Размещено на http://www.allbest.ru/

Разработка технологического процесса механической обработки детали "Зубчатое колесо"



Введение

Природа предоставляет в распоряжение человека ничтожно малое количество предметов, которые можно использовать непосредственно, без применения труда человека. Поэтому приходится затрачивать труд, чтобы путем качественного превращения приспосабливать предметы природы для удовлетворения своих потребностей.

Качественное изменение предметов природы, осуществляемое человеком, получило название технологического процесса. Осуществляя техпроцесс, человек ставит перед собой две задачи:

1) получить изделие, удовлетворяющее его потребностям;

2) затратить на его изготовление меньше труда.

Каждое изделие может удовлетворять ту или иную потребность человека только в том случае, если оно обладает качеством, которое определяется его назначением. Поэтому, при конструировании изделия конструктор должен предусматривать возможный метод получения заготовки, а также учитывать особенности механической обработки деталей и сборки.

Очевидно, что в современных условиях для создания технически грамотной конструкции изделия необходимо при его конструировании одновременно обеспечить высокие эксплуатационные показатели и высокую технологичность конструкции.

Без надлежащего качества изделия становятся ненужными человеку, и затраченные на него труд и предметы природы расходуются бесполезно. Поэтому целью курсового проекта является научиться анализировать существующую технологию и доказать, что технологический вариант, которому отдается предпочтение, обеспечит в реальных производственных условиях наибольший эффект при наименьших затратах как трудовых, так и материальных.



1.Исходные данные для проектирования

В курсовой работе разработан технологический процесс механической обработки детали «зубчатое колесо»

Базовая информация

- чертеж детали;

- материал детали - сталь 20Х ГОСТ 4543-88

- программа выпуска детали N=10000 шт.

- режим работы предприятия - двухсменный.

Руководящая информация

«СТП МГУПИ 2068752-5-2006», М. 2006. «Единая система технологической подготовки производства. Основные положения», М. Издательство стандартов, 1983-40с., ил.

Справочная информация

Обработка металлов резанием. Справочник технолога. Под общей редакцией А.А. Панова - М.: Машиностроение, 1988 - 736с., ил.



2. Технологический раздел

2.1 Анализ исходных данных для проектирования

2.1.1 Служебное назначение детали

Деталь «зубчатое колесо», приведенная на первом листе графической части проекта, служит для передачи вращательного движения.

2.1.2 Конструкторско-технологическая характеристика детали

Деталь относится к классу деталей типа «диск», т.к. отношение длины детали к ее наружному диаметру не превышает 2-х и составляет: L/D=85/216=0.42.

Деталь выполняется из стали 20Х ГОСТ 4543-88, масса 8.22 кг.

Химический состав приведен в таблице 2.1, а физико-механические свойства в таблице2.2.

Таблица 2.1 - Химический состав стали 20Х ГОСТ 4543-88.

Содержание элементов, %
С	Mn	Si	X	Ni	Др. элементы
0.17-0.23	0.5-0.8	0.17-0.37	0.7-1.0	-	-

Таблица 2.2 - Механические свойства стали 20Х ГОСТ 4543-88.

Твердость HB, МПа	Предел текучести уТ,Па	Предел прочности уВ,Па	Относительное удлинение у,%
179	650	800	11

2.1.3 Режим работы и фонды времени

Режим работы включает в себя количество рабочих дней в году, за исключением выходных и праздничных дней, с двумя сменами в сутки, т.к. разрабатывается автоматизированный участок.

Полный календарный годовой фонд времени показывает число часов в году 24*363=8670ч. Исключая выходные и праздничные дни, из расчета пятидневной рабочей недели длительностью 41ч, получим номинальный фонд времени Ф_Н=4320ч. Учитываем простои оборудования на ремонт, Ф_Д - действительный годовой фонд времени работы оборудования при 2-х сменной работе, Ф_Д=3945 часов (при использовании станков с ЧПУ).

2.1.4 Такт выпуска

Для оценки интервала времени, через который периодически производится выпуск деталей, обеспечивающего выполнение годового объема в установленный срок необходимо определить такт выпуска деталей.

Такт выпуска рассчитывается по формуле:

,

Где ф - такт выпуска (мин/шт);

Ф_д - действительный годовой фонд времени работы оборудования при двухсменно работе, ч;

N_г - годовой объем выпуска деталей, шт.

=24 мин/шт

2.1.5 Тип производства

Тип производства можно определить ориентировочно на основании опытной зависимости по годовому объему выпуска и массе детали, используя данные таблицы 2.3.



Таблица 2.3. Ориентировочное определение типа производства по годовому объему выпуска и массе деталей.

Принимаем среднесерийный тип производства.

2.2 Анализ технологичности конструкции детали

Анализ технологичности конструкции детали сводится к улучшению возможностей уменьшения трудоёмкости, удешевления детали и обработки ее высокопроизводительными методами без ущерба для её служебного назначения и ремонтопригодности.

Результаты анализа технологичности конструкции детали «зубчатое колесо» по геометрической форме и конфигурации, по наличию стандартных конструктивных элементов детали, по точностным требованиям, по параметрам шероховатости приведены в таблицах 2.4, 2.5, 2.6, 2.7 соответственно.



Таблица 2.4. Анализ технологичности конструкции детали «зубчатое колесо» по геометрической форме и конфигурации.

Таблица 2.4 Анализ технологичности конструкции детали «зубчатое колесо» по наличию стандартных конструктивных элементов(КЭД).



Вывод: так как степень стандартизации 78.5%, то деталь технологична.

Таблица 2.5. Анализ технологичности конструкции детали «зубчатое колесо» по точностным требованиям(СТ СЭВ 144-75, 145-75).

Вывод: конструкция детали технологична, т.к. количество размеров средней точности и свободных размеров составляет 86%.

Таблица 2.6. Анализ технологичности конструкции детали «зубчатое колесо» по шероховатости поверхности.



Вывод: конструкция детали технологична, т.к.50% поверхностей имеют шероховатость, которая может быть получена лезвийной обработкой.

В результате проведенного анализа можно сказать, что деталь «зубчатое колесо» технологична, т.к. удовлетворяет наибольшему числу предъявленных требований технологичности.

2.3 Выбор исходной заготовки и метода ее изготовления

Исходные данные для расчета.

Деталь - зубчатое колесо

Материал - Сталь 20Х

Масса - 8,22 кг

Программа выпуска - 10000 шт.

Способ получения заготовки - Закрытая штамповка.

Диаметр отверстия (d=59) позволяет получить углубление с двух сторон (т.к d>30 мм), а перемычку затем можно прошить на обрезном штампе.

Определяем расчетный коэффициент К_р=1.8 (здесь и далее при назначении припусков использованы расчетные и справочные данные, приведенные в [8]).

Определим расчетную массу поковки

G_п.р.=G_д*К_р=8,22*1,8=14,8 кг.

Определение класса точности.

Принимаем класс размерной точности T3.

Определяем группу стали - М1.

Габаритные размеры детали D=216, высота h=85.

Для определения степени сложности поковки рассчитываем размеры, объем и массу описывающей поковку фигуры.

h_ф=85*1.05=89.25мм=8.9 см

D_ф=216*1.05=226.8=22.7 см

V_ф= р*(D²/4)*h=3,14*(22.7²/4)*8,9=3600 см³

G_ф=V_ф*с=3600*7,85=28260 г =28,2 кг

Так как [G_п.р./G_ф=14.8/28,2=0,52]>0.32 и <0.63, то степень поковки - С2

Определяем конфигурацию поверхности разъема штампа - плоская (П).

Для расчета массы поковки G_п.р.=14,8 кг, группа стали М1, степени сложности С2 и класса точности Т3 находим исходный индекс - 14.

Зная исходный индекс и значение шероховатости обрабатываемых поверхностей детали, назначаем припуски и заносим данные в таблицу 2.7.

Таблица 2.7. Назначение припусков на обработку.

Назначаем дополнительные припуски:

- смещение по поверхности разъема штампа - 0.3 мм;

- отклонение от плоскости - 0,4 мм

Назначаем штамповочные уклоны:

- для внутренней поверхности - 10

- для наружной поверхности - 7

С учетом основных и дополнительных припусков определяем размеры заготовки, результаты расчетов сводим в таблицу 6.

Таблица 2.8. Расчет размеров заготовки (поковки).



Определяем допуски на принятые размеры. Окончательные размеры заготовки с допусками приведены в таблице 2.9.

Таблица 2.9. Допуски и предельные отклонения размеров заготовки.

Допускаемая величина остаточного облоя - 0.9 мм.

Допускаемая величина высоты заусенца по внешнему контуру -3 мм.

Допускаемое отклонение от концентричности пробитого отверстия относительно внешнего контура поковки - 1.0 мм.

Расчет массы поковки.

Для расчета массы заготовки необходимо определить её объем.

V_пок= рh(R²+r²+Rr)/3 +2*( рh(R²+r²+Rr)/3)-2*( рh(R²+r²+Rr)/3)=

=1057+2* 516.9-2* 171.7=1057+1033.8-343.4=1919.1 см³

Масса заготовки поковки:

G_пок= V_пок*с=1919.1*7,85=15064.15г=15 кг

Коэффициент весовой точности для поковки:

К_в.т.=G₁/G_пок=8.22/15=0.548

Определение стоимости поковки.

Стоимость 1тонны стали 20Х - 19 700 руб.

Стоимость 1ой поковки - 295.5 руб.

2.4 Выбор технологических баз

Назначение технологических баз начинается с выбора технологических баз для выполнения первой операции.

Технологическая база, используемая при первом установе заготовки, называется черновой технологической базой. В качестве черновой технологической базы выбираем поверхность, относительно которой, при первой операции могут быть обработаны поверхности, используемые в дальнейших операциях, как технологические базы. В данном случае это наружно-цилиндрическая поверхность с упором в торец.

При назначении технологической базы должны соблюдаться следующие принципы:

1. Принцип постоянства баз, т.е. на большинстве операций должны применяться одни и те же базы.

2. Силы закрепления необходимо прикладывать перпендикулярно выполняемому размеру.

3. Совмещать технологическую и измерительную базу, т.к. е_б=0.

Теоретические схемы базирования выбираем исходя из ГОСТ 21495-76. На операции 005 базирование производим по черновым базам, на всех остальных по чистовым базам.

Схемы базирования и установки для различных способов обработки приведены в таблице 2.10.



Таблица 2.10 - Схемы базирования и установки заготовки

2.5 Разработка технологического процесса изготовления детали

2.5.1 Формирование маршрута обработки детали

Технологический процесс изготовления детали «Зубчатое колесо» разработаем исходя из состава элементарных технологических операций, каждая из которых может быть получена на основе объединения типовых маршрутов обработки поверхностей заготовки, выполняемых за один или два установа. Объединение переходов в установы и операции выполняется с учетом типовых технологических процессов изготовления деталей данного класса, базового маршрута обработки данной детали, а также с учетом выбранных схем установки заготовки на станке (таблица 2.10) и технологических возможностей выполнения нескольких переходов на оборудовании выбранного типа. На основании объединения элементарных переходов в установы и операции формируется маршрут обработки детали, который представлен в таблице 2.11 и в приложении к рассчетно-пояснительной записке в виде маршрутной карты техпроцесса.

Таблица 2.11. Проектный вариант техпроцесса механической обработки детали «Зубчатое колесо»

2.5.2 Выбор технологического оборудования

На данном этапе проектирования технологического процесса обработки детали необходимо выбрать модель оборудования из его технологических возможностей и габаритов рабочего пространства.

От правильного выбора технологического оборудования зависит производительность, экономное использование производственных площадей, механизация и автоматизация ручного труда и себестоимость изделия.

В условиях среднесерийного производства целесообразно использовать станки с ЧПУ. Эффективность применения станков с ЧПУ достигается за счет снижения затрат на технологическую оснастку, снижения потерь от брака, сокращения производственных площадей, увеличения скоростей резания и подач. Характеристики выбранных моделей станков:

2.6 Разработка технологических операций

2.6.1 Формирование технологической операции и выбор технологического оснащения

В качестве разрабатываемой технологической операции обработки детали «Зубчатое колесо» принята операция 025 «Токарная с ЧПУ». При разработке маршрута обработки для данной операции был выбран станок с ЧПУ модели 16К20ПН. Исходя из технологических возможностей оборудования, конфигурации заготовки и типа производства устанавливаем схему обработки: одноместная, одноинструментальная, с последовательной концентрацией переходов. В качестве режущего инструмента выбираем резец фирмы Seco, характеристики приведены в таблице 2.12 и на рисунке 2.1.

Таблица 2.12 Размеры резца



Рисунок 2.1 Резец

Расчет координат опорных точек и траектории движения инструмента подробно изложена в подразделе РПЗ «Разработка управляющей программы».

В качестве вспомогательного инструмента будет использоваться стандартный инструмент, входящий в комплектацию станка.

Для контроля выполняемых размеров используем стандартный измерительный инструмент, а именно штангенциркуль ШЦ-II-200-0,1 ГОСТ 166-80, штангенколиброметр ШГ-160-0.1 ГОСТ 162-80.

2.6.2 Расчет и назначение режимов резания

Расчет режимов резания выполняем для операции обработки детали «Зубчатое колесо» - операция 005 «Токарная с ЧПУ».

Оборудование: токарный станок с ЧПУ модели 16К20ПН, мощность привода главного движения N_ст= 11 кВт.

Обрабатываемый материал - сталь 20Х ГОСТ 4543-88, 179 НВ, у_В=800МПа.

Согласно предварительно намеченному маршруту (таблица 2.11) операция 005 содержит следующие переходы:

1) Переход 1 - точить наружную поверхность Ш144h11 начисто.

Расчётный диаметр D_р = 145 мм.

Припуск на сторону Z = (145-144)/2 = 0,5 мм.

Число проходов i = 1.

Глубина резания t = Z/i = 0,5/1 = 0,5 мм

Подача на оборот шпинделя S₀ = 0,55...0,65 мм/об. Принимаем S_ст = 0,6 мм/об.

Скорость резания V_р = 148·0,9 = 133,2 м/мин.

Число оборотов шпинделя:

Принимаем n_ст = 300 мин^-1.

Действительная скорость резания

механический обработка деталь

Мощность потребная на резание N_пр = 3,6 кВт.

2) Переход 2 - точить канавку Ш120h11, выдерживая размер 28H11.

Расчётный диаметр D_р = 145 мм.

Припуск на сторону Z = (145-120)/2 = 12,5 мм.

Число проходов i = 3.

Глубина резания t = Z/i = 12,5/3 = 4,16 мм

Подача на оборот шпинделя S₀ = 0,7...0,9 мм/об. Принимаем S_ст = 0,8 мм/об.

Скорость резания V_р = 117•0,9 = 105,3 м/мин.

Число оборотов шпинделя:



Принимаем n_ст = 250 мин^-1.

Действительная скорость резания

Мощность потребная на резание N_пр = 5,6 кВт.

3) Переход 3 - точить наружную поверхность Ш130h11 начисто.

Расчётный диаметр D_р = 145 мм.

Припуск на сторону Z = (145-130)/2 = 7,5 мм.

Число проходов i = 2.

Глубина резания t = Z/i = 7,5/2 = 3,75 мм

Подача на оборот шпинделя S₀ = 0,55...0,65 мм/об. Принимаем S_ст = 0,6 мм/об.

Скорость резания V_р = 136·0,9 = 122,4 м/мин.

Число оборотов шпинделя:

Принимаем n_ст = 300 мин^-1.

Действительная скорость резания



Мощность потребная на резание N_пр = 4,2 кВт.

4) Переход 4 - точить наружную поверхность Ш216h11 начисто.

Расчётный диаметр D_р = 217.2 мм.

Припуск на сторону Z = (217.2-216)/2 = 0,6 мм.

Число проходов i = 1.

Глубина резания t = Z/i = 0.6/1 = 0.6 мм

Подача на оборот шпинделя S₀ = 0,55...0,65 мм/об. Принимаем S_ст = 0,6 мм/об.

Скорость резания V_р = 148·0,9 = 133,2 м/мин.

Число оборотов шпинделя:

Принимаем n_ст = 200 мин^-1.

Действительная скорость резания

Мощность потребная на резание N_пр = 4,6 кВт.

Мощность привода главного движения токарного станка 16К20П - 11кВт, следовательно данные операции можно выполнять на этом станке.

Расчет норм времени Т₀ и Т_в для этой операции приведен в разделе 2.6.4

механический обработка деталь



2.6.3 Разработка управляющей программы

2.6.4 Нормирование техпроцесса

Нормирование технологических операций - это определение технически обоснованных норм времени, т.е. того времени, которое необходимо для выполнения операции. Для серийного производства Т_шт.к. определяется из размера партии по следующей формуле:

Т_шт.к.=Т_шт+

где Т_шт - штучное время, мин;

Т_пз - подготовительно-заключительное время, мин

n - количество деталей в партии, шт

n=

где N -годовой объем выпуска, шт;

253 - количество рабочих дней в году;

5 - количество дней хранения заготовки на складе;

n==198шт

Рассмотрим нормирование операции 010.

Для токарных работ основное время определяется по формуле:

Т₀=



где L - длина рабочего хода инструмента;

n - частота вращения шпинделя, об/мин

S₀ - подача на оборот шпинделя, мм/об

L=l+l₁+l₂

где l - длина обрабатываемой поверхности, мм

l₁ - величина врезания инструмента, мм;

l₂ - величина перебега инструмента, мм;

1) Переход 1: l=12мм, l₁=l₂=1мм

L₁=12+1+1=14мм

Т₀==0.1 мин

2) Переход 2:

L₂=12.5+28+5+1+1=47.5мм

Т₀==0.23 мин

3) Переход 3:

L₃=10+1+1=12мм

Т₀==0.1 мин

4) Переход 4:



L₄=30+1+1=32мм

Т₀==0.26 мин

Т_0общ=0.1+0.23+0.1+0.26=0.69мин

Вспомогательное время: Т_всп=0.45 мин

Оперативное время Т_оп определяется по формуле:

Т_оп= Т₀+ Т_всп

Т_оп=0.69+0.45=1.14мин

Штучное время определяется по формуле:

Т_шт= Т₀+Т_всп+Т_тех+Т_орг+Т_отд

где Т_тех - время технического обслуживания, мин

Т_орг - время организационного обслуживания, мин

Т_отд - время отдыха, мин

Т_тех= Т_орг=5% Т_оп=0.057мин

Т_отд=10% Т_оп=0.114мин

Т_шт=0.69+0.45+0.057+0.057+0.114=1.368мин

Т_шт.к.=1.368+=1.398мин

2.6.5 Определение разряда работ и квалификации исполнителей

Таблица 2.12 - Профессия и разряд исполнителей для серийного производства

Наименование операции	Профессия	Разряд
Токарная	Токарь-расточник	5
Протяжная	Протяжник	4
Зубофрезерная	Зуборезчик	4
Шлифовальная	Шлифовщик	5
Слесарная	Слесарь	3
Контрольная	Контролер	4
Промывочная	Мойщик	2



3. Конструкторский раздел

3.1 Выбор базовой конструкции

В этом разделе разрабатывается приспособление для внутришлифовальной операции, которая применяется при шлифовании осевых отверстий цилиндрических зубчатых колес. За базу принимаем рабочие поверхности зубьев, что позволяет достигать точной соосности отверстия и зубчатого венца. Устанавливают и закрепляют зубчатые колеса в специальные мембранные патроны.

3.2 Описание конструкции приспособления

механический обработка деталь

Для данного случая используется самоцентрирующийся мембранный патрон. В качестве установочных элементов применяют ролики. В мембранных патронах точное центрирование колеса обеспечивается кулачками упругой мембраны с привернутыми сухарями. Осевую установку колеса производят по упорам. При извлечении зубчатого колеса, шток прогибает мембрану, и кулачки расходятся.

При отводе штока мембрана выпрямляется и зубчатое колесо закрепляется. Колесо устанавливают в патрон с надетой на него обоймой, несущей ролики. На чертеже №3 показан мембранный патрон с шестью кулачками для установки цилиндрических зубчатых колес при шлифовании отверстия. Эти патроны обеспечивают высокую точность центрования колес, надежны в эксплуатации и просты в изготовлении.



3.3 Точностной расчет приспособления

При конструировании мембранного патрона рассчитывают диаметра ролика и расстояние между осями ролика и патрона.

где R₁ - радиус окружности выступов колеса, мм;

R₂ - радиус от оси зубчатого колеса до точки касания ролика с профилем зуба колеса,мм;
В данной формуле радиус R₁ задан, радиус R₂ принимают равным радиусу окружности выступов, уменьшенному на 1-2 мм, угол б определяется из формулы:

где Z - число зубьев,

S - толщина зуба по дуге делительной окружности, мм

полученное значение округляем и принимаем d=5мм.



3.4 Расчет силы зажима

Для обеспечения зажима пневмоцилиндром определяем коэффициент запаса К_зап.

Определяем необходимую силу затяга для обрабатываемой заготовки:

W_п=P_z•К_зап

где P_z - составляющая силы резания, Н

W_п=450•1.8=810Н

Определяем расчетный диаметр пневмоцилиндра

D_п=

где P - давление в системе,

D_п==51.2мм

Принимем стандартный диаметр D=52мм

Определяем действительную силу зажима:



W_п=0.785•D²_п•P•з=0.785•52²•0.4•0.85=721.7 Н

Определяем время срабатывания пневмоцилиндра:

Т_с=

где l_х - ход поршня;

d₀ - диаметр воздуховода;

V_c - скорость подачи воздуха;

Т_с==0.28 сек.



Заключение

В данном курсовом проекте разработан технологический процесс изготовления детали «зубчатое колесо» .

Произведен расчет и выбор способа получения заготовки, нормирование технологических операций, расчет припусков и определение размеров заготовки, проведен анализ технологичности конструкции детали. В конструкторской части произведен расчет приспособления, расчет диаметра поршня, расчет силы зажима.

Оптимальные режимы резания на операциях соответствуют техническим характеристикам станков и общепринятым технологическим нормативам.



Список использованных источников

механический обработка деталь

1.Иллюстрированный определитель деталей общемашиностроительного назначения.

2.Справочник технолога-машиностроителя в 2-х томах. Т.2. под редакцией А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова - 4-е изд. Переработанное и дополненное - М.: машиностроение, 1985, 496 с, ил.

3.Обработка металлов резанием. Справочник технолога под общей редакцией А.А. Панова - М.: Машиностроение, 1988 - 736 с, ил.

4.Терешкова Т.Ф. Основы конструирования приспособлений - М.: Машиностроение, 1980 - 119 с, ил

5.Добрыднев И.С. Курсовое проектирование по предмету «Технология машиностроения» - М.: Машиностроение , 1985 - 184 с, ил.

6.Болотин Х.Л. Костромин Ф.П. Станочные приспособления - М.: Машиностроение, 1973 - 344 с.

7.Егоров М.Е. «Технология машиностроения» учебник для ВТУЗов - М.: высшая школа, 1976 - 534 с, ил.

8.Султан-заде Н.М., Преображенская Е. В. Содержание, организация выполнения и проведения защит дипломных проектов (работ). Методические указания для студентов, обучающихся по специальности 151001. - М.: МГУПИ, 2007. 70 с.

Размещено на Allbest.ru

...