Разработка технологический процесс механической обработки детали" втулка"

Введение
На современном этапе развития экономики важнейшими заданиями промышленного комплекса является более полное удовлетворение потребностей хозяйства в средствах производства, а население - в товарах повседневного спроса, последующая интенсификация производства, повышения качества продукции на основе внедрения в производство последних достижений научно-технического прогресса, высоких технологий, безотходных и низко энергоемких технологических процессов.
Первоочередное значение имеет быстрое обновление производственного аппарата путем внедрения передовой техники, наиболее прогрессивных технологий и гибких производств, которые позволяют оперативно перестраиваться на выпуск новой продукции и дают наибольший экономический эффект.
Машиностроение призвано выпустить системы и комплексы машин, оборудования и приборы высшего технологического уровня, которые обеспечивают существенные изменения в технологии и организации производства, значительное повышение производительности труда, снижения материалоемкости и энергоемкости, улучшения качества продукции, которая выпускается, увеличения фондоотдачи. В настоящее время приоритетное развитие получают станкостроения, электротехническая промышленность, микроэлектроника, вычислительная техника и приборостроение - катализатор НТП.
Машиностроение является сердцевиной индустрии, потому в основных плановых документах намечен опережающий развитие машиностроения и металлообработки. На последующие годы намечено значительное улучшение структуры парка металлообрабатывающего оборудования в машиностроении за счет сокращения выпуска универсальных станков и увеличения выпуска высокопроизводительных станков как агрегатных, так и специальных, прогрессивного кузнечно-прессового оборудования, автоматических линий, станков с ЧПУ, роботизованых комплексов, что позволит обеспечить первоочередную переоснастку новым оборудованием машиностроительные предприятия.
Цель курсового проекта: разработать технологический процесс механической обработки детали «Втулка».
Задачи курсового проекта:
1) Провести анализ конструкции детали «Втулка»;
2) Разработать технологический процесс изготовления детали «Втулка» согласно чертежу;
3) Выполнить расчеты режимов резания и определить возможности оборудования для обработки детали «Втулка».

1 Общая часть
1.1 Анализ исходных данных
Деталь «Втулка» имеет форму тела вращения и представляет собой ступенчатую втулку. «Втулка» устанавливается на вал посредством шпоночного соединения. Имеет фланец с 10 резьбовыми отверстиями М10 для присоединения ответной детали (рис.1.1).
«Втулка» изготавливается из стали 20Х13 ГОСТ 5632-72, которая имеет хорошие эксплуатационные свойства и низкую стоимость. Принятая конструкция детали обеспечивает надежность и долговечность ее работы, применение более прочных материалов нерационально, так как это приведет к повышению затрат.

Рисунок 1.1 – Деталь «Втулка»
Принцип постановки размеров - цепкой, но в последовательности, соответствующий логике обработки отдельных поверхностей. Неуказанные предельные отклонения размеров: валов по h 14, отверстий Н14; остальные - по ±JT 14/2.
1.2 Описание материала изделия
Длительная работоспособность шестерни зависит от правильного выбора материала детали.
Материал детали - Сталь 20Х13 ГОСТ 5632-72
Хим. состав стали приведем в таблице 1.1.
Таблица 1.1 – Химические состав Сталь 20Х13 ГОСТ 5632-72
Марка
стали Массовая доля элементов, %
С Si Mn Сr Ni S не более Р не более Ti
20Х13 0,22-0,29 0,17-0,38 0,8-1,1 1,1-1,3 0,25-0,4 0,04 0,04 0,06-0,15

Данный материал рекомендуется для изготовления шестерен, полуосей и коробок передач грузовых автомобилей, сателлитов, червячных валов, муфт и др. деталей. [8]
Сталь хорошо обрабатывается резанием в нормализованном состоянии, имеет достаточно высокие и вязкость при низких температурах и предназначена для изготовления деталей машин, испытывающих ударные нагрузки. Относится к классу улучшаемых, т.е. рекомендуется для эксплуатации после закалки и последующего высокотемпературного о....[1]. После такой термической обработки сталь приобретает структуру зернистого сормита, хорошо воспринимающего ударные нагрузки. Обладают небольшой прокаливаемостью (до 10 мм), поэтому механические свойства с увеличением сечения изделия получаются [Gв=600÷700 МН/м2 (60÷70 кгс/мм2); КСИ=0,4÷0,5 Дн/м2 (4÷5 кгс/мм2), НRC=40÷50]. Поскольку, согласно чертежу НВ 240÷280, то необходимость в улучшении стали не требуется. Т.е. сталь будет находиться в состоянии поставки (нормализованная).
Считаем, что материал детали выбираем правильно.


1.3 Анализ технологичности детали
Большинство элементов Втулки технологичны, и позволяют вести обработку стандартным покупным инструментом.
Проводя технологический анализ конструкции детали, можно сделать следующие выводы. Деталь имеет рациональную форму. Положительными факторами являются простота обрабатываемых поверхностей, унификация конструктивных элементов, все обрабатываемые поверхности легко доступны режущему инструменту, большинство цилиндрических поверхностей легко обрабатываются токарным проходным резцом. Жесткость оси является достаточной для получения высокой точности обработки l/d = 100/90 = 1,1 < 10…12. Втулка имеет наименьшее из возможных число ступеней, что обеспечивает простоту и экономичность технологии обработки. Точность линейных размеров не высокая, что требует не высоких затрат при обработке и контроле данной детали. У цилиндрических поверхностей высокая точность обработки принята лишь для ответственных поверхностей. Шероховатость обрабатываемых поверхностей не высокая. Следует отметить, что, возможно, необходимо снизить требования шероховатости к некоторым наружным поверхностям, так как они не являются рабочими поверхностями.
Самый точный и ответственный элемент детали - центральное отверстие Ø38 Н7 с шероховатостью Ra 1,25 мкм. Остальные поверхности выполнены менее точно, их шероховатость более грубая.
Деталь имеет хорошие базы, при обработке - отверстие Ø37 Н7 и точный торец. Эти же поверхности являются базами и при контроле.
Посадка шестерни осуществлена по центральному отверстию с упором в бурт. От проворота на валу шестерня фиксируется сегментной шпонкой.
Некоторые поверхности шестерни испытывают нагрузки, а именно:
- стенка шпоночного паза работает на смятие
Недостатком конструкции является то, что обработки резанием требуют все поверхности. Это приводит к увеличению трудоемкости и расхода средств на обработку детали.
Нетехнологичен шпоночный паз. Для его получения потребуется малопроизводительный долбежный или протяжной станок, или дорогостоящие протяжки. Технологичны фаски с центральным отверстием. Они не позволяют при протягивании отверстия или шпоночного паза образовываться заусенцам на торцах ступицы.
Таким образом, можно сделать вывод, что деталь технологична. [5].


2 Технологическая часть
2.1 Определение типа производства
В процессе выполнения курсового проекта тип производства определяем предварительно по таблице 2.1.
Таблица 2.1 - Данные для предварительного определения типа производства
Число обрабатываемых деталей одного типоразмера в год
Производство Тяжелых (массой более 100 кг) Средних (массой более 10 до 100 кг) Легких (массой до 10 кг)
Единичное До 5 До 10 До 100
Мелкосерийное 5-100 10-200 100-500
Среднесерийное 100-300 200-500 500-5000
Крупносерийное 300-1000 500-5000 5000-50000
Массовое Более 1000 Более 5000 Более 50000

Масса детали 1,3 кг, программы выпуска 1000 штук - тип производства как среднесерийное.
Такое производство характеризуется ограниченной номенклатурой изделий, изготавливаемые периодически повторяющимися партиями и сравнительно большим объёмом и выпуска. При среднесерийном производстве изделия запускаются в производство партиями, состоящими из одноименных и одинаковых по размерам изделий. Технологический процесс обычно дифференцирован, т.е. разделен на отдельные операции, закрепленные за каждым станком. Применяются разнообразные станки универсальные, специализированные, специальные, автоматизированные и агрегатные. Режущие инструменты как стандартные, так и специальные. В качестве измерительного инструмента применяются придельные калибры и шаблоны.
Квалификация рабочих – средняя, оборудование располагается по ходу технологического процесса. При обычном среднесерийном производстве время работы станков не согласовывается, заготовки на последующую операцию передаются партиями.
Среднесерийное производство экономичнее единичного т.к. лучше используется оборудование, увеличивается производительность труда и снижается себестоимость продукции.

2.2 Выбор вида и метода получения заготовки
Одна из важнейших задач при разработке технологического процесса – выбор заготовки, из которой будет выполнена деталь. При выборе варианта, который будет являться оптимальным, обычно сравниваются 2 варианта. Благодаря современному оборудованию стало возможным использовать заготовки с экономически конструктивными формами, которые приближены к форме готовой детали и обеспечиваемой производительностью, и наименьшим отходом металла в стружку.
От выбора заготовки во многом зависит трудоёмкость при изготовлении детали и конечная её себестоимость.
Основными видами заготовки являются:
 прокат горячекатаный или калиброванный;
 поковка кованая или горячештамповочная;
 отливки;
 заготовки из пластических масс;
 и другие.
Выбор заготовки для изделия определяется назначением и конструкцией детали, материалом, техническими требованиями, серийностью выпуска.
Гладкие валы и оси с небольшим перепадом между наибольшим и наименьшими диаметрами (до 25%), изготавливаются из круглого проката, не зависимо от типа производства.
Метод выполнения заготовок для дeтaлей машин определяется назначением и конструкцией детали, материалом, техническими требованиями, масштабом, а также серийностью выпуска, а также экономичностью изготовления. Выбрать заготовку – значит установить способ ее получения, наметить припуски на обработку каждой поверхности, рассчитать размеры и указать допуски на неточность изготовления.
Для рационального выбора заготовки необходимо одновpeменно учитывать все вышеперечисленные 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.
Так как материал данной детали является сталь 20Х13 (не литейная марка стали), то принимаем метод получения заготовки – обработка металлов давлением. Сравним два метода прокат и штамповку на горизонтально-ковочных машинах (ГКМ). Заготовки для деталей типа стержня с утолщением, колец, вту¬лок, деталей со сквозными или глухими (в том числе и глубоки¬ми) отверстиями и других целесообразно получать на ГКМ. Так как область применения этого метода серийное и массовое производство, влечет за собой приобретение специального, дорогостоящего оборудования исключаем этот метод. Для изготовления деталей методами резания применяют сортовой прокат, область применения которого гладкие и ступенчатые валы с небольшим перепадом диаметров ступеней. Поэтому выбираем способ получения заготовки – штамповку на горизонтально-ковочных машинах.
Способ получения заготовки должен обеспечивать наименьшую технологическую себестоимость детали [2].

Таблица 2.2 - Исходные данные для расчета заготовки
Вид заготовки Штамповка на ГКМ Прокат Ø80 – 280мм.
Класс точности 2 (ГОСТ 7505-74) Обычной точности
Группа сложности 1 -
Масса заготовки, кг 2,5 4
Базовая стоимость 1т. заготовок, тыс. руб. 373 175
Стоимость 1т. стружки, тыс. руб. 28,1 28,1

Стоимость заготовок, получаемых таким методом, как штамповка на ГКМ определяем по формуле:
, где
S – базовая стоимость 1т поковок, руб;
Q – масса заготовки, кг;
q – масса готовой детали, кг;
kт – коэффициент, зависящий от класса точности;
kс – коэффициент, зависящий от группы сложности;
kв – коэффициент, зависящий от массы;
kм – коэффициент, зависящий от марки материала;
kп – коэффициент, зависящий от объёма производства заготовок;
Sотх. – стоимость 1т отходов, руб.