Разработка технологического процесса изготовления вала

Московский Автомобильно-дорожный Институт

( Государственный Технический Университет)







Кафедра

 Производства и ремонта автомобилей и дорожных машин





Курсовая работа на тему 

Разработка технологического процесса изготовления вала





Выполнил : Седов А.А

Группа: 4СТ

Проверил: Пащенко В.А.





МОСКВА 2003



СОДЕРЖАНИЕ



1. Анализ исходных данных…………………………………………. 2

1.1. Анализ Материала………………………………………………… 2

2. Количественная оценка выпуска деталей……………………. 3

2.1. Количество изготавливаемых деталей в год………………. 3

2.2. Размер партии деталей …………………………………………. 3

3. Выбор исходной заготовки и методов ее изготовления …. 3

3.1 Расчет варианта получения заготовки –  штамповки…… 4 

3.2 Расчет  варианта получения заготовки – из проката……. 5

4. Выбор технологических баз. ……………………………………… 6

5. Составление технологического маршрута обработки. ……. 6

6. Разработка технологических операций. ………………………. 7

6.1. Токарная операция. №1. Черновое точение. ……………... 7

6.3. Точение проточки. ……………………………………………….. 9

7. Определение норм времени на обработку. ………………….. 10

7.1. Токарная операция. №1. Черновое точение. ……………… 10

7.2. Токарная операция. №3. Точение проточки. ……………... 10

8. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ …………………………………………….. 11



Приложения



- Чертеж детали …………………………………………… 12

- Чертеж заготовки ………………………………………. 13

- Карта обработки детали ………………………………. 14

- Маршрутная карта …………………………………….. 17




Анализ исходных данных



Данная  деталь – вторичный вал ,  относится к группе цилиндрических изделий . Основное предназначение вала – передавать крутящий момент. Данный вал  ступенчато-переменного сечения  ( имеет 4 ступени ), внутри  сплошной . На третьей ступени вала  находятся шлицы прямоугольного профиля  с центрированием по наружному диаметру. Допуск полного радиального биения цилиндрической поверхности наружнего диаметра  шлицев допускается не более 0,08 мм. Масса вала 3  кг.

 Высокие требования по точности предъявляются тем ступеням вала, которые соприкасаются с подшипниками (цапфам). Нагрузки , воспринимаемыми валом передаются через опорные устройства – подшипники, устанавливаемыми на цапфах вала,  на корпуса, рамы или станины машин. При серийном производстве заготовок валов получают методом горячей штамповки.  





Анализ Материала



Материал детали - сталь 18Х2Н4ВА

Высококачественная легированная сталь 

Содержит

  0,18 % -  улерода

2 %  - хрома

                                               4%  - никеля

1%  -вольфрама

А – обозначает, что сталь высококачественная




2. Количественная оценка выпуска деталей



2.1. Количество изготавливаемых деталей в год.



Тк производственная программа задана количеством деталей, необходимо заданную программу увеличить только на процент брака.

Ni = m* Nm* ( 1 + /100) = 1 * 400 * ( 1 + 2/100 ) = 408   ( [1] , стр 5)

m -  количество одноименных деталей на машине , m=1

Nm – количество изготавливаемых деталей в год  , N=400 шт

 = 2 % - процент возможного брака при обработке заготовок



2.2. Размер партии деталей 

P = Ni * t / 253 * y = 408 * 6 / 253 * 1 = 10 шт.   (  [1] , стр 5 )

t =6 , - Количество дней нахождения детали на складе

253 – Число рабочих дней в году

y = 1 , - Количество смен работы цеха



На основании таблицы №1 ( [1] стр 6 ) можно сделать вывод о типе производства – единичное ( Масса детали или заготовки до 200 кг, Число изготавливаемых деталей до 1000 )



3. Выбор исходной заготовки и методов ее изготовления 

При выборе метода изготовления заготовки основным требованием является обеспечить свойства изготавливаемых деталей в заданных условиях эксплуатации и обеспечения требуемых свойств заготовки с учетом стоимости заготовки в конкретных производственных условиях. 

В качестве технических критериев при выборе заготовки принимают материал ( задан ), конфигурацию детали, размер , массу, требуемую точность изготовления итд. В качестве экономического критерия принимают себестоимость изготовления заготовки. Т.к материал заготовки сталь (18Х2Н4ВА ) , то способом получения заготовки может быть 	Горячая штамповка ( [2] стр 138] или Прутки из проката . 

( [1] стр 168 )


3.1 Расчет первого варианта получения заготовки – 

Горячей штамповки.  



Определяем массу детали и массу заготовки



Gдет = S ср * L дет *  = 1520*250* 7,8 / 1000 =   3  кг

D ср = ( 30*20 +40*60+50*150 +30*20 / 20+60+150+20 ) = 44 мм

S ср = 3,14 * 44 2 / 4 = 1520 мм2  ;   L дет = 20 + 60 + 150 + 20 = 250 мм

 - плотность стали ,  =7,8 г/см3 

Gзаг = Gдет/Kисп = 3 / 0,75 = 4  кг

Kисп – коэффициент использования металла заготовки

Kисп = 0,75     ( [1], стр 11 Таблица №2 )



Расчет Общей стоимости изготовления детали

Сдет = Сзаг  +  С обр – Сотх      ( [1], стр 10 )

Сзаг  - затраты на материал и изготовление заготовки

С обр – затраты на механическую обработку заготовки

Сотх  - стоимость отходов при механической обработки



С обр = ( Gзаг – Gдет )* 0,55 = ( 4 – 3 )* 0,55 = 0,55  руб  ( [1], стр 10 )

Gзаг – масса заготовки , кг

Gдет – масса детали , кг

0,55 –стоимость механической обработки 1 кг металла , руб ( [1], ст 10 )





Сотх  = ( Gзаг – Gдет )* С*отх * 10 = ( 4 – 3  )* 99*10-3 * 10 = 0,99 руб 

С*отх – заготовительная цена 1 тонны стружки

С*отх = 99*10-3 руб за 1 кг стружки ( [1], стр 12 Таблица №3 )



Сзаг  =  Gзаг * Спр * 10 = 4 * 410*10-3 * 10 = 16,4  руб  ( [1], стр 12 )

Спр – оптовая стоимость заготовки   

Спр = 410*10-3 руб за тонну ( [1], стр 16 Таблица №6 )



Сдет = Сзаг  +  С обр – Сотх = 16,4 + 0,55 – 0,99   16 рублей


3.2 Расчет первого варианта получения заготовки – Из проката.



Определяем массу детали и массу заготовки



Gдет = 3 кг

Gзаг = Gдет/Kисп = 3 / 0,54 = 5,5  кг

Kисп – коэффициент использования металла заготовки

Kисп = 0,54    ( [1], стр 11 Таблица №2 )



Расчет Общей стоимости изготовления детали

Сдет = Сзаг  +  С обр – Сотх         ( [1], стр 10 )

Сзаг  - затраты на материал и изготовление заготовки

С обр – затраты на механическую обработку заготовки

Сотх  - стоимость отходов при механической обработки



С обр = ( Gзаг – Gдет )* 0,55 = ( 5,5-3 )* 0,55 = 1,375  руб  ( [1], стр 10 )

Gзаг – масса заготовки , кг

Gдет – масса детали , кг

0,55 – стоимость механической обработки 1 кг металла , руб ( [1], стр 10)



Сотх  = ( Gзаг – Gдет )* С*отх * 10 = ( 5,5 -3)* 99*10-3 * 10 = 2,475 руб

С*отх – заготовительная цена 1 тонны стружки

С*отх = 99*10-3 руб за 1 кг стружки ( [1], стр 12 Таблица №3 )



Сзаг  =  Gзаг * Спр * 10 = 5,5 * 390*10-3 * 10 = 21,45 руб     ( [1], стр 12 )

Спр – оптовая стоимость заготовки   

Спр = 390*10-3 руб за тонну ( [1], стр 16 Таблица №6 )



Сдет = Сзаг  +  С обр – Сотх = 21,45 + 1,375 - 2,475   20  рублей



Из экономических расчётов делаем вывод, что наиболее экономически целесообразным является изготовление заготовки

 методом Горячей штамповки.


Выбор технологических баз



Выбор технологических баз зависит от конструкций заготовки и готовой детали, от применяемого оборудования. За черновую базу берем наружную поверхность вращения . За чистовую базу принимаем центровые отверстия и торец.

              1 – Черновая база        2- Чистовая база









5. Составление технологического маршрута обработки

Схема маршрута определяется в зависимости от конфигурации, размеров, массы, методов получения заготовки. Последовательность схемы технологической обработки составляем, руководствуясь тем, что 







005	Токарная 

Обработка торцов вала и центрирование детали

010	Токарная

015	Токарная

020	Фрезерование

Нарезание шлицев 

025	Шлифование

Шлифование шлицев по внешнему диаметру

030	Контроль

Контроль детали , ее соответствие рабочему чертежу , точности размеров , итд.






6. Разработка технологических операций



6.1. Токарная операция. №1. Черновое точение.

Предварительный выбор оборудования. Учитывая требуемую точность и шероховатость поверхности и размеры детали выбираем  Токарно-Винторезный станок 16М63БФ101 ( мах диаметр обрабатываемой детали 650 мм, наибольшая длина обрабатываемой поверхности 2800 мм, частота вращения шпинделя 12,5-1600  об/мин , мощность 11 кВт.



Инструмент

 Резец проходной прямой с пластинами из твердого сплава по 

(ГОСТ 18878-73) ( Т15К6) h=25 мм , B= 15 мм, L=140 мм,  R=1,0 мм 



Расчеты

А) Выбираем глубина резания для чернового точения,  t = 2 мм 

0,8 – слой металла, оставленный на токарную операцию №2 (Чистовое)

Б) Подача, допускаемая твердостью пластин из твердого сплава резца при точении высоколегированной стали выбираем S0 =  0,5 ( мм/об )



В) Скорость резания находим по формуле 

V = Kv * Сv /(Tm * t x * Sy) 



Сv, x , y, m – коэффициенты для определения скорости

m = 0,2 ; x = 0,15 ; y = 0,35 ; Cv = 350 ( табл 17 стр 269)

Kv - Поправочный коэффициент

Kv = Kmv * Knv * Kuv = 0,8 * 1,0 * 1,0 = 0,64

Kmv – учитывает влияние физико-механических свойств на Vрез

Kmv = Kг* ( 750/Gв )Nv = 0,8 

Knv = 0,8 учитывает влияние состояния поверхности заготовки на Vрез

Kuv = 1,0 учитывает влияние инструментального материала



V = Kv * Сv /(Tm * t x * Sy) = 0,64 *350  /( 450,2 * 20,15 * 0,50,35 ) =120 мм/мин





2) Сила резания

Pz = 10* Cp * tx * S y * Vn * Kр

Kp= Kmp * Ky * Kфиp * Kyp * Krp

Kmp =  (Gв /750 )Nv  – учитывет качество обрабатываемого материала

Ky  , Kфи , Kn , Kp – учитывают параметры режущей части инструмента

Kp = 0,85 ; Nv = 0,75 ; Kфиp = 1,0 ; Kyp = 1,0 ; Kmp =  0,85

Cp = 300; x = 1,0  ; y = 0,75 ; n = -0,15 (табл 22 стр 273)

Pz = 10* 300 * 21 *0,5 0,75 * 120-0.15 *0,85 = 1740 H

3) Мощность резания

N= Pz * V / 1020 *60 = 1740*120 /1020*60 = 3,41 кВт


6.3. Точение проточки. ( Черновое точение )



Проводим технологическую оптимизацию размеров данной детали. Изменяем ширину проточки с 2 мм до 3 мм , из за отсутствия в цеху отрезного резца, который мог бы обеспечить данный размер ( 2мм ).



Выбираем  Токарно-Винторезный станок 16М63БФ101 ( мах диаметр обрабатываемой детали 650 мм, наибольшая длина обрабатываемой поверхности 2800 мм, частота вращения шпинделя 12,5-1600  об/мин , мощность 11 кВт 



Инструмент

 Резец отрезной из твердого сплава по (ГОСТ 18884-73)

 h=16 мм , B= 10 мм, L=100 мм ; D= 30 мм  ; l= 3 мм 



Расчеты

А) Выбираем глубина резания  t = 1,8 мм 

Б) Подача, допускаемая твердостью пластин из твердого сплава резца при точении высоколегированной стали выбираем при  t =  1,8 мм

Sверт =  0,12 ( мм/об ) ; Sгор =  0 ( мм/об )



В) Скорость резания находим по формуле 



V = Kv * Сv /(Tm * Sy) 

Сv, x , y, m – коэффициенты для определения скорости

m = 0,2; y = 0,8 ; Cv = 47 ( табл 17 стр 269 Отрезание )

Kv - Поправочный коэффициент

Kv = Kmv * Knv * Kuv = 0,8 * 0,8 * 1,0 = 0,64

Kmv – учитывает влияние физико-механических свойств на Vрез

Kmv = Kг* ( 750/Gв )Nv = 0,8 

Knv = 0,8 учитывает влияние состояния поверхности заготовки на Vрез

Kuv = 1,0 учитывает влияние инструментального материала

V = Kv * Сv /(Tm * Sy) = 0,64  *47  * ( 450,2 * 0,120,8  ) = 79 мм/мин ([2] 268)









2) Сила резания



P = 10* Cp * tx * S y * Vn * Kр         ;   Kp= Kmp * Ky * Kфиp * Kyp * Krp

Kmp =  (Gв /750 )Nv  – учитывет качество обрабатываемого материала

Ky  , Kфи , Kn , Kp – учитывают параметры режущей части инструмента

Kp = 0,85 ; Nv = 0,75 ; Kфиp = 1,0 ; Kyp = 1,0 ; Kmp =  0,85

Cp = 408; x = 0,72  ; y = 0,8 ; n = 0  (табл 22 стр 273)

Pz = 10* 408* 1,80,72 *0,1 0,8  * 1110 * 0,85 =  840 H

Px = 10* 173* 1,80,73 *0,12 0,67  * 950 *0,85 =  603 H



3) Мощность резания



Nz= P * V / 1020 *60 = 840*111 /1020*60 = 1,7 кВт

Nx= P * V / 1020 *60 = 603 * 95 /1020*60 = 1,01  кВт




7. Определение норм времени на обработку.



7.1. Токарная операция. №1. Черновое точение.

Т шт.кал = t0 * ( 1+ (K2+K3)/K1) )  ( [1] стр 23 )

K1,K2,K3- коэффициенты , учитывающие в % затраты на основное, вспомогательное время и время на прочие затраты ( [1] стр 24 табл 7)

K1=40 ; K2=30 ; K3= 25 

t0 – основное время ,   t0 = i* L /S*n =  1* 25 / 0,5*1303 = 0,039 мин 

n= 1000*V/3,14*D = 1000* 120/3,14*30 = 1303 об/мин

I – число проходов инструмента , I= 1

L- длина обрабатываемой поверхности , L= l + lпер+ lвр

L= 20 + 1,5 + 2 + 1,5* =  25    мм     (*  [3] стр 153 Таблица П11.6)

Т шт.кал = t0 * ( 1+ (K2+K3)/K1) )  = 0,039* (1 +55/50) = 0,10 мин



7.2. Токарная операция. №1. Чистовое точение.

Т шт.кал = t0 * ( 1+ (K2+K3)/K1) )    ( [1] стр 23 )

K1,K2,K3- коэффициенты , учитывающие в % затраты на основное, вспомогательное время и время на прочие затраты

( [1] стр 24 табл 7)

K1=40 ; K2=30 ; K3= 25 

t0 – основное время , 

t0 = i* L /S*n = 2 * 23/ 0,2 * 1592 = 0, 15 мин     ( [1] стр 23 )

n= 1000 * V/3,14 * D = 1000 * 150/ 3,14 * 30 = 1592 об/мин

I– число проходов инструмента , I= 2

L- длина обрабатываемой поверхности ,  L= l + lпер+ lвр

L= 20 + 1,0 + 0,5 + 1,5* = 23   мм (*  [3] стр 153 Таблица П11.6)

Т шт.кал = t0 * ( 1+ (K2+K3)/K1) )  = 0,15* (1 +55/50) = 0,37 мин

7.3. Токарная операция. №3. Точение проточки.

K1=40 ; K2=30 ; K3= 25  ( стр 24 табл 7 [1] )

t0 – основное время ,  t0 = i* L /S*n =  1* 4,5/ 0,1 * 636 = 0,1 мин

L- длина обр поверхности , L= l + lпер+ lвр  = 2,5 + 0 + 2 = 4,5 мм

Т шт.кал = t0 * ( 1+ (K2+K3)/K1) )  = 0, 1 * (1 + 55/40)= 0,24 мин 




Технологический процесс



Операция № 1 . Токарная



Токарная №1.1.

Цель  -  Точить торец ( поверхность № 12 ) и сверлить центровочное отверстие 

Станок  -  Токарно-винторезный станок 1М63БФ101

Резец  -  проходной прямой из пластин из твердого сплава по ГОСТ 18878-73

Сверло  -  сверло короткой серии с цилиндрическим хвостовиком по ГОСТ 4010-77



Токарная №1.2.

Цель  -  Точить торец ( поверхность № 1  ) и сверлить центровочное отверстие 

Станок  -  Токарно-винторезный станок 1М63БФ101

Резец  -  проходной прямой из пластин из твердого сплава по ГОСТ 18878-73

Сверло  -  сверло короткой серии с цилиндрическим хвостовиком по ГОСТ 4010-77



Операция № 2 . Токарная



 Токарная № 2.1.

Цель  -  Точить поверхности № 11 , №10 , № 9 , № 8 , № 7 

Станок  -  Токарно-винторезный станок 1М63БФ101

Резец  -  проходной прямой из пластин из твердого сплава по ГОСТ 18878-73



Токарная № 2.2.

Цель  -  Точить поверхности № 2 , № 3 , № 4 , № 5 

Станок  -  Токарно-винторезный станок 1М63БФ101

Резец  -  проходной прямой из пластин из твердого сплава по ГОСТ 18878-73



Операция № 3 . Токарная

Цель  -  Точение проточки (поверхность № 6 ) 

Станок  -  Токарно-винторезный станок 1М63БФ101

Резец  -  отрезной из твердого сплава по ГОСТ 18884-73



Операция № 4 . Фрезерование

Цель  -  Нарезание шлицев ( поверхность № 8 )

Станок  - 5303В – зубофрезерный полуавтомат  

Фреза  -  шлицевая фреза цельная насадочная по  ГОСТ 2679-73



Операция № 5 . Шлифование

Цель  -  Шлифование шлицев по наружнему диаметру ( поверхность № 8 )

Станок  - 3М150 – кругло-шлифовальный станок 

Инструмент  -  шлифовальный круг прямого профиля с зернистостью М50 





Операция № 6 . Контроль



торец слева,2-фаска  3 –кусок вала слева (d=30 L=20) 4- фаска 5- след кусок вала (D=40 , L=60) 6- проточка (3*2 мм) 7 –фаска 8- след кусок (3-ий) шлицы (6шт) (D=49 , L=150 ) 9-фаска , 10-4-ый кусок в (d=30 L=20) 11-фаска 12-торец







Операция № 1 . Токарная

Точить торец ( поверхность № 12 ) и сверлить центровочное отверстие 







2.   Точить торец ( поверхность № 1   ) и сверлить центровочное отверстие 























Операция № 2 . Токарная

1.Точить поверхности № 11 , №10 , № 9 , № 8 , 











2. Точить поверхности № 2 , № 3 , № 4 , № 5 , N 7


















Операция № 3 . Токарная

1. Точение проточки (поверхность № 6 )



























Операция № 4 . Фрезерование

1. Нарезание шлицев ( поверхность № 8 )

































Операция № 5 . Шлифование

1. Шлифование шлицев по наружнему диаметру ( поверхность № 8 )
























СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ





А. Я. Суриков, В.А. Петров

 «Методические указания к выполнению курсового проекта по технологии машиностроения» Москва , 2000 г.





А.Г. Косилова , Р.К. Мещеряков 

«Справочник технолога-машиностроителя » том 1, том 2 , Москва , 1986





Н.Н. Митрохин 

« Основы технологии производства и ремонта автомобилей» , часть первая «Технологии машиностроения» , Москва 2002