Выбор способа получения заготовки.

Введение

1 Технологическая часть

1.1 Назначение детали

1.2 Определение типа производства

1.3 Анализ технологичности детали

1.4 Выбор способа получения заготовки

1.5 Разработка маршрута изготовления детали

1.6 Выбор оборудования

1.7 Расчет припусков на обработку двух поверхностей

1.8 Расчет режимов резания

1.9 Техническое нормирование операций

Конструкторская часть

2.1 Расчёт режущего инструмента (червячная фреза)

2.2 Контрольно-измерительное приспособление

2.3 Расчёт станочного приспособления

Патентный поиск режущего инструмента

Приспособления для механической обработки

Специальная часть

Введение

 

Машиностроение является одной из важных отраслей производства, т.к. оно создает орудия труда и тем самым определяет темпы роста и характер научно-технологического процесса. Сейчас наша страна находится в глубоком кризисе. Это относится и к таким отраслям машиностроения как станкостроение, производство вычислительной техники, приборостроение, электронной техники.

При изучении Технологии машиностроения необходимо знать единую систему технологической подготовки производства. Основными задачами, стоящими перед машиностроением, является повышение технологического уровня, качества и увеличение типов выпускаемой техники на основе широкой автоматизации технологических процессов, применение автоматизированных станков и механизмов, унифицированных модулей, роботизированных технологических комплексов и вычислительной техники.

Основными задачами, стоящими перед машиностроением, является повышение технологического уровня, качества и конкурентоспособности, выпускаемой техники на основе широкой автоматизации технологических процессов, применение автоматизированных станков и механизмов, унифицированных модулей, роботизированных технологических комплексов и вычислительной техники. Особое внимание обращается на бережное использование материальных ресурсов, создание экономических конструкций машин и технологических процессов, а также улучшение технико-эксплуатационных показателей машин.

Необходима правильная организация труда и своевременная выплата заработной платы для того, чтобы начался подъем этих отраслей машиностроения. Необходимо постоянно совершенствовать и улучшать технологию, совершенствовать инструмент и другую технологическую оснастку, позволяющую повысить качество продукции и увеличить производительность труда. Это необходимо делать, чтобы наша отечественная продукция не уступала по качеству зарубежным аналогам, а может, в несколько раз и превосходила их.

Целью моего дипломного проекта является разработка технологического процесса механической обработки детали «Вал-шестерня».

 

 

1 Технологическая часть

1.1 Назначение детали.

Деталь «Вал-шестерня» является базовой деталью для изготовления различных узлов и агрегатов, выпускаемых на ОАО «Русполимет». Данная деталь применяется для передачи крутящего момента в различных передачах.

Деталь представляет собой конструкцию из Сталь 45 ГОСТ 1050 – 88. Материал детали выбран исходя из конструкционных требований чертежа. Свойства стали сведены в таблицы.

 

Таблица 1– Химический состав Стали 45.

 

Наименование	Химический состав, %
Сталь45	С	Si	Mn	Cu	Ni	S	N	P	Cr
0,42…0,5	0,17…0,37	0,5…0,8	0…0,3	0…0,3	0…0,04	0…0,008	0…0,035	0..0,2

 

где С – углерод, %; Si – кремний, %; Mn – марганец, %; S – сера, %; P –

фосфор, %; Cr – хром, %; Ni – никель, %.

Таблица 2– Механические и физические свойства Стали 45.

 

Наименование	σв,МПА	НВ	ρ,кг/м2	Температура ковки	Свариваемость
Сталь45				1250…780	Сваривается плохо

 

1.2 Определение типа производства

 

Так как данное производство является среднесерийным, при массе детали

равной 1,3 кг, при среднесерийном производстве необходимо выпускать

(изготавливать) в год около 1500 деталей. [8].

 

Таблица 3 - Определение типа производства

Масса детали кгОбъем выпуска деталей в год (шт.) при типе производства
единичное	мелкосерийное	среднесерийное	крупно- серийное	массовое
Свыше 1-2,5	10...1000	1000...50000	50000...100000	Свыше 100000

 

1.3 Анализ технологичности детали

 

Анализ технологичности конструкции детали и корректировка ее чертежа проводятся с целью увязки конструкторских и технологических требований, предъявляемых к детали при заданном объеме ее выпуска, а также с целью приведения чертежа в соответствие с требованиями ЕСКД.

Технологическая характеристика детали определяется коэффициентом точности и коэффициентом шероховатости поверхности.

Коэффициент точности обработки определяется по формуле:

K_тч=1-1/IT_ср, (1)

IT_ср―средний квалитет точности обработки изделия

Средний квалитет точности обработки изделия определяется по формуле:

IT_ср=∑(IT_i*n_i)/n_∑ ,где (2)

IT_i-квалитет точности;

n_i- количество размеров, имеющих точность соответствующего квалитета;

n_∑ - общее количество принятых во внимание размеров детали.

Коэффициент шероховатости поверхности определяется по формуле:

K_ш=1-1/Ra_ср, (3)

где R_ср- среднее числовое значение параметра шероховатости поверхности по Ra для всех обрабатываемых поверхностей.

Среднее числовое значение параметра шероховатости поверхности определяется по формуле:

Ra_ср=∑(Ra_i*m_i)/m_∑ ,где (4)

Ra_i-числовое значение параметра шероховатости;

m_i- количество поверхностей, имеющих соответствующую шероховатость;

m_∑ -общее количество принятых во внимание поверхностей.

Таблица 4 - Технологическая характеристика детали «Вал шестерня»

Поверхность	Квалитет точности	Шероховатость, Ra, мкм
IT6	IT8	IT9	IT11	IT13	IT14	1.6	3.2	6.3	12.5
										12.5
										12.5
								3.2
										12.5
										12.5
										12.5
							1.6
									6.3
15.6									6.3
									6.3
										12.5
3.3										12.5
										12.5
1.4									6.3
Продолжение таблицы 4
1×45										12.5
1×45										12.5
1×45										12.5
1×45										12.5
1×45										12.5
Ø44									6.3
Ø30							1,6
Ø 30							1.6
Ø 29										12.5
Ø 28.5										12,5
Ø 20							1.6
Ø 19.5										12.5
Продолжение таблицы 4
n, m
ITi*ni							-	-	-	-
Rai*mi	-	-	-	-	-	-	6,4	3.2	31.5
	ITср=12.57	Raср=9.24
	Ктч=1-1/12.57=0,92	Кш=1-1/9.24=0,89

 

Значение полученных коэффициентов близко к единице, что свидетельствует о низкой точности большинства поверхностей детали и большей их шероховатости. Это значит, что деталь при обработке на станке можно изготовить в пределах допуска с требуемой шероховатостью.

Выбор способа получения заготовки.

Одно из основных направлений современной технологии машиностроения–совершенствование заготовительных процессов с целью снижения припусков на механическую обработку.

Для выбора оптимального варианта заготовки, сравним заводскую заготовку – прокат, или поковку заготовки. Предпочтительным должен быть тот метод, который обеспечивает наименьшую технологическую себестоимость изготовления детали и более высокий коэффициент использования металла.

Проведем экономическую оценку сравниваемых вариантов получения заготовки. Для этого воспользуемся формулой стоимости заготовки:

С_з=С₁·m, (5)

где C_з – стоимость заготовки, руб.;

С₁ – стоимость 1 кг заготовки;

m – масса заготовки;

Для определения массы необходимо определить объем заготовки. Заготовка, полученная в процессе ковки, имеет сложную геометрическую форму, поэтому разделим ее на несколько простых частей, а затем найденные значения объемов просуммируем.

Объем простейших профилей рассчитывают по формуле:

, (6)

 

 

Горячая штамповка	Прокат
Определение объема заготовки, мм3
Определение массы заготовки и массы отходов, кг (ρ=7,85 г/см3 [2], mд=1,3кг)
кг.	кг. mотх=3-1,3=1,7кг.
Определение стоимости заготовки, руб.
Определение Ким=mд/Нрасх,
Ким=1,3/1,9=0,68	Ким=1,3/3=0,43

Таблица 5 – Экономическая оценка сравниваемых вариантов.

 

Из подсчета следует, что, при горячей штамповке масса заготовки и отходов меньше, а, следовательно, больше и коэффициент использования металла, по сравнению с прокатом, поэтому предпочтительным вариантом заготовки является поковка, так как этот вариант обеспечивает наименьшую технологическую стоимость и текущие расходы на изготовление детали «Вал-шестерня».

 

1.5 Разработка маршрута изготовления детали

Маршрут изготовления детали «Вал-шестерня»

05 А Фрезерно-центровальная

Б Фрезерно-центровальный полуавтомат 2Г942

10 А Токарная с ЧПУ

Б Токарный станок с ЧПУ 16К20Ф3

15 А Токарная с ЧПУ

Б Токарный станок с ЧПУ 16К20Ф3

20 А Зубофрезерная

Б Зубофрезерный станок 53А50

25 А Шпоночно-фрезерная

Б Вертикально-фрезерный станок 692А

30 А Закалка ТВЧ

35 А Зубошлифовальная

Б Зубошлифовальный полуавтомат 5В833

40 А Круглошлифовальная

Б Круглошлифовальный станок 3М152

45 А Круглошлифовальная

Б Круглошлифовальный станок 3М152

 

 

1.6 Выбор оборудования

В данном технологическом процессе я предлагаю использовать фрезерно-центровальный полуавтомат 2Г942 для фрезерно-центровальной операции, токарно-винторезный с ЧПУ 16К20Ф3 для токарных операций, зубофрезерный 53А50 для нарезания зубчатого колеса, вертикально-фрезерный 692А для фрезерования шпоночного паза, зубошлифовальный 5В833 для шлифовки зубчатого колеса, круглошлифовальный 3М131 для шлифовки вала.

Таблица 6– Техническая характеристика станка 2Г942

Наименование размера	Размер
Длина обрабатываемой детали, мм	100…1000
Наибольшие усилия зажима обрабатываемых деталей, H
Диаметры применяемых центровочных сверл, мм: стандартных по ГОСТ 14952-75 специальных	3,15…10 до 12
Наибольший диаметр сверления, мм
Наибольший диаметр устанавливаемой фрезы, мм
Наибольший диаметр подрезаемого торца, мм
Наибольший диаметр фрезеруемого торца, мм
Наибольший диаметр обточки шеек, мм
Длина обточки шеек, мм
Количество шпинделей
Пределы бесступенчатых подач сверлильного шпинделя, мм/мин	20…2000
Пределы бесступенчатых подач фрезерного шпинделя, мм/мин	20…2000
Количество скоростей фрезерного шпинделя
Пределы частот вращения фрезерного шпинделя, мин-1	130…740
Ускоренный ход, м/мин: Продольный   Продолжение таблицы 6	3,5
Поперечный	6,0
Ход пиноли сверлильного шпинделя, мм
Наибольшее усилие подачи при фрезеровании, Н
Число скоростей вращения сверлильного шпинделя
Пределы частот вращения сверлильного шпинделя, мин-1	204…1125
Мощность двигателя сверлильного шпинделя, кВт
Общая мощность, кВт	36,28
Габаритные размеры L*B*H	4470*1750*2000
Масса, кг

 

Токарно-винторезный станок с ЧПУ 16К20Ф3 имеет следующую техническую характеристику, приведенную в таблице 6

Таблица 7– Техническая характеристика станка 16К20Ф3

Наименование размера	Размер
Наибольший диаметр обрабатываемой заготовки: над станиной, мм над суппортом, мм
Наибольший диаметр прутка, проходящего через отверстие шпинделя, мм
Наибольшая длина обрабатываемой заготовки, мм
Шаг нарезаемой резьбы: метрической, мм	До 20
Частота вращения шпинделя, об/мин	12,5-2000
Число скоростей шпинделя
Наибольшее перемещение суппорта: Продолжение таблицы 7
продольное, мм поперечное, мм
Подача суппорта, мм/об (мм/мин): продольная поперечная	3-1200 1,5-600
Число ступеней подач	Б/с
Скорость быстрого перемещения суппорта, мм/мин: продольного поперечного
Мощность электродвигателя главного привода, кВт
Габаритные размеры (без ЧПУ), мм длина ширина высота
Масса, кг

 

 

1.7 Расчет припусков на обработку двух поверхностей

 

Рассчитаем припуск на поверхность Ø30h6 детали «Вал-шестерня». Шероховатость обработанной поверхности Ra = 1,6 мкм. Материал детали –Сталь 45. Длина вала 238 мм.

В качестве заготовки используется горячая объемная штамповка.

Для обеспечения заданной степени точности и шероховатости необходимо предусмотреть следующую последовательность обработки вала: точение черновое, точение чистовое, закалка ТВЧ, шлифование черновое, шлифование чистовое.

Двухсторонний минимальный припуск на обработку отверстий поверхностей определяется по формуле:

(7)

где R_Zi-1 – высота неровностей профиля на предшествующем переходе, мкм

h_i-1 – глубина дефектного поверхностного слоя на предшествующем переходе

ε_i – погрешность установки заготовки на выполненном переходе

Δ_Σi-1 - суммарное отклонение расположения поверхности, мкм

Δ_{Σкi-1 -} суммарное отклонение оси детали от прямолинейности (кривизна), мкм

Величина параметров качества поверхности поковки

составляет:R_z=160мкм,h=200мкм [6].

Величина удельной кривизны оси детали составляет

Δ_к =3мкм/мм [6].

Суммарное отклонение оси детали от прямолинейности при обработке поковки составляет:

Δ_ΣК =3*238=714мкм

Погрешность центрования заготовки составляет:

Δ_ЦО =0,3*2400=720мкм

Суммарное отклонение расположения поверхности:

Δ_ΣО =√∆_к²₊∆_цо²₊ =√714²+720²=1014мкм

Допуска на изготовление заготовки составляет Тd=2400 мкм. Предельные отклонения составляют es=+1600мкм, ei=-800мкм

Остаточное отклонение расположения заготовки (кривизна) после обработки определяется по формуле

Δ_ост=К_у·Δ_Σ, (8)

где Ку – коэффициент уточненияВеличина коэффициента уточнения после обтачивания чернового – 0,06, обтачивания получистового – 0,05,обтачивания чистового – 0,04.[6]. Следовательно, остаточная кривизна после:

Чернового точения - Δ_Σ1=1014*0,06=60,84(мкм)

Чистового точения - Δ_Σ2=60,84*0,05=3,042(мкм)

Удельная кривизна профиля поковки после термической обработки Δ_ктвч=0,75мкм/мм

Тогда остаточное отклонение расположения заготовки после закалки ТВЧ: Δ_Σтвч =∆_{к твч*} L=0,75*238=178,5мкм

Остаточная кривизна после чернового шлифования составит:

Δ_ΣЗ =(178,5+3,042)*0,03=5,44мкм

Погрешность установки заготовки в трехкулачковом патроне с поджатием задним центром на токарной черновой и токарной чистовой операциях будет:

ε₁=280*0,8=224(мкм);

ε₂=Кy* ε₁=0,06*224=13,44(мкм);

Погрешность установки вала в центрах на шлифовальной операции равна нулю: ε_З=0

Параметры, характеризующие точность и качество поверхности заготовки после механической обработки, необходимые для расчета припусков, приведены в таблице[6].

 

Таблица 8 – Данные для расчета припуска

Вид обработки	Квалитет	Допуск Td, мкм	Rz, мкм	h, мкм
1 точение черновое
2 точение чистовое
3 шлифование черновое
4 шлифование чистовое

 

Исходя из выше изложенного определили расчетную величину минимального припуска

 

1 на черновое точение:

2 на чистовое точение:

3 на черновое шлифование:

4 на чистовое шлифование:

2

Результаты расчета сведем в таблицу 9.

Таблица 9 – Расчет припусков на обработку предельных размеров по технологическим переходам Ø30h6 с шероховатостью Ra = 1,6 мкм.

Элемен-тарная поверх-ность детали и тех. маршрут ее обработки	Элементы припуска, мкм	Рас-чет-ный при-пуск,мкм	Расчетныйминимальный раз-мер, мм	До-пускна изго-тов-ле-ние, мкм	Принятые (округленные) размеры по переходам, мм	Полученные предельные припуски, мкм
Rz	h	Δ	έ				dmax	dmin	Zmax	Zmin
1.поковка				-	-	33,6			33,6	-	-
2. точение черновое			60,84			30,804		31,05	30,8
3. точение чистовое			3,04	13,4		30,48		30,66	30,5
4. Закалка ТВЧ	-	-	178,5	-	-	-	-	-	-	-	-
5.Шлифование черновое		-	181,54	-		30,0178		30,039
6. Шлифование чистовое		-	5,44	-	30,08	29,987		30,003	29,987

Проверка расчета: Td_з-Td_д=Z_omax-Z_omin,

где Z_omax и Z_omin – соответственно полученные суммы предельных припусков;

Td_з – допуск на изготовление заготовки;

Td_д – допуск на изготовление детали.

Z_omax =4950+621+390+36=5997

Z_omin = 2800+500+300+13=3613

2400-16=5997-3613

Номинальный размер заготовки с учетом отклонений по ГОСТ, равен:

Аnom = мм.

2. Рассчитываем припуск на обработку наружных торцев детали

«Вал-шестерня» в размер . Шероховатость обработанных поверхностей

Ra_в = 12,5 мкм. Наружные диаметры D=36мм. Материал детали – Сталь 45.

Исходная заготовка –штамповка из стали 45.

Расчетный минимальный припуск при последовательной обработке противолежащих поверхностей (односторонний припуск) определяется по формуле:

(9)

где R_Zi-1 – высота неровностей профиля на предшествующем переходе, мкм;

h_i-1 – глубина дефектного поверхностного слоя на предшествующем переходе;

ε_i – погрешность установки заготовки на выполненном переходе;

Δ_Σi-1 - суммарное отклонение расположения поверхности, мкм;

Качество поверхностей поковок изготовляемых штамповкой составляет:R_z=160мкм,h=200мкм [6].

Отклонение расположения торцевых поверхностей заготовки определяется по формуле:

Δ_ΣО =∆_н*D (10)

Где ∆_н=0,4- отклонение от перпендикулярности торцевой поверхности к оси поковки на 1 мм радиуса, мкм

D-диаметр торцовой поверхности, мм

Δ_ΣО =0,4*2*36=28,8мкм

Допуска на изготовление торцев заготовки составляет Тd=3200 мкм. Предельные отклонения на изготовление поковки составляет: es=+2,1мм,

ei=-1,1мм

Погрешность установки заготовки в призмах ε=0мкм.[6].

Параметры, характеризующие точность и качество поверхности заготовки после обработки, необходимые для расчета припусков, приведены в таблице 10.

Таблица 10 – Данные для расчета припуска

Вид обработки	Квалитет	Допуск Td, мкм	Rz, мкм	h, мкм
Фрезерование однократное	Н14

Расчетная величина минимального припуска составляет:

(мкм)

Результаты расчета сведем в таблицу 11.

Таблица 11 – Расчет припусков на обработку предельных размеров по технологическим переходам с шероховатостью Ra = 12,5 мкм;

Элемен-тарная поверх-ность детали и тех маршрут ее обработки	Элементы припуска, мкм	Рас- чет ный при- пуск, мкм	Расчет- ный мини-маль- ный раз-мер, мм	До- пуск на изго- тов-ле-ние, мкм	Принятые (округленные) размеры по переходам, мм	Получен-ные предель-ные припуски, мкм
Rz	h	Δ	έ	dmax	dmin	Zmax	Zmin
1.Штамповка			28,8		-	237,62		240,8	237,6	-	-
2.Фрезерование однократное			-	-	777,6	236,85			236,85

 

Проверка расчета: Td_з-Td_д=Z_omax-Z_omin,

где Z_omax и Z_omin – соответственно полученные суммы предельных припусков;

d_з – допуск на изготовление заготовки;

Td_д – допуск на изготовление детали.

3200-1150=2800-750=2050=2050

Номинальный размер заготовки для внутренней поверхности, с учетом отклонений по ГОСТ, равен: Аnom = мм.

1.8 Расчет режимов резания

 

010 Токарная с ЧПУ

Переход № 2 Точить поверхность 3(черновое), с размерами: с 36 мм до 32мм на длине 32 мм, i=1. Деталь «Вал-шестерня», материал Сталь 45

ГОСТ 1050-88, σ_в=600 МПа. Шероховатость поверхности после обработки Rа=12,5. Заготовка поковка. Оборудование: Токарный станок с ЧПУ 16К20Ф3. Обработка производится проходным упорным резцом, материал режущей части Т5К10.

Глубина резания t = 2 мм.

Подача S = 0,4…0,5 мм/об.[7].

Принимаю S=0,4 мм/об

Скорость резания рассчитывается при обработке заготовки по формуле:

(11)

где T = 30…60 мин. – стойкость инструмента

Принимаем T = 60 мин.

Значения коэффициента C_υ, показателей степени x, y, m [7]

C_υ = 350

x = 0,15

y = 0,35

m = 0,20

K_υ=K_мυ×K_пυ× K_иυ × K_fv (12) где К_мυ – коэффициент, учитывающий влияние обрабатываемого

материала на скорость резания [7]

; (13)

К_пυ = 1.0 – коэффициент, учитывающий влияние состояния поверхности заготовки на скорость резания [7]

К_иυ =0,65–коэффициент, учитывающий влияние материала инструмента на скорость резания [7]

Кfv=0,7- поправочный коэффициент, учитывающий влияние главного угла в плане [7]

К_υ = 1,25 × 1,0 × 0,65× 0,7 = 0,55

Частота вращения шпинделя n, мин ^-1 определяется по формуле

; (14)

Скорректируем определенную исходя из рассчитанной скорости резания по

паспорту Токарного станка с ЧПУ частоту вращения шпинделя n_ф =800 (мин^-1).

Следовательно, фактическая скорость резания равна:

Главная составляющая силы резания при точении определяется по формуле:

; (15)

Значения коэффициента С_р и показателей степени [7]:

С_р = 300,

x = 1,

y = 0,75,

n=-0,15;

К_р = К_мр × К_φр × К_γр × К_λр; (16)

где К_мр – коэффициент, учитывающий влияние качества обрабатываемого материала на силовые зависимости [7]

; (17)

К_φр = 0,89; К_γр = 1,25; К_λр = 1 – коэффициенты, учитывающие влияние

геометрических параметров режущей части инструмента на составляющие силы резания при обработке [7]

К_р = 0,85 × 0,89 × 1,25 × 1 = 0,95

P_z = 10 × 300 × 2¹ × 0,4^0,75 × 90,4 ^-0,15 × 0,95 = 1459 (Н)

Мощность резания рассчитывают по формуле:

(18)

что меньше мощности станка (N_ст=10кВт), следовательно параметры станка удовлетворяют принятым условиям резания.

Переход № 2 Точить поверхность 1 (черновое), с размерами: с 49 мм до 45 мм на длине 30 мм, i=1. Деталь «Вал-шестерня», материал Сталь 45

ГОСТ 1050-88, σ_в=600 МПа. Шероховатость поверхности после обработки Rа=12,5. Заготовка поковка. Оборудование: Токарный станок с ЧПУ 16К20Ф3. Обработка производится проходным резцом, материал режущей части Т5К10.

Глубина резания t = 2 мм.

Подача S = 0,5…0,9 мм/об.[7].

Принимаю S=0,5 мм/об

Скорость резания рассчитывается при обработке заготовки по формуле:

где T = 30…60 мин. – стойкость инструмента

Принимаем T = 60 мин.

Значения коэффициента C_υ, показателей степени x, y, m [7]

C_υ = 350

x = 0,15

y = 0,35

m = 0,20

K_υ=K_мυ×K_пυ× K_иυ × K_fv

где К_мυ – коэффициент, учитывающий влияние обрабатываемого

материала на скорость резания [7]

;

К_пυ = 1.0 – коэффициент, учитывающий влияние состояния поверхности заготовки на скорость резания [7]

К_иυ =0,65–коэффициент, учитывающий влияние материала инструмента на скорость резания [7]

Кfv=0,7- поправочный коэффициент, учитывающий влияние главного угла в плане [7]

К_υ = 1,25 × 1,0 × 0,65× 0,7 = 0,55

Частота вращения шпинделя n, мин ^-1 определяется по формуле

;

Скорректируем определенную исходя из рассчитанной скорости резания по

паспорту Токарного станка с ЧПУ частоту вращения шпинделя n_ф =630 (мин^-1).

Следовательно, фактическая скорость резания равна:

Главная составляющая силы резания при точении определяется по формуле:

;

Значения коэффициента С_р и показателей степени [7]:

С_р = 300,

x = 1,

y = 0,75,

n=-0,15;

К_р