Курсовая работа: Размерный анализ технологического процесса изготовления вала ступенчатого

Значения всех рассчитанных припусков и операционных размеров (в окончательном виде) заносим в схему размерного анализа в осевом направлении.

6. Размерный анализ в радиальном направлении

6.1 Размерные цепи и их уравнения

Составим уравнения операционных размерных цепей в виде уравнений номиналов. В общем виде это выглядит:

[A] = S xi×Ai, (6.1)

где [A] – номинальное значение замыкающего звена;

Ai - номинальные значения составляющих звеньев;

i – порядковый номер звена;

n – число составляющих звеньев;

xi – передаточные отношения, характеризующие расположение звеньев по величине и направлению. Для линейных цепей с параллельными звеньями передаточные звенья равны: xi = 1 (увеличивающие звенья); xi = -1 (уменьшающие звенья).

Составим уравнения замыкающих операционных припусков:

[Z1235] = – Д35 + Е 1235 – 1805+ Е 1230-1805 + Д30;

[Z835] = – А35+ Е 835 – 1805+ Е 830-1805 + А30;

[Z930] = – Б30 + Е 930 – 1805 + Е 915-1805 + Б15;

[Z830] = – А30 + Е 830 – 1805 + Е 815-1805 + А15;

[Z1330] = – Е30 + Е 1330 – 1805 + Е 1315-1805 + Е15;

[Z1230] = – Д30 + Е 1230 – 1805 + Е 1215-1805 + Д15;

[Z915] = – Б15 + Е 915 – 1805 + Е 910-1805 + Б10;

[Z815] = – А15 + Е 815 – 1805 + Е 810-1805 + А10;

[Z1215] = – Д15 + Е 1215 – 1805 + Е 1210-1805 + Д10;

[Z1315] = – Е15 + Е 1315 – 1805 + Е 1310-1805 + Е10;

[Z910] = – Б10+ Е 910 – 1805+ Е 900-1805 + Б00;

[Z810] = – А10+ Е 810 – 1805+ Е 800-1805 + А00;

[Z1010] = – В10+ Е 1010 – 1805+ Е 1000-1805 + В00;

[Z1110] = – Г10+ Е 1110 – 1805+ Е 1100-1805 + Г00.

[Z1210] = – Д10+ Е 1210 – 1805+ Е 1200-1805 + Д00;

[Z1310] = – Е10+ Е 1310 – 1805+ Е 1300-1805 + Е00.

6.2 Расчёт припусков

Определим минимальные значения операционных припусков по формулам:

– на токарной черновой операции 10:

Zimin=(Rz + h)i-1 + с.ш. (6.3)

где Rz i-1, h i-1 – высота неровностей и дефектный слой, образовавшиеся на обрабатываемой поверхности при предыдущей обработке (значения берутся из прил. 4 [2]);

с.ш. – смещение штампа, возникающее на заготовительной операции;

– на остальных операциях:

Zimin=(Rz + h)i-1 (6.4)

[Z1310] min = 0,1 + 0,2 + 1= 1,3 мм;

[Z1210] min = 0,1 + 0,2 + 1= 1,3 мм;

[Z1110] min = 0,1 + 0,2 + 1= 1,3 мм;

[Z1010] min = 0,1 + 0,2 + 1= 1,3 мм;

[Z810] min = 0,1 + 0,2 + 1= 1,3 мм;

[Z910] min = 0,1 + 0,2 + 1= 1,3 мм;

[Z1315] min = 0,08 + 0,1 + 0,02 = 0,2 мм;

[Z1215] min = 0,08 + 0,1 + 0,03 = 0,21 мм;

[Z815] min = 0,08 + 0,1 + 0,02 = 0,2 мм;

[Z915] min = 0,08 + 0,1 + 0,03 = 0,21 мм;

[Z1230] min = 0,03 + 0,04 + 0,02 = 0,09 мм;

[Z1330] min = 0,03 + 0,04 + 0,02 = 0,09 мм;

[Z830] min = 0,03 + 0,04 + 0,02 = 0,09 мм.

[Z930] min = 0,03 + 0,04 + 0,02 = 0,09 мм;

[Z1235] min = 0,02 + 0,03 + 0,006 = 0,056 мм;

[Z835] min = 0,02 + 0,03 + 0,006 = 0,056 мм.

Рассчитаем величины колебаний операционных припусков, используя формулы:

             при n £ 4; (6.5)

 при n > 4; (6.6)

где: xi – коэффициент влияния составного звена на замыкающее звено;

n – число звеньев в уравнении припуска;

 – коэффициент соотношения между законом распределения величины Аi и законом нормального распределения.

Определяется по табл. 2.1, для эксцентриситетов  = 0,127;

tD – коэффициент риска, (tD=3.0).

w[Z1310] = 0,1 + 0,04 + 0,02 + 1,8 = 1,96 мм;

w[Z1210] = 0,1 + 0,04 + 0,02 + 1,8 = 1,96 мм;

w[Z1110] = 0,1 + 0,04 + 0,02 + 1,8 = 1,96 мм;

w[Z1010] = 0,1 + 0,04 + 0,02 + 1,8 = 1,96 мм;

w[Z810] = 0,1 + 0,04 + 0,02 + 1,8 = 1,96 мм;

w[Z910] = 0,1 + 0,04 + 0,02 + 1,8 = 1,96 мм;

w[Z1315] = 0,06 + 0,02 + 0,04 + 0,1 = 0,22 мм;

w[Z1215] = 0,06 + 0,03 + 0,04 + 0,1 = 0,23 мм;

w[Z815] = 0,06 + 0,02 + 0,04 + 0,1= 0,22 мм;

w[Z915] = 0,06 + 0,02 + 0,04 + 0,1= 0,23 мм;

w[Z1330] = 0,075 + 0,02 + 0,02 + 0,06 = 0,175 мм;

w[Z1230] = 0,075 + 0,02 + 0,03 + 0,06 = 0,185 мм;

w[Z830] = 0,075 + 0,02 + 0,02 + 0,06 = 0,175 мм.

w[Z930] = 0,075 + 0,02 + 0,03 + 0,06 = 0,185 мм;

w[Z1235] = 0,04 + 0,006 + 0,02 + 0,075 = 0,141 мм;

w[Z835] = 0,04 + 0,006 + 0,02 + 0,075 = 0,141 мм.

Определим максимальные значения операционных припусков по формуле:

 (6.7)

[Z1310] max = 1,3 + 1,96 = 3,26 мм;

[Z1210] max = 1,3 + 1,96 = 3,26 мм;

[Z1110] max = 1,3 + 1,96 = 3,26 мм;

[Z1010] max = 1,3 + 1,96 = 3,26 мм;

[Z810] max = 1,3 + 1,96 = 3,26 мм;

[Z910] max = 1,3 + 1,96 = 3,26 мм;

[Z1315] max = 0,2 + 0,22 = 0,42 мм;

[Z1215] max = 0,21 + 0,23 = 0,44 мм;

[Z815] max = 0,2 + 0,22 = 0,42 мм;

[Z915] max = 0,21 + 0,23 = 0,44 мм;

[Z1230] max = 0,09 + 0,185 = 0,275 мм;

[Z1330] max = 0,09 + 0,175 = 0,265 мм;

[Z830] max = 0,09 + 0,175 = 0,265 мм.

[Z930] max = 0,09 + 0,185 = 0,275 мм;

[Z1235] max = 0,056 + 0,141 = 0,197 мм;

[Z835] max = 0,056 + 0,141 = 0,197 мм.

Определим средние значения операционных припусков по формуле:

 (6.8)

[Z1310] ср = 0,5×(1,3 + 3,26) = 2,28 мм;

[Z1210] ср = 0,5×(1,3 + 3,26) = 2,28 мм;

[Z1110] ср = 0,5×(1,3 + 3,26) = 2,28 мм;

[Z1010] ср = 0,5×(1,3 + 3,26) = 2,28 мм;

[Z810] ср = 0,5×(1,3 + 3,26) = 2,28 мм;

[Z910] ср = 0,5×(1,3 + 3,26) = 2,28 мм;

[Z1315] ср = 0,5×(0,2 + 0,42) = 0,31 мм;

[Z1215] ср = 0,5×(0,21 + 0,44) = 0,325 мм

[Z815] ср = 0,5×(0,2 + 0,42) = 0,31 мм;

[Z915] ср = 0,5×(0,21 + 0,44) = 0,325 мм;

[Z1230] ср = 0,5×(0,09 + 0,275) = 0,1825 мм;

[Z1330] ср = 0,5×(0,09 + 0,265) = 0,1775 мм;

[Z830] ср = 0,5×(0,09 + 0,265) = 0,1775 мм.

[Z930] ср = 0,5×(0,09 + 0,275) = 0,1825 мм;

[Z1235] ср = 0,5×(0,056 + 0,197) = 0,1265 мм;

[Z835] ср = 0,5×(0,056 + 0,197) = 0,1265 мм

6.3 Расчёт операционных размеров

Произведем расчет значений операционных размеров по способу средних значений.

Найдем средние значения размеров, известных заранее:

[А35] = 55 мм; [А35]ср = 55,0115 мм;

[Б30] = 65 мм; [Б30]ср = 60,035 мм;

[В10] = 75 ± 0,37 мм; [В10] ср = 75 мм;

[Г10]= 65 ± 0,37 мм; [Г10]ср = 65 мм;

[Д35]= 60 мм; [Д35]ср = 60,0115 мм;

[Е30] = 55 мм; [Е30] ср = 55,035 мм;

Ч20 = 46 ±0,31 мм; Ч20ср = 46 мм;

Щ20 = 55 ± 0,37 мм; Щ20ср = 55 мм;

Найденные средние значения подставим в уравнения операционных размеров, решая эти уравнения, мы получим средние значения операционных размеров.

1)  [Z1235] = – Д35 + Е 1235 – 1805+ Е 1230-1805 + Д30;

Д30 = Д35 + [Z1235] – Е 1235 – 1805 - Е 1230-1805;

Д30 = 0,1265 + 60,0115 – 0,006 – 0,02 = 60,112 мм;

2)  [Z835] = – А35+ Е 835 – 1805+ Е 830-1805 + А30;

А30 = А35 + [Z835] – Е 835 – 1805 - Е 830-1805;

А30 = 55,0115 + 0,1265 – 0,006 – 0,02 = 55,112 мм;

3)  [Z930] = – Б30 + Е 930 – 1805 + Е 915-1805 + Б15;

Б15 = Б30 + [Z930] – Е 930 – 1805 – Е 915-1805;

Б15 = 65,035 + 0,1825 – 0,02 – 0,03 = 65,1675 мм;

4)  [Z830] = – А30 + Е 830 – 1805 + Е 815-1805 + А15;

А15 = А30 + [Z830] – Е 830 – 1805 – Е 815-1805;

А15 = 55,112 + 0,1825 – 0,02 – 0,02 = 55,2545 мм;

5)  [Z1330] = – Е30 + Е 1330 – 1805 + Е 1315-1805 + Е15;

Е15 = Е30 + [Z1330] – Е 1330 – 1805 – Е 1315-1805;

Е15 = 55,035 + 0,1825 – 0,02 – 0,02 = 55,1775 мм;

6)  [Z1230] = – Д30 + Е 1230 – 1805 + Е 1215-1805 + Д15;

Д15 = Д30 + [Z1230] – Е 1230 – 1805 – Е 1215-1805;

Д15 = 60,112 + 0,1825 – 0,02 – 0,03 = 60,2445 мм;

7)  [Z915] = – Б15 + Е 915 – 1805 + Е 910-1805 + Б10;

Б10 = Б15 + [Z915] – Е 915 – 1805 – Е 910-1805;

Б10 = 60,1675 + 0,325 – 0,03 – 0,04 = 60,4225 мм;

8)  [Z815] = – А15 + Е 815 – 1805 + Е 810-1805 + А10;

А10 = А15 + [Z815] – Е 815 – 1805 – Е 810-1805;

А10 = 55,2545 + 0,31 – 0,02 – 0,04 = 55,5045 мм;

9)  [Z1215] = – Д15 + Е 1215 – 1805 + Е 1210-1805 + Д10;

Д10 = Д15 + [Z1215] – Е 1215 – 1805 – Е 1210-1805;

Д10 = 60,2445 + 0,325 – 0,03 – 0,04 = 60,4995 мм;

10)  [Z1315] = – Е15 + Е 1315 – 1805 + Е 1310-1805 + Е10;

Е10 = Е15 + [Z1315] – Е 1315 – 1805 – Е 1310-1805;

Е10 = 55,1775 + 0,31 – 0,02 – 0,04 = 55,4275 мм;

11)  [Z910] = – Б10+ Е 910 – 1805+ Е 900-1805 + Б00;

Б00 = Б10+ [Z910] – Е 910 – 1805- Е 900-1805;

Б00 = 60,4225 + 2,28 – 0,04 – 0,02 = 62,6425;

12)  [Z810] = – А10+ Е 810 – 1805+ Е 800-1805 + А00;

А00 = А10+ [Z810] – Е 810 – 1805- Е 800-1805;

А00 = 55,5045 + 2,28 – 0,04 – 0,02 = 57,7245;

13)  [Z1010] = – В10+ Е 1010 – 1805+ Е 1000-1805 + В00;

В00 = В10+ [Z1010] – Е 1010 – 1805- Е 1000-1805;

В00 = 75 + 2,28 – 0,04 – 0,02 = 77,22;

14)  [Z1110] = – Г10+ Е 1110 – 1805+ Е 1100-1805 + Г00;

Г00 = Г10+ [Z1110] – Е 1110 – 1805- Е 1100-1805;

Г00 = 65 + 2,28 – 0,04 – 0,02 = 67,22;

15)  [Z1210] = – Д10+ Е 1210 – 1805+ Е 1200-1805 + Д00;

Д00 = Д10+ [Z1210] – Е 1210 – 1805- Е 1200-1805;

Д00 = 60,4995 + 2,28 – 0,04 – 0,02 = 62,7195;

16)  [Z1310] = – Е10+ Е 1310 – 1805+ Е 1300-1805 + Е00;

Е00 = Е10+ [Z1310] – Е 1310 – 1805- Е 1300-1805;

Е00 = 55,4275 + 2,28 – 0,04 – 0,02 = 57,6475.

Составим таблицу, в которой укажем значения операционных размеров в радиальном направлении:

Таблица 6.1. Значения операционных размеров в радиальном направлении

Значения всех рассчитанных припусков и операционных размеров (в окончательном виде) заносим в схему размерного анализа в радиальном направлении.

7. Сравнительный анализ результатов расчетов операционных диаметральных размеров

7.1 Определение операционных диаметральных размеров расчетно-аналитическим методом

Расчётно-аналитическим методом определим припуски на поверхность 8 Æ55k6 (), являющуюся наиболее точной.

Качество поверхности после штамповки по прил. 4 [3]:

Rz = 100 мкм, h = 200 мкм.

Качество поверхности после механической обработки по данным прил. 4 [3] следующие:

1. Растачивание черновое Rz = 80 мкм, h = 100 мкм;

2. Растачивание чистовое Rz = 30 мкм, h = 40 мкм;

3. Шлифование черновое Rz = 20 мкм, h = 30 мкм;

4. Шлифование чистовое Rz = 5 мкм, h = 15 мкм

Суммарное пространственное отклонение будем определять по формуле

, мм (7.1)

где - коэффициент уточнения (по табл. 3.17 [4]);

Di-1 – суммарное пространственное отклонение на заготовительной операции (эксцентричность отверстия);

– после штамповки D= 0,8 мм;

– после растачивания чернового D = 0,06 × 0,8= 0,048 мм;

– после растачивания чистового D = 0,04 × 0,8= 0,032 мм;

– после шлифования чернового D = 0,03 × 0,8= 0,024 мм;

– после шлифования чистового D = 0,02 × 0,8= 0,016 мм

Определим значение минимального припуска 2Zmin после каждой операции по формуле:

, мм (7.2)

где Rzi-1, hi-1 – высота неровностей и дефектный слой, образовавшиеся на обрабатываемой поверхности при предыдущей обработке;

Di-1 – суммарное значение пространственных отклонений с предыдущей операции;

 мм;

 мм;

 мм;

 мм.

Определяем предельные размеры для каждого перехода по формулам:

2Аi min = 2Аi-1 min + T2Аi-1, мм                             (7.3)

2Аi max = 2Аi min – 2Zi min, мм                               (7.4)

2А35 min = 55,002 мм;

2А35 max = 55,021 мм;

2А30min = 2А35min +  = 55,002 + 0,148= 55,15 мм;

2А15min = 2А30 min + = 55,15 + 0,204 = 55,354 мм;

2А10min = 2А15 min + = 55,354 + 0,456 = 55,81 мм;

2А30 max = 2А30min + T2А30 = 55,15 + 0,046 = 55,196 мм;

2А15max = 2А15min + T2А15 = 55,354 + 0,074 = 55,428 мм;

2А10 max = 2А10min + T2А10 = 55,81 + 0,3 = 55,11 мм;

Определим предельные значения припусков по формуле:

 (7.5)

 (7.6)

 мм;

 мм;

 мм;

 мм;

Изобразим на рис. 7.1 схему расположения операционных размеров, допусков и припусков.

Таблица 7.1. Расчет припусков на обработку диаметра 2А (пов. 8 Æ55k(+2+0,21))

7.2 Сравнение результатов расчетов

Для сравнения необходимо сопоставить результаты расчетов операционных размеров, операционных и общих минимальных, максимальных, номинальных припусков.

Общие припуски определяются по формулам:

Zоmin = S Zmin (7.6)

Zоmax = S Zmax (7.7)

Zоmin = 0,148+0,204+0,456+3,99 = 4,798 мм,

Zоmax = 0,175+0,232+0,682+7 = 8,089 мм.

Общий номинальный припуск для отверстия:

Zоном = Dномдет – Dномзаг (7.8)

Zоном = 59,8–55,002 = 4,798 мм.

где Dномзаг, Dномдет – номинальные диаметры заготовки и детали соответственно.

Результаты расчетов припусков приведем в табл. 7.2.

Данные по их изменению:

DZо = (ZоОЦ – ZоРА) ×100% / ZоРА, (7.9)

где ZоОЦ, ZоРА – значения общих припусков, определенные методами решения размерных цепей и расчетно-аналитическим соответственно.

Таблица 7.2. Сравнение общих припусков

D Zоmin = (1,646 – 4,798) ×100% / 4,798 = – 65,7%;

D Zоmax = (4,152 – 8,089) ×100% / 8,089 = – 48,67%;

D Zоном = (2,713 – 4,798) ×100% / 4,798 = -43,46%.

Вывод: метод операционных размерных цепей позволяет существенно уменьшить припуски на обработку, а, следовательно, увеличить коэффициент использования материала и удешевить изготовление детали.

Заключение

В ходе работы были выполнены все задачи курсового проекта.

Проанализировав исходные данные детали стало возможным определение:

– выбора типа производства, формы организации технологического процесса изготовления детали;

– выбора метода получения заготовки;

– технологического маршрута изготовления детали;

– технологического маршрута обработки поверхности;

– технологической схемы базирования;

– припусков с помощью размерного анализа;

– припусков расчетно-аналитическим методом;

Выполнив курсовую работу, мы проанализировали припуски, полученные с помощью расчётно-аналитического метода и размерного анализа. В результате оказалось, что расчётно-аналитический метод дал меньшие значения припусков, а значит при его использовании сокращается себестоимость изготовления детали и повышается эффективность производства.

Литература

1.  Справочник технолога машиностроителя/ Под редакцией А.Г. Косиловой, Р.К. Мещерякова. – М.: Машиностроение, 1985. – Т. 1,2.

2.  Горбацевич А.Ф., Шкред В.А. Курсовое проектирование по технологии машиностроения: – 4‑е изд., перераб. и доп. – Выш. школа, 1983, ил.

3.  Гжиров Р.И. Краткий справочник конструктора: Справочник – М.: Машиностроение, Ленинград, 1983 год.

4.  Михайлов А.В. Методическое указание «Определение операционных размеров механической обработки в условиях серийного производства»

Тольятти, 1992 год.

5.  Методические указания Боровкова.