Изготовление вала из стали 40Х

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Служебное назначение детали

2. Требования точности, предъявляемые к детали

3. Анализ конструкции детали

4. Материал детали и его свойства

5. Определение типа производства и партии запуска детали

6. Выбор заготовки и способа ее получения

7. Назначение маршрута обработки поверхности детали

8. Назначение маршрута обработки детали в целом

9. Расчет промежуточных припусков и допусков

10. Проектирование операций



Введение

вал деталь припуск

Машиностроение, поставляющее новую технику отраслями народного хозяйства, определяет технический прогресс страны. Технологическая подготовка представляет собой часть производственного процесса. Задачей которой является обеспечение технологичности конструкции изделия, разработка технологических процессов.

Перед машиностроительной промышленностью стоят задачи совершенствования технологических процессов, изобретение и изучение новых методов производства, дальнейшее развитие и внедрение комплексной механизации и автоматизации производственных процессов на базе достижений науки и техники, обеспечивающих наиболее высокую производительность труда при надлежащем качестве и наименьшей себестоимости выпускаемой продукции.

Для обработки резанием, которое до сих пор является ведущим среди процессов формообразования, важным становится увеличение скоростей обработки, применение новых видов инструментов и приспособлений, нового прогрессивного оборудования, а также повышение износостойкости, твердости инструмента и использование новых прогрессивных инструментальных материалов.

Повышение требований к качеству деталей машин вызывает необходимость поиска новых высокопроизводительных методов обработки поверхности, обеспечивающих изготовление детали в соответствии с предъявляемыми требованиями.

В данной работе рассматривается изготовление вала из стали 40Х, приводится анализ технологичности, маршрут обработки, расчет межоперационных размеров, а также выбор режимов резания и оборудования к двум операциям.



1. Служебное назначение детали

Данная деталь служит для передачи вращения в механизме. Деталь испытывает в основном радиальные нагрузки. Конструкция детали достаточно проста и технологична.

Рис. 1 - Чертеж детали.

2. Требования точности, предъявляемые к детали

Дана деталь, типа вал. Имеет посадочную шейку со шлицевыми пазами D-8х52х60f7х10f9 ГОСТ1139-80, торцевое отверстие М8-7H длиной 25.5мм, ступень 65f9 с фрезерованными лысками и отверстием 25Н8. Длина детали 540, точность линейных размеров лежит в пределах 14кв. Шероховатость в пределах Ra=0.4-6,3. Термообработка - улучшение до твёрдости 30-34HRC и закалка ТВЧ 41-46HRC шлицев D-8х52х60f7х10f9. Поверхность вала проходит химическое оксидирование.



3. Анализ конструкции детали

Своими двумя сфрезерованными поверхностями вал устанавливается на рабочий оргпн в сборочную единицу. Шлицевые пазы служат посадочной поверхностью для установки зубчатых колес, необходимых для передачи крутящего момента, из-за этого к валу предъявляются особые требования по прочности.

Все наружные поверхности имеют правильную форму. Ступени вала вполне доступны для обработки на универсальном оборудовании и универсальным режущим инструментом. Следовательно, наружную поверхность вала можно отнести к технологичной.

С точки зрения механической обработки в отношении технологичности конструкции детали можно отметить следующее: основной обработкой детали является токарная обработка заготовки для предания ей необходимых размеров. Токарная обработка производится токарных станках за несколько установов в центрах.

4. Материал детали и его свойства

Материал детали - сталь 38ХА ГОСТ 4543-71. Химический состав и механические свойства стали 380ХА приведены в таблицах 1 и 2

Таблица 1- Химический состав стали 38ХА в %

Химический элемент	%
С	0,35-0,42
Si	0,17 - 0,37
Mn	0,5 - 0,8
Ni	до 0,3
S	до 0,025
P	до 0,025
Cr	0,8 - 1,1
Cu	до 0,3
Fe	~97

Таблица 2 Механические свойства стали

Сталь	Температура 0С	МПа	Плотность, p	НВ
	Закалка в масле	Отпуск с охлаждением	т	В		после отжига
38ХА	860	550	780	930	7850	187-207

5. Определение типа производства и партии запуска детали

Тип производства и соответствующие ему формы организации работы определяют характер технологического процесса. От правильного выбора типа производства на проектируемом участке зависит качество разработки всего проекта. Поэтому необходимо, исходя из заданной программы выпуска и типа производимых деталей, установить тип производства.

Производство можно отнести к тому или иному типу условно по количеству обрабатываемых в год деталей или изделий одного наименования и типоразмера. По типам производства машиностроительное производство подразделяется на три большие группы (см. табл. 1).

Таблица 1.Определение типа производства по количеству обрабатываемых деталей одного названия и типоразмера в год [1].

Тип производства	Количество обрабатываемых деталей одного наименования и типоразмера в год, шт.
	Крупные, тяжелые детали большой трудоемкости массой свыше 30 кг.	Детали средних размеров и трудоёмкости массой 830 кг.	Небольшие, легкие, малотрудоёмкие детали массой до 8 кг.
Единичное	менее 5	менее 10	менее 100
Мелкосерийное	5100	10200	100500
Среднесерийное	100300	200500	5005000
Крупносерийное	3001000	5005000	500050000
Массовое	более 1000	более 5000	более 50000



По таблице определяется тип производства. Учитывая то, что количество изготавливаемых деталей равно 1000 и масса одного изделия составляет 3,95кг, принимается среднесерийный тип 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.

При среднесерийном типе производства обработка изделий происходит партиями. Количество деталей партии рассчитывается по формуле [1]:

,

где: - количество деталей по годовой программе, ; D = 1000 шт.

- число дней, на которое необходимо иметь запас деталей на складе; ;

- число рабочих дней в году; .

.

Количество деталей в партии 25 шт.

6. Выбор заготовки и способа ее получения

Выбор заготовки осуществляется исходя из того условия, что форма и размеры заготовки должны быть максимально приближенными к форме и размерам готового изделия. Экономический эффект возникает в связи со снижением себестоимости изготовления изделия, сокращением количества используемого оборудования, приспособлений, инструмента, затрат на оплату труда станочников, транспортные и др. расходы. При приближении размеров заготовки к размерам изделия производство заготовки усложняется, требует больших затрат. Очень важным является определение оптимальной формы и размеров заготовки, при которых происходит уменьшение отходов производства (таких, как стружка) и вместе с тем затраты на производство заготовки не требуют больших затрат [1].

При изготовлении заготовок типа “вал” применяют различные методы: прокатку, горячую и холодную штамповку и т.д. При выборе вида заготовки (штамповка, прокат и др.) учитывают следующие факторы [1]:

1. размеры детали;

2. вес детали;

3. материал;

4. масштаб производства;

5.размеры припусков на обработку;

6. точность размеров.

При выборе способа получения заготовки следует руководствоваться следующими соображениями:

v Фасонные детали, подвергающиеся ударным нагрузкам и действиям растяжения и изгиба, целесообразно изготовлять ковкой или штамповкой.

v Для деталей, работающих преимущественно на изгиб, растяжение и кручение при значительной разнице в поперечных сечениях, применяются заготовки в виде поковок и штамповок.

v Заготовки из проката применяют для деталей, по конфигурации приближающихся к какому-либо виду проката.

Учитывая все вышеперечисленные факторы, для данной детали целесообразно брать заготовки в виде проката, т.к максимальный перепад диаметров составляет 5мм.



7. Назначение маршрута обработки поверхности детали

Рис. 2 - Обрабатываемые поверхности.

Таблица 2. Маршрут обработки поверхностей.

Номер поверхности	Переходы
8	1 Прокат, 12 квалитет, Rz40 2 Сверление, 10 квалитет, Ra 6,3 3 Резьбонарезание, 8 квалитет 4 Термообработка
2	1 Прокат, 12 квалитет, Rz40 2 Получистовое точение, 10 квалитет, Ra 6,3 4 Чистовое обтачивание, 9 квалитет, Ra 3,2
9	1 Прокат, 12 квалитет, Rz40 2 Получистовое точение, 10 квалитет, Ra 6,3 4 Чистовое обтачивание, 8 квалитет, Ra 3,2
5	1 Фрезерная, 8 квалитет, Rа 3,2 2 Термообработка
1,3	1 Прокат, 12 квалитет, Rz40 2 Фрезерно-центровальная, 14 квалитет, Rz 40 3 Термообработка
4	1 Точение канавок, 10 квалитет, Rа 6,3
7	1 Шлицефрезерная, Ra 3,2 2 Термообработка 3 Шлифование, 7 квалитет, Ra 0,8
6	1 Сверление, 10 квалитет, Ra 6,3 2 Развертывание, 8 квалитет, Ra1,6



8. Назначение маршрута обработки детали в целом

При построении технологического процесса важно соблюсти следующую последовательность обработки:

v Обработка поверхностей, принятых за технологические базы.

v Обработка остальных поверхностей.

v Формообразование отверстий и пазов.

В первую очередь обрабатываются те поверхности, которые являются базовыми при дальнейшей обработке. В данном случае базовыми поверхностями являются центровые отверстия.

Затем обрабатывают те поверхности, с которых снимается наибольший слой металла. После этого обрабатываются поверхности, с которых снимается наименьший слой металла.

Наименование операции	Оборудование	Эскиз обработки
000 Заготовительная
005 Фрезерно-центровальная	КЛ171
010 Токарная с ЧПУ	16К20Ф3
015 Токарная с ЧПУ	16К20Ф3
020 Горизонтально-фрезерная	6Р82
025 Вертикально-сверлильная	2Н135
030 Горизонтально-свееерлильная	2Р135
035 Шлицефрезерная	5К32
040 Термическая
045 Круглошлифовальная	3М162В

9. Расчет промежуточных припусков и допусков

Таблица 3 - Промежуточные припуски и межоперационные размеры

№	Технологические переходы обработки элементарных поверхностей	Припуски на диаметр, мм	Межоперационный размер, мм
1	Наружная поверхность вращения Ш65f9)
	Заготовка	? 5	70)
	Точение: Получистовое Чистовое	3 2	65f9)
2	Наружная поверхность вращения Ш60)
	Заготовка	?10	66 )
	Точение: Получистовое Чистовое	3 6,5
	Шлифование:	0,5	Ш60)

1. Припуск на подрезку торцев в размер 540h14_-1,75.

Маршрут обработки	Допуск, мкм	Номинальный размер, L, мм	Предельные размеры	Предельные припуски
			Lmax, мм	Lmin, мм	Zmax	Zmin
	0,3	548	548,15	547,85
Подрезка 14 квалитет	1,75	540	540	538,15	9,7	8,15



10. Проектирование операций

Операция 025. Горизонтально-сверлильная. Сверление отверстия 6 под резьбу.

Оборудование - вертикально-сверлильный станок 2Р135

Сверлом из быстрорежущей стали Р6М5, выполненным по ГОСТ 10902-77 сверлим отверстие диаметром 6 мм.

Определяем глубину резания по формуле:

,

где - глубина резания, мм;

- диаметр сверления, мм;

t =6/2=3 мм

Определяем подачу: S=0,3 мм/об

Определяем скорость резания по формуле:

где - скорость резания, м/мин;

- диаметр сверла, мм;

- подача, мм/об;

- стойкость резания, мин;

- коэффициент, учитывающий влияние режимов резания на скорость резания;

- показатель степени, характеризующий влияние диаметра сверла на скорость резания;

- показатель степени, характеризующий влияние подачи на скорость резания;

- показатель степени, характеризующий влияние стойкости инструмента на скорость резания;

- коэффициент, учитывающий влияние различных факторов резания на скорость резания:

- коэффициент, учитывающий влияние свойств обрабатываемого материала на скорость резания;

- коэффициент, характеризующий вид обрабатываемого материала;

- временный предел прочности обрабатываемого материала, МПа;

- показатель степени, характеризующий вид обрабатываемого материала;

- коэффициент, учитывающий влияние состояния поверхности обрабатываемого материала на скорость резания;

- коэффициент, учитывающий влияние длины сверления на скорость резания;

Т=70 мин;

С_v=9,8, q=0,40, y_v=0,5, m=0,2;

_в=530 МПа

К_г=1,0;

n_v=0,9;

Km=1?(750/530)^0,9=1,37

К_uv=1,0 при обработке быстрорежущим сплавом Р6М5;

К_l=1,0 при длине обрабатываемого отверстия 24 мм;

K_v=1,371,01,0=1,37.

V =9,8?6^0,4?1,37/(70^0,2?0,3^0,5)= 21,5м/мин.

Определяем частоту вращения шпинделя, соответствующую данной скорости резания, по формуле:

где n-частота вращения шпинделя, об/мин;

V-скорость резания, м/мин;

D - диаметр сверла, мм;

n=1000?21,5/(3,14?10)=683 об/мин.

Корректируем полученную частоту вращения шпинделя по паспортным данным вертикально-сверлильного станка 2Р135. Ближайшая частота вращения шпинделя, имеющиеся на станке 630 об/мин.

Определяем действительную скорость резания по формуле:

где V-действительная скорость резания, м/мин;

D-диаметр сверла, мм;

n-частота вращения шпинделя, об/мин;

V=3,14?6?630/1000=11,9 м/мин.

Определяем крутящий момент, возникающий при обработке, по формуле:



,

где - крутящий момент, возникающий при обработке, Нм;

C_м - коэффициент, учитывающий влияние режимов резания на крутящий момент, возникающий при обработке;

D - диаметр сверла, мм;

q - показатель степени, характеризующий влияние диаметра сверла на крутящий момент, возникающий при обработке;

S - подача, мм/об;

y- показатель степени, характеризующий влияние подачи на крутящий момент, возникающий при обработке;

K_p- коэффициент, учитывающий влияние различных факторов резания на крутящий момент, возникающий при обработке;

,

- коэффициент, учитывающий влияние свойств обрабатываемого материала на крутящий момент;

К_г - коэффициент, характеризующий вид обрабатываемого материала;

_в - временный предел прочности обрабатываемого материала, МПа;

n_v - показатель степени, характеризующий вид обрабатываемого материала;

C_м=0,0345, q=2,0, у=0,8

_в=530 МПа

n=0,75;

К_г=1,0.

К=1?(530/750)^0,75=0,77.

М_кр=10?0,0345?6²?0,3^0,8?0,77=3,7 Н?м.

Определяем осевую силу, возникающую при обработке, по формуле:

где P_oc - осевая сила, возникающая при обработке, Н,

C_p - коэффициент, учитывающий влияние режимов резания на осевую силу, возникающую при обработке;

D - диаметр сверла, мм;

q- показатель степени, характеризующий влияние диаметра сверла на осевую силу, возникающую при обработке;

S - подача, мм/об;

у - показатель степени, характеризующий влияние подачи на осевую силу, возникающую при обработке;

K_p - коэффициент, учитывающий влияние различных факторов резания на осевую силу, возникающую при обработке;

,

K_m - коэффициент, учитывающий влияние свойств обрабатываемого материала на осевую силу, возникающую при обработке;

К_г - коэффициент, характеризующий вид обрабатываемого материала;

_в - временный предел прочности обрабатываемого материала, МПа;

n - показатель степени, характеризующий вид обрабатываемого материала;

C_р=68; q=1,0; у=0,7;

_в=530 МПа;

n_р=0,75.

К=1?(530/750)^0,75=0,77.

Р_ос=10?68?6¹?0,3^0,7?0,77=1352,5 Н.

Определяем мощность, необходимую для обработки, по формуле:

N=3,7?630/9750=0,3 кВт.

Проверяем возможность осуществления обработки на вертикально-сверлильном станке модели РТ-65 по формуле:

,

где N_шп - мощность на шпинделе, кВт;

N_эд - мощность электродвигателя, кВт;

- КПД;

N_эд=4 кВт (по паспорту);

=0,80 (по паспорту);

N_шп=4*0,80=3,2 кВт.

N_шп> N_рез, значит обработка возможна.

Операция 010. Токарная с ЧПУ. Наружное получистовое точение поверхности Ш70 мм

Оборудование - токарный станок с ЧПУ 16К20Ф3.

Инструмент: резец токарный проходной упорный правый =90, ГОСТ 26611-85 .

Материал пластины - твердый сплав Т5К10.

Глубина резания при получистовом точении составляет

Рекомендуемая подача . Согласно паспорту станка принимаем .

Определяем скорость резания по формуле:

,

где - скорость резания, ;

- глубина резания, ;

- подача, ;

- стойкость резания, ; ;

- коэффициент, учитывающий влияние режимов резания на скорость резания;

- показатель степени, характеризующий влияние глубины резания на скорость резания;

- показатель степени, характеризующий влияние подачи на скорость резания;

- показатель степени, характеризующий влияние стойкости инструмента на скорость резания;

- коэффициент, учитывающий влияние различных факторов резания на скорость резания:

,

- коэффициент, учитывающий влияние свойств обрабатываемого материала на скорость резания;



где - коэффициент, характеризующий вид обрабатываемого материала;

- временный предел прочности обрабатываемого материала, МПа;

- показатель степени, характеризующий вид обрабатываемого материала;

- коэффициент, учитывающий влияние состояния поверхности обрабатываемого материала на скорость резания;

- коэффициент, учитывающий влияние материала инструмента на скорость резания;

- коэффициент, учитывающий влияние главного угла в плане режущей части инструмента на скорость резания;

- коэффициент, учитывающий влияние радиуса закругления режущей части инструмента на скорость резания;

, , , ;

;

;

.

К_п=1 при обработке без корки;

К_и = 0,65 при обработке твердым сплавом Т5К10;

при =90;

при t=3 мм.



К_v=1,84?1?0,65?0,7?1=0,84

Определяем частоту вращения шпинделя по формуле:

где - частота вращения шпинделя, ;

- скорость резания, ;

- диаметр обработки, ; (см. табл.);

Корректируем частоту вращения шпинделя по паспорту токарного станка с ЧПУ 16К20Ф3: .

Тогда:

.

Рассчитываем тангенциальную составляющую силы резания по формуле:

,

где - тангенциальная составляющая силы резания, Н;

- коэффициент, учитывающий влияние режимов резания на тангенциальную составляющую силы резания;

- глубина резания, мм;

- подача, мм/об

- скорость резания, м/мин;

- показатель степени, характеризующий влияние глубины резания на тангенциальную составляющую силы резания;

- показатель степени, характеризующий влияние подачи на тангенциальную составляющую силы резания;

- коэффициент, учитывающий влияние различных факторов резания на тангенциальную составляющую силы резания;

где - коэффициент, учитывающий влияние свойств обрабатываемого материала на тангенциальную составляющую силы резания;

,

где - временный предел прочности обрабатываемого материала, МПа;

- показатель степени, характеризующий вид обрабатываемого материала;

- коэффициент, учитывающий влияние главного угла в плане режущей части инструмента на тангенциальную составляющую силы резания;

- коэффициент, учитывающий влияние переднего угла режущей части инструмента на тангенциальную составляющую силы резания;

- коэффициент, учитывающий влияние угла при вершине режущей части инструмента на тангенциальную составляющую силы резания;

- коэффициент, учитывающий влияние радиуса закругления режущей части инструмента на тангенциальную составляющую силы резания;

, ; ;

;

.

.

Где при =90;

при =+10;

при =0;

при r=2 мм.

К_р= 0,77?0,89?1?1?1=0,68

Рz=10?300?1,5¹?0,7^0,75?138,5^-0,15?0,68=1117,7 Н.

Рассчитываем мощность резания, необходимую для осуществления процесса резания по формуле:

,

где - тангенциальная составляющая силы резания, Н;

- тангенциальная составляющая силы резания, Н;

- скорость резания, м/мин;

.

Проверяем возможность осуществления обработки на станке модели

16К20Ф3 по формуле:

,

где - мощность на шпинделе, кВт;

- мощность электродвигателя, кВт;

- КПД;

(по паспорту токарного станка с ЧПУ 16К20Ф3);

(по паспорту токарного станка с ЧПУ 16К20Ф3);

.

, значит обработка возможна.

Размещено на Allbest.ru