Аналіз виготовлення веденого вала шляхом розробки прогресивного технологічного процесу

Курсова робота

На тему:

«Аналіз виготовлення веденого вала шляхом розробки прогресивного технологічного процесу»

Введення

Вал ведений призначений для передачі крутний моменту із шестірні на колесо за допомогою шпонки. Вали такого типу входять у конструкції багатьох вузлів верстатів, тракторів, редукторів і інших машин. Від якості їхнього виготовлення залежить надійність і довговічність роботи виробів і тому вдосконалюванню технології їхнього виготовлення постійно приділяється сама серйозна увага.

Метою даного проекту є зниження трудомісткості виготовлення веденого вала шляхом розробки прогресивного технологічного процесу, що базується на сучасних досягненнях в області верстатобудування й інструментального виробництва.

Завдання проекту:

1. Описати службове призначення вала й оцінити технологічність його конструкції.

2. Вибрати тип виробництва форму організації технологічного процесу.

3. Розробити конструкцію заготівлі, що забезпечує мінімальні витрати матеріалу.

4. Розробити план виготовлення вала веденого.

5. Докладно проробити токарську й фрезерну операції.

1.
Аналіз службового призначення деталі

Вал ведений призначений для передачі крутний моменту із шестірні на колесо за допомогою шпонки. Працює в умовах частого включення й вимикання обертання й нерівномірного навантаження на початку циклу роботи. Умови змащення й температурні умови – нормальні.

Рис. 1.1 Ескіз деталі з нумерацією поверхонь

Таблиця 1.1

Вид поверхні	№ поверхні
Виконавчі поверхні	12, 14
Основні конструкторські бази	5, 8, 11
Допоміжні конструкторські бази	2, 3, 4, 7, 9
Вільні поверхні	1, 6, 10, 13, 15, 16, 17

Деталь виготовлена зі сталі 45 за ДСТ 1050–74 і має наступні характеристики:

Хімічний склад

Марка стали	С	Si	Mn	Cr	Ni
	Зміст елементів в%
45	0,42–0,50	0,17–0,37	0,50–0,80	≤0,25	≤0,25

Така сталь має наступні механічні властивості:

– тимчасовий опір при розтяганні σвр
=598 МПа,

– границя текучості σт
=363 МПа,

– відносне подовження=16%,

– ударна в'язкість ан
=49 Дж/м2
,

– середнє значення щільності:

– ділова теплопровідність: 680 Вт/()

– коефіцієнт лінійного розширення α=11,649*106
1/Зº.

Сталь 45 що піддається загартуванню й наступній високотемпературній відпустці. Після такої термічної обробки сталь здобуває структуру сорбіту, добре сприймаючого ударне навантаження. Для вала потрібно більше висока поверхнева твердість, отже, після загартування його піддають відпустці.

Виходячи зі службового призначення деталі при розробці процесу особливу увага варто приділити вибору методів обробки виконавчої поверхні й конструкторських баз. Всі поверхні вала повинні бути механічно обробленими, тому що неопрацьовані поверхні можуть дати значну неврівноваженість і стать причиною появи вібрацій при його обертанні.

2.
Технологічність конструкції деталі

Показник технологічності заготівлі

· Коефіцієнт оброблюваності матеріалу різанням Коб
=1.

· Проста конструкція деталі (відсутність складних фасонних поверхонь) дозволяє використовувати при її виробництві уніфіковану заготівлю.

· Габаритні розміри деталі і її використання дозволяє використовувати раціональні методи одержання заготівлі, такі як: прокат, штампування, лиття.

· З урахуванням вимог до поверхонь деталі (точності, шорсткості), а також їх тех. призначення остаточне формування поверхонь деталі (ні однієї) на заготівельній операції неможливо.

· Забезпечення потрібної шорсткості можливо стандартними режимами обробки й уніфікованим інструментом.

Показники технологічності конструкції деталі в цілому

· Матеріал не є дефіцитним, вартість прийнятна.

· Конфігурація деталі проста.

· Конструкційні елементи деталі універсальні

· Розміри і якість поверхні деталі мають оптимальні вимоги по точності й шорсткості.

· Конструкція деталі забезпечує можливість використання типових ТП її виготовлення.

· Можливість обробки декількох поверхонь із одної установи

· Конструкція забезпечує високу твердість деталі.

· Технічні вимоги не передбачають особливих методів і засобів контролю.

Деталь технологічна й дозволяє застосувати продуктивні методи обробки (гостріння, шліфування й ін.).

3. Вибір типу виробництва й форми організації технологічного процесу виготовлення деталі

Розрахуємо масу даної деталі:

Q =,

V =

При масі від 8 до 30 кг. І програмі 500…5000 деталей у рік (N = 2400 дет/рік – проектна) тип виробництва серійне (крупно серійне).

Для серійного виробництва рекомендується групова форма організації виробництва, коли запуск деталей здійснюється партіями.

Обсяг партій, запуск деталей:

а – періодичність запуску деталей, при запуску раз на місяць дорівнює 24; 254 – число ходів.

З урахуванням типу виробництва передбачається застосування універсальних верстатів і верстатів зі ЧПУ, різальних інструмент в основному збірнях зі змінними багатогранними ріжучими пластинами, оснащення з механізованими силовими приводами.

4. Вибір методу одержання заготівлі і її проектування

Виходячи з вимог ДЕРЖСТАНДАРТ 26.645–85, призначаємо припуски й допуски на розміри деталі й зводимо ці дані в таблицю 1.

Залежно від обраного методу приймаємо:

клас точності розмірів і мас – 10

ряд припусків – 4.

Таблиця 4.1

Розміри, мм	Допуски, мм	Припуски, мм	Розрахунок розмірів заготівлі, мм	розміри, мм
Ø85	±2,8	4,2	Ø85+(2. 4,2)±2,8= Ø93,4±2,8	Ø93±2,8
Ø85	±2,8	4,2	Ø85+(2. 4,2)±2,8= Ø93,4±2,8	Ø93±2,8
Ø95	±3,0	5,0	Ø95+(2. 5,0)±3,0= Ø105±3,0	Ø105±3,0
470	±6,5	8,0	470+(2. 8,0)±6,5= 486±8,0	486±8,0
205	± 4,0	5,2	205+8,0–5,2±4,0= 207,8±4,0	208±4,0
200	± 4,0	5,2	200+(2. 5,2)±4,0= 210,4±4,0	210±4,0
65	±2,8	4,2	65+8,0–5,2±4,0= 67,8±4,0	68±4,0

2) Ливарні ухили призначаємо відповідно до ДЕРЖСТАНДАРТУ 26.645–8, виходячи з конструктивних особливостей заготівлі й рівні не менш 1,5–2º. Відповідно до рекомендації, для спрощення виготовлення ливарної моделі приймаємо їх однаковими й величиною 3°.

3) Ливарні радіуси закруглень зовнішніх кутів приймаємо рівними не менш 5 мм. R=5 мм.

Ливарні радіуси закруглень внутрішніх кутів визначаємо по формулі R=0,4 h.

R1
= R2
= R3
=0,4∙ 10 мм=4 мм

4) Визначаємо коефіцієнт використання матеріалу Км, по формулі:

де m – маса деталі, кг;

M – маса заготівлі, кг.

Розрахуємо масу заготівлі:

, кг

де: γ – щільність матеріалу, кг/м3
. Для сталі: γ=7814 кг/м3
;

Vз – обсяг заготівлі, мм3
.

Обсяг заготівлі визначаємо як алгебраїчну суму обсягів найпростіших тіл тридцятилітніх заготівлю:

Визначимо коефіцієнт використання матеріалу:

.

Даний метод лиття не задовольняє завданню одержання виливка з контуром, що наближається до контуру деталі; тобто з коефіцієнтом використання Км близьким до 1.

1) По таблиці 3.1.3 [1] вибираємо:

а) Устаткування – прес;

б) Штампувальні ухили: 5 (;

в) Радіуси закруглень зовнішніх кутів, при глибині порожнини струмка:

10…25 мм – r = 2,5 мм,

25…50 мм – r = 3 мм;

Радіуси закруглень внутрішніх кутів, більше зовнішніх кутів в 3…4 рази.

2) По таблиці 3.4 [1] призначаємо допуски й припуски на обробку на сторону й зводимо їх у таблицю 2.

Таблиця 4.2

Розміри, мм	Допуски, мм	Припуски, мм	Розрахунок розмірів заготівлі, мм	розміри, мм
Ø85	+1,0 -0,5	2,6	Ø85+(2. 2,6) = Ø90,2	Ø90
Ø85	+1,0 -0,5	2,6	Ø85+(2. 2,6) = Ø90,2	Ø90
Ø95	+1,2 -0,7	2,8	Ø95+(2. 2,8) = Ø99,8	Ø100
470	+2,4 -1,2	5,0	470+(2. 5,0) = 480	480
205	+1,5 -0,9	3,2	205+5,0–3,2 = 206,8	207
200	+1,5 -0,9	3,2	200+(2. 3,2) = 206,4	206
65	+1,0 -0,5	2,5	65+5,0–3,2 = 66,8	67

3) Розрахуємо площу кування в плані [1]:

Fпок.п
=41621, мм2

4) Визначаємо товщину містка для облоя [1]:

, мм

Коефіцієнт Із приймаємо рівним 0,016.

5) По таблиці 3.2.2 вибираємо інші розміри облойної канавки [1]:

а) Зусилля преса – 10 МН;

б) ho
= 2,0 мм;

в) l = 4 мм;

г) h = 6 мм;

д) R1
= 15 мм.

6) Розрахувати обсяг заготівлі [1]:

Vзаг.
=Vп
+Vу
+Vо
, мм3

де Vп
– обсяг кування, що розраховується по номінальних розмірах креслення;

Vу
– обсяг вигару, обумовлений залежно від способу нагрівання;

Vо
– обсяг облоя при штампуванні.

а) Обсяг кування:

б) Обсяг вигару Vу
приймаємо рівним 1% від Vп
.

Vу
=32400 мм2

в) Обсяг облоя Vо
:

Vо
=ξ.
FМ
.
(Рп
+ ξ. π. l),

де ξ – коефіцієнт, що враховує зміна фактичної площі одержуваного облоя в порівнянні із площею перетину містка;?=2.

Fм
– площа поперечного перерізу містка FM
=l.ho
= 4. 2,0= 8 мм2
;

Рп
– периметр кування Рп
= 1130 мм.;

Підставимо отримані дані у формулу:

Vо
= 2.8×(1130+2. 3,14.4) = 18482 мм3
;

г) Обсяг кування:

Vзаг.
=32,4·105
+32400+18482 = 32,9·105
мм3
.

Визначимо параметри вихідної заготівлі для штампування.

д) Діаметр заготівлі:

, мм

де m – відношення ; 1,25< <2,5. Приймаю m=2.

мм.

За ДСТ 2590–71 мм.

д) Довжина заготівлі:

г) Площа поперечного перерізу заготівлі:

7) Розрахуємо масу кування:

кг.

8) Визначимо коефіцієнт використання матеріалу:

9) Розрахуємо зусилля штампування:

, МН,

де Dпр
– наведений діаметр Dпр
=1,13,

Fп
– площа проекції кування на щільність рознімання штампа

Fп
=,

Bп.ср
– середня ширина кування в плані, Bп.ср
=.

σв
- межу міцності матеріалу, σв
=598 МПа [2]

Dпр
= мм

Fп
=6994 мм2
;

Bп.ср
=6994/480=15 мм

, МН

По розрахунковому зусиллю штампування вибираємо прес із зусиллям 25 МН і зразковою продуктивністю 140 шт./ч.

Для остаточного вибору методу одержання заготівлі, варто провести порівняльний аналіз по технологічній собівартості.

Розрахунок технологічної собівартості заготівлі одержувану по першому або другому методі проведемо по наступній формулі [1]:

де Сi
– базова вартість однієї тонни заготівель Сi лиття
= 9780 грн.;

Сi шт
= 3730 грн., kт
, kс
, kв
, kм
, kп
– коефіцієнти, що залежать від класу точності, групи складності, маси, марки матеріалу й обсягу виробництва заготівель kт
= 1, kс
= 1, kв
= 1, kм
= 1,93, kп
= 1; Q – маса заготівлі, кг; q – маса готової деталі, кг; Sотх
– ціна однієї тонни відходів Sоте
= 500 грн.

Економічний річний ефект дорівнює:

ЕЕ
= (Sзаг1
– Sзаг2
)*N = (601 –186,5)*2400 = 994,8 т. грн, (4.8)

де N – обсяг випуску в рік, шт.; Sзаг1
, Sзаг2
– вартість заготівель, що зіставляються, у.о.

На основі проведеного економічного розрахунку, а так само виходячи з раціонального застосування матеріалу, вибираємо найбільш доцільний метод одержання заготівлі. Таким методом є – одержання заготівлі штампуванням на кривошипних пресах.

5. Вибір технологічних баз

На першій токарській операції, при закріпленні в кулачковому патроні, що самоцентрує, використовуємо чорнові (вихідні) бази заготівлі – пов. 6, 11.

На наступних операціях деталь установлюємо в повідковий патрон і затискаємо в центрах, використовуючи пов. 7, 11, залежно від установи.

6. Вибір методів обробки поверхонь деталі

Таблиця 6.1

Номера поверхонь	Точність, квалітет	Шорсткість, Ra, напівтемних	Методи обробки
5, 10, 16, 17	10	6,3	Гостріння чорнове Гостріння чистове ТО
12, 13, 14, 15	8	3,2	Фрезерна ТО
1, 6, 18	9	3,2	Фрезерна ТО
2, 3, 4	8	0,63	Гостріння чорнове Гостріння чистове ТЕ Шліфування перед.
7, 8, 9, 11	6	0,32	Гостріння чорнове Гостріння чистове ТЕ

7. Розробка технологічного маршруту (плану) обробки деталі

При розробці технологічного маршруту дотримуємося наступних принципів:

1. Технологічні операції розробляємо за принципом концентрації технологічних переходів, тобто якнайбільше поверхонь обробляти з одної установи.

2. Віддаємо перевагу напівавтоматам

3. Використовуємо збірний різальний інструмент, оснащений змінними багатогранними пластинами СМП із твердого сплаву. Для цільного інструмента застосовуємо швидкорізальну сталь підвищеної продуктивності.

4. Верстатні пристосування використовуємо з механізованими затискними пристроями.

00 – Заготівельна (штампування)

05 – Фрезерно-центрувальна (обробка пов. 1,6,18)

10 – Токарська чорнова (обробка пов. 2,3,4,5,7,8,9,10,11)

15 – Токарська чистова (обробка пов. 2,3,4,5,7,8,9,10,11,17)

20 – Фрезерна

25 – Маркировочна

30 – Термічна

55 – Контрольна (комплексний контроль точності вала)

8. Розробка технологічних операцій

Для токарської операції 10 приймаємо токарно-гвинторізні верстат 1К62.

Найбільший діаметр оброблюваної деталі 400 мм;

Відстань між центрами 1000 мм;

Межі частот обертання шпинделя 12,5–2000 о/хв;

Подача супорта 42 мм/о;

Потужність головного електродвигуна 0,07–4,16 кВт.

Верстат дозволяє виконувати всі види токарської обробки, включаючи нарізування різьблення, забезпечує точність до 8 квалітету, шорсткість до Ra 2,5 напівтемний.

Для фрезерної операції 20 приймаємо фрезерний верстат 6Д95

Розміри робочого стола 400х1600 мм;

Межі частот обертання шпинделя 40–2000 о/хв;

Межі подач 25–1500 мм/хв;

Потужність головного електродвигуна 10кВт.

Послідовність переходів операції 10:

1. Установити, закріпити, зняти заготівлю.

2. Точити начорно 7, 8, витримуючи розміри O82,5, O87,5 мм.

3. Точити по контурі. 7, 8, 9, 10, витримуючи розміри Ø82-0,35
, Ø87-0,35
, 330±0,285, Ø97-0,35
,146±0,2, Ø92-0,35
, 265±0,26 мм.

Послідовність переходів операції 20:

1. Установити, закріпити, зняти заготівлю.

2. Фрезерувати паз. 14, 15, витримуючи розміри 5±0,02 мм, 110±0,05 мм, 81-0,2
, 25+0,033 мм.

3. Фрезерувати паз. 12,13, витримуючи розміри 210±0,05 мм, 320±0,07 мм, 71-0,2
, 22+0,033 мм.

Для виконання переходів операції 10 приймаємо наступних різальних інструмент:

Т1, Т2 Різці прохідні ДЕРЖСТАНДАРТ 26611–85 Т5К10;

Т3 Різець контурний тип 1 ДЕРЖСТАНДАРТ 20872–80 Т15К6.

Для виконання переходів операції 20 приймаємо наступних різальних інструмент:

Фреза шпонкова O22 ДЕРЖСТАНДАРТ 4675–71 Р6М5;

Фреза шпонкова O25 ДЕРЖСТАНДАРТ 4675–71 Р6М5.

Розрахунок режимів різання для всіх технологічних переходів виконаний за методикою [2].

Операція 10:

Перехід 1

Глибина різання 4 мм;

Подача різця 0,2 мм/про;

Перехід 2

Глибина різання 3 мм;

Подача різця 0,2 мм/про;

Операція 20:

Перехід 1

Глибина різання 9 мм;

Подача 0,7 мм/про.

Перехід 2

Глибина різання 9 мм;

Подача 0,7 мм/про.

Швидкість різання розраховується:

(8.1)

де – коефіцієнт і показники ступеня, що залежать від виду обробки;

(8.2)

де – коефіцієнт, що враховує вплив матеріалу заготівлі на швидкість;

– враховуючий стан поверхні;

– враховуючий матеріал інструмента.

Розрахунок

Операція 10

Перехід 1 Перехід 2

;

=0,8 (кування)

=0,65 (Т15К10)

=0,46

;

=1,0

=1,0 (Т15К6)

=0,44

(годинна стійкість)

Для чорнового переходу операції 10 проводимо перевірку за потужності верстата:

де – ураховує властивості оброблюваного матеріалу;

Потужність різання розраховується:

Дані режими можна реалізувати на верстаті 1К62.

Аналогічним образом розраховані режими різання при фрезеруванні.

Операція 20

Перехід 1 Перехід 2

Час виконання технологічної операції в серійному виробництві оцінюється штучно-калькуляційним часом, обумовленому по формулі:

де – підготовчо-заключний час, хв;

– розмір партії для запуску;

– штучний час обробки, хв;

де – основний час обробки, хв;

– допоміжний час, хв;

– час технічного обслуговування верстата, хв;

– час на відпочинок і особисті потреби, хв.

Розрахунок тридцятилітніх штучного часу представлений у таблиці 8.1, 8.2.

Розрахунок норм часу на токарську операцію 10

N пер.	Довжина робочого ходу, Lрх, мм	Хвилинна подача, Sм, мм/хв	Основний час обробки,	Час на установку заготівлі	Довжина	час переходу, Твс, хв	Оперативний час,	Прим.
1				0,15
2	205	68	3,0		230	1,5	4,5
3	405	220	1,8		430	0,8	2,6
		Те = 4,8			Твс = 2,3		Топ = 7,1

Час технічного обслуговування й відпочинку

Штучний час:

Підготовчо-заключний час: 10 хв [2].

Штучно-Калькуляційний час:

Розрахунок норм часу на токарську операцію 20

N пер.	Довжина робочого ходу, Lрх, мм	Хвилинна подача, Sм, мм/хв	Основний час обробки,	Час на установку заготівлі	Довжина	час переходу,	Оперативний час,	Прим.
1				0,15
2	106	53	2,0		105	0,9	2,9
3	103	54	1,9		100	0,7	2,6
		Те = 3,9			Твс = 1,6		Топ = 5,5

Час технічного обслуговування й відпочинку

Штучний час:

Підготовчо-заключний час: 7 хв [2].

Штучно-Калькуляційний час:

Висновок

Висновок проекту представлений у вигляді виводів:

1. Оцінено актуальність проблеми, визначені мета й завдання проекту.

2. Виконано оцінку службового призначення вала веденого, розроблений його технологічне креслення, зроблена оцінка технологічності конструкції деталі.

3. Визначено тип виробництва й форма організації технологічного процесу.

4. За економічним критерієм обраний метод одержання заготівель і розроблена її конструкція за ДСТ 7505–89.

5. Обґрунтовано обрані методи обробки поверхонь деталі й розроблений прогресивний технологічний маршрут її виготовлення.

6. Докладно пророблена токарська операція, зроблені розрахунки режимів різання й норм часу.

Список літератури

1. Довідник технолога машинобудівника./ За редакцією А.Г. Косилової, Р.К. Мещерякова. – К., 2004

2. Горбацевич А.Ф., Шкред В.А. Курсове проектування за технологією машинобудування. – К., 2007

3. Гжиров Р.И. Короткий довідник конструктора: Довідник – К., 2002

4. Михайлов А.В. Методична вказівка «Визначення операційних розмірів механічної обробки в умовах серійного виробництва». – К., 2002

5. Методичні вказівки до проектування заготівель.

6. Методичні вказівки по розробці розділів курсового проекту за технологією машинобудування стосовно до спеціальності 060800 «Економіка й керування підприємствами машинобудування». – К., 2005