Спроектировать механический участок изготовления детали Вал

Введение
Объектом исследования является деталь «вал». Для повышения производительности и качества выпускаемого изделия в рамках данной работы предполагается разработка ряда работ.
В связи с созданием и использованием гибких производственных комплексов механической обработки резанием в настоящее время в машиностроении особое значение приобрели станки с числовым программным управлением. Системы автоматического управления станком позволяют обеспечить автоматизацию технологического процесса изготовления детали с любой конфигурацией. Преимущества систем числового программного управления очевидны – это возможность обработки за одну операцию множества поверхностей заготовки без смены технологических баз, что ведёт к повышению точности обработки, возможность относительно быстрой переналадки системы на обработку другой детали. Все эти факторы делают станки, оснащённые системами числового программного управления, незаменимыми на производствах мелкосерийного и серийного типа.
Целью дипломного проекта является:
Разработка технологического процесса изготовления детали «вал».
Выбор оборудования, инструмента, оснастки.
Разработка комплекта технологической документации.
Проектирование станочного приспособления, режущего инструмента и калибр скобы.
Проектирование механического участка изготовления детали «Вал»

 
1 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1.1 Назначение и анализ технологичности конструкции детали
Деталь «Вал» является телом вращения, изготавливается из Сталь 45 ГОСТ 1050-2013.
Изучаемая деталь предназначена для передачи крутящего момента вдоль осевой линии. При работе вал нагружен продольными и поперечными силами.
Конструкция изделия представляет собой тело вращения, максимальный диаметр составляет 36 мм, длина 210 мм, масса 1,22 кг. Деталь изготавливается в объеме 70 000 шт. при двухсменном режиме работы предприятия.
Для передачи крутящего момента на валу предусмотрен шпоночный паз. На средней части вала предусмотрены лыски, на концевой части детали присутствует резьба М24х1,5-7Н.
Сведения о твердости детали в технических требованиях отсутствуют, что свидетельствует об отсутствии дополнительной термообработки детали.
Наиболее точные поверхности детали – наружная цилиндрическая поверхность диаметром 30h6 с параметром шероховатости Ra1,6 мкм.
В качестве материала для изготовления детали вал используется конструкционная сталь 45 ГОСТ 1050-2013. Данный материал иметь очень широкое применение и используется для изготовления осей, волов, вал-шестерен, плунжеров, штоков, болтов, полуосей.
Таблица 1.1
Химический состав стали
C(%) Si(%) Mn(%) S(%) P(%) Ni(%) Cr(%)
не более
0,37-0,45 0,17…0,37 0,50…0,80 0,035 0,035 до 0,25 до 0,25

Таблица 1.2
Механические свойства стали
σТ, МПа σВ, МПа δ5,% ψ,% αн, Дж/см2 НВ (не более)
не менее горячекатаной отожженной
360 610 16 40 50 241 197

1.2 Анализ технологичности детали
Чертеж детали содержит необходимые виды, дающие полное предоставление о детали. По своей конструкции деталь имеет большинство поверхностей открытых и доступных для обработки. На основании имеющихся данных можно сделать вывод о технологичности изделия:
- вал жесткий: l/d = 210/36=5,83, при токарной обработке необходимо поджимать задним центром);
- конфигурация детали простая, это облегчает выбор заготовки;
- расположение ступеней не вызывает затруднений при механической обработке, нет труднодоступных поверхностей;
- поверхности вала являются удобными базами для проведения токарной и фрезерной обработки;
- контроль параметров изделия может производиться стандартным универсальным контрольно-измерительным инструментом.
Количественный анализ.


 
Таблица 1.3
Расчет детали на количественную технологичность
Наименование
поверхностей Кол-во
Поверхнос-тей Кол-во унифицирован-ных
поверхностей Квалитет
точности Параметр шерохова-тости
Торцы 5 5 14 12.5
Цилиндрическая поверхность 2 2 6 1,6
Цилиндрическая поверхность 5 3 14 12,5
Ласка 1 1 14 2,5
Фаска 2 2 14 12,5
Резьба 1 1 7 12,5
Шпоночный
Паз 1 1 9 6,3
Боковая пов-ть 1 0 14 12,5
Всего: 17 14

Коэффициент унификации элементов
К_у=Q_уэ/Q_э >0,6
где Q_уэ= количество унифицированных элементов;
Q_э= количество поверхностей.
К_у=14/17=0,82
т.к <0,6 ,конструкция не технологична
Коэффициент точности обработки:
К_тч=1-1/А_ср >0,8
где А_ср – средний коэффициент точности
А_ср=А_ni/А_n1
где А_ni- число размеров соответствующего квалитета;
А_n1- число квалитетов
А_ср=(14*14+9*1+7*1+6*1)/(17)=12,8
К_тч=1-1/12,8=0,92
По данному коэффициенту деталь технологична.
Коэффициент шероховатости: К_ш=1/Б_ср>0,32
Б_ср- средний класс шероховатости;
Б_ср=(1,6*2+6,3*1+14*12,5)/(17)=10,85
К_ш=1/10,85=0,09
Деталь считается технологичной, если Кш<0,32.
Таким образом, по всем показателям деталь является технологичной для механообрабатывающего производства.

1.2 Маршрутная технология существующей обработки
Таблица 1.4
Заводской технологический маршрут
Операция Содержание операции
005 Фрезерно-центровальная Фрезерование и центрование торцев
010 Токарно-винторезная Черновая обработка с правой стороны изделия
015 Токарно-винторезная Черновая обработка с левой стороны изделия
020 Токарно-винторезная Чистовая обработка с правой стороны изделия
025 Токарно-винторезная Чистовая обработка с левой стороны изделия
030 Фрезерная Фрезерование паза
035 Фрезерная Фрезерование лысок
040 Слесарная Притупить острые кромки
045 Кругло-шлифовальная Шлифовать пов. 30h6
050 Кругло-шлифовальная Шлифовать пов. 30h6
055 Токарно-винторезная Нарезать резьбу

1.3 Определение типа производства
На стадии технического задания нет данных о штучном времени и его составляющих, поэтому, тип производства определяем предварительно по таблице 1.5.
Таблица 1.5
Данные для предварительного определения типа производства
Число обрабатываемых деталей одного типоразмера в год
Производство Тяжелых (массой более 100 кг) Средних (массой более 10 до 100 кг) Легких (массой до 10 кг)
Единичное До 5 До 10 До 100
Мелкосерийное 5-100 10-200 100-500
Среднесерийное 100-300 200-500 500-5000
Крупносерийное 300-1000 500-5000 5000-50000
Массовое Более 1000 Более 5000 Более 50000

Для детали массой 1,22 кг (легкие) и программы выпуска 70 000 штук предварительно определяем тип производства как массовое.
Количество деталей в партии запуска :
n=N*a/F
n=70000*4/248=1129 шт
где а - периодичность выпуска в днях, рекомендуемое значение, а- 4,6,12;24, принимаем, а=12
F=254 - число рабочих дней, в году.

1.4 Обоснование вида заготовки и определение ее размеров

Выбор заготовки для изделия Вал сводится к получению из проката или поковка. В зависимости от того, что вид производства крупносерийное, то для данного вида производства рекомендуется вид заготовки – поковка.
Выбор заготовки для изделия определяется назначением и конструкцией детали, материалом, техническими требованиями, серийностью выпуска.
Гладкие валы и оси с небольшим перепадом между наибольшим и наименьшими диаметрами (до 25%), изготавливаются из круглого проката, не зависимо от типа производства. Коэффициент использования материала не должен превышать 0,65, в противном случае необходимо изменить метод получения заготовки.
Наружный диаметр заготовки:
Dзаг=D+Zнар+δ1заг
где Dзаг, - наружный расчетный диаметр заготовки;
D- наружный диаметр детали по чертежу;
Zнар. - припуск на обработку по наружной поверхности;
δ1заг - учитываемая часть величины допуска заготовки, указанного в сортаменте, при расчете наружного диаметра заготовки следует учитывать только часть, определяемую минусовым отклонением.
Учитывая вышесказанное, предварительно выбираем метод получения заготовки – прокат.
Наибольший диаметр заготовки Ø36, длина заготовки Lдет=210 мм.
Для определения диаметра заготовки определим технологический маршрут обработки поверхности Ø36 Ra 12,5
Таблица 1.6.
Маршрут обработки детали
Технологический переход Достигаемая точность Достигаемая шероховатость, Ra мкм Припуск на переход, на диаметр 2Z
Обтачивание черновое 14
12,5 1,2
Определим диаметр заготовки:
D_з=D_(д.мах)+2Z=36+1,2=37,2 мм
Согласно ГОСТ 2590-2006 ближайший диаметр круга при точности прокатки В1 〖∅38〗_(-0,7)^(+0,4), определяем окончательно диаметр заготовки:
D_з=37,2+0,7=37,9 мм
Длина заготовки при получении из прутка одной детали,
Lзаг=L+2l1+l4,мм
где L1=210 мм - размер детали по чертежу;
l1=1,5 мм - припуск на обработку торца с одной стороны;
l4=1 мм - припуск на отрезку прутка в заготовительном участке, на ленточно -пильном станке;
Lзаг=210+2*1,5+1=214 мм
Масса заготовки: М_з=V*J
где V – объем заготовки, мм3;
j=7,85 *10-6 кг/мм3 – плотность стали;
М_з=1/4*π*d^2*l*j=1/4*3,14*〖38〗^2*214*7,85*〖10〗^(-6)=1,9 кг
Коэффициент использования материала:
К_им=М_д/М_з =1,22/1,9=0,65
что не превышает рекомендуемого Ким для данного типа деталей.
Вариант 2 Поковка.
Расчет производится по ГОСТ 7505-89 «Поковки стальные штампованные. Допуски, припуски и кузнечные напуски».
Штамповочное оборудование - молот штамповочный.
Нагрев заготовок пламенный.
Масса поковки (расчетная): Gп= 1,22 кг х 1,3 = 1,59 кг.
где Кр=1,3 расчетный коэффициент [2 приложение 3, табл.20]
Класс точности — Т3 [2 приложение1, табл.19]
Группа стали — М2 [2 таблица 1] Средняя массовая доля углерода в стали до 0,45 %
Масса описывающей фигуры (расчетная):
G_ф=1/4*π*d^2*l*j
G_ф=1/4*3,14*(36*1,05)^2*(210*1,05)*7,85*〖10〗^(-6)=1,94 кг
Gп : Gф =1,59/1,94 = 0,82
Степень сложности — С1 [2 приложение 2].
Конфигурация поверхности разъема штампа П(плоская) — [2 таблица 1].
Исходный индекс И - 11
Определение припусков на механическую обработку
Основные припуски на механическую обработку поковок в зависимости от исходного индекса, линейных размеров и шероховатости поверхности устанавливают по табл. 3.

Таблица 1.7
Определение припусков и размеров поковки.
Размер детали, мм Шерохо-сть пов-сти, Ra, мкм Припуск на сторону, мм Размер заготовки, мм
36 12.5 1,5 39
24 12.5 1,5 27
210 1,6 1,9 214

Масса заготовки:
G_ф=(1/4*3,14*〖27〗^2*28+1/4*3,14*〖39〗^2*186)*7,85*〖10〗^(-6)=1,87 кг
Экономическое обоснование метода получения заготовки.
Стоимость заготовки из проката:
S_заг=Q*S_тз/1000-(Q-q)*S_отх/1000
S_заг=1,9*150/1000-(1,9-1,22)*25/1000=0,27 р.
Стоимость заготовки из поковки:
S_заг=Q*S_тз/1000*k_т*k_с*k_в*k_п*k_м-(Q-q)*S_отх/1000
где:
k_т=1 –Коэффициент в зависимости от сложности штамповки
k_с=0,75 - Коэффициент в зависимости от точности штамповки
k_в=1,14 - Коэффициент в зависимости от массы штамповки;
k_п=0,8 – Коэффициент в зависимости от объема;
k_м=1 - Коэффициент в зависимости от марки материала.
S_заг=1,87*373/1000*1*0,75*1,14*0,8*1-(1,87-1,22)*25/1000=0,46 р.

Таблица 1.8
Сравнение вариантов заготовок
Вид заготовки Прокат Штамповка
Масса заготовки Q, кг 1,97 1,87
Стоимость 1т заготовки Стз, у.е 150 373
Стоимость стружки Sотх, у.е 25 25
Стоимость заготовки, у.е 0,27 0,46

1.4.1 Расчет и выбор припусков на обработку поверхности
От величины припусков на обработку деталей зависит себестоимость её изготовления. Повышенный припуск увеличивает расход материала, затраты труда и другие производственные расходы. При заниженном припуске увеличивается возможность получения бракованной детали.
Расчетно-аналитический метод определение припусков на обработку применим для метода автоматического получение размеров на настроенных станках. Так как заготовки поступают на обработку с колебаниям размеров поверхностей, подлежащих обработке, то действительные припуски на обработку этих поверхностей будут иметь различные значения. В свою очередь различные величины снимаемых припусков вызывают различные значения составляющих сил резания и соответственно разные уровни деформации технологической системы.
Расчёт припусков на механическую работу для поверхности Ø30h6.
Исходная заготовка - прокат стальной горячекатаный круглый обычный точности.
Технологический маршрут обработки поверхности:
- черновое точение,
- чистовое точения,
- шлифование.
Обработка ведется в патроне с поджатием задним центром.
Суммарное значение пространственных отклонений оси обрабатываемой поверхности ø56m6 относительно оси центровых размеров определяется по формуле:
ρ_заг=√(ρ_кор^2+ρ_ц^2 )
где: ρ_см=1 мм - смещение обрабатываемой поверхности;
ρ_кор=∆_к*l=3*210=0,63 мм,
где ∆_к=3 мкм - удельная кривизна заготовки на 1мм длины;
ρ_ц - погрешность зацентровки, мм.:
ρ_ц=√((δ_з/2)^2+〖0,25〗^2 )
где δ_з=1 мм - допуск на диаметральный размер заготовки, используемые в качестве базовых на фрезерно-центровальной операции.
ρ_ц=√((1,1/2)^2+〖0,25〗^2 )=0,6 мм.
Получим:
ρ_заг=(√(〖0,63〗^2+〖0,6〗^2 ))*1000=870 мкм.
Остаточное пространственное отклонение