Материал: Разработка технологического процесса изготовления вала и конструкции технологической оснастки

Разработка технологического процесса изготовления вала и конструкции технологической оснастки

Министерство Образования Республики Беларусь

Учреждение образования

Белорусский Государственный Университет

Информатики и Радиоэлектроники

Пояснительная записка

к курсовому проекту

на тему

Разработка технологического процесса изготовления вала и конструкции технологической оснастки

Выполнила ст. гр. 711101

Е.А. Тарасевич

Принял Г.М. Шахлевич

МИНСК 2014

Введение

Ведущее место в росте экономики любой страны принадлежит отраслям машиностроения. Цель проектирования технологических процессов изготовления деталей машин - установить наиболее рациональный и экономный способ обработки, при этом обработка деталей на металлорежущих станках должна обеспечивать выполнение требований, предъявляемых к точности и чистоте обрабатываемых поверхностей, правильности контуров, форм и т.д.

На данном этапе развития аппаратостроения при проектировании технологических процессов стремятся к максимально возможной механизации и автоматизации, применению малоотходных способов получения заготовок механической обработки без снятия слоя металла, уменьшению трудоемкости изготовления деталей.

Одной из самых распространенных и достаточно ответственных деталей машин и механизмов является вал. К изготовлению валов предъявляются высокие требования: по точности, по прочности и по эксплуатационным данным. Поэтому требуется серьезная комплексная проработка на всех стадиях процесса производства.

Валы в основном изготавливают из конструкционных и легированных сталей, обладающих высокой прочностью, хорошей обрабатываемостью, малой чувствительностью к концентрации напряжений. А для повышения износостойкости эти материалы подвергают термической обработке.

Рассмотрен вал, изготовленный из стали марки 12Х18Н10Т - нержавеющей стали. Минимальное содержание хрома в ней составляет 12%. Именно наличием хрома, точнее, его тончайшей оксидной пленки, обусловлены антикоррозионные свойства данного материала. Добавление в сплав некоторых других элементов позволяет получить различные виды кристаллических решеток, что, в свою очередь, позволяет добиться повышения защитных свойств нержавеющей стали.

В данной курсовой работе изложены методы обработки, технология изготовления вала с подборкой необходимого оборудования. Программа выпуска - 5000 штук, т.е. производство мелкосерийное.

Цель курсового проектирования - научится правильно применять теоретические знания, полученные в процессе учебы, использовать свой практический опыт работы на машиностроительных предприятиях для решения профессиональных технологических и конструкторских задач.

1 Обзор методов изготовления деталей, аналогичных данной

Выбор наиболее рационального способа получения заготовки в каждом отдельном случае определяется комплексно с учетом технико-экономической целесообразности. С увеличением масштабов выпуска особое значение приобретают эффективность использования металлов и сокращение трудоемкости механической обработки. Поэтому в крупносерийном и массовом производстве преобладают методы получения заготовок с коэффициентом использования металлов от 0,7 и выше (отношение массы детали к норме расхода металла), доходящим в отдельных случаях до 0,95. Валы, в основном, изготовляют из конструкционных и легированных сталей, к которым предъявляются требования высокой прочности, хорошей обрабатываемости, малой чувствительности к концентрации напряжений, а также повышенной износостойкости. Этим требованиям, в определенной степени, отвечают стали марок 35, 40, 45, 40Г, 40ХН и др. Достаточно редко валы отливают из чугуна.

В технических требованиях на изготовление валов, прежде всего, указывается твердость материала или необходимость соответствующей термической обработки. Если значение твердости не превышает НВ 200...230, то заготовки подвергают нормализации, отжигу или термически не обрабатывают. Для увеличения износостойкости валов повышают твердость их рабочих поверхностей. Часто это достигается поверхностной закалкой токами высокой частоты, обеспечивающей твердость HRС 48...55. Поверхности валов из малоуглеродистых марок стали подвергают цементации на глубину 0,7...1,5 мм с последующей закалкой и отпуском. Таким способом можно достичь твердости НRС 55...60.

Производительность механической обработки валов во многом зависит от вида заготовки, ее материалов, размера и конфигурации, а также от характера производства. Заготовки получают отрезкой от горячекатаных или холоднотянутых нормальных прутков и непосредственно подвергают механической обработке.

Прокат круглого сечения поступает на машиностроительные заводы в виде многометровых прутков, из которых в заготовительных цехах нарезаются заготовки необходимой длины.

К наиболее производительным методам относятся рубка прутков на прессах и резка ножницами. Существенным недостатком этих методов, ограничивающим их применение, является смятие концов заготовок.

На машиностроительные заводы прокат поступает с заметными отклонениями от прямолинейности оси. Для устранения кривизны прутки перед резкой подвергают правке. Для этой цели служат правильно-калибровочные станки. Нарезанные заготовки перед началом обработки, а иногда и в процессе дальнейшей обработки также приходится подвергать правке. Такую правку обычно проводят на прессах.

Заготовки такого вида применяют в основном в мелкосерийном и единичном производстве, а также при изготовлении валов с небольшим количеством ступеней и незначительными перепадами их диаметров.

В производстве с более значительным масштабом выпуска, а также при изготовлении валов более сложной конфигурации с большим количеством ступеней, значительно различающихся по диаметру, заготовки целесообразно получать методом пластической деформации.

Эти методы (ковка, штамповка,периодический прокат, обжатие на ротационно-ковочных машинах, электровысадка) позволяют получать заготовки, по форме и размерам наиболее близкие к готовой детали, что значительно повышает производительность механической обработки и снижает металлоемкость изделия.

Штучную заготовку из прутка заменяют штамповкой, если К повышается не менее чем на 5%. Заготовка, полученная радиальным обжатием, наиболее близка по конфигурации и размерам к готовой детали, при этом С=0,85...0,95.

В мелкосерийном и единичном производствах применяются отрезные ножовочные станки. Тонкие ножовочные полотна дают узкий пропил, но вследствие малой жесткости не обеспечивают высокой перпендикулярности торцов заготовок.

Заготовки небольших ступенчатых валов диаметром до 25 мм изготовляют холодной высадкой в сочетании с прессованием (экструдинг-процесс), а именно: из штучной прутковой заготовки за несколько переходов высаживают ступенчатую часть, имеющую диаметр больший, чем исходная заготовка, а затем вытягивают ту часть, диаметр которой меньше размера исходной прутковой заготовки. Механической обработке поверхностей вала предшествует образование единой базы для установки обрабатываемой заготовки вала на всех операциях. Этой базой вала являются торцевые поверхности и центровые отверстия, от точности выполнения которых зависит и точность исполнения последующих операций. Основной технологической задачей, решаемой в процессе механической обработки ступенчатых валов, является обеспечение расположения осей всех обрабатываемых ступеней вала на одной геометрической линии в целях уменьшения радиального биения.

Заготовки коленчатых валов получают горячей штамповкой и литьём. Кованые коленчатые валы изготовляются из углеродистых и легированных сталей, а литые валы - из высокопрочных глобулярных чугунов, из ковких перлитных чугунов и легированных сталей. Литьё выполняется в земляные и оболочковые формы.

Последний метод является более прогрессивным, т.к. он обеспечивает более высокую точность заготовки, снижает припуски на механическую обработку, а в некоторых случаях полностью её устраняет.

Изготовление заготовок коленчатых валов горячей штамповкой отвечает требованиям поточно-массового производства, т.к. этот метод приближает форму и размеры заготовки к форме и размерам готовой детали за счёт применения специальной технологической оснастки и специального оборудования, что снижает отход металла в стружку при механической обработке. При этом обеспечивается выгодное расположение волокон в металле, что повышает прочностные показатели деталей.

Полые валы целесообразно изготавливать из труб.

Возможно изготовление валов литьем по выплавляемым моделям. Сущность процесса заключается в изготовлении отливок заливкой расплавленного металла в тонкостенные, неразъемные, разовые литейные формы, изготовленные из специальной огнеупорной смеси по разовым моделям. Разовые выплавляемые модели изготовляют в пресс-формах из модельных составов. Перед заливкой модель удаляется из формы выплавлением, выжиганием и т.д. Для устранения остатков модельного состава и упрочнения форма нагревается и прокаливается. Заливка осуществляется в разогретые формы для улучшения наполняемости. Этим способом можно отливать валы из различных сплавов любой конфигурации 1…5 групп сложности массой от нескольких грамм до 250кг с толщиной стенок от 1мм. Припуск на механическую обработку составляет 0.2-0.7мм. Применяется в различных областях машиностроения.

токарный заготовка деталь режим

2 Анализ задания на проектирование и оценка технологичности изделия

.1 Конструкция

Данная деталь - вал - относится к классу деталей типа вращения с длиной L, превышающей три диаметра D (L>3D). Деталь предназначена для передачи крутящего момента от двигателя к другим узлам.

Вал нежесткий, т.е. отношение его длины L к диаметру D больше 12. По конфигурации вал ступенчатый, диаметр наибольшей ступеньки - 22 мм. Конструктивной базой вала является его наружная цилиндрическая поверхность. Отклонение от соосности относительно нее составляет 0,03 мм. Масса детали 42 г.

.2 Материал

Вал изготовлен из нержавеющей стали 12Х18Н10Т (высоколегированая, коррозионно-стойкая аустенитного класса). Эта сталь обладает высокой химической стойкостью, прочностью и теплостойкостью при температурах до 700°С, хорошо поддаётся сварке и деформации. Поскольку в данном случае производство мелкосерийное (5000 штук), то заготовки получают отрезанием от холоднотянутых прутков и сразу подвергают механической обработке.

Химический состав данной марки стали представлен в таблице 2.1.

Таблица 2.1

Свойства данной стали представлены в таблице 2.2.

Таблица 2.2

Плотность данной стали 7900 г/см3.

Технологические свойства данной стали отражены в таблице 2.3.

Таблица 2.3

.3 Методы обработки

При изготовлении данной детали рациональнее всего использовать метод обработки резанием.

Обработка резанием основана на срезании лезвийным или абразивным инструментом с поверхности заготовки слоя материала (припуска) для получения требуемой формы, размеров, взаиморасположения и шероховатости поверхности детали. Рабочие органы станка должны обеспечивать согласованные движения заготовки и инструмента, называемые движениями резания.

Движений резания должно быть не менее двух - главное (с максимальной скоростью) и подачи. За главное принимают движение, определяющее деформацию и отделение стружки. Движения подачи обеспечивают непрерывность врезания инструментов в заготовку.

При обработки резанием используют 4 основных метода формообразования:

. Копирование - режущая кромка инструмента является реально образующей, а направляющая - движение заготовки. Подача необходима для получения требуемого размера. Метод используется при получении фасонных поверхностей точением, фрезерованием, шлифованием и др.

. Следов - образующая линия является траекторией движения, вершиной режущей кромки инструмента, а направляющая - траекторией движения заготовки. Это один из самых распространенных методов (точение, растачивание и др.).

. Касания - образующей является режущая кромка инструмента, а направляющей - касательная к траекториям этой режущей кромки.

. Обкатка - направляющая образуется вращением заготовки, а образующая - это огибающая ряда последовательных положений режущей кромки инструмента при согласовании υ и υs.

К обработке резанием относятся токарная обработка, сверление и растачивание, фрезерование, строгание и долбление, зенкерование и развертывание, резьбонарезание, протягивание и прошивание, шлифование, полирование, притирка и доводка, хонингование, суперфиниширование и др.

Кратко рассмотрим технологические особенности основных методов обработки резанием.

Рис. 1. Схема токарной обработки

Токарная обработка - наиболее распространенный способ изготовления деталей типа тел вращения. На токарных станках можно обтачивать и растачивать цилиндрические, конические, шаровые и профильные поверхности, подрезать торцы, вытачивать канавки, нарезать наружные и внутренние резьбы, накатывать рифление, сверлить, зенкеровать и развертывать отверстия и др.

Рис. 2. Варианты фрезерования

Фрезерование - один из самых высокопроизводительных методов формообразования плоских и фасонных поверхностей по методу касания и копирования многолезвийными фрезами. Непрерывное главное вращательное движение совершает многолезвийный режущий инструмент - фреза, а заготовка - поступательное движение подачи. Процесс резания прерывистый - каждый зуб фрезы находится в контакте с заготовкой только часть оборота.

Рис. 3. Схемы шлифования заготовки

Шлифование - основной вид высокопроизводительной, чистовой и тонкой абразивной обработки поверхностей различного профиля. Главное вращательное движение резания со скоростями > 15 м/с совершает инструмент, вращательное или поступательное движение заготовки является продольной подачей. Поперечную прерывистую (или круговую) и прерывистую вертикальную подачу на глубину резания совершает круг или заготовка.

2.4 Расчет показателей технологичности

Главными факторами технологичности являются вид изделия, объем выпуска, тип производства. В нашем случае видом изделия является деталь, объем выпуска - 5000 штук в год, тип производства - мелкосерийное.

Данные для расчета показателей технологичности приведены в таблице 2.4.

Таблица 2.4