Разработка технологического процесса изготовления вала

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.

1. 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 + ?/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

? = 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.

1. Определяем массу детали и массу заготовки

Gдет = S ср * L дет * ? = 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

? - плотность стали , ? =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 )

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.

1. 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 )

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.

4. 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,K2,K3- коэффициенты , учитывающие в % затраты на основное,

вспомогательное время и время на прочие затраты ( [1] стр 24 табл 7)

K1=40 ; K2=30 ; K3= 25

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,K2,K3- коэффициенты , учитывающие в % затраты на основное,

вспомогательное время и время на прочие затраты

( [1] стр 24 табл 7)

K1=40 ; K2=30 ; K3= 25

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 ; K2=30 ; K3= 25 ( стр 24 табл 7 [1] )

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

1. 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

2. 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

1. 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

2. 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

[pic]

7. Операция № 1 . Токарная

1. Точить торец ( поверхность № 12 ) и сверлить центровочное отверстие

[pic]

2. Точить торец ( поверхность № 1 ) и сверлить центровочное

отверстие

2. Операция № 2 . Токарная

1.Точить поверхности № 11 , №10 , № 9 , № 8 ,

[pic]

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 )

[pic]

5. Операция № 5 . Шлифование

1. Шлифование шлицев по наружнему диаметру ( поверхность № 8 )

[pic]

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. А. Я. Суриков, В.А. Петров

«Методические указания к выполнению курсового проекта по технологии

машиностроения» Москва , 2000 г.

2. А.Г. Косилова , Р.К. Мещеряков

«Справочник технолога-машиностроителя » том 1, том 2 , Москва , 1986

3. Н.Н. Митрохин

« Основы технологии производства и ремонта автомобилей» , часть первая

«Технологии машиностроения» , Москва 2002