Проектирование вал-шестерни

Состав оборудования цеха выплавки стали и последовательность технологического процесса. Расчет и проектирование механизма передвижения платформы машины подачи кислорода в конвертер. Разработка технологического процесса изготовления вал-шестерни.

Рубрика Производство и технологии
Вид дипломная работа
Язык русский
Дата добавления 21.03.2019
Размер файла 1,3 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Используя таблицы стандартов, находим необходимые для расчетов размеры (Табл. 1 Прил.) [2].

Сила затяжки, при которой эквивалентное напряжение в стержне болта равно от для болта М16:

Рисунок 8. Затяжка болтов

Момент завинчивания:

Tзав = 0,5Fd2 [(Dср /d2) f = 0,5 23116 14.701 [(13/14.701) 0,15 + tg (3°24'+9°50') =58220 Н мм.

Здесь принято:

dотв = d + 0.5 = 16,5 мм; Dср = 0,5 (9,5 + 16,5) = 13 мм.

Приведенный коэффициент трения в резьбе:

fпр = /cos(y) = 0,15/cos30° = 0,173.

Угол трения:

= arctg (fпр) = arctg (0,173) = 9°50 '.

Сила, приложенная к гаечному ключу:

Fк=Tзав/l = 58220/240.

Выигрыш в силе Fзат/Fк = 23116/243 =95 раза.

Напряжения в резьбе при F=Fзат(z=5-число рабочих витков гайки)

Касательные напряжения среза (высота гайки 5 мм; коэффициент полноты треугольной резьбы 0,87; коэффициент неравномерности нагрузки по виткам резьбы 0,6).

= 23116/(3,14 13,835 5 0,87 0,6) = 78 МПа.

Результаты расчетов сведены в таблицу 5.

Таблица 5. Результаты расчетов

Силовые параметры при затяжке болтов до напряжения эк=200Мпа (сталь10)

М16

Сила затяжки Fзат, Н

23116

Момент завинчивания Тзав, Нм

58.22

Сила на ключе Fк, Н

243

Выигрыш в силе Fзат/Fк

95

Напряжения смятия в резьбе, , МПа

69

Напряжения среза в резьбе, , МПа

78

Человек может приложить к ключу силу Fк до 200 Н. Из результатов расчета видно, что нагрузочную способность болтов большого диаметра (больше М16) трудно использовать полностью. Напряжения смятия не превышают напряжений среза , а допускаемые напряжения [ ] в два раза больше [. При этом прочность крепежных резьб по более чем в два раза превышает прочность по.

4. Разработка технологического процесса изготовления вал-шестерни

4.1 Описание конструкции и назначения детали

Деталь «Вал - шестерня» представляет собой часть современной высокоточной машины и требует при изготовлении соблюдения многих норм и правил для обеспечения требуемого качества.

«Вал - шестерня» входит в состав механических передач и предназначена для передачи крутящего момента. Деталь устанавливается на опорах (подшипниках качения) и, в процессе работы, вращается вокруг своей оси. Основной рабочей частью вала-шестерни является зубчатое эвольвентное зацепление с прямыми зубьями. Число зубьев равно 14, модуль 10. Зубья шестерни испытывают максимальные нагрузки при работе зацепления. Нагрузка подается на полумуфту, которая устанавливается на поверхности диаметром 65 мм. Передача вращающего момента от полумуфты на вал осуществляется через шпонку, установленную на этой поверхности. Для этого выполнен шпоночный паз длиной 90 мм, шириной 18 мм и глубиной 7 мм. Следовательно, конструкция детали и качество поверхностей, полученное при изготовлении, должны обеспечить надежную работу детали без заедания и поломок.

В связи со сказанным выше, наиболее ответственными поверхностями на детали являются шейки диаметром 75 мм под установку подшипников, посадочная поверхность под полумуфту и зубчатое зацепление.

Для изготовления детали выбрана конструкционная легированная сталь 40X по ГОСТ 4543-71. Данная сталь широко применяется в машиностроении для изготовления деталей зубчатых зацеплений и на практике показала высокие эксплуатационные качества.

Химический состав стали 40Х представлен в таблице 6.

Таблица 6. Химический состав стали 40Х

С

Si

Mn

S

P

Ni

Cr

Не более

0,36 - 0,44

0,17 - 0,37

0,2 - 0,5

0,025

0,025

0.3

0,3-1,1

Механические свойства стали 40Х представлены в таблице 7.

Таблица 7. Механические свойства стали 40Х

у т МПа

увр МПа

д s%

Ш%

Дж/см3

HB

не менее

800

1000

10

45

60

230…260

4.2 Технологический контроль чертежа

Заданием определен мелкосерийный тип производства. До разработки технологического процесса обработки детали требуется осуществить технологический контроль чертежа детали. Во время проведения технологического контроля чертежа детали подлежит проверке:

- принципиальная возможность изготовления детали;

- достижение требуемых точности и шероховатости;

- контроль всех параметров после изготовления;

- наличие необходимых технологических поверхностей для установки, обработки, выхода инструмента и т.д.

Все указанные выше процессы следует проверить по рабочему чертежу детали, т.к. чертеж детали должен давать полное представление о назначении и возможностях изготовления детали.

Также чертеж детали позволяет получить представление о:

- точности взаимного расположения поверхностей;

- точности формы поверхностей;

- точности выполнения размеров.

Оценивая предлагаемый чертеж по представленным выше параметрам можно отметить следующее:

- шероховатость после механической обработки указана для всех поверхностей;

- назван применяемый материал и его качество;

- не вызывает сомнения возможность изготовления детали и достижения требуемых чертежом точности и шероховатости;

- в допустимых пределах находятся отклонения формы и взаимного расположения поверхностей.

Вместе с тем, для предлагаемой детали можно отметить следующие технологические замечания: не все размеры на чертеже имеют указанные предельные отклонения, в связи с этим на чертеже дополнительно вводим надпись в технические условия.

«Неуказанные предельные отклонения линейных размеров: охватывающих по H14; охватываемых - по h14; остальных - в пределах ± IT14/2», это означает, что те размеры, отклонения для которых не указаны на чертеже должны иметь допуск в пределах половины допуска по 14 квалитету точности.

Материал, используемый для изготовления детали, соответствует требованиям, предъявляемым по прочности. В связи с этим возможно сделать вывод, что вариантов для дальнейшего упрощения нет.

4.3 Анализ технологичности конструкции изделия

К конструкции изделия одновременно с техническими требования, предъявляются технологические и производственные требования. Наряду с этим конструкция изделия должна отвечать отдельным его составляющим (деталям, компонентам, материалам и пр.) и изделию в целом, так как это обеспечивает изготовление изделия с минимальными трудозатратами (трудоемкостью) на каждой стадии его производства. В этом случае изделие является технологичным.

Внедрению на предприятии нового изделия в производство предшествует процесс тщательного анализа конструкции изделия и технологического процесса. Эти процессы дают возможность оценить степень подготовленности конструкции изделия к внедрению в производство. Тщательный анализ выполняется способом поэлементного анализа конструкции изделия, его деталей, сборочных компонентов, материалов на возможность и целесообразность выполнения дискретных операций ориентации деталей в пространстве и во времени, подачи их в рабочие органы, базирования (установки) в рабочей позиции, съема, послеоперационного транспортирования. Принимая во внимание вышесказанное выполнение основных технологических операций, является обоснованным и оправданным.

Критериями оценки являются: строение (конфигурация), физико-математические свойства поверхности и сечение, сцепляемость, абсолютные размеры и их соотношения, специфические свойства детали и др. Свойства каждой конкретной детали взаимосвязаны и находятся в единой связи и совместно определяют ее качественную характеристику. Данная деталь является недостаточно технологичной для мелкосерийного производства, т.к. потребует больших припусков при изготовлении заготовки, что в свою очередь потребует достаточного большого объема обработки на металлорежущих станках. И как следствие деталь будет иметь относительно высокую себестоимость изготовления. Снизить припуски не представляется возможным, т.к. поковка, для данных размеров детали, будет наиболее приемлемой, но технология свободной ковки с применением подкладных штампов может обеспечить только такие припуска.

Анализ технологичности конструкции изделия позволяет сделать вывод, что для кардинального решения вопроса и создания высокотехнологичной детали необходима полная конструкторская переработка всей сборочной единицы с тем, чтобы уменьшить механическую обработку.

4.4 Обоснование выбора заготовки. Расчет объема и массы заготовки и детали

Для данной детали рассмотрим два способа получения заготовки:

- Заготовка из горячего проката по ГОСТ 2590-80.

- Заготовка-поковка методом свободной ковки с применением подкладных штампов.

Для окончательного определения способа получения заготовки рассчитаем чистовую массу детали и сравним ее с массой заготовки по двум вариантам.

Чистовая масса детали определена чертежом - 17,4 кг.

Вариант 1:

Эскиз заготовки из проката представлен на рисунке 9.

Рисунок 9. Эскиз заготовки из проката

При использовании заготовки из горячекатаного проката наружный диаметр с учетом припуска (см. табл. 110 с. 170 [5]) принимаем 170 мм, длину 304 мм, тогда масса заготовки определяется по формуле (4.1):

(4.1)

где µ - плотность стали.

Вариант 2:

Эскиз заготовки из поковки представлен на рисунке 10.

Рисунок 10. Эскиз заготовки из поковки

Объем поковки определяем по формуле (4.2):

(4.2)

где V1, V2, V3, V4 - объемы отдельных частей заготовки, которые определяем по формуле (4.3):

(4.3)

Массу заготовки определяем по формуле (4.4):

, (4.4)

Стоимость изготовления заготовки методом свободной ковки определятся по формуле (4.5):

(4.5)

где Q - масса заготовки;

q - масса готовой детали;

С - стоимость 1 т базовой заготовки, 25000 руб./т;

Коэффициенты, зависящие от:

kt - класса точности поковки, принимаем 1 для нормальной точности;

km - материала, для стали принимаем 1;

kc - класса точности, для 2 класса принимаем 0,84;

kb - массы, для веса от 20 до 40 кг принимаем 1,5;

kn - объема производства, для 2 группы серийности принимаем 1;

Sотх - цена отходов, принимаем 1250 руб./т или 1,250 руб./кг.

Подставляем в формулу (4.5):

Стоимость изготовления заготовки из проката определяется по формуле (4.6):

Sзаг = М + ?Соз, (4.6)

где М - затраты на материал, руб.;

оз - себестоимость отрезки заготовки, руб.;

Затраты на материал можно определить по формуле (4.7):

(4.7)

где Q - масса заготовки - 54,3 кг;

S - цена 1 кг заготовки - принимаем 20000 руб./т или 20 руб./кг;

q - масса готовой детали - 17,4 кг;

Sотх - цена отходов - принимаем 1250 руб./т или 1,25 руб./кг.

М = 54,320 - (54,3 - 17,4) 1,25 = 1039,875 руб.

Себестоимость отрезки заготовки рассчитать по формуле (4.8):

Соз = Спз Тшт, руб., (4.8)

где Спз - приведенные затраты для резки, принимаем 58,28 руб./час

Тшт - штучное время на резку проката, можно рассчитать по формуле (4.9):

Т = 0,19L103, мин, (4.9)

где L - длина реза, мм.

Т = 0,19(4342+4642) 10-3 = 3,41 мин. = 0,056 часа.

Подставим в формулу (4.8):

Соз = 58,280,056 = 3,264 руб.

Тогда, подставив значения в формулу (4.5) будем иметь себестоимость изготовления заготовки:

Sзаг = М + ?Соз = 1039,875+3,264 = 1043,139 руб.

Необходимо также учесть, что объем механической обработки для варианта №2 будет в несколько раз больше. Следовательно, выбираем заготовку - поковку.

4.5 Расчет припусков на обработку

Расчет минимального припуска на механическую обработку выполним для поверхности детали - Ш75К6, при шероховатости Rа3,2.

Для получения указанной точности и шероховатости по рекомендациям (см. [3] с. 18, табл. 8) необходимо четыре технологических перехода: точение - черновое и чистовое, шлифование - предварительное и чистовое.

Расчет проводим по формулам расчетно-аналитического метода определения припусков.

Припуска определяем по формуле (4.10):

(4.10)

где Rzi-1 - значение высоты микронеровностей поверхности на предыдущем переходе;

Ti-1 - значение глубины дефектного слоя поверхности на предыдущем переходе;

сi-1 - суммарное значение пространственного отклонения на предыдущем переходе;

оy - погрешность установки заготовки на выполняемом переходе.

Значения Ti-1 и Rzi-1 выбираем по с. 19, [9]:

В рассматриваемом случае:

На поверхности штампованной заготовки при массе от 2,5 до 25 кг:

Rzi-1 = 150; Ti-1 = 250,

Далее по с. 20, [9]:

после черновой обработки лезвийным инструментом:

Rzi-1 = 100; Ti-1 = 100,

после чистовой обработки лезвийным инструментом:

Rzi-1 = 30; Ti-1 = 30,

после шлифования чернового:

Rzi-1 = 10; Ti-1 = 20,

после шлифования чистового:

Rzi-1 = 5; Ti-1 = 10.

Для определения пространственного отклонения заготовки выбираем следующую формулу с. 22, [9] (4.11):

(4.11)

где скор - коробление поковки (для поковок типа валов коробление равно кривизне стержня);

Для определения кривизны стержня формула (4.12)

(4.12)

где ?кр - удельная кривизна стержня (можно выбрать по табл. 13 с. 186, [4]) - 1 мкм на 1 мм длины заготовки;

L - длина половины заготовки.

Тогда,

ссм - смещение утолщения относительно оси стержня (можно выбрать по табл. 13, с. 186, [4]). ссм = 0,25 мм;

сц - погрешность зацентровки поковки; можно определить по формуле (4.13):

мм, (4.13)

где д - допуск на базовую поверхность при зацентровке, мм;

Принимаем д = 3 мм (14 квалитет на диаметре 170 мм).

Тогда,

Подставляем выбранные значения в формулу (4.11):

Для определения значений пространственных отклонений после механической обработки используем формулу 3 и таблицу 3, с. 8, [9] (4.14):

, (4.14)

где сост - значения остаточных пространственных отклонений после механической обработки, мм;

сзаг - суммарное значение пространственного отклонения заготовки, мм; (определенно выше = 1,63 мм);

Кy - коэффициент уточнения: для чернового точения - 0,06; для чистовой обработки - 0,04; для шлифования - 0,02.

Подставляем выбранные значения в формулу (4.14):

В качестве схемы установки наружной поверхности вала на всех переходах используем схему установки в центрах.

Погрешность установки заготовки на выполняемом переходе рассчитывается по формуле 8 с. 9 [9] (4.15):

(4.15)

где оy - погрешность установки заготовки;

об - погрешность базирования;

оз - погрешность закрепления.

Погрешность базирования для диаметральных размеров при данной схеме установки детали на станке будет равна нулю. Следовательно, погрешность установки будет равна погрешности закрепления. При установке в центрах погрешность закрепления будет равна просадке центров под действием зажимного усилия. По таблице 9, с. 104 [8] находим, что оy = 140 мкм (базовая поверхность - центровое отверстие с диаметром 6 мм).

В связи с тем, что схема установки на всех переходах одна и та же, установочная база обработке не подвергается, то оy будет одинакова на всех переходах обработки.

Определяем припуски по формуле (4.10):

Припуск на чистовое шлифование после предварительного:

2Z1 = 2?(10+20+v652+1402) = 368 мкм.

Припуск на шлифование после чистового точения:

2Z1 = 2?(30+30+v652+1402) = 429 мкм.

Припуск на чистовое точение после чернового:

2Z2 = 2?(100+100+v982+1402) = 742 мкм.

Припуск на черновое точение:

2Z3 = 2?(150+250+v16302+1402) = 4072 мкм.

Определяем допуски на технологических переходах:

Допуск после чистового шлифования (окончательный):

д1 = 19 мкм,

Допуск после предварительного шлифования:

д1 = 30 мкм,

Допуск на шлифование после чистового точения по таблице 8 с. 17 [13]:

д2 = 50 мкм,

Допуск на чистовое точение после чернового по той же таблице 8:

д3 = 170 мкм,

Допуск на черновое точение по той же таблице 8:

д3 = 620 мкм.

Расчет диаметра заготовки начинаем с расчета размеров детали:

Минимальный (расчетный) наружный размер вала:

d1min = 75,00+0,002 = 75,002 мм.

Максимальный размер вала:

d1max = 75,00+0,021 = 75,021 мм (верхнее отклонение +0,021).

Следовательно, минимальные (расчетные) размеры вала по переходам:

после чернового шлифования:

d1min = 75,002+0,368+0,19 = 75,389 мм ? 75,4 мм,

после чистового точения:

d2min = 75,389+0,429+0,030 = 75,848 мм ? 75,8 мм,

после чернового точения:

d3min = 75,848+0,742+0,050 = 76,64 мм ? 76,6 мм,

Заготовки:

d4min = 76,64+4,072+0,17 = 80,882 мм ? 80,9 мм.

Следовательно, максимальные размеры детали можно определить, прибавляя к минимальным (округленным) размерам, найденные допуска:

d1max = 75,002+0,019 = 75,021 мм,

d2max = 75,389+0,030 = 75,419 мм,

d3max = 75,848+0,05 = 75,898 мм,

d4max = 76,64+0,17 = 76,81 мм,

dmax = 80,882+0,62 = 81,502 мм.

Рассчитаем предельные размеры припусков:

2Z1min = 75,389-75,021 = 0,368 мм,

2Z1max = 75,389-75,002 = 0,387 мм,

2Z2min = 75,848-75,419 = 0,429 мм,

2Z2max = 76,848-75,389 = 0,459 мм,

2Z3min = 76,64-75,898 = 0,742 мм,

2Z3max = 76,64-75,848 = 0,792 мм,

2Z4min = 80,882-76,81 = 4,072 мм,

2Z4max = 81,502-76,64 = 4,862 мм.

Общие припуски для заготовки:

2Zmin = 80,882-75,021 = 5,762 мм,

2Zmax = 81,502-75,002 = 6,5 мм.

Номинальный диаметр заготовки принимаем 81,3 мм, тогда с учетом рассчитанных допусков - Ш81,3

Для удобства рассмотрения сводим все приведенные числа в таблицу 8.

Расчет припусков на наружный размер вала-шестерни - Ш75К6 на рисунке 11.

4.6 Разработка технологического маршрута

Составляем план-маршрут обработки поверхностей детали.

В качестве заготовки применим поковку методом свободной ковки с применением подкладных штампов. Данный метод получения заготовок способствует получению достаточно высокой производительности при относительном приближении формы заготовки к форме детали. В качестве общих соображений по построению технологического процесса следует иметь в виду следующее.

Таблица 8. Припуски и допуска на обработку

Технологические переходы обработки поверхностей

Элементы припуска, мкм

Расчетный припуск 2Zmin

мкм

Расчетный Размер dp, мм

Доп кд мкм

Предельные размеры, мм

Предельные значения припусков, мкм

Rzi-1

Ti-1

сi-1

оy

dmin

dmax

пр

2Zmin

пр

2Zmах

Заготовка

150

250

1630

-

5762

80,882

620

80,882

81,502

5,593

6,33

Черновое точение

50

50

98

140

4072

76,64

170

76,64

76,81

4,072

4,692

Чистовое точение

30

30

65

140

742

75,848

50

75,848

75,898

0,724

0,792

Шлифование черновое

10

20

32

140

429

75,389

30

75,389

75,419

0,429

0,459

Шлифование чистовое

5

15

-

140

368

75,002

19

75,002

75,021

0,368

0,387

Рисунок 11. Схема припусков и допуков Ш75К6

По принципу постоянства баз целесообразнее всего на всех операциях технологического процесса иметь одну и туже базу, что способствует получению максимальной точности. В связи с этим на первой операции проводим обработку чистовой базы - центровых отверстий. В целях сокращения времени обработки операцию осуществляем на фрезерно-центровальном полуавтомате. Названный станок имеет две позиции - фрезерную и центровальную, что позволяет значительно повысить производительность обработки.

На следующих операциях проводим черновое и чистовое обтачивание детали. Обработку наружных поверхностей в данном случае удобнее всего проводить на обычном токарном станке.

Для обработки зубьев используется метод обката на обычном зубофрезерном станке. На данной операции деталь устанавливается в центрах вертикально и червячной фрезой обрабатывают все зубья шестерни сразу. Метод позволяет с высокой точностью и производительностью выполнять нарезание зубчатых колес.

А для обработки шпоночной канавки используем обычный вертикально-фрезерный станок. Этот метод способствует получению высокой точности, полностью исключающей ручную пригонку при сборке. Это имеет большое значение в серийном производстве т.к. дополнительные ручные работы на сборке дают значительное повышение себестоимости и удлинение цикла изготовления изделия.

Для получения высокой твердости на наружной поверхности проводим термическую обработку до твердости НВ 230…260. После термообработки наружные поверхности шлифуем до достижения шероховатости Rа = 3,2, используем серийный круглошлифовальный станок.

В целом технологический процесс отражен в таблице 10 и эскизах обработки (графическая часть).

4.7 Выбор оборудования

На фрезерно-центровальной операции выбираем серийный станок, фрезерно-центровальный модели ЕМ 535М, имеющий следующие технические характеристики в таблице 9.

На токарной черновой и чистовой операциях применяем токарно-винторезный станок 16К20Ф3 со следующими техническими характеристиками в таблице 10:

Таблица 9. Технические характеристики станка ЕМ 535М

Класс точности

Н

Наибольшие размеры обработки штучных заготовок:

Максимальный Ш, мм

Длина, мм

100

1000

Частота вращения шпинделя, об/мин

12,5 - 2000

Продольная подача суппорта, мм/мин

0,05 - 2,8

Поперечная подача суппорта, мм/мин

0,025 - 1,4

Мощность электродвигателя главного привода

10 кВт

Габаритные размеры:

длина, мм

ширина, мм

высота, мм

3200

2160

2400

Таблица 10. Технические характеристики станка 16К20Ф3

Класс точности

Н

Наибольшие размеры обработки штучных заготовок:

Наибольший диаметр изделия, устанавливаемого над станиной

Наибольший диаметр обрабатываемого изделия над суппортом

Наибольшая длина устанавливаемого изделия в центрах

500

220

1000

Частота вращения шпинделя, об/мин

12,5 - 2000

Продольная подача суппорта, мм/мин

3 - 1200

Поперечная подача суппорта, мм/мин

1,5 - 600

Мощность электродвигателя главного привода

10 кВт

На зубофрезерной операции применяем станок зубофрезерный вертикальный для цилиндрических колес 5К32 со следующими техническими характеристиками в таблице 11.

На фрезерной операции применяем вертикально-фрезерный станок 6Р12 со следующими техническими характеристиками в таблице 12.

Таблица 11. Технические характеристики станка 5К32

Класс точности

Н

Наибольший Ш обрабатываемой заготовки, мм

800

Наибольший модуль обрабатываемых колес

10

Длина зуба нарезаемого колеса, мм

350

Частота вращения фрезы, об/мин

40 - 310

Подача суппорта, мм/об

осевая

радиальная

тангенциальная

08 - 5,0

0,25 - 1,5

0,15 - 2,9

Мощность электродвигателя главного привода

7,5 кВт

Габаритные размеры:

длина, мм

ширина, мм

высота, мм

2660

1450

2000

Таблица 12. Технические характеристики станка 6Р12

Класс точности

Н

Размеры рабочей поверхности стола:

длина, мм

ширина, мм

1250

400

Частота вращения шпинделя, об/мин

50 - 2500

Поворот фрезерной головки, град.

±45

Рабочая подача стола, мм/об (мм/мин)

продольная

поперечная

40 - 2000

8 - 400

Мощность электродвигателя главного привода

10 кВт

Габаритные размеры:

длина, мм

ширина, мм

высота, мм

2395

1745

2000

4.8 Выбор режущего инструмента

Для выполнения фрезерно-центровальной операции применяем следующий режущий инструмент:

- Фреза торцевая насадная со вставными ножами Ш200 T15K6 ГОСТ9473-71.

- Сверло центровочное Р18 ГОСТ 14952-77.

На токарных операциях (черновой и чистовой) применяем однотипный инструмент:

- Резец упорный отогнутый правый Т15К10 ГОСТ 18870-73.

- Резец проходной отогнутый правый Т30К4 ГОСТ 18870-73.

Для фрезерования шпоночной канавки применяем фрезу концевую шпоночную с режущей частью из твердого сплава ВК-6 по ГОСТ 6396-88/

На зубофрезерной операции применяем фрезу червячную однозаходную по ГОСТ 9324-80/

Для обработки на шлифовальной операции применяем круг шлифовальный электрокорундовый на керамической связке Ш 300; Ширина Н=25 ГОСТ 19202-80. Марка ПП 300х25х127 - Э95-К-СМ1 - по ГОСТ 4785-64

Технологический процесс изготовления детали представлен в таблице 13.

Таблица 13. Технологический процесс изготовления детали

Номер или

обозначение

Наименование и содержание операции (установка, переход)

Оборудование (наименование, модель, мощность, особенности)

Приспособление, вспомогательный инструмент.

Режущий Инструмент (наименование, материал, размер, количество)

операции

установки

позиции

переход

00

1

Заготовительная

Заготовка - поковка

00

Термическая

Нормализация

0100

А

1

2

Фрезерно-центровальная

Установить в призмах по черной базе (Ш)

Фрезеровать одновременно

оба торца заготовки, выдерживая размер 298±1 мм

Сверлить два

центровых отверстия;

глубина сверления 10 мм

Сверлить

Фрезерно-центровальный станок ЕМ535М (max (Ш) 75, max L=1000); мощность 8,5/9,5 кВт

Установочные Призмы с пневматическим зажимом

Фреза торцевая

Насадная со

вставными

ножами Ш200

Т15К6 ГОСТ

9473-71

Сверло

центровочное

ГОСТ 14952-77

0 015

А

Б

1

2

3

4

5

6

7

Токарная черновая

Установить в центрах с

базой на центровые

отверстия, закрепить в

патроне

Точить начерно пов. 1 Ш70

до Ш66 на длине L=105;

Точить начерно пов. 2 Ш75

до Ш71 на длине L=28;

Точить начерно пов. 3 Ш80

до Ш76 на длине L=25;

Точить окончательно пов. 4 Ш90 в размер Ш85-0,5 на длине L=18-0,4;

Точить начерно пов. 5 Ш165

до Ш161 на длине L=80;

Открепить, перевернуть

деталь на 1800, установить в

центрах, закрепить в

патроне

Точить начерно пов. 6 Ш80

до Ш76 на длине L=25;

Точить окончательно пов. 7 Ш90 в размер Ш85-0,5 на длине L=18-0,4;

Снять деталь со станка

Токарно-винторезный станок 16К20Ф3 (max (Ш) 400, max L=1000); мощность 10 кВт

Патрон трехкулачковый пневматически, центра гладкие

Резец упорный

отогнутый

правый Т15К10

ГОСТ 18870-73

0 020

А

1

2

3

4

5

6

7

Токарная чистовая

Установить на

Центровые отверстия

Точить начисто пов. Ш66

до размера Ш65,5 на длине L=105;

Подрезать фаску 1Ч45 на Ш66

Точить начисто пов. Ш71

до размера Ш70,5 на длине L=27;

Точить начисто Ш76

до размера Ш75,5 на длине L=25;

Подрезать фаску 1Ч45 на Ш75,5

Точить начисто пов. 5 Ш161

до Ш160,5 на длине L=80;

Подрезать две фаски 1Ч45 на Ш160,5

Токарно- винторезный станок 16К20Ф3 (max (Ш) 400, max L=1000); мощность 10 кВт

Патрон поводковый центра гладкие

Резец проходной

отогнутый правый Т30К4 ГОСТ 18870-73

Б

8

9

Открепить, перевернуть деталь на 1800, установить в центрах, закрепить в патроне

Точить начисто Ш76 до размера Ш75,5 на длине L=25;

Подрезать фаску 1Ч45 на Ш75,5

Снять деталь со станка

025

А

Фрезерная

Установить в специальное приспособление с базой на центровые отверстия

Фрезеровать шпоночный паз 18 на длине L=90-0,87

Снять деталь со станка

Вертикально - фрезерный станок 6Р12

Специальное приспособление для установки детали

Фреза концевая шпоночная ВК-6 Ш 18 ГОСТ 6396-88

030

А

1

Зубофрезерная

Установить вертикально в центрах с базой на центровые отверстия

Фрезеровать зубья Z=14, m=10

Снять деталь со станка

Зубофрезерный станок 5К32

Центра гладкие

Фреза червячная

035

Термическая

Термообработка

HRC38…43; h=2…3 мм

040

А

1

2

3

4

Круглошлифовальная

Установить в центрах с базой на центровые отверстия

Шлифовать Ш65е8 L=105;

Шлифовать Ш75К6 L=25;

Шлифовать Ш70f8 L=27;

Шлифовать Ш75К6 L=25.

Снять деталь со станка

Круглошлифовальный станок 3М132 мощность 7,5 кВт

Патрон поводковый центра гладкие

Круг шлифовальный электрокорундовый на керамической связке Ш300 ширина H=25 ГОСТ 19202-80

045

Контрольная

Стол контрольный

Разработанный технологический процесс построен на использовании универсального оборудования приспособлений и инструментов. Это дает возможность снизить затраты и сократить цикл подготовки производства. В серийном производстве все затраты, связанные с изготовление и подготовкой специального оборудования, приспособлений, инструментов и т.п. окупаются существенным повышением производительности труда.

В данной работе проведены необходимые расчеты по обоснованию выбора припусков и выполнен чертеж для штампованной заготовки, расчеты основного (машинного) и штучно-калькуляционного времени, составлен технологический процесс, произведен выбор необходимого технологического оборудования, приспособлений и инструмента для изготовления детали указанной в задании курсового проекта. Проведена оценка технико-экономической эффективности спроектированного техпроцесса.

Как показывает технико-экономический анализ, спроектированный технологический процесс отвечает основным требованиям, предъявляемым к инженерным технологическим разработкам. Коэффициент использования материала заготовки находится на достаточно высоком уровне для серийного производства. Это говорит о том, выбранная заготовка приближена по конфигурации к конечной детали и механическая обработка заготовки будет минимальной. Также на высоком уровне находятся коэффициенты использования оборудования по времени. Для серийного производства это хорошие показатели, что говорит о высокой степени применения станков с ЧПУ, снижающих долю вспомогательного и подготовительно-заключительного времени.

Вместе с тем, загрузка станков по мощности находится на низком уровне. Это связано с использованием серийных универсальных станков, которые крайне сложно подобрать точно по мощности. В реальном серийном производстве этот коэффициент, как правило, еще ниже, потому что используют только те станки, которые фактически имеются в производстве.

4.9 Расчет силы и мощности резания

Операция 010. Фрезерно-центровальная

Поз. 1. Фрезерование торцов.

Сила резания при фрезеровании может быть определена по формуле (4.16):

(4.16)

где Ср, хр, ур, up, wp, qp - коэффициенты, определяются по таблице (табл. 39, с. 445 [1].)

Ср=825; хр=1,0; yp=0,75; up=1,1; wp=0,2; qp=1,3;

t - глубина резания - 3 мм;

B - ширина резания - 80 мм;

D - диаметр фрезы - 200 мм;

n - число оборотов фрезы - 70 1/мин;

Кр - поправочный коэффициент на силу резания - 0,62 (табл. 21 и 22 с. 430 [1].).

Подставив в формулу (4.16), получим:

Крутящий момент на шпинделе станка рассчитываем по формуле (4.17):

(4.17)

где Pz - сила резания, Н;

D - диаметр фрезы - 200 мм.

Подставив в формулу (4.17), получим:

Мощность резания рассчитываем по формуле (4.18):

(4.18)

где v - скорость резания, м/с.

Подставив в формулу (4.18), получим:

Таким образом, на фрезерной операции максимальная мощность будет 0,57 кВт, что меньше мощности станка (10 кВт).

Поз.2. Центрование.

Крутящий момент на шпинделе станка рассчитываем по формуле (4.19):

М=СмDqSy, Нм, (4.19)

где См, q, y - коэффициенты, определяются по таблице 31, с. 436 [1].

CM=0,0345; q=2; y=0,8;

S - подача - 0,1 мм/об;

D - диаметр сверла - 6,3 мм.

Подставив в формулу (4.19), получим:

М=0,03456,320,10,8=11 Нм.

Мощность резания определяем по формуле (4.20):

(4.20)

где n - число оборотов сверла = 1500 1/мин.

Подставив в формулу (4.20), получим:

Таким образом, на сверлильной операции максимальная мощность будет 0,27 кВт, что меньше мощности станка (10 кВт).

Операция 015. Токарная черновая

На токарной черновой максимальное усилие будет на переходе 4 (припуск 2,5 мм)

Сила резания при точении может быть определена по формуле (4.21):

(4.21)

где Сp,х, у, np - коэффициенты, определяются по таблице (табл. 20, с. 429 [1].)

Ср = 300; хр =1,0; yp = 0,75; np = -0,15;

t - Глубина резания - 2,5 мм;

S - Подача - 0,7 мм/об;

V - Скорость резания - 130 м/мин;

n - Число оборотов фрезы - 70 1/мин;

Кр - Поправочный коэффициент на силу резания равен 1.

Подставив в формулу (4.21), получим:

Мощность резания определяем по формуле (4.22):

(4.22)

где v - скорость резания, м/с;

Подставив в формулу (4.22), получим:

Таким образом, на токарной черновой операции максимальная мощность будет 7 кВт, что меньше мощности станка (10 кВт).

Операция 020. Токарная чистовая

Аналогично токарной черновой максимальное усилие будет при черновой обработке наружной поверхности, но значительно меньше по абсолютной величине (припуск 0,2 мм).

Подставив в формулу (4.21), получим:

Подставив в формулу (4.22), получим:

Таким образом, на токарной черновой операции максимальная мощность будет 2,1 кВт, что меньше мощности станка (10 кВт).

Операция 025. Фрезерная

Сила резания при фрезеровании может быть определена по формуле (4.23):

(4.23)

Подставив в формулу (4.23), получим:

Крутящий момент на шпинделе станка может быть определена по формуле (4.24):

(4.24)

где Pz - сила резания, H;

D - диаметр фрезы - 18 мм.

Подставив в формулу (4.24), получим:

Мощность резания определяется по формуле (4.25):

(4.25)

где v - скорость резания, м/с.

Подставив в формулу (4.25), получим:

Таким образом, на фрезерной операции максимальная мощность будет 3,2 кВт, что меньше мощности станка (10 кВт).

Операция 030. Зуборезная

На зубофрезерной операции при нарезании зубьев червячной фрезой мощность резания определяют по формуле (4.26):

N=CNVmxSyDuZq10-3KN, (4.26)

где CN, y, x, u, q, KN, - постоянная и коэффициенты (табл. 67 с. 463 [1])

принимаем CN=124, y=0,9, x=1.7, u=-1, q=0, KN=1

V м/мин - скорость резания, V=100 м/мин;

m - модуль нарезаемого колеса, m=10;

S мм/об - подача, S=2 мм/об;

D мм - диаметр фрезы, D=140 мм;

Z - число зубьев, Z=14.

Подставим значения в формулу (4.26):

N=124100101,720,9140-114010-31 = 7,1 кВт.

Таким образом, на зуборезной операции максимальная мощность будет 7,1 кВт, что меньше мощности станка (7,5 кВт).

Операция 040. Круглошлифовальная

Эффективная мощность N, необходимая для шлифования определяется по формуле (4.27):

N=CNVrtxSydq,кВт, (4.27)

где С, r, x, y, q - коэффициенты. C=1,3; r=0,75; x=0,85; y=0,7; q=0,2.

V - скорость вращения детали равна 8,2 м/мин;

t - глубина шлифования, 0,01 мм/дв. ход;

S - продольная подача, 30 мм;

d - обрабатываемый диаметр детали, 75 мм.

Подставляем значения в формулу (4.27):

N=1,38,20,750,010,85300,7750,2 = 0,94 кВт.

Таким образом, на круглошлифовальной операции максимальная мощность будет 0,94 кВт, что меньше мощности станка (7,5 кВт).

Вместе с тем, загрузка станков по мощности находится на низком уровне. Это связано с использованием серийных универсальных станков, которые крайне сложно подобрать точно по мощности. В реальном серийном производстве этот коэффициент, как правило, еще ниже, потому что используют только те станки, которые фактически имеются в производстве.

5. Расчет и проектирование червячной фрезы

5.1 Описание видов и конструкций червячных фрез

Червячные фрезы применяют для черновой и чистовой обработки цилиндрических зубчатых колес наружного зацепления с прямыми, косыми, винтовыми и шевронными зубьями, червячных колес и колес внутреннего зацепления. Конструктивно, по способу крепления, фрезы могут быть концевые и насадные. Последние устанавливаются при обработке на оправках. Зуборезные фрезы изготавливаются цельными или сборными, т.е. фреза может быть представлена в виде совокупности закрепленных на цилиндрической поверхности гребенок, либо в виде червяка, витки которого превращены в зубья, путем прорезания поперечных канавок так, что образуются, передние углы г и затылованием зубьев для получения задних углов б.

По типу основного червяка фрезы могут быть звольвентные, конволютные и архимедовы.

Червячные фрезы по ГОСТ 9324-80 изготавливаются трех типов и пяти классов точности.

Классы точности (по мере убывания точности) - ААА, АА, А, В, С

ААА - особо прецизионный класс точности - для нарезания колес 5-6 степеней точности;

АА - прецизионный класс точности - для нарезания колес 7 степени точности;

А - для нарезания колес 8 степени точности;

В-для нарезания колес 9 степени точности;

С - для нарезания колес 10 степени точности;

Тип I - фрезы цельные, прецизионных классов точности ААА, АА с модулями m = 1-10 мм;

Тип II - фрезы цельные, общего назначения, классов точности А, В, С, модулей m = 1-12 мм;

Тип III - фрезы сборные, общего назначения, классов точности А, В, С, модулей m = 8 - 25 мм;

Предварительную обработку выполняют черновыми червячными фрезами, у которых передний угол y = 5…70, а толщина зуба меньше, чем у чистовых на величину припуска. Окончательную обработку осуществляют чистовыми фрезами с y = 0 и размерами по ГОСТ 9324-80Е.

Червячные фрезы могут работать с осевой, радиальной, диагональной и тангенциальной подачей. В последнем случае фрезы снабжаются режущей частью, длиной, равной двум осевым шагам фрезы и с углом конуса 20 -300.

5.2 Расчет исходных геометрических параметров

Материал заготовки: сталь 40Х;

Материал изготовления фрезы: сталь Р6М5;

Твердость HRC 62…66.

Для расчета фрезы необходимы геометрические параметры обрабатываемых колес:

Торцовый модуль определяем по формуле (5.1):

(5.1)

при в = 0; mt = mn1 = 10 мм.

Делительный диаметр шестерни определяем по формуле (5.2):

d1 = mtz1, мм, (5.2)

d1 = 1014 = 140 мм.

Диаметр окружности выступов шестерни определяем по формуле (5.3):

dа1 = d1+2mn1, (5.3)

dа1 = 140+2?10 = 160 мм.

Диаметр окружности впадин шестерни определяем по формуле (5.4):

df1 = d1-2,4mn1, (5.4)

df1 = 140-2,4?10 = 116 мм.

Профильный угол в торцевом сечении определяем по формуле (5.5):

(5.5)

при в1 = 0; б t1 = б n1 = 200.

Радиус основного цилиндра определяем по формуле (5.6):

(5.6)

Толщина зуба шестерни в сечении, нормальном к винтовой линии на делительном цилиндре (задана на чертеже) определяете по формуле (5.7):

(5.7)

Высота зуба шестерни определяем по формуле (5.8):

h = 2.2m, (5.8)

h = 2.210 = 22 мм.

Высота головки и ножки зуба шестерни определяем по формулам (5.9), (5.10):

h' = m, (5.9)

h' = 10 мм,

h» = 1.2m, (5.10)

h» = 1.210 = 12 мм.

5.3 Основные конструктивные и расчетные размеры фрезы

Выбор угла профиля и числа заходов фрезы

Модуль фрезы mn0 принимаем равным модулю нарезаемой шестерни mn1.

Угол профиля фрезы бn0 принимаем равным углу профиля нарезаемой шестерни бn1:

бn0 = бn1 = 200.

Число заходов фрезы определено заданием и равно:

Z10 = 2.

В связи с тем, что двухзаходные фрезы дают значительную погрешность, их применяют только в качестве черновых (для предварительной обработки). Следовательно, будем проектировать черновую фрезу.

Определение конструктивных размеров фрезы.

Предварительно наружный диаметр, диаметр внутреннего отверстия и длину фрезы выбираем по ГОСТ 9324-80:

Deu = 160 мм,

dBH = 50 мм,

L = 200 мм,

Буртик принимаем шириной 4 мм.

Расчетное число зубьев для чистовой фрезы находится по формуле (5.11):

(5.11)

(5.12)

Для черновых фрез число зубьев принимается несколько меньше - по рекомендациям табл. 7.3 с. 143 [1]:

Расчет размеров зубьев фрезы в нормальном сечении к ее виткам

Нормальный шаг зубьев фрезы определяется по формуле (5.13):

(5.13)

.

Ход зубьев по нормали определяется по формуле (5.14):

(5.14)

мм.

Расчетная толщина зуба по нормали определяется по формуле (5.15):

- (Sn1 + ДS), (5.15)

где Sn1 - толщина зуба шестерни в сечении, нормальном к винтовой линии на делительном цилиндре, Sn1 = 15,7 мм;

ДS - величина припуска под последующую обработку. Принимаем ДS = 0,26.

Тогда:

Расчетная высота головки зуба фрезы:

Для черновой фрезы необходимо добавить: 1/3?с, где с - радиальный зазор.

с = 0,2m, мм, (5.16)

с = 0,210 = 2 мм.

следовательно,

Высота ножки зуба определяется по формуле (5.17):

(5.17)

Высота зуба фрезы определяется по формуле (5.18):

(5.18)

Радиус закруглений на головке и ножке зуба определяется по формуле (5.19):

(5.19)

Падение затылка (затылование) К: см. с. 80 [5]

Для Deu = 160 К = 7 мм.

Определение расчетных размеров фрезы.

Задний угол при вершине принимаем, бВ = 100;

Передний угол принимаем, г = 0;

Диаметр начальной окружности для фрез с нешлифованным профилем определяется по формуле (5.20):

(5.20)

Угол подъема витков фрезы на начальной окружности определяется по формуле (5.21):

(5.21)

ym0 = 8,7700 = 80 46'.

где a = 2 - число заходов фрезы;

Шаг по оси между двумя витками определяется по формуле (5.22):

(5.22)

Ход витков фрезы определяется по формуле (5.23):

(5.23)

Угол наклона стружечных канавок принимаем равным углу подъема витков:

лm0 = гm0.

Тогда шаг стружечных канавок определяется по формуле (5.24):

(5.24)

Диаметр посадочного отверстия для чистовых однозаходных фрез общего назначения может быть подсчитан по формуле:

d0= 14,21h0.373 = 45,0 мм.

Для двухзаходных фрез следует увеличить на одну ступень по нормальному ряду для повышения прочности и жесткости оправки, следовательно, окончательно принимаем:

d0 = 50,0 мм.

Диаметр окружности впадин должен быть не менее (5.25):

(5.25)

Проверяем наружный диаметр по формуле (5.26):

(5.26)

мм,

160 ? 137,5.

Условие выполняется.

Радиус закругления дна стружечной канавки принимаем:

r0 = 2, мм.

Шпоночный паз принимаем по ГОСТ 23360-78:

(для диаметра 50 - паз 14Ч9).

Для облегчения посадки фрезы на оправку в нем делают выточку глубиной 1 мм и длиной 60 мм.

Диаметр проточки в отверстии определяется по формуле (5.27):

(5.27)

Глубина стружечной канавки определяется по формуле (5.28):

Н = h0 + K + r, мм, (5.28)

5.4 Выбор станка

Производим выбор станка исходя из следующих соображений:

- мощность и кинематические возможности станка должны обеспечивать возможность оптимальной обработки;

- рабочая зона станка должна соответствовать габаритам разработанной фрезы.

Для определения мощности необходимой для резания разработанной фрезой необходимо выбрать режимы резания.

Скорость резания, м/мин. - определяем по формуле (5.29):

(5.29)

где Cv - постоянная, выбирается по таблице 59 с. 46, [11];

µ, Yv, Xv - показатели степени, выбираются по таблице 59 с. 46, [11];

T - период стойкости фрезы, мин., принимаем 120 мин.;

Cv = 350; µ = 0,33; Yv = 0,5; Xv = 0,1; Kv = 1,0;

S - подача по табл. 53 с. 45, [3]; S = 2;

m - модуль нарезаемого колеса, m = 10.

Подставляем значения в формулу (5.29):

Число оборотов фрезы определяется по формуле (5.30):

(5.30)

Мощность необходимая для зубофрезерования находится по формуле (5.31):

(5.31)

где CN - постоянная, выбирается по таблице 67 с. 46, том 2. [11];

YN, XN, UN, qN - показатели степени, выбираются по таблице 67 с. 46, [3];

Z - число зубьев нарезаемого колеса, Z = 14;

V - скорость резания, м/мин., V = 40,6;

S - подача, по табл. 53 с. 45, [11];

m - модуль нарезаемого колеса, m = 10;

CN = 175, YN = 0.9, XN = 1.0, UN = 1.1, qN = 0.

Подставляем значения в формулу (5.31):

По полученным данным подбираем станок.

Зубофрезерный станок модели 53А80Н.

Универсальный зубофрезерный станок предназначен для фрезерования цилиндрических прямозубых, косозубых и червячных колес в условиях единичного и серийного производства. Нарезание зубчатых колес производится по способу обкатки червячной фрезой обрабатываемой заготовки. Станок работает по замкнутому полуавтоматическому циклу и по циклу наладки.

Технические характеристики станка 53А80Н представлены в таблице 14.

Таблица 14. Технические характеристики станка 53А80Н

Технические характеристики

Параметр

Значение

Максимальный диаметр нарезаемых колес, мм

800

Максимальный модуль нарезаемых зубьев, мм

10

Минимальное число нарезаемых зубьев

8

Диаметр стола, мм

630

Максимальный угол наклона зубьев нарезаемых колес, град

+/ - 45

Расстояние между осями стола и фрезы, мм

80 - 500

Расстояние от плоскости стола до оси фрезы, мм

195 - 595

Максимальные размеры установленной червячной фрезы, мм:

длина

200

диаметр

200

Максимальное вертикальное перемещение суппорта, мм

400

Конус отверстия фрезерного суппорта (Морзе)

5

Максимальное осевое перемещение фрезы, мм

100

Частота вращения фрезерного шпинделя, об/мин

40 - 405

Подача, мм/мин:

вертикальная

0,75 - 7,5

радиальная

0,22 - 2,25

Мощность электродвигателя главного привода, кВт

8; 10; 12.5

Габаритные размеры станка, мм:

длина

2897

ширин...


Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.