p*t^x*S^y* V_pⁿ*k_p

Постоянная Ср и показатели степени x, y, n для каждой из составляющих сил резания возьмем из таблиц.

Поправочный коэффициент Кр представляет собой произведение ряда

коэффициентов, учитывающих условия резания:

Кр=К_мр*К_фр*К_ур*К_лр

Численные значения коэффициентов возьмем из таблиц.

P_x=1332.7

P_y=573

P_z=2555.3

Осевая сила Px (сила подачи) сравнивается по паспорту станка с наибольшей допускаемой механизмом подачи. Максимальная величина подачи выбранного станка равна 1350 мм/мин, значит реализация на нем P_x возможна.

Мощность резания. Сначала рассчитывается эффективная мощность резания:

N_э= 2555,3*129,85/1020*60=5,42 кВт

Затем определяется потребляемая мощность на шпинделе станка:

N_р= N_э/КПД

N_р=5,42/0.85=6.3 кВт

Для выводов об эффективности рассчитанных режимов для принятого станка устанавливается коэффициент его использования по мощности:

К= N_р/ N_ст ,

где N_ст - мощность главного электродвигателя станка (по паспорту).

К=6,3/10=0,63

7.5 Организация контроля и испытаний изделия и его детали

Испытания редукторов проводят в соответствии с ГОСТ 29285-92 «Редукторы и мотор-редукторы. Общие требования к методам испытаний», который устанавливает требования к методам контрольных испытаний на стадии производства. Положения этого стандарта могут использоваться при проведении следующих видов испытаний: приемо-сдаточных, периодических, типовых и сертификационных испытаний.

Недопустимые отклонения параметров и качественных признаков от норм, установленных в технической документации на изделие, классифицируются как дефекты, подразделяемые на критические, значительные и малозначительные.

Испытания проводят на стендах различных конструкций, обеспечивающих задание и контроль технических данных. Стенды и оборудование должны быть аттестованы, а средства измерений поверены.

Данные, полученные при испытаниях, регистрируют в журнале испытаний.

Испытания прекращают при достижении заданной наработки или появлении недопустимых дефектов, проводят разборку, осмотр и описание состояния изделий и их деталей, анализируют причины отказов.

Заключение

В данной работе для раскрытия темы «Управление качеством технологического процесса изготовления редуктора цилиндрического одноступенчатого с паразитным колесом с подробной разработкой технологического процесса обработки вала быстроходного» было выявлено служебное назначение и описана работа редуктора цилиндрического одноступенчатого с паразитным колесом. Также был произведен анализ показателей качества изделия; были выявлены размерные связи изделия, а также связи свойств материалов; выбраны и обоснованы методы достижения точности и свойств материалов; спроектирован технологический процесс сборки; выбран вид и форма организации процесса сборки; спроектирован технологический процесс изготовления вала быстроходного.

Библиографический список

1. Колесов И.М. Основы технологии машиностроения. - 3-е изд., стер. - М.: Высш. шк., 2001

2. Горбацевич А.Ф., Шкред В.А. Курсовое проектирование по технологии машиностроения. - 4-е изд., перераб. и доп. - Мн.: Выш. школа, 1983

3. Мягков В.Д. Допуски и посадки: Справочник в 2-х ч. - 5-е изд., перераб. и доп. - Л.: Машиностроение. Ленингр.отд-ние, 1978

4. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Детали машин. Курсовое проектирование. - М.: Высш. шк., 1984

5. Худобин Л.В., ГурьянихинВ.Ф., Берзин В.Р. Курсовое проектирование по технологии машиностроения. - М.: Машиностроение, 1989

6. Справочник технолога-машиностроителя в 2-х т. Под ред. Косиловой А.Г., Мещерякова Р.К. - М.: Машиностроение, 1986

7. Жолобов А.А., Лукашенко В.А. Проектирование технологических процессов сборки машин. - Минск, 2005