Проектирование технологического процесса изготовления вала

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет Кафедра технологии машиностроения и ремонта машин

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту по дисциплине

" Технологические основы машиностроения"

на тему: Проектирование технологического процесса изготовления вала

Выполнил: ст. гр. М-41

Бахов А.М.

Проверил:

Болдовский В.Н.

Харьков 2010

РЕФЕРАТ

Расчетно-пояснительная записка содержит 38 страниц, 6 рисунков, 3 таблицы. В курсовом проекте приведены данные по расчету оптимальных параметров режимов резания, технических норм времени, рассчитаны элементы крепления детали в приспособлении, представлена планировка производственного участка цеха.

ДЕТАЛЬ, МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЙ СТАНОК, ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС, РЕЖИМЫ РЕЗАНИЯ, ПРИСПОСОБЛЕНИЕ, ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПРИВОД, ТИСКИ, ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ УЧАСТОК.

1. Назначение детали

2. Разработка технологического процесса изготовления детали

3. Расчет режимов резанья и норм времени

4. Расчет технической нормы времени

5. Расчет конструкции элементов приспособления

6. Расчет производственного участка цеха

Эффективность производства, его технический прогресс, качество выпускаемой продукции во многом зависит от его технического оснащения: станками, машинами различными приборами и материалами, от внедрения новых технологий производства и экономии средств, от квалификации персонала и т. д.

Значение постановки всех вопросов при подготовке квалифицированных кадров специалистов производства, полностью овладевших инженерными методами проектирования производственных процессов, очевидно. В связи с этим в учебном процессе высших учебных заведений значительное место отводится самостоятельным работам, таким как курсовое проектирование по технологии машиностроения.

Технология машиностроения изучает совокупность методов и приемов изготовления машин (восстановление их неисправности) выработанных в течение длительного периода времени.

Целью является изучение, построение и анализ технических процессов изготовления и ремонта деталей СДМ, приобретения практических навыков в разработке технологии производства и ремонта машин.

1. НАЗНАЧЕНИЕ ДЕТАЛИ

Деталь предназначена для передачи крутящего момента от электродвигателя к редуктору

Деталь-вал. Деталь изготовляется из стали высокого качества марки Сталь45 и проходит термическую обработку. Вес детали 151 кг.

Таблица 1.1- Механические свойства стали 45

Вал отбора мощности устанавливается в СДМ и предназначен для передачи крутящего момента от роздаточной коробки к рабочему органу (бур).

Нетехнологичным в данной конструкции является то, что вал имеет слишком большую длину при малом диаметре для своего класса точности. Это обстоятельство предполагает трудность механической обработки с высокой точностью.

В остальном деталь достаточна технологична допускает применение проходных резцов для обработки поверхностей. Поперечные канавки имеют форму и размеры, пригодные для обработки на гидрокопировальных станках.

Термообработка:

Закалка, ТВЧ, цементация.

2. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛИ

Для изготовления вала разработан технологический процесс, операции которого приведены в табл. 1.1.

Таблица 2.1 — Технологический процесс изготовления шестерни

Рисунок 2.1-Эскиз № 1

Определение размера партии детали и типа производства

В машиностроении различают условно три типа производства: массовое, серийное и единичное.

При массовом производстве изготавливают серию изделий, регулярно повторяющихся через определенные промежутки времени. Характерный признак серийного производства — выполнение на рабочих местах нескольких повторяющихся операций.

При единичном производстве выполняются изделия широкой номенклатуры в малых количествах, которые либо не повторяются совершенно, либо повторяются через неопределенное время.

Количество деталей в партии

где N — годовая программа в штуках;

n — количество дней запаса, n=5−10 дней, принимаем n=7;

D_P — число рабочих дней в году

шт.

Пользуясь таблицей определяем, что тип производства среднесерийный.

Расчет припусков и допусков на размер

Размер заготовки и припуски на механическую обработку определяется табличным методом. Припуск на механическую обработку вала-шестерни определяем в соответствии с классом точности его изготовления, заготовка изготовлена по третьему классу точности.

Рассчитываем припуски на обработку и промежуточные предельные размеры на поверхность .

Таблица 2.2 — Расчетные значения припусков и предельных размеров

гдезначение параметра шероховатости поверхности;

— пространственное отклонение от плоскости.

Суммарное значение пространственных отклонений для заготовки данного типа определяется по формуле

где мм, мм, мм.

мм.

Окончательная величина пространственного отклонения:

после предварительного точения:

мкм.

после окончательно точения:

мкм.

Окончательная величина пространственного отклонения:

после предварительного шлифования

мкм.

Обработка заготовки производится установкой по наружному диаметру и торцу. По таблице определяем параметры заготовки подготавливаемой к обработке.

мкм,

мкм,

мкм,

мкм,

мкм.

Расчет минимальных значений припусков производим, пользуясь основной формулой:

Расчет d_Р начинаем с конечного размера путем последовательного прибавления расчетного минимального припуска каждого технологического перехода.

мм,

мм,

мм,

мм.

Наибольшие придельные размеры вычисляем прибавлением к наименьшему округленному предельному размеру:

мм,

мм,

мм,

мм,

мм.

Предельное значение припусков определяется как разность наибольших предельных размеров и — как разность и выполняемого переходов:

мкм,

мкм,

мкм,

мкм,

мкм,

мкм,

мкм,

мкм.

Проверка

мкм,

мкм,

мкм,

мкм,

мкм,

мкм,

мкм,

мкм.

3. РАСЧЕТ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ

Расчет режимов токарной операции 030

Рисунок 3.1-Эскиз токарной операции

Материал заготовки конструкционная сталь высокого качества марки 12Х2Н4А .

Станок токарно-винторезный 16К20Т1

Диаметр заготовки 73 мм.

Резец проходной Т5К6 ГОСТ 18 877–73.

Назначение параметров на шероховатость мкм.

Устанавливаем подачу резания мм/об.

Расчет глубины резанья

мм.

Назначаем стойкость режущего инструмента

минут. Принимаем минут.

Расчет скорости резания

где .

Поправочный коэффициент на скорость резанья

гдекоэффициент, учитывающий материал обрабатываемой стали;

— коэффициент, учитывающий требования по шероховатости поверхности детали;

— коэффициент, учитывающий материал режущего инструмента.

Где

.

.

Расчет частоты вращения шпинделя станка

.

Корректируем расчетную частоту вращения шпинделя станка по паспортным данным станка 16К20Т1

Рассчитываем действительную скорость резанья

.

Определяем тангенциальную (главную) силы резанья

Где

Где ,

Где ,.

Где ,

.

Н.

Расчет эффективной мощности резанья

кВт.

Расчет мощности шпинделя

кВт

Проверка мощности станка для обеспечения процесса резанья

Процесс резания возможен.

Расчет режимов резанья при сверлении

Рисунок 3.2-Эскиз сверлильной операции

Материал заготовки конструкционная сталь высокого качества марки 12Х2Н4А ,.

Станок вертикально-сверлильный 2Р118, N_д=1,5кВт, з=0,75.

Сверло из быстрорежущей стали Р6М5 ГОСТ 10 903–77.

Определяем величину подачи сверла

Принимаем подачу .

Определяем период стойкости режущего инструмента Т=45 мин.

Рассчитываем глубину резанья при сверлении, где — диаметр сверла. мм.

Рассчитываем скорость резания

где ;;;

— коэффициент, зависящий от скорости резанья

где — коэффициент, зависящий от металла заготовки,

где

— коэффициент, зависящий от материала сверла.

.

Рассчитываем частоту вращения шпинделя станка по формуле

Корректируем число оборотов по паспортным данным станка

Рассчитываем действительную скорость резанья

.

Определяем крутящий момент при сверлении.

где

Рассчитываем мощность, затраченную при сверлении

.

Проверяем, достаточно ли мощности станка для выполнения сверления

0,42<1,125 кВт — процесс резанья возможен.

Расчет режимов резанья при фрезеровании

Рисунок 3.3-Эскиз фрезерной операции

Материал заготовки конструкционная сталь высокого качества марки 12Х2Н4А,.

Инструмент — фреза шпоночная двухперая Р6М5 ГОСТ 9140–77, D=16, число зубьев Z=2.

Станок консольный вертикально-фрезерный 6Р11, N_д=5,5кВт, з=0,75.

Принимаем глубину резанья

Назначаем подачу на зуб фрезы

Устанавливаем период стойкости фрезы

Расчет скорости резанья при фрезеровании

где

где ,;

где ;

Расчет частоты шпинделя станка

.

Корректируем частоту вращения шпинделя станка

Расчет действительной скорости резанья

.

Тангенциальная составляющая

где,

где, ;

Н.

Расчет мощности резанья при фрезеровании

кВт.

Проверяем, достаточно ли мощности станка для данной операции

процесс резанья возможен.

Расчет режимов резанья при шлифовании

Рисунок 3.4-Эскиз шлифовальной операции

Материал заготовки конструкционная сталь высокого качества марки 12Х2Н4А,.

Шероховатость поверхности .

Станок кругло шлифовальный 3 М 150, N_д=4кВт, з=0,75.

Шлифовальный круг ПП 750−80−305−2НА 40 СМ 16 КПТ 35ГОСТ2424−83.

Шлифовать поверхность на l=35.

Скорость вращения заготовки .

Скорость вращения круга

Радиальная подача .

Определение мощности резанья при шлифовании

где,

Проверяем, достаточна ли мощности станка для данного процесса шлифования

— процесс резанья возможен.

4. РАСЧЕТ ТЕХНИЧЕСКОЙ НОРМЫ ВРЕМЕНИ

Расчет основного времени при токарной операции

где — общая длина обрабатываемой поверхности;

гдедействительная длина обрабатываемой детали мм;

— величина врезания

— величина перебега ;

Расчет основного времени при сверлении

где — общая длина сверления;

гдедействительная длина сверления; - величина перебега сверла 2−3мм;

;

.

Расчет основного времени при фрезеровании

гдеобщая длина резанья;

— подача за минуту;

где — действительная длина резанья;

— величина врезания фрезы; - величина перебега (3 мм);

мин;

мин;

;

мин.

Расчет основного времени при шлифовании

где ммдлина обрабатываемой поверхности;

— число оборотов детали;

— коэффициент учитывающий точность шлифования;

— число проходов;

— продольная подача шлифовального круга;

.

Корректируем частоту вращения

мин.

5. РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИИ ЭЛЕМЕНТОВ ПРИСПРОСОБЛЕНИЯ

Принцип работы и строение гидравлических тисков

Все более широкое распространение получают пневмогидравлические и гидравлические тиски различных конструкций. При повышенных давлениях жидкости они обладают большой компактностью. На рисунке 5.1 показаны гидравлические тиски, питание которых жидкостью под давлением может производиться от групповой гидроаккумуляторной или от индивидуальной пневмогидравлической установки.

У этих тисков правая и левая части могут быть самостоятельно установлены и закреплены на столе станка, что расширяет диапазон габаритов закрепляемых заготовок. Закрепление заготовок производиться посредством гидравлического привода поворотного типа, встроенного в корпус стойки 3. Масло под давлением 50…60кгс/см² подается к фланцу 5 через трубку 7 и далее через отверстие во фланце 5 в полость А, заставляя гайку 4 поворачиваться. При этом повороте винт 2 вместе с подвижным корпусом 1 перемещается влево, зажимая заготовку 9.

При переключении направления потока масла посредством крана управления 6 происходит изменение поворота ротора, а следовательно, изменение направления движения винта 2, при котором происходит раскрепление заготовки 9. винтовая пара 2 и 4 — самотормозящая, что позволяет после закрепления заготовки снимать давление масла в гидроцилиндре. Для уменьшения потерь на преодоление трения гайка 4 смонтирована на радиальноупорных роликовых подшипниках 8.

Рисунок 5.1-Гидравлические тиски с переставными губками

Расчет параметров гидравлического привода

Исходными данными для расчета гидропривода являются:

— сила на штоке ;

— ход поршня ;

— время зажима заготовки ;

— номинальное давление рабочей жидкости .

Секундная подача насоса, определяется по формуле

где объемный КПД насоса;

.

Мощность, потребляемая приводом насоса,

где механический КПД насоса;

.

Внутренний диаметр всасывающего трубопровода определяется по эмпирической зависимости

где — минутная подача насоса;

— скорость протекания рабочей жидкости;

.

6. РАСЧЕТ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО УЧАСТКА ЦЕХА

В соответствии с ОНТП02−68 принимаем для производственного участка следующий режим работы: пятидневная рабочая неделя с двумя выходными днями, продолжительность которой 41 час, количество рабочих дней в году — 253, количество смен — 2.

Годовой фонд времени работы оборудования и рабочего выбираем по таблицам 3 Действительный годовой фонд времени рабочего: Ф_д.р.=2030 ч.

Действительный годовой фонд времени работы оборудования: Ф_д.о.=2030 ч. (для металлорежущих станков 1−30й категорий ремонтной сложности). Расчет нормативной численности основных и вспомогательных рабочих

Трудоемкость годовой программы 97 000чел.ч.

Количество основных рабочих определяем по формуле:

где Т — трудоемкость годовой программы, чел.ч.; Ф_д.р. — действительный фонд рабочего времени, час; з — коэффициент многостаночного оборудования, з=1,5;

чел.

Принимаем количество основных рабочих чел.

Количество токарей равно 48% от основных:

чел.

Принимаем количество рабочих чел.

Количество фрезировшиков — 10%:

чел.

Принимаем количество рабочих чел.

Количество зубофрезировшиков — 5%:

чел.

Принимаем количество рабочих чел.

Количество шлифовальщиков — 15%:

чел.

Принимаем количество рабочих чел.

Количество сверлильщиков — 10%:

чел.

Принимаем количество рабочих чел.

Расчет количества основного оборудования

К основному оборудованию относится оборудование, предназначенное для выполнения технологических операций, определяющих функциональное назначение основного производства.

Для расчета основного оборудования по каждой операции главным исходным параметром является величина годовой трудоемкости технологической операции.

Общее количество основного оборудования по всем технологическим операциям можно расчитать по формуле

где Т — трудоемкость годовой программы, чел.ч.;

Ф_д.р. — действительный фонд времени оборудования;

станка.

Принимаем станка.

Общее количество оборудования распределяем по типам производства:

— токарные (16К20Т1) ст.

Принимаем ст.

— фрезерные (6Р11) ст.

Принимаем ст.

— сверлильные (2Н118) ст.

Принимаем ст.

— шлифовальные (3М150) ст.

Принимаем ст.

— зубофрезерные (5К310) ст.

Принимаем ст.

Согласно полученного количества оборудования определяем коэффициент загрузки оборудования

гдерасчетное количество оборудования;

— принятое количество оборудования.

Коэффициент загрузки токарных станков:

.

Коэффициент загрузки фрезерных станков:

.

Коэффициент загрузки зубофрезерных станков:

.

Коэффициент загрузки шлифовальных станков:

.

Коэффициент загрузки сверлильных станков:

.

Расчет площади проектируемого участка

Расчет площади участка можно производить на основании ранее полученных результатов по определению численности рабочих, номенклатуры и количества оборудования с учетом объема производства.

Площадь участка цеха, м²:

где n — число станков, шт;

f — удельная площадь, приходящаяся на один станок, м²;

k — коэффициент громоздкости;

.

Длина участка, м:

где Н — ширина участка цеха, м;

м.

Поскольку нам необходимо обеспечить шаг колонн, равный 6 метрам, то длину участка цеха принимаем 24 метра, соответственно пересчитываем площадь участка цеха:

1. Ансеров М. А. Приспособления металлорежущих станков.-Л.Машиностроение, 1975.-656с.

2. Егоров М. Е. Основы проектирования машиностроительных заводов.- М: Высшая школа, 1969. — 480 с.

3. Методические указание к курсовому проекту по дисциплине «Технологические основы машиностроения». /Под ред. М. А. Подрыгало. — Харьков: Издательство ХНАДУ, 2002. — 36 с.

4. Назаров А. И. Проектирование и расчет приспособлений.- Харьков: Издательство ХНАДУ, 2006. — 496с.

5. Справочник технолога-машиностроителя./Под ред. А. Г. Косиловой, Р. К. Мещерякова. — М: Машиностроение, 1985. — Т.2- 496 с.