Технологический процесс детали вал-шестерня

2 Назначение, конструкция, материал детали

Заданием курсового проекта является технический изготовления детали «вал-шестерня». Она является входным валом коробки скоростей и предназначена для передачи крутящего момента промежуточному валу.

На резьбовой конец вала накручивается гайка, стопорящая насаживаемый на вал шкив в осевом направлении, шпоночный паз вала предназначен для передачи крутящего момента со шкива, зубья входят в зацепление с зубчатым колесом промежуточного вала и передают ему крутящий момент.

В качестве материала детали принимаем  сталь 45, так как она является самой распространённой маркой стали, применяется для различных деталей машин и механизмов, обладает хорошими литейными свойствами, имеет оптимальный химический состав (таблица 1) и наиболее приемлемые механические свойства (таблица 2).

 

Таблица 1 Химический состав стали 45 (ГОСТ 1050-88)

 

С	Si	Mn	S	P	Ni	Cr
0.4-0.5	0.17-0.37	0.5-08	0.045	0.045	0.30	0.30

 

Таблица 2 Механические свойства стали 45

 

δт, кГ/мм2	δвр, кГ/мм2	δ5,%	Ψ, %	ан, кГ/См2	HB (не более)
Не менее					Горячека- таной	Отожжен- ной
36	61	16	40	5	241	197

 

3 Анализ технологичности конструкции детали

Технологическую рациональность конструктивных решений характеризуют показатели, учитывающие взаимосвязь основных параметров трудовых и материальных затрат с показателями качества изделия, в том числе показателями назначения, надежности и эргономичности (удобство при эксплуатации и ремонте), и т.п.

Основные требования, предъявляемые  к технологичности конструкций  деталей, представляющих собой тела вращения, изготовляемых в большинстве случаев из прутка или штамповочной заготовки, реже из отливок, заключается в следующем: конструкция деталей должна предусматривать небольшое количество обрабатываемых поверхностей, сопрягаемых с другими деталями, диаметральные размеры шеек вала должны убывать к концам. Конструктивная форма деталей должна обеспечивать возможность штамповки заготовок в закрытых штампах для этого следует избегать удлиненных выступов, сечений с большой разностью площадей, глубоких полостей. При несоблюдении этих условий штамповочные заготовки имеют грубо приближенную форму к готовой детали и обычно проходят значительное число операций механической обработки даже нерабочих поверхностей, с большими отходами металла в стружку. В данной детали предусмотрены все приведенные выше условия, поэтому конструкцию принимаем как технологичную.

 

4 Выбор заготовки

4.1 Варианты получения заготовки

При выборе заготовки для вновь  проектируемого технологического процесса возможны следующие варианты.

1. Метод получения заготовок принимается аналогичным существующему в данном производстве.
2. Метод получения заготовки изменяется, однако это обстоятельство не вызывает изменений в технологическом процессе механической обработки.
3. Метод получения заготовки изменяется и в результате этого существенно изменяется ряд операций механической обработки детали.

В первом случае достаточно ограничиться ссылкой на справочную литературу, где для данных условий рекомендован этот вариант как оптимальный. Так как стоимость заготовки не изменяется, то она не учитывается при определении технологической себестоимости.

Во втором случае предпочтение следует отдавать заготовке, характеризующейся лучшим использованием металла и меньшей стоимостью. Методика определения стоимости заготовки приводится ниже. Стоимость заготовки учитывается при расчете технологической себестоимости.

В двух рассмотренных случаях имеется  полная возможность применять окончательное решение относительно вида заготовки и рассчитывать ее стоимость до определения технологической себестоимости варианта процесса.

В третьем случае вопрос о целесообразности определенного вида заготовки может  быть решен лишь после расчета  технологической себестоимости  детали по сравниваемым вариантам. Предпочтение необходимо давать той заготовке, которая обеспечивает меньшую технологическую себестоимость детали. Если же сопоставляемые варианты по технологической себестоимости оказываются равноценными, то предпочтительным следует считать вариант заготовки с более высоким коэффициентом использования материала.

 

4.2 Получение заготовки

Метод выполнения заготовок для  деталей машин определяется назначением  и конструкцией детали, материалом, техническими требованиями, масштабом  и серийностью выпуска, а так же экономичностью изготовления. Выбрать заготовку – значит установить способ ее получения, рассчитать размеры.

Для рационального выбора заготовки необходимо одновременно учитывать все перечисленные  исходные данные, так как между  ними существует тесная взаимосвязь. Окончательное решение можно принять только после экономического комплексного расчета себестоимости заготовки и механической обработки в целом.

В нашем случае наиболее оптимальным вариантом получения  заготовки является штамповка на горизонтально-ковочных машинах (ГКМ), на которых получают поковки массой 0,1 – 100 кг. с максимальным диаметром 315 мм. Также штамповка на ГКМ является одним из производительных способов и может быть рентабельной для определенного вида заготовок. Производительность до 400 поковок в час. Штамповка производится из прутков и труб горячекатаного металла повышенной точности длинной до 4 м. и диаметром от 20 до 270 мм. и значительно редко из штучных заготовок. Иногда используют холоднотянутую сталь, что значительно повышает точность поковки. Преимущество штамповки на ГКМ – высокая производительность и экономное использование металла.

Штамповку на горизонтально-ковочных машинах выполняют в штампах  с двумя плоскостями разъема: одна – перпендикулярна оси заготовки  между матрицей и пуансоном, вторая – вдоль оси, разделяет матрицу на неподвижную и подвижную половины, обеспечивающие зажим штампуемой заготовки. На ГКМ штампуют поковки типа стержней с утолщениями, с глухим отверстием, трубчатые, с полым утолщением и стержнем. Благодаря осевым разъемам матриц уклон в участках зажатия на поковках не требуется.

При высокоскоростной штамповке  скорость деформирующего инструмента  достигнет десятков метров в секунду (на обычных штамповочных молотах  до 6-7 м/с). Высокоскоростная штамповка  позволяет изготовлять заготовки  сложных форм с тонкими стенками и ребрами и малыми радиусами закругления, получать заготовки с высокими механическими свойствами, максимально приближенные к форме и размерам готовой детали.

5 Определение типа производства

5.1 Определение такта выпуска

При курсовом проектировании можно считать, что тип производства зависит от двух факторов, а именно от заданной программы и трудоемкости изготовления изделия. На основании заданной программы рассчитывается такт выпуска изделия t_в, а трудоемкость определяется средним штучным временем T_шт. по операциям действующего на производстве или аналогичного технологического процесса. Отношение этих величин называют коэффициентом серийности:

 

.                                [1, стр.20]

 

Обычно считают, что коэффициент серийности определяет количество различных операций по обработке одной или нескольких деталей, закрепленных за одним станком в течение года. Приняты следующие значения коэффициента серийности [1, стр.20]:

для массового производства  k_с= 1; 

для серийного производства  k_с= 2-10;       для мелкосерийного производства  k_с>20   .

Величина такта выпуска рассчитывается по формуле:

 

,   [1, стр.21]

 

где F_д – действительный годовой фонд времени работы оборудования, ч/см, определятся по следующей формуле:

 

,  [1, стр. 23]

 

где       F_д.г. – количество дней в году, F = 365;

   F_пр.д. – количество праздничных дней в году, F_пр.д. = 10;

   F_вых.д. – количество выходных дней в году, F_вых.д. = 106;

   t _ч.см. – количество часов работы оборудования в смену, t _ч.см. = 8;

   n _см. – количество смен, n _см. = 2;

   t _пр.ч. – количество часов простоя оборудования в предпраздничные дни, t _пр.ч. = 3;

Все значения необходимые для определения  действительного годового фонда времени работы оборудования принимаем на 2005 год.

 

F_д = (365 – 10 – 106) × 8 × 2 – 3 = 3941 ч/см.

N – годовая программа выпуска деталей, шт.

В задании на курсовой проект указана  годовая программа выпуска изделий, поэтому программу в штуках необходимо вычислить по формуле:

 

 шт.,   [1, стр.21]

 

где N₁ – годовая программа выпуска изделий N₁ = 30000 шт.;

            m – количество деталей данного наименования на изделие m = 1;

           β – количество деталей, которое необходимо изготовить дополнительно в качестве запасных частей, заданное в процентах от годовой программы;

Принимаем β = 5%, тогда

 

, шт.

.

 

5.2 Определение штучно-калькуляционного времени

Для определения среднего штучного или штучно-калькуляционного времени по операциям можно воспользоваться нормировочными данными из существующего на производстве технологического процесса по аналогичной детали или произвести укрупненное нормирование вновь разрабатываемого технологического процесса. Последнее можно выполнить, пользуясь методом приближенного определения норм времени по таблицам.

Как в первом, так и во втором случае Т_{шт i} следует брать для расчета из основных операций, исключая промывку деталей, снятие фасок, зачистку, термообработку и т.п.

Если некоторые отдельные операции имеют Т_{шт i} , значительно больше t_в, а следовательно выполняются на нескольких станках дублерах (зубообработка, шлифование и т.п.), то, рассчитывая среднее штучное время, следует для этих операций в качестве Т_{шт i} принять значение t_в.

Формула для расчета среднего штучного времени имеет следующий вид:

 

                   [1, стр.21]

 

где Т_шт(шк)i – штучное или штучно-калькуляционное время на каждой операции, мин;

       n – число операций.

 

                    [1, стр.173]

 

где φ_к – коэффициент зависящий от станка и вида производства [1, стр.173];

      Т₀ – основное технологическое время, мин.

Основное технологическое время  рассчитывается по приближенным формулам для норм времени по обрабатываемой поверхности в зависимости от вида обработки [1, стр. 172].

Аналогичный технологический процесс  изготовления вала-шестерни включает в себя следующие операции:

1. Фрезерно-центровальная:

Фрезерование торцевой фрезой

 

Т₀ = 0,0011 × l мин.                                      [2, стр.172]

 

Сверление отверстия: 

 

                                        Т₀  = 0,00052dl мин.                    [ 2 стр172]

 

2. Черновая подрезка торца по 4-му классу точности:

 

Т₀ = 0,000037(D² – d²) мин,

 

где D – наружный диаметр вала шестерни, мм;

d – внутренний диаметр вала шестерни, мм.

3. Черновая обточка:

 

Т₀ = 0,00017dli мин,

 

где d – диаметр обрабатываемой поверхности, мм;

l – длина обрабатываемой поверхности, мм;

i – число проходов.

4. Чистовая обточка по 4-му классу точности:

 

Т₀ = 0,00010dl мин,

 

5. Фрезерование шпоночного паза за проход:

 

Т₀ = 0,006l мин,

 

где l – длина шпоночного паза, мм.

6. Нарезание резьбы на валу:

 

Т₀ = 0,019dl мин

 

7. Шлифование:

 

Т₀ = 0,0025l мин,

 

где l – длина поверхности, подвергаемой шлифованию.

Все размеры необходимые для  определения (Т₀) основного технологического времени берем с рисунка 2, а припуски на обработку берем из справочника технолога-машиностроения. Полученные результаты сводим в таблицу 3.

Размеры припусков (t) при обработке:

1. черновое точение t = 3 мм, на диаметр [6, стр. 186];

2. чистовое точение t = 0,3 мм, на диаметр [6, стр. 186];