Проектирование технологического процесса изготовления детали "Ось"

1.  Проектирование технологического процесса изготовления детали

1.1 Служебное назначение и технические характеристики детали

Для составления качественного технологического процесса изготовления детали необходимо тщательным образом изучить ее конструкцию и назначение в машине.

Деталь представляет собой цилиндрическую ось. Наиболее высокие требования к точности формы и расположения, а также шероховатости предъявляются к поверхностям шеек оси, предназначенных для посадки подшипников. Так точность шеек под подшипники должны соответствовать 7 квалитету. Высокие требования к точности расположения этих шеек оси относительно друг друга вытекают из условий работы оси.

Все шейки оси представляют собой поверхности вращения относительно высокой точности. Это определяет целесообразность применения токарных операций только для их предварительной обработки, а окончательную обработку с целью обеспечения заданной точности размеров и шероховатости поверхностей следует выполнять шлифованием. Для обеспечения высоких требований к точности расположения шеек оси их окончательную обработку необходимо осуществить за один установ или, в крайнем случае на одних и тех же базах.

Оси такой конструкции применяют в машиностроении достаточно широко.

Оси предназначены для передачи крутящих моментов и монтажа на них различных деталей и механизмов. Они представляют собой сочетание гладких посадочных и непосадочных, а также переходных поверхностей.

Технические требования, предъявляемые к осям, характеризуются следующими данными. Диаметральные размеры посадочных шеек выполняют по IТ7, IТ6, других шеек по IТ10, IТ11.

Конструкция оси, ее размеры и жесткость, технические требования, программа выпуска – основные факторы, определяющие технологию изготовления и применяемое оборудование.

Деталь представляет собой тело вращения и состоит из простых конструктивных элементов, представленных в виде тел вращения круглого сечения различного диаметра и длины. На оси имеется резьба. Длина оси составляет 112 мм, максимальный диаметр равен 75 мм, а минимальный – 20 мм.

Исходя из конструктивного назначения детали в машине, все поверхности этой детали можно разбить на 2 группы:

основные или рабочие поверхности;

свободные или нерабочие поверхности.

Почти все поверхности оси относятся к основным, потому что сопрягаются с соответствующими поверхностями других деталей машин или же непосредственно участвуют в рабочем процессе машины. Это объясняет достаточно высокие требования к точности обработки детали и степени шероховатости, указанные на чертеже.

Можно отметить, что конструкция детали полностью отвечает ее служебному назначению. Но принцип технологичности конструкции состоит не только в удовлетворении эксплуатационных требований, но также и требований наиболее рационального и экономичного изготовления изделия.

Деталь имеет поверхности легкодоступные для обработки; достаточная жесткость детали позволяет обрабатывать ее на станках с наиболее производительными режимами резания. Данная деталь является технологичной, так как содержит простые профили поверхностей, ее обработка не требует специально разработанных приспособлений и станков. Поверхности оси обрабатываются на токарном, сверлильном и шлифовальном станках. Необходимая точность размеров и шероховатость поверхностей достигаются относительно небольшим набором несложных операций, а также набором стандартных резцов и кругов для шлифования.

Изготовление детали отличается трудоемкостью, что связано, прежде всего, с обеспечением технических условий работы детали, необходимой точностью размеров, шероховатостью рабочих поверхностей.

Итак, деталь является технологичной с точки зрения конструкции и способов обработки.

Материал, из которого выполнена ось, сталь 45 относится к группе среднеуглеродистых конструкционных сталей. Применяется для средненагруженных деталей, работающих при небольших скоростях и средних удельных давлениях.

Химический состав данного материала сведем в таблицу 1.1.

Таблица 1.1

7
С	Si	Mn	Cr	S	P	Cu	Ni	As
0,42-05	0,17-0,37	0,5-0,8	0,25	0,04	0,035	0,25	0,25	0,08

Содержание железа в сплаве Fe = 97,43%.

Немного остановимся на механических свойствах проката и поковок, необходимых для дальнейшего анализа, которые тоже сведем в таблицу 1.2.

Таблица 1.2

Вид т/о	Сечение, мм	КП	σ0,2	σВ		δ5		φ	KCU, Дж/см2		НВ, не более
			МПа			%
			не менее
нормализация	до 100	245	245		470		22	48		49	143-179
закалка, отпуск	до 100	315	315		570		17	38		39	167-207

Приведем некоторые технологические свойства.

Температура начала ковки 1280 С^°, конца ковки 750 С^°.

Данная сталь имеет ограниченную свариваемость

Обрабатываемость резанием – в горячекатаном состоянии при НВ 144-156 и σ_В = 510 МПа.

1.2 Определение типа производства и размера партии детали

В задании на курсовой проект указана годовая программа выпуска изделия в количестве 7000 штук. По формуле источника [2, стр. 7] определяем годовую программу выпуска деталей в штуках с учетом запасных частей и возможных потерь:

,

где П – годовая программа выпуска изделий, шт.;

П₁ – годовая программа изготовления деталей, шт. (принимаем 8000 шт.);

b – количество дополнительно изготавливаемых деталей для запасных частей и для восполнения возможных потерь, в процентах. Можно принимать b=5-7;

m – количество деталей данного наименования в изделии (принимаем 1 шт.).

 шт.

Размер производственной программы в натуральном количественном выражении определяет тип производства и имеет решающее влияние на характер построения технологического процесса, на выбор оборудования и оснастки, на организацию производства.

В машиностроении различают три основных типа производства:

-  единичное, или индивидуальное производство;

-  серийное производство;

-  массовое производство.

Исходя из программы выпуска, можно придти к выводу, что в данном случае имеем серийное производство. При серийном производстве изготовление изделий ведётся партиями, или сериями, периодически повторяющимися.

В зависимости от размеров партий или серий, различают три вида серийного производства для средних машин:

-  мелкосерийное производство при количестве изделий в серии до 25 шт.;

-  среднесерийное производство при количестве изделий в серии 25-200 шт.;

-  крупносерийное производство при количестве изделий в серии более 200 шт.;

Характерная особенность серийного производства заключается в том, что изготовление изделий ведётся партиями. Количество деталей в партии для одновременного запуска допускается определять по следующей упрощённой формуле:

, шт.

где N – количество заготовок в партии;

П – годовая программа изготовления деталей, шт.;

L – число дней, на которые необходимо иметь запас деталей на складе для обеспечения сборки (принимаем L=10);

F – число рабочих дней в году. Можно принимать F=240.

 шт.

Зная годовой объем выпуска деталей, определим, что данное производство относится к крупносерийному (5000 – 50000 шт.).

При серийном производстве, каждая операция технологического процесса закрепляется за определённым рабочим местом. На большинстве рабочих мест выполняется несколько операций, периодически повторяющихся.

1.3 Выбор способа получения заготовки

Метод получения исходных заготовок деталей машин определяется конструкцией детали, объемом выпуска и планом производства, а также экономичностью изготовления. Первоначально из всего многообразия методов получения исходных заготовок выбирают несколько методов, которые технологически обеспечивают возможность получения заготовки данной детали и позволяют максимально приблизить конфигурацию исходной заготовки к конфигурации готовой детали. Выбрать заготовку – значит выбрать способ ее получения, наметить припуски на обработку каждой поверхности, рассчитать размеры и указать допуски на неточность изготовления.

Главным при выборе заготовки является обеспечение заданного качества готовой детали при ее минимальной себестоимости.

Правильное решение вопроса о выборе заготовок, если с точки зрения технических требований и возможностей применимы различные их виды, можно получить только в результате технико-экономических расчетов путем сопоставления вариантов себестоимости готовой детали при том или другом виде заготовки. Технологические процессы получения заготовок определяются технологическими свойствами материала, конструктивными формами и размерами деталей и программой выпуска. Предпочтение следует отдавать заготовке, характеризующейся лучшим использованием металла и меньшей себестоимостью.[2]

Возьмем два метода получения заготовок и проанализировав каждый выберем нужный метод получения заготовок:

1)  получение заготовки из проката

2)  получение заготовки штамповкой.

Следует выбрать наиболее «удачный» метод получения заготовки путем аналитического расчета. Сравним варианты по минимальной величине приведенных затрат на изготовление детали.

Если заготовка изготавливается из проката, то затраты на заготовку определяются по весу проката, требующегося на изготовление детали, и весу стружки. Стоимость заготовки, полученной прокатом, определяется по следующей формуле:

,

гдеQ – масса заготовки, кг;

S – цена 1 кг материала заготовки, руб.;

q – масса готовой детали, кг;

S_отх – цена 1 тонны отходов, руб.

Q = 3,78 кг; S = 115 руб.; q = 0,8 кг; S_отх = 14,4 кг.

Подставим исходные данные в формулу:

Рассмотрим вариант получения заготовки штамповкой на ГКМ. Стоимость заготовки определится выражением:

,

Где С_i – цена одной тонны штамповок, руб.;

К_Т – коэффициент, зависящий от класса точности штамповок;

К_С – коэффициент, зависящий от группы сложности штамповок;

К_В – коэффициент, зависящий от массы штамповок;

К_М – коэффициент, зависящий от марки материала штамповок;

К_П – коэффициент, зависящий от годовой программы выпуска штамповок;

Q – масса заготовки, кг;

q – масса готовой детали, кг;

S_отх – цена 1 тонны отходов, руб.

С_i = 315 руб.; Q = 1,25 кг; К_Т = 1; К_С = 0,84; К_В = 1; К_М = 1; К_П = 1;

q = 0,8 кг; S_отх = 14,4 кг.

Экономический эффект для сопоставления способов получения заготовок, при которых технологический процесс механической обработки не меняется, может быть рассчитан по формуле:

,

гдеS_Э1, S_Э2 – стоимость сопоставляемых заготовок, руб.;

N – годовая программа, шт.

Определяем:

Из полученных результатов видно, что экономически выгодным является вариант получения заготовки штамповкой.

Изготовление заготовки методом штамповки на различных видах оборудования является прогрессивным методом, так как значительно уменьшает припуски под механическую обработку в сравнении с получением заготовки из проката, а также характеризуется более высокой степенью точности и более высокой производительностью. В процессе штамповки также уплотняется материал и создается направленность волокна материала по контуру детали.

Решив задачу по выбору метода получения заготовки, можно приступить к выполнению следующих этапов курсовой работы, которые постепенно подведут нас к непосредственному составлению технологического процесса изготовления детали, что и является основной целью курсовой работы. Выбор типа заготовки и метода ее получения оказывают самое непосредственное и весьма существенное влияние на характер построения технологического процесса изготовления детали, так как в зависимости от выбранного метода получения заготовки может в значительных пределах колебаться величина припуска на обработку детали и, следовательно, меняется не набор методов, используемых для обработки поверхностей.

1.4 Назначение методов и этапов обработки

На выбор метода обработки оказывают влияние следующие факторы, которые необходимо учитывать:

форма и размер детали;

точность обработки и чистота поверхностей деталей;

экономическая целесообразность выбранного метода обработки.

Руководствуясь вышеперечисленными пунктами, начнем проводить выявление набора методов обработки по каждой поверхности детали.

Рисунок 1.1 Эскиз детали с обозначением слоев, снимаемых при механической обработке

Все поверхности оси имеют достаточно высокие требования к шероховатости. Обтачивание поверхностей А, Б, В, Г, Д, Е, З, И, К разделяем на две операции: черновое (предварительное) и чистовое (окончательное) обтачивание. При черновом обтачивании снимаем большую часть припуска; обработка производится с большой глубиной резания и большой подачей. Схема, обеспечивающая наименьшее время обработки, наиболее выгодна. При чистовом обтачивании снимаем небольшую часть припуска, причем порядок обработки поверхностей сохраняется.

При обработке на токарном станке необходимо обратить внимание на прочное закрепление детали и резца.

Чтобы получить указанную шероховатость и требуемое качество поверхностей Г и И необходимо применить чистовое шлифование, при котором точность обработке наружных цилиндрических поверхностей достигает третьего класса, а шероховатость поверхности 6-10 классов.

Для большей наглядности схематически запишем выбранные методы обработки на каждую поверхность детали:

А: черновое точение, чистовое точение;

Б: черновое точение, чистовое точение, нарезание резьбы;

В: черновое точение, чистовое точение;

Г: черновое точение, чистовое точение, чистовое шлифование;

Д: черновое точение, чистовое точение;

Е: черновое точение, чистовое точение;

Ж: сверление, зенкерование, развертывание;

З: черновое точение, чистовое точение;

И: черновое точение, чистовое точение, шлифование чистовое;

К: черновое точение, чистовое точение;

Л: сверление, зенкерование;

М: сверление, зенкерование;

Теперь можно переходить к следующему этапу выполнения курсовой работы, связанному с выбором технических баз.