Разработка оптимального технологического процесса производства детали "Вал"

БОЛЬШАЯ ЛЕНИНГРАДСКАЯ БИБЛИОТЕКА - РЕФЕРАТЫ - Разработка оптимального технологического процесса производства детали "Вал"

Разработка оптимального технологического процесса производства детали "Вал"

Министерство образования РФ

Тольяттинский государственный университет

Машиностроительный факультет

Кафедра: "Технология машиностроения"

Практическое задание

по курсу "Технология машиностроения"

Студент: Мисюра К.В.

Тольятти 2001.

Содержание

Введение

Анализ исходных данных

1.1 Служебное назначение и условия работы детали

1.2 Систематизация поверхностей

1.3 Анализ технологичности детали

1.3.1 Технологичность заготовки

1.3.2 Технологичность общей конфигурации

1.3.3 Технологичность базирования и закрепления

1.3.4 Технологичность обрабатываемых поверхностей

1.4 Формулировка задач курсовой работы

Выбор стратегии разработки ТП

Выбор и проектирование заготовки

3.1 Выбор метода получения заготовки

3.2 Выбор методов обработки поверхностей

3.3 Расчет припусков на обработку

3.4 Проектирование заготовки

Разработка технологического маршрута и схем базирования

4.1 Разработка технологического маршрута

4.2 Выбор баз

Выбор средств технологического оснащения.

5.1 Выбор оборудования

5.2 Выбор приспособлений

5.3 Выбор режущего инструмента

6. Расчет режимов резания

6.1 Расчет времени

Используемая литература

Введение

Основу технологической подготовки производства составляет разработка оптимального технологического процесса (ТП), позволяющего обеспечить выпуск заданного количества изделий данного качества в установленные сроки с наименьшими затратами.

Важной частью разработки ТП обработки детали является разработка технологического маршрута, т.е. определение операций ТП и последовательности их выполнения.

Цель работы - обеспечение заданного выпуска детали «Вал» заданного качества с наименьшими затратами путем разработки оптимального технологического маршрута его механической обработки.

1. Анализ исходных данных

Задача раздела - на базе анализа технических требований к детали определить задачи курсовой работы, которые необходимо решить для достижения цели работы, сформулированной о введении.

1.1. Служебное назначение и условия работы детали

Деталь вал, чертеж 01ТМ, является ведомым валом тихоходной ступени двухступенчатого коническо-цилиндрического редуктора и предназначен для передачи крутящего момента посредством шпоночного паза. Вал установлен в однорядных радиально-упорных роликоподшипниках в корпусе редуктора.

Вал работает в средненагруженном режиме в условиях действия радиальной знакопеременной сосредоточенной нагрузки, осевой нагрузки и крутящего момента.

1.2. Систематизация поверхностей

Все поверхности детали на эскизе нумеруем и систематизируем по их назначению:

- исполнительные поверхности (ИП), выполняющие служебные функции вала- передачу крутящего момента - боковые поверхности шпоночного паза-12.

- основные конструкторские базы (ОКБ), определяющие положение вала в редукторе - цилиндрические подшипниковые шейки: 7, 11, и торцовые поверхности: 3 и 4.

- вспомогательные конструкторские базы (ВКБ), определяющие положение присоединяемых деталей - цилиндрическая поверхность 9, торцевая поверхность 13, поверхность шпоночного паза 12.

- свободные поверхности (С), не сопрягающиеся с другими деталями: поверхности 1, 2, 5, 6, 8, 10,14.

Таблица 1.1.

Анализ исходных данных.

2) выбрать оптимальный метод получения заготовки, рассчитать припуски на обработку и спроектировать заготовку;

3) разработать технологический маршрут, выбрать схемы базирования заготовки и составить план обработки;

4) выбрать средства технологического оснащения (СТО) ТП - оборудование, приспособления, режущие инструменты, средства контроля;

5)разработать технологические операции - определить их содержание, рассчитать режимы резания и нормы времени. Решению этих задач и посвящены следующие разделы работы.

2. Выбор стратегии разработки ТП.

Задача раздела - в зависимости от типа производства выбрать оптимальную стратегию разработки ТП - принципиальный подход к определению его составляющих (показателей ТП), способствующих обеспечению заданного выпуска деталей заданного качества с наименьшими затратами.

Тип производства - крупносерийное - определен заданием. Согласно рекомендациям принимаем следующую стратегию разработки ТП:

1) В области организации ТП:

Вид стратегии - последовательная, в отдельных случаях циклическая; линейная, в отдельных случаях разветвленная; жесткая, в отдельных случаях адаптивная.

Фома организации ТП - переменно - поточная.

Повторяемость изделий - периодическая партиями.

2) В области выбора и проектирования заготовки:

Метод получения заготовки - прокат или штамповка.

Выбор методов обработки - по таблицам с учетом коэффициентов удельных затрат КУД.

Припуск на обработку незначительный.

Метод определения припусков - укрупненный по таблицам, в отдельных случаях расчет по переходам.

3) В области разработки технологического маршрута:

Степень унификации ТП - разработка ТП - маршрутный ТП, в отдельных случаях - маршрутно-оперативный ТП.

Принцип формирования маршрута - экстенсивная, в отдельных случаях интенсивная концентрация операций.

Обеспечение точности - работа на настроенном оборудовании, с частичным применением активного контроля.

Базирование - с соблюдением принципа постоянства баз и по возможности - принципа совмещения баз.

4) В области выбора средств технологического оснащения (СТО).

Оборудование - универсальное(одношпиндеольные полуавтоматы, револьверные группы станков, многошпиндельный станок и т.д.) в том числе с ЧПУ, используется с периодической переналадкой.

Приспособления - универсальные, стандартные, универсально-сборные, в отдельных случаях специальные.

Режущие инструменты - стандартные, в отдельных случаях специальные и специализированные инструменты и оснастка.

Средства контроля - универсальные, в отдельных случаях модернизированные.

5) В области проектирования технологических операций:

Содержание операций - по возможности одновременная обработка нескольких поверхностей, исходя из возможностей оборудования.

Загрузка оборудования - периодическая смена деталей на станках.

Коэффициент закрепления операций Кзо=1…10.

Расстановка оборудования - типам и размерам станков, местами по последовательно по этапам обработки заготовки.

Настройка станков - по измерительным инструментам и приборам, либо работа без предварительной настройки, по промерам.

6) В области нормирования ТП:

Определение режимов резания - по общемашиностроительным нормативам, в отдельных случаях - по эмпирическим формулам.

Нормирование - укрупненное по опытно-статическим нормам, в отдельных случаях - детальное пооперационное.

Квалификация рабочих - не очень высокая.

Технологическая документация - маршрутно-операционные карты.

3. Выбор и проектирование заготовки

Задача раздела - выбрать методы получения заготовки и обработки поверхностей вала, обеспечивающие минимум суммарных затрат на получение заготовки и ее обработку, рассчитать припуски на обработку и спроектировать заготовку.

3.1 Выбор метода получения заготовки

Для детали типа «Валы» средней сложности из стали для крупносерийного производства целесообразно применить в качестве заготовки прокат или горячую штамповку. Для окончательного выбора метода получения заготовки выполним сравнительный экономический анализ. Расчет ведем согласно методике (1):

Для проката:

Sзаг = М + УСо.з. = 7,24+0,21=7,45

где М - затраты на материал заготовки, УСо.з. - технологическая себестоимость операций правки, калибрования прутков, нарезки их на штучные заготовки:

= 250*5/6000 = 0,21

где Спз = 250 коп/ч-приведенные затраты на рабочем месте коп./ч;( по данным приведенным в таблицах: резка заготовок диаметром до 140 мм на ножницах сортовых модели 1838-1629; резка на отрезных станках, работающих дисковыми пилами,-121; правка на автоматах - 200-250 коп/ч.

Тшт(ш-к) = 5 мин. - штучное или штучно-калькуляторное время выполнения заготовительной операции (правки, калибрования, резки и др.);

Затраты на материал определяются по массе проката, требующегося на изготовление детали, и массе сдаваемой стружки. При этом надо учитывать стандартную длину прутков и отходы в результате некратности длины заготовок этой стандартной длине:

М = QS - (Q-q) * Sотх / 1000 = 52,7*0,15-(52,7-29)*28/1000 = 7,24

Где Q = 52.7 - масса заготовки,кг; S = 0,150 - цена 1кг.материала заготовки, руб.;q = 29 - масса готовой детали, кг.; Sотх = 28 - цена 1 т отходов,руб.

Q = Мдет / Км = 29/0,55 = 52,7 кг.

Где: М - масса готовой детали;

Км - коэффициент использования материала.

Для штамповки или литья:

Sзаг = (С*Q*Кт*Кв*Кс*Км*Кп/1000) - (Q-q)*Sотх/1000 =

= (150*52,7*0,78*1,2*1*1*1,13/1000) - (52,7-29)*28/1000 = 7,7

Исходя из данных расчетов, можно сделать вывод, что получение заготовки методом проката более выгодно, чем получение заготовки штамповкой.

1) Вычерчиваем контур детали. На этом же эскизе вычерчиваем контуры заготовки из проката (в масштабе).

2) Определяем ориентировочно припуск на обработку 2Z

3.2 Выбор методов обработки поверхностей

Методы обработки и их последовательность назначаем в соответствии с рекомендациями [6], при этом учитываем, что:

1) кроме указанных переходов необходимо, согласно требованиям чертежа вала, ввести термообработку (ТО) - закалку с отпуском;

2) вал - деталь нежесткая, поэтому в процессе термообработки возможно его коробление и снижение точности на 1 квалитет;

3) обработку вала до ТО экономически целесообразно производить методами лезвийной обработки, а после ТО - методами абразивной обработки.

Выбор методов начинаем с самой точной поверхности. Такими поверхностями являются шейки под подшипники, поверхности 7 и11.

Определяем, что для поверхностей 7 и 11 (6 квалитет точности, шероховатость Ra=0,63 мкм) могут быть применены следующие варианты последовательности методов обработки

Таблица 3.1.

Варианты обработки поверхностей

В табл. 3.1 обозначено

Т - точение черновое;

Тп - точение получистовое;

Тч - точение чистовое;

Тт - точение тонкое;

Ш - шлифование черновое;

Шп - шлифование получистовое;

Шч - шлифование чистовое;

ТО - термообработка.

Рядом с обозначением метода обработки в скобах указан квалитет точности, получаемый на данном переходе.

Оптимальный вариант обработки выбираем по минимуму суммарных удельных затрат, характеризуемых суммой Куi всех переходов данного варианта. При этом поскольку переходу Т(12) и ШЧ(6), а так же ТО присутствуют во всех вариантах обработки, их из расчета исключаем.

Из табл. 3.1. видно, что минимальный коэффициент удельных затрат Ку=8,9 соответствует варианту № 1. Принимаем для обработки шеек под подшипник следующую последовательность обработки:

Т(12; 12,5)-ТП(10; 6,3)-Тч(8;3,2)-Тт(6;1,25)-ТО(7)-ШЧ(6; 0,63).

Полученным выше результатом воспользуемся для назначения методов обработки других поверхностей.

Свободные шейки: 6, 8, 10 и торцы: 1, 2, 5 и 13:

Т(12; 12,5)-ТО(13).

Канавки:16 и 15 и торцы: 3 и 4:

Т(12;12,5)-Тп(10;6,3)-Тч(8;3,2)-Тт(6;1,25)-ТО(7)

5) Определяем предельные значения припусков на обработку для каждого перехода, кроме 0 и ТО.

Минимальное значение припусков определяем по формуле:

.

Здесь и далее индекс i относится к данному переходу, i-1 - к предыдущему переходу, i+1 - к последующему переходу.

Максимальное значение припуска определяем по формуле [4]

.

Значения Zmin и Zmax заносим в графы 8 и 9 табл. 3.3., округляя их в сторону увеличения до того знака после запятой, с каким задан допуск на размер для данного квалитета точности. В строках, соответствующих переходам 0 и ТО, делаем прочерк.

5) Определяем среднее значение припуска для каждого перехода по формуле:

.

Значение Zср заносим в графу 10 табл. 3.3.

6) Определяем предельные размеры для каждого перехода по формулам [4]:

;

.

Расчет начинаем с последнего, 5-ого перехода, для которого на чертеже задан размер 90. Поскольку маршрут содержит термообработку-закалку с отпуском, примем во внимание увеличение размеров при переходе аустенита в мартенсит на 0,1% т.е. d(ТО-1)min=dТОmin·0,999.

7) Находим средний диаметр на каждом переходе по формуле:

.

Значения заносим в графу 13 табл. 3.3.

8) Определяем общий припуск на обработку по формулам:

= 1,23*2 = 2,46 мм,

= 6,5*2 = 13 мм,

= 2*3,865 = 7,73мм;

Принимаем припуск на обработку равным 8 мм.

Таблица 3.3

3.4 Проектирование заготовки

С учетом того, что при выборе метода получения заготовки было определено, что наименьшим суммарным затратам соответствует заготовка из проката, то принимаем заготовку со значением диаметра = 113 мм. округляем это значение до большего стандартного, т.е. 120 мм.

4. Разработка технологического маршрута и схем базирования

Задача раздела - разработать оптимальный маршрут, т.е. такую последовательность операций, которая обеспечит получение из заготовки готовой детали с наименьшими затратами. При этом необходимо разработать такие схемы базирования заготовки на каждой операции, которые обеспечивают минимальную погрешность обработки.

4.1 Разработка технологического маршрута

Будем разрабатывать технологический маршрут на базе типового техпроцесса, что обеспечит его более высокое качество при сокращении времени разработки.

1) На первой операции будем обрабатывать поверхности заготовки, которые на последующих операциях будут использовать в качестве технологических баз. Такими поверхностями являются торцы вала, поверхности 1 и 5, и центровые отверстия, поверхности 17 и 18.

2) Весь ТП разделим на две части: обработка лезвийным инструментом до термообработки и обработка абразивным инструментом после термообработки. До ТО следует подрезать торцы, 1 и 5, обточить вал и профрезеровать шпоночный пазы 12 и 14. После ТО остается шлифовать шейки 11, 9, 7, 6 и торцы 4, 3.

3) Наиболее точные поверхности будем обрабатывать в конце ТП. В нашем случае целесообразно в конце ТП выполнить шлифование шеек 7 и 11.

Присваиваем операциям номера:

1 - фрезерно-центровая;

2 - токарная черновая;

3 - токарная черновая;

4 - токарная получистовая;

5 - токарная получистовая;

6 - токарная чистовая;

7 - токарная чистовая;

8 - токарная тонкая;

9 - токарная тонкая

10 - фрезерная;

11 - центрошлифовальная;

12 - центрошлифовальная;

13 - шлифовальная чистовая.

14 - шлифовальная чистовая.

Таблица 4.1.

Анализируем маршрут на предмет возможного объединения или разделения операций. Считаем целесообразным объединить фрезерование торцов 1 и 5 и сверление центровых отверстий 17 и 18 в одну фрезерно - центровальную операцию.

Окончательно принимаем маршрут обработки:

010. фрезерно-центровальная

020. токарная (Т,Тп,Тч,)

030. токарная (Тч)

040. фрезерная

050. термообработка

060. центрошлифовальная

070. шлифовальная (Шч).

4.2 Выбор баз

На операциях 20, 30, 70 в качестве технологических баз используем центровые отверстия 17 и 18, торец 1 (при первом установе) или торец 2 (при втором установе). При фрезеровании в качестве баз используем шейки вала 7 и 11, т.к. располагаем вал в самоцентрирующем патроне.

На центрошлифовальной операции в качестве тройной опорной базы при обработке отверстия 18 используем центровое отверстие 17, при обработке 17 - отверстие 18.

На 10 операции - ось и торец поверхности 5.

5. Выбор средств технологического оснащения

Задача раздела - выбрать для каждой операции ТП такое оборудование, приспособление, режущий инструмент (РИ) и средства контроля, которые бы обеспечили выпуск деталей заданного качества и количества с минимальными затратами.

5.1. Выбор оборудования

При выборе типа и модели металлорежущих станков будем руководствоваться следующими правилами:

1) Производительность, точность, габариты, мощность станка должны быть минимальными достаточными для того, чтобы обеспечить выполнение требований предъявленных к операции.

2) Станок должен обеспечить максимальную концентрацию переходов на операции в целях уменьшения числа операций, количества оборудования, повышения производительности и точности за счет уменьшения числа перестановок заготовки.

3) Оборудование должно отвечать требованиям безопасности, эргономики и экологии.

Если для какой-то операции этим требованиям удовлетворяет несколько моделей станков, то для окончательного выбора будем проводить сравнительный экономический анализ. Выбор оборудования проводим в следующей последовательности:

1) Исходя из формы обрабатываемой поверхности и метода обработки, выбираем группу станков.

2) Исходя из положения обрабатываемой поверхности, выбираем тип станка.

3) Исходя из габаритных размеров заготовки, размеров обработанных поверхностей и точности обработки выбираем типоразмер (модель) станка. Данные по выбору оборудования заносим в табл.

Выбор технологического оборудования

5.2 Выбор приспособлений

При выборе приспособлений будем руководствоваться следующими правилами [2] :

1) Приспособление должно обеспечивать материализацию теоретической схемы базирования на каждой операции с помощью опорных и установочных элементов.

2) Приспособление должно обеспечивать надежное закрепление заготовки обработке.

3) Приспособление должно быть быстродействующим.

4) Зажим заготовки должен осуществляться, как правило, автоматически.

5) Следует отдавать предпочтение стандартным, нормализованным, универсально-сборным приспособлениям, и только при их отсутствии проектировать специальные приспособления. Исходя из типа и модели станка и метода обработки, выбираем тип приспособления.

Выбор приспособления будем производить в следующем порядке:

1) Исходя из теоретической схемы базирования и формы базовых поверхностей, выбираем вид и форму опорных, зажимных и установочных элементов.

2) Исходя из расположения базовых поверхностей и их состояния (точность, шероховатость), формы заготовки и расположения обрабатываемых поверхностен выбираем конструкцию приспособлений.

3) Исходя из габаритов заготовки и размеров базовых поверхностей, выбираем типоразмер приспособления. После расчета режима резания (разд. 6) определим силы резания, по значению которых рассчитываем силу зажима, достаточную для обеспечения надежного закрепления.

Учитывая передаточный коэффициент усиления, определим усилие и мощность привода. Сравним эти значения с характеристиками приспособления. Если силы зажима или мощность превосходят допустимые значения, то выбираем более мощное приспособление.

5.3 Выбор режущего инструмента

При выборе РИ будем руководствоваться следующими правилами:

1) Выбор инструментального материала определяется требованиями, с одной стороны, максимальной стойкости, а с другой минимальной стоимости.

2) Следует отдавать предпочтение стандартным и нормализованным инструментам. Специальный инструмент следует проектировать в крупносерийном и массовом производстве, выполнив предварительно сравнительный экономический анализ.

3)При проектировании специального РИ следует руководствоваться рекомендациями по совершенствованию РИ.

Выбор режущего инструмента (РИ) будем производить в следующем порядке:

1) Исходя из типа и модели станка, расположения обрабатываемых поверхностей и метода обработки, определяем вид РИ.

2) Исходя из марки обрабатываемого материала, его состояния и состояния поверхности, выбираем марку инструментального материала.

3) Исходя из формы обрабатываемой поверхности, назначаем геометрические параметры режущей части (форма передней поверхности, углы заточки, радиус при вершине).

4) Исходя из размеров обрабатываемой поверхности, выбираем конструкцию инструмента, его типоразмер и назначаем период стойкости Т.

Выбор режущего инструмента

Используемая литература

Марочник сталей и сплавов под ред. В.Т. Сорокина - М.: Машиностроение, 1989 г.

Гордеев А.В. Упрощенная методика выбора метода получения заготовки. - ТолПИ, 1996 г. - 9 с.

Гордеев А.В. Определение припусков на обработку. - ТолПИ, 1999г.- 16с.

Справочник металлиста, Т.3, Кн.2. Машизд, 1958 г. - 204 с.

Гордеев А.В. Техпроцесс обработки детали. Методическое пособие к курсовому проекту. - ТолПИ, 1991 г. - 32 с.

Гусев А.А. и др. Технология машиностроения - М.: Машиностроение, 1986 г. - 480 с.

Справочник технолога-машиностроителя в 2-х томах. Т.2. Под ред. А.Г. Косиловой - М.: Машиностроение, 1985 г. - 496 с.

Дьячков В.Б. и др. Специальные металлорежущие станки. - М.: Машиностроение, 1983 г. - 288 с.

Справочник инструментальщика. Под ред. И.А. Ординарцева - Л.: Машиностроение, 1987 г. - 846 с.

Барановский Ю.В. и др. Режимы резания металлов: Справочник - М.: НИИТАвтопром, 1995 г. - 456 с.

Горбацевич А.Ф., Шкред В.А. Курсовое проектирование по технологии машиностроения: Учебное пособие. - Мн.: Выш. шк., 1983 г. - 256 с

Альбом образцов чертежей технологических наладок. Методические указания к курсовому и дипломному проектированию для студентов специальности 1201,1202:-Тольятти 1994г.