Разработка технологического процесса изготовления вала Московский Автомобильно-дорожный Институт ( Государственный Технический Университет) Кафедра Производства и ремонта автомобилей и дорожных машин 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 1. 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. 1.1. 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 + b/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 b = 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 = Sср * Lдет * g = 1520*250* 7,8 / 1000 = 3 кг Dср = ( 30*20 +40*60+50*150 +30*20 / 20+60+150+20 ) = 44 мм Sср = 3,14 * 44 2 / 4 = 1520 мм2 ; Lдет = 20 + 60 + 150 + 20 = 250 мм g - плотность стали , g=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 = 5,5кг 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 * tx * 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 )N v = 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 * Sy * Vn * Kр Kp= Kmp * Ky * Kфи p * Kyp * Krp Kmp = (Gв /750 )N v – учитывет качество обрабатываемого материала Ky , Kфи , Kn , Kp – учитывают параметры режущей части инструмента Kp = 0,85 ; Nv = 0,75 ; Kфи p = 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 )N v = 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 * Sy * Vn * Kр ; Kp= Kmp * Ky * Kфи p * Kyp * Krp Kmp = (Gв /750 )N v – учитывет качество обрабатываемого материала Ky , Kфи , Kn , Kp – учитывают параметры режущей части инструмента Kp = 0,85 ; Nv = 0,75 ; Kфи p = 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 = 840H 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 = t 0 * ( 1+ ( K 2+ K 3)/ K 1) ) = 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 = 1592об/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 = t 0 * ( 1+ ( K 2+ K 3)/ K 1) ) = 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 = t 0 * ( 1+ ( K 2+ K 3)/ K 1) ) = 0, 1 * (1 + 55/40)= 0,24 мин Технологический процесс 1. Операция № 1 . Токарная 1.1. 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 1.2. 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 2. Операция № 2 . Токарная 2.1. 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 2.2. 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 3. Операция № 3 . Токарная Цель - Точение проточки (поверхность № 6 ) Станок - Токарно-винторезный станок 1М63БФ101 Резец - отрезной из твердого сплава по ГОСТ 18884-73 4. Операция № 4 . Фрезерование Цель - Нарезание шлицев ( поверхность № 8 ) Станок - 5303В – зубофрезерный полуавтомат Фреза - шлицевая фреза цельная насадочная по ГОСТ 2679-73 5. Операция № 5 . Шлифование Цель - Шлифование шлицев по наружнему диаметру ( поверхность № 8 ) Станок - 3М150 – кругло-шлифовальный станок Инструмент - шлифовальный круг прямого профиля с зернистостью М50 6. Операция № 6 . Контроль 1- 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 1. Точить торец ( поверхность № 12 ) и сверлить центровочное отверстие 2. Точить торец ( поверхность № 1 ) и сверлить центровочное отверстие 2. Операция № 2 . Токарная 1.Точить поверхности № 11 , №10 , № 9 , № 8 , 2. Точить поверхности № 2 , № 3 , № 4 , № 5 , N 7 3. Операция № 3 . Токарная 1. Точение проточки (поверхность № 6 ) 4. Операция № 4 . Фрезерование 1. Нарезание шлицев ( поверхность № 8 ) 5. 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