Технологический процесс изготовления промежуточного вала

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Учение о технологии машиностроения в своем развитии прошло в течение многих лет путь от простой систематизации производственного опыта механической обработки деталей и сборки машин до создания научно обоснованных положений, разработанных на базе теоретических исследований, научно проведенных экспериментов и обобщения передового опыта машиностроительных заводов.

Под технологией машиностроения следует понимать научную дисциплину, изучающую преимущественно процессы механической обработки деталей и сборки машин, попутно затрагивающую вопросы выбора заготовок и методы их изготовления.

Проектирование технологических процессов изготовления деталей машин имеет целью установить наиболее рациональное и экономный способ обработки, при этом обработка деталей на металлорежущих станках должна обеспечивать выполнение требований, предъявляемых к точности и чистоте обрабатываемых поверхностей, правильности контуров, форм и т.д.

Таким образом, спроектированный технологический процесс механической обработки деталей должен, при его осуществлении обеспечивает выполнение требований, обуславливающих нормальную работу собранной машины.

Для металлорежущего оборудования, выпускаемого в настоящее время, характерно быстрое расширение сферы применения ЧПУ с использованием микро процессорной техники. Особое значение приобретает создание гибких производственных модулей, благодаря которым, без участия оператора, можно управлять технологическими процессами.

Экономия материала достигается применением эффективных методов получения заготовок, таких как: штамповка на ГКМ, литье под давлением, вальцовка заготовок, малоотходная штамповка и другие, а также использование в методов технологической обработки: накатывание резьб, шлицев, зубьев зубчатых колес, выдавливание, раскатка, калибрование шариком и оправкой, формообразование детали методом обжатия и вытягивания.

Таким образом, пользуясь данными принципами и учебной литературой, я разрабатывала данный курсовой проект.

заготовка промежуточный вал изготовление

1. Исходные данные

1. Сведения о материале: Сталь 40х, ГОСТ 4543-71

2. Технические условия и нормы точности изготовления детали: указанные предельные отклонения - радиальное биение базовых поверхностей не более 0,03 и торцевое биение на базовой поверхности с диаметром равным 22мм. не более 0,03, соответственно соосность базовых деталей равна 0,02; неуказанные предельные отклонения размеров - отверстий - Н14, валов h14, оставшихся частей ±]

3. Сведения о технической обработке, защитных и декоративных покрытиях: на поверхность вала нанесена смазка.

4. Вес детали: 1,15

5. Программа выпуска составляет 1200.

2. Определение типа производства

Тип производства представляет собой комплексную характеристику технических, организационных и экономических особенностей производства, обусловленных широтой номенклатуры, регулярностью, стабильностью и объемом выпуска продукции. Различают три типа производства: единичное, серийное, массовое.

Рассмотрим кратко каждое из них:

Единичное производство характеризуется широким ассортиментом продукции и малым объемом выпуска одинаковых изделий, зачастую не повторяющихся. Особенности этого типа производства заключаются в том, что рабочие места не имеют глубокой специализации, применяются универсальное оборудование и технологическая оснастка, большая часть рабочих имеет высокую квалификацию, значительный объем ручных сборочных и доводочных операций, здесь высокая трудоемкость изделий и длительный производственный цикл их изготовления, значительный объем незавершенного производства.

Разнообразная номенклатура делает единичное производство более мобильным и приспособленным к условиям колебания спроса на готовую продукцию.

Единичное производство характерно для станкостроения, судостроения, производства крупных гидротурбин, прокатных станов и другого уникального оборудования. Разновидностью единичного производства является индивидуальное производство.

Серийное производство характеризуется изготовлением ограниченной номенклатуры продукции партиями (сериями), повторяющимися через определенные промежутки времени. В зависимости от размера серии различают мелкосерийное, среднесерийное и крупносерийное производства. Особенности организации серийного производства заключаются в том, что удается специализировать рабочие места для выполнения нескольких подобных технологических операций, наряду с универсальным применять специальное оборудование и технологическую оснастку, широко применять труд рабочих средней квалификации, эффективно использовать оборудование и производственные площади, снизить, по сравнению с единичным производством, расходы на заработную плату.

Серийное производство характерно для выпуска продукции установившегося типа, например, металлорежущих станков, насосов, компрессоров и другого широко применяемого оборудования.

Массовое производство характеризуется изготовлением ограниченной номенклатуры однородной продукции в больших количествах в течение относительно продолжительного периода времени. Массовое производство - высшая форма специализации производства, позволяющая сосредоточивать на предприятии выпуск одного или нескольких типов одноименных изделий. Непременным условием массового производства является высокий уровень стандартизации и унификации при конструировании деталей, узлов и агрегатов.

Особенности организации массового производства заключаются в том, что можно специализировать рабочие места на выполнении одной постоянно закрепленной операции, применять специальное оборудование и технологическую оснастку, иметь высокий уровень механизации и автоматизации производства, применять труд рабочих невысокой квалификации. Массовое производство обеспечивает наиболее полное использование оборудования, высокий уровень производительности труда, самую низкую себестоимость изготовления продукции по сравнению с серийным и тем более единичным производством. Этот тип производства экономически целесообразен при достаточно большом объеме выпуска продукции, поэтому необходимым условием массового производства является наличие устойчивого и значительного спроса на продукцию.

Массовое производство характерно для выпуска автомобилей, тракторов, продукции пищевой, текстильной и химической промышленности.

Тип производства согласно ГОСТ3.1108-74 характеризуется коэффициентом закрепления операций за одним рабочим местом или единицей оборудования. В проектных условиях полагаем, что К30 определяет число операций такой же трудоемкости как и рассматриваемая которую можно было бы закрепить за одним рабочим местом для полной его загрузки в течении месяца, в этом случае коэффициент определяем так:

(1)

где фв - такт выпуска изделий; Тшт ср - суточное время на операцию

Используя формулу (1) проводим расчеты для данной детали:

Рассчитываем такт выпуска изделий по формуле:

(2)

где F - номинальный годовой фонд времени при односменной работе; m - принятое число смен в сутки; ? - коэффициент использования оборудования; N - годовая программа выпуска детали с учетом запасных частей.

Используя формулу (2) проводим расчеты для данной детали:

мин/шт.

Для среднесерийного производства рассчитываем величину партий детали. Количество деталей в партии определяем по формуле:

(3)

где i - число дней на которое необходимо иметь запас деталей на складе; ф - число рабочих дней в году.

Используя формулу (3) проводим расчеты для данной детали:

шт.

Рассчитав коэффициент закрепления операций и величину деталей в партии, делаем вывод, что мы работаем в серийном производстве. Среднесерийное производство характеризуется ограниченной номенклатурой изделий, изготавливаемых или ремонтируемых периодически повторяющимися партиями и сравнительно большим объемом выпуска. Это производство является основным типом современного производства и предприятиями этого типа выпускается в настоящее время 75-80% всей продукции машиностроительной продукции. По всем технологическим и производственным характеристикам серийное производство занимает промежуточное положение между единичным и массовым производством.

Объем выпуска предприятий серийного типа колеблется от десятков и сотен до тысяч регулярно повторяющихся изделий. Используется универсальное и специализированное и частично специализированное оборудование. Широко используются станки с ЧПУ, обрабатывающие центры, находят применение гибкие автоматизированные системы станков с ЧПУ, связанными транспортирующими устройствами и управляемых с помощью ЭВМ. Оборудование расставляется по технологическим группам с учетом направления основных грузопотоков цеха по предметно-замкнутым участкам. Технологическая оснастка, в основном универсальная, однако, во многих случаях (крупносерийное производство) создается высокопроизводительная специальная оснастка. При этом целесообразность ее создания должна быть предварительно обоснована технико-экономическими расчетами. Большое распространение имеет универсально-сборная, переналаживаемая технологическая оснастка, позволяющая существенно повысить коэффициент оснащенности серийного производства. В качестве исходных заготовок используется горячий и холодный прокат, литье в землю и под давлением, точное литье, поковки и точные штамповки, прессовки, целесообразность применения которых также обосновывается технико-экономическими расчетами. Требуемая точность достигается как методом автоматического получения размеров, так и методами пробных ходов и промеров с частичным применением разметки.

3. Проектирование технологического процесса изготовления детали

Основой производственного процесса является технологический процесс изготовления детали. Это часть производственного процесса, содержащая действия по изменению и последующему определению состояния предмета производства. Технологические процессы механической обработки сопровождаются изменением формы заготовки, а термической обработки -- физических свойств материала. Выделение технологического процесса из общего производственного процесса имеет некоторую условность. Например, при измерении детали форма ее не изменяется, однако эту операцию относят к технологическому процессу. Установка и снятие детали со станка краном -- это части технологического процесса, но транспортирование детали тем же краном вдоль цеха в технологический процесс не входит, хотя и является частью производственного процесса.

В производстве технологический процесс выбирают так, чтобы обеспечить получение деталей необходимого качества с наименьшими затратами времени и труда при условии невысокой стоимости продукции. Технологический процесс состоит из технологических операций, а операции -- из установок и позиций, переходов, рабочих и вспомогательных ходов.

Задачей проектирования технологического процесса механической обработки является определение такой ее последовательности, при которой наиболее полно используются технологические возможности станков, приспособлений и инструментов, а деталь изготовляется с наименьшими материальными затратами. Такие же задачи решаются и при проектировании технологического процесса восстановления изношенных и поврежденных деталей.

3.1 Формулировка служебного назначения детали

Под служебным назначением детали понимают максимальную уточненную и четко сформулированную задачу, для решения которой в сборочной единице предназначена деталь. Для выявления и описания служебного назначения детали необходимо имеет чертеж сборочной единицы, в которую рассматриваемая деталь входит.

Промежуточный вал входит в состав двухступенчатого цилиндрического редуктора и относиться к группе опорных деталей. Положение вала определяется посредством подшипников качения, устанавливаемых в базовых отверстиях корпуса. В свою очередь вал определяет положение шестерни и зубчатого колеса. Относительный поворот шестерни, зубчатого колеса и вала предотвращается с помощью шпонок, устанавливаемы на валу. Положение зубчатого колеса и шестерни по оси вала устанавливается за счет ступенчатости цилиндрических поверхностей. Конструкция вала должна обеспечивать передачу крутящего момента, оговоренного техническими характеристиками редуктора.

3.2 Анализ технологических условий на изготовление детали

Заготовками для деталей класса «вал» наиболее часто служит либо сортовой прокат, либо штамповка. Отливка применяется в редких случаях: при изготовлении крупных валов из чугуна. Сортовой прокат применяется для изготовления средних и мелких деталей с небольшим переходом диаметров по ступеням вала (до 20-25 мм / 100 мм длина).

Прокатка - это способ обработки пластическим деформированием - наиболее распространенный. Прокатке подвергают до 90 % всей выплавляемой стали и большую часть цветных металлов.

Сущность процесса: заготовка обжимается (сдавливается), проходя в зазор между вращающимися валками, при этом, она уменьшается в своем поперечном сечении и увеличивается в длину. Форма поперечного сечения называется профилем.

Процесс прокатки обеспечивается силами трения между вращающимся инструментом и заготовкой, благодаря которым заготовка перемещается в зазоре между валками, одновременно деформируясь. Так же процесс прокатки осуществляется как в холодном, так и горячем состоянии. Начинается в горячем состоянии и проводится до определенной толщины заготовки. Тонкостенные изделия в окончательной форме получают, как правило, в холодном виде (с уменьшением сечения увеличивается теплоотдача, поэтому горячая обработка затруднена).

3.3 Анализ технологичности детали

Технологичность детали - совокупность свойств и показателей, определяющих возможность её изготовления с наименьшими затратами при достижении требований к точности, указанных в чертеже. Технологичность детали можно предварительно оценить, сравнивая деталь с имеющимися аналогами. Окончательное решение о технологичности детали можно принять после разработки ТП и проведения технико-экономических расчётов.

Вал механизма является базовой деталью. При отработке на технологичность конструкции вала необходимо произвести оценку по качественным и количественным показателям. Требования к технологичности конструкции детали изложены в ГОСТ 14.204-73. Они заключаются в:

· конструкция детали должна состоять из стандартных и унифицированных конструктивных элементов или быть стандартной;

· детали должны изготавливаться из стандартных и унифицированных заготовок полученных рациональным способом;

· размеры и поверхности детали должны иметь соответственно оптимальную степень точности и шероховатости;

· физико-химические и механические действия материала, жесткость детали, ее форма и размеры должны соответствовать требованиям технологии изготовления;

· показатели базовой поверхности детали (точность, шероховатость) должны обеспечивать точность установки, обработки и контроля;

· конструкция детали должна обеспечивать возможность применения типовых и стандартных технологических процессов ее изготовления.

При оценке технологичности конструкции детали необходимо:

· рассчитать показатели технологичности конструкции;

· разработать рекомендации по улучшению показателей технологичности;

· обеспечить технологичность конструкции детали путем внесения изменений.

К основным показателям количественной оценки технологичности конструкции вала относятся:

· коэффициент унификации конструктивных элементов детали:

(1)

где Qэу - число унифицированных элементов детали; Qэ - общее число конструкционных деталей.

Используя формулу (1) проводим расчеты для данной детали:

· коэффициент использования материала:

 (2)

где mg - масса детали по чертежу; mз - масса заготовки

Используя формулу (2) проводим расчеты для данной детали:

· коэффициент точности обработки детали:

(3)

где Qтчн - число размеров необоснованной степени точности обработки; Qтчо - общее число размеров подлежащие обработке.

Используя формулу (3) проводим расчеты для данной детали:

· коэффициент шероховатости поверхности детали:

(4)

где Qшн - число поверхностей детали необоснованной шероховатости; Qшо - общее поверхностей деталей подлежащих обработке.

Используя формулу (4) проводим расчеты для данной детали:

Качественный анализ технологичности вала:

Достоинства:

1. Деталь является телом вращения и не имеет труднодоступных мест и поверхностей для обработки;

2. Перепады диаметров в большинстве поверхностей малы, что позволяет получить заготовку близкую к форме готовой детали;

3. Симметрична относительно оси;

4. Деталь позволяет вести обработку нескольких поверхностей за один установ (на многорезцовых станках и станках с ЧПУ);

5. Конструкция детали обеспечивает свободный подвод и отвод инструмента и СОЖ в зону резания и из нее, и отвод стружки;

6. Деталь имеет надежные установочные базы, т.е. соблюдается принцип постоянства и совмещения баз;

7. Конструкция детали достаточно жесткая;

8. Допуски на размеры точных поверхностей не усложняют технологию производства.

Недостатки: вал имеет резьбовые поверхности

Таким образом, проведя расчеты на технологичность и изучив внешние особенности строения вала, рассмотрев качественные и количественные характеристики, делаем вывод, что конструкция вала является технологичной, т.к. удовлетворяет большинству технологических требований.

3.4 Выбор и экономическое обоснование метода получения заготовки

Чтобы провести технико - экономическое обоснование метода получения заготовки проведем расчет двух вариантов изготовления. Первый вариант- получение заготовки из проката; второй вариант - получения заготовки методом горячей объемной штамповки.

Получение заготовки из проката.

Определяем промежуточные размеры обрабатываемых поверхностей согласно маршрутному технологическому процессу.

· на токарную операцию 010:

(5)

где D - диаметр детали; Zш - припуск на шлифовальную обработку.

Используя формулу (5) проводим расчеты для данной детали:

мм

· на токарную операцию 005:

(6)

где Zч - припуск на чистовую токарную обработку.

Используя формулу (6) проводим расчеты для данной детали:

мм

Расчетный размер заготовки:

(7)

где Zч - припуск на черновую токарную обработку.

Используя формулу (7) проводим расчеты для данной детали:

мм

Отклонение для диаметра 36,6мм равна 0,4мм

Общая длина заготовки с учетом припусков на подрезку:

(8)

где Lg - номинальная длина детали

Используя формулу (8) проводим расчеты для данной детали:

мм

Определяем объем заготовки:

(9)

где h = Lз; R = D; р = 3,14

Используя формулу (9) проводим расчеты для данной детали:

см

Находим массу заготовки:

(10)

где Vз - объем заготовки; p - вспомогательный коэффициент

Используя формулу (10) проводим расчеты для данной детали:

кг

Потери на зажим заготовки: lзаж = 80 мм

Длина торцевого обреза проката: Lоб = 0,3 • 30 = 9 мм

Находим число заготовок:

· из проката длиною 4м получится 16 заготовок:

 (11)

где Lпр - длина детали проката; Lз - длина заготовки

Используя формулу (11) проводим расчеты для данной детали:

шт.

· из проката длиною 7м получаем 29 заготовок:

Используя формулу (11) проводим расчеты для данной детали:

шт.

Определяем остаток длины:

· из проката длиною 4м:

(12)

Используя формулу (12) проводим расчеты для данной детали:

мм

или Пнк4 %

· из проката длиною 7м:

Используя формулу (12) проводим расчеты для данной детали:

мм

или П нк7 %

Из расчетов на некратность следует, что прокат длиною 4 метра для изготовления заготовки более экономичнее, чем прокат длиною 7 метров.

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

 (13)

Используя формулу (13) проводим расчеты для данной детали:

Пзаж%

Потери материала на длину торцевого обрезка проката в процентах отношении в длине проката составят:

(14)

Используя формулу (14) проводим расчеты для данной детали:

Пот%

Общие потери к длине выбранного проката:

Ппо = Пнк + Пот + Пзаж (15)

Используя формулу (15) проводим расчеты для данной детали:

Ппо%

Расход материала на одну деталь с учетом всех технологических неизбежных потерь:

мм

Коэффициент использования материала:

Ким

Стоимость заготовки из проката:

Сзп

Расчет по варианту 2:

Дадим экономическое обоснование метода получения заготовки по варианту №2 - методом горячей объемной штамповки на горизонтально - ковочной машине (ГКМ).

Степень сложности С4

Группа стали М1

Определяем припуски по длине и диаметру для каждой части детали:

где L - длина заготовки; D - диаметр заготовки

Находим объем для каждой части детали по формуле:

(16)

Используя формулу (16) проводим расчеты для данной детали:

см3 см3

см3 см3

см3 см3

см3

Общий объем заготовки:

см3

Масса штампованной заготовки:

(17)

Используя формулу (17) проводим расчеты для данной детали:

кг

Расход материала на одну деталь:

(18)

Используя формулу (18) проводим расчеты для данной детали:

кг

Коэффициент использования материала на штампованную заготовку:

Ким

Стоимость штампованной заготовки:

Сзш

Годовая экономия материала от выбранного варианта изготовления заготовки:

Эм

Экономический эффект изготовления заготовки:

Э

Технико-экономические расчеты показывают, что заготовка, полученная методом №2 - штамповкой, более экономична по использованию материала, однако по себестоимости штампованная заготовка дороже, поэтому принимаем заготовку из проката обычной точности.

3.5 Обоснование последовательности выполнения операций изготовления детали и выбора баз

Основными показателями точности отдельной поверхности являются погрешность размера поверхности, макрогеометрические и микрогеометрические отклонения от формы. Достижение этих показателей точности обеспечивается выбором и реализацией соответствующих методов получения и обработки поверхности.

Обработка поверхности заключается в съеме с ее поверхности некоторого слоя металла, называемого припуском. Обработка производится в технологических системах. Под технологическими системами понимают динамическую замкнутую систему, состоящую из станка, приспособления для установки заготовки, приспособления для установки рабочего инструмента, обрабатываемой заготовки.

Каждая простая технологическая система реализует некоторый метод обработки. Под методом обработки понимают разновидность воздействия на материал детали отличающегося подводимой в зону обработки энергией, схемой формообразования поверхности рабочего инструмента численными значениями параметров режимов.

Методически выбор маршрута обработки поверхности детали, целесообразно проводить в следующей последовательности:

1. Вначале проводим нумерацию всех поверхностей вала.

2. Исходя из данных о точности исходной заготовки и готовой детали, по каждой поверхности рассчитываем требуемую величину уточнения, которую необходимо обеспечить в результате обработки, по формуле:

где ТАзаг - точность заготовки ТАдет - точность поверхности готовой детали; i - порядковый номер детали.

Таблица 1 «Величины уточнения маршрутных технологических процессов обработки поверхностей»

Порядковый номер поверхности	ТАзаг	ТАдет	Етп
4	1600	21	76,2
8	1800	13	138,5
9	1100	13	84,6
10	1800	13	138,5
12	1800	13	138,5
15	1800	13	138,5

3. Выбираем методы окончательной обработки поверхности, обеспечивающих получение требуемой точности и шероховатости.

Таблица 2 «Этапы обработки поверхности»

Этап	Наименование	Содержание	Реализация	Наружная поверхность	Параметры качества
				Внутренняя поверхность	Квал	Rz
				Плоская поверхность
Э 0	Заготовительный	Получение заготовки	Прокат	12	40
Э 1	Черновой	Съем напусков и основного объема припусков	Черновое точение, резьбонарезание	12	6,3
Э 2	Получистовой	Уточнение и правка баз	Получистовое точение	12	50
Э 3	Доводочный	Получение поверхностей особо высокой точности, снижение шероховатости	Чистовое шлифование	7	0,1
Э 4	Контрольный	Контроль качества	Измерение размеров, шероховатости	-	-

Выбор технологических баз решается одновременно с выбором метода получения заготовки. Первые операции - создание чистовых баз для чего в заготовке предусматриваются черновые поверхности.

Выбор схемы базирования зависит от конструкторских и технологических требований. Выбранная схема в значительной степени предопределяет последовательность обработки, конструкцию приспособления, достижение заданной точности, производительность. От правильно выбранных установочных баз зависит точность обработки детали, рациональное использование приспособлений, возможность обработки на высокопроизводительном оборудование.

Под технологической базой понимают поверхность, ось или точку, посредством которой устанавливается деталь в процессе обработки и определяется положение детали относительно инструмента. При выборе технологической базы, руководствуемся двумя основополагающими принципами построения технологических процессов изготовления деталей:

· принцип совмещения баз;

· принцип единства технологической базы.

Суть принципа совмещения баз заключается в том, что для достижения наиболее высокой точности конструкторских размеров расположения поверхностей следует в качестве технологических баз для каждой из них использовать конструкторско-размерную базу.

Принцип единства баз представляет собой правило выбора технологических баз, которое рекомендует использовать в качестве технологической базы при обработке всех или возможно большего количества поверхностей детали в разных или одной технологической системе одну и ту же единую технологическую базу.

Методически выбор и обоснование единой технологической базы осуществляется по алгоритму:

1. Оценить роль основной базы в координации других поверхностей и комплектов поверхностей.

2. Оценить роль каждого комплекта вспомогательных баз в координации других поверхностей

3. Оценка возможности использования свободной поверхности в качестве единой технологической базы при обработке без переустановки детали. На данном этапе необходимо проанализировать конструкцию детали с точки зрения возможности обработки всех ее поверхностей с необходимой точностью и шероховатостью с одной установки.

4. Если нет возможности обрабатывать данную деталь с одной установки, то на основании результатов, на первом, втором этапах, выбрать комплект поверхностей, от которых координировано наибольшее количество других поверхностей.

5. Оценить возможность использования в качестве единой технологической базы комплекта поверхностей, от которых координировано наибольшее количество других поверхностей, с точки зрения трех основных принципов баз.

6. Если данный комплект не отвечает основным признакам баз, то оценивается возможность и целесообразность внесения изменения в конструкцию детали с целью придания рассматриваемому комплекту отсутствующих признаков.

7. Если при переборе всех компонентов в пункте 5 не оказалось компонентов баз, пригодных для использования в качестве единой технологической базы, то в конструкцию детали необходимо внести изменения с целью создания искусственного комплекта единой технологической базы.

8. Составить список поверхностей, принятых в качестве единой технологической базы.

Каждая технологическая база имеет порядковый номер (Рис. 3), и определенную операцию. Так при выполнении операции номер 005 - обработка торцов и сверление центровых отверстий, за технологическую базу принимаем поверхность номер 4,10. При выполнении операции номер 010 - токарная обработка, за технологическую базу принимаем поверхность номер 16,17. При выполнении операции номер 015 - резьбонарезание, за технологическую базу принимаем поверхность номер 12,15. При выполнении операции номер 020 - фрезерование шпоночных пазов, за технологическую базу принимаем поверхность номер 4,10. При выполнении операции номер 025 - шлифование, за технологическую базу принимаем поверхность номер 16,17.

3.6 Выбор методов обработки поверхностей детали и определение необходимого количества переходов. Выбор технологического оборудования

Широкое распространение в машиностроении имеют детали типа валов. В настоящее время разработаны типовые технологические процессы механической обработки валов на основе разновидности их в разных типах производства. Отдельные элементы операций типового технологического процесса можно использовать в разрабатываемом технологическом процессе.

Маршрут разрабатываемого технологического процесса изготовления детали класса «Вал» следующий:

005 Подготовка технологических баз: Обработка торцов и сверление центровых отверстий. Операцию производят: в серийном производстве (подрезку торцов выполняют раздельно от центрования). Могут применяться фрезерно-центровальные полуавтоматы последовательного действия с установкой заготовки по наружному диаметру в призмы и базированием в осевом направлении по упору.

010 Токарная (черновая): Выполняется за два установа на одной операции или каждый установ выносится как отдельная операция. Производится точение наружных поверхностей и канавок. Это обеспечивает получение точности 12 квалитета, шероховатости 6,3.

015 Резьбонарезание: на закаливаемых шейках резьбу изготавливают до термообработки. Если вал не подвергался закалке, то резьбу нарезают после окончательного шлифования шеек. Наружные резьбы нарезают в серийном производстве - резьбонарезными головками на револьверных и болторезных станках.

020 Фрезерная: фрезерование шпоночных пазов.

025 Шлифовальная: шейки вала шлифуют на круглошлифовальных или бесцентровошлифовальных станках. Шлицы шлифуются в зависимости от центрирования, для вала выбираем шлифование по наружной поверхности - наружное шлифование на круглошлифовальных станках и шлифование боковых поверхностей на шлицешлифовальном полуавтомате одновременно двумя кругами и делениями;

030 Моечная: промывка деталей на моечной машине.

035 Контрольная.

При разработке технологического процесса изготовления детали необходимо правильно выбрать приспособления, которые должны способствовать повышению производительности труда, точности обработки, улучшению условий труда, ликвидации предварительной разметки заготовки и выверки их при установке на станке.

Для выполнения вышеперечисленных операций и данного производства применяется универсально - наладочные приспособления, в частности кулачковые патроны, а так же отдельные зажимающие устройства, устанавливаемые на столе станка

При операции 005 - фрезерно-центровальная используем токарный подрезной резец с пластинами из быстрорежущей стали по ГОСТу 18871-73 для обработки поверхностей № 1,6,14 (Рис.3). При токарных операциях 010,015,020,025 используем проходной отогнутый резец с пластинами из быстрорежущей стали по ГОСТ 18868-73 для обработки поверхностей №3,4,6,7,8,9,10,11,12,15 (Рис.3). При операции 030 - нарезание резьбы, используем головки винторезные самооткрывающиеся с круглыми гребенками ГОСТ 21760 -76 для обработки поверхности №5 (Рис.3). При выполнении операции 035 - прорезание шпоночного паза используем шпоночную фрезу с цилиндрическим хвостиком по ГОСТ 9140-78, для обработки поверхностей №2,7,13 (Рис.3).

3.7 Расчет припусков и межоперационных размеров заготовки

Любая заготовка, предназначенная для дальнейшей обработки, изготавливается с припуском, который представляет собой излишек материала, необходимый для получения окончательных размеров и заодно класса чистоты поверхности.

Валы и другие аналогичные детали изготавливают из проката повышенной или обычной точности, но в данном случае - обычной точности. Методы обработки поверхностей определяют в зависимости от степени точности принятого проката. Для валов расчет припусков и предельных размеров ведут по ступени с наибольшим диаметром, а при их равенстве - по ступени, к которой предъявляют высокие технические требования по точности.

Припуск - это слой материала, снимаемый с заготовки для получения заданных геометрических характеристик и чистоты поверхности, указанных на чертеже детали.

В общем случае припуск снимается за несколько переходов, чем выше точность и меньше шероховатость, тем больше число переходов. На последнем переходе достигается указанная на чертеже точность и шероховатость.

В общем случае припуск снимается за несколько переходов. Количество переходов зависит от точности поверхности и шероховатости: чем выше точность и меньше шероховатость, тем больше число переходов понадобится для достижения указанных на чертеже точности и шероховатости.

Припуск на каждом переходе:

(19)

где Rz-1 - высота неровностей профиля на предшествующем переходе; hi-1 - глубина дефектного поверхностного слоя на предшествующем переходе; ?i-1 - суммарное отклонение расположения поверхности и в некоторых отклонение формы поверхности на предшествующем переходе; Eyi - погрешность установки заготовки на выполняемом переходе.

Определение маршрута обработки:

Выбирается тип металлорежущего станка и инструмент, которым из заготовки получается готовая деталь. Для определения маршрута обработки используют табличные данные, в которых последовательно указаны переходы, получаемая шероховатость и квалитет. Обработку заканчиваем на переходе обеспечивающем заданные на чертеже квалитет и шероховатость. Выполняем все переходы, получая маршрут обработки заданной поверхности.

Для расчета припуска берется один из вариантов намеченной обработки каждой поверхности. Выбранный маршрут обработки заносим в таблицу. Для расчета припуска по каждому переходу используем выше приведенное уравнение (19). Номера обрабатываемых поверхностей обозначены на Рис.3

Таблица 1 «Маршрут обработки»

№ обрабатываемой поверхности	№ варианта обработки	Название операции, перехода	Шероховатость Rz. мкм	h мкм	Квалитет
1,6,14	Снятие фасок	черновое	50	70	12
2,7,13	Фрезерование	черновое	50	50	12
3,15	Бесцентровое шлифование проката повышенной и высокой точности	тонкое	3,2	6	6
4	точение	черновое	40	40	11
5	нарезание резьбы	черновое	32	40	12
8,10,11	точение	черновое	50	50	11
9,12	точение	получистовое	40	40	11
16,17	Обработка торцевых поверхностей	черновое	40	40	11

Определяем пространственные погрешности:

Для первого перехода пространственная погрешность подсчитывается по формуле:

где D -диаметр торцевой поверхности; ?К - удельная погрешность

Этот расчет проводится для торцевых поверхностей.

Расчет для цилиндрических поверхностей:

где l - длина заготовки

Для перехода в следующий за первым, пространственная погрешность определяется:

?пт - погрешность; Ку - коэффициент уточнения

Элементарная поверхность для расчета припуска шейка вала диаметром 22мм.

Таблица 2 «Припуски и предельные размеры для диаметра шейки вала 22мм»

№ поверхности перехода	Элементы припуска, мкм	Расчетный припуск	Расчетный min размер, мм	Допуск на размерр, мкм	Предельные размеры, мм	Предельные значения припуска, мкм
	Rz	h	?	Ey				min	max	Zimin	Zimax
1	50	70	4,4	-	-	-	-	-	-	124,4	-
2	50	50	3,04	200	303,04	18	0,25	22,7	23,8	303,04	303,29
3	3,2	6	4,4	200	213,6	18	0,25	23,54	23,8	213,6	213,85
15	3,2	6	4,4	200	213,6	18	0,25	22,9	23,8	213,6	213,85
17	40	40	4,4	200	284,4	12	0,18	22,95	23,8	284,4	284,58

Элементарная поверхность для расчета припуска шейка вала диаметром 25 мм.

Таблица 3 «Припуски и предельные размеры для диаметра шейки вала 25 мм»

№ поверхности перехода	Элементы припуска, мкм	Расчетный припуск	Расчетный min размер, мм	Допуск на размерр, мкм	Предельные размеры, мм	Предельные значения припуска, мкм
	Rz	h	?	Ey				min	max	Zimin	Zimax
11	50	50	5	200	305	20	0,25	26,3	26,8	305	305,25
12	40	40	5	200	285	12	0,18	26,3	26,8	285	285,18
13	50	70	3,04	200	323,04	20	0,3	26,35	26,8	323,04	323,34
14	50	70	5	200	325	20	0,3	26,35	26,8	325	325,3
16	40	40	5	200	285	12	0,18	26,45	26,8	285	285,18

Элементарная поверхность для расчета припуска шейка вала диаметром 27 мм.

Таблица 4 «Припуски и предельные размеры для диаметра шейки вала 27 мм»

№ поверхности перехода	Элементы припуска, мкм	Расчетный припуск	Расчетный min размер, мм	Допуск на размерр, мкм	Предельные размеры, мм	Предельные значения припуска, мкм
	Rz	h	?	Ey				min	max	Zimin	Zimax
4	40	40	5,4	200	285,4	12	0,18	27,9	28,6	285,4	285,58

Элементарная поверхность для расчета припуска шейка вала диаметром 29,8 мм.

Таблица 5 «Припуски и предельные размеры для диаметра шейки вала 29,8 мм»

№ поверхности перехода	Элементы припуска, мкм	Расчетный припуск	Расчетный min размер, мм	Допуск на размерр, мкм	Предельные размеры, мм	Предельные значения припуска, мкм
	Rz	h	?	Ey				min	max	Zimin	Zimax
9	50	50	5,8	200	305,8	20	0,25	30,85	31,9	305,8	306,05

Элементарная поверхность для расчета припуска шейка вала диаметром 30 мм.

Таблица 6 «Припуски и предельные размеры для диаметра шейки вала 30 мм»

№ поверхности перехода	Элементы припуска, мкм	Расчетный припуск	Расчетный min размер, мм	Допуск на размерр, мкм	Предельные размеры, мм	Предельные значения припуска, мкм
	Rz	h	?	Ey				min	max	Zimin	Zimax
5	50	70	5,4	200	325,4	30	0,25	30,7	31,2	325,4	325,65
6	50	70	5,4	200	325,4	30	0,25	30,7	31,2	325,4	325,65
7	32	40	3,04	200	275,04	27	0,3	31,2	31,8	275,04	275,34
8	50	50	6	200	306	20	0,25	31,2	31,8	306	306,25
10	50	50	6	200	306	20	0,25	31,2	31,8	306	306,25

3.8 Разработка операций технологического процесса

Построение маршрутной технологии зависит от конструктивно-технологических особенностей детали и требований точности

3.8.1 Выбор схемы построения операций

Таблица 7 «Схема построения операций»

Номер операции	Описание операции	Станок
005	Фрезерно-центровальная: фрезерование торцов вала и сверление центровых отверстий с двух сторон. Технологическая база - наружные поверхности двух шеек	Фрезерно-центровальный автомат
010	Токарная: обтачивание поверхностей шеек вала с одной стороны и подрезание торцевых поверхностей ступеней вала. Технологическая база - центровые отверстия вала	Токарный многорезцовый или многошпиндельный автомат
015	Токарная: обтачивание поверхностей шеек вала с другой стороны, а так же подрезка обтачиваемых поверхностей ступеней вала. Технологическая база - центровые отверстия вала	Токарный многорезцовый или многошпиндельный автомат
020	Токарная: обтачивание поверхностей шеек вала под шлифование и окончательная подрезка торцов ступеней вала. Технологическая база - центровые отверстия вала	Токарный многорезцовый, многошпиндельный
025	Токарная: обтачивание поверхностей шеек вала с припуском под шлифование и окончательная подрезка торцов ступеней вала с другой стороны. Технологическая база - центровые отверстия вала	Токарный многорезцовый, гидрокопировальный, многошпиндельный
030	Нарезание резьбы: Технологическая база - центровые отверстия вала и наружные поверхности двух шеек	Токарный револьверный станок
035	Прорезание шпоночного паза: В серийном и массовом производстве для получения глухих шпоночных пазов применяют шпоночно-фрезерные полуавтоматы, работающие «маятниковым» методом. Технологическая база - центровые отверстия вала.	Горизонтально - фрезерный консольный станок
040	Шлифовальная: предварительное шлифование шеек вала в зависимости от требований чертежа по качеству поверхностей и точности обработки. Технологическая база - центровые отверстия	Круглошлифовальный полуавтомат
045	Моечная
050	Контроль

3.8.2 Выбор и обоснование технологического оборудования, технологической оснастки, режущего и контрольно- измерительного инструмента

При разработке технологического процесса изготовления детали необходимо правильно выбрать приспособления, которые должны способствовать повышению производительности труда, точности обработки, улучшению условий труда, ликвидации предварительной разметки заготовки и выверки их при установке на станке.

Применение станочных приспособлений при изготовлении детали дает ряд преимуществ:

· Повышает качество и точность обработки;

· Сокращает трудоемкость изготовления деталей за счет резкого уменьшения времени, затрачиваемого на установку, выверку и закрепление;

· Расширяет технологические возможности станков;

· Создает возможность одновременной обработки нескольких заготовок, закрепленных в многоместном приспособлении.

ГОСТ 14305-73 регламентирует следующие системы станочных приспособлений:

· универсально - безналадочное приспособление (УБП);

· универсально-сборные приспособления (УСП);

· универсально-наладочные приспособления (УНП);

· сборно-разборные приспособления (СРП);

· неразборные специальные приспособления (НСП).

Для среднесерийного производства применяем универсально - наладочные приспособления, в частности кулачковые патроны, а так же отдельные зажимающие устройства, устанавливаемые на столе станка, так как именно универсально - наладочные приспособления предназначены для серийного и мелкосерийного производства, когда применение УБП и НСП экономически не оправдано.

К УНП относятся скальчатые кондукторы, переналаживаемые пневматические тиски, кулачковые и цанговые патроны, столы, а так же отдельные зажимающие устройства, устанавливаемые на столе станка. УНП могут иметь ручное управление, если это целесообразно по соображениям обслуживания и для упрочнения конструкции. Для повышения производительности следует отдавать предпочтение механизированному приводу. Механизированный привод можно монтировать в корпусе приспособлений или устанавливать отдельно. Перед очередным использованием УНП требуется произвести лишь смену наладки и иногда некоторую дополнительную обработку. Для снижения себестоимости изготовления УНП и сменных наладок в их составе следует широко использовать стандартизированные узлы и детали.

Изучив характеристики различных станков, для обработки вала и более экономичного использования материалов, рабочего времени и материальных затрат целесообразнее использовать многошпиндельный горизонтальный прутковый полуавтомат 1Б265 - 4К.

Для токарной операции на поверхностях №1,14 (Рис.3) используем токарный подрезной резец, с пластинами из быстрорежущей стали ГОСТ 18871-73; для обработки поверхностей № 3,4,7,8,9,10,11,12 (Рис.3) - токарный проходной отогнутый резец с пластинами из быстрорежущей стали ГОСТ 18868-73.

Для прорезания шпоночного паза и нарезания резьбы выбираем горизонтально - фрезерный консольный станок, где, обрабатывая шпоночный паз - поверхности №2,7,13, будет применяться шпоночная фреза с цилиндрическим хвостиком ГОСТ 9140-78, а при нарезании резьбы - поверхность №5, головки винторезные самооткрывающиеся с круглыми гребенками ГОСТ 21760 -76

3.8.3 Расчет и определение режимов резания и норм времени на каждую операцию

Эффективность и качество изготовления деталей машин зависят от рационального проведения обработки металлов резанием, которое достигают при выполнении следующих условий:

· режущая часть инструмента имеет оптимальную геометрию и качественную заточку;

· обработка заготовок ведется с технически и экономически обоснованными подачами (S) и скоростями резания (V);

· кинематические и динамические возможности станка позволяют реализовать обоснованные значения подачи и скорости резания.

Расчет элементов режима резания:

1. Глубину (t) при черновой обработке назначают по возможности наибольшей или максимально равной всему припуску на обработку или большей его части. При чистовой обработке в зависимости от требований точности размеров и шероховатости обрабатываемой поверхности. Величина выбирается по таблице, исходя из данных.

2. Подачу (S) при черновой обработке выбирают максимально возможной исходя из жесткости и прочности системы СПИД, мощности привода станка. При чистовой - в зависимости от требуемой степени точности и шероховатости обрабатываемой поверхности. Величина выбирается по таблице, исходя из данных.

3. Скорость резания (Vтб) для токарных операций рассчитывают по эмпирической формуле:

где Сv, x, m, y - коэффициенты определенного вида обработки

Чтобы получить действительное значение скорости резания вводят поправочный коэффициент, который рассчитывается следующим образом:

где Кмv - коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала; Knv - коэффициент, отражающий состояние поверхности заготовки; Kuv - коэффициент, учитывающий качество материала инструмента.

Скорость резания для шпоночной фрезы рассчитываем по следующей формуле:

где D - это диаметр обрабатываемой поверхности

Скорость резания для нарезания резьбы рассчитывается по формуле:

где Sz - величина подачи на один резец

4. Период работы инструмента (Ттс) до затупления зависит от вида обработки и соответствует условиям одноинструментной обработки. Его ориентировочно рассчитывают по формуле:

где Т - стойкость лимитирующего инструмента; Ктс - коэффициент изменения периода стойкости при многостаночном обслуживании.

5. Сила резания имеет главную составляющую: Pz и крутящий момент шпинделя станка. Силовые зависимости рассчитывают по эмпирическим формулам характерным для каждого вида обработки. Чтобы получить значение соответствующее фактическим условиям резания, полученные величины умножают на поправочные коэффициенты, взятые из таблицы соответствующей обработки.

Сила резания для токарных операций и нарезания шпоночного паза рассчитывается по следующей формуле:

где Cp - вспомогательный коэффициент

Сила резания для нарезания резьбы рассчитывается по формуле:

где Cm - вспомогательный коэффициент

Таким образом, проведя расчеты показателей по данным формулам, был определен режим резания и норма времени на каждую операцию:

Черновое точение проходным резцом ГОСТ 18868-73:

t = 0.6

S = 0.4

Vтб = 81.95

T = 42

Pzyx = 23831173.293

Чистовое точение проходным резцом ГОСТ 188868-73:

t = 0.2

S = 0.63

Vтб = 82,299

T = 42

Pzyx = 21831273.293

Обработка поверхностей шпоночной фрезой Гост 9140-78:

t = 2

S = 0.15

Vтб = 14,325

T = 22

Pzyx = 219861,69

Нарезания резьбы головками винторезными самооткрывающиеся с круглыми гребенками ГОСТ 21760 -76:

t = 2

S = 0.04

Vтб = 0,68

T = 120

Pzyx = 50,78

При соблюдении условий данных расчетов, изготовление заготовки принесет желаемый результат: качественное и точное по размерам изготовление вала.

3.8.4 Расчет технико-экономической эффективности технологических операций

Технико - экономическому сравнению подлежат одинаковые объемы работ

Технологическая себестоимость обработки на операции складывается из следующих затрат:

· стоимости материалов заготовки;

· основной и дополнительной заработной платы производственных рабочих с начислением по соцстраху;

· затрат на силовую электроэнергию;

· затрат на инструмент и приспособления;

· амортизационных отчислений от балансовой стоимости оборудования;

· затрат по содержанию технологического оборудования;

· затрат на текущий ремонт технологического оборудования.

Расчет себестоимости операции при выборе варианта обработки может быть осуществлен методом прямого распределения затрат или нормативным методом.

Затраты по всем статьям технологической себестоимости обработки детали на операцию методом прямого распределения затрат определяют следующим образом:

Соп = Зоп + Эс + Зир + Зпр + Аст + Осо + Ро (20)

где 3оп - заработная плата рабочего за выполнение одной операции; Эс - затраты на электроэнергию; 3ир - затраты на режущий инструмент, руб.; Зпр - затраты на станочные приспособления; Аст - амортизационные отчисления от балансовой стоимости оборудования; Осо - затраты по содержанию оборудования; Ро - затраты на текущий ремонт оборудования.

Стоимость материалов и полуфабрикатов учитывают при сравнительной оценке эффективности технологической операции, где предусматриваются разные нормы расхода материалов или разные методы получения заготовки.

Заработную плату станочникам определяют по трудоемкости обработки на одной операции:

З оп = Тш Тз (21)

где Тз - тарифная ставка заработной платы соответствующего разряда работы; Тш - штучное время на операцию.

Используя формулу (21) проводим расчеты для данной детали:

З оп = 5 • 59,6 = 298 руб.

Затраты на силовую электроэнергию включают расходы, связанные с эксплуатацией станка. Величина этих затрат, отнесенная к обработке одной заготовки на данной операции:

(22)

где nст - установленная мощность электродвигателей станка; ?м -коэффициент загрузки электродвигателей станка по мощности; То - основное время на данную операцию; ?с - коэффициент, учитывающий потери в сети; Сз - цена 1 кВт ч электроэнергии

Используя формулу (22) проводим расчеты для данной детали:

Затраты по эксплуатации измерительных инструментов обычно малы и при расчетах ими можно пренебречь.

Затраты на металлорежущие инструменты, отнесенные к операции, определяют по формуле:

(23)

где Си - первоначальная стоимость инструментов; Сп - затраты на повторную заточку до полного износа режущих инструментов; Тэ - общее время эксплуатации режущих инструментов; Тш -- штучное время на операцию.

Используя формулу (23) находим Зир:

Зир =,

Для определения затрат на повторную заточку режущего инструмента используют формулу:

(24)

где Пк - число повторных заточек до полного износа режущего инструмента; Тзат - нормированное время на одну заточку; Ззат - заработная плата заточника за одну минуту с начислениями по соцстраху.

Используя формулу (24) находим Сп:

Стоимость универсального режущего инструмента принимают по прейскуранту оптовых цен, а специальных режущих инструментов -- по плановой цене предприятия - изготовителя.

Затраты на повторную заточку режущих инструментов составляют примерно 30% его отпускной стоимости. Затраты на режущий инструмент можно также определить за единицу его работы.

Затраты на приспособления и специальную оснастку металлорежущих станков рассчитывают следующим образом:

(25)

где Со -- общая стоимость приспособления или оснастки по фактической или плановой оценке; Кзат -- коэффициент увеличения стоимости за счет затрат на текущий ремонт станочных приспособлений; Фо -- фонд времени оборудования.

Используя формулу (25) проводим расчеты:

Затраты на амортизационные отчисления на единицу изделия

(26)

где С6 -- первоначальная стоимость оборудования; Нотч -- норма амортизационных отчислений.

Используя формулу (26) рассчитываем затраты на амортизацию:

ACT = (80000•0,1)/100•3 = 26,7

Затраты по содержанию станочного оборудования, приходящиеся на единицу обработанной продукции, находят по формуле:

(27)

где Соб -- затраты на содержание станочного оборудования.

Используя формулу (27) рассчитываем затраты на содержание оборудования:

Затраты на содержание станочного оборудования зависят от его сложности и времени работы. В сумму этих расходов включают затраты на материал (смазочные, обтирочные, охлаждающие жидкости, ремни и т. п.), необходимый при эксплуатации оборудования, и заработную плату рабочих.