Разработка технологического процесса изготовления шпинделя
Структурная схема технологического процесса Рисунок 2 — Структурная схема технологического процесса Выбор и описание технологического оборудования Механическая обработка детали состоит из фрезерной, координатно-расточной и плоскошлифовальной операций. Основываясь на габаритных размерах и форме детали, форме поверхностей и их взаимном расположении, технических требованиях и точности размеров… Читать ещё >
Разработка технологического процесса изготовления шпинделя (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Цель курсового проектирования по технологии машиностроения — научится правильно применять теоретические знания, полученные в процессе учебы, использовать свой практический опыт работы на машиностроительных предприятиях для решения профессиональных технологических и конструкторских задач.
К мероприятиям по разработке новых прогрессивных технологических процессов относится их автоматизация, на ее основе проектируется высокопроизводительное технологическое оборудование, осуществляющее рабочие и вспомогательные процессы без непосредственного участия человека.
В соответствии с этим решаются следующие задачи:
Расширение, углубление, систематизация и закрепление теоретических знаний и применение их для проектирования прогрессивных технологических процессов изготовления деталей, включая проектирование средств технологического оснащения.
В курсовом проекте должна отображаться экономия затрат труда, материала, энергии. Решение этих вопросов возможно на основе наиболее полного использования возможностей прогрессивного технологического оборудования и оснастки, создания гибких технологий.
Различные материалы обрабатывают для получения нужных предметов. Придание материалу необходимых размеров, формы, свойств достигается многими видами обработки.
Обработка металлов режущими инструментами на станках в современном машиностроительном производстве занимает одно из главных мест в технологическом процессе изготовления изделий. Работа таких инструментов основана на использовании режущего клина. Клин, состоящий из двух поверхностей, сходящихся в острую кромку, может перемещаться относительно обрабатываемого куска металла-заготовки так, что одна поверхность клина будет давить на заготовку, а кромка разделять заготовку на две части, меньшая из которых будет деформироваться, превращаясь в стружку. Такой процесс называется резанием. Взаимное перемещение режущего клина и заготовки осуществляется в металлорежущем станке, где инструмент или заготовка может устанавливаться в дополнительные устройства, приспособления. Получение новых поверхностей путём деформирования поверхностных слоёв материала с образованием стружки называется обработка резанием.
При обработке металлов резанием в среднем 20% его превращается в стружку, поэтому опережающее развитие получают процессы изготовления деталей с малыми отходами (точное литьё, обработка давлением). Однако обработка металла резанием инструментами особенно при изготовлении высококачественных деталей является одним из главных средств в машиностроении.
Предусмотрено дальнейшее расширение производства металлообрабатывающего инструмента, особенно с применением природных и синтетических алмазов и других сверхтвёрдых сплавов и материалов, а так же режущего и вспомогательного инструмента к станкам с ЧПУ и к автоматическим линиям. Наша промышленность выпускает все виды лезвийного, абразивного и алмазного инструмента для всех отраслей народного хозяйства.
В современных методах механической обработки металлов заметны следующие тенденции:
1 обработка заготовок с малыми припусками, что приводит к экономии металлов и увеличении доли отделочных операций;
2 широкое применение методов упрочняющей обработки без снятия стружки путем накатывания роликами и шариками обдувки дробью, дорнирования, чеканки и т. п.;
3 применение многоинструментальной обработки взамен одноинструментальной и многолезвийного режущего инструмента вместо однолезвийного;
4 возрастания скоростей резания и подач;
5 увеличение части работ, выполняемых на автоматических и полуавтоматических станках, роботизированных комплексов с применением систем программного управления;
6 широкое проведение модернизации металлорежущего оборудования;
7 использование быстродействующих и многоместных приспособлений для закрепления заготовок и механизмов при автоматизации универсальных металлорежущих станков;
8 изготовление деталей из специальных и жаростойких сплавов, обрабатываемость которых значительно хуже, чем обычных металлов;
9 участие технологов в разработке конструкции машин для обеспечения их высокой технологичности.
Более рационально получать сразу готовую деталь, минуя стадию заготовки. Это достигается применением точных методов литья и обработки давлением, порошковой металлургией. Эти процессы более прогрессивны, и они будут все шире внедряться в технику.
1. Технологический раздел
1.1 Назначение и технологические требования к конструкции изготавливаемой детали
Шпиндель металлорежущего станка — одна из наиболее ответственных деталей. Качество изготовляемых деталей в значительной степени зависят от качества шпинделя и его опорных шеек, жёсткости шпинделя и стабильности его положения в опорах.
Основное назначение шпинделя станка — сообщать обрабатываемой заготовке или режущему инструменту вращательное движение с определёнными угловой скоростью и крутящим моментом. В современных станках они очень высокие, поэтому к качеству изготовления как самого шпинделя, так и шпиндельного узла с его опорами в целом предъявляются высокие требования.
Допуски овальности и конусообразности для станков нормальной точности не должны превышать 50% допуска диаметральных размеров шеек. Так, отклонение от круглости опорных шеек в зависимости от диаметра шпинделя для станков нормальной точности 4,0…1,2 мкм, а для современных прецизионных станков — 0,3…0,5 мкм. Допустимая конусообразность 1,25…3,0 мкм.
Для шпинделей с резьбой, на которую навёртывают установочные опорные кольца, следует устанавливать допустимые отклонения от соосности резьбы с опорными шейками подшипников. Для станков нормальной точности они не превышают 0,025 мм. Это необходимо для того, чтобы при монтаже шпиндельного узла избежать перекоса колец шариковых и роликовых подшипников, так как установочные гайки при большом биении будут нажимать на подшипник одной стороной. Для этого и ограничивается биение торца опорной гайки. При плотно навёрнутой гайке на шпиндель торцовое биение не должно превышать 0,025 мм на радиусе 50 мм.
Шероховатость поверхности и твёрдость опорных шеек, особенно для шпинделей, работающих в подшипниках скольжения, влияют на стабильность положения шпинделя при эксплуатации станка. По этим параметрам точности к шпинделям предъявляют также очень высокие требования.
Выбор материала для шпинделя определяются типом станка и условиями работы шпинделя. Шпиндели, работающие на опорах скольжения, должны обладать не только высокими прочностью и жёсткостью, но и высокой износостойкостью.
По заданию деталь шпиндель изготовлена из стали 38Х2МЮА ГОСТ 1133–71. Химический состав, механические, физические и технологические свойства стали приведены в таблице 1−2.
Таблица 1 — Химический состав стали 38Х2МЮА ГОСТ 1133–71
Содержание элементов*, % | |||||||
С | Al | Mo | Si | Mn | Cr | Cu, Ni не более | |
0,35−0,42 | 0,70−1,10 | 0,15−0,25 | 0,20−0,45 | 0,30−0,60 | 1,35−1,65 | 0,30 | |
*P, S не более 0,025
Таблица 2. — Механические свойства стали 38Х2МЮА ГОСТ 1133–71
ув, МПа | у0,2, МПа | д5, % | ш, % | HB | |
250−300 | |||||
По заданию требуется, чтобы твёрдость стали была 45−55 HRC. Для этого требуется провести термообработку. Закалку ТВЧ и средний отпуск 4500С. После закалки структурой стали будет, является мартенсит закалки. После отпуска структура стали — тростит.
1.2 Определение типа производства
В зависимости от размера производственной программы, сложности и трудоемкости изготовляемых деталей различают три типа производства: единичное, серийное, массовое. Условно можно отнести к тому или иному типу производства обработку деталей заданного типа на основании таблицы 3.
Таблица 3 — Типы производства
Тип производства | Количество обрабатываемых деталей в год | |||
крупных более 20 кг | средних от 5 до 20 кг | Мелких менее 5 кг | ||
Единичное | до 5 | до 10 | до 100 | |
Серийное | от 5 до 1000 | от 10 до 5000 | от 100 до 50 000 | |
Массовое | свыше 1000 | свыше 5000 | свыше 50 000 | |
Определим массу детали по формуле
m = V, (1)
где m — масса детали, кг;
— плотность чугуна, кг/мі;
V — объем детали, мі.
Для серого чугуна стали = 7,8103 кг/мі.
Объем детали:
Итак, объем шпинделя составил 0,4 043 мі.
Тогда масса шпинделя:
m = 7,11030,4 043? 31,55 кг.
По таблице 3 определим тип производства. Так как масса детали более 20 кг и производственная программа 4950 деталей, то тип производства — массовое.
При массовом производстве на оборудовании непрерывно обрабатываются или изготавливаются детали заданного типоразмера в течение длительного времени.
1.3 Выбор и экономическое обоснование метода получения заготовки
Определение припусков табличным методом Определение припусков табличным методом будем проводить по ГОСТ 7505–89. Для сравнения рассчитаем припуски для поковки.
Класс точности поковки: Т2.
Группа стали: МІ.
Степень сложности: С3.
Конфигурация поверхности разъема штампа: П — плоская.
Исходный индекс: 13.
Смещение по поверхности разъема штампа: 0,8 мм.
Изогнутость и отклонения от прямолинейности и плоскостности: 1,2 мм.
Минимальная величина радиусов закругления наружных углов поковки в зависимости от глубины полости ручья штампа: 3,0 мм.
Допускаемая величина смещения по поверхности разъема штампа: 0,8 мм.
Штамповочные уклоны: 3°.
Найдем основные припуски на механическую обработку и допускаемые отклонения линейных размеров поковок (таблицы 4,5).
Таблица 4 — Основные припуски на механическую обработку
Номинальные размеры, мм | Горизонтально-ковочные машины, мм | |
Ш 75 | 2,0 | |
Ш 80 | 2,0 | |
Ш 85 | 2,0 | |
Ш 90 | 2,0 | |
Ш 95 | 2,0 | |
Ш 108 | 2,2 | |
Ш 170 | 2,5 | |
Ш 103 | 2,2 | |
3,3 | ||
Таблица 5 — Допускаемые отклонения линейных размеров поковок
Номинальные размеры, мм | Горизонтально-ковочные машины, мм | |
Ш 75 | +1,6 — 0,9 | |
Ш 80 | +1,6 — 0,9 | |
Ш 85 | +1,6 — 0,9 | |
Ш 90 | +1,6 — 0,9 | |
Ш 95 | +1,6 — 0,9 | |
Ш 108 | +1,8 — 1,0 | |
Ш 170 | +2,1 — 1,1 | |
Ш 103 | +1,8 — 1,; | |
+3,0 — 1,5 | ||
При сравнении возможных методов получения заготовки для вновь проектируемого технологического процесса изготовления детали рассматриваемые варианты могут отличаться только технологией получения заготовки, но не механической обработкой. В этом случае для выбора метода получения заготовки достаточно оценить её себестоимость для каждого варианта и выбрать тот вариант, для которого себестоимость меньше. В противном случае при выборе метода получения заготовки необходимо для каждого варианта оценить суммарную себестоимость получения заготовки и отличающихся операций механической обработки.
Стоимость заготовок, получаемых горячей штамповкой различными методами, можно определить по формуле:
(2)
где Ci — базовая стоимость 1 кг заготовок, руб.;
КТ — коэффициент, зависящий от класса точности;
КС — коэффициент, зависящий от степени сложности;
КВ — коэффициент, зависящий от массы;
КМ — коэффициент, зависящий от марки материала;
Кn — коэффициент, зависящий от объёма производства заготовок;
Q — масса заготовки, кг;
q — масса готовой детали, кг;
Sотх — цена 1 кг отходов, руб.
Экономический эффект для сопоставления способов получения заготовок, при которых технологический процесс механической обработки не меняется, может быть рассчитан по формуле:
(3)
где Ззаг i-стоимость заготовок, изготавливаемых сравнительными методами;
N — годовой выпуск заготовок, шт.
Уровень технологичности каждого из методов получения заготовки может быть укрупнено оценен по коэффициенту использования материала:
(4)
Выполним расчёт стоимости заготовок, получаемых двумя различными методами по формулам (2) — (4) и полученные данные сведём в таблицу:
Таблица 6 — Сопоставление вариантов технологического процесса получения заготовок
Вид заготовки | Закрытые штампы | Штамповка в горизонтально-ковочной машине | |
Степень сложности | |||
Класс точности | Т2 | Т4 | |
Масса готовой детали, кг | 31,54 | 31,54 | |
Масса заготовки, кг | 51,22 | 55,95 | |
Стоимость 1 кг заготовок, принятых за базу, руб. | |||
Стоимость 1 кг стружки, руб. | |||
КТ | 0,85 | 0,85 | |
КМ | 1,18 | 1,18 | |
КС | 1,0 | 1,0 | |
КВ | 0,80 | 0,80 | |
Кn | 0,80 | 0,80 | |
Стоимость заготовки по формуле (4), руб. | 17 585,76 | 19 446,57 | |
Коэффициент использования материала | 0,62 | 0,56 | |
Экономический эффект | |||
Вывод: штамповка в закрытые штампы экономически эффективнее, поэтому мы выбираем ее для изготовления шпинделя.
Расчет припусков аналитическим методом Рассчитаем припуски на механическую обработку поверхности ходового винта диаметром 85h7.
Величины Rz и h определяем по таблицам для каждого технологического перехода.
Погрешность установки заготовки е = 500 мкм. Остаточная погрешность установки при чистовом точении е = 0,4 500 = 30 мкм.
Величина расчетного припуска определяется по формуле
Zmin = 2 (Rz(i-1) + hi-1 +[Дi-1І+еi І]½) (5)
Значения Zmin по операциям (переходам) обработки составляют:
— шлифование получистовое: Zmin? 84 мкм;
— точение чистовое: Zmin? 380 мкм;
— точение черновое: Zmin = 2110 мкм.
Расчетные размеры по операциям (переходам) механической обработки составят:
— шлифование получистовое — 84,965 мм;
— точение чистовое — 84,965+0,084=85,049 мм;
— точение черновое — 85,049+0,380=85,429 мм;
— заготовка — 85,429+2,110=87,539 мм.
Результаты расчетов сводим в таблицу 7.
В графе «Предельные размеры» значения «min» получаем путем округления расчетных размеров до точности допуска соответствующего перехода. Значения «max» получаем прибавлением допусков соответствующих переходов к наименьшим предельным размерам.
Минимальные предельные значения припусков Zmin получаем как разницу наименьших предельных размеров предшествующего и выполняемого переходов, а максимальное Zmax — соответственно разности наибольших предельных размеров.
Графическая схема расположения припусков приведена на рисунке 1.
Таблица 7 — Результаты расчета припусков аналитическим методом
Технологические операции и переходы обработки | Элементы припуска, мкм | Расчетный припуск Zmin, мкм | Расчетный размер, мм | Допуск Т (д), мкм | Предельный размер, мм | Предельные значения припусков, мм | ||||||
Rz | T (h) | с | е | min | max | min | max | |||||
Заготовка | ; | ; | 87,539 | 87,539 | 88,939 | ; | ; | |||||
Черновое точение | 4,32 | 85,429 | 85,429 | 85,779 | 2,11 | 3,16 | ||||||
Чистовое точение | 2,88 | 85,049 | 85,049 | 85,103 | 0,38 | 0,676 | ||||||
Получистовое шлифование | 1,8 | ; | 84,965 | 84,965 | 0,084 | 0,103 | ||||||
Итого: | 2,574 | 3,939 | ||||||||||
Рисунок 1 — Схема расположения припусков на обработку поверхности 85h7
1.4 Разработка технологического процесса
Структурная схема технологического процесса Рисунок 2 — Структурная схема технологического процесса Выбор и описание технологического оборудования Механическая обработка детали состоит из фрезерной, координатно-расточной и плоскошлифовальной операций. Основываясь на габаритных размерах и форме детали, форме поверхностей и их взаимном расположении, технических требованиях и точности размеров, шероховатости обрабатываемых поверхностей, выберем станки для проведения операций.
Выберем токарно-винторезный станок 16К20. Технические характеристики станка 16К20 приведены в таблице 8.
Таблица 8 — Технические характеристики станка 16К20
Показатель | Характеристика | |
Наибольший диаметр обрабатываемой детали, мм | ||
Расстояние между центрами, мм | ||
Число ступеней вращения шпинделя | ||
Частота вращения шпинделя, об/мин | 12,5−1600 | |
Число ступеней подач шпинделя | ||
Подача суппорта, мм/об продольная: поперечная: | 0,05 — 4,16 0,035−2,08 | |
Мощность главного электродвигателя, кВт | ||
КПД станка | 0,75 | |
Наибольшая сила подачи механизмом подачи, Н | ||
Станок | 16К20 | |
Наибольший диаметр обрабатываемой детали, мм | ||
Расстояние между центрами, мм | ||
Число ступеней вращения шпинделя | ||
Выбираем круглошлифовальный станок 3У142. Технические характеристики станка 3У142 приведены в таблице 9.
Таблица 9 — Технические характеристики станка 3У142
Показатель | Характеристика | |
Наибольшие размеры обрабатываемых заготовок: | ||
диаметр | ||
длина | ||
Наибольшее продольное перемещение стола, мм | ||
Наибольшее размеры шлифовального круга, мм: наружный диаметр высота | ||
Высота центров над столом, мм | ||
Частота вращения шпинделя шлифовального круга, об/мин | ||
Частота вращения шпинделя заготовки, об/мин | 30−300 | |
Мощность электродвигателя главного привода, кВт | 7,5 | |
Габариты станка, мм | 6310×2585×1982 | |
Масса станка, кг | ||
Выбираем координатно-расточной станок 2Д450. Технические характеристики станка 2Д450 приведены в таблице 10.
Таблица 10 — Технические характеристики станка 2Д450
Размеры рабочей поверхности стола, мм | 630×1100 | |
Наибольший диаметр сверления в стали, мм | ||
Наибольшее продольное перемещение стола, мм | ||
Наибольший вес обрабатываемого изделия, кг | ||
Количество ступеней частоты вращения шпинделя | ||
Частота вращения шпинделя, об/мин | 50−2000 | |
Мощность электродвигателя главного привода, кВт | 2,0 | |
Габариты станка, кг | 3305×2705×2800 | |
Масса станка, кг | ||
Для проведения фрезерно-ценровальной операции выбираем станок МР-37. Технические характеристики станка приведены в таблице 11.
Таблица 11 — Технические характеристики фрезерно-центровального станка МР-37
Диаметр обрабатываемой заготовки, мм | 25−185 | |
Длина обрабатываемой заготовки, мм | 200−1000 | |
Число скоростей шпинделя фрезы | ||
Пределы чисел оборотов шпинделя фрезы в минуту | 125−712 | |
Наибольший ход головки фрезы, мм | ||
Пределы рабочих подач фрезы, мм/мин | 20−40 | |
Число скоростей сверлильного шпинделя | ||
Пределы чисел оборотов сверлильного шпинделя в минуту | 238−1125 | |
Ход сверлильной головки, мм | ||
Пределы рабочих подач сверлильной головки, мм/мин | 20−30 | |
Продолжительность холостых ходов, мин | 0,3 | |
Мощность электродвигателей, кВт фрезерной головки сверлильной головки | 7,5/10 2,2/3 | |
Выбираем внутришлифовальный станок СШ-148. Технические характеристики станка СШ-148 приведены в таблице 12.
Таблица 12 — Технические характеристики станка СШ-148
Показатель | Характеристика | |
Наибольшие размеры обрабатываемых заготовок: | ||
диаметр | ||
длина | ||
Наибольший ход стола, мм | ||
Наибольшее размеры шлифовального круга, мм: наружный диаметр высота | В зависимости от наладки | |
Скорость движения стола, м/мин | ||
Частота вращения шпинделя внутришлифовального, об/мин | 5000−6000 | |
Частота вращения шпинделя заготовки, об/мин | 70−100 | |
Мощность электродвигателя главного привода, кВт | ||
Габариты станка, мм | 6310×2585×1982 | |
Масса станка, кг | ||
Выбираем вертикально-сверлильный станок 2А150. Технические характеристики станка 2А150 приведены в таблице 9.
Таблица 9 — Технические характеристики станка 2А150
Размеры рабочей поверхности стола, мм | 630×1100 | |
Наибольший диаметр сверления в стали, мм | ||
Наибольшее расстояние от торца шпинделя до рабочей поверхности стола, мм | ||
Наибольший ход шпинделя, мм | ||
Количество ступеней частоты вращения шпинделя | ||
Частота вращения шпинделя, об/мин | 30−3000 | |
Мощность электродвигателя главного привода, кВт | ||
Габариты станка, кг | 3305×2705×2800 | |
Масса станка, кг | ||
Выбор и описание режущего инструмента При выборе режущего инструмента необходимо исходить из способа обработки и типа станка, формы и расположения обрабатываемых поверхностей, материала заготовки и его механических свойств. Инструмент должен обеспечить получение заданной точности формы и размеров, требуемую шероховатость обработанных поверхностей, высокую производительность и стойкость, должен быть достаточно прочным, виброустойчивым, экономичным.
Для обработки наружной поверхности детали используем следующие резцы:
Для обработки цилиндрических поверхностей используем токарный проходной отогнутый резец ГОСТ 18 878– — 73. Н=20 мм; В=12 мм; L=120 мм; m=7 мм; а=12 мм; r=1 мм.
Рисунок 3 — Токарный проходной отогнутый резец ГОСТ 18 878– — 73
Для обработки канавок используем отрезной резец ГОСТ 18 874– — 73. Н=20 мм; В=12 мм; L=120 мм; l=50 мм; а=3 мм; r=0,2 мм.
Рисунок 4 — Токарный отрезной резец ГОСТ 18 874– — 73
Для обработки плоских торцовых поверхностей используем подрезной резец для обработки торцовых поверхностей по ГОСТ 18 880–73.
Рисунок 5 — Токарный резец для обработки плоских торцовых поверхностей ГОСТ 18 880–73
Для обработки отверстия диаметром 4,8 мм выбираем спиральное сверло с цилиндрическим хвостовиком, средняя серия из быстрорежущей стали Р18 по ГОСТ 10 902–64. Изобразим сверло на рисунке 6, для него: d = 4,8 мм, L = 86 мм, l0 = 52 мм.
Рисунок 6 — Сверло спиральное из быстрорежущей стали по ГОСТ 10 902–77
Для обработки отверстия диаметром 15 мм выбираем спиральное сверло с цилиндрическим хвостовиком, средняя серия из быстрорежущей стали Р18 по ГОСТ 10 902–77. Изобразим сверло на рисунке 6, для него: d = 15 мм, L = 169 мм, l0 = 114 мм.
Для обработки отверстия диаметром 23 мм выбираем спиральное сверло с коническим хвостовиком, средняя серия из быстрорежущей стали Р18 по ГОСТ 10 903–77. Изобразим сверло на рисунке 7, для него: d = 23 мм, L = 253 мм, l0 = 155 мм.
Рисунок 7 — Сверло спиральное с коническим хвостовиком ГОСТ 10 903–77
Для обработки центровочных отверстий используем центровочное сверло по ГОСТ 14 952–75.
Рисунок 8 — Сверло центровочное по ГОСТ 14 952–75
Для фрезерной операции для обработки торцов выбираем торцовую насадную фрезу со вставными ножами, оснащенными пластинами из твердого сплава (рисунок 5) D = 125 мм, B = 42 мм, d = 40 мм, количество зубьев — 12 (ГОСТ 9473−80).
Рисунок 9 — Торцовая фреза со вставными ножами ГОСТ 9473–80
Для шлифования поверхностей используем шлифовальный эльборовый круг ГОСТ 17 123– — 79. Размеры круга: D=100 мм, Н=50 мм, d=40 мм.
Рисунок 10 — Шлифовальный эльборовый круг по ГОСТ 17 123– — 79
Для вертикально-сверлильной операции для чистовой обработки отверстий выбираем развертку коническую с конусом Морзе 6 с коническим хвостовиком (рисунок 11) L = 450 мм, l0 = 170 мм, d = 54 мм (ГОСТ 10 079−71).
Рисунок 11 — Развертка коническая ГОСТ 10 081–84
Для координатно-расточной операции для сверления отверстия диаметром 19 мм выбираем зенкер для цилиндрических отверстий (рисунок 12) по ГОСТ 12 489–71.
Рисунок 12 — Зенкер для цилиндрических отверстий по ГОСТ 12 489–71
Для координатно-расточной операции для нарезания резьбы МІ0 выбираем короткий метчик с проходным хвостовиком (рисунок 13) L = 112 мм, l = 37 мм, d1 = 14 мм (ГОСТ 3266−81).
Рисунок 13 — Короткий метчик с проходным хвостовиком ГОСТ 3266–81
Для координатно-расточной операции для нарезания резьбы М8
выбираем короткий метчик с проходным хвостовиком (рисунок 13) L = 70 мм, l = 27 мм, d1 = 4 мм (ГОСТ 3266−81).
Для вертикально-сверлильной операции выбираем сверло сборное перовое с цилиндрическим хвостовиком по ГОСТ 25 524–82.
Рисунок 14 — Сверло сборное перовое с цилиндрическим хвостовиком по ГОСТ 25 524–82
Для шлифования внутренних поверхностей используем шлифовальную головку KW по ГОСТ 2447– — 82, которая изображена на рисунке 15.
Рисунок 15 — Шлифовальная головка KW по ГОСТ 2447– — 82
Выбор измерительного инструмента Для межоперационного и окончательного контроля линейных размеров выберем штангенциркуль ШЦ-II ГОСТ 166–89, для контроля диаметра Ш85H7 — калибр-скобу (расчет калибра-скобы приведен в подразделе 2.2).
1.5 Расчет режимов резания
Расчет режимов резания аналитическим методом
1. Определим для заданной обрабатываемой поверхности глубину резания t, мм. При черновой обработке глубина резания равна:
t=2Zmax/2=2,551/2=1,275 мм
2. Подсчитаем значение подачи S, мм/об.
Для черновой обработки на скоростных режимах резания твёрдосплавным инструментом максимально допустимую подачу рассчитаем по формуле:
(6)
где Rz — высота неровностей по ГОСТ 2789–73, Rz=4Ra, Ra=5;
r-радиус скругления вершины резца, r=1 мм;
.
Продольную подачу Sф находим согласно закона изменения её по геометрической прогрессии, знаменатель который определяется по формуле:
(7)
где Sz и S1 — максимальное и минимальное значения подачи;
z — количество ступеней подачи.
Значение s=1,11 не совпадает со стандартными нормами станкостроения. Поэтому примем s=1,12.
Теперь определим весь ряд S по геометрической прогрессии:
S2=S1s=0,051,12=0,056 ;
S3=S1s2=0,05(1,12)2=0,063 ;
S4=S1s3=0,05(1,12)3=0,071 ;
…
S12=S1s11=0,05(1,12)11=0,174 ;
S13=S1s12=0,05(1,12)12=0,195;
…
S18=S1s18=0,05(1,12)18=0,38 ;
S20=S1s19=0,05(1,12)19=0,491 ;
…
S23=S1s22=0,05(1,12)22=0,605
Из данного ряда следует, что ближайшая меньшая из числа осуществляемых на станке Sф равна Sф=0,38=0,4 мм/об;
3. Рассчитаем скорость резания.
Расчёт скорости резания при точении Vр, м/мин, вычисляем по эмпирической формуле:
(8)
где Сv-коэффициент, зависящий от материала инструмента, заготовки и условий обработки;
Т-расчётная стойкость инструмента. Для резцов с пластинами из твёрдого сплава, Т=90−120 мин.
Xv, Yv — показатели степени влияния t и S на Vр;
Kv-поправочный коэффициент на изменённые условия, равный произведению ряда коэффициентов, учитывающих влияние различных факторов на скорость резания, в частности, механических свойств обрабатываемого материала KMv, качество (состояния поверхности) заготовки Knv, материала режущей части инструмента KUv, главного угла в плане Kцv, формы передней грани инструмента KФv.
Поправочный коэффициент находим как:
Kv=KMvKnvKUvKцvKФv, (9)
Значения коэффициентов и показателей степени формулы найдем в литературе.
Сv=350;
Xv=0,15;
Yv=0,35;
m=0,2;
KMv=750/ув=750/600=1,25;
Knv=1,0;
KUv=1,0;
Kцv=1,0;
KФv=1,0.
Kv= 1,25.1.1.1.1=1,25.
.
4. Рассчитаем частоту вращения шпинделя, об/мин.
По расчётной скорости резания подсчитаем частоту вращения шпинделя, об/мин.
(10)
где D0 — диаметр обрабатываемой поверхности, мм;
Vp — скорость резания, м/мин.
Для станка 16К20 принимаем nф=1000 об/мин.
Рассчитаем фактическую скорость резания:
(11)
где D0 — диаметр обрабатываемой поверхности, мм;
nф — фактическая частота вращения шпинделя.
5. Найденные режимы резания могут быть приняты только в том случае, если развиваемый при этом крутящий момент на шпинделе Мшп будет больше момента, создаваемого силами резания, или равен ему:
Мшп? Мрез
Тангенциальную силу Рz, создающую крутящий момент Мрез, определяем по формуле:
Pz=CpztxpzSфypzVфnpzkp, (12)
где Cpz — коэффициент, зависящий от материала заготовки и условий обработки;
xPz yPz nPz — показатели степени влияния режимов резания на силу Pz;
kр-поправочный коэффициент на изменённые условия, подсчитываемый как произведение ряда поправочных коэффициентов.
Kр=KMрKцрKгрKrрKлр…, (13)
Значения коэффициентов и показателей степени формулы найдем в литературе.
Cpz=300*9,8=2940 (для подсчёта силы Рz в Ньютонах).
xPz=1,0
yPz=0,75
nPz=-0,15
KMр=(ув/750)0,75=(600/750)0,75=0,8;
Kцр=1,0;
Kгр=1,0;
Krр=0,93;
Kлр=1,0.
Kр= 0,8*1,0*1,0*0,93*1.0=0,744
Pz=29 401,2751,00,4 0,75276,32-0,150,744=603 Н.
Крутящий момент, Нм, потребный на резание, подсчитаем по формуле:
(14)
.
Крутящий момент, развиваемый на шпинделе, подсчитывается по мощности электродвигателя.
(15)
Nэд=10 кВт;
nф=1000 об/мин;
з=0,75
Поучили, что Мшп>Мрез. Значит принимаем данные режимы резания.
6. Определяем коэффициент использования мощности станка по формуле
(16)
Nпот — потребная мощность на шпинделе.
(17)
где Nэ — эффективная мощность на резание, кВт, определяемая по формуле:
. (18)
Подставляя численные значения в формулу (18) получим:
Найденную эффективную мощность подставим в формулу (17):
.
Тогда найдем коэффициент использования мощности станка по формуле (16)
%.
7. По фактической скорости резания Vф подсчитаем фактическую стойкость инструмента Тф, мин, с учетом показателя стойкости m по формуле
(19)
где Vp и Т — расчетные значения скорости и стойкости инструмента.
Подставим в формулу (19) численные значения и определим Тф
.
8. Основное технологическое время, т. е. время, непосредственно затраченное на процессе резания, мин, определим по формуле
(20)
где L — расчетная длина обработки, равная сумме длин обработки l,
врезания l1 и перебега инструмента l2,
; (21)
i — число проходов;
nф — частота вращения шпинделя, об/ мин;
Sф — подача, мм/об.
За длину обработки l, мм, принимается путь, пройденный вершиной инструмента в процессе резания и измеренный в направлении подачи l=34,4 мм. Величина врезания l1, мм, при точении вычисляется из соотношения
. (22)
где t — глубина резания, мм;
ц — главный угол резца в плане.
Подставим в формулу (22) численные значения и получим
.
Найдем расчетную длину обработки по формуле (21)
.
Тогда по формуле (20) найдем время, затраченное на процесс резания Расчёт режимов резания при шлифовании
1. Глубину резания при получистовом шлифовании равна:
t=2Zmax/2=0,103/2=0,0515 мм
2. Продольную подачу при шлифовании S принимаем равной:
(23)
где В-ширина шлифовального круга, В=50 мм.
S=0,8*50=40 мм/ход.
3. Скорость шлифования круга определим по формуле:
(24)
где Dк — диаметр круга, мм;
nк -частота вращения шпинделя, принимаемая по паспорту станка. nк =1270 об/мин.
.
Расчётное значение частоты вращения обрабатываемой детали определим по формуле:
(25)
где vД — среднее значение скорости вращения детали, м/мин; ;
DД -диаметр. обрабатываемой детали, мм.
.
Так как изменение частоты вращения детали на выбранном станке бесступенчатое, то .
Скорость перемещения заготовки, м/мин:
(26)
Подставив численные значения, получим:
4. Тангенциальная сила резания, Н:
(27)
Значения коэффициентов имеют следующие значения:
Ср=19,6; uр=0,7; Xp=0,7; Ур=0,5.
Подставив, получим:
.
5. Эффективная мощность на вращение обрабатываемой детали, кВт,
(28)
.
Эффективная мощность на вращение шлифовального круга, кВт,
(29)
Потребная мощность на вращение шлифовального круга, кВт:
(30)
Коэффициент использования станка по мощности:
(31)
.
Основное технологическое (машинное) время:
(32)
где L — длина продольного хода, мм;
k — коэффициент, учитывающий выхаживание, k = 1,3.
Длина продольного хода определяется по формуле:
. (33)
L = 34,4 + 0,850 = 74,4 мм.
Тогда основное технологическое время
мин.
Расчет режимов резания табличным методом На остальные переходы режимы резания назначаем согласно рекомендациям, приведенным в литературе и [6], и сводим их в единую таблицу 13.
Таблица 13 — Расчет режимов резания табличным методом
Поверхность | Sпрод, м/мин | t, мм | S, мм/об | v, м/мин | |
Черновое точение поверхностей | ; | 0,85 | |||
Чистовое точение поверхностей | ; | 0,7 | 0,5 | ||
Сверление отверстия Ш55 | 27,5 | 0,1375 | |||
Сверление отверстия Ш23 | 11,5 | 0,276 | |||
Сверление отверстия Ш4,8 | 2,4 | 0,0576 | |||
Сверление отверстия Ш15 | 7,5 | 0,18 | |||
Зенкерование | ; | 0,475 | |||
Развертывание | ; | 0,14 | 3,2 | ||
Фрезерование торцов | ; | Sz =1,2 мм/зуб | |||
Сверление центровочных отверстий | 0,096 | ||||
Шлифование наружных поверхностей | ; | Sпоп=10 мкм/об. заг | Sпрод=10 мм/ход | ||
Шлифование внутренних поверхностей | ; | Sпоп=6 мкм/об. заг | Sпрод=10 мм/ход | ||
2. Конструкторский раздел
2.1 Разработка специального режущего инструмента
Исходные данные для расчета метчика: резьба МІ0; d = 20 мм;
P = 2,5 мм; б = 600; длина резьбы l = 25 мм; характер резьбы — сквозная; обрабатываемый материал — серый сталь 38Х2МЮА; тип метчика — машинный. Расчет ведем на основе методики, приведенной в литературе.
Выбор инструментального материала. Рабочая часть — ВК6 (88−90 HRB); хвостовик — сталь 40Х (40−42 HRCЭ).
Выбор числа зубьев. z = 4. Выбор размеров и формы стружечной канавки.
dC = 0,5d = 0,520 = 10 мм,
r = 0,53d = 0,5320 = 10,6 мм,
r1 = 0,11d= 0,1120 = 2,2 мм.
Определение длины заборной части.
Принимаем допустимую толщину среза a = 0,20 мм; тогда угол заборной части (угол в плане ц) определяется по формуле:
. (34)
tgц = 0,20 4/2,5 = 0,32,
ц = 180.
Диаметр сверла под резьбу:
dсв = d — P. (35)
dсв = 20 — 2,5 = 17,5 мм.
Тогда длина заборной части метчика:
l1 = (d — dТ)/2tgц, (36)
dТ = dсв — (0,1…0,3 мм). (37)
dТ = 17,5 — 0,1 =17,4 мм,
l1 = (20 — 17,4)/20,32 = 4,1 мм.
Принимаем длину рабочей части метчика l3 = 25 мм. Тогда длина калибрующей части l2 = l3 — l1 = 25 — 4,1 = 20,9 мм.
Для уменьшения трения калибрующая часть должна иметь обратную конусность по всему профилю резьбы. Принимаем обратную конусность 0,08 мм на 100 мм длины.
Принимаем lШ = 15 мм; dШ = 15 мм; S = 16,0 мм; h = 20 мм, d1 = 20 мм.
Погрешность квадрата ().
Общая длина метчика определяется по формуле:
L = l + l1 + l0 + lВ, (38)
где l — длина резьбы с полным профилем;
l0 — расстояние от вспомогательного инструмента до детали, принимаем l0 = 10 мм;
lВ — длина вхождения метчика во вспомогательный инструмент, принимаем lВ = 45 мм.
Тогда L = 25+ 4,1 + 10 + 45 = 84 < 102 мм. Принимаем L = 102 мм по
ГОСТ 3266−81.
Длина хвостовика
lхв = L — l3. (39)
lхв = 102 — 25 = 77 мм.
Расстояние l4 от переднего торца заборной части метчика до места сварки с хвостовиком устанавливаем l4 = l3 + 11 = 25 + 11 = 36 мм.
Выберем геометрические параметры метчика.
Передний угол метчика выбираем г = 50.
Задний угол метчика выбираем б = 30 (создается путем затылования).
У метчиков с нешлифованным профилем затылование производится только по заборной части, его величина
K = рdtgбб/z, (40)
где бб — задний угол по периферии метчика.
K = 3,1420tg40/4 = 1,1 мм.
Выбираем степень точности метчика Н3.
Определим размеры профиля резьбы.
Наружный диаметр d = 20 мм; средний диаметр d2 = 18,7 мм; внутренний диаметр d1 = 17,4 мм; шаг резьбы P = 2,5 + 0,010; угол профиля резьбы
б/2 = 300 + 25/.
Назначим технические требования. Шероховатость профиля резьбы, передней и задней поверхностей Ra 0,8; шероховатость хвостовика Ra 1,6; допуск заднего угла ±10; допуск переднего угла ±20; биение профиля относительно оси 0,02 мм.
шпиндель деталь режущий инструмент
2.2 Разработка специального измерительного инструмента
Произведём расчёт размеров калибров-скоб для вала Ш85h7. Построим схему расположения полей допусков для вала.
По нормативным данным таблицы допусков и отклонений калибров устанавливаем значения для определения исполнительных размеров калибров и контркалибров: ?В1=7,0 мкм; уВ1=6,0 мкм; Нк1=8,0 мкм; Нр=3,0 мкм.
1. Определим наибольший предельный размер вала:
Dmax=85+0= 85 мм.
2. Определим наименьший диаметр вала:
Dmin=85−0,035= 84,965 мм.
3. Определим наименьший размер проходного калибра скобы:
ПРс= Dmax-?В1 — Нк1/2=85−0,007−0,008/2= 84,989 мм.
4. Определим наибольший размер непроходного размера скобы:
НЕс= Dmin — Нк1/2=84,965−0,008/2= 84,961 мм
5. Определим предельный размер изношенного калибра-скобы:
ПРс=Dmax+ув1=85+0,006=85,006 мм.
6. Определим наибольший размер контркалибра К-ПРс:
К-ПРс= Dmax-?В1+ Нр/2=85−0,007+0,003/2= 84,9915 мм.
7. Определим наибольший размер контркалибра К-НЕс:
К-НЕс=Dmin+Нр/2=84,965+0,003/2= 84,9635 мм.
8. Определим контрольный размер контркалибра К-Ис:
К-Ис=Dmax+ув1+Нр/2=85+0,006+0,003/2= 85,0075 мм.
9. Построим схему расположения полей допусков калибров для вала диаметром Ш85h7.
Рисунок 16 — Схема расположения полей допусков калибров для вала диаметром Ш85h7
Заключение
Целью данного курсового проекта была разработка технологического процесса изготовления шпинделя.
В данном курсовом проекте был определен тип производства — массовое. В качестве способа получения заготовки было выбрана поковка в закрытые штампы. Для выбранного метода поковки были рассчитаны припуски на механическую обработку. Для составленной структурной схемы технологического процесса изготовления были подобраны соответствующее технологическое оборудование, режущие и измерительные инструменты.
Были также рассчитаны режимы резания для всех обрабатываемых поверхностей (для двух переходов — аналитическим методом).
Для технологического процесса изготовления шпинделя был разработан специальный режущий инструмент — метчик, а также специальный измерительный инструмент — калибр-скоба.
В данном курсовом проекте были выполнены маршрутная карта, операционные карты и карты эскизов для разработанного технологического процесса изготовления шпинделя.
1 Справочник металлиста. Т. 5 / Под ред. Б. Л. Богуславского. — М.: Машиностроение, 1997. — 673 с.
2 Казаченко В. П., Савенко А. Н., Терешко Ю. Д. Материаловедение и технология материалов. Ч III. Обработка металлов резанием: Пособие по курсовому проектированию. — Гомель: БелГУТ, 1997. — 47 с.
3 Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. / Под ред. А. Г. Косиловой и Р. К. Мещерякова. — М.: Машиностроение, 1985. — 496 с.
4 Металлорежущие станки: Каталог-справочник: В 8 частях. — М., 1971.
5 Петров С. В. и др. Режущий инструмент: Лабораторный практикум. — Гомель: БелГУТ, 2004. — 28 с.
6 Махаринский Е. И., Горохов В. А. Основы технологии машиностроения: Учебник. — Мн.: Выш. шк., 1997. — 423 с.
7 Горбацевич А. Ф., Алешкевич И. Л., Чеботарев В. Н. и др. Курсовое проектирование по технологии машиностроения. — Мн.: Выш. шк., 1967. — 204 с.
8 Автушенко В. А. Методические указания к лабораторным работам по курсу «Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения». Ч.I. — Гомель: БелИИЖТ, 1980. — 20 с.
9 Данилевский В. В. Технология машиностроения. — М.: Высшая школа, 1972. — 448 с.