Готовая маршрутная карта: изготовление вала тихоходного

Министерство образования и науки
Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования «Уральский государственный горный университет»
кафедра эксплуатации горного оборудования




Курсовая работа
по дисциплине
«Основы технологии машиностроения»
тема: «Разработка технологического процесса изготовления вал тихоходный»

Технология машиностроения — научная дисциплина, изучающая преимущественно процессы механической обработки деталей и сборки машин, попутно рассматривая вопросы выбора заготовок и методов их изготовления.
Цель проектирования технологических процессов изготовления деталей заключается в установлении наиболее рационального и экономичного способа обработки. Обработка деталей на металлорежущих станках должна обеспечивать выполнение требований к точности и чистоте обрабатываемых поверхностей, правильности контуров и форм.
На современном этапе развития машиностроения при проектировании технологических процессов стремятся к максимальной механизации и автоматизации производства, применению малозатратных способов получения заготовок, минимальному снятию слоев металла и снижению трудоемкости изготовления деталей.
Цель курсового проекта - разработать технологический процесс изготовления детали «Вал тихоходный», и тем самым приобрести практические навыки по разработке технологических процессов.
Основной задачей курсового проекта является приобретение навыков применения теоретических знаний, полученных в результате изучения различных дисциплин, при разработке технологического процесса изготовления детали, используя необходимую справочную, техническую литературу и руководящие материалы.
Назначение и анализ технологичности конструкции детали
Служебное назначение вала.
Вал тихоходный обычно используется в механизмах и машинах, работающих в условиях относительно низких скоростей вращения и высоких нагрузок. Типичные условия эксплуатации включают:
Условия работы вала тихоходного
Низкая скорость вращения: вал вращается медленно, обеспечивая передачу больших усилий между узлами машины.
Высокая нагрузка: воспринимает значительные крутящие моменты и радиальные нагрузки, передаваемые от соседних элементов конструкции.
Повышенные требования к прочности и износостойкости: материал и конструкция вала должны выдерживать длительные механические воздействия без значительных деформаций и износа.
Защита от коррозии и внешних воздействий: часто подвергается воздействию агрессивных сред, влаги, пыли и грязи, поэтому нуждается в дополнительной защите (например, смазке).
Регулярное техническое обслуживание: требует периодической проверки состояния поверхности, подшипников и соединений для предотвращения поломок и повышения срока службы оборудования.
Таким образом, вал тихоходный предназначен для передачи значительных механических усилий при небольших скоростях вращения, что делает его важным элементом в конструкциях тяжелых механизмов и промышленного оборудования.
На чертеже представлена деталь «Вал тихоходный» изготовленный из легированной конструкционной стали 40ХН ГОСТ 4543-2016. Деталь представляет собой тело вращения и имеет простую форму - состоит в основном из цилиндрических поверхностей. Все конструктивные элементы унифицированы, что не потребует использования специальных инструментов или методов обработки.
Деталь высокого класса жесткости, так как L/D = 4,76. Исходя из полученной величины, деталь относится к классу - валы. Чертеж со всеми внесенными изменениями представлен в графической части работы. Деталь состоит из 7 ступеней диаметрами: 100,110,120,110,100,90, и 80мм. В детали выфрезерованы два шпоночных паза.
Шероховатости цилиндрических ступеней детали:
Шероховатость цилиндрической ступени диаметром 100 мм и отклонением К6 Ra = 0,63 мкм;
Шероховатость цилиндрической ступени диаметром 110 мм и отклонением по 6 квалитету р6 Ra = 0,32 мкм;
Шероховатость цилиндрической ступени диаметром 110 мм Ra = 1,25 мкм;
Шероховатость цилиндрической ступени диаметром 100 мм и отклонением к6 Ra = 0,32 мкм;
Шероховатость цилиндрической ступени диаметром 90 мм и отклонением к6 Ra = 0,32 мкм;
Шероховатость цилиндрической ступени диаметром 80 мм и отклонением р6 a = 2,5 мкм;
Шероховатость остальных поверхностей - Ra = 6,3 мкм.
С точки зрения механической обработки деталь изготавливается достаточно просто без особых затруднений. Она достаточно технологична, поэтому допускает применение высокопроизводительных методов и режимов обработки, имеет достаточно хорошие базовые поверхности.
1.2 Материалы детали и его свойств.
Сталь марки 40ХН — легированная конструкционная сталь, предназначенная преимущественно для изготовления деталей машин и механизмов, работающих под воздействием высоких нагрузок и температур. Эта марка широко применяется в машиностроении благодаря своим отличным механическим свойствам.
Данная сталь производится согласно требованиям российских стандартов и технических условий. Основные нормативные документы, регламентирующие производство и качество стали 40ХН:
ГОСТ 4543-2016 «Прокат из легированной конструкционной стали». Этот стандарт устанавливает требования к химическому составу, механическим свойствам, качеству поверхности и размерам проката из легированных конструкционных сталей, включая марку 40ХН.
ТУ 14-1-3429-83 «Сталь легированная качественная и высококачественная». Эти технические условия определяют дополнительные требования к производству качественной легированной стали, включающей сортовую продукцию и поковки.
ОСТ 108.109.01—87 «Электродвигатели асинхронные взрывозащищённые трехфазные с короткозамкнутым ротором серии АИМ мощностью от 0,12 до 100 кВт». Здесь также упоминается применение стали 40ХН для отдельных компонентов электродвигателей.
Эти стандарты обеспечивают единообразие характеристик продукции, стабильность качества и позволяют применять данную сталь в широком спектре промышленных отраслей, обеспечивая надёжность и безопасность изделий.
Сталь марки 40ХН используется для производства различных элементов машин и конструкций, таких как оси, шестерёнки, коленчатые валы, кулачки, шатуны, муфты сцепления, шпиндели станков,
распределительные валы двигателей внутреннего сгорания и многие другие детали, испытывающие высокие нагрузки.
Виды поставок материала представлены в таблице 1.
Таблица 1. Виды поставки материала «Сталь 40ХН»
В таблице 2 представлены химический состав и механические свойства стали 40ХН ГОСТ 4543-2016
Таблица 2. Химический состав и механические свойства
Вывод:
Использование стали 40ХН для изготовления тихоходных валов экономически обосновано и технически целесообразно. Материал сочетает оптимальное сочетание прочности, надежности и технологических качеств, что делает его предпочтительным выбором для большинства видов подобной техники и оборудования.
Анализ технологичности
Качественная оценка:
1) Поверхности детали можно обрабатывать проходными резцами.
2) Диаметральные размеры шеек вала убывают к концам детали. По этому показателю деталь можно считать технологичной.
3) Вал имеет простую форму - состоит в основном из цилиндрических поверхностей. Все конструктивные элементы унифицированы, что не потребует использования специальных инструментов или методов обработки.
4) Жесткость детали допускает получение высокой точности обработки (жесткость вала считается недостаточной, если для получения точности 6..9-го квалитетов соотношение его длины L к диаметру свыше 10..12, изготовленных по более низким квалитетам это соотношение может быть равно 15)
L=571,5 мм, d=120 мм;
L/d =571,5/120=4,76
Таким образом, по данному показателю деталь является достаточно технологичной.
В таблице 3 представлена количественная оценка технологичности детали «Вал тихоходный»
Таблица 3. Количественная оценка
1.Коэффициент унификации.
Ку =  = = 0,62.
Так как Ку  ≥ 0,6, деталь по этому показателю технологична.
2.Коэффициент точности обработки.
Кт.о = 1 - ;
Аср = =13,53
Кт.о = 1   = 1   = 0,93
Так как Кт.о >  0,83, то деталь по этому показателю технологична.
3.Коэфициент шероховатости.
Кш =;
Бср =   = 6,36
Кш =   = 0,16<0,32   По данному показателю деталь технологична.
4.Коэффициент использования материала
,
КИМ =  = 0,89.
Вывод: Деталь технологична по коэффициенту унификации, коэффициенту точности обработки и коэффициенту шероховатости.
Выбор заготовки
Определения типа производства
План 2000 деталей/год                                                         		       Таблица 4
Тип производства характеризуется коэффициентом серийности Кс, который показывает число операций, закрепленных среднем по цеху за каждым рабочим местом в течении месяца.
Штучно-калькуляционное время:
Средняя трудоемкость операции:
где  – время на выполнение одной операции;
Т0 – основное технологическое время;
nоп – количество операций.
Такт выпуска деталей:
где Fд – действительный годовой фонд рабочего времени, час;
m – количество рабочих мест;
N – годовой объем выпуска деталей, шт.
Коэффициент серийности:
Вывод: производство детали относится к мелкосерийному производству, т.к. Кс<40.
Выбор заготовки

В ходе курсового проекта был создан технологический процесс изготовления детали – вал тихоходный – основная задача. КП включает в себя определение типа производства, выбор заготовки, разработку маршрутного технологического процесса, определение припусков, расчёт режимов резания, расчет норм времени, оформление технологической документации и выбор технологической оснастки.
При определении типа производства оказалось, что деталь относится к единичному производству. Выбор заготовки показал, что деталь целесообразно изготавливать из горячей объемной штамповки. При разработке маршрутного технологического процесса были определены операции, базирование детали во время обработки и требуемый инструмент. Определение припусков на обработку и расчёт режимов резания были сделаны подробно для операции 005 – токарно-винторезной, 010 – вертикально-фрезерной, 015 – шлифовальная. При выборе технологической оснастки была разработан зажим для фрезерования шпоночного паза, а также рассчитано требуемое усилие зажатия.
Помимо основной задачи КП, были решены следующие косвенные задачи:
работа с ГОСТами, справочной и научно-технической литературой;
изучение технологического процесса изготовления детали;
изучение режущего инструмента и оборудования;
освоение методик расчета припусков и режима резания;
проектирование станочных приспособлений;
оформление технологической документации.
Данный КП будет являть технологической частью выпускной квалификационной работы.

Глинникова Т.П., Волегов С.А. Технология машиностроения. Технологичсекая часть ВКРИ: справочно-методическое пособие по выполнению технологической части ВКР инженера для студентов специальности 130602 – «Машины и оборудование нефтяных и газовых промыслов» (МНГ) направления 130600 – «Оборудование и агрегаты нефтегазового производства» очного и заочного обучения, Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2010. – 75 с.
Глинникова Т.П., Волегов С.А. Технология машиностроения: учебное пособие по курсу «Технология машиностроения» для студентов специальности 130602 – «Машины и оборудование нефтяных и газовых промыслов» (МНГ) направления 130600 – «Оборудование и агрегаты нефтегазового производства» очного и заочного обучения, Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2011. – 80 с.
Глинникова Т.П., Волегов С.А. Технологическая часть выпускной квалификационной работы бакалавра, инженера и курсового проекта: справочно-методическое пособие, Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2008. – 54 с.
Горбацевич А.В. Курсовое проектирование по технологии машиностроения, Минск: Изд-во «Высшая школа», 1975. – 288 с.
Косилова А.Г., Мещерякова Р.К. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Том 1, М.: Машиностроение, 1986. – 656 с.
Косилова А.Г., Мещерякова Р.К. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Том 2, М.: Машиностроение, 1985. – 496 с.
Данилевский В.В. Технология машиностроения: Учебник для техникумов, М: Высш. шк., 1984. – 416 с.
Горбацевич А.Ф., Шкред В.А. Курсовое проектирование по технологии машиностроения: Учебное пособие для вузов, М.: ООО ИД
«Альянс», 2007. – 256 с.
Суворов А.А. и др. Металлорежущие инструменты: Альбом. Учебное пособие для машиностроительных техникумов, М.: Машиностроение, 1979. – 64 с.
Мукин И.М. Справочник молодого токаря, М.: «Высшая школа», 1965.
– 400 с.
Белецкий Д.Г. и др. Справочник токаря – универсала, М.: Машиностроение, 1987. – 560 с.
Барбашов Ф.А. Фрезерное дело. Учебное пособие для заведений профтехобразования, М.: «Высшая школа», 1973. – 280 с.
Френкель С.Ш. Справочник молодого фрезеровщика, М.: Высш. школа, 1978. – 240 с.
Косовский В.Л. Справочник фрезеровщика, М.: Высшая школа; Издательский центр «Академия», 2001. – 400 с.
Черепахин А.А. Материаловедение: Учебник для студ. учреждений сред. проф. образования, М.: Издательский центр «Академия», 2004. – 256 с.
Харламов Г.А., Тарапанов А.С. Припуски на механическую обработку: Справочник, М.: Машиностроение, 2006. – 256 с.
Кован В.М. Расчет припусков на обработку в машиностроении. Справочное пособие, М.: Государственное научно-техническое изд-во машиностроительной и судостроительной литературы, 1953. – 202 с.
Кувалдин Ю.И. Расчет припусков и промежуточных размеров при обработке резанием: учебное пособие для практических занятий, курсового и дипломного проектирования, Киров: Изд-во ВятГУ, 2005. – 163 с.
Баранчиков и др. Прогрессивные режущие инструменты и режимы резания металлов: Справочник, М.: Машиностроение, 1990. – 400 с.
Колев К.С., Горчаков Л.М. Точность обработки и режимы резания, М.: Машиностроение, 1976. – 144 с.
Карандашов К.К. Допуски и посадки в машиностроении. Учебное пособие, часть 1, Томск: Изд-во Том. гос. архит.-строит. ун-та, 2006. – 152 с.
Центральное бюро нормативов по труду Государственного комитета СССР по труду и социальным вопросам ОБЩЕМАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЕ ТИПОВЫЕ НОРМЫ ВРЕМЕНИ на изготовление вспомогательного инструмента, М.: Экономика, 1988. – 137 с.
Центральное бюро нормативов по труду Государственного комитета СССР по труду и социальным вопросам ОБЩЕМАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЕ УКРУПНЕННЫЕ НОРМАТИВЫ ВРЕМЕНИ на работы, выполняемые на токарно-револьверных станках, М.: Экономика, 1989. – 147 с.
Центральное бюро нормативов по труду Государственного комитета СССР по труду и социальным вопросам ОБЩЕМАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЕ УКРУПНЕННЫЕ НОРМАТИВЫ ВРЕМЕНИ на работы, выполняемые на малогабаритных металлорежущих станках, М.: Экономика, 1986. – 319 с.
Фаскиев Р.С. Проектирование приспособлений: учебное пособие, Оренбург: ГОУ ОГУ, 2006. – 178 с.
Волегов С.А. Проектирование технологической оснастки: лабораторный практикум, Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2007. – 54 с.
Чекмарев А.А., Осипов В.К. Справочник по машиностроительному черчению, М.: «Высшая школа», 2002. – 493 с.
Межгосударственный стандарт ГОСТ 7417 – 75 сталь калиброванная круглая. Сортамент, 1976. – 5 с.
Межгосударственный стандарт ГОСТ 3.1702 – 79 Единая система технологической документации. Правила записи операций и переходов. Обработка резанием, М.: ИПК ИЗДАТЕЛЬСТВО СТАНДАРТОВ, 1981. 19 с.
Государственный стандарт Союза ССР ГОСТ 12195 – 66 Приспособления станочные. Призмы опорные. Конструкция, 1967. – 6 с.
http://www.splav-kharkov.com/ - Марочник сталей и сплавов.