РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛИ «ВАЛ С РЕЗЬБОЙ» Пояснительная записка к курсовой работе Екатеринбург 2020 СОДЕРЖАНИЕ ПЗ 44.03.04.305 008 Изм. Лист Разраб. Провер. Реценз. Н. Контр. Утверд. № докум. Подпись Дата Разработка технологического процесса механической обработки детали Вал с резьбоц Лит. Лист Листов 2 35 ВВЕДЕНИЕ Курсовой проект является завершающим этапом в изучении дисциплины и представляет собой самостоятельную творческую работу студента. Основная цель курсового проекта заключается в приобретении студентами практических навыков в разработке технологических процессов, техническом нормировании различных операций и последовательности проектирования технологических процессов и операций обработки типовой детали. При выполнении курсового проекта студент должен: Знать: – основные понятия о физико – механических явлениях в процессе обработки металлов; – основную номенклатуру металлорежущего оборудования и средств технологического оснащения; – современные методы обеспечения точности и качества производства продукции машиностроения; – современные методы обработки типовых деталей машиностроения; – основные понятия и положения технологии машиностроительного производства; – основы проектирования технологических процессов изготовления машин, обеспечивающих заданное качество; – основные средства измерений в процессе изготовления деталей в машиностроении. Уметь: – выбирать оборудование, режущий, вспомогательный и мерительный инструмент, технологическую оснастку для процесса механической обработки деталей; – назначать основные элементы режима резания металлов, выбирать технологические базы для обработки заготовок; – выбирать способы получения заготовок и назначать общие признаки на обработку; – выполнять мероприятия по эффективному использованию материалов, оборудования, инструментов и технологической оснастки; – разрабатывать маршрутную технологию изготовления деталей средней сложности; Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 3 1. НАЗНАЧЕНИЕ И АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ КОНСТРУКЦИИ ДЕТАЛИ 1.1. Описание конструкции и назначение детали Данная деталь – вал с резьбой, относится к группе цилиндрических изделий. Основное предназначение вала – передавать крутящий момент. Данный вал ступенчато-переменного сечения. Валы классифицируют: по назначению: валы передач, коренные валы; по форме геометрической оси: прямые, коленчатые, с гибкой осью; по конструкции: гладкие (на протяжении всей диаметр одинаковый), ступенчатые (шейки – цилиндрические, конические). Материалами, используемыми для изготовления валов, могут быть: сталь, если нет термообработки, то материал Ст5, Cт6; если есть термообработка, то материал Сталь 40, Сталь 45; для тяжело нагруженных валов используют легированные стали - 40XH, 40 XHMA. В единичном и мелкосерийном производстве заготовки валов с небольшим числом ступеней и незначительной разницей их диаметров получают отрезкой от горячекатаных или нормальных холоднотянутых прутков. Заготовки валов массой более 15 кг целесообразно получать свободой ковкой для уменьшения расхода материала. В серийном и массовом производстве заготовки целесообразно получать методом пластического деформирования (ковка, штамповка, прокат и т.д.). Эти методы обеспечивают получение заготовок, близких по форме и размерам готовой детали, что повышает производительность механической обработки и снижает коэффициент использования металла. Так в крупносерийном и Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 4 массовом производстве преобладают методы получения заготовок с коэффициентом использования металла (отношение массы детали к норме расхода металла) 0,7.. .0,95. Основными требованиями к данному изделию являются устойчивость цилиндрических поверхностей к деформации, т.к. деталь в будущем должна вращаться с определенной скоростью, и цилиндрическая поверхность детали будет соприкасаться с другими частями механизма, данные особенности применения вала, дают основания сказать, что вал будет подвергаться к нагрузкам, ведущим к деформации детали. Данная особенность применения дает основание сделать основной упор при выборе материала на показатели деформации. Оптимальным будет применение углеродистых качественных сталей. Материал данного вала – Сталь 45 ГОСТ 1050-74. Эта сталь конструкционная углеродистая качественная. Сталь 45 ГОСТ 1050-74 используется в промышленности для изготовления валов-шестерен, коленчатых и распределительных валов, шестерни, шпиндели, нормализованные, бандажи, улучшаемые цилиндры, и кулачки подвергаемые и другие поверхностной термообработке детали, от которых требуется повышенная прочность. Вид поставки – сортовой прокат, в том числе фасонный, калиброванный пруток, шлифованный пруток и серебрянка, лист толстый, лист тонкий, лента, полоса, проволока, поковки и кованые заготовки, трубы. Свойства материала: - Удельный вес: 7826 кг/м3 - Термообработка: Состояние поставки - Твердость материала: HB 10 -1 = 170 МПа Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 5 Температура критических точек: Ac1 = 730, Ac3(Acm) = 755, - Ar3(Arcm) = 690, Ar1 = 780, Mn = 350. Свариваемость материала: трудносвариваемая. Способы сварки: - РДС и КТС. Необходим подогрев и последующая термообработка. Температура ковки, °С: начала 1250, конца 700. Сечения до 400 - мм охлаждаются на воздухе. Обрабатываемость резанием: в горячекатаном состоянии при HB - 170-179 и σв=640 МПа, К υ тв. спл=1 и Кυ б.ст=1 - Флокеночувствительность: малочувствительна. - Склонность к отпускной хрупкости: не склонна. Химический состав материала в процентах указан в таблице 1, а в таблице 2 приведены механические свойства стали 45. Таблица 1 – Химический состав стали 45 ГОСТ 1050-74, в % C Si Mn Ni S P Cr Cu 0,42- 0,170,5До До До До До 0,5 0,37 0,8 0,25 0,04 0,035 0,25 0,25 Таблица 2 – Механические свойства стали 45 ГОСТ 1050-74 σт σвр σ5 Ψ, αн МПа МПа % % Дж/см2 360 450 16 39 50 1.2. As До 0,08 Fe ~97 НВ МПа 200 Анализ технологичности конструкции детали Деталь выполнена в виде ступенчатого вала длиной 230 мм с максимальным диаметром 40 (рис.1). На поверхностях диаметром 30 мм и 26 мм расположен шпоночный паз по ГОСТ 23360-78. На поверхности, на которых расположен шпоночный паз задан допуск радиального биения (0,005 мм). Также, в целях ограничения торцевого биения заданы допуски (0,025мм) параллельности торцевых поверхностей. Конструкция детали обеспечивает свободный доступ режущего инструмента при обработке в любые части детали (заготовки). Для изготовления Вала не требуется изготовления оригинальных или Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 6 нестандартных приспособлений и оснастки. Имеется возможность жесткого крепления заготовки при обработке. Анализ технологичности конструкции детали проводится по двум направлениям: качественный анализ технологичности конструкции детали; количественный анализ технологичности конструкции детали. Качественная оценка технологичности конструкции детали характеризует технологичность обобщённо на основании опыта исполнителя и характеризуется показателями «хорошо - плохо», «допустимо недопустимо» и зависит от квалификации и опыта исполнителя. Количественная оценка технологичности детали числовыми показателями и не зависит от исполнителя. оценивается Конструкцию детали «Вал» можно считать технологичной, так как у нее можно отметить следующие признаки технологичности конструкции: деталь имеет удобные базовые поверхности, что позволяет на всех операциях использовать стандартные приспособления; обрабатываемая поверхность является цилиндрической, что обеспечивает в значительной степени точность и стабильность обработки; все цилиндрические поверхности обрабатываются проходными резцами. Форма и размеры канавок соответствуют достаточной ширине для выхода резцов. При обработке цилиндрических поверхностей совмещены конструкторские и технологические базы, что значительно повышает точность обрабатываемых поверхностей относительно базовых. Значения для определения среднего значения параметра шероховатости обрабатываемых поверхностей приведены в таблице 3. Таблица3 – Определение среднего значения параметра шероховатости Шероховатость R, мкм Число поверхностей, ni Произведение, R·ni 0.8 4 6.4 1.6 2 1.6 3.2 4 12.8 6.3 7 44.1 Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 7 Среднее значение шероховатости: 𝑅𝑎ср = ∑𝑅𝑎𝑖 ∑𝑛𝑖 = 47.5 19 = 2.5 мкм Коэффициент шероховатости: Кш = 1 = 0,314 мкм 3,818 мкм Значения для определения показателя точности приведены в таблице 4. Таблица 4 – Определение значения показателя точности Квалитет точности, Ti Число поверхностей, ni Произведение, Ti·ni 6 4 24 9 2 18 8 2 16 14 2 28 Средний квалитет точности: Тср = ∑Т𝑖 ∗ 𝑛𝑖 18 + 50 + 144 = = 11.16 ∑𝑛𝑖 2 + 5 + 12 Коэффициент точности: Кт = 1 − 1 = 0,8 8,6 Исходя из всех полученных данных, можно сделать выводы о том, что деталь соответствует базовым технологическим требованиям. Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 8 2. ВЫБОР ЗАГОТОВКИ 2.1. В Выбор типа производства данном курсовом проекте рассматривается мелкосерийное производство. Под мелкосерийным производством понимается выпуск несложных изделий в малых объемах (от одного до нескольких десятков). Такое производство характеризуется многономенклатурностью изготовляемых или ремонтируемых изделий. Для мелкосерийного производства характерно: а) универсальные оборудование и технологическая оснастка, на рабочих местах выполняются разнообразные технологические операции; б) заготовки невысокой точности и с большими припусками; в) маршрутная технология и повременная оплата труда; г) требуемая точность деталей достигается методом пробных ходов и промеров, а сборочных единиц – методом пригонки. Зависимость типа производства от объема выпуска и массы детали приведены в таблице 5. Таблица 5 – Зависимость типа производства от объема детали Тип производства Масса детали, кг Мелкосерийное Среднесерийное <1 10 – 2000 1500 – 100000 1 – 2,5 10 – 1000 1000 – 50000 2,5 – 5 10 – 500 500 – 35000 5 – 10 10 – 300 300 – 25000 >10 10 – 200 200 – 10000 выпуска и массы Крупносерийное 75000 – 200000 50000 – 100000 35000 – 75000 25000 – 50000 10000 – 25000 Определим массу детали по формуле (1): 𝑚д = 𝑉общ ∙ 𝜌 (1) Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 9 где: Vобщ – общий объем детали, который равен формуле (2) 𝑉𝑖 = 𝜋∙𝑑𝑖2 4 𝑙𝑖 (2) ρ – удельный вес материала, для стали 45 ГОСТ 1050-88 ρ=0,007826 г/мм3. d – диаметр элементарной фигуры детали l – длина элементарной фигуры детали π – 3,14 Тогда: 𝑉общ = 𝑉1 + 𝑉2 + 𝑉3 + 𝑉4 + 𝑉5 = 3,14∙352 мм2 4 14мм + 3,14∙402 мм2 3,14∙252 мм2 4 4 24мм + 40мм + 4 3,14∙262 мм2 3,14∙242 мм2 4 3,14∙222 мм2 4 18мм + 65мм + 3,14∙252 мм2 4 3,14∙302 мм2 4 18мм + 27мм + 19мм = 153307,36 мм3 𝑚д = 153307,36 мм3 ∙ 0,007826 г мм3 = 1200 г ≈ 1,2 кг. После выбора типа производства определяем коэффициент закрепления операции по таблице 4. Таблица 6 – Коэффициенты закрепления операций Серийность производства Мелкосерийное Среднесерийное Крупносерийное К3.0. 1…10 10…20 20…40 Кз.о. = 5. При серийном типе производства также необходимо определить число партий деталей, запускаемых одновременно в производство (3): 𝑛= 𝑎∙𝑁 (3) 260 где: n – число деталей в партии; Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 10 N – годовой выпуск деталей, шт. a - коэффициент, учитывающий запас деталей на складе перед сборкой; 260 – число рабочих дней в году. 𝑛= После расчета числа 24 ∙ 600 = 55 260 партий деталей полученный результат сопоставляем с характеристикой серийного производства (таблица 5), откуда видим, что производство и количество деталей в партии подобрано не совсем корректно. Необходимо либо сократить количество деталей в партии, либо выбрать другой типа производства. Выберем среднесерийное производство. Таблица 7 – Характеристика серийного производства Серийности Количество деталей в партии, шт. производства Крупных Средних Мелких Мелко – 2–5 6 – 25 10 – 50 Средне – 6 – 25 26 – 150 51 – 300 Крупно – >25 >150 >300 2.2. Выбор заготовки Выбор заготовки для дальнейшей механической обработки является одним из важнейших этапов проектирования технологического процесса изготовления детали. От правильности выбора заготовки установления ее форм, размеров, припусков на обработку, точности размеров и твердости материала в значительной степени зависят характер и число операций, трудоемкость изготовления детали, величина расхода материала и инструмента и, в итоге, стоимость изготовления делали. Метод получения заготовок определяется назначением и конструкцией детали, материалом, техническими требованиями, масштабом и серийностью выпуска, экономичностью изготовления. Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11 Выбрать заготовку – значит установить способ ее получения, наметить припуски на обработку каждой поверхности, рассчитать размеры и указать допуски на неточность изготовления. Основные виды заготовок в машиностроении – стальные и чугунные отливки, штамповки, прокат, поковки. Фасонные детали, не подвергающиеся ударным нагрузкам, действию растяжения и изгиба, а также для деталей сложной формы изготавливают из чугунных отливок. Детали, испытывающие большие нагрузки, изгиб кручение, изготавливают из стальных отливок. Детали, работающие преимущественно на и изготавливают из поковок и штамповок. Штамповки (полученные ковкой в штампах) по форме и размерам наиболее близки к готовой детали, что повышает производительность механической обработки и снижает коэффициент использования металла. Этот метод получения заготовок наиболее распространен в условиях серийного и массового производства. Припуск на сторону 1..5 мм ГОСТ 7505 – 89. Поковки (полученные свободной ковкой) применяются преимущественно для крупных деталей: тяжелых, коленчатых, ступенчатых валов из углеродистых и конструкционных легированных сталей, а в единичном и мелкосерийном производстве – и для мелких деталей. Припуск на сторону 5…15 мм ГОСТ 7829 – 70 и ковка на прессах ГОСТ 7062 – 90. Заготовки из проката применяются для изготовления деталей, у которых нет значительной разницы в поперечных сечениях. Прокат используется в единичном и мелкосерийном производстве. Размер диаметров заготовок, изготовляемых из круглого сортового проката, приведены в ГОСТ 2590 – 2006 в зависимости от номинального значения максимального диаметра детали и ее общей длины. Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 12 Отливки наиболее распространены для деталей ложной формы. Для этих оливок припуск обычно состоит от 5…25 мм на сторону ГОСТ 53464 – 2009. Вид заготовки оказывает значительное влияние на характер технологического процесса, трудоемкость и экономичность ее обработки. Таким образом, выбирая вид заготовки необходимо учитывать условия работы детали, материал, размеры, форму, экономичность производства и др. В качестве заготовки выбираем поковку. 2.2.1. Определение исходного индекса Для последующего назначения основных припусков, допусков и допускаемых отклонений определим исходный индекс. Заготовку для детали вал будем получать штамповкой на ГКМ, материал – сталь 45. Ориентировочную величину расчетной массы поковки Мпр допускается вычислять по формуле (4): Мпр = Мд + Кр (4) Где: Мд – масса детали, кг (определяется как сумма масс элементарных фигур) Кр – расчетный коэффициент [1, прил.,3] Тогда масса поковки будет ровна: Мпр = 1,2кг + 1,4 = 2,6кг. Для вычисления исходного индекса, необходимо определить степень сложности С, класс точности Т и группу стали М по [1, табл.,1]. Класс точности – Т2, по содержанию углерода в стали 45 выбираем группу стали М2, степень сложности - С1. Исходный индекс определяется по [1, табл.,2]. Таким образом, исходный индекс равен 13. Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 13 2. РАЗРАБОТКА МАРШРУТНОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА 3.1. Обоснование выбора технологических баз Выбор баз является одним из важнейших вопросов при разработке технологического процесса механической обработки деталей, так как правильным выбором баз в значительной мере обеспечивается заданная точность обработки. При выборе чистовых баз необходимо пользоваться принципом постоянства, совмещение и единства технологических баз. Нужно учитывать, что обеспечит точность пространственного расположения поверхностей, взаимосвязанных техническими условиями, сложнее, чем точность отделочных размеров [7]. При совмещении конструкторской и технологической баз, есть возможность равномерно распределить припуски на обработку ответственных поверхностей, обуславливает более полное использование режущего инструмента, высокую производительность обработки за счёт применения оптимальных режимов резания, повышение точности обработки на финишных операциях. Черновую технологическую базу выбирают согласно следующих правил: - в комплект черновых технологических баз включают поверхности, остающиеся после обработки детали в черновом виде; - включающиеся поверхности, с которых при последующей обработке должен быть снят равномерный припуск, то есть, поверхности обработанные по 7-8 квалитету; - обеспечить правильное относительное положение черновых и чистовых поверхностей; Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 14 - получить равномерную структуру поверхностного слоя у обработанных поверхностей. В частности деталь начинаем обрабатывать с подготовки чистовых технологических баз, то есть, фрезерование торцов. Чистовыми базами являются центровые отверстия. Черновой базой является необработанная наружная поверхность. 3.1.1. Определение черновых и чистовых баз на операциях Операция 010 – Фрезерно-центровальная, обработка торцов 7 и 11. Заготовка базируется на длине 68 и длине 107, так же на диаметре 44, в призмы опорные ГОСТ 12195-66. Операция 015 – Токарная черновая, обработка поверхностей 5 и 4. Базируем заготовку в токарно-самоцентрирующийся патрон ГОСТ 2571-71 на поверхности 29мм. Операция 020 – Токарная черновая и чистовая. Обработка поверхностей 1, 3 и снятие фасок 10, 2. Деталь базируется в токарносамоцентрирующийся патрон ГОСТ 2571-71 на поверхности 33. Операция 025 – Токарная чистовая. Обработка поверхностей 17, 14, 5, 4, канавки 8 и фаски 6. Базируем заготовку в токарно-самоцентрирующийся патрон ГОСТ 2571-71 на поверхности 29мм. Операция 030 – Токарная чистовая. Обработка поверхностей 18, 9, 3, 13, канавки 16, торец 15. Деталь базируется в токарно-самоцентрирующийся патрон ГОСТ 2571-71 на поверхности 33. Операция 035 – Нарезание резьбы на поверхности 18. Деталь закрепляется в тисках и базируется на поверхности 40мм. Операция 040 – Нарезание резьбы на поверхности 17. Деталь закрепляется в тисках и базируется на поверхности 40мм. Операция 050 – Шлифование поверхностей 3, 5, 13, 14. Деталь базируется на поверхности 24мм и 22мм центре вращающемся ГОСТ 8742-75. Изм. Лист № докум. Подпись Дата в патроне ГОСТ 2571-71, Лист 15 Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 16 3.2. Разработка технологического маршрута детали типа «Вал с резьбой» Для мелкосерийного производства технологический процесс следует разрабатывать по принципу группового метода обработки деталей, дающего возможность эффективно применять на универсальном оборудовании специализированную высокопроизводительную технологическую оснастку и повышать производительность труда. В серийном производстве следует проектировать технологический процесс, ориентируясь на использование переменно – поточных линий, параллельно изготовляются партии деталей разных наименований. При выборе соответствующего оборудования необходимо располагать всеми данными, характеризующие технологическое оборудована (паспорта различных моделей оборудования, каталоги и т.п.). Помимо перечисленных критериев при выборе станка учитывается тип производства, для которого проектируется технологический процесс. Также при разработке технологического маршрута одновременно с выбором станка необходимо выбрать приспособление и режущие инструменты. В единичном и мелкосерийном производстве широко применяется обработка без приспособлений или с приспособлениями универсального применяются типа. В крупносерийном специальные и приспособления, массовом которые производстве сокращают вспомогательное и основное время больше, чем универсальные, при более высокой точности. Принцип выбора обрабатывающего оборудования и режущего инструмента приведены ниже. Маршрут строится по принципу обработки сначала более грубых, а затем, более точных поверхностей. Весь процесс обработки подразделяется на 3 этапа: Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 17 – черновая обработка. – чистовая обработка. – отделочная обработка. На первой стадии выполняют операции черновой обработки поверхностей, имеющих наибольшие припуски. На этой стадии удаляется основная масса материала, что позволяет выявить поверхностные дефекты заготовок, которые могут быть своевременно устранены (заваркой, наплавлением металла и др.) или станут основанием для прекращения дальнейшей обработки, вследствие непригодности заготовки. На этой стадии удаляется 0,65 припуска. Для выполнения черновых операций выбирают наиболее мощное и менее точное оборудование, а также используют рабочих с низкой квалификацией, чем при выполнении чистовых и отделочных операций. На второй стадии обработки, при чистовых операциях, устраняются погрешности, возникающие при черновой обработке, и обеспечивается достижение требуемой точности размеров поверхностей. На данной стадии удаляется 0,25 припуска. При разработке технологического маршрута необходимо учитывать требования к взаимному расположению поверхностей. Для этого необходимо стремится к осуществлению обработки этих поверхностей в ходе одной операции без переустановки. Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 18 На рисунке 1 изображен эскиз вала с намеченными базовыми поверхностями, которые необходимо обработать. В таблице 6 приведен технологический процесс обработки этой детали. Рисунок 1 – Эскиз детали «Вал с резьбой» Таблица 8 – Маршрутная технология обработки детали типа «Вал с резьбой» № Наименование Эскиз. Схема базирования детали Применяе опе операции, мое рац обрабатываем оборудова ии ые ние поверхности 1 2 3 4 Гидравличес 000 Заготовительн кий пресс ая. Ковочная. Электропечь 005 Термообработ ка. Улучшение 212-240 НВ. Фрезерно010 Фрезерноцентровальн центровальная ый МР76А обработка. Фрезеровать торцы 7 и 11. Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 19 Продолжение таблицы 8 1 2 015 Токарная (черновая) обработка. Обработать поверхности 5 и 4. 3 4 Токарновинторезный 16К20 Токарная (черновая, чистовая) обработка. Обработать поверхности 1,3, 2, 9. Токарная (черновая, чистовая) обработка. Обработать поверхности 5, 14, 17, торец 4, канавку 8 и снять фаску 6. Токарновинторезный 16К20, с гидроступорт ом ГС-42. Токарная (чистовая) обработка. Обработать поверхности 3, 18, 13, торец 15, канавку 16, снять фаску 10. 035 Нарезание резьбы. Резать резьбу на поверхности 18. Токарновинторезный 16К20 020 025 030 Токарновинторезный 16К20 Резьбонарезн ой полуавтомати ческий станок МЗК-95М Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 20 Окончание таблицы 8. 1 2 040 Нарезание резьбы. Резать резьбу на поверхности 17. 045 Шлифовальна я обработка. Шлифовать поверхности 3, 5, 13, 14. 3 4 Токарный полуавтомат 1В06А Круглошлифоваль ный 3М150 Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 21 4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРИПУСКОВ НА ОБРАБОТКУ Расчёт припуска на обработку производится расчетно-аналитическим методом для поверхностей детали Ø25k6 мм. Остальные размеры припусков будут выбраны по справочным таблицам. При обработке поверхности вращения в центрах минимальный промежуточный припуск определяется по формуле: 2 2 2𝑍𝑖𝑚𝑖𝑛 = 2(𝑅𝑧𝑖−1 + 𝑇𝑖−1 + 𝑝𝑖−1 + 𝜀𝑦1 ), где Rzi-1 – высота поверхности неровностей профиля по десяти точкам на предшествующем переходе; Ti-1 – Состояние и глубина поверхностного слоя, полученные на предшествующем технологическом переходе; pi-1 – . Суммарное значение пространственных отклонений в расположении обрабатываемой поверхности относительно базовых поверхностей за готовки, оставшихся после выполнения предшествующего перехода; ɛy1 – Погрешность установки заготовки на выполняемом переходе. Заготовка: Rz = 150мкм; Т = 200мкм; 2 + 𝑝2 + 𝑝2 p = √𝑝см кор ц где: ρсм – смещение обрабатываемой поверхности относительно базовой или смещение одних участков поверхностей относительно других; ρкор – величина коробления обрабатываемой поверхности; ρц – погрешность зацентровки. p = √0.6мм2 + 0.5мм2 + 0.432 = 0.89мм = 890мкм ɛу = 0 Черновая обработка: Rz = 120мкм; Т = 120мкм; Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 22 pост = Ку·p = 0,06·890мкм = 53 мкм – величина остаточного суммарного расположения заготовки после выполнения чернового точения, где Ку – коэффициент уточнения формы. Чистовая обработка: Rz = 50 мкм; Т = 50 мкм; pост = Ку·p = 0,04·890мкм = 36 мкм; Шлифование: Rz = 6 мкм; Т = 13 мкм; pост = Ку·p = 0,02·890мкм = 18 мкм; Определяем расчетный минимальный припуск: Черновое точение 2Zmin1=2(150+200+890) = 2480мкм Чистовое точение 2Zmin2=2(50+50+36) = 272мкм Шлифование 2Zmin3=2(6+13+18) = 63мкм Определяем промежуточные расчетные размеры: Чистовое точение dmin3 = 25,002+0,050 = 25,052мм Черновое точение dmin2 = 25,052+0,272= 25,324мм Заготовка dmin1 = 25,324+2,48 = 27,804мм Наибольшие предельные размеры определяем прибавлением допусков к округлённым наименьшим предельным размерам: dmax3 = 25,002+0,05 = 25,102мм dmax2 = 25,052+0,12 = 25,444мм dmax1 = 25,324+0,2 = 28,004мм Максимальные предельные значения припусков равны разности наибольших соответственно предельных разности размеров, а минимальные наименьших предельных значения – размеров предшествующего и выполняемого переходов 2Zпр max1 = 28,004-25,444 = 2,56мм = 2560мкм 2Zпр max2 = 25,444-25,102 = 0,342мм = 342мкм 2Zпр min1 = 27,804-25,324 = 2,48мм = 2480 мкм 2Zпр min2 = 25,324-25,052 = 0,272мм =272 мкм Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 23 Общие припуски ZОmin и ZОmax определяем, суммируя промежуточные припуски и записываем их значения внизу соответствующих граф. 2ZОmin = 2560+ 342 = 2902мкм = 2,902 мм 2ZОmax = 2480 + 272 = 2752мкм = 2,752 мм Произведем проверку правильности расчетов: 2ZОmax – 2ZОmin = 2,902-2,752 = Тз – Тд = 0,2 – 0,05 = 0,15мм Сводная информация по расчёту приведена в таблице 9. Таблица 9 – Результаты расчета припусков Маршрут обработки Расчетный размер, мм Допуск, мкм 27,804 2480 272 Расчетный припуск, 2Zmin, мкм Поковка Черновая обработка Чистовая обработка Предельный размеры, мм Фактические припуски, мм 2Zпр min, 2Zпр dmin, мм dmax, мм мкм max, мкм 200 27,804 28,004 - - 25,324 120 25,324 25,444 0,342 0,272 25,052 50 25,052 25,102 2,56 2,48 В таблице 10 приведены припуски и предельные отклонения на обрабатываемые поверхности детали, полученные табличным методом. Таблица 10 – Припуски и предельные отклонения на обрабатываемые поверхности детали Размер детали, мм 25 Припуск, мм 3,8 Размер 43 2 Размер 36 1,7 30 3,4 Размер 62 1.8 40 3,4 Размер 59 3,6 26 3,8 Размер 30 3,4 25 3,8 Размер 36 1,7 Предельные отклонения, мм +0,015 +0,002 0 -0,620 0 -0,620 +0,033 +0,017 0 -0,740 0 -0,620 0 -0,740 +0,028 +0,015 0 -0,520 +0,015 +0,002 0 -0,620 Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 24 5. РАСЧЕТ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ При назначении элементов режимов резания учитывают характер обработки, тип и размеры инструмента, материал его режущей части, материал и состояние заготовки, тип и состояние оборудования. Элементы режимов резания обычно устанавливают в следующем порядке: – Глубиной резания (t, мм) называется расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями заготовки, измеренное перпендикулярно к последней. • При черновой обработке ее назначают по возможности максимальной, равной 70 – 75% всего припуска на обработку; • При чистовой обработке глубину назначают в зависимости от требований к точности размера обрабатываемой поверхности равной 20 – 25% общего припуска. • При отделочной обработке глубина назначается в зависимости от шероховатости поверхности; – Подачей (S, мм/об) называют путь точки режущей кромки инструмента относительно заготовки в направлении движения подачи за один оборот или за один ход заготовки или инструмента. • При черновой обработке выбирают максимально возможную подачу, исходя из жесткости и прочности системы СПИД, мощности привода станка, прочности твердосплавной пластинки и других ограничивающих факторов; • При чистовой обработке в зависимости от требуемой степени точности и шероховатости обработанной поверхности. – Скоростью резания (V, м/мин) называют расстояние, пройденное точкой режущей кромки инструмента относительно заготовки в направлении главного движения в единицу времени. Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 25 – Сила резания (P,H) это главная составляющая Pz, определяющая расходуемую на резание мощность и крутящий момент на шпинделе станка. – Стойкость (Т, мин) – период работы инструмента до затупления. Среднее значение стойкости инструмента при одноинструментной обработке 30 – 60мин. Исходными данными при выборе режимов резания являются: • сведения о заготовке (вид заготовки, материал и его характеристика, величина припусков, состояние поверхностного слоя); • характеристика обрабатываемой детали (форма, размеры, допуски на обработку, требования к состоянию поверхностного слоя и шероховатости); • параметры режущего инструмента (типоразмер, материал режущей части, геометрические параметры); • паспортные данные станков (техническая характеристика). Одной из главных задач при выборе режимов резания является обеспечение требуемого качества изготовляемых изделий при максимальном уровне производительности и минимальной себестоимости как процесса обработки заготовки в целом, так и выполнения технологической операции (перехода). Выбор величин элементов резания начинают с определения глубины резания. Расчет режимов резания для точения. Для операции 020: Глубину резания при точении цилиндрической поверхности определяют по формуле (5): t = (D – d)/2 (5) Где: d – диаметр обработанной цилиндрической поверхности заготовки, мм; D – наибольший диаметр обрабатываемой поверхности заготовки, мм. Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 26 Тогда: t = (33 – 30)/2 = 1,5мм; При расчете подачи s: при черновом точении принимается максимально допустимой по мощности оборудования, жесткости системы СПИД, прочности режущей пластины и прочности державки. Рекомендуемые подачи при черновом наружном точении приведены в [2, ст. 266, табл. 11]. S = 0,5мм/об Скорость резания V, при наружном продольном и поперечном точении и растачивании рассчитывают по эмпирической формуле (6): V= Cv m T ∙tx ∙sy ∙ K v , [м/мин] (6) Где: Cv – коэффициент, зависящий от материала инструмента, обрабатываемого материала, вида обработки и характера [2, ст. 269, табл. 17]; Т=30 – 60мин стойкость режущего инструмента; х, у,m – показатели степени приведены в [2, ст.269, табл.17] Kv – произведение ряда коэффициентов, учитывающих влияние материала заготовки, состояния поверхности, материала инструмента и находится по формуле (7): Kv=Kмv∙Kпv∙Kиv (7) Значения данных коэффициентов приведены в справочнике [2, ст.262 263]: Kмv-коэффициент влияние материала заготовки, [2, ст.262, табл. 2]; Kпv-коэффициент состояния поверхности [2, ст.263, табл. 5]; Kиv- коэффициент материала инструмента [2, ст.263, табл. 6]; Тогда, скорость резания равна: V= 340 600,20 ∙1,50,15 ∙0,50,45 ∙ 1 = 84 м/мин; По выбранной скорости резания определяем частоту вращения шпинделя по формуле (8): Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 27 n=v ∙ 1000 πd , об/мин n = 84м/мин ∙ (8) 1000 3,14∙30мм = 892 об/мин После расчета и уточнения числа оборотов двигателя необходимо рассчитать действительную скорость резания по формуле (9): v= v= πdn 1000 , м/мин (9) 3.14 ∙30мм∙892об/мин 1000 = 84 м/мин После расчета скорости резанья рассчитана сила резанья которую принято раскладывать на составляющие силы, направленные по осям координат станка (тангенциальную Pz , радиальную Py и осевую Px). При наружном продольном и поперечном точении, растачивании, отрезании, прорезании пазов и фасонном точении эти составляющие рассчитывают по формуле (10): Pz,y,x = 10Cp t x s y V n K p (10) Где: Cp, х, y, n - коэффициенты зависящие от обрабатываемого материала [2, ст. 273, табл. 22]. Kp-поправочный коэффициент. Поправочный коэффициент рассчитывается по формуле (11): Kp=KMP∙KφP∙KγP∙KλP∙KrP (11) Численные значения коэффициентов KMP , KφP, KγP, KλP, KrP приведены в [2, ст. 264, 265, 275, табл. 9, 10, 23]; Тогда, Pz будет равно: Pz = 10 ∙ 300 ∙ 1,51 мм ∙ 0,50,75 мм/об ∙ 84−0,15 м/мин ∙ 1 = 1354Н; После вычисления силы резанья необходима, определить мощность резанья, которая вычисляется по формуле (12): Pz ∙V Nэ = (12) 1020∙60 Тогда: Nэ = 1354Н∙84 м/мин 1020∙60 = 1,86 кВт Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 28 Необходимую мощность привода определяют по формуле (13): Nпр = Nэ (13) η Где: η – кпд станка (по паспорту станка); Тогда: Nпр = 1,86кВт 0,75 = 2,48кВт Потребляемая мощность, для резания полученная при расчетах, не должна превышать табличного значению мощности станка. Допускается перегрузка не более 10%. При недостаточной мощности привода станка необходимо в первую очередь уменьшить глубину резания. Полученная потребляемая мощность при расчетах, меньше указанной табличной мощности станка, которая равна 11кВт, следовательно, станок выбран верно. Расчет режимов резания при шлифовании. Разработку режима резания при шлифовании начинают с установления характеристики инструмента. Основные параметры резания при шлифовании: скорость вращательного или поступательного движения заготовки V3, м/мин; глубина шлифования t, мм, — слой металла, снимаемый периферией или торцом круга в результате поперечной подачи на каждый ход или двойной ход при круглом шлифовании; радиальная подача sР при врезном шлифовании; продольная подача s — перемещение шлифовального круга. Вышеперечисленные параметры приведены в [2,ст. 301, табл. 55] Основные параметры резания: V3 =20 м/мин; t = 0,01мм; Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 29 S=0,3В; Vк =35 м/с; Эффективная мощность, кВт при шлифовании периферией круга с продольной подачей определяется по формуле (14): N = CN ∙ v3r ∙ t x ∙ s y ∙ dq (14) N = 0,3 ∙ 200,35 ∙ 0,010,4 ∙ 0,30,4 ∙ 300,3 = 0,23кВт; Расчетная эффективная мощность должна быть меньше табличной мощности станка. Табличная мощность станка равна 5,5 кВт, следовательно, станок выбран верно. Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 30 РАСЧЕТ ТЕХНИЧЕСКОЙ НОРМЫ ВРЕМЕНИ 6. Техническая норма времени на обработку заготовки является одной из основных параметров для расчета стоимости изготовления детали, числа производственного оборудования, заработной платы рабочих и планирования производства. Нормирование – установление технически обоснованных норм времени. Техническая норма времени – время необходимое для выполнения технологической операции в определенных организационно технических условиях производства. Норма штучного времени – норма выполнения одной штуки. Основное технологическое время – время, непосредственно затраченное для каждого технологического перехода. Вспомогательное время – время на установку детали, установку инструмента, измерения. Различают три метода нормирования: - метод технического расчета по нормативам; - метод сравнения и расчета по укрупненным типовым нормативам; метод установления норм на основе изучения затрат рабочего времени. При первом методе длительность операции устанавливают расчетным путем на основе анализа последовательности и содержания действий рабочего и станка. При втором методе норму времени определяют приближенно, по укрупненным типовым нормативам. Его применяют в единичном и мелкосерийном производствах. При третьем методе норму времени устанавливают на основе хронометража. Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 31 Наиболее обоснованным является первый метод, согласно которому норма времени, независимо от типа станка и метода обработки определяется по формуле (15): Тшт = То + Тв + Ттех + Тогр + Тп (15) Где: Тшт – штучное время на выполнение одной операции, мин; То – основное (технологическое) время, мин, определяется; Тв – вспомогательное время, мин; Ттех = 6%То – время технического обслуживания рабочего места, мин; Тогр = 8%То – время организационного обслуживания рабочего места, мин; Тп = 2,5%То – время перерывов работы, мин. В условиях серийного производства дополнительно рассчитывается штучно – калькуляционное время (Тшк ) по формуле (16): Тшк = Тшт +Тп.з n (16) Где: Тп.з – подготовительно – заключительное время, мин; n – число деталей в партии, шт. Нормы времени определяют в такой последовательности: По каждому переходу вычисляют основное время То ; Определяют вспомогательное время по формуле (17); Тв = Тконтр. + Туст.инст. + Тзакр.заг. (17) Где: Тконтр. −время на контроль размеров детали; Туст.инст. −время на установку инструмента; Тзакр.заг. −время на закрепление заготовки. Вычисляют оперативное время по формуле (18): Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 32 Топ = Тв + То (18) По нормативам в зависимости от вида операций и оборудования устанавливается время на обслуживание рабочего места, отдых и личные надобности – Тогр и Тп (в % от основного времени); Определяют норму штучного времени Тшт ; Для серийного производства устанавливают состав подготовительно – заключительное время Тп.з . После чего рассчитывают штучно – калькуляционное время Тшк . Необходимые данные для вычисления указаны в [3]. После нахождения норм времени, полученные данные заносятся в таблицу 7. Расчеты технической нормы времени для операции 015. 1) Основное время по [3, ст.146] - Т0 = 0,17dl, мин. Переход 1: T01 ·10-3 = 0,17·33·107 = 0,60мин Переход 2: T02 ·10-3 = 0,17·44·63 = 0,47мин Общее время на операцию: Т0 = Т01+Т02 = 0,60+0,47 = 1,07мин. 2) Вспомогательное время, формула (17): Тв = 0,08+0,024+0,21=0,31 мин 3) Оперативное время, формула (18): Топ = 0,31+1,07 = 1,38мин 4) Время на обслуживание рабочего места, отдых и личные надобности: Ттех= 0,06мин Торг = 0,09мин Тп = 0,03мин; 5) Нормы штучного и штучно-калькуляционного времени: Тшт = 1,07+0,31+0,06+0,09+0,03=1,56мин Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 33 Тпз = (на наладку станка, инструмента и приспособлений – 7мин)+(на установку упора – 1,5мин)+(на установку резца – 2мин)+(на получение инструмента и приспособлений до начала и сдача после окончания обработки – 10мин) = 20,5мин. Тшк = (1,56+20,5)/500 = 0,04мин; Таблица 10 – Нормы времени на механическую обработку, мин. Операции ТО ТВ ТШТ ТП.З ТШК ТТЕХ ТОРГ 010 0,37 0,17 0,6 19,5 0,04 0,02 0,03 015 1,07 0,31 1,56 20,5 0,04 0,06 0,09 020 0,40 0,40 0,86 23 0,05 0,02 0,03 025 0,39 0,37 0,82 22 0,04 0,02 0,03 030 0,40 0,40 0,83 23 0,05 0,02 0,03 035 7,5 0,43 9,17 31 0,08 0,45 0,6 040 8,2 0,43 9,99 31 0,08 0,49 0,66 045 0,56 0,21 0,85 21,5 0,04 0,03 0,04 ТП 0,01 0,03 0,01 0,01 0,01 0,19 0,21 0,01 Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 34 7. РАСЧЕТ УСИЛИЯ ЗАЖИМА ЗАГОТОВКИ В ПРИСПОСОБЛЕНИИ На токарной операции 025 для базирования и закрепления заготовки применяются самоцентрирующий трёхкулачковый патрон. Зажим изделия осуществляется наружным захватом трёх кулачков по цилиндрической поверхности Ø30. Определим необходимую силу зажима заготовки в трехкулачковом патроне При этом на заготовку действует (рисунок 2) крутящий момент от сил резания Мрез, стремящийся повернуть её вокруг оси и осевая составляющая сил резания РХ , направленная по оси и стремящаяся её сдвинуть. Суммарная сила зажима всеми кулачками, Qсум , создаёт в месте контакта с заготовкой силу и момент трения, уравновешивающие выше названные силы. Рисунок 2 – Силы действующие на заготовку в трехкулачковом патроне Составим уравнение моментов: k·Mрез = Mтр Mтр = Fтр·R Согласно закону Амонтона - Кулона: "Сила трения прямо пропорциональна силе нормального давления", т.е.: Fтр = f·Qсум, следовательно k·Mрез= f·Qсум·R Отсюда: Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 35 𝑘 ∙ 𝑀рез 𝑓∙𝑅 𝑘 ∙ 𝑃𝑧 ∙ 𝑅 𝑘 ∙ 𝑃𝑧 1.65 ∙ 1354 𝑄сум = = = = 14894Н 𝑓∙𝑅 𝑓 0.15 Сила зажима одним кулачком: 𝑄сум 14894𝐻 𝑄= = = 4965𝐻 𝑧 3 Где, Fтр - сила трения между кулачками патрона и заготовкой, Н; f =0,15 - коэффициент трения между кулачками патрона и заготовкой; R =30 - радиус заготовки, мм; k - коэффициент запаса сил зажима; z=3 - число кулачков, шт. Коэффициент k может быть представлен как произведение первичных коэффициентов: где ko -- гарантированный коэффициент запаса -- рекомендуется принимать для всех случаев равным 1,5; k1 - коэффициент, учитывающий наличие случайных неровностей на поверхности заготовки, вызывающих увеличение сил резания. При черновой обработке k1=1,2; при чистовой и отделочной обработке k1=1. k2 - коэффициент, учитывающий увеличение сил резания при затуплении инструмента. Его значения выбираются по специальной таблице. Для чистовой токарной обработки k2=1,1. k3 - коэффициент, учитывающий увеличение сил резания при прерывистом резании. При точении с ударами и торцовом фрезеровании он достигает значения 1,2. При обработке без ударов k3=1,0. k4 - коэффициент, учитывающий постоянство развиваемых сил зажима. Для ручных зажимных устройств k4=1,3; для механических устройств прямого действия (пневматических, гидравлических и т.п.) k4=1,0. Если величина допуска на размер заготовки влияет на силу закрепления, что имеет место при использовании пневмокамер, мембранных патронов и т.п., k4=1,2. k5 - коэффициент, учитывающий удобство расположения рукояток в ручных зажимных устройствах. При удобном расположении и малом диапазоне угла её поворота k5=1,0, при большом диапазоне (более 90°) k5=1,2. k6 -- коэффициент, учитывающий наличие моментов, стремящихся повернуть заготовку. Если заготовка установлена базовой плоскостью на 𝑄сум = Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 36 опоры с ограниченной поверхностью контакта, k6=1,0. Если на планки или другие элементы с большой поверхностью контакта, k6=1,5. k = 1,5*1,0*1,1*1,0*1,0*1,0*1,0 = 1,65 Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 37 ЗАКЛЮЧЕНИЕ В данной работе комплексно изучены вопросы взаимодействия станка, приспособления, режущего инструмента и обрабатываемой детали; пути построения наиболее рациональных, т.е. более производительных и экономичных, технологических процессов производства, обработки деталей машин, включая выбор оборудования и технологической оснастки. В результате проделанной работы были приобретены практические навыки в разработке технологического процесса, технического нормирования различных операций и освоена методика экономической оценки принятых технологических решений. Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 38 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 1. припуски ГОСТ 7505-89 Поковки стальные штампованные. Допуски, и кузнечные напуски [текст]. – Взамен ГОСТ 7505-74 введ.01.07.90. – Москва: Изд-во стандартов, 1900. – 36 с. 2. Справочник технолога – машиностроителя. В 2 – х т. Т. 2 / Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. – 4 – е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1986. 496 с.: ил. 3. Горбацевич А.Ф., Шкред В.А. Курсовое проектирование по технологии машиностроения: Учебное пособие для вузов. – 5 – е издание, стереотипное. Перепечатка с четвертого издания 1983г. – М.: ООО ИД «Альянс», 2007. – 256с. 4. Базров Б.М. Основы технологии машиностроения: учебник для вузов. – 2– е издание. – М.: Машиностроение, 2007. – 736 с. 5. Режимы резания для токарных и сверлильно – фрезерно – расточных станков с числовым программным управлением : справочник / В. И. Гузеев, В. А. Батуев, И. В. Сурков ; под ред. В. И. Гузеева. – М. : Машиностроение, 2005. – 368 с. 6. Технология машиностроения: учебник / А.А. Маталин. – 3 – е изд., стер. – Спб.: Лань. 2010. – 512 с. 7. Козлова Т.А. Курсовое проектирование по технологии машиностроения: Учеб. пособие. – Екатеринбург: Изд – во Урал. гос. проф. – пед. ун – та, 2001. – 169 с. 8. Оборудование машиностроительных предприятий: Учебник / А. Г. Схиртладзе, В. И. Выходец, Н. И. Никифоров, Я. Н. Отений / ВолгГТУ, Волгоград, 2005. – 128 с. 9. Стали и сплавы. Марочник: Справ. изд. / В.Г. Сорокин и др.; Науч. ред. В.Г. Сорокин, М.А. Гервасьев. – М.: «Интермет Инжинеринг», 2001. – 608 с. Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 39