Размещено на http://allbest.ru

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Западно-Казахстанский аграрно-технический университет имени Жангир хана

Индустриально-технологический институт

Высшая школа «Машиностроение»

Курсовой проект

«Проектирование технологического процесса изготовления детали шлицевой вал»

по дисциплине: “Основы технологии машиностроения”

Выполнил: ст. Троицкий А.Д.

Проверил: Силантьев А.В.

Уральск 2021 г.



Содержание

1. Валы

1.1 Классификация валов

2. Анализ чертежа детали

2.1 Анализ технологичности детали

2.2 Выбор и характеристика типа производства

2.3 Формулирование основных технологических задач

2.4 Выбор заготовки и обоснование метода ее получения

2.5 Расчёт стоимости заготовки с учётом её черновой обработки

3. Проектирование маршрута изготовления детали

3.1 Выбор маршрута обработки и классификация видов поверхностей в соответствии с точностью

3.2 Выбор технологических баз

4. Проектирование технологических операций

4.1 Выбор средств технологического оснащения

4.2 Расчет режима резания для одного технологического перехода и назначение режимов резания для остальных переходов

4.3 Расчет норм времени на операцию

Выводы

Список литературы



Введение

Валы применяются в машиностроительной, металлургической и прочих отраслях производства. Основное назначение вала - передача момента вращения. В любом механизме или агрегате можно найти вал. Расположение валов в оборудовании может быть разнообразным, в этом и заключается особенность данной детали, что передача момента возможно даже под углом в 90 градусов.

Как правило, для производства валов используют сталь марки: 45, 40Х, 40ХН в зависимости от условий эксплуатации. Сталь 45 наиболее распространенная в машиностроении, так как механические свойства удовлетворяют предъявляемым требованиям. Так же из стали 45 изготавливают коленчатые и распределительные валы, шестерни и другие нормализованные, улучшаемые и подвергаемые поверхностной термообработке детали, от которых требуется повышенная прочность.

Стоимость изготовления деталей, узлов рассчитывается индивидуально и зависит от конкретного технического задания, количества деталей заказа, наличия заготовок на складе.



1. Валы

Валы - это металлические детали цилиндрической формы с круглым или квадратным сечением, используемые в различных устройствах и механизмах машин для передачи механической энергии. Валы передают крутящий момент и воспринимают действующие силы со стороны расположенных на них деталей или опор.

Производство валов - одно из направлений деятельности организаций, специализирующихся на обработке металлов и металлургическом производстве.

В зависимости от назначения, валы могут изготавливаться различных размеров и форм.

1.1 Классификация валов

Валы в соответствии с классификацией различаются по форме геометрической оси:

· прямые,

· эксцентриковые (коленчатые),

· гибкие.

По форме валы делятся на: гладкие валы, шлицевые валы,

§ валы с уступами (ступенчатые),

§ валы полые.

Также различным бывает и материал, из которого изготавливаются валы: они могут быть сделаны как из алюминиевых сплавов, специальных жаропрочных сталей или титановых сплавов, наиболее часто валы производятся из качественной легированной стали



2. Анализ чертежа детали

Данный шлицевой вал предназначен для передачи крутящего момента от шестерни, сопрягаемой с валом посредством шлицевого соединения Dх6х20х25f7хf7, далее посредством червячного колеса, сопрягаемого с валом по поверхности Ш 40k6 и посредством шпоночного соединения (длина шпоночного паза 64H15) на исполнительный механизм.

Вал изготовлен из малолегированной стали 40Х ГОСТ 4543-71 и проходит термическую обработку для улучшения обрабатываемости и снятия остаточных напряжений. сталь 40Х ГОСТ 4543-71, обладает следующими механическими свойствами:

· Предел прочности ув =1000 МПа;

· Предел текучести ут =800 МПа;

· Относительное удлинение д1,0 ?15 %;

· Ударная вязкость ан ? 6,0 кгс•м/см2;

· Относительное сужение ш> 50 %.

· Содержание углерода 0,40%;

Содержание хрома до 1,5%;

При анализе чертежа детали необходимо произвести оценку геометрической точности по параметрам: точность размеров, точность формы, точность взаимного расположения, шероховатость.

1) Точность размеров цилиндрических поверхностей достаточно высока, основная конструкторская база ДЕ Ш35k6 выполнены по 6 квалитету, посадочный диаметр червячного колеса со шпоночным пазом выполнен по 6 квалитету Ш40k6 наружный диаметр шлицевой поверхности также выполнен по 7 квалитету Ш25f7.

Ширина шпоночного паза выполнена по 9 квалитету 12N9.

Все остальные размеры по ГОСТ 30893.1-m.

2) Требования по точности формы предъявляются к базовым поверхностям ДЕ и составляют 0,0025 мм (допуск круглости и допуск профиля продольного сечения цилиндрической поверхности), у остальных поверхностей допуски формы находятся в пределах допуска на размеры.

3) Точность взаимного расположения необходимо обеспечить радиальные биения по базам Д и E не более 0.012 мм, а также внутреннего диаметра шлицев не более 0,012 мм. Особых требований по взаимному расположению других поверхностей не предъявляется.

4) Поверхность под подшипники качения выполнить с шероховатостью Ra =0.8 мкм, поверхностей под сопряжение с червячным колесом - Ra 0,8 мкм, участок вала со шлицами Ra =0.8 мкм.

Остальные поверхности выполнить с шероховатостью не более 6.3 мкм. Внутренний диаметр шлица Ra 3,2 мкм.

У боковых поверхностей шпоночного паза шероховатость - Ra 3,2 мкм, у дна шпоночного паза Ra 6,3 мкм. Все остальные поверхности выполняются с шероховатостью Ra <=12,5мкм.

Твердость 27…30 HRC.

2.1 Анализ технологичности детали

1. Материал детали и её конфигурация позволяют применить заготовку, сокращающую механическую обработку.

2. Оптимальные требования, заданные к шероховатости поверхностей и точности; по 14 квалитету точности выполняются наиболее грубые поверхности.

3. Материал детали (Сталь 40Х) хорошо обрабатывается резанием.

4. Обеспечение заданной точности выполняется комплексом оптимальных методов обработки.

5. Внутренние глухие отверстия отсутствуют.

6. Обеспечены плавные сопряжения поверхностей и все необходимые фаски.

7. Участок вала (шлицевой) - открытый.

2.2 Выбор и характеристика типа производства

Необходимо знать массу детали для определения объема выпуска. Для этого разобьем вал на простые геометрические фигуры.

Объем цилиндра:

,

где D ?? диаметр цилиндра; V ?? высота цилиндра.

Для данной детали:

Масса детали:

,

где ??плотность стали 7.8кг/дм³

Тип производства данного шлицевого вала среднесерийный. Основные технологические признаки этого типа производства: высокая и средняя квалификация рабочих; ограниченная номенклатура изделий; универсальное, специализированное и специальное оборудование; предельный и универсальный контрольно-измерительный инструмент. Деталь легкая (до 20 кг), поэтому годовой объем выпуска от 501 до 5000 штук. [табл. 1.8]

Примем годовой выпуск N = 2400 шт./год. Количество деталей в партии определим по следующей формуле:

,



a ?? число дней на которое надо иметь запас деталей,

F ?? число рабочих дней в году,

тогда

2.3 Формулирование основных технологических задач

Класс деталей - объединяет совокупность деталей, состоящие из одинаковых маршрутных операций, производимых на однородном оборудовании с участием однотипных приспособлений и инструментов. Данная деталь относится к классу шлицевых валов.

Основные технологические задачи:

1. Tочность размеров: самым точным размером данного вала является размер под подшипники Ш35k6

2. Tочность формы: точности формы поверхности под подшипники - отклонение по круглости не более 0.0025 мм и допуск профиля продольного сечения не более 0.0025 мм

3. Tочность взаимного расположения: радиальные биения по базам Д и E не более 0.012 мм

4. Tвердость рабочих поверхностей (необходимая твердость достигается для стали 40Х путем проведения закалки и высокого отпуска - улучшении).

2.4 Выбор заготовки и обоснование метода ее получения

Сравним два метода получения заготовки:

1- из горячекатаного проката;

2- штамповкой на горизонтально-ковочных машинах (ГКМ).



Прокат

Рис 1.

кг ? масса заготовки

Коэффициент использования материала:

Штамповка

Рис.2

кг ? масса заготовки



Коэффициент использования материала:

Сравнив коэффициенты использования материала, следует, что более выгодным методом получения заготовки является штамповкой.

2.5 Расчёт стоимости заготовки с учётом её черновой обработки

где Q ? масса заготовки

S ? цена за 1кг материала заготовки, тг/кг

q ? масса готовой детали, кг;

S_отх ? цена отходов за 1т

Прокат:

тг

Штамповка:

,

где Q ? масса заготовки,

? базовая стоимость 1т заготовок, тг/кг

q ? масса готовой детали, кг;

S_отх ? цена отходов за 1т;

- коэффициенты, зависящие от класса точности, группы сложности, массы, марки материала, объема производства.



3. Проектирование маршрута изготовления детали

3.1 Выбор маршрута обработки и классификация видов поверхностей в соответствии с точностью

Различают 3 стадии обработки: отделочная, чистовая, черновая.

Рис.3

Поверхности	Стадии обработки	Припуск на механическую обработку, мм
3,6-цидиндрические поверхности	Черновое точение IT14, Ra=12,5 мкм	2,8
2-цилиндрическая поверхность	Черновое точение IT14, Ra=12,5 мкм	2,8
1,2,5-цидиндрические поверхности	Черновое точение IT14, Ra =12,5 мкм Получистовое точение IT12, Ra =6,3 мкм Чистовое точение IT10, Ra =3,2 мкм Предварительное шлифование IT8, Ra =1,6 мкм Окончательное шлифование IT8, Ra =0,8 мкм	2,8 0,6 0,4 0,2 0,1
13,14-фаски	Черновое точение IT14, Ra=12,5 мкм	2,8
7,8-торцовые поверхности	Черновое точение IT14, Ra=12,5 мкм	2,8
9, 11,16-торцовые поверхности	Черновое точение IT14, Ra=12,5 мкм Получистовое точение IT12, Ra=6,3 мкм Чистовое точение IT10, Ra=3,2 мкм	2,8 0,6 0,4
10--торцовые поверхности	Черновое точение IT14, Ra=12,5 мкм Получистовое точение IT12, Ra=6,3 мкм Чистовое точение IT10, Ra=3,2 мкм Предварительное шлифование, Ra=1,6 мкм	2,8 0,6 0,4 0,2
4-профиль шлицев	Шлицефрезерование IT9, Ra=3,2 мкм Шлифование шлицев IT7, Ra=1,6 мкм
15-шпоночный паз	Фрезерование IT9, боковые поверхности Ra=1,6 мкм
12-канавка	Черновое точение IT14, Ra=12,5 мкм	2,8

3.2 Выбор технологических баз

Основные базы вала - поверхности его опорных шеек. При этом, использовать их для обработки наружных поверхностей в качестве технологических баз, как правило, не удобно, особенно при сохранении единства баз. Вследствие этого за технологические базы примем данные поверхностей центровых отверстий с обоих торцов заготовки, что позволит обработать наружные поверхности вала на единичных базах с установкой его в центрах. шлицевой вал технологичность фрезерный токарный

Чтобы выбрать способ установки вала необходимо найти отношение длины вала к его среднему диаметру.

6?l/d?10 Вал будет установлен в центрах поджимом задним центром. Необходимо применение поводкового устройства. Поводковые устройства являются эффективным повышением уровня автоматизации обработки деталей типа вал.



4. Проектирование технологических операций

4.1 Выбор средств технологического оснащения

15. Фрезерно-центровальная операция. Станок: модель МР76М фрезерно-центровальный;

Приспособление: тиски с самоцентрирующимися губками призматической формы, опора неподвижная, привод пневматический;

Режущий инструмент: фреза торцевая по ГОСТ 9304-69, сверло-центровочное по ГОСТ 14952-75;

Измерительный инструмент: штангенциркуль с диапазоном измерения 0-300мм и ценой деления 0,05 мм, центровочный калибр пробка;

Базирование: по наружным цилиндрическим поверхностям и одному торцу заготовки;

20. Токарно-винторезная операция. Станок: модель 16К20В токарно-винторезный; Приспособление: патрон поводковый с пневмоприводом, центры ГОСТ 8742-75;

Режущий инструмент: резец проходной ГОСТ 23075-78, проходной упорный ГОСТ 18870-73; подрезной торцевой ГОСТ 18871-73; канавочный резец; Измерительный инструмент: штангенциркуль с диапазоном измерения 0-300мм с ценой деления 0,05мм, калибр-скоба;

Базирование: по общей оси центровых отверстий и левому торцу;

25. Шлицефрезерная. Оборудование: станок шлицефрезерный 5350Б;

Приспособление: центры, поводок;

Режущий инструмент: шлицевая червячная фреза (по ГОСТ 8027-87);

Измерительный инструмент: комплексный калибр - втулка;

Базирование: по общей оси центровочных отверстий и левому торцу;

35. Шпоночно-фрезерная операция. Оборудование: станок шпоночно-фрезерный 6330;

Приспособление: тиски гидравлические самоцентрирующиеся с призматическими губками;

Режущий инструмент: фреза шпоночная (по ГОСТ 9140-78);

Измерительный инструмент: штангенглубиномер (по ГОСТ 162-41), калибр-пробка (по ГОСТ 1775-42);

Базирование: по наружной цилиндрической поверхностей Ш 40 мм торцу детали;

40. Шлифовальная операция. Станок: круглошлифовальный ЗМ150А; Приспособление: центры; поводковое устройство;

Режущий инструмент: шлифовальный круг;

Измерительный инструмент: рычажные скобы, калибры-скобы, микрометр; Базирование: по общей оси центровых отверстий и левому торцу;

4.2 Расчет режима резания для одного технологического перехода и назначение режимов резания для остальных переходов

Проведём расчёт режимов резания для операции 020 (продольное черновое точение). Глубина резания принимается равной припуску на обработку t = 2, 8 мм. Подача S при черновом точении принимается в соответствии с рекомендациями [2, т.2, стр.266, табл.11] из диапазона 0,4-0,5 мм/об. Примем s = 0,5 мм/об.

Режимы резания по нормативам для остальных переходов представлены в таблице, расположенной ниже. Скорость резания, допускаемая режущими свойствами инструмента, при наружном продольном точении рассчитывается по формуле:



C_V = 350;

x = 0.15;

y = 0.35;

m = 0.20 [2, т.2, стр.269, табл.17],

среднее значение стойкости Т =60 мин [2, т.2, стр.268].

Коэффициент

где

?? коэффициент, учитывающий влияние материала заготовки на скорость резания [2, т.2, стр.261, табл.1]

(К_Г = 0.8 - коэффициент, характеризующий группу стали по обрабатываемости,

[2, т.2, стр.262, табл.2],

МПа - предел прочности стали 40Х [1, часть 2, стр.40, табл.1.4]);

коэффициент, учитывающий влияние состояния поверхности заготовки на скорость резания [2, т.2, стр.263, табл.5];

коэффициент, учитывающий влияние инструментального материала на скорость резания [2, т.2, стр.263, табл.6].

Определим допускаемую скорость резания:

м / мин

Частота вращения шпинделя:

об / мин, где

D - диаметр обрабатываемой поверхности.

В соответствии с паспортом станка принимаем

об / мин.

Вычислим фактическую скорость резания:

об / мин.

Силу резания рассчитываем по формуле

где C_P - постоянный коэффициент,

x, y, n - показатели степени.

С_Р = 300

x = 1

y = 0,75

n = -0,15

,

К_мР =

K_p = 0.867·1.08·1.25·1 = 1.17

Pz = 10·300·2.8·2908 Н

Мощность резания

N = = 4,98 кВт

Мощность двигателя главного привода станка

Nст = 10 кВт

N < N_ст

Таким образом, привод станка обеспечивает обработку при заданных режимах.

Исходные данные: деталь - вал общей длиной L = 230 мм (рис. 4). Материал детали - сталь 40X . Обработке подлежит крайняя ступень вала L= 30 мм до диаметра D=35к6 мм и среднего арифметического отклонения профиля Ra =0,8 мкм. Тип производства среднесерийный.

Заготовка - штамповка на ГКМ. Масса заготовки 1,6 кг

Припуск под черновое обтачивание после штамповки

2*(160+250+1340)=3500

где =400 мкм, = 250 мкм, т.к. масса 1.6 кг, после пескоструйной обработки

Пространственное отклонение заготовки

с_СМ = 0,8 мм, т.к. масса 9 кг, тип производства среднесерийный.

Погрешность зацентровки

Допуск на заготовку



Припуск под чистовое обтачивание после чернового обтачивания, мкм:

Припуск под черновое шлифование после чистового обтачивания, мкм:

Припуск под чистовое шлифование после чернового шлифования, мкм:

Наименьший предельный размер детали

Верхнее отклонение (плюс)

Нижнее отклонение (минус)

Общий номинальный припуск на заготовку

Номинальный диаметр заготовки

4.3 Расчет норм времени на операцию

В условиях серийного производства технические нормы времени устанавливают расчетно- аналитическим методом.

Штучно-калькуляционное время:

,

где - основное технологическое время;

- вспомогательное время;

- время перерывов в работе;

- число заготовок в партии;

- подготовительно-заключительное время, затраченное на партию изготовленных изделий.

Последовательность расчетов:

1. Основное (технологическое) время на основании режимов работы оборудования по каждому переходу вычисляем по формуле:

,

где - длина обрабатываемой поверхности;

- величина врезания и пробега инструмента;

- дополнительная длина на взятие пробной стружки, учитываемая при точении резцами, кроме фасонных и отрезных;

- число рабочих ходов при обработке поверхности

(z - припуск на обработку; t - глубина резания).

2. Устанавливаем необходимый комплекс вспомогательной работы по содержанию каждого перехода и определяем вспомогательное время с учетом возможных и целесообразных совмещений и перекрытий.

3. По нормативам в зависимости от операции и оборудования, устанавливаем время на организационное и техническое обслуживание рабочего места, отдых и личные потребности: ,,.

4. Определяем состав подготовительно-заключительной работы, вычисляем подготовительно-заключительное время и штучно-калькуляционное время .

Производим расчет нормы времени для токарной черновой операции (операция 020):

Основное технологическое время:

Вспомогательное время:

,

где - время на установку и снятие детали;

- время на управление станком, связанное с переходом;

- время на контрольные измерения.

Таким образом:

Штучно-калькуляционное время:

Нормы времени для всех операций сведены в таблицу

№операции	То, мин	ТВ, мин	Топ, мин	Торг.обсл, мин	Ттех.обсл, мин	Тотл, мин,	Тшх, мин,
20	1,99	1,65	3,64	0,29	0,22	0,15	4,30
	2,55	1,46	4,01	0,32	0,24	0,16	4,73
	2,96	1,78	4,74	0,38	0,28	0,19	5,59
25	2,57	0,37	2,94	0,24	0,18	0,12	3,47
35	0,18	0,22	0,40	0,03	0,02	0,02	0,47
40	4,15	2,62	6,77	0,54	0,41	0,27	7,99
	0,28	1,98	2,26	0,18	0,14	0,09	2,67
	0,21	1,79	2,00	0,16	0,12	0,08	2,36



Выводы

В данном курсовом проекте был разработан технологический процесс изготовления шлицевого вала в условиях среднесерийного производства. При этом были выбраны необходимые режущие и измерительные инструменты, технологическое оборудование, оснастка. Также были рассчитаны режимы резания для каждого перехода и назначены нормы времени для каждой операции.

Основной технологической задачей являлось получение размеров детали с заданной точностью, обеспечение необходимой твердости шлицов, обеспечение качества поверхности изделия. Данные требования были полностью выполнены.

Точность размеров. Точность размеров цилиндрических поверхностей достаточно высокая, основной конструкторской базой данного вала является общая ось его опорных шеек под подшипники качения ДE (Ш35k6, Ш35k6). Ш40k6-червячное колесо, Ш25f7 - шлиц.

Данные требования были выполнены при проведении обработки в несколько этапов. На каждом этапе повышалась точность обработки. Обработка наружных цилиндрических поверхностей Ш35k6, Ш35k6, Ш40k6, проводилась за следующие этапы: точение черновое (14 квалитет); точение получистовое (12 квалитет); точение чистовое (10 квалитет); шлифование предварительное (8 квалитет); шлифование чистовое (6 квалитет).

Обработка шлицевой поверхности: фрезерование (9 квалитет), шлифование (боковые поверхности IT 7, внешний диаметр IT 7). Точность изготовления шпоночных пазов гарантировалась применением стандартных фрез.

Точность взаимного расположения. Точность взаимного расположения цилиндрических поверхностей Ш35k6, Ш35k6, задана допуском радиального биения относительно основной конструкторской базы ДЕ и составляет

0,012, мм. Для наружного диаметра шлицевой поверхности этот параметр составляет 0,012 мм.

Точность взаимного расположения торцов задана допуском торцовых биений 0,012 мм. Точность шпоночных пазов задана симметричным зависимым допуском. Обеспечивается

Благодаря использования принципа постоянства баз была обеспечена данная точность. Для этого на первой операции были сделаны центровые отверстия и как следствие подготовлена база - общая ось центровых отверстий. Данная база была применена на последующих операциях.

Допуск симметричности шлицов составляет 0,012 мм.

Допуск симметричности шпоночного паза -T0(М)

Качество поверхности. Требуемая шероховатость поверхностей под подшипники качения Ra=0,8 мкм, поверхность под установку червячного колеса Ra=0,8 мкм и торцов Ra =0,8 мкм, достигается за счет предварительного и окончательно шлифования. Шероховатость боковых поверхностей шпоночного паза Ra=3,2 мкм получается за счет фрезерования шпоночной фрезой. Применение такой фрезы дает вполне точный паз и обеспечивает полную взаимозаменяемость в шпоночном соединении.

Требуемая шероховатость шлицов (Ra =0,8 мкм) обеспечивается шлицешлифованием. Остальные поверхности изготавливают с шероховатостью Ra=12,5 мкм, что обеспечивается точением.

Твердость. Твердость 260...280 HВ, заданная техническими требованиями чертежа детали, обеспечивается в результате проведения термической обработки: нормализация, закалка.



Список литературы

Технология машиностроения. Учебное пособие под редакцией д. т. н., проф. Мурашкина С. Л. 1, 2, 3 тома, Санкт-Петербург, СПбГТУ, 2000г.

Справочник технолога-машиностроителя в 2-х т. Под редакцией А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. - 4-е изд. М.: Машиностроение, 1985.

Справочник нормировщика машиностроителя под редакцией Е.И. Стружестраха. Москва 1961 г.

Размещено на Allbest.ru