Операционная технология изготовления детали "вал-шестерня"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Сущностью технологии машиностроения является учение о способах и процессах промышленного производства продукции заданного качества и в требуемом количестве. Использование много- инструментальных станков с ЧПУ, оснащенных средствами механизации и автоматизации, позволяет проектировать технологические процессы обработки деталей с укрупненными насыщенными переходами операциями, уменьшить трудоемкость их изготовления и существенно сократить время технологической подготовки производства при частой смене номенклатуры выпускаемых изделий.

В современном производстве еще достаточно высока доля технологических процессов, не в полной мере удовлетворяющих выше перечисленным требованиям. Поэтому внедрение прогрессивных методов размерной обработки деталей, экономически обоснованное применение высокопроизводительного оборудования, износостойкого комбинированного режущего инструмента, механизированной оснастки и средств автоматизации производственных процессов в механических цехах современных машиностроительных заводов становится весьма актуальным.

Целью настоящего курсового проектирования является совершенствование операционной технологии изготовления вал-шестерня и достижение наилучших технико-экономических показателей по сравнению с базовым вариантом заводской технологии.

Для достижения указанной цели необходимо решение целого ряда технологических задач:

1. Совершенствование маршрутного технологического процесса путем применения обработки современными высокопроизводительными методами;

2. Совершенствование операционного технологического процесса за счет концентрации или дифференциации операций с соответствующим изменением структуры применяемого режущего инструмента и станочного оснащения;

3. Оснащение металлорежущего оборудования специальными высокоточными установочными и контрольными приспособлениями.

деталь технологический инструмент оснащение



1. Служебное назначение и описание конструкции детали

Деталь «Вал-шестерня» поз. 5 входит в сборочную единицу «Редуктор 2П110». Служебное назначение детали - передача крутящего момента от колеса 11 к водилу редуктора.

Деталь представляет собой тело вращения с максимальным диаметром 87,6 мм и длиной 198 мм. Масса детали - 5,8 кг. Материал - Сталь 12ХН3А ГОСТ 4543-71.

Конструкторской базой данной детали являются отверстие Ш10 и длиной 4,5мм, расположенное на торце, вспомогательные 2 отверстия M12-7H, глубиной 15 мм, расположенные для установки детали на водило. Требования к шероховатости Ra=6,3 мкм. Также конструкторской базой является зубчатый венец В, который предназначен для передачи крутящего момента с колеса 11.

Венец В длиной 45 Ш81h12, по краям выполнены скосы длиной 10 мм под углом 10⁰, радиусы скругления выступа вала R_сф=350мм. Шероховатость окружности выступов составляет Ra=3,2, шероховатость по делительной окружности Ra=3,2, диаметра впадин Ra=12,5.

- модуль m=4 мм;

- число зубьев z=18;

- нормальный исходный контур -ГОСТ13755-81

- коэффициент смещения х=0,52;

- степень точности по ГОСТ 1643-81 - 10- А;

- длина общей нормали =мм;

- допуск на родиальное биение зубчатого венца F_b=0.125;

- делительный диаметр d=72;

- высота зуба h=7,44мм.

Вспомогательной базой являются Ш60 и l=60мм, Ш60 и l=36 мм предназначена для соединения всех элементов вала. К ним не предъявляются высокие точностные требования и они выполнены по 14 квалитету. Требования к шероховатости - Ra=12,5 мкм. Радиусы скруглений R=0,5 мм.

Рабочими поверхностями являются зубчатый венец Б, который служит для передачи крутящего момента.

Венец Б, длина 57 мм Ш 87,6h12, имеет следующие параметры:

- модуль m=6 мм;

- число зубьев z=12;

- нормальный исходный контур -ГОСТ13755-81;

- коэффициент смещения х=0,3;

- степень точности по ГОСТ 1643-81 - 10- В;

- длина общей нормали =мм;

- предельное отклонение шага f_pt=±0.05;

- допуск на погрешность нарезания зуба F_b=0.063;

- толщина на зуб по постоянной хорде ;

- высота до хорды =6,075 мм;

- делительный диаметр d=72;

- высота зуба h=13,5мм.

К зубьям предъявляются следующие требования: шероховатость зубьев по окружности выступов Ra=3,2 мкм, по делительному диаметру Ra=3,2 мкм, по диаметру впадин Ra=12,5 мкм. Также этом торцах расположены две фаска 3х45°. Поверхность зубьев цементируется на глубину 1,2…1,5 мм с твердостью поверхностного слоя 53…63 HRC.

Данная деталь изготовлена из Стали 12ХН3А ГОСТ 4543-71, которая относится к конструкционной легированной хромоникелевой сталь. Эту сталь при необходимости возможно заменить сталями: 12ХН2, 20ХН3А, 25ХГТ, 12Х2Н4А, 20ХНР.

Физические свойства стали: твердость 200..217 НВ, =685 МПа, =930 МПа.

Химический состав стали: 0,09-0,16 % С; 0,17-0,37 % Si; 0,3-0,6% Mn; 2,75-3,15 % Ni; до 0,025 % S; до 0,025 % P; 0,6-0,9 % Cr; до 0,3 % Mo.

2. Отработка конструкции детали на технологичность

Деталь « Вал -шестерня» изготавливается из легированной стали 12ХН3А. Заготовками детали могут являться прокат и штамповка на ГКМ. Масса детали ( 5,8 кг) и габаритными размерами (L = 198 мм, Dmax = 87,6 мм).

В качестве базовых поверхностей детали используются ось и центровые отверстия для токарных и зубообрабатывающих операций. Обработка центровых отверстий выполняется на горизонтально - расточной операции на расточном станке с ЧПУ. Деталь устанавливается в призмах, закрепляется прихватами и к торцам приставлен упор. Базовые поверхности детали - опорные точки. Горизонтально расточной операцией на расточном станке возможно выполнить сверление отверстий и нарезание резьбы на торцах.

Реальна возможность применения станков с ЧПУ (токарные, расточные операции). На токарных, зубообрабатывающих и расточных операциях обеспечивается принцип совмещения баз (при этом исключается появление погрешности базирования). Особых затруднений при базировании и закреплении детали не возникает.

Вес детали не требует применения подъемно- транспортного оборудования.

Нетехнологичным следует считать наличие двух резьбовых отверстий М12 длиной 10 мм, т.к. их изготовление связано с ограниченными режимами резания резьбонарезания.

Применение дополнительных опор при обработке типа люнет неподвижный не нужна, так как длина и диаметры заготовки могут создавать жесткость которая может обеспечивать точности при обработке в центрах.

Токарная обработка выполняется на станках с ЧПУ, деталь при этом устанавливается в трехкулачковом патроне и центрах вращающихся.

На всех операциях применяется высокотехнологичный современный инструмент, снабженный режущими пластинами из твердого сплава Sandvik Coromant.

В остальном деталь является технологичной.

Количественные показатели технологичности детали должны удовлетворять условию:

0 < Ki < 1

Уровень технологичности по точности обработки:

Коэффициент точности обработки:

,

где Тср - средний квалитет точности обработки изделия

,

где Т - квалитет точности обработки;

- число поверхностей соответствующего квалитета.

Уровень технологичности по шероховатости поверхностей:

Коэффициент шероховатости поверхностей:

,

где Шср - средняя шероховатость поверхности изделия

,

где Ш - значение шероховатости поверхности;

- число поверхностей соответствующей шероховатости.

Количественная оценка технологичности:

,

где = 0,8 - базовый показатель точности;

- достигнутый показатель точности.

Количественная оценка по шероховатости:

,

где = 0,75 - базовый показатель точности.

Исходя из полученных расчетов на технологичность, можно сделать вывод о том, что деталь является технологичной, т.к выполняется условие 0 < Ki < 1 для всех количественных коэффициентов технологичности.

Операция подготовки баз - подрезкой торцов и сверление центровых отверстий - выполняется на токарно-винторезном станке. Точность обеспечивается выверкой установки заготовки в приспособлении и точности настройки станка на размер.

3. Анализ типа производства и его краткая характеристика

В зависимости от размера производственной программы, характера продукции, а также технических и экономических условий осуществления производственного процесса все разнообразные производства условно делятся на три основных вида: единичное (индивидуальное), серийное и массовое. У каждого из этих видов производственный и технологический процессы имеют свои характерные особенности и каждому из них свойственна определённая форма организации работы. Характеристика типов производства приведена в таблице 3.

Согласно таблице 3 и исходным данным (масса изделия Q = 5,8 кг, годовая программа выпуска N = 200 штук) производство детали «вал-шестерня» отнесено к серийному типу производства.

Серийным называется такое производство, при котором изготовление изделий производится партиями или сериями, состоящими из одноимённых, однотипных по конструкции и одинаковых по размерам изделий, запускаемых в производство периодически во времени.

Серийное производство характеризуется ограниченной номенклатурой изделий, изготавливаемых или ремонтируемых периодически повторяющимися партиями, и сравнительно большим объемом выпуска.

- категория применяемого оборудования: универсальное, специальное и частично специализированное оборудование, станки с ЧПУ, обрабатывающие центры. Оборудование расставляется по технологическим группам с учетом направления основных грузопотоков цеха по предметно-замкнутым участкам.

- приспособления и инструмент: технологическая оснастка в основном универсальная. Большое распространение имеет универсально-сборная, переналаживаемая технологическая оснастка, позволяющая существенно повысить коэффициент оснащенности серийного производства.

- специализация рабочих мест: универсальная, за одним рабочим местом закреплено более 20 наименований деталей.

- способы достижения точности размеров: требуемая точность достигается как методом автоматического получения размеров, так и методами пробных ходов и промеров с частичным применением разметки. Квалификация рабочих средняя.



Таблица 3

Характеристика типов производства

Вид (тип) производства	Количество обрабатываемых в год деталей одного наименования и типоразмера
	крупных (тяжёлых)	средних	малых (лёгких)
Единичное (индивидуальное)	до 5	до 10	до100
Серийное	свыше 5 до 1000	свыше 10 до 5000	свыше 100 до 50000
Массовое	свыше 1000	свыше 5000	свыше 50000

4. Выбор способа получения заготовки

Разработка процесса изготовления заготовки может идти по двум направлениям:

1) получения заготовки, приближающейся по форме и размерам к готовой детали, когда на заготовительные цехи приходится значительная доля трудоёмкости изготовления детали и меньшая доля приходится на механические цехи.

2) получение грубой заготовки с большими припусками, когда на механические цехи приходится основная доля трудоёмкости и себестоимости детали.

Первое направление соответствует массовому и крупносерийному производству.

Второе направление типично для единичного и серийного производства. Деталь «Вал-шестерня» изготавливается из легированной стали 12ХН3А. Заготовками детали могут являться прокат и штамповка на ГКМ. Масса детали (5,8 кг) и габаритными размерами (L = 198 мм, Dmax = 87,6 мм).

Для детали данной конфигурации наиболее рационально использовать прокат или заготовку штамповку на ГКМ. Для определения наиболее целесообразного метода получения заготовки необходимо сравнить их по коэффициенту использования материала.

ГКМ фактически представляет собой горизонтальный КГШП, снабженный дополнительным ползуном. Максимальные усилия штамповки на ГКМ - 5…125 МН, наибольший диаметр обрабатываемых заготовок - до 270 мм, рабочий ход основного ползуна - 200…700 мм, число рабочих ходов в минуту - 20…95.. Особенностью ГКМ является использование в их конструкциях кривошипно-шатунных механизмов и наличие двух плоскостей разъема штампа: одной - в самой матрице, второй - между матрицей и пуансоном (рисунок 6). Первая плоскость разъема устанавливается в плоскости осевого сечения заготовки, вторая - в плоскости наибольшего поперечного сечения поковки. В разъемной матрице можно зажимать исходные заготовки разной формы, что позволяет отказаться от штамповочных уклонов и облоя. ГКМ часто используют для изготовления поковок, которые не требуют деформации металла по всей длине, или для выполнения конечной операции штамповки поковок, изготовленных на другом оборудовании, например, высадки фланцев на коленчатых и многоступенчатых валах. На ГКМ получают поковки за один или несколько переходов из пруткового материала круглого, квадратного и другого профиля, трубного проката и мерных заготовок. При необходимости могут быть получены утолщения с обеих сторон поковки.

К достоинствам ГКМ относятся: высокая производительность оборудования; возможность изготовления поковок с отверстиями без перемычек и штамповочных уклонов, сравнительно сложной формы; возможность механизации и автоматизации производственных процессов.

Анализируя форму детали, с целью определения оптимальной заготовки, необходимо отметить: форма детали «Вал-шестерня» оптимальна - с уменьшением диаметров к торцам; перепады диаметров незначительны по длине детали; геометрические размеры позволяют выбрать традиционные формы получения заготовки: штамповка, прокат.

С точки зрения экономии материала, сокращения затрат времени и средств на механическую обработку целесообразно выбрать заготовку, которая по форме, размерам и качеству соответствовала параметрам готовой детали, при максимальном коэффициенте использования материала.

Для рассматриваемой детали «Вал-шестерня» при серийном производстве возможно применение заготовок получаемых порезкой круглого проката. Эскиз заготовки приведен на рисунке 1.

Рисунок 1 Эскиз заготовки (прокат)

Расчёт массы заготовки:

где V - объём фигуры;

L₃ = 210 мм - длина заготовки.

Коэффициент использования материала:

Для рассматриваемой детали «Вал-шестерня» при серийном производстве возможно применение заготовок получаемых штамповкой. Эскиз штамповки приводится на рисунке 2.

Рисунок 2 Эскиз заготовки (поковка штампованная)

Расчёт массы заготовки:

Где V_заг=V₁ + V₂ + V₃+ V₄=0.0033+0.0045+0.0018+0.0034=0,0013 дм³;

м³;

м³;

м³;

м³;

кг/м³ - плотность стали;

Коэффициент использования материала:

Для рассматриваемой детали «вал-шестерня», в серийном производстве, ввиду высокого коэффициента использования металла выбрана заготовка-штамповка. Задачи, решаемые при анализе технологичности конструкции обрабатываемой детали, сводятся к возможному уменьшению трудоёмкости и металлоёмкости, возможности обработки детали высокопроизводительными методами. Деталь можно обработать проходными резцами и отрезными резцами. Сферическая поверхность на торце обрабатывается фасонным резцом. Диаметральные размеры шее вала не изменяются и к концам не убывают. Конструкция детали обеспечивает условия для врезания и выхода токарных резцов, торцевой фрезы, сверл, метчиков. Для контроля размеров используются штангенциркули, микрометры, нутромеры.

5. Расчёт минимальных операционных припусков для линейных поверхностей детали

Припуски рассчитываются по методу группирования торцов по одинаковой шероховатости.

L = 198мм, Ra = 12,5мкм.

Заготовка - прокат

Способ резки - на пилах

Rz=320,

Подрезать торец предварительно Rz=80 (±)

Подрезать торец окончательно Ra=12,5 (±)

Где

с_к = ?k =1,5 мкм/ мм - удельная кривизна заготовки,

с_к= 1,5х60=90 мкм,

;

.

;

(приспособление самоцентрирующееся)

, , т.к. она не влияет на линейные размеры при токарной обработке.

- погрешность приспособления.

мкм.

Определяем расчетное значение минимального припуска по формуле:

Результаты расчетов приведены в Таблице 4.



Таблица 4

Расчет припуска на размер L=198мм, Ra=12,5мкм

Технологический переход обработки	Элементы припуска, мкм	Расчётный припуск, мкм Zmin
	Rz	T
Заготовка (штамповка)	320	400	805	-	-
Точение предварительное	80	100	48	100	1625
Точение окончательное	40	25	40	50	278

L = 138мм, Ra =12,5мкм.

Заготовка прокат Rz =320мкм, =4,0мм.

Точение предварительное Rz = 80мкм.

Точение окончательное Rz = 40мкм.

, где - удельная кривизна заготовки.

.

с_см=0,8=800 мкм;

_.

,где - коэффициент уточнения; K_y1=0,06; K_y2=0,05;

.

;

(приспособление самоцентрирующееся).

, , т.к. она не влияет на линейные размеры при токарной обработке.

- погрешность приспособления.

мкм.

Определяем расчетное значение минимального припуска по формуле:

Результаты расчетов приведены в таблице 6.

Таблица 6

Расчет припуска на размер L=138мм, Ra=12,5мкм

Технологический переход обработки	Элементы припуска, мкм	Расчётный припуск, мкм Zmin
	Rz	T
Заготовка (прокат)	320	400	809	-	-
Точение предварительное	80	100	48	100	1629
Точение окончательное	40	25	40	50	278

L = 5мм, Ra =12,5мкм.

Заготовка прокат Rz =320мкм, =4,0мм.

Точение предварительное Rz = 80мкм.

Точение окончательное Rz = 40мкм.

, где - удельная кривизна заготовки.

.

ссм=0,8=800 мкм;

_.

,где - коэффициент уточнения; K_y1=0,06; K_y2=0,05;

.

;

(приспособление самоцентрирующееся).

, , т.к. она не влияет на линейные размеры при токарной обработке.

- погрешность приспособления.

мкм.

Определяем расчетное значение минимального припуска по формуле:

Результаты расчетов приведены в таблице 8.



Таблица 8

Расчет припуска на размер L=5мм, Ra=12,5мкм

Технологический переход обработки	Элементы припуска, мкм	Расчётный припуск, мкм Zmin
	Rz	T
Заготовка (прокат)	320	400	801	-	-
Точение предварительное	80	100	48	100	1621
Точение окончательное	40	25	40	50	278

6. Выбор технологических маршрутов обработки детали «Рвал-шестерня»

Вариант 1

005 Фрезерно - центровальная с переустановом (предварительная).

010 Токарная с ЧПУ (предварительная).

015 Фрезерно - центровальная с переустановом (окончательная).

020 Токарная с ЧПУ (окончательная).

Вариант 2

005 Горизонтально-расточная с переустановом (предварительная).

010 Токарно - винторезная (предварительная).

015 Горизонтально-расточная с переустановом (окончательная).

020 Токарно - винторезная (окончательная).

Вариант 3

005 Горизонтально-расточная (предварительная).

010 Токарная с ЧПУ (предварительная)

015 Горизонтально-расточная (предварительная).

020 Токарная с ЧПУ (окончательная).

025Токарная с ЧПУ (окончательная, формирование сферы).



7. Теоретический анализ технологических вариантов изготовления детали

Назначение операционных размеров, окончательных припусков и допусков.

Конструкторские размеры детали «Вал-шестерня» имеют следующие значения:

A=198_-0.46мм; B=45_-0,62мм; C=138_-0,4мм; D=57_-0,74мм; E=мм;

Припуски на линейные размеры:

Z₁ =1621мкм;

Z₂ =278мкм;

Z₃ =1625мкм;

Z₄ =278мкм;

Z₅ = Z₈= 1629мкм;

Z₆ = Z₇= 278мкм;

Z₉= Z₁₃= 1629мкм;

Z₁₀= Z₁₂= 278мкм;

Z₁₁=155 мкм;

L₁=E+Z₁+ Z₂=5+1.621+0.278=6.899мм;

L₂=A-C-E+Z₃+Z₄?Z₅?Z₆ =55+1.625+0,278-1.629-0,278=54.996мм;

L₃=D+Z₅+Z₆+Z₇+Z₈ =57+1.629+0,278+1.629+0,278=60,814мм.

L₄=B+Z₉+Z₁₀+Z₁₁+Z₁₂+Z₁₃=45+1.629+0,278+0,155+0,278+1.629=48,969мм

L₅=A+Z₁+Z₂+Z₁₁+Z₁₂+Z₁₃=198+1.621+0.278+0,155+0,278+1.629=201,961

Допуски на линейные размеры определяем по ГОСТ 7505 - 89:

Исходный индекс - 12

L₁=

L₂=

L₃=

L₄=

L₅=

Рассмотрим вариант №1

Цепь 1. Исходное уравнение:

Допуск назначаем по h14 T=1,15мм.

Цепь 2. Исходное уравнение:

Допуск назначаем по h14 T=1,15мм.

Цепь 3. Исходное уравнение:

Допуск назначаем по IT14 T=0,3мм.

Цепь 4. Исходное уравнение:

Допуск назначаем по IT14 T=0,74мм.

Цепь 5. Исходное уравнение:

Допуск назначаем по h14 T=0.87мм.

Цепь 6. Исходное уравнение:

Допуск назначаем по IT14 T=1.0мм.

Цепь 7. Исходное уравнение:

Допуск назначаем по h14 T=1.15мм.

Цепь 8. Исходное уравнение:

Допуск назначаем по h14 T=1.15мм.

Цепь 9. Исходное уравнение:

Допуск назначаем по IT14 T=0.3мм.

Цепь 10. Исходное уравнение:

Допуск назначаем по IT14 T=0.74мм.

Цепь 11. Исходное уравнение:

Допуск назначаем по h14 T=0,87мм.

Цепь 12. Исходное уравнение:

Допуск назначаем по IT14T=1.0мм.

Цепь 13. Исходное уравнение:

Допуск назначаем по h12 T=0.46мм.

Рассмотрим вариант №2:

Цепь 1. Исходное уравнение:

Допуск назначаем по h14 T=1.0мм.

Цепь 2. Исходное уравнение:

Допуск назначаем по h14 T=1,3мм.

Цепь 3. Исходное уравнение:

Допуск назначаем по IT14 T=0.87мм.

Цепь 4. Исходное уравнение:

мм.

Допуск назначаем по h14 T=0.74мм.

Цепь 5. Исходное уравнение:

Допуск назначаем по h14 T=0.87мм.

Цепь 6. Исходное уравнение:

Допуск назначаем по h14 T=0.74мм.

Цепь 7. Исходное уравнение:

Допуск назначаем по h14 T=1.0мм.

Цепь 8. Исходное уравнение:

Допуск назначаем по h14 T=1,0мм.

Цепь 9. Исходное уравнение:

Допуск назначаем по h12 T=0.4мм.

Цепь 10. Исходное уравнение:

Допуск назначаем по IT14 T=0.87мм.

Цепь 11. Исходное уравнение:

Допуск назначаем по h14 T=0,74мм.

Цепь 12. Исходное уравнение:

Допуск назначаем по h14 T=0.87мм.

Цепь 13. Исходное уравнение:

Допуск назначаем по h14 T=0.74мм.

Рассмотрим вариант №3:

Цепь 1. Исходное уравнение:

Допуск назначаем по h14 T=1.15 мм.

Цепь 2. Исходное уравнение:

Допуск назначаем по h14 T=1.15 мм.

Цепь 3. Исходное уравнение:

Допуск назначаем по IT14 T=1.0 мм.

Цепь 4. Исходное уравнение:

Допуск назначаем по h14 T=0.87 мм.

Цепь 5. Исходное уравнение:

Допуск назначаем по IT14 T=0.74 мм.

Цепь 6. Исходное уравнение:

мм.

Допуск назначаем по IT14 T=0.36 мм.

Цепь 7. Исходное уравнение:

Допуск назначаем по h14 T=1.15мм.

Цепь 8. Исходное уравнение:

Допуск назначаем по h14 T=1.15 мм.

Цепь 9. Исходное уравнение:

Допуск назначаем по IT14 T=1.0 мм.

Цепь 10. Исходное уравнение:

Допуск назначаем по h12 T=1,05 мм.

Цепь 11. Исходное уравнение:

Допуск назначаем по IT14 T=0.74 мм.

Цепь 12. Исходное уравнение:

Допуск назначаем по IT14 T=0,3 мм.

Цепь 13. Исходное уравнение:

Допуск назначаем по h12 T=0.46 мм.

8. Выбор оптимального технологического маршрута обработки детали

Вариант 3

005 Горизонтально-расточная (предварительная).

010 Токарная с ЧПУ (предварительная).

015 Горизонтально-расточная (предварительная).

020 Токарная с ЧПУ (окончательная).

025Токарная с ЧПУ (окончательная, формирование сферы).

Размещено на Allbest.ru

...