Курсовая работа: Разработка оптимального технологического процесса производства детали "Вал-шестерня"

В таблице обозначено:

н.-ц. – нецилиндричность;

н.-с. – несимметричность;

р. б. – радиальное биение;

т. б. – торцевое биение.

1.3 Анализ технологичности детали

Анализ технологичности конструкции вала-шестерни будем производить по следующим группам критериев.

*  технологичность заготовки

*  технологичность общей конфигурации детали

*  технологичность базирования и закрепления

*  технологичность обрабатываемых поверхностей

1.3.1  Технологичность заготовки

Материал детали – сталь 30ХН3А: углерода %С=0,27 – 0,33%; кремния %Si=0,17– 0,37%; хрома %Cr=0,6 – 0,9%; марганца %Mn=0,5 – 0,8. Твердость в состоянии поставки до 241 HB, после закалки – 34 HRC. Прочность в состоянии поставки до 795 МПа, после закалки 980 МПа. Эти механические характеристики обеспечивают нормальною работу вала-шестерни в редукторе. Материал не является дефицитным. Термообработка выполняется по типовому техпроцессу и не требует специальных условий. Сталь имеет удовлетворительную обрабатываемость резанием, коэффициент обрабатываемости Ко= 0,8 при обработке твердосплавным инструментом, Ко=0,6 при обработке инструментом из быстрорежущей стали.

Заготовку вала можно получить как из проката, так и обработкой давлением – штамповкой или высадкой. В обоих случаях форма заготовки и её элементов достаточно простая.

Свободные поверхности предусматривается обрабатывать по 14 квалитету точности. На заготовительных операциях такой точности не добиться, хотя при изготовлении детали из прутка можно получить заданную точность и шероховатость торцов при отрезке.

Таким образом, с точки зрения получения заготовки, деталь можно считать технологичной.

1.3.2 Технологичность общей конфигурации

Радиусы закруглений и фаски выполняются по ГОСТ 10948–64, форма и размеры канавок – по ГОСТ 8820–69, размеры шпоночного паза – по ГОСТ23360–78. Такая унификация упростит обработку и контроль этих элементов вала-шестерни.

Вал-шестерню можно отнести к типу деталей “Валы”, для которых разработан типовой ТП. Деталь не содержит каких-либо специфических особенностей формы, поэтому может быть обработана непосредственно по типовому ТП.

Форма детали позволяет вести обработку одновременно нескольких поверхностей. Одновременно несколько заготовок удается обработать только на многошпиндельном станке, что вряд ли целесообразно для мелкосерийного производства. В остальных случаях оборудование может быть простым, универсальным. Оснастку можно также применить универсальную. Все поверхности вала-шестерни доступны для контроля.

Таким образом, с точки зрения общей компоновки детали, её можно считать технологичной.

1.3.3 Технологичность базирования и закрепления

Черновыми базами для установки заготовки на первой операции могут быть цилиндрические шейки и торцовые поверхности заготовки. В дальнейшем за базы могут быть приняты как цилиндрические поверхности, так и специально выполненные центровые отверстия по ГОСТ 14034-74.

Измерительные базы детали можно использовать в качестве технологических баз. Точность и шероховатость этих баз обеспечит требуемую точность обработки. В случае применения гибкого технологического модуля имеется возможность захвата заготовки роботом за поверхность

1.3.4 Технологичность обрабатываемых поверхностей

Предполагается обработать все поверхности детали, т.к. заданные точность и шероховатость не позволяют получить их на заготовительных операциях. Правда, как было показано в п. 1.3.1., можно исключить из точности и шероховатости при отрезке проката, но целесообразность этого может быть установлена только после детального анализа. Всего обрабатывается 26 поверхностей: 13 цилиндрических; 8 торцовых; 1 боковая поверхность зубьев; 2 поверхности шпоночного паза; 6 канавок. Т.е., даже при полной обработке число обрабатываемых поверхностей относительно невелико.

Протяженность обрабатываемых поверхностей относительно невелика и определяется условиями компоновки редуктора и работы вала-шестерни.

Точность и шероховатость рабочих поверхностей определяются условиями работы вала-шестерни. Уменьшение точности приведет к снижению точности установки вала в редукторе и надежности его работы. Увеличение шероховатости этих поверхностей приведет к снижению надежности сопряжений и интенсивному изнашиванию поверхностей.

Форма детали позволяет обрабатывать поверхность на проход. Обработка поверхностей в упор затруднений не вызывает.

Поверхности различного назначения разделены, что облегчает обработку. Для выхода резца и шлифовального круга при обработке поверхностей 2, 5, 12, 15, 18, 21, предусмотрены канавки 3, 6, 11, 14, 17, 20.

Таким образом, с точки зрения обрабатываемых поверхностей деталь следует считать технологичной.

Поскольку деталь “Вал-шестерня” отвечает требованиям технологичности по всем 4 группам критериев, можно сделать вывод о её достаточно высокой технологичности.

1.4 Формулировка задач курсовой работы

В результате анализа исходных данных можно сформулировать следующие задачи курсовой работы, решить которые необходимо для достижения цели работы, сформулированной во введении – обеспечить заданный выпуск деталей “Вал-шестерня” заданного качества с наименьшими затратами путем разработки ТП его механической обработки:

1) определить тип производства и выбрать стратегию разработки ТП;

2) выбрать оптимальный метод получения заготовки, рассчитать припуски на обработку и спроектировать заготовку;

3) разработать технологический маршрут, выбрать схемы базирования заготовки и составить план обработки;

4) выбрать средства технологического оснащения (СТО) ТП – оборудование, приспособления, режущие инструменты, средства контроля;

5) разработать технологические операции – определить их содержание, рассчитать режимы резания и нормы времени.

Решению этих задач посвящены следующие разделы работы.

2. Выбор стратегии разработки ТП

Задача раздела – в зависимости от типа производства выбрать оптимальную стратегию разработки ТП – принципиальный подход к определению его составляющих (показателей ТП), способствующих обеспечению заданного выпуска деталей заданного качества с наименьшими затратами.

Тип производства – мелкосерийное – определен заданием. Согласно рекомендациям принимаем следующую стратегию разработки ТП:

1) В области организации ТП:

Вид стратегии – последовательная, в отдельных случаях циклическая; линейная, в отдельных случаях разветвленная; жесткая, в отдельных случаях адаптивная.

Фома организации ТП – переменно – поточная.

Повторяемость изделий – периодическая партиями.

2) В области выбора и проектирования заготовки:

Метод получения заготовки – прокат или штамповка.

Выбор методов обработки – по таблицам с учетом коэффициентов удельных затрат КУД.

Припуск на обработку незначительный.

Метод определения припусков – укрупненный по таблицам, в отдельных случаях расчет по переходам.

3) В области разработки технологического маршрута :

Степень унификации ТП – разработка ТП – маршрутный ТП, в отдельных случаях – маршрутно-оперативный ТП.

Принцип формирования маршрута – экстенсивная , в отдельных случаях интенсивная концентрация операций.

Обеспечение точности – работа на настроенном оборудовании, с частичным применением активного контроля.

Базирование – с соблюдением принципа постоянства баз и по возможности – принципа совмещения баз.

4) В области выбора средств технологического оснащения (СТО).

Оборудование – универсальное, в том числе с ЧПУ.

Приспособления – универсальные, стандартные, универсально-сборные, в отдельных случаях специальные.

Режущие инструменты – стандартные, в отдельных случаях специальные.

Средства контроля – универсальные, в отдельных случаях модернизированные.

5) В области проектирования технологический операций:

Содержание операций – по возможности одновременная обработка нескольких поверхностей, исходя из возможностей оборудования.

Загрузка оборудования – периодическая смена деталей на станках.

Коэффициент закрепления операций Кзо =20...40.

Расстановка оборудования – по типам и размерам станков, местами по ходу ТП.

Настройка станков – по измерительным инструментам и приборам, либо работа без предварительной настройки, по промерам.

6) В области нормирования ТП:

Определение режимов резания – по общемашиностроительным нормативам, в отдельных случаях – по эмпирическим формулам.

Нормирование – укрупненное по опытно-статическим нормам, в отдельных случаях – детальное пооперационное.

Квалификация рабочих – достаточно высокая.

Технологическая документация – маршрутно-операционные карты.

3. Выбор и проектирование заготовки

Задача раздела – выбрать методы получения заготовки и обработки поверхностей вала-шестерни, обеспечивающие минимум суммарных затрат на получение заготовки и ее обработку, рассчитать припуски на обработку и спроектировать заготовку.

3.1 Выбор метода получения заготовки

По таблице 1 [3] определяем, что детали типа “Валы” средней сложности из стали для мелкосерийного производства целесообразно применить в качестве заготовки прокат или горячую штамповку. Для окончательного выбора метода получения заготовки выполним сравнительный экономический анализ. В основу анализа положим сравнение суммарных стоимостей С переменной доли затрат на получение заготовки СЗ и ее механическую обработку СОБР.

Расчет согласно методике [3]

Сi=Cзi+Cобрi

где i – номер варианта получения заготовки. В нашем случае i=1 для заготовки из проката, i=2 для штампованной заготовки.

Переменные затраты на получение заготовки Сз, руб., составляют:

где Цмат – цена 1т исходного материала, руб./т;

тзаг – масса заготовки, кг;

Ксп, Кт, Ксл – коэффициенты, учитывающие соответственно способ получения заготовки, ее точность и сложность.

Рассчитаем Сз для каждого из вариантов.

1) Вычерчиваем контур детали. На этом же эскизе вычерчиваем контуры заготовки из проката и штамповки (без масштаба).

2) Определяем ориентировочно припуск на обработку 2Z:

а) для штампованной заготовки

для поверхности 2, где припуск наибольший, принимаем припуск на сторону Z=10мм, 2Z=20мм – припуск на диаметр. Для поверхности 21 принимаем припуск на сторону Z=7мм, 2Z=14мм.

Припуски по торцам принимаем Z=2 мм.

б) для заготовки из проката принимаем припуски:

по диаметру 2Z=2 мм;

по торцам Z=1 мм.

Определяем размеры заготовки с учетом припусков и проставляем на рис.

3) Определяем напуски

Для заготовки из проката принимаем ближайший больший диаметр прутка – 180 мм.

Для штамповки назначаем предварительно уклон 5° и радиусы переходов R=3 мм.

Вычерчиваем напуски на рис. и проставляем размеры заготовки с учетом припусков и напусков.

4) Определяем массу детали Мд и заготовки Мз, кг по таблицам [990909] как сумму масс элементарных геометрических тел, входящих в деталь:

Мд = 40,34 кг; Мз = 50 кг (штамповка); Мз = 125 кг (прокат).

Переменные затраты на получение заготовки Сз, руб., составляют:

для штамповки

Сз =2134*0.05*1*1*5=534 руб.

для проката

Сз =1392*0.125*1*1.1*1=192 руб.

Переменные затраты на черновую обработку Собр, руб. составляют:

,

где Суд – удельные затраты на снятие 1 кг стружки при черновой обработке, руб./кг; при мелкосерийном производстве Суд = 7 руб./кг;

Ко – коэффициент обрабатываемости материала.

Рассчитываем Собр для каждого из вариантов:

для штампованной заготовки

Собр =7*(50 - 40.34)/0.8=84.5 руб.

для заготовки из проката

Собр =7*(125 - 40.34)/0.8=740.7 руб.

Подставляя полученные значения Сз и Собр в формулу (3.1), получим:

для штампованной заготовки

Сш = 534+84 = 618 руб.;

для заготовки из проката

Спр = 192+740 = 932 руб.

По минимуму переменных затрат принимаем вариант – штамповка.

3.2 Выбор методов обработки поверхностей

Методы обработки и их последовательность назначаем в соответствии с рекомендациями [6], при этом учитываем , что:

1) кроме указанных в табл. 1[6] переходов необходимо согласно требованиям чертежа вала ввести термообработку (ТО) – закалку с отпуском;

2) вал – деталь нежесткая, поэтому в процессе термообработки возможно его коробление и снижение точности на 1 квалитет;

3) обработку вала до ТО экономически целесообразно производить методами лезвийной обработки, а после ТО – методами абразивной обработки.

Выбор методов начинаем с самой точной поверхности. Такими поверхностями являются шейки под подшипники, поверхности 2 и 15.

По табл. 1 [6] определяем, что для поверхностей 2 и 15 (6 квалитет точности, шероховатость Ra=0,8 мкм) могут быть применены следующие

варианты последовательности методов обработки

Таблица 3.1.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6