Механическая обработка вала

Выбор заготовки и описание конструкции вала. Составление маршрутной технологии обработки. Расчет припусков на обработку. Выбор оборудования и средств контроля.

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ

МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ПРИБОРОСТРОЕНИЯ И ИНФОРМАТИКИ

кафедра БФ2

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине

“Технология криогенного и специального машиностроения”

Студент Кудряшов Д. В.

группа 9541д БФ-2

шифр 94711

Преподаватель Комаров В.В.

МОСКВА

1999

1. Механическая обработка вала.

1.1. Исходные данные и служебное назначение.

Габаритные размеры вала:

· диаметр – 90 мм

· длина – 638 мм

Материал - 40ХН2МА

Заготовка - прокат

Вал-шестерня является одной из основных деталей редуктора, служит для передачи большого крутящего момента, понижения скорости вращения промежуточного или выходного вала.

1.2. Выбор заготовки и описание конструкции вала.

Вал состоит из цилиндрической части, двух торцов с центровыми отверстиями (один торец с двумя шпоночными пазами) и участка с нарезанными зубьями косозубой передачи. Шероховатость вала Rа =1,6 мкм. Шероховатость поверхности вала под подшипники Rа =0,4 мкм. Твердость вала должна быть не менее 28…32 HRC. Вес готового вала-шестерни составляет 13,4 кг.

1.3. Анализ технологичности вала.

Качественный анализ технологичности вала.

Требования технологичности Характеристика технологичности
1 2 3

1.

2.

3.

4.

5.

1

6

7.

8.

9.

10

11

Деталь должна изготавливаться из стандартных или унифицированных заготовок.

Свойства материала детали должны удовлетворять существующей технологии изготовления, хранения и транспортировки.

Конструкция детали должна обеспечить возможность применения типовых, групповых или стандартных технологических процессов.

Конструкция детали должна обеспечивать возможность многоместной обработки.

Возможность обработки максимального количества диаметров высокопроизводительными методами и инструментами.

Перепад диаметров шеек должен быть минимальным. Диаметры шеек должны убывать от середины к торцам вала или от одного торца к другому.

При наличии резьб на концах вала предпочтение следует отдавать внутренней резьбе.

Отсутствие глубоких отверстий малого диаметра.

Форма конструктивных элементов детали (КЭД) – фасок, канавок и т.п. Элементов должна обеспечивать удобный подвод инструмента.

Унификация КЭД для использования при обработке станков с программным управлением.

С целью использования роботов, конструкция должна иметь поверхности удобных для захвата.

Технологична

Технологична

Технологична

Технологична

Технологична

Нетехнологична

Технологична

Технологична

Технологична

Технологична

Технологична

Вывод: деталь вала имеет конструкцию, которую надо признать технологичной, т.к. удовлетворяет 89% требований при отработке конструкции на технологичность.

Рассчитаем такт производства:

Тпр = Fд / N , где

F - годовой фонд времени;

N - годовой объем выпуска детали.

Тпр = 3945 / 20000 = 0,20 ч/шт. - крупносерийное производство.

1.4. Выбор баз.

При обработке вала необходимо провести операции: токарную и фрезерную. Токарная операция проводится за один установ при выборе установки в трехкулачковый самоцентрирующий патрон с использованием жесткого центра.

1.4.1. Составление маршрутной технологии обработки.

Содержание маршрутной технологии процесса обработки см. в Приложении.

1.5. Расчет припусков на обработку.

Маршрут обработки поверхности

Æ 55 f7

Элементы припуска

мкм

Расчетные величины Допуск на выпол-няемые размеры, мкм Принятые размеры по переходам, мм Предельный припуск
Rz h Då e припу-ска zi, мкм min диаметр, мм наиме-ньший наибо-льший Zmax Zmin
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Прокат 160 250 2500 - 61,472 2000 61 63 - -

Точение:

Черновое

50 50 150 0 5820 55,652 400 55,7 56,1 6,9 5,3
Чистовое 25 25 6 0 500 55,152 200 55,15 55,35 0,75 0,55

Шлифование

Черновое

10

20

0

0

112

55,04

60

55,04

55,1

0,25

0,11

Окончательное - - - - 60 54,98 20 54,98 55 0,1 0,06

Суммарное отклонение расположения при обработке сортового проката круглого сечения (валик) в центрах:

, где

Då к – общее отклонение оси от прямолинейности;

Dу – смещение оси заготовки в результате погрешности центрирования;

, где

Т – допуск на диаметральный размер базы заготовки, использованной при центрировании, мм.

Då к = Dк *Lк =0,12*449=54 мкм

Lк =l1 +l2 =449 мм

Черновое обтачивание.

Dчерн.т * Då =0,06*2500=150 мкм, где

Кт – коэффициент уточнения(0,06).

Dчист. =0,04*150=6 мкм

Расчет минимальных припусков на диаметральные размеры для каждого перехода.

2Zmin =2(160+250+2500)=5820 мкм

2Zmin =2(50+50+150)=500 мкм

2Zmin =2(25+25+6)=112 мкм

2Zmin =2(10+20)=60 мкм

Расчет наименьших размеров по технологическим переходам производим складывая наименьшие предельные размеры соответствующие предшествующему технологическому переходу с величиной припуска на выполняемый переход.

54,98+0,06=55,04

55,04+0,112=55,152

55,152+0,5=55,652

55,652+5,82=61,472

Определяем наибольший предельный размер.

54,98+0,02=55

55,04+0,06=55,1

55,15+0,20=55,35

55,7+0,4=56,1

61+2=63

Расчет фактических максимальных и минимальных припусков по переходам производим, вычитая соответствующее значение наибольших и наименьших предельных размеров соответствующих выполняемому и предшествующему технологическому переходу.

Максимальные припуски:

55,1-55=0,1

55,35-55,1=0,25

56,1-55,35=0,75

63-56,1=6,9

Минимальные припуски:

55,04-54,98=0,06

55,15-55,04=0,11

55,7-55,15=0,55

61-55,7=5,3

Z0max =0,1+0,25+0,75+6,9=8 мм

Z0min =0,06+0,11+0,55+5,3=6,02 мм

Проверка.

Zобщ.мах - Zобщ.minзд

8-6,02=2-0,02

1,98 =1,98,

расчет выполнен верно.

1.6. Проектирование операционной технологии процесса обработки вала.

Разрабатываемый технологический процесс должен обеспечить повышенную производительность труда и качество стали, сокращение трудовых и материальных затрат на его реализацию.

Заготовка вала выбрана из прутка в целях экономии материала. Штучное время обработки вала можно уменьшить за счет сокращения вспомогательного времени, для этого применим станок с ЧПУ 16К20Ф3.

1.7. Выбор оборудования, технологической оснастки и средств контроля.

Применение станков с ЧПУ существенно уменьшает вспомогательное и основное время на обработку вала по сравнению с универсальными станками, учитывая меньшее количество установок в приспособлении при фрезеровании пазов и зубьев.

1.7.1. Станки.

Токарно-винторезный станок с ЧПУ 16К20Ф3.

Зубофрезерный полуавтомат 53А50.

1.7.2. Вспомогательное оборудование.

1) Слесарный инструмент:

Напильник ГОСТ 1465-80

2) Режущий инструмент:

Резец 2103-0075 ГОСТ 18879-73

Резец 2141-0014 ГОСТ 18883-73

Резец 2130-0005 ГОСТ 18884-73

Сверло центр. Æ 6,3 2317-0006 ГОСТ 14952-75

Сверло Æ 3,9 2301-0030 ГОСТ 10902-77

Сверло Æ 14,5 2301-0048 ГОСТ 10903-77

Развертка 2361-0052 ГОСТ 1672-80

Метчик 2621-1611 ГОСТ 3266-81

Шлифовальный круг ГОСТ 2424-83

Шлифовальный круг ГЕМ ГОСТ 4381-80

Фреза Æ125 2214-0003 ГОСТ 24359-80

Фреза Æ6 2234-0355 ГОСТ 9140-78

3) Станочное приспособление:

Планшайба поводковая

Хомутик

Центра

Призмы

4) Измерительный инструмент:

Штангенциркуль I 125-0,1 ГОСТ 166-80

Штангенциркуль II 160-0,05 ГОСТ 166-80

Штангенциркуль III-250-800-0,1 ГОСТ 166-80

Пробка резьбовая М16х1,5-7Н 8221-3068 ГОСТ 17758-72

Калибр-кольцо 1:10 ик 9585; 1:10 ик 9366

Калибр на симметричность шпоночных пазов ИК 11127

Скоба индикаторная ик 8291А; ик 5699

Штатив ГОСТ 10197-70

Концевые меры длины ГОСТ 9038-83

Индикатор ич ГОСТ 577-68

Образцы шероховатости ГОСТ 9378-75

Нутромер 50-100 ГОСТ 868-82

Микрометр мк 0-25 ГОСТ 6507-78

Микрометр мк 50-75 ГОСТ 6507-78

Микрометр мк 75-100 ГОСТ 6507-78

Микрометр мр 50-0,002 ГОСТ 4381-80

Микрометр мр 100-0,002 ГОСТ 4381-80

1.8. Расчет режимов резания.

Материал вала - сталь 40ХН2МА.

dв =850 МПа

Точить поверхность вала Æ 55 f7.

Т.к. Ra =1,6 мкм, то t=0,2 мм (см. [4], стр. 142).

Подача SI =0,165 мм/об, но т.к. Ra =1,6, то радиус при вершине резца r=1,0 мм.

Для стали dв =850 МПа S=0.45*SI =0,074 мм/об

Находим скорость резания по формуле:

(м/мин), где

Cv ;m ,x ,y – коэффициент и показатели степени в формуле скорости резания при обработке;

Т – среднее значение стойкости (30 – 60 мин);

t – глубина резания;

S – подача;

Кv – коэффициент является произведением коэффициентов.

Кvмvиvпv

Кv =1*1*1=1

, где

Сv =350;

Х=0,15;

У=0,35;

m=0,2.

Находим частоту вращения:

.

Расчет точности контрольного приспособления.

Схема контрольного приспособления для измерения точности зубчатого профиля представлена на рис. 1.3.

Погрешность измерения будет зависеть от погрешности (биения) делительной окружности профиля:

Dд.о. = 0,009 мм .

Также погрешность будет возникать от смещения оси рычага при посадке с зазором в отверстие Æ4Н6:

Dр = 0,021 мм.

Схема контрольного приспособления.

Рис. 1.3.

Определим суммарную погрешность измерения на контрольном приспособлении:

Dсум =ÖDд.о. 2 + Dр 2

Dсум. изм. =Ö 0,0092 + 0,0212 = 0,023 мм.

Погрешность измерения должна составлять 25 - 50% от поля допуска на контролируемый размер:

Dпр = 0,05 мм,

Dсум. изм. < Dпр

0,023 < 0,05 , условие выполнено, расчет произведен верно.

1.10. Нормирование технологического процесса.

Технологическое нормирование – установление технически обоснованных норм расхода производственных ресурсов (ГОСТ 3.1109 – 82). Под ресурсами понимаются энергия, материалы, инструмент, рабочее время и др. Особенно важной задачей, решаемой проектированием технологических процессов, является задача технического нормирования вспомогательного времени, т. е. нормирование труда.

Норма штучного времени – это норма времени выполнения объема работы, равной единице нормирования.

Твсповобсотдопобсотд

, где

К – процент оперативного времени на обслуживание рабочего места и на отдых.

Наименование Тшт , мин
1 2
Операция 105 дробеструйная
Удалить коррозию, окалину 0,4
Операция 110 разметочная
Разметить торцы в размер 642 0,15
Операция 115 фрезерно-цент-ровальная

Установить заготовку в приз-мы, выверить, закрепить

Фрезеровать торец по разметке

Центровать торец

Повернуть стол

Фрезеровать торец по разметке

Центровать торец

0,25

0,15

0,10

0,05

0,15

0,10

Операция 120 токарная

Установить заготовку в цент-ра, выверить, закрепить.

Точить Æ 58, выдерживая размер 482

Притупить острые кромки

Точить Æ 94

Притупить острые кромки

Контрольная (проверить раз-меры и шероховатость)

Контрольная (проверить дета-ль ультразвуком)

0,25

0,55

0,1

0,3

0,1

0,15

0,9

Операция 130 токарная

Установить деталь в 3х кулач-ковый патрон, по Æ 94 пос-тавить люнет, закрепить

Подрезатьторец в размер 640

Центровать торец

Притупить острые кромки

Переустановить деталь в кула-чки по Æ94, по Æ58 поставить люнет, закрепить

Подрезать торец в размер 638-0,8

1

0,25

0,1

0,1

0,1

0,25

0,1

2

Сверлить отверстие Æ 14,43+0,3

Расточить отв. Æ 16,6+0,18

Расточить фаску под 60°

Расточить фаску под 45°

Нарезать резьбу М16х1,5-7Н

Притупить острые кромки

Контрольная

0,2

0,1

0,1

0,1

0,25

0,1

0,3

Операция 135 токарная

Установить деталь в центрах, закрепить

Точить Æ47,5

Точить Æ32h6

Врезаться и обточить Æ50,5

Точить Æ55,5

Точить Æ75h9

Точить Æ70,5

Врезаться и обточить Æ64-0,3

Точить Æ65h9

Проточить профиль гребней

Точить конус 1:10

Притупить острые кромки

0,2

0,3

0,2

0,65

0,3

0,3

0,25

0,4

0,3

0,4

0,25

0,2

Операция 140 токарная

Точить Æ90h9

Точить Æ78 с 15°

Врезаться, точить Æ64-0,3 с 15°

Точить Æ73,96 предваритель-но до Æ74,5

Точить 2 фаски 1х45°

Притупить острые кромки

Контрольная

0,2

0,25

0,25

0,15

0,25

0,15

0,25

0,6

Операция 145 разметочная
Разметить шпоночные пазы 0,15
Операция 150 фрезерная

Установить деталь в делитель-ную головку, поджать цент-ром, выверить, закрепить

Фрезеровать 2 паза

0,2

0,3

Операция 155 слесарная

Запилить заусенцы и приту-пить острые кромки по пазам

1

0,2

2

Контрольная 0,2
Операция 160 шлифовальная

Установить деталь в центрах, закрепить

Шлифовать Æ73,96h6

Шлифовать Æ50j6 и торцы в размер 80Н9

Шлифовать Æ47f7

Шлифовать Æ55f7

Шлифовать Æ70S6

Шлифовать конус 1:10

Установить вал на ложемент

Контрольная

0,3

0,4

0,4

0,3

0,3

0,4

0,25

0,1

0,7

Операция 165 слесарная

Маркировать наружный диа-метр зубчатого венца

Контрольная

0,1

0,1

Операция 170 разметочная
Разметить 2 отверстия Æ4Н7 0,1
Операция 175 сверлильная

Установить деталь на призмы, выверить, закрепить

Сверлить 2 отверстия Æ3,9 с пере-установом, выверкой, креплением

Развернуть 2 отверстия Æ4Н7 с переустановом

Притупить острые кромки в 2 отверстиях с переустановом

Контрольная

0,2

0,3

0,3

0,3

0,15

Операция 180 зубофрезерная

Установить деталь, закрепить

Фрезеровать зубья начерно

Фрезеровать зубья начисто

Контрольная

0,3

0,8

0,65

0,5

Операция 185 слесарная

Притупить острые кромки

Контрольная

0,4

0,2

Операция 190 шлифовальная

Установить деталь в центрах, закрепить

1

0,2

2

Полировать Æ70jS6;

Полировать Æ50jS6, торцы в размер 80Н9

Контрольная

0,2

0,2

0,2

Операция 195 маркирование

Маркировать обозначение де-тали ударным способом

Контрольная

0,1

0,05

Операция 900 консервация
Смазать полированные шейки смазкой, обернуть ветошью

0,3

Норма штучного времени

Тшт = 21,2 мин.

1.11. Составление маршрутной и операционной технологической документации.

Разработанные технологические процессы оформляются на соответствующих технологических документах.

В соответствии с ГОСТ 3.1109-82 в технологической документации могут быть применены следующие описания:

Маршрутное описание технологического процесса (см. приложение).

Производится сокращенное описание всех технологических операций в маршрутной карте в последовательности их выполнения без указания переходов технологических режимов. Обычно используются в единичном, мелко серийном и опытном производстве.

Операционное описание техпроцесса.

Полное описание с указанием переходов технологических режимов.

Характерно для серийного, крупно серийного и массового производства.

Маршрутное – операционное описание технологического процесса.

(См. приложение).

Список использованных источников.

Грановский Г. И., Грановский В. Г. Резание металлов: Учебник для машиностр. и приборостр. спец. вузов. – М.: Высш. шк., 1985. – 304 с., ил.

Обработка металлов резанием. Справочник технолога. Изд. 3-е, под ред. Г. А. Монахова. М., “Машиностроение”, 1974.

Косилова А. Г., Мещеряков Р. К., Калинин М. А. Точность обработки, заготовки и припуски в машиностроении. Справочник технолога. М., “Машиностроение”, 1976. – 288 с.

Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Под ред. А. Г. Косиловой и Р. К. Мещерякова. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1985. – 656 с., ил.