Разработка технологического процесса изготовления вала

Министерство образования и науки РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный горный университет КУРСОВОЙ ПРОЕКТ Надежность, эксплуатация и ремонт металлургических машин

Тема: Разработка технологического процесса изготовления вала

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Автор: студент гр. ММ-07

Блинов Д.В./

ПРОВЕРИЛ

Руководитель проекта ассистент

Хафизова О. Ф. /

Санкт-Петербург

2011 г.

Министерство образования и науки РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный горный университет УТВЕРЖДАЮ Заведующий кафедрой д.т.н., профессор /Габов В.В./

" ___" _ ______2011 г.

Кафедра _____ КГМ и ТМ_________ __________

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

По дисциплине: Надежность, эксплуатация и ремонт металлургических машин

ЗАДАНИЕ

Студенту группы _ ММ-07 / Блинов Д.В./

(шифр группы) (Ф.И.О.)

Тема: Разработка технологического процесса изготовления вала

1. Чертеж детали КП ТМ 00.000.001.

2. Программа выпуска.

3. Поверхность, для изготовления которой проектируется приспособление.

Содержание пояснительной записки:

а) назначение и конструкция детали;

б) оценка технологичности конструкции;

в) технологический процесс механической обработки;

г) термообработка детали;

д) разработка приспособления.

Перечень графического материала:

а) чертеж детали;

б) чертеж-схема механической обработки;

в) сборочный чертеж спроектированного приспособления для механической обработки;

г) Чертёж заготовки.

Руководитель проекта: ассистент ____________________ Хафизова О.Ф.

Задание получил: ____________________

Аннотация

Назначение и технические условия на изготовление

Оценка технологичности конструкции

Технологический процесс изготовления заготовки

Определение припусков и предельных отклонений.

Определение размера прутка.

Установление режима нагрева и охлаждения

Операция ковки

Технологический процесс ковки

Технологические процессы предварительной термической обработки детали

Технологический процесс механической обработки детали

Выбор станков

Механическая обработка

Окончательная термическая обработка

Расчет и проектирование станочного приспособления.

Проектирование станочного приспособления.

Расчет производительности приспособления.

Описание устройства и работы приспособления.

• Список использованной литературы
• Аннотация
• В курсовом проекте разработан процесс изготовления вала. Выбран способ получения заготовки. Спроектированы процессы термической и механической обработки вала. Также описана конструкция приспособления для крепления вала при нарезания шпоночного паза.

Страниц 18, рисунков 13, таблиц 6.

The summary

In an academic year project process of manufacturing of a shaft is developed. The way of reception of preparation is chosen. Processes thermal and machining of a shaft are designed. Also the design of the adaptation for fastening of a shaft at cutting the keyway.

Pages 18, pictures 13, tables 6.

Деталь «вал «является составной частью привода гильотинных ножниц и служит для передачи крутящего момента.

В процессе эксплуатации деталь подвергается в основном динамическим нагрузкам, связанным с передачей крутящего момента.

Данная деталь относится к классу валов. Все поверхности детали имеют доступ для обработки, имеется возможность многорезцовой производительной обработки на автоматах и полуавтоматах. Заданная точность поверхностей детали соответствует экономической точности оборудования. Материал детали, сталь 45, легко обрабатывается лезвийным и абразивным инструментом. При термической обработке такой стали можно получить необходимую структуру и твёрдость. Вал имеет небольшое количество ступеней с незначительным перепадом их диаметров, поэтому данная деталь изготавливается из штучных заготовок. Поверхности вала, имеющие разные параметры шероховатости и обработанные по разной степени точности. Деталь имеет возрастающие диаметры ступеней. Чётко разграничиваются обработанные и необработанные поверхности.

Выбор габаритных размеров, конфигурации, параметров точности изготовления отдельных поверхностей детали и материала детали диктуется габаритами изделия, в которое входит изготовляемая деталь, условиями работы детали в узле и её функциональным назначением.

Назначение и технические условия на изготовление

Деталь изготовляем из стали 45. Данные о химическом составе представлены в таблице 1, о механических свойствах материала детали в таблице 2.

изготовление вал деталь термический обработка

Химический состав материала (в процентах) по ГОСТ 1050–88

Таблица 1

Механические свойства после предварительной термической обработки

Таблица 2

Где в — временное сопротивление разрыву; 1 — предел текучести; 5- относительное удлинение; НВ — твёрдость; - плотность; - теплопроводность; - коэффициент линейного расширения; КСU — ударная вязкость; * - после отжига или высокого отпуска.

Оценка технологичности конструкции

Разработка технологических процессов входит основным разделом в технологическую подготовку производства.

Разрабатываемый технологический процесс должен быть прогрессивным, обеспечивая повышение производительности труда и качества деталей, сокращение трудовых и материальных затрат на его реализацию, уменьшение вредных воздействий на окружающую среду.

Технологический процесс разрабатывают на основе имеющегося типового или группового технологического процесса. При разработке технологических процессов необходима исходная информация.

Для разработки технологического процесса обработки детали требуется предварительно изучить ее конструкцию и функции, выполняемые в узле, механизме, машине, проанализировать технологичность конструкции и проконтролировать чертеж. Рабочий чертеж детали должен иметь все данные, необходимые для исчерпывающего и однозначного понимания при изготовлении и контроле детали, и соответствовать действующим стандартам.

Технологический процесс изготовления заготовки

Представленная деталь по своему типу относятся к деталям типа «Вал».

Валы выполняются гладкими, ступенчатыми и с фланцами на концах. Наиболее распространены ступенчатые валы, имеющие утолщение по середине или с одного конца.

Валы, длина которых не превышает двенадцатикратного среднего диаметра, считаются жёсткими.

Валы, в основном, изготавливают из конструкционных и легированных сталей, к которым предъявляются требования высокой прочности, хорошей обрабатываемости, малой чувствительности к концентрации напряжений, а также повышенной износостойкости. Этим требованиям отвечают стали марок 35,40,45,45 Г, 40ХН и др.

Заготовки ступенчатых валов штампуют на молотах и прессах, выполняют на ротационно-ковочных машинах и на ГКМ методом высадки.

Заготовки ступенчатых валов нередко получают резкой горячекатаных прутков, их применяют в единичном производстве, а так же в массовом производстве при изготовлении валов с небольшой разницей диаметров ступеней. Метод получения заготовок выбирают, сравнивая суммарные себестоимости производства заготовок.

Исходным материалом для кованых заготовок является круглый прокат. В связи с тем, что кривизна проката и поковок достигает 5 мм/м, заготовки часто правят для уменьшения припусков на механическую обработку. Правкой уменьшают кривизну заготовок до 0,5 мм/м.

Заготовку детали вал гильотинных ножниц можно получить резкой горячекатаного проката или штамповкой на молотах. Изготовление заготовки из сортового проката удобно и выгодно тем, что диаметр проката соответствует рассчитанным размерам заготовки, что в свою очередь выгодно, т.к. нам остается разрезать пруток проката на части и приступать к процессу ковки. В качестве исходной заготовки принимаем прокат стальной горячекатаный круглый из стали 45 по ГОСТ-2590−88.

Определение припусков и предельных отклонений.

На концевые ступени вала припуск и допуск по длине равен 1,5 от припуска и допуска соответствующй длины, на остальных ступенях вала принимаются равными 0,75 от припуска и допуска на соответствующую длину. А припуск и допуск по диаметру равен 0,5 от припуска и допуска соответствующего диаметра.

Чертеж поковки представлен на чертеже КП ТМ 00.000.002

Определение объема и массы поковки

Определение размера прутка

Так как самый большой диаметр поковки 108 мм, в качестве заготовки выберем пруток диаметром 110 мм. ГОСТ 2590–88 прокат стальной горячекатаный, круглый.

Длину заготовки определяем по формуле:

.

Установление режима нагрева и охлаждения

Главным фактором, определяющим температуры начала и конца горячей деформации, является химический состав сплава и его физические свойства.

Для нагрева углеродистой стали 45 применим двухкамерную печь. Выбираем прокат горячекатаный круглый обычной точности. Угар составит примерно 1,4% по массе.

При ковке прутковых заготовок необходимо решить две задачи:

— придание заготовке заданной формы и размеров поковки;

— получение требуемых свойств.

Оптимальный термический режим ковки должен способствовать успешному проведению процесса, при котором вредное влияние теплоты по возможности ограничивается и обеспечивается высокое качество поковок. Поэтому термический режим разрабатывается для каждой стали, с учетом исходной структуры металла, объёма и соотношения размеров поковки и назначения поковки.

Режим нагрева и охлаждения включает:

— нагрев металла перед ковкой;

— охлаждение металла в процессе ковки;

— охлаждение металла после ковки.

Быстрота прохождения процесса ковки обычно позволяет уложиться в промежуток времени, определяемый остыванием металла.

Одна из главных задач при разработке термического процесса ковки, состоит в определении температурного интервала. Под температурным интервалом подразумевается интервал между температурой конца нагрева и металла и температурой конца деформации. Температура конца нагрева металла превышает температуру начала деформации металла на величину потери температуры за время передачи металла от нагревающего устройства к штамповочному механизму.

Температуру конца нагрева металла принимаем на 100 250 0 меньше температуры плавления данного металла.

По справочным данным принимаем:

— температура конца нагрева металла 1200 0С;

— температура конца ковки 850 0С.

Ориентировочное время нагрева заготовки при одиночном расположении в печи равно 22,5 мин, при температуре рабочего пространства печи 1300 0С и температуре нагрева 1200 0С.

Правильно заданный режим нагрева обеспечивает нагрев металла до необходимой температуры за минимально возможное время. При этом температура должна быть равной по всему сечению заготовки. От равномерности распределения температуры по сечению заготовки зависит качество получаемой поковки и ее свойства и оптимально по величине, производительность труда и безопасность выполняемых работ.

Операция ковки

Тип оборудования: пневматический молот.

Масса падающих частей: 0,075 т.

Число ударов бойка: 210 ударов в минуту.

Разобьем пруток на части согласно приведенному ниже чертежу (рис. 1):

Рис. 1.

Для ступеней I, II, III, IV, V, VI, VII сделаем засечки согласно расчету:

Технологический процесс ковки

Процесс ковки включает в себя следующие операции:

1. Разметка заготовки согласно рисунку 1.

2. Протяжка заготовки на диаметр D.

3. Правка поковки.

4. Проглаживание поковки.

Процесс протяжки разберем более детально.

Технологические процессы предварительной термической обработки детали.

Режимы термической обработки Сталь 45

С целью улучшения обрабатываемости кованой заготовки и подготовки структуры к окончательной термической обработке заготовку подвергают предварительной термической обработке. Способ предварительной термической обработки выбирается в зависимости от марки стали. Для заготовки из стали 45 выбираем нормализацию. Она заключается в нагреве заготовки до аустенитного состояния, последующей выдержке для прогрева и завершения фазовых превращений, охлаждении на спокойном воздухе. В результате нормализации уменьшаются внутренние напряжения, эвтектоид приобретает более тонкое строение. Благодаря полной фазовой перекристаллизации при нормализации устраняется крупнозернистая структура, полученная при прокатке. Таким образом, основное назначение нормализации заключается в устранении дефектов предыдущих технологических операций (прокатки) и в подготовке структуры с целью улучшения обрабатываемости режущим инструментом. Отметим, что после нормализации сталь будет иметь структуру сорбит (дисперсная ферритно — цементитная смесь). Такая структура будет наилучшей для механической обработки.

Рис. 1. График термообработки Время нагрева стальных изделий до заданной температуры или скорость нагрева зависят главным образом от температуры нагрева, степени легированности стали, конфигурации изделия, мощности и типа печи, величины садки, способа укладки изделия и других факторов. Для электропечи время нагрева равно:

где — время нагрева, мин; - норма нагрева, с/мм; - диаметр заготовки, мм; - коэффициент времени нагрева в зависимости от расположения изделий в печи (при отдельном друг от друга расположении заготовок).

Время выдержки изделий при данной температуре определяется в зависимости от условной толщины заготовки, которая определяется как произведение ее фактической средней толщины на коэффициент формы (Kф = 1).

Время выдержки в электропечи при нагреве под нормализацию составляет:

где — условная толщина заготовки, мм.

Время охлаждения заготовки на спокойном воздухе:

где — температура нормализации, °С; - скорость охлаждения на спокойном воздухе,°С/с•см.

Технологический процесс механической обработки детали

Технология обработки и применяемое оборудование зависят от конфигурации размеров и жёсткости валов, а также от заданного выпуска. Технологический процесс механической обработки должен обеспечить точность геометрических параметров поверхностей, качество поверхности: шероховатость.

Технический контроль валов предусматривает проверку диаметров и длин ступеней, размеров пазов и резьбы. Эту проверку осуществляют калибрами (пробка, скоба), шаблонами резьбовыми кольцами. Для выявления биений вала его укладывают на призму, базирующими поверхностями, а щуп индикатора ставят на проверяемую поверхность. Разность наибольшего и наименьшего показаний индикатора при повороте вала определяет биение поверхности.

Выбор станков

Станок токарно-винторезный 16К20 (РМЦ 1400)

Точность по ГОСТ 8–82

Наибольший диаметр детали обрабатываемой над станиной 400 мм

Наибольший диаметр детали обрабатываемой над суппортом 220 мм

Наибольшая длина обрабатываемой детали 1400 мм

Частота вращения шпинделя min / mах 16 — 2 000об/мин

Мощность двигателя главного движения, 6,00 КВт

Габарит станка длина_ширина_высота, 3195?1198?1810 мм

Масса станка, 3 225 кг

Консольный вертикально-фрезерный станок 6К11

Размеры рабочей поверхности стола 250×1000 мм Наибольшее перемещение стола: продольное 710 мм

поперечное 250 мм

вертикальное 400 мм Наибольшее перемещение гильзы шпинделя 80 мм Пределы подач стола: продольной 35−1020 мм/мин

поперечной 27−790 мм/мин

вертикальной 9−264 мм/мин Габаритные размеры станка 2135×1725×2290 мм Масса станка 2350 кг.

Механическая обработка

В процессе черновой обработки снимают основную массу металла и обеспечивают взаимное расположение поверхностей. Эта стадия связана с действием силовых и температурных факторов, что влияет на точность окончательной обработки. Все операции указанны в операционных картах.

Окончательная термическая обработка

Окончательная термическая обработка формирует свойство готового изделия. Для стали 45 рационально проводить закалку в воде и высокий отпуск. Конструкционные стали подвергают закалке с целью повышения твердости и прочности путем образования неравновесных структур и отпуску для снятия внутренних напряжений, снижения твердости и увеличения пластичности и вязкости закаленных сталей.

Режим закалки:

Температура нагрева — 800 — 830 °C.

Время нагрева изделия в электропечи под закалку:

.

Время выдержки изделия при температуре закалки:

вз = 2,5+0,5 = 57,5 мин?? где = 110 мм.

Время охлаждения изделия в воде:

где — температура закалки, °С; - скорость охлаждения в воде, °С/с•см.

Режим отпуска:

Температура нагрева — 400 — 500 °C.Время нагрева изделия в электропечи:

Время выдержки изделия:

.

Время охлаждения изделия на воздухе

где — температура отпуска, °С; - скорость охлаждения на воздухе.

Нагрев в камерной электропечи СНЗ-4,0.8,0.2,6/12. (СНЗ — Электропечь сопротивления камерная с защитной средой)

Загрузка производится в специальных подставках.

Рис. 2. График термообработки

После окончательной термической обработки механические свойства вала будут:

таблица 3

Расчет и проектирование станочного приспособления

Проектирование станочного приспособления.

Разработка конструкции станочного приспособления должна производиться с учетом обеспечения необходимой точности обработки детали, достижения наибольшей производительности и экономичности. Для этого конструкция приспособления должна обеспечивать:

1) требуемую точность установки и надежность крепления обрабатываемой детали;

2) быстроту действия;

3) применение незначительных усилий для приведения в действие зажимов, удобство и безопасность работы;

4) невысокую стоимость изготовления приспособления и надежность его в эксплуатации.

Расчет производительности приспособления

Расчет производительности приспособления производится для того, чтобы определить, каким конструировать приспособление: одноместным (для обработки одной детали) или многоместным (для обработки за одну установку одновременно нескольких деталей).

Определяем темп производства Т:

где Nг — заданная годовая программа выпуска деталей, шт.; N= 12 шт.;

Fг — годовой фонд одного производственного рабочего; Fг=4029 ч.

Полученная величина темпа производства сравнивается с величиной нормы выработки N:

Так как величина N=333 > Т=0,3, то приспособление проектируемым одноместным.

Описание устройства и работы приспособления

Заготовка в приспособление устанавливается на две призмы и прижимается двумя прихватами. Зажим детали осуществляется винтовым зажимом с применением динамометрического ключа.

Приспособление базируется на станке при помощи цилиндрической поверхности и крепится к столу станка двумя болтами.

Деталь на операции остаётся неподвижной, а обработка с разных сторон происходит за счёт поворота стола станка с приспособлением.

Список использованной литературы

Материаловедение / Под ред. Б. Н. Арзамасова. М.: Машиностроение, 1986.

Материаловедение: методические указания к курсовому проектированию./Сост.: Ю. П. Бойцов, С. Л. Иванов. СПГГИ, 2000.

Технология конструкционных материалов. Заготовительное производство. ./Сост.: Ю. П. Бойцов, В. И. Болобов. СПГГИ, 2006.

Обработка металлов резанием: справочник технолога/ Под ред. Г. А. Монахова. М.: Машиностроение, 1974.

Горошкин А. К. Приспособления для металлорежущих станков. М.: Машиностроение, 1985.

Л. В. Курмаз, О. Л. Курмаз: Конструирование узлов и деталей машин. М.: Высшая школа, 2007