Разработка технологического процесса изготовления вала
Московский Автомобильно-дорожный Институт
( Государственный Технический Университет)
Кафедра
Производства и ремонта автомобилей и дорожных машин
Курсовая работа на тему
Разработка технологического процесса изготовления вала
Выполнил : Седов А.А
Группа: 4СТ
Проверил: Пащенко В.А.
МОСКВА 2003
СОДЕРЖАНИЕ
1. Анализ исходных данных…………………………………………. 2
1.1. Анализ Материала………………………………………………… 2
2. Количественная оценка выпуска деталей……………………. 3
2.1. Количество изготавливаемых деталей в год………………. 3
2.2. Размер партии деталей …………………………………………. 3
3. Выбор исходной заготовки и методов ее изготовления …. 3
3.1 Расчет варианта получения заготовки – штамповки…… 4
3.2 Расчет варианта получения заготовки – из проката……. 5
4. Выбор технологических баз. ……………………………………… 6
5. Составление технологического маршрута обработки. ……. 6
6. Разработка технологических операций. ………………………. 7
6.1. Токарная операция. №1. Черновое точение. ……………... 7
6.3. Точение проточки. ……………………………………………….. 9
7. Определение норм времени на обработку. ………………….. 10
7.1. Токарная операция. №1. Черновое точение. ……………… 10
7.2. Токарная операция. №3. Точение проточки. ……………... 10
8. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ …………………………………………….. 11
Приложения
- Чертеж детали …………………………………………… 12
- Чертеж заготовки ………………………………………. 13
- Карта обработки детали ………………………………. 14
- Маршрутная карта …………………………………….. 17
1. Анализ исходных данных
Данная деталь – вторичный вал , относится к группе цилиндрических изделий . Основное предназначение вала – передавать крутящий момент. Данный вал ступенчато-переменного сечения ( имеет 4 ступени ), внутри сплошной . На третьей ступени вала находятся шлицы прямоугольного профиля с центрированием по наружному диаметру. Допуск полного радиального биения цилиндрической поверхности наружнего диаметра шлицев допускается не более 0,08 мм. Масса вала 3 кг.
Высокие требования по точности предъявляются тем ступеням вала, которые соприкасаются с подшипниками (цапфам). Нагрузки , воспринимаемыми валом передаются через опорные устройства – подшипники, устанавливаемыми на цапфах вала, на корпуса, рамы или станины машин. При серийном производстве заготовок валов получают методом горячей штамповки.
Анализ Материала
Материал детали - сталь 18Х2Н4ВА
Высококачественная легированная сталь
Содержит
0,18 % - улерода
2 % - хрома
4% - никеля
1% -вольфрама
А – обозначает, что сталь высококачественная
2. Количественная оценка выпуска деталей
2.1. Количество изготавливаемых деталей в год.
Тк производственная программа задана количеством деталей, необходимо заданную программу увеличить только на процент брака.
Ni = m* Nm* ( 1 + b/100) = 1 * 400 * ( 1 + 2/100 ) = 408 ( [1] , стр 5)
m - количество одноименных деталей на машине , m=1
Nm – количество изготавливаемых деталей в год , N=400 шт
b = 2 % - процент возможного брака при обработке заготовок
2.2. Размер партии деталей
P = Ni * t / 253 * y = 408 * 6 / 253 * 1 = 10 шт. ( [1] , стр 5 )
t =6 , - Количество дней нахождения детали на складе
253 – Число рабочих дней в году
y = 1 , - Количество смен работы цеха
На основании таблицы №1 ( [1] стр 6 ) можно сделать вывод о типе производства – единичное ( Масса детали или заготовки до 200 кг, Число изготавливаемых деталей до 1000 )
3. Выбор исходной заготовки и методов ее изготовления
При выборе метода изготовления заготовки основным требованием является обеспечить свойства изготавливаемых деталей в заданных условиях эксплуатации и обеспечения требуемых свойств заготовки с учетом стоимости заготовки в конкретных производственных условиях.
В качестве технических критериев при выборе заготовки принимают материал ( задан ), конфигурацию детали, размер , массу, требуемую точность изготовления итд. В качестве экономического критерия принимают себестоимость изготовления заготовки. Т.к материал заготовки сталь (18Х2Н4ВА ) , то способом получения заготовки может быть Горячая штамповка ( [2] стр 138] или Прутки из проката .
( [1] стр 168 )
3.1 Расчет первого варианта получения заготовки –
Горячей штамповки.
- Определяем массу детали и массу заготовки
Gдет = S ср * L дет * g = 1520*250* 7,8 / 1000 = 3 кг
D ср = ( 30*20 +40*60+50*150 +30*20 / 20+60+150+20 ) = 44 мм
S ср = 3,14 * 44 2 / 4 = 1520 мм2 ; L дет = 20 + 60 + 150 + 20 = 250 мм
g - плотность стали , g =7,8 г/см3
Gзаг = Gдет/Kисп = 3 / 0,75 = 4 кг
Kисп – коэффициент использования металла заготовки
Kисп = 0,75 ( [1], стр 11 Таблица №2 )
- Расчет Общей стоимости изготовления детали
Сдет = Сзаг + С обр – Сотх ( [1], стр 10 )
Сзаг - затраты на материал и изготовление заготовки
С обр – затраты на механическую обработку заготовки
Сотх - стоимость отходов при механической обработки
С обр = ( Gзаг – Gдет )* 0,55 = ( 4 – 3 )* 0,55 = 0,55 руб ( [1], стр 10 )
Gзаг – масса заготовки , кг
Gдет – масса детали , кг
0,55 –стоимость механической обработки 1 кг металла , руб ( [1], ст 10 )
Сотх = ( Gзаг – Gдет )* С*отх * 10 = ( 4 – 3 )* 99*10-3 * 10 = 0,99 руб
С*отх – заготовительная цена 1 тонны стружки
С*отх = 99*10-3 руб за 1 кг стружки ( [1], стр 12 Таблица №3 )
Сзаг = Gзаг * Спр * 10 = 4 * 410*10-3 * 10 = 16,4 руб ( [1], стр 12 )
Спр – оптовая стоимость заготовки
Спр = 410*10-3 руб за тонну ( [1], стр 16 Таблица №6 )
Сдет = Сзаг + С обр – Сотх = 16,4 + 0,55 – 0,99 @ 16 рублей
3.2 Расчет первого варианта получения заготовки – Из проката.
- Определяем массу детали и массу заготовки
Gдет = 3 кг
Gзаг = Gдет/Kисп = 3 / 0,54 = 5,5 кг
Kисп – коэффициент использования металла заготовки
Kисп = 0,54 ( [1], стр 11 Таблица №2 )
- Расчет Общей стоимости изготовления детали
Сдет = Сзаг + С обр – Сотх ( [1], стр 10 )
Сзаг - затраты на материал и изготовление заготовки
С обр – затраты на механическую обработку заготовки
Сотх - стоимость отходов при механической обработки
С обр = ( Gзаг – Gдет )* 0,55 = ( 5,5-3 )* 0,55 = 1,375 руб ( [1], стр 10 )
Gзаг – масса заготовки , кг
Gдет – масса детали , кг
0,55 – стоимость механической обработки 1 кг металла , руб ( [1], стр 10)
Сотх = ( Gзаг – Gдет )* С*отх * 10 = ( 5,5 -3)* 99*10-3 * 10 = 2,475 руб
С*отх – заготовительная цена 1 тонны стружки
С*отх = 99*10-3 руб за 1 кг стружки ( [1], стр 12 Таблица №3 )
Сзаг = Gзаг * Спр * 10 = 5,5 * 390*10-3 * 10 = 21,45 руб ( [1], стр 12 )
Спр – оптовая стоимость заготовки
Спр = 390*10-3 руб за тонну ( [1], стр 16 Таблица №6 )
Сдет = Сзаг + С обр – Сотх = 21,45 + 1,375 - 2,475 @ 20 рублей
Из экономических расчётов делаем вывод, что наиболее экономически целесообразным является изготовление заготовки
методом Горячей штамповки.
- Выбор технологических баз
Выбор технологических баз зависит от конструкций заготовки и готовой детали, от применяемого оборудования. За черновую базу берем наружную поверхность вращения . За чистовую базу принимаем центровые отверстия и торец.
1 – Черновая база 2- Чистовая база
5. Составление технологического маршрута обработки
Схема маршрута определяется в зависимости от конфигурации, размеров, массы, методов получения заготовки. Последовательность схемы технологической обработки составляем, руководствуясь тем, что
005 Токарная
Обработка торцов вала и центрирование детали
010 Токарная
015 Токарная
020 Фрезерование
Нарезание шлицев
025 Шлифование
Шлифование шлицев по внешнему диаметру
030 Контроль
Контроль детали , ее соответствие рабочему чертежу , точности размеров , итд.
6. Разработка технологических операций
6.1. Токарная операция. №1. Черновое точение.
Предварительный выбор оборудования. Учитывая требуемую точность и шероховатость поверхности и размеры детали выбираем Токарно-Винторезный станок 16М63БФ101 ( мах диаметр обрабатываемой детали 650 мм, наибольшая длина обрабатываемой поверхности 2800 мм, частота вращения шпинделя 12,5-1600 об/мин , мощность 11 кВт.
Инструмент
Резец проходной прямой с пластинами из твердого сплава по
(ГОСТ 18878-73) ( Т15К6) h=25 мм , B= 15 мм, L=140 мм, R=1,0 мм
Расчеты
А) Выбираем глубина резания для чернового точения, t = 2 мм
0,8 – слой металла, оставленный на токарную операцию №2 (Чистовое)
Б) Подача, допускаемая твердостью пластин из твердого сплава резца при точении высоколегированной стали выбираем S0 = 0,5 ( мм/об )
В) Скорость резания находим по формуле
V = Kv * Сv /(Tm * t x * Sy)
Сv, x , y, m – коэффициенты для определения скорости
m = 0,2 ; x = 0,15 ; y = 0,35 ; Cv = 350 ( табл 17 стр 269)
Kv - Поправочный коэффициент
Kv = Kmv * Knv * Kuv = 0,8 * 1,0 * 1,0 = 0,64
Kmv – учитывает влияние физико-механических свойств на Vрез
Kmv = Kг* ( 750/Gв )Nv = 0,8
Knv = 0,8 учитывает влияние состояния поверхности заготовки на Vрез
Kuv = 1,0 учитывает влияние инструментального материала
V = Kv * Сv /(Tm * t x * Sy) = 0,64 *350 /( 450,2 * 20,15 * 0,50,35 ) =120 мм/мин
2) Сила резания
Pz = 10* Cp * tx * S y * Vn * Kр
Kp= Kmp * Ky * Kфиp * Kyp * Krp
Kmp = (Gв /750 )Nv – учитывет качество обрабатываемого материала
Ky , Kфи , Kn , Kp – учитывают параметры режущей части инструмента
Kp = 0,85 ; Nv = 0,75 ; Kфиp = 1,0 ; Kyp = 1,0 ; Kmp = 0,85
Cp = 300; x = 1,0 ; y = 0,75 ; n = -0,15 (табл 22 стр 273)
Pz = 10* 300 * 21 *0,5 0,75 * 120-0.15 *0,85 = 1740 H
3) Мощность резания
N= Pz * V / 1020 *60 = 1740*120 /1020*60 = 3,41 кВт
6.3. Точение проточки. ( Черновое точение )
Проводим технологическую оптимизацию размеров данной детали. Изменяем ширину проточки с 2 мм до 3 мм , из за отсутствия в цеху отрезного резца, который мог бы обеспечить данный размер ( 2мм ).
Выбираем Токарно-Винторезный станок 16М63БФ101 ( мах диаметр обрабатываемой детали 650 мм, наибольшая длина обрабатываемой поверхности 2800 мм, частота вращения шпинделя 12,5-1600 об/мин , мощность 11 кВт
Инструмент
Резец отрезной из твердого сплава по (ГОСТ 18884-73)
h=16 мм , B= 10 мм, L=100 мм ; D= 30 мм ; l= 3 мм
Расчеты
А) Выбираем глубина резания t = 1,8 мм
Б) Подача, допускаемая твердостью пластин из твердого сплава резца при точении высоколегированной стали выбираем при t = 1,8 мм
Sверт = 0,12 ( мм/об ) ; Sгор = 0 ( мм/об )
В) Скорость резания находим по формуле
V = Kv * Сv /(Tm * Sy)
Сv, x , y, m – коэффициенты для определения скорости
m = 0,2; y = 0,8 ; Cv = 47 ( табл 17 стр 269 Отрезание )
Kv - Поправочный коэффициент
Kv = Kmv * Knv * Kuv = 0,8 * 0,8 * 1,0 = 0,64
Kmv – учитывает влияние физико-механических свойств на Vрез
Kmv = Kг* ( 750/Gв )Nv = 0,8
Knv = 0,8 учитывает влияние состояния поверхности заготовки на Vрез
Kuv = 1,0 учитывает влияние инструментального материала
V = Kv * Сv /(Tm * Sy) = 0,64 *47 * ( 450,2 * 0,120,8 ) = 79 мм/мин ([2] 268)
2) Сила резания
P = 10* Cp * tx * S y * Vn * Kр ; Kp= Kmp * Ky * Kфиp * Kyp * Krp
Kmp = (Gв /750 )Nv – учитывет качество обрабатываемого материала
Ky , Kфи , Kn , Kp – учитывают параметры режущей части инструмента
Kp = 0,85 ; Nv = 0,75 ; Kфиp = 1,0 ; Kyp = 1,0 ; Kmp = 0,85
Cp = 408; x = 0,72 ; y = 0,8 ; n = 0 (табл 22 стр 273)
Pz = 10* 408* 1,80,72 *0,1 0,8 * 1110 * 0,85 = 840 H
Px = 10* 173* 1,80,73 *0,12 0,67 * 950 *0,85 = 603 H
3) Мощность резания
Nz= P * V / 1020 *60 = 840*111 /1020*60 = 1,7 кВт
Nx= P * V / 1020 *60 = 603 * 95 /1020*60 = 1,01 кВт
7. Определение норм времени на обработку.
7.1. Токарная операция. №1. Черновое точение.
Т шт.кал = t0 * ( 1+ (K2+K3)/K1) ) ( [1] стр 23 )
K1,
K1=40 ;
t0 – основное время , t0 = i* L /S*n = 1* 25 / 0,5*1303 = 0,039 мин
n= 1000*V/3,14*D = 1000* 120/3,14*30 = 1303 об/мин
I – число проходов инструмента , I= 1
L- длина обрабатываемой поверхности , L= l + lпер+ lвр
L= 20 + 1,5 + 2 + 1,5* = 25 мм (* [3] стр 153 Таблица П11.6)
Т шт.кал = t0 * ( 1+ (K2+K3)/K1) ) = 0,039* (1 +55/50) = 0,10 мин
7.2. Токарная операция. №1. Чистовое точение.
Т шт.кал = t0 * ( 1+ (K2+K3)/K1) ) ( [1] стр 23 )
K1,
( [1] стр 24 табл 7)
K1=40 ;
t0 – основное время ,
t0 = i* L /S*n = 2 * 23/ 0,2 * 1592 = 0, 15 мин ( [1] стр 23 )
n= 1000 * V/3,14 * D = 1000 * 150/ 3,14 * 30 = 1592 об/мин
I– число проходов инструмента , I= 2
L- длина обрабатываемой поверхности , L= l + lпер+ lвр
L= 20 + 1,0 + 0,5 + 1,5* = 23 мм (* [3] стр 153 Таблица П11.6)
Т шт.кал = t0 * ( 1+ (K2+K3)/K1) ) = 0,15* (1 +55/50) = 0,37 мин
7.3. Токарная операция. №3. Точение проточки.
K1=40 ;
t0 – основное время , t0 = i* L /S*n = 1* 4,5/ 0,1 * 636 = 0,1 мин
L- длина обр поверхности , L= l + lпер+ lвр = 2,5 + 0 + 2 = 4,5 мм
Т шт.кал = t0 * ( 1+ (K2+K3)/K1) ) = 0, 1 * (1 + 55/40)= 0,24 мин
Технологический процесс
1. Операция № 1 . Токарная
Токарная №1.1.
Цель - Точить торец ( поверхность № 12 ) и сверлить центровочное отверстие
Станок - Токарно-винторезный станок 1М63БФ101
Резец - проходной прямой из пластин из твердого сплава по ГОСТ 18878-73
Сверло - сверло короткой серии с цилиндрическим хвостовиком по ГОСТ 4010-77
Токарная №1.2.
Цель - Точить торец ( поверхность № 1 ) и сверлить центровочное отверстие
Станок - Токарно-винторезный станок 1М63БФ101
Резец - проходной прямой из пластин из твердого сплава по ГОСТ 18878-73
Сверло - сверло короткой серии с цилиндрическим хвостовиком по ГОСТ 4010-77
2. Операция № 2 . Токарная
Токарная № 2.1.
Цель - Точить поверхности № 11 , №10 , № 9 , № 8 , № 7
Станок - Токарно-винторезный станок 1М63БФ101
Резец - проходной прямой из пластин из твердого сплава по ГОСТ 18878-73
Токарная № 2.2.
Цель - Точить поверхности № 2 , № 3 , № 4 , № 5
Станок - Токарно-винторезный станок 1М63БФ101
Резец - проходной прямой из пластин из твердого сплава по ГОСТ 18878-73
3. Операция № 3 . Токарная
Цель - Точение проточки (поверхность № 6 )
Станок - Токарно-винторезный станок 1М63БФ101
Резец - отрезной из твердого сплава по ГОСТ 18884-73
4. Операция № 4 . Фрезерование
Цель - Нарезание шлицев ( поверхность № 8 )
Станок - 5303В – зубофрезерный полуавтомат
Фреза - шлицевая фреза цельная насадочная по ГОСТ 2679-73
5. Операция № 5 . Шлифование
Цель - Шлифование шлицев по наружнему диаметру ( поверхность № 8 )
Станок - 3М150 – кругло-шлифовальный станок
Инструмент - шлифовальный круг прямого профиля с зернистостью М50
6. Операция № 6 . Контроль
1- торец слева,2-фаска 3 –кусок вала слева (d=30 L=20) 4- фаска 5- след кусок вала (D=40 , L=60) 6- проточка (3*2 мм) 7 –фаска 8- след кусок (3-ий) шлицы (6шт) (D=49 , L=150 ) 9-фаска , 10-4-ый кусок в (d=30 L=20) 11-фаска 12-торец
SHAPE * MERGEFORMAT
- Операция № 1 . Токарная
1. Точить торец ( поверхность № 12 ) и сверлить центровочное отверстие
SHAPE * MERGEFORMAT
2. Точить торец ( поверхность № 1 ) и сверлить центровочное отверстие
2. Операция № 2 . Токарная
1.Точить поверхности № 11 , №10 , № 9 , № 8 ,
SHAPE * MERGEFORMAT
2. Точить поверхности № 2 , № 3 , № 4 , № 5 , N 7
3. Операция № 3 . Токарная
1. Точение проточки (поверхность № 6 )
4. Операция № 4 . Фрезерование
1. Нарезание шлицев ( поверхность № 8 )
SHAPE * MERGEFORMAT
5. Операция № 5 . Шлифование
1. Шлифование шлицев по наружнему диаметру ( поверхность № 8 )
SHAPE * MERGEFORMAT
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- А. Я. Суриков, В.А. Петров
«Методические указания к выполнению курсового проекта по технологии машиностроения» Москва , 2000 г.
- А.Г. Косилова , Р.К. Мещеряков
«Справочник технолога-машиностроителя » том 1, том 2 , Москва , 1986
- Н.Н. Митрохин
« Основы технологии производства и ремонта автомобилей» , часть первая «Технологии машиностроения» , Москва 2002