Технологический процесс обработки детали Вал. технологический процесс обработки детали Вал 1. 1. теоретическая часть 4 1 Анализ служебного назначения детали

метки: Технологический, Обработка, Процесс, Поверхность, Таблица, Шероховатость, Цилиндр, Технологичность

Научно-технический прогресс в машиностроение в значительной степени определяет развитие и совершенствование всех остальных отраслей. Важнейшими условиями ускорения научно-технического процесса являются рост производительности труда , повышение конкурентоспособности и улучшению качества.

Совершенствование технологических методов изготовления машин имеет при этом первостепенное значение. Качество машины, надежность, долговечность и экономичность в эксплуатации зависят не только от совершенства ее конструкции, но и от технологии производства. Применение прогрессивных высокопроизводительных методов обработки, обеспечивающих высокую точность и качество поверхностей деталей машины, методов упрочнения рабочих поверхностей, повышающих ресурс работы деталей и машины в целом — все это направлено на решение главных задач: повышения эффективности производства, конкурентоспособности и качества продукции.

Целью выпускной квалификационной работы является: разработка технологического процесса обработки детали “Вал” в условиях мелкосерийного производства.

Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:

1. Проанализировать назначение детали и технологичность чертежа;

2. Обосновать выбор метода получения заготовок и выбора баз;

3. Рассчитать экономическую эффективность технологического процесса;

4. Разработать мероприятия по охране труда;

5. Спроектировать план участка механической обработки.

1.ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Анализ служебного назначения детали

Деталь – вал – служит для передачи крутящего момента. Вал ступенчатый, состоит из 13 ступеней. Ступени 7-10 предназначены для посадки зубчатого колеса и содержат шпоночные пазы 44-45. Ступени 2 и 16 предназначены для установки вала с помощью шлицевых соединений. Взаимное расположение поверхностей 2 и 16 имеют важное значение для служебного назначения детали (допуск круглости, профиля продольного сечения и соосности поверхностей 2 и 16 указаны на чертеже).

Поверхность 11 имеет второстепенное значение для служебного назначения детали.

Вал изготовлен из материала Сталь 40Х ГОСТ 4543-71. Химический состав стали 40Х приведен в таблице 1.1., механические свойства стали приведены в таблице 1.2.

Таблица 1.1 — Химический состав в % материала 40Х

Методы обработки отверстий

... окончательной обработки отверстий в закаленных деталях и деталях с поверхностями неравномерной твердости, когда отверстие нельзя обработать другим способом (тонкостенных деталях, глухих отверстиях, шлицевых и ... растачивании определяют также, как и при обработке наружных поверхностей. Протягивание отверстий. Протягивание - производительный метод обработки отверстий с помощью протяжки или прошивки. ...

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	Cu
0.36-0.44	0.17-0.37	0.5-0.8	до 0.3	до 0.035	до 0.035	0.8-1.1	до 0.3

Таблица 1.2 — Механические свойства при Т=20^o С материала 40Х

Сортамент	Размер	Напр.	 в	 T	 5		KCU	Термообр.
—	мм	—	МПа	МПа	%	%	кДж / м 2	—
Диск		Танг.	570	320	17	35	400
Пруток	 28-55	Прод.	940	800	13	55	850

Твердость материала 40Х после отжига HB=217

Обозначения:

	 в	— Предел кратковременной прочности, [МПа]
	 T	— Предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), [МПа]
	 5	— Относительное удлинение при разрыве, [ % ]
		— Относительное сужение, [ % ]
	KCU	— Ударная вязкость, [ кДж / м 2 ]
	HB	— Твердость по Бринеллю

Сталь 40Х ГОСТ 4543-71 – конструкционная легированная сталь, имеющая хорошие механические свойства для обрабатывания резаньем. Это прочный и твердый материал, способный выдерживать большие нагрузки и не подвергаться разрушению.

Сталь 40Х применяют для изготовления осей, валов, валов-шестерней, плунжеров, штоков, коленчатых и кулачковых валов, колец, шпинделей, оправок, реек, губчатых венцов, болтов, полуосей, втулок и других улучшаемых деталей повышенной прочности.

В данном случае применение данного материала целесообразно.

1.2 Анализ технологичности детали

Целью анализа конструкции детали на технологичность является выявление недостатков конструкции по сведениям, содержащимся в чертежах и технических требованиях , а также возможное улучшение технологичности рассматриваемой конструкции.

Конфигурация вала достаточно технологична для обработки резаньем на токарном станке, все поверхности легкодоступны для инструмента. Диаметральные размеры вала убывают от середины к концам. Жесткость вала допускает получение высокой точности обработки (жесткость вала считается недостаточной, если для получения точности 6…9-го квалитетов отношение его длины к диаметру свыше 10…12).

Для улучшения технологичности вала необходимо заменить закрытый шпоночный паз открытым, который обрабатывается гораздо производительнее дисковой фрезой.

На чертеже указаны все необходимые размеры, требуемая шероховатость обрабатываемых поверхностей, допуски круглости, профиля продольного сечения и соосности поверхностей, допуск торцевого биения.

Технологической базой при точении является черновая поверхность заготовки, после переустановки детали – уже обработанная поверхность вала. На шлифовальных операциях технологической базой является ось детали.

Измерение размеров детали производиться с использованием следующих измерительных инструментов:

• на токарных операциях – штангенциркуль;

• на шлифовальных операциях – микрометр рычажный;

• контроль отклонения формы – с помощью индикатора часового типа с помещением детали в призме ;

• контроль овальности – скоба.

В соответствии с рекомендациями, изложенными в [1 стр.158], допуск профиля продольного сечения равен удвоенному допуску формы. Для улучшения технологичности детали, установим допуск профиля продольного сечения поверхностей 2 и 16 равным 0,006. Рекомендуемая шероховатость посадочных поверхностей валов при 6 классе точности подшипников – Ra 0.63, шероховатость опорных торцов 9 и 11 – Ra 1.25.

В качестве количественных показателей технологичности рассмотрим коэффициент точности и коэффициент шероховатости поверхностей.

Сведем данные о квалитетах и шероховатостях поверхностей в таблицу 1.3.

Таблица 1.3 — Квалитеты и шероховатости

Поверхность	Квалитет, Ti	Шероховатость, Ra
1 торец	14	6,3
2 цилиндр	14	6,3
3 цилиндр	6	1,6
4 цилиндр	6	1,6
5 цилиндр	6	1,6
6 цилиндр	9	3,2
7 цилиндр	6	1,6
8 цилиндр	7	1,6
9 цилиндр	6	1,6
10 цилиндр	6	1,6
11 цилиндр	16	12,5

Продолжение таблицы 1.3

12 цилиндр	9	3,2
13 цилиндр	16	12,5
14 цилиндр	6	1,6
15 цилиндр	6	1,6
16 цилиндр	14	6,3
17 торец	14	6,3
18 фаска	16	12,5
19 торец	16	12,5
20 торец	16	12,5
21 торец	16	12,5
22 торец	6	1,6
23 торец	16	12,5
24 торец	16	12,5
25 торец	16	12,5
26 торец	16	12,5
27 торец	16	12,5
28 торец	14	6,3
29 торец	16	12,5
30 торец	16	12,5
31 торец	16	12,5
32 торец	16	12,5
33 фаска	16	12,5
34 канавка	6	1,6
35 канавка	6	1,6
36 канавка	6	1,6
37 канавка	6	1,6
38 канавка	6	1,6
39 канавка	6	1,6
40 канавка	6	1,6
41 канавка	6	1,6
42 канавка	6	1,6
43 канавка	6	1,6
44 паз	9	3,2
45 паз	9	3,2

Определим коэффициент точности (табл. 1.4).

Таблица 1.4 – Расчет коэффициента точности

T i	n i	T i ni
6	19	114
7	1	7
9	4	36
14	5	70
16	16	256
	n i =45	T i ni =483

Средняя трудоемкость операции:

(1.1)

Коэффициент точности обработки:

(1.2)

Определим коэффициент шероховатости (табл. 1.5)

Таблица 1.5 – Расчет коэффициента шероховатости

Ra i	n i	Ra i ni
1,6	20	32
3,2	4	12,8
6,3	5	31,5
12,5	16	200
	n i =45	Ra i ni =276,3

Средняя шероховатость:

(1.3)

Коэффициент шероховатости:

(1.4)

Вывод: деталь является технологичной, так как коэффициент точности обработки и коэффициент шероховатости меньше 1.

Рисунок 1.2 — Кодировка поверхностей детали

Рисунок 1.3 -Чертеж детали «Вал»

1.3 Определение типа производства и стратегия разработки

технологического процесса

Выбор типа производства проводим исходя из массы детали и ее годового объема выпуска по [2, с.24, табл.3.1].

Масса детали 183,7 кг, годовой объем выпуска – 1 тысяча штук, следовательно, тип производства – мелкосерийный.

На основании выбранного типа производства разрабатываем стратегию технологического процесса и сводим ее в табл. 1.6.

Таблица 1.6 — Стратегия ТП для изготовления детали в условиях мелкосерийного производства.

Показатель ТП	Характеристика для мелкосерийного производства
1. Форма организации ТП	Переменно-поточная
2. Повторяемость выпуска	Периодически повторяется, партиями
3. Вид ТП	Единичный
4. Заготовка	Поковка
5. Вид припуска	Расчетный (частично табличный)
6. Оборудование	Универсальное, специальное, станки с ЧПУ
7. Загрузка оборудования	Периодическая смена различных деталей
8. Коэффициент закрепления операции (К з.о. )	; Кз.о. =10-20
9. Расстановка оборудования	По ходу ТП
10. Оснастка	УСПО, частично специальная
11. Подробность разработки документации	Маршрутные, операционные карты и карты эскизов

1.4 Анализ заводского технологического процесса

Данная деталь – вал по базовому ТП изготовляется в единичном производстве. Используемое оборудование и оснастка – универсальное. Заготовка на обработку поступает в виде проката, это увеличивает время обработки и отхода металла в стружку.

Базовый технологический процесс приведен в табл. 1.7.

Таблица 1.7 — Содержание базового технологического процесса

№ опер.	Наименование операции	Содержание операции
000	Заготовительная (прокат)	Отрезать заготовку
005	Фрезерно-центровальная	Подрезка и зацентровка торцов
010	Токарная	Предварительное обтачивание всех ступеней , подрезка фланца, обтачивание шеек под люнеты
015	Токарная	Подрезка торцов, окончательное растачивание конусов с обеих сторон, обтачивание всех ступеней под шлифование, прорезка канавок при установке на центровые пробки
020	Фрезерная	Фрезерование шпоночных пазов
025	Шлицефрезерная	Фрезерование шлицевых соединений
030	Термическая (цементация)
035	Токарная	Обточка ступеней
040	Термическая (закалка, отпуск)
045	Шлифовальная	Шлифование центровых фасок
050	Шлифовальная	Шлифование цилиндрических ступеней предварительно
055	Термическая (стабилизирующий отпуск)
060	Шлифовальная	Чистовое шлифование центровых фасок
065	Шлифовальная	Получистовое шлифование шеек и торцов под подшипники, шлифование остальных ступеней окончательно
070	Промывочная
075	Технологический контроль

Проведя анализ базового технологического процесса , был выявлен ряд недостатков (табл. 1.8.), пути и способы, устранения которых рассмотрены в данном дипломном проекте при проектировании технологического процесса обработки детали «Вал» при переходе на мелкосерийное производство.

Таблица 1.8 — Анализ недостатков базового технологического процесса и пути их устранения

Объект совершенствования	Применяемое техническое решение (недостатки)	Усовершенствованное техническое решение (предложения)	Технический и другие виды эффектов
Технологический процесс	Разделена черновая и получистовая токарная обработка на отдельные операции	Совместить черновые и получистовые переходы в одну операцию	Повышение производительности и точности взаимного расположения обрабатываемых поверхностей.
	Чистовые и отделочные операции обработки опорных шеек и соосных с ними наружных поверхностей шпинделя производят на специальных пробках устанавливаемых с обеих сторон в конические отверстия. Пробки служат технологическими базами.	Вместо пробок в качестве технологических баз использовать центровые фаски, выполненные с обеих сторон шпинделя.	Уменьшается количество звеньев в технологической размерной цепи, погрешность установки. Повышается точность положения исполнительной поверхности центрального отверстия относительно поверхностей опорных шеек.
	На окончательной операции для достижения заданного параметра шероховатости применяется полирование.	Применить суперфинишную обработку.	Данный способ обработки обеспечивает малую шероховатость поверхности, уменьшает погрешности формы. Благоприятно влияет на износостойкость и усталостную прочность детали, упрочняя поверхностный слой металла.
Режущий инструмент	Сверление центрального отверстия производится перовым сверлом из быстрорежущей стали.	Подобрать сверло для глубокого сверления из твердого сплава с использованием специального оборудования.	Повышение производительности, качества и точности обработки.