Технологический процесс изготовления зубчатого колеса

10

Машиностроение - важнейшая отрасль промышленности. Совершенствование технологии машиностроения определяется потребностями производства необходимых обществу машин и потребностью потребителей в постоянном совершенствовании продукции. Совершенство конструкции машины характеризуется ее соответствием современному уровню техники, экономичностью в эксплуатации, а также тем, в какой мере учтены возможности использования наиболее экономичных и производительных технологических методов ее изготовления применительно к заданному выпуску и условиям производства.

Заданием на курсовой проект служит чертеж детали колесо червячное. Необходимо произвести технологический анализ детали, материала детали, твердости поверхности. Затем необходимо рассчитать припуски на обработку, выбрать заготовку, произвести размерный анализ технологических цепей размеров. Затем необходимо произвести расчет режимов резания по операциям технологического процесса, затем необходимо назначить нормы времени на каждую операцию. Затем необходимо разработать и вычертить приспособление для одной из операций технологического процесса.

Для выполнения этой работы в определенной последовательности необходимо будет затронуть ряд вопросов:

а) рассмотреть рациональность метода получения заготовки для данного масштаба производства;

б) сопоставить соответствие реальной заготовки чертежу в отношении фактических припусков на обработку и выполнения прочих технических требований;

в) правильность выбора баз на операциях технологического процесса, соблюдение принципа единства технологических баз;

г) правильность установки последовательности операций процесса для достижения заданной точности деталей;

д) степень оснащенности операций; применяемость высокопроизводительного режущего инструмента;

е) произвести выбор, обоснование, конструирование и расчет одного станочного приспособления и т. д.

Только после качественного изучения этих вопросов возможно будет удовлетворить все требования предъявляемые к изготовлению детали и к ее качеству.

1. Анализ исходных данных

1.1 Описание детали

Колесо зубчатое представляет собой деталь среднего сечения из класса втулок, со средними перепадами диаметров до 110 мм. Изготавливается из стали 40Х ГОСТ4543-71 и имеет термообработку HRC32..38, что соответствует закалке и высокому отпуску с охлаждением на воздухе, химический состав стали и макроструктура должны соответствовать ГОСТ 4543-75, ГОСТ1435-74, ГОСТ 1414-75, ГОСТ5949-75, ГОСТ 20072-74.

Таблица 1.1 - Химический состав в % низколегированной углеродистой качественной конструкционной стали марки 40Х ГОСТ 4543-75.

Таблица 1.2- Механические свойства стали 40Х.

Масса детали имеет существенное значение при решении вопросов проектирования технологического процесса т.к. в чертеже масса неуказанна, то рассчитаем ее согласно чертежа по формуле:

, (1.1)

где - плотность материала детали, ;

- диаметр i-ой цилиндрической ступени, м;

- длина i-ой цилиндрической ступени, м;

- длина j-ого паза, м;

- ширина j-ого паза, м;

- ширина j-ого паза, м;

- диаметр k-ого отверстия, м;

- глубина k-ого отверстия, м.

1.2 Анализ точности детали

Анализ точности детали произведем в виде таблицы 1.3. Обозначения поверхностей смотри на листе 2 графической части проекта.

Таблица 1.1- Анализ точности детали.

Количественная оценка технологичности детали:

Для данной оценки надо рассчитать два коэффициента (показатели по признакам обработки):

- К т ч - коэффициент точности обработки;

- К ш - коэффициент шероховатости поверхности.

, (1.2)

где Тi - квалитет (точность);

n i - число поверхностей детали одинакового квалитета.

, (1.3)

где m i - число поверхностей детали с одинаковым параметром шероховатости;

R a i - параметр шероховатости поверхности детали.

=0.915

Значение первого коэффициента близко к единице, что свидетельствует о невысокой точности большинства поверхностей детали второй коэффициент показывает что деталь имеет более жесткие требования к шероховатости некоторых поверхности.

1.3 Определение типа производства

Исходя из массы детали 4,512 кг и годовой программы 25000 шт., принимаем среднесерийное производство (см. таблицу 1.2).

tв = = 4,87 мин./шт.

1.4 Выбор заготовки и метода ее получения

Стоимость заготовки - отливки:

где kt - коэффициент точности отливки, kt=1;

kc - коэффициент сложности изготовления формы, kc=2

kв -коэффициент, зависящий от массы отливки, kв=2;

kм -коэффициент, учитывающий марку материала, kм=1;

kп -коэффициент, учитывающий годовую программу выпуска, kп =1;

Принимаем цену стружки 500 руб./тонна, цену отливки 50000 руб./тонна, массу отливки принимаем 7 кг:

руб.

Принимаем цену штамповки 40000 руб./тонна, массу штамповки принимаем 6 кг:

kt - коэффициент точности штамповки, kt=1;

kc - коэффициент сложности изготовления штампа, kc=1

kв -коэффициент, зависящий от массы штамповки, kв=1;

kм -коэффициент, учитывающий марку материала, kм=1;

kп -коэффициент, учитывающий годовую программу выпуска, kп =1.

руб.

Получение заготовки из штамповки будет дешевле заготовки, полученной отливкой, так как не требует при изготовлении сложной и дорогой технологической оснастки.

Экономическую эффективность использования штампованной заготовки над заготовкой из отливки определим с помощью коэффициента использования и экономии материала в стоимостном выражении.

 у штамповочной заготовки больше, чем у заготовки из отливки.

На основании полученных данных для производства принимается заготовка, полученная на ГКМ.

2. Определение промежуточных припусков, технологических размеров и допусков

Промежуточные припуски имеют очень важное значение в процессе разработки технологических операций механической обработки деталей. Правильное назначение промежуточных припусков на обработку заготовки обеспечивает экономию материальных и трудовых ресурсов, качество выпускаемой продукции, снижает себестоимость изделий.

В массовом и крупносерийном производстве промежуточные припуски рекомендуется рассчитывать аналитическим методом, что позволяет обеспечить экономию материала, электроэнергии и других материальных и трудовых ресурсов производства.

В серийном и единичном производствах используют статистический (табличный) метод определения промежуточных припусков на обработку заготовки, что обеспечивает более быструю подготовку производства по выпуску планируемой продукции и освобождает инженерно - технических работников от трудоемкой работы.

После расчета промежуточных размеров определяют допуски на эти размеры, соответствующие экономической точности данной операции. Промежуточные размеры и допуски на них определяют для каждой обрабатываемой поверхности детали.

Черновые операции обычно следует выполнять с более низкими техническими требованиями на изготовление (12 - 14 квалитет), получистовые - на один - два квалитета ниже и окончательные операции выполняются по требованиям рабочего чертежа детали.

Шероховатость обрабатываемых поверхностей зависит от степени точности и назначается по справочным таблицам [4], [6], [10].

Необоснованное повышение качества поверхности и степени точности обработки повышает себестоимость изготовления детали на данной технологической операции.

2.1 Аналитический метод определения припусков

Для получения деталей более высокого качества необходимо при каждом технологическом переходе механической обработки заготовки предусматривать производственные погрешности, характеризующие отклонения размеров, геометрические отклонения формы поверхности, микронеровности, отклонения расположения поверхностей. Все эти отклонения должны находиться в пределах поля допуска на размер поверхности заготовки.

Аналитический метод определения припусков базируется на анализе производственных погрешностей, возникающих при конкретных условиях обработки заготовки.

Величина промежуточного припуска для плоских поверхностей заготовки:

z min = Rz + T + po + еу; (2.1)

для поверхностей типа тел вращения (наружных и внутренних):

2z min = 2 (Rz + T +); (2.2)

где Rz - высота микронеровностей поверхности, оставшихся при выполнении предшествующего технологического перехода, мкм;

T - глубина дефектного поверхностного слоя, оставшегося при выполнении предшествующего технологического перехода, мкм;

po - суммарные отклонения расположения, возникшие на предшествующем технологическом переходе, мкм;

еу - величина погрешностей установки заготовки при выполняемом технологическом переходе, мкм.

Отклонения после чистовой обработки обычно исключают при расчетах из - за их малой величины. Отклонения и погрешности установки определяют в каждом конкретном случае в зависимости от метода получения заготовки.

Максимальный припуск на обработку поверхности заготовки:

для плоских поверхностей:

z max = z min + дп - дв; (2.3)

для поверхностей типа тел вращения:

2z max = 2z min + д D п - д D в, (2.4)

где дп и д Dп - допуск на размер на предшествующем переходе, мм;

дв и д D в - допуск на размер на выполняемом переходе, мм.

Допуски и шероховатость поверхности на окончательных технологических переходах (операциях) принимаются по рабочему чертежу.

Для удобства определения промежуточных припусков перед их расчетом исходные и расчетные данные по каждой операции на конкретную обрабатываемую поверхность в технологической последовательности заносим в таблицу 2.2.

Необходимые данные для определения элементов припуска следует выбираем из [4], [6].

Таблицу рекомендуется заполнять в такой последовательности:

- в графу “ Заготовка и технологическая операция” записывают вид заготовки и операции, установленные на данную обрабатываемую поверхность в технологической последовательности;

- в графу “ Точность заготовки и обрабатываемых поверхностей” записывают степень точности выбранной заготовки и квалитета на промежуточные размеры без предельных отклонений;

- в графу “ Элементы припусков” заносят величину микронеровностей Rz и глубину дефектного поверхностного слоя Т на заготовку и на все операции в технологической последовательности в зависимости от метода обработки, а величину погрешностей установки заготовки на выполняемой операции определяют по таблице или производят расчет по формулам;

- суммарное значение отклонений p рассчитывают аналитическим методом и значения расчета заносят в графу таблицы;

- графу “ Допуски на размер” заполняют значениями допусков на заготовку и промежуточные размеры согласно степени точности заготовки и квалитета установленных на размер по каждой операции [6], [9].

Остальные значения промежуточных припусков и размеров заносят в таблицу после расчетов.

Графы промежуточных размеров D min и D mах определяют и заполняют от окончательных промежуточных размеров до размеров заготовки.

Таблица 2.2 - Таблица расчета припусков, допусков и промежуточных размеров по технологическим операциям для поверхности 3

2.2 Статистический (табличный) метод определения припусков

При статистическом (табличном) методе определения промежуточных припусков на обработку поверхностей заготовок пользуются таблицами соответствующих стандартов, нормативными материалами и данными технических справочников.

Статистический метод определения промежуточных припусков сравнительно прост, однако практическое применение его вызывает некоторое затруднение, которое объясняется тем, что таблицы находятся в разных справочных изданиях, стандартах отраслей и предприятий, различных по содержанию и по системе их построения.

Промежуточные припуски и допуски для каждой операции определяют, начиная от финишной операции к начальной, т.е. в направлении, обратном ходу технологического процесса обработки заготовки.

Для определения припусков табличным методом используем источник [4].

Припуск на черновую токарную 2.0 мм.

Припуск на чистовую токарную 0.8 мм.

Припуск на торцы 2.0 мм.

Припуск под шлифовку 0.6 мм

2.3 Размерный анализ технологического процесса

Размерный анализ технологического процесса выполняется с помощью метода графов.

В соответствии с принятым технологическим процессом изготовления колеса производится размерный анализ детали. Конструкторские А и технологические S размеры, а также размеры заготовки З и припуски Z показаны на листе 3 графической части.

По схеме на листе 3 графической части составляется граф, представленный на этом же листе, по которому составляются следующие расчетные уравнения:

Замыкающими размерами являются А и Z, следовательно, получаются следующие исходные уравнения.

Подставляя в уравнения имеющиеся данные и назначив соответствующие допуски получим, технологические размеры Si приведенные в таблице 2.4.

Таблица 2.4 - Расчет технологических размеров

Номиналы припусков:

Z1=2 мм;

Z2=2 мм;

Z3=2 мм.

В данной детали имеется три технологических размера, опредлим их номиналы по табл.2.4:

Принимаем S1 и S2 по 12 квалитету:

S1=57-0.12

S2=15-0.07

S3=40-0.12

Принимаем S1 и S2 по 12 квалитету:

Проверяем фактический припуск на обработку Z3:

Z3= З1 - S1=59-0.74-57-0.12=2-0.86

Минимального припуска на обработку недостаточно поэтому принимаем З1=60-0.74, тогда Z3= 3-0.86 при этом обработка возможна.

Проверяем выполнение размера А1:

А1= S3 + S2=40-0.12+15-0.07=55-0.19

т.к.размер А1 должен быть 55-0.3, то обработка возможна.

Проверяем величину припуска Z1:

Z1= S1-S2- S3=57-0.12 - 40-0.12-15-0.07 =2-0.12+0.19

при этом обработка возможна.

Проверяем величину припуска Z2:

Z2= З2- S3- Z1=44-0.62 - 40-0.12-2-0.12+0.19 =2-0.81+0.24

при этом обработка невозможна, увеличиваем З2=45-0.62, тогда Z2=3-0.81+0.24 при этом обработка возможна.

3. Разработка технологических операций

План операций представим в виде таблицы 3.1

4. Выбор технологических баз

Базами являются o 273.15-0.2 и o 60Н7 мм, с упорами в соответствующий торец.

5. Назначение режимов резания

5.1 Теоретические сведения

Исходными данными для выбора рационального инструмента и режимов резания являются:

- форма поверхности;

- величина и характер припуска на переходе и глубина резания по проходам;

- марка и механические свойства материала детали;

- требования к шероховатости обработанной поверхности;

- тип оборудования;

- количество проходов и средняя стойкость инструмента на переходе.

Одной из основных задач расчета режимов резания является установление стойкости инструментов, обеспечивающей экономически рентабельный режим работы. Для этого созданы нормативы режимов резания, справочники, номограммы и др. Как правило, нормативы режимов рассчитаны для стойкости инструмента Т = 30…60 мин., которая считается экономической стойкостью при работе на серийно выпускаемых станках. Чаще всего, при пользовании такими рекомендациями не учитываются специальные требования к операции, ряд ограничений - по расходу инструмента, загрузки оборудования, уровню затрат и др.

5.2 Режимы резания при зубофрезеровании

Деталь - цилиндрическое прямозубое колесо:

Модуль m=4.0 мм

Число зубьев z =62

Точность 9-С

Ширина венца 80 мм 2 заготовки.

Расчет по пособию [7].

Черновой проход - нарезание на глубину 9 мм.

Фреза класса С, диаметр 90, длина 80 мм.

Станок 5М324 группа 3.

Выбираем подачу SO=2.0 мм/об. колеса.

Поправочные коэффициенты на подачу

SO=2.0·0.9·1=1.8 мм/об. колеса.

Выбираем скорость резания V=27 м/мин

Количество передвижек по W=3 шт.

С учетом поправок величина передвижек В=17.9

Стойкость фрезы принимаем равной табличной Т=240 мин.

Поправочные коэффициенты на скорость резания V=27·0.9·1.0·1.0·1.0·1.0·1.0·1.0=24 м/мин

Определяем частоту вращения фрезы по формуле:

об/мин

Определяем основное время по формуле:

где - ширина зубчатого венца: =80 мм;

- величина врезания: = 35.5 мм;

- величина перебега: = 8 мм;

мин.

Определяем мощность резания N=1.3 кВт.

Поправочные коэффициенты на мощность резания

N=1.3·0.8·1·1·1·1.0=1.0 кВт.

Мощность станка Ncт.=3.2 кВт.

5.3 Режимы резания при точении

Скорость резания рассчитывается по формуле [1,2]:

где kmv - коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала;

knv - коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки;

kuv - коэффициент, учитывающий материал режущей части;

- коэффициент, учитывающий главный угол в плане резца;

- коэффициент зависящий от вида обработки;

- глубина резания, мм;

- стойкость резца, мин;

- подача, мм/об.;

где kг - коэффициент, характеризующий группу стали по обрабатываемости;

- показатель степени.

Для нашей детали из стали 40Х:

=0.727

Частота вращения шпинделя:

где D - диаметр в месте обработки, мм.

Сила резания:

- коэффициент, характеризующий обрабатываемость стали;

Мощность резания:

Таблица 5.1- Расчет режимов резания.

6. Нормирование операций технологического процесса

6.1 Определение штучного времени

Штучное время на обработку [3,5]:

Основное время на обработку:

где lвр - длина врезания;

lпер - длина перебега;

L - длина обрабатываемой поверхности;

i - количество отверстий.

Вспомогательное время tвсп[5]:

на установку и снятие детали - 2,5 мин.;

по управлению станком - 0,9 мин.;

на контрольные измерения - 0,3 мин.;

повернуть делительное приспособление - 0,2 мин.

Время на обслуживание рабочего места и личные потребности в процентах от оперативного (8%), оперативное время:

Время штучное калькуляционное:

где tп.з. - подготовительно-заключительное время;

n - количество деталей в партии.

Подготовительно-заключительное время tп.з.:

- получить наряд, чертеж 4 мин.,

- получить инструмент 5 мин.,

- ознакомиться с работой, чертежом, осмотреть заготовки 5 мин.,

- инструктаж мастера 2 мин.,

- настроить кулачки самоцентрирующего патрона 1,5 мин.,

- установить инструмент 12 мин.,

- установить исходные режимы станка 1,5 мин.

Пронормируем операции согласно перечисленных формул и данных, полученные значения сведем в таблицу 6.1

Таблица 6.1 - Нормы времени.

Определяем штучно калькуляционное время:

6.2 Выбор и определение потребного количества технологического оборудования.

Коэффициент загрузки станка определяется как отношение расчетного количества станков mp, занятых на данной операции процесса, к принятому числу станков mп: [3,5]:

KЗ=mp/mп

В свою очередь расчетное количество станков определяется как отношение штучного времени на данной операции к такту выпуска:

mp=TШТ/tв

Коэффициент использования оборудования по основному времени свидетельствует о доле машинного времени в общем времени работы станка. Он определяется как отношение основного времени к штучному:

К0=t0/Тшт.,

где tо -основное время на обработку, мин.;

Тшт.. - штучное время на обработку, мин..

Коэффициент использования станков по мощности привода представляет собой отношение необходимой мощности на приводе станка к мощности установленного электродвигателя:

Км=NПР/NСТ,

где NПР - необходимая мощность привода, кВт.;

NСТ - мощность привода станка, кВт..

Вычисленные коэффициенты заложены при построении графиков.

Количество станков расчетное и принятое на каждой операции указано в таблице 6.2.

Таблица 6.2 - Данные по использованию оборудования

7. Расчет и проектирование средств технологического оснащения

7.1 Разработка технического задания на проектирование специальных средств технологического оснащения

Таблица 7.1 - Техническое задание на проектирование специального приспособления

7.2 Расчет силы зажима

При обработке заготовки, установленной на оправку с упором в торец, под действием составляющих силы резания РZ и РY возможен сдвиг заготовки под действием силы РZ, который предотвращается силами трения, возникающими в местах контакта заготовки с боковыми поверхностями оправки и закрепляющей ее гайкой с шайбой.

Определим силу закрепления:

Т = (7.1)

Введя коэффициент запаса надежности закрепления К и подставив значения сил трения, после преобразований получим:

(7.2)

Откуда

(7.3)

где - угол подъема винтовой линии закрепляющей гайки.

Коэффициент запаса определим по формуле из [2]

k = k0 k1 k2 k3 k4 k5 k6; (7.4)

k0 = 1,5; k1 = 1; k2 = 1,6; k3 = 1,2; k4 = 1; k5 = 1; k6 = 1

k = 1,5 · 1,0 ·1,6 · 1,2 · 1,0 · 1,0 · 1,0 = 2,9.

Окружная сила резания определяется по формуле [2, т.2, с. 282 ]

(7.5)

где Ср = 68,2;

х = 0,86;

у = 0,72;

и = 1,0;

q = 0,86;

w = 0 [24, т.2, с. 291];

k м. р = 1 [24, т.2, табл. 9, с. 264] - коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала: z = 3; D = 50 мм; t = 3 мм; S Z = 0,09 мм/ зуб;

n = 170 мин - 1;

Радиальная составляющая силы резания [2, т. 2, табл. 42, с. 292 ]

Рy = 0,5; РZ = 0,5 · 260 = 130Н.

Сила закрепления заготовки

7.3 Расчет точности приспособления

1. Погрешность несовмещения баз.

н. б = 0

2. Погрешность закрепления заготовки щз = 0, так как сила зажима действует перпендикулярно выдерживаемому параметру.

3. Погрешность установки

у = н. б + з = 0 + 0 = 0

4. Суммарная погрешность обработки

? = К т. с

где К - поправочный коэффициент; для размеров, выполненных по 8-му квалитету и выше, К = 0,5; для размеров, выполненных по 7-му квалитету и точнее, К = 0,7;

т. с - погрешность технологической системы, определяемую как среднюю экономическую точность обработки, принимают по таблицам

[9, 24 т.1]: щ? = 0,5 х 0,04 = 0,02 мм.

5. Допустимая погрешность установки

(7.6)

где Т - допуск выдерживаемого параметра, мм.

Следовательно, y << [y], и предлагаемая схема базирования допустима.

6. Суммарная погрешность приспособления

пр = Т -

7. Допуск на расчетный размер собранного приспособления

Тс = пр - ( уп + з + п), (9.7)

где е уп - погрешность установки приспособления на станке;

уп = L S1 / l, (9.8)

где L - длина обрабатываемой заготовки, мм;

S1 - максимальный зазор между направляющей шпонкой приспособления и пазом стола станка; для посадки 14Н8/ h9 S1 = 0,07 мм;

l - расстояние между шпонками, мм;

з - погрешность, возникающая вследствие конструктивных зазоров, необходимых для посадки заготовки на установочные элементы приспособления; зазор рассчитывают по принятой посадке;

п - погрешность смещения инструмента, возникающая из - за неточности изготовления направляющих элементов приспособления (кондукторных втулок, установов и др.);

уп = 20 · 0,07 / 20= 0,07 мм.

з = 0.03 - установка заготовки производится с зазором;

уп = 0,01 мм - погрешность смещения инструмента при настройке по установу [24].

Тc = 0,28 - (0,07 + 0.03+ 0,01) = 0,17 мм.

Делаем вывод, что приспособление подходит для фрезерования пазов.

Вывод по работе

В процессе разработки технологического процесса детали мы затронули ряд вопросов. Рассмотрели насколько выгодно брать тот или иной метод получения заготовки для данного масштаба производства, столкнулись с расчётом припусков на механическую обработку; рассмотрели технико-экономическое обоснование выбора технологического процесса, которое зависит от рационального выбора заготовки и оборудования. Столкнулись с вопросом, как правильно выбирать базы на операциях технологического процесса. Прошли через этапы расчёта и выбора режимов резания и технического нормирования. Определили потребное количество оборудования на операциях и рассмотрели насколько эффективно его использование.

Литература

Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя в трёх томах. М.: Машиностроение. 1999.

Справочник технолога - машиностроителя под редакцией А.Г. Косиловой, Р.К. Мещерикова в двух томах, 1986.

Локтев А.Д. и др. Общие машиностроительные нормативы режимов резания. Справочник в двух томах - М.: Машиностроение, 1988.

Общемашиностроительные укрупненные нормативы времени на работы, выполненные на металлорежущих станках (единичное, мелкосерийное и среднесерийное производство)- М.: Экономика, 1988.

Горошкин А.К. Приспособления для металлорежущих станков. Справочник - М.:Машиностроение,1971.

Общемашиностроительные нормативы времени и режимов резания для нормирования работ на металлорежущих станках. М.: Экономика, 1990.

Болотин Х.Л., Костромин Ф.П. Станочные приспособления. Изд. 5-е, перераб. и доп. М.: Машиностроение. 1973. 344с.

Общемашиностроительные нормативы режимов резания, норм износа и расхода зубофрезерного инструмента при обработке конструкционных сталей и чугунов, редактор Акатов Л.С. 224с-ил.