Технологический процесс

Введение

 

 

В современных условиях рыночной экономики  ведущую роль в ускорении научно-технического прогресса призвано сыграть машиностроение.

В настоящее время машиностроение в значительной степени определяет развитие и совершенствовании всего  народного хозяйства республики.

В свое время машиностроение пережило несколько этапов своего развития. Первые этапы характеризовались  накоплением опыта производства машин, опубликовывались статьи по обработке  заготовок и появлялись нормативные  материалы. Появлялись теоретические  труды в области машиностроения, разрабатываются методы анализа  точности и управления качеством  продукции с помощью математической статистики и теории вероятности.

В наши дни широко используются фундаментальные  и теоретические науки. Для решения  теоретических и практических задач  используются современные вычислительные средства. ЭВМ нашлось  применение не только для проектирования технологий, но и для процесса изготовления машин. Создаются и развиваются системы  автоматизированного производства.

В процессе механической обработки деталей  машин возникают проблемные ситуации, связанные с необходимостью выполнения технических требований, поставленных конструктором перед производством. Производственный процесс связан с эксплуатацией сложного металлорежущего оборудования, в том числе полуавтоматического оснащенного системами числового, программного управления, быстродействующей технологической оснасткой. Механическая обработка определяет трудоёмкость и себестоимость продукции, а так же долговечность эксплуатационных свойств деталей машин.

Развитие  технологии механической обработки  и сборки и её направленность обуславливается  стоящими перед машиностроительным комплексом задачами:

1)создание новых методов обработки;

2)внедрение механизации и автоматизации;

3)обеспечение высокой производительности и надлежащего качества;

4)снижение себестоимости изготавливаемой продукции.

  Требование современности – выпуск  конкурентоспособных изделий, востребованных на внутреннем и внешнем рынке. В связи с этим основными направлениями развития современной технологии являются: переход от прерывистых, дискретных технологических процессов к непрерывным автоматизированным, обеспечивающим увеличение масштабов производства и качества продукции; внедрение безотходной технологии для наиболее полного использования сырья, материалов, энергии, топлива и повышения производительности труда; создание гибких производственных систем, широкое использование роботов и роботизированным технологических комплексов в машиностроении и приборостроении.

1 Назначение и конструкция детали

 

 

Деталь  вал относится к классу валов  и предназначен для передачи крутящего момента. 

Заготовка детали может быть получена как из проката, так и штамповкой.

Деталь  представляет собой вал, у которого диаметры увеличиваются от одного торца к другому. На валу расположены три шпоночных паза для установки призматических шпонок. На поверхности Æ55 нарезана резьба М55х2-6g.

В правом торце вала имеется центровое отверстие FM16.

Рабочий чертеж вала приведен на рисунке 1.

 

 

Рисунок 1 – Рабочий чертеж детали

 

 

Вал  изготавливается  из углеродистой стали 45  ГОСТ 1050-74. Исходная твердость стали НВ 156-197. Деталь подвергается закалке с последующим высоким отпуском.

Механические  свойства и химический состав стали  45 приведены в таблице1 и 2.

Таблица 1 – Механические свойства стали 45

 

στ,  МПа	σв, МПа	d,%	y,%
360	610	16	40

 

 

 

Таблица 2 –  Химический состав стали 45

В процентах

С	Сu, не более	Si	Мn	Cr	Ni, не более	S, не более	Р, не более
0,4-0,5	0,25	0,17-0,37	0,5-0,8	0,3	0,30	0,04	0,035

 

 

 

2 Анализ технологичности конструкции  вала

 

 

Деталь вал относится к деталям  класса “валы”. Деталь представляет собой вал, у которого диаметры увеличиваются от одного торца к другому. Обработка вала ведется проходными резцами с одной стороны сторон.

Вал имеет центровые отверстия, позволяющие устанавливать его  в центрах на большинстве операций, кроме сверлильной и фрезерной операций, что обеспечивает необходимую точность размеров обрабатываемых поверхностей и их взаимное расположение. Это обеспечивает принцип постоянства баз в технологическом процессе.

К нетехнологическим элементам могут быть отнесены закрытые шпоночные пазы и глухое отверстие с резьбой FM16 в торце детали.

Деталь имеет удобные базовые  поверхности, что позволяет на всех операциях использовать стандартные приспособления.

Конструктивно деталь считаем технологичной.

В соответствии с ГОСТ 14.201-1873 рассчитываем показатели технологичности конструкции детали.

Средний квалитет точности обработки детали определяется по формуле:

     (2.1)

где     – номер квалитета точности i - ой поверхности;

- количество размеров деталей,  обрабатываемых по  - му квалитету.

Для расчета среднего квалитета точности составляем исходную таблицу точности 3.

 

Таблица 3 - Точность поверхностей детали

 

Квалитет точности	6	9	10	13	14	15
Количество поверхностей	2	3	1	1	7	3

 

 

 

Коэффициент точности обработки определяется по формуле:

,                                                     (2.2)

 

Деталь  соответствует базовым технологическим  требованиям.

Средняя шероховатость  поверхностей определяется по формуле:

,                                                   (2.3)

где   - значение шероховатости i-ой поверхности;

-количество поверхностей, имеющих  шероховатость  .

Для расчета  средней шероховатости составляем исходную таблицу  шероховатости детали 4

 

Таблица 4 - Шероховатость  поверхностей детали

 

Шероховатость поверхности  R, мкм	0,8	1,6	3,2	12,5
Количество поверхностей, n	2	1	4	10

 

 

Коэффициент шероховатости детали определяется по формуле:

                                                      (2.4)

 

 

 

Коэффициент использования материала определяется по формуле:

,                                                      (2.5)

 

где   -  масса детали,

- масса заготовки,

 

 

 

 

 

 

3 Определение типа производства

 

 

В связи с  отсутствием норм времени в базовом  технологическом процессе и невозможностью определения коэффициента закрепления  операций тип производства предварительно определяем по годовому выпуску детали и их массе.

При годовом  выпуске N=4000 штук и массе m_д=3,5 кг тип производства определяем в соответствии с рекомендациями.

В серийном производстве детали изготавливают партиями. Размер партии рассчитываем по формуле:

 

                                                (3.1)

 

где - количество дней запаса деталей на складе, ;

 – количество рабочих дней в году, дней.

 

 

 

По размеру  партии устанавливаем, что производство будет среднесерийное. Окончательно тип производства будет уточнен после расчета норм времени.

 

 

4 Выбор метода получения заготовки

 

 

Заготовка вала в проектируемом варианте получается штамповкой на кривошипном горячештамповочном прессе (КГШП).

Этот метод  обеспечивает высокую точность заготовок, минимальные припуски и высокую  производительность.

Для расчетов припусков и определения предельных отклонений размеров заготовки определяем индекс заготовки по ГОСТ 7505-89.

Расчетная масса  поковки:

                                              (4.1)

 

где     - масса детали;

- коэффициент, зависящий от  способа поковки, 

 

 

 

Размеры фигуры (цилиндра), описывающей  поковку:

- диаметр

                                               (4.2)

 

- длина

                                             (4.3)

 

 

Масса фигуры, описывающей поковку:

 

 

 

 

 

Отношение расчетной массы поковки  к массе фигуры:

 

 

 

Степень сложности – С1.

Группа металла  – М2

Конфигурация поверхности разъема  штампа – П (плоская).

По группе стали, классу точности и  степени сложности определяем исходный индекс поковки – 8.

Рассчитываем стоимость заготовки  по формуле[2]:

 

          (4.5)

 

где - базовая стоимость одной тонны заготовок, ;

- масса заготовки, ; 

- масса детали, ;

- стоимость одной тонны отходов, ;

- коэффициент, зависящий от  класса точности, ;

- коэффициент, зависящий от  степени сложности, ;

- коэффициент, зависящий от  массы заготовки, ;

- коэффициент, зависящий от  марки материала, ;

- коэффициент, зависящий от  объема выпуска,  .

 

Экономический эффект достигается за счет сокращения расхода метала:

 

,                                    (4.6)

 

где  - объём выпуска, шт.

.

 

Следовательно, заготовку вала целесообразнее получать штамповкой чем из проката, так как уменьшается материалоемкость и как, следствие, уменьшаются экономические затраты на 88,9 млн.р.

 

 

 

5 Расчет припусков на механическую  обработку и определение межоперационных размеров

 

 

Рассчитаем  припуски на обработку поверхности Æ. Заготовка детали получена штамповкой на КГШП. Маршрут обработки поверхности

включает  следующие операции:

- черновое точение;

- чистовое точение;

- шлифование.

Припуски  рассчитываем по формуле,[3]:

 

                      (5.1)

 

где – высота микронеровностей, полученных на предыдущей операции;

 – глубина дефектного слоя, полученного на предыдущей операции;

 – пространственное отклонение, полученное на предыдущей операции;

  - погрешность базирования.

 

Обработка вала на всех операциях ведется в центрах. Следовательно, погрешность установки в радиальном направлении равна нулю, т.е.e=0.

Выписываем  значения R_z и Т для всех операций:

- для заготовки

R_z = 150 мкм, Т = 250 мкм;

- для чернового точения

R_z = 50 мкм, Т = 50 мкм;

- для чистового точения

R_z= 30 мкм, Т = 30 мкм;

- для шлифования 

R_z= 5 мкм, Т = 15 мкм.

Рассчитываем  значение пространственного отклонения .

 

,                                      (5.2)

 

где – допуск на смещение по поверхности разъема штампа, ;

 – погрешность зацентровки;

 – коробление детали.

Погрешность зацентровки при установке детали в центрах находится по формуле:

,                 (5.3)

 

где – допуск заготовки, мм.

 

мм.

 

Коробление  детали:

  _{,                                                 (5.4)}