Курсовая работа по технологии машиностроению. Разработка технологического процесса механической обработки детали типа Шпиндель по варианту тпи. Спбз. 12. 23 по дисциплине Основы технологии машиностроения

• Название: Разработка технологического процесса механической обработки детали типа Шпиндель по варианту тпи. Спбз. 12. 23 по дисциплине Основы технологии машиностроения
• Дата: 18.06.2021
• Размер: 468.11 Kb.
• Имя файла: Курсовая работа по технологии машиностроению.docx
• Тип: Курсовая; #218654

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ИНСТИТУТ ПРОМЫШЛЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И ИНЖИРИНГА
Кафедра «Технология машиностроения»


Курсовая работа

на тему: «Разработка технологического процесса механической обработки детали типа «Шпиндель» по варианту ТПИ.СПбз.12.23»
по дисциплине: «Основы технологии машиностроения»

Шифр КР.ОТМ.СПбз.12.23 ПЗ
Выполнил:

студент группы СПбз-12-1

А.Д.Пержовский

Проверил:

ассистент кафедры

Технологии машиностроения

Э.М.Юсупова

Тюмень, 2015

Содержание

Введение………………………………………………………………………….3

1. Служебное назначение детали……………………………………………...5

2. Анализ конструкции детали……………………………………………….10

3. Определение способа и метода получения заготовки…………………..11

4. Расчёт припусков и межопереходных размеров………………………...14

5. Расчёт режимов резания……………………………………………………22

6. Расчёт норм времени………………………………………………………..34

Заключение……………………………………………………………………...39

Список используемых источников…………………………………………..40

Приложение 1 чертёж детали………………………………………………….41

Приложение 2 Технологический процесс (МК, ОК, КЭ)…………………....42

Приложение 3 Иллюстрация технологического процесса ………………….43

Введение

Данный курсовой проект выполнен по предмету «Основы технологии машиностроения». Темой проекта является разработка технологического процесса механической обработки детали СПбз.12.23 - «Шпиндель». Содержится расчётно-пояснительная записка, комплект технологических и графических документов.

В пояснительной записке изложен анализ данной детали, её материала, обоснование метода получения заготовки и последовательность механической обработки, характеристика металлообрабатывающего оборудования.

Выбор режущих, измерительных и вспомогательных инструментов, станочных приспособлений, а так же расчёт операционных припусков и режимов резания – все это обосновано в данном курсовом проекте.

Приложение содержит полный маршрут обработки детали и операционное описание с эскизами на две операции.

Цель проекта – является приобретение знаний и первичных навыков по технологической подготовке производства, включая анализ технологичности детали, закрепление знаний по предмету «Основы технологии машиностроения» и разработка технологического процесса производства детали типа вал с полным обоснованием целесообразности её производства, процесса производства по предложенным преподавателем плану, описание конструктивных особенностей детали и средств контроля качества, а так же обоснование технико-экономических характеристик детали по предложенным данным.

На основании сформулированной темы работы можно определить задачи, которые необходимо рассмотреть в ходе обоснования эффективности реализации предложенного проекта:

-определить вид и размеры заготовки;

-определить припуски на механическую обработку;

-составить план механической обработки;

-выбрать технологическое оборудование, приспособления, режущий и измерительный инструмент;

-рассчитать режимы резания.

Проектирование технологического процесса обработки детали на металлорежущих станках производится в следующем порядке:

-изучение чертежа детали и технических условий на её изготовление, знакомство с назначением детали и условиями её работы в машине;

-выбор вида заготовки и определение её размеров;

-выбор черновых и чистовых баз и способов закрепления заготовки на станках;

-составление плана обработки детали (технологического маршрута) с указанием операций, установок, переходов;

-выбор станка для каждой операции, а также приспособлений, режущего и измерительного инструмента;

-определение межоперационных припусков и расчётных размеров обрабатываемых поверхностей для каждого перехода;

-расчёт рациональных режимов резания с проверкой их по допускаемой мощности или крутящему моменту станка, расчёт основного технологического времени по каждому переходу;

-расчёт затрат времени.

Сделать вывод всей курсовой работы над которой я работал.

1. 
   Служебное назначение детали
   

Деталь «Шпиндель» - ответственная нагружаемая деталь, относящийся к деталям класса вал. В сборочном узле, она воспринимает и передаёт движение смежным деталям, что требует от шпинделя высокой прочности и твёрдости.

Деталь в работе испытывает однонаправленные циклические нагрузке, поэтому наиболее вероятными видами разрушения могут стать истирание внутренних поверхностей глухого отверстия и боковых поверхностей или же при превышении нагрузок возможен скол фрагмента шпинделя.

Шпиндель передаёт вращательное движение. Одним из способов избежать поломок является верный выбор материала заготовки и изменения состояния структуры путём термических и химико-термических обработок, которые придадут материалу особенные и необходимые свойства.

Остановим свой выбор на низкоуглеродистой стали 30Г, которая применяется для нагруженных деталей, но предъявляются требования невысокой прочности, и её химический состав указан в таблице 1.1.
Таблица 1.1

Химический состав стали 30Г (ГОСТ 4543-71)

Массовая доля элементов, %
С	Si	Mn	S	P	Cr	Ni	Mo	N	Cu
0,17-0,24	0,17-0,37	0,70-1,00	≤ 0,035	≤ 0,035	≤ 0,30	≤ 0,30	-	≤ 0,008	≤ 0,30

В состоянии поставки материал имеет следующие механические свойства, представленные в таблице 1.2.
Таблица 1.2

Механические свойства стали 30Г

НД	Ϭв, н/мм2	δ5, %	Ψ, %	KCU, Дж/см2
ГОСТ 22703-2012	520	17	25	78

Твёрдость стали 30Г в таблице 1.3.

Таблица 1.3

Твёрдость стали 30Г и режимы нагрева под термическую обработку

Предел выносливость, Н/мм2		Термообработка	Ударная вязкость, KCU, Дж/см2, при t, °C						Термообработка
Ϭ-1	τ-1		+20	0	-20	-40	-70	-80
360	220	Закалка с 840°С в воде, отпуск при 500-550°С	100	-	35	-	16			Нормализация с 870°С, воздух
			Химический состав: С-0,35%, Si-0,26%, Mn-0,77%, S-0,020%, P-0,023%

Легирующие элементы, присутствующие в стали оказывают различное влияние на карбидную фазу и фазовые превращения.

Марганец (M_n) – положительно действует на зерновую структуру сплава, а также способствует более хорошей прокаливаемости. Увеличивает износостойкость и прочность.

Углерод (С) – повышает прочность стали.

Кремний (S_i) – увеличивает прочность и износоустойчивость стали. Как и марганец делает сталь более стабильной и надёжной.

Молибден (M_o) – формирует карбиды, предотвращающие возникновение ломкости стали, позволяет сохранять прочность при высоких температурах. Также увеличивает устойчивость к коррозии, прочность, твёрдость, прокаливаемость, ударную вязкость и способствует лучшей обрабатываемости.

Хром (C_r) – придаёт сплаву повышенные антикоррозийные свойства, карбиды хрома увеличивают износостойкость и прокаливаемость. Чрезмерное содержание хрома в сплаве повышает его хрупкость.

Никель (N_i) – повышает прочность, ударную вязкость и коррозийную стойкость.

Сера (S) - является крайне вредной примесью в стали и оказывает резко отрицательное влияние на её свариваемость, вызывая обра­зование горячих трещин. Содержание в стали не должно превышать 0,04—0,05%. Увеличение хрупкости стали при повышенном содержании серы используется иногда для улучшения обрабатываемости на станках, благодаря чему повышается производительность при обработке.

Фосфор (Р) - является вредной примесью. Он образует с железом соединение Fe₃P, которое растворяется в железе. Кристаллы этого химического соединения очень хрупки. Обычно они располагаются по границам зёрен стали, резко ослабляя связь между ними, вследствие чего сталь приобретает очень высокую хрупкость в холодном состоянии (хладноломкость). Особенно сказывается отрицательное влияние фосфора при высоком содержании углерода. Обрабатываемость стали фосфор несколько улучшает, так как способствует отделению стружки.

Медь (C_u) - увеличивает антикоррозионные свойства, она вводится главным образом в строительную сталь.

Азот (N) - позволяет повысить предел текучести и ударную вязкость металла.

Для получения высокой твёрдости и износостойкости поверхностного слоя металла, деталь подвергают термической обработки. Закалки при температуре 845-875^°С в охлаждающей среде вода или воздух, а отпуск при 500-550^°С на воздухе. В таблице 1.4 указаны технологические свойства стали 30Г.

Таблица1.4

Технологические свойства стали 30Г

Ковка		Охлаждение поковок, изготовленных
Вид полуфабрикатов	Температурный интервал ковки, °С	из заготовок
		Размер сечения, мм	Условия охлаждения
Заготовка	1250-800	до 400	на воздухе

После термической обработки структура поверхностного слоя представляет собой мартенсит с твёрдостью: .

В таблице1.5 указаны физические свойства стали 30Г.

Таблица1.5

Физические свойства стали 30Г

Т(Град)	Е 10-5(МПа)	106 (1/Град)	(Вт/м·град)	р(кг/м3)	С(Дж/(кг/·град)
20	2.04			7810
100		12.6	76		470
200		13.9	65		483
300		14.6	53		546
400		15	44		601
500		15.5	38		764
600		15.6
700		14.8

Где, Т-температура; Е-модуль упругости нормальный; а-коэффициент температурного расширения; ʎ-коэффициент теплопроводности; р-плотность стали 30Г; удельная теплоёмкость материала.

Для детали «Шпиндель» возьмём круг длиной 130 мм, и высчитаем вес заготовки и детали, но в первую очередь нужно узнать объём.

(1.1)

где, V – объём материала;

– число пи;

– радиус круга, R_к – радиус кругляка, R_д – радиус детали;

– высота цилиндра, H_к – высота кругляка, H_д – высота детали.

V_к = 3.14 62² 130 = 156912 мм³;

V_д = 3.14 60² 120 = 135648 мм³.

Теперь можно определить массу шпинделя по формуле:

m = V p (1.2)

где, m – масса шпинделя, m_к – кругляка; m_д –детали;

V_{к, д} – объём кругляка и детали;

p – плотность стали 30Г.

m_к = V_к p = 156912 7810 = 1,3 кг;

m_д = V_д p = 135648 7810 = 1,0 кг.

Сталь 30Г по всем её характеристикам подходит для изготовления детали «Шпиндель», но только с термической обработкой.

2. 
   Анализ технологичности конструкции детали
   

Деталь должна изготавливаться с минимальными трудовыми и материальными затратами. Эти затраты можно сократить в значительной степени от правильного выбора варианта технологического процесса, и его оснащения, механизации и автоматизации, применения оптимальных режимов обработки.

При оценке технологичности учитываются следующие характеристики:

– Конструкция детали должна состоять из стандартных и унифицированных конструктивных элементов или быть стандартной в целом. Сложных фасонных поверхностей или поверхностей получение которых не представляется возможным при современных методах обработки нет. Все элементы (канавки, скругления, фаски) стандартизованы.

– Физико-химические свойства и механические свойства материала, жёсткость детали, её форма и размер должны соответствовать требованиям технологии изготовления. Свойства материала (Сталь 30Г) и геометрические параметры позволяют обрабатывать деталь без на имеющемся оборудовании с применением стандартных инструментов.

– Рациональность выбора заготовки. В крупносерийном и массовом производстве выгодно применять заготовки приближенные по размерам и форме к размерам и форме детали. Полученный прокат сортовой горячекатаный круглый удовлетворяет этому условию.

– Технологичность отдельных элементов. Все элементы детали (фаски, скругления, канавки) выполняются с применением стандартного инструмента и не требуют изготовления специального.

– Точность и шероховатость поверхностей. (˅) –все поверхности детали, кроме отмеченных на изображении, имеют шероховатость R_a 6,3, а точность 0,74 мм; при R_a 1,6 с точностью 0,74; R_a 0,4 с точностью 0,52 мм;


Ra3,2 с 0,36мм.

– Обрабатываемость материала резанием.

Проводим анализ структуры детали, то есть разделим её конструктивные элементы на уровни с учётом следующих конструктивно-технологических признаков: геометрической характеристики элементов; топологической связи элементов; целесообразности последовательности формирования элементов в ходе изготовления детали и применяемого оборудования, которые отражены в таблицах: 2.1, 2.2, 2.3.
Таблица 2.1

Элементы первого уровня

Параметры	Конструктивные элементы
	1.1	2.1	3.1	4.1
Диаметр (мм)	60	27	8 Х 35	30
Квалитет точности (мм, мкм)	0,74	0,52	0,36	0,74
Верхнее отклонение (мм)	- 0,74	- 0,52	+ 0,36	-0,74
Нижнее отклонение (мм)	0	0	0	0
Шероховатость (Ra)	6,3	0,4	1,25	6.3
Вид требований взаимного расположения (ТВР)				Биение
Величина ТВР (мм)	40	5	8Х35	25
Номер базового элемента ТВР	1	2	3	4

Таблица 2.2

Массив плоскостей

Параметры	Номера (индексы) плоскостей
	1.1	2.1	3.1	3.2	3.3	4.1
Шероховатость Ra (мм)	6,3	0,4	1,25	6.3	4.2	6,3

Продолжение таблицы 2.2

Параметры	Номера (индекс) плоскостей
	1.1	2.1	3.1	3.2	3.3	4.1
Вид требования взаимного расположения ТВР				Биение
Величина ТВР (мм)				0,02
Номер базовой поверхности, к которой задан ТВР	1	2	49	4	5	6

Таблица 2.3

Массив конструкторских связей

Параметры	Номера размеров
	1	2	3	4	5	6	7
Номера левого элемента	1.1	3.3	3.2	4.3		4.4
Номера правого элемента	4.1				3.1	2.1	4.2
Размер (номинал) (мм)	20	20	20	5	35	3	60
Квалитет точности	14	7	14	14	9	14	7
Верхнее отклонение (мм)	0,74	21	0,74	0,74	0,36	0,74	1,25
Нижнее отклонение (мм)	-0,74	0	-0,74	-0,74	0	-0,74	0

Технологичность детали характеризуется коэффициентом использования материала:

(2.1)
где, Q1 – масса детали (1,0 кг);

Q2 – масса заготовки (1,3 кг).

K_m = · 100 = 0,7

Т.к. K_m = 70 , то можно сделать вывод, что материал расходуется рационально (малое количество металла уходит в стружку).

3. Определение способа и метода получения заготовки

Рассматривая наиболее распространённые варианты получения заготовки, я пришёл к выводу, что для моего задания наиболее подходит круг стальной ГОСТ 2590-88, (прокат сортовой горячекатаный круглый).

По точности круг стальной изготовляют: 

А - высокой точности;
Б - повышенной точности;
В - обычной точности.
Круг стальной изготовляют в прутках.
В соответствии с заказом круг стальной изготовляют:
мерной длины;
кратной мерной длины;
немерной кратной длины.
Существует возможность соблюдения дополнительных требований к качеству проката и качеству стали.
Круг стальной изготовляют длиной:
-от 2 до 6 м - круг из углеродистой обыкновенного качества и круг из низколегированной стали;
-от 2 до 6 м - круг из качественной углеродистой и круг из легированной стали;
-от 1,0 до 6 м - круг из высоколегированной стали.
Предельные отклонения по длине проката мерной и кратной мерной длины не должны превышать: 

+30 мм - при длине до 4 м включительно;
+50 мм - при длине свыше 4 м до 6 м включительно.
+70 мм - при длине свыше 6 м.


Так как заготовка поставляется сортовым прокатом, то основное время и трудоёмкость будет занимать деталь.

4. 
   Расчёт припусков и межопереходных размеров.
   

Всякая заготовка, предназначенная для дальнейшей механической обработки, изготавливается с припусками, необходимыми для обеспечения заданных чертежом размеров детали и шероховатости её поверхности.

Чрезмерные припуски вызывают излишние затраты на изготовление детали и тем самым увеличивает её себестоимость. Снятие излишних припусков увеличивает трудоёмкость обработки. С другой стороны, слишком малые припуски не дают возможность выполнить необходимую механическую обработку с желаемой точностью и чистотой.

Величины припусков на механическую обработку зависят от ряда факторов, к числу которых относятся:

а) материал заготовки;

б) конфигурация и размеры заготовки;

в) вид заготовки и способ её изготовления;

г) требования в отношении механической обработки;

д) технические условия в отношении качества и класса шероховатости поверхности и точности размеров детали.

Расчётно-аналитический метод определения припусков на обработку базируется на анализе факторов, влияющих на припуски предшествующего и выполняемого переходов технологического процесса [9,176].

Минимальный припуск, мкм, на каждый технологический переход находят по уравнениям:

а) при обработке плоских поверхностей:

, (4.1)

б) при обработке наружных и внутренних поверхностей тел вращения:

, (4.2)
где, R _Zi-1, T _i-1,  _i-1 – высота неровностей профиля, глубина дефектного поверхностного слоя и суммарное отклонение расположения поверхности на предшествующем переходе, мкм;

 _Уi – погрешность установки детали на выполняемом переходе, мкм.

Величину суммарного отклонения расположения поверхностей рассчитывают по уравнению

, (4.3)

где _кор – отклонение оси детали от прямолинейности, мкм;

_см – отклонение от соосности элементов, мкм.
Полученный (путём прибавления припуска к диаметру детали) диаметр заготовки округляется до ближайшего стандартного диаметра 62 мм.

Таблица 3.1

Припуски на черновое обтачивание детали из сортового горячекатаного проката круглого сечения из стали 30Г ГОСТ 2590-88

Диаметр детали, мм	Длина детали, мм
	100…400
50…80	3,5

Таблица 3.2

Припуск на чистовое обтачивание детали

Диаметр детали, мм	Длина детали, мм
	100…400
50…80	1,5

Припуск на шлифование закаливаемых шпинделей длиной до 130 мм принимается таким же, как и для деталей типа «Вал».

Таблица 3.3

Припуски на круглое шлифование незакалённых поверхностей

Диаметр детали, мм	Длина детали, мм	Допуск по 14-му квалитету, мм
	100…250
50…80	0,4	0,3

5.Расчёты режимов резания

Режимы резание при токарной обработки: В нелегированной стали максимальное содержание углерода обычно составляет 0,8%, и в отличие от легированных сортов она не содержит дополнительных легирующих элементов. Твёрдость стали варьируется от 90 до 350HB.
Более высокое процентное содержание углерода (>0,2%) позволяет подвергать сталь закалке. Основные трудности при обработке низкоуглеродистых сталей (с содержанием углерода до 0,25%) связаны с неудовлетворительным стружкодроблением и нарост образованием. Обработка данного типа сталей характеризуется высокими скоростями резания, острокромочной геометрией пластин с положительным передним углом и тонкими покрытиями. При точении для улучшения стружкодробления рекомендуется вести обработку с глубиной резания приблизительно равной или большей радиуса при вершине пластины. Обработка сталей повышенной твёрдости сопровождается повышенным износом по задней поверхности пластины. Стальной прокатимеет довольно большую зернистость, что делает структуру неоднородной, вызывая колебания усилий резания. И поэтому сталь 30 Г можно классифицировать по таблице 4.1.

Таблица 4.1

Классификация по обрабатываемости материалов резанием

Группа по ISO	Характеристика материала	Марки сталей и сплавов
Р	Углеродистые стали: С = 0,25 – 0,55%	30Г

Режимы резание при фрезеровании: скорость резания V, м/мин – окружная наиболее удалённой от оси вращения точки режущей кромки фрезы. [5.253]

, м/мин (5.1)

где, D – диаметр фрезы, мм;

n – частота вращения фрезы, об/мин;

S – подача, величина перемещения обрабатываемой заготовки относительно фрезы.

Подача у обычных фрезерных станков горизонтальная и вертикальная.

Виды подач:

Подача на один зуб фрезы – S_z мм/зуб;

Подача на один оборот фрезы – S_o мм/об;

Минутная подача – S_m, мм/мин.

Между ними существует соотношение S_m = S_on = S_zzn,

где z – число зубьев фрезы.

Глубина резания t, мм – это расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями, измеренное перпендикулярно подаче.

Ширина фрезеруемой поверхности, B, мм – ширина обрабатываемой поверхности в направлении, параллельном оси фрезы.

Исходные данные: валик цилиндрический из стали 30Г, диаметр 60 мм и длина L = 120 мм.

Операция: фрезерование на лыске валика.

Инструмент: фреза торцевая ГОСТ 09304 -69.

D = 100 мм, В = 40 мм, z = 18, i = 28. Материал 30Г. Общий припуск на обработку 10 мм на обе стороны. Глубина резания t = 5 мм. Руководствуясь нормативными данными принимаем подачу для симметрично установленной фрезы S_z = 0,1 мм/зуб, скорость резания V = 40 м/мин. [5, с. 254]

Тогда n – частота вращения фрезы:

n = , об/мин (5.2)

n= = 127 об/мин;

S_m = S_zzn, мм/мин (5.3)
S_m = 0,1 · 18 · 127 = 228 мм/мин,

Где S_z - подача на один зуб фрезы, мм/зуб;

z- число зубьев фрезы;

n – частота вращения фрезы.

Высчитаем скорость фактическую по формуле (5.1):

м/мин.

N_p < N_{э, то}

Выбранный режим корректируется по паспортным данным станка СФ 676.

Заключение

В результате выполненного курсового проекта были проведены, необходимы расчёты по разработке технологического процесса детали общего машиностроительного назначения типа шпиндель. В ходе работы были проведены все необходимые расчёты, операции, которые необходимы для изготовления данной детали, а именно: выбраны определённые операции, переходы к этим операциям, выбраны режимы резания, время обработки заготовки.

Все эти этапы были проведены с учётом типа производства, материала заготовки и материала режущих частей инструментов. Кроме того, были проведены выбор средств измерения и контроля. Для каждой операции проведён выбор металлорежущего оборудования, режущего инструмента, технологической оснастки. Кроме того курсовой проект включает в себя исследовательскую часть, которая позволяет применить знания на самостоятельной работе. В результате выполненного проекта приобретены теоретические навыки по разработке технологического процесса.

Технология обработки деталей машиностроительного производства является сложной и постоянно развивающейся отраслью промышленности. Она требует постоянного исследования и развития новых возможностей, но кроме этого необходимо знать и фундаментальные дисциплины.

Список используемых источников

1. 
   http://yaruse.ru
   
2. 
   http://www.convert-me.com/ru
   
3. 
   ГОСТ 30893-2002. Основные нормы взаимозаменяемости. Общие допуски. Допуски формы и расположения поверхностей, не указанные индивидуально (ИСО 2768-2-89)
   
4. 
   Марочник сталей и сплавов. Зубченко А.С.
   
5. 
   Справочник конструктора-машиностроителя (том 1) (2001). Анурьев В.И.
   
6. 
   http://gk-drawing.ru
   
7. 
   http://promtk.com
   
8. 
   Общемашиностроительные нормативы времени вспомогательного, на обслуживание рабочего места и подготовительно-заключительного для технического нормирования. Серийное производство. - М.: Машиностроение, 1974. - 328 с.
   
9. 
   Справочник технолога-машиностроителя. (том 1) (1986). Косилов А.Г.
   

Приложение 1

Чертёж детали выполненный листе формате А3

Приложение 2

Технологический процесс (МК, ОК, КЭ)

1.МК

2.ОК

3.КЭ

Приложение 3.

Чертёж на листе формата А3. Операционные эскизы обработки шпинделя