Определение технологических базовых поверхностей и выбор приспособлений

ВАЛ

Тема: Разработать технологический процесс обработки детали «Вал» в условиях среднесерийного производства

Введение

В ходе выполнения курсового проекта была изучена конструкция и служебное назначение детали «Вал», проведён анализ технологичности детали.

Выбран материал для изготовления данной детали, а так же способ получения заготовки - штамповка, проведен расчет себестоимости заготовки и выбран наиболее экономичный.

Разработан технологический маршрут механической обработки. Согласно маршрута, выбрано оборудование и определены технологические базовые поверхности.

Был произведен расчет припусков на самые точные по требованиям поверхности, а также режимов резания и норм времени.

Спроектирован режущий инструмент – концевая фреза, а также мерительный инструмент – калибр-скоба для контроля вала.

В данном курсовом проекте так же была выполнена управляющая программа на 035 Фрезерную операцию.

Выполнены чертежи (детали, заготовки), мерительного и режущего инструментов, а также полный комплект технологических документов – маршрутная карта, операционные карты и операционные эскизы.

1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Описание конструкции и назначение детали

Деталь “Вал” (рис. 1) является основной деталью машин.

Вал— это деталь машин, предназначенная для передачи крутящего момента и восприятия действующих сил со стороны расположенных на нём деталей и опор.

Деталь «Вал» относится к группе тел вращения с габаритными размерами Ø82х685мм.Вал состоит из четырёх ступеней. Первая ступень Ø70h9 длинной 118мм.С двух сторон сняты фаски 2х45°. На второй ступени нарезана резьба М80х1,25 – 6Н. На третьей ступени Ø82 выполнен шпоночный паз, просверлено два глухих отверстия и нарезана резьба М10х1,25 – 6Н. Четвертая ступень Ø70h7 с фаской 1х45°. Так же на этой ступени производится контроль на биение относительно оси. На пятой ступени Ø60h9 выполнен шпоночный паз, и сняты две фаски по бокам ступени 2,5х45°.Между ступенями проточены канавки шириной 5 мм. С торцов вал имеет центровочные отверстия по ГОСТу 14034-74. На торце первой ступени просверлены два глухих отверстия и нарезана резьба М12х1,5 – 6Н. Поверхности первой и четвёртой ступени шлифуются.

Рисунок 1. Вал

1.2 Технологичность конструкции

В результате анализа чертежа было определено, что чертеж содержит все необходимые сведения о точности размеров, качестве обрабатываемых поверхностей и взаимного расположения поверхностей, а именно:

-допуск торцевого биения торца фланца относительно базы Д, находящейся на оси детали, 30 мкм.

-допуск радиального биения цилиндрической поверхности Ø70Н7относительно базы Д, находящейся на оси детали, 30 мкм.

Наиболее точными размерами являются:

- диаметр торцевой ступени 70 мм, выполненный по 7 квалитету точности с шероховатостью Ra=0,8.

- диаметр ступени хвостовика 70мм, выполненный по 7 квалитету точности, с шероховатостью Ra=0,8.

С точки зрения механической обработки деталь имеет следующие элементы нетехнологичности: 2 глухих резьбовых отверстия М10x1,25-6Н и 2 глухих резьбовых отверстия на торевой части вала М12х1,5-6Н, так как проконтролировать глубину отверстий затруднительно, и имеются препятствия для выхода стружки. Также использование специальных приспособлений увеличивает стоимость и трудоёмкость изготовления детали, так как требуется спроектировать и изготовить приспособления.

В остальном деталь достаточно технологична: выполнения поверхностей обеспечивает удобный подвод стандартного инструмента, удобство визуального наблюдения за процессом резания, отвод стружки.

Деталь “Вал” имеет хорошие базовые поверхности, имеется возможность обработки поверхностей на проход.

При механической обработке детали имеется возможность применения принципа постоянства и совмещения установочных баз.

Возможно применение высокотехнологичных методов обработки, а именно обработка твердосплавными резцами.

1.3. Физические, механические свойства и химический состав материала детали

Для изготовления детали “Вал” применяется конструкционная углеродистая качественная сталь 45 ГОСТ 1055-88.

Сталь 45 – конструкционная углеродистая(0,45-0,5%) качественная; содержащая примеси кремния(0,17-0,37), никеля(не более 0,3%),меди(не более 0,3%),хрома (не более 0,25%), азота(не более 0,08), серы(не более 0,04%) и фосфора (не более 0,035%).

Повышенная прочность стали 45 достигается с помощью различных приемов термической обработки. Например, к стали 45 применяют двойную термообработку с высоко температурным отпуском, в результате чего обеспечивается ее стойкость к водородному растеканию.

Еще одним методом повышения прочности стали 45, считается азотирование поверхностного слоя, то есть легирование стали 45 азотом. Наиболее распространенным способом легирования стали 45 считается азотирование ионами газового разряда. Преимущество ионного азотирования стали 45 в металлургии состоит в том что, полное протекание процесса азотирования, представляющее собой крайне трудоемкую технологию, при использовании данного метода достигается оптимальное соотношение времени и затраченных средств.

Кроме того, в металлургии известны и комбинированные методы, для достижения необходимых технологических свойств и требуемого качества изделий из стали 45.

Область применения Стали 45 ГОСТ 1050-88 : вал - шестерни, коленчатые и распределительные валы, шестерни, шпиндели, бандажи, цилиндры, кулачки и другие нормализованные, улучшаемые и подвергаемые поверхностной термообработке детали, от которых требуется повышенная прочность.

Как правило, их применяют для изготовления малоответственного режущего инструмента, работающего при малых скоростях резания и не подвергаемого разогреву во время эксплуатации. Углеродистые стали относятся к сталям неглубокой прокаливаемости, не теплостойким. Малая устойчивость переохлажденного аустенита углеродистых сталей обуславливает их низкую прокаливаемость. Низкая устойчивость аустенита определяет основные достоинства и недостатки таких сталей.

Рисунок 2. 3D модель детали.

Рисунок 3. 3D модель заготовки, полученной штамповкой

Расчёт прутка.

Определяем диаметр прутка:

Номинальные значения диаметральных размеров заготовки, соответствующие стандартизованным размерам по сортаменту, определяются по формуле (1) с последующим округлением размера до стандартизованного:

D1 = D + 2Z, где (1)

D1 – наружный расчетный диаметр заготовки;

D – наружный диаметр детали по чертежу;

Z – припуск на обработку по наружной поверхности;

D1= 82 +2*1 = 84 мм

Величины припусков в мм Z назначены исходя из следующих соображений:

Черновая обработка 1

На основании определенного наружного расчетного диаметра заготовки D1 проводится выбор стандартизованных диаметров заготовки по сортаменту. При этом выдержано условие: наружный диаметр заготовки равен или больше диаметра детали.

Определяем диаметр прутка:

Исходя из технологического маршрута, размер заготовки 84 мм, по сортаменту подходящий размер прутка диаметра 90_-0,87 мм.

Круг

По ГОСТ 2590-71:

- пруток горячекатаный обычной точности (В).

По ГОСТ 1050-88:

- из стали 45 группа качества поверхности для горячей обработки давлением (2 ГП)

- из стали 45 категория механических свойств (М2)

- из стали 45 термообработка (Т)

Длина заготовки:

L₃ = L_д + 2Z_подр. (2)

где L_д — номинальная длина детали по рабочему чертежу, мм.

L₃= 685 + 2*2,5= 690 мм

Предельные отклонения на длину заготовки устанавливаем по справочным таблицам. По 14 квалитету для данного изделия 690^+2,1_-1,1

Исходя из предельных отклонений, общую длину заготовки округляем до целых единиц. Принимаем длину заготовки 690 мм.

Выбираем оптимальную длину проката для разделки на заготовки из расчета на некратность. Прокат поставляется длиной 4 и 7 метров.

Потери на зажим заготовки L_заж принимаем 35 мм.

Заготовку отрезают на ленточно-пильных станках. Точность резки от ±1,5 до ±5 мм. Резка проката любого профиля из стали и цветных металлов диаметром до 250 мм. Ширина реза 0,8-1,3 мм. ([4], стр. 171, табл. 66).Принимаю ширину реза 1мм. Это самый производительный и дешевый способ.

Длину торцового обрезка проката определяем из соотношения:

Lоб = (0,3 - 0,5) d, (3)

где d — диаметр сечения заготовки, мм; d = мм:

Lоб = 0,4 • 90 = 36 мм.

Нормальная

Число заготовок, исходя из принятой длины проката по стандартам определяется по формуле:

мм, где(4)

L_пр - длина проката

L_заж - длина зажима

L_об - длина обреза

L_з - длина заготовки

L_рез – ширина резца

Из проката длиною 4 м:

Получаем заготовок из данной длины проката.

Число заготовок считаю по формуле (4) из проката длиною 7 м:

Принимаем заготовки из данной длины проката.

Остаток длины (некратность) определяется в зависимости от принятой длины проката:

из проката длиною 4 м:

L_нк4=L_пр-L_о.т-L_заж-(L_з+ Lрез)х₄ (5)

L_нк4-остаток длины, мм

L_пр-длина проката, мм

L_об-длина обеза, мм

L_заж-длина зажима, мм

L_з-длина заготовки, мм

х_4, х₇-число заготовок, шт

L_нк4= 4000-36-35-(690+3)·5= 464 мм

П_нк4=(L_нк100)/Lпр (6)

L_нк-остаток длины, мм

L_пр-длина проката, мм

П_нк4=(464·100)/4000=11,6%

Остаток длины рассчитываю по формулам (6;7) из проката длиною 7 м:

L_нк7=7000-36-35-(690+3)·9= 692 мм

П_нк7=(692·100)/7000= 9,89%

Из расчетов на некратность следует, что прокат длиною 7 м для изготовления заготовок более экономичен, чем прокат длиною 4 м.

Потери материала на зажим при отрезке по отношению к длине проката составят:

П_заж=(L_заж·100)/L_пр (7)

L_заж-длина зажима, мм

L_пр-длина проката, мм

П_заж =(35·100)/7000=0,5%

Потери материала на длину торцевого обрезка проката в процентах отношении к длине проката составят:

П_о.т=(L_о.т100)/L_пр (8)

L_пр-длина проката, мм

П_о.т =(36·100)/7000=0,51%

Потери на разрезку прутка.

П_рез= L_рез· х₇·100/ L_пр

П_рез =3·9·100/7000=0,39

Общие потери (%) к длине выбранного проката:

П_п.о=П_нк+П_о.т+П_заж+ П_рез (9)

П_нк-остаток длины

П_о.т- потери материала на длину торцевого обрезка

П_заж- потери материала на зажим

П_п.о =9,89+0,51+0,5+0,39=11,29%

Расход материала на одну деталь с учетом всех технологических неизбежных потерь определяем по формуле:

G_з.п=G_з(100+П_п.о)/100 (10)

Gз-масса заготовки

П_п.о- общие потери к длине выбранного проката,

G_з.п =33,6 (100+11,29)/100= 37,4кг.

Коэффициент использования материала определяем по формуле:

Ки.м.2= (11)

Ки.м 2= 22,3/37,4=0,59%

Определение технологических базовых поверхностей и выбор приспособлений

При выборе технологических установочных баз на различном технологическом оборудовании буду учитывать допускаемые отклонения от правильных геометрических форм и взаимного расположения поверхностей указанные на чертеже детали конструктором, а именно:

-допуск торцевого биения торца фланца относительно базы В, находящейся на оси детали, 50 мкм.

-допуск радиального биения цилиндрической поверхности хвостовика относительно базы В, находящейся на оси детали, 10 мкм.

-допуск соосности цилиндрической поверхности отверстия относительно цилиндрической поверхности хвостовика 50 мкм.

- позиционный допуск 4 осей гладких отверстий относительно базы В, находящейся на оси детали, 100 мкм в диаметральном выражении (допуск зависимый).

- позиционный допуск 4 осей резьбовых отверстий относительно базы В, находящейся на оси детали, 100 мкм в диаметральном выражении (допуск зависимый).

- позиционный допуск 3 осей шлицов относительно базы В, находящейся на оси детали, 100 мкм в диаметральном выражении (допуск зависимый).

Для выполнения требований чертежа буду стремиться к соблюдению основных принципов базирования - постоянства и совмещения конструкторских технологических и измерительных баз:

- на первой операции буду брать за установочную технологическую базу - черную базу, а на последующих операциях – только чистую базовую поверхность;

- на последующих операциях совмещаю установочные технологические базы с конструкторской базой и измерительной базой;

- при обработке детали на различном технологическом оборудовании по возможности за установочную технологическую базу буду принимать одни и те же базовые поверхности.

Выбор станочных приспособлений на каждую операцию будет зависеть от формы, габаритных размеров и технических требований, предъявляемых к обрабатываемой детали, типа производства – среднесерийное, модели станка и выбора базовых поверхностей.

Операция 015. Фрезерно-центровальная.

Станок фрезерно-центровальный 2Г942.000.

Установ А.

База: Диаметр 75 мм, упор в этот же диаметр.

Используемое приспособление: Трехкулачковый патрон с пневмозажимом ГОСТ 2675-80.

Операция 020. Токарная с ЧПУ.

Токарно-винторезный станок с ЧПУ модели 16К20Ф3.

Установ А.

База: Диаметр 84мм, упор в торец диаметром 60мм поджатие вращающимся центром.

Данное базирование обеспечивает:

-допуск торцевого биения торца фланца относительно базы Д, находящейся на оси детали, 30 мкм.

Используемое приспособление: 3-х кулачковый патрон.

Установ Б.

База: Диаметр 70,2мм, упор в торец диаметром 70,2мм.

Данное базирование обеспечивает:

-допуск торцевого биения торца фланца относительно базы Д, находящейся на оси детали, 30 мкм.

Используемое приспособление: 3-х кулачковый патрон.

Операция 025. Фрезерная с ЧПУ.

Радиально-сверлильный станок с ЧПУ модели 654Ф3.

Установ А.

База: Упор в торец диаметром 60h9, зажим приспособлением диаметра 82 мм и 70 мм;

Данное базирование обеспечивает:

- лишение заготовки 5 степеней свободы;

Используемое приспособление: специальное приспособление.

Операция 035. Сверлильная с ЧПУ.

Станок горизонтально-сверлильный с ЧПУ модели 2М55Ф2.

Установ А.

База: Диаметр 82мм, упор в паз;

Данное базирование обеспечивает:

- защиту заготовки от проворота;

Используемое приспособление:3-х кулачковый патрон;

Операция 045. Шлифовальная.

Станок кругло-шлифовальный модели 3У131М

Установ А.

База: центровочные отверстия диаметром 6,3мм;

Данное базирование обеспечивает:

- допуск торцевого биения торца фланца относительно базы Д, находящейся на оси детали, 30 мкм.

1.5.4 Выбор режущего инструмента

Для выполнения механических операций при обработке детали «Вал» использую следующий режущий инструмент.

Поиск по сайту: