Азработка технологического процесса обработки ступенчатого вала в условиях серийного производства.

1 этап. Оформить чертеж вала по ЕСКД со всеми размерами и техническими требованиями. По чертежу вала выбрать ТП получения заготовки, обосновать выбор технологических баз, установить последовательность обработки поверхностей заготовки; выбрать способы обработки поверхностей и установить число переходов, исходя из требований к качеству деталей. Оформить маршрутную технологию в виде таблицы с операционными эскизами и указанием технологических баз.

2 этап. Рассчитать припуски на обработку, установить межпереходные размеры и их допуски. Оформить чертеж заготовки. Выбрать инструмент, приспособления, назначить режимы чернового и чистового резания, рассчитать нормы времени при токарной обработке, обеспечить наивысшую производительность и требуемое качество детали; оформить операции, выбрать оборудование и измерительный инструмент; оформить операционную технологическую документацию.

3 этап. Составить и начертить технологическую размерную цепь для линейных размеров ступенчатого вала вашего задания. Назначить допуски составляющих звеньев по IT10. Рассчитать РЦ: номинальное значение, допуск и предельные отклонения замыкающего звена, результаты расчета отразить на чертеже вала. Варианты и условия для выполнения задания представлены в задаче 1. Номер варианта устанавливается преподавателем.

Содержание отчета:

1. Титульный лист.

2. Лист задания: эскиз вала, № варианта, условия.

3. Разработка 1 этапа, чертеж вала по ЕСКД.

4. Разработка 2 этапа, чертеж заготовки.

5. Разработка 3 этапа, чертеж размерной цепи.

6. Список использованной литературы.

7. Оглавление.

Рекомендуемая литература:

1. Справочник технолога-машиностроителя. В 2 т. Т1 / Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К.Мещерякова. М., Машиностроение, 1985. 655 с.

Гл.1. Точность обработки деталей машин. Таблицы точности обработки.

Гл.3. Заготовки деталей машин.

Гл.4. Припуски на механическую обработку.

Гл.5. Проектирование технологических процессов и операций обработки.

2. Справочник технолога-машиностроителя. В 2 т. Т2 / Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К.Мещерякова. М., Машиностроение, 1985. 495 с.

Гл.1. Металлорежущие станки.

Гл.2. Станочные приспособления.

Гл.3. Металлорежущие инструменты.

Гл.4. Режимы резания. Точение.

3. Аверченков В.И. и др. Технология машиностроения. Сборник задач и упражнений. Изд.2., Москва,

Инфра - М, 2006, 285 с.

Технология изготовления валов

Некоторые требования к технологичности валов:

1) Перепады диаметров ступенчатых валов должны быть минимальными. Это позволяет уменьшить объем механической обработки при их изготовлении и сократить отходы металла. По этой причине конструкция вала с канавками и пружинными кольцами технологичнее конструкции вала с буртами.

2) Длины ступеней валов желательно проектировать равными или кратными длине короткой ступени, если токарная обработка валов будет осуществляться на многорезцовых станках. Такая конструкция позволяет упростить настройку резцов и сократить их холостые перемещения.

3) Шлицевые, посадочные (шлифованные) и резьбовые участки валов желательно конструировать открытыми или заканчивать канавками для выхода инструмента. Канавки на валу необходимо задавать одной ширины, что позволит прорезать их одним резцом.

4) Валы должны иметь центровые отверстия. Запись в технических требованиях о недопустимости центровых отверстий резко снижает технологичность вала. В таких случаях следует заметно удлинять заготовку для нанесения временных центров, которые срезают в конце обработки.

Различают несколько схем точения заготовок на станках токарной группы:

1) Одноместная последовательная и параллельная обработка (рис. 1,2).

2) Параллельно-последовательные схемы имеют место при одновременной обработке нескольких поверхностей заготовки и в нескольких позициях последовательно (рис. 3); при этом заготовка или инструменты меняют позиции путем поворота инструментального блока.

3) Многоместные схемы могут осуществляться в двух вариантах:

параллельном (рис. 4) и последовательном (рис. 5). В многоместных схемах с одновременной установкой операционной партии время обработки заготовки определяется путем деления общих затрат времени на число заготовок в операционной партии. На обработку одной заготовки в этом случае приходится меньше времени, чем в случае одноместных схем. В многоместных схемах время часто существенно сокращается за счет времени врезания и сбега инструмента. Время при установке операционной партии несколько возрастет, но на одну заготовку оно значительно меньше, чем в одноместных схемах.

Рис. 1. Одноместная последовательная обработка: а - одним; б - несколькими инструментами.

Рис. 2. Одноместная параллельная обработка.

Рис. 3. Параллельно последовательные схемы обработки одним инструментом.

Рис. 4. Многоинструментальная параллельная обработка.

Рис. 5. Многоинструментальная последовательная обработка.

Типовые маршруты изготовления валов

Рассмотрим основные операции механической обработки для изготовления вала с типовыми конструктивными элементами и требованиями к ним (рис. 6).

Рис. 6. Эскиз вала с типовыми техническими требованиями.

005 Заготовительная.

Для заготовок из проката: рубка прутка на прессе или обрезка прутка на фрезерно-отрезном или другом станке. Для заготовок, получаемых методом пластического деформирования - штамповать или ковать заготовку. При обработке на прутковых токарных автоматах, маршрут начинают с правильной операции.

010 Правильная (применяется для проката).

Правка заготовки на прессе. В массовом производстве может производиться до отрезки заготовки. В этом случае правится весь пруток на правильно-калибровочном станке.

015 Подготовка технологических баз.

Обработка торцов и сверление центровых отверстий. В зависимости от типа производства операцию осуществляют:

– в единичном производстве подрезку торцов и центрование на универсальных токарных станках последовательно за два установа;

– в серийном производстве подрезку торцов раздельно от центрования на продольно-фрезерных или горизонтально-фрезерных станках, а центрование – на одностороннем или двустороннем центровальном станке. Могут применяться фрезерно-центровальные полуавтоматы последовательного действия с установкой заготовки но наружному диаметру) в призмы и базированием в осевом направлении по упору;

– в массовом производстве на фрезерно-центровальных станках барабанного типа, которые одновременно фрезеруют и центруют две заготовки без съема их со станка. Форму и размеры центровых отверстий назначают в соответствии с их технологическими функциями по ГОСТ 14034- 74. Для нежестких валов (отношение длины к диаметру более 12) – обработка шеек под люнеты.

020 Токарная (черновая).

Выполняется за два установа на одной операции или каждый установ выносится как отдельная операция. Производится точение наружных поверхностей (с припуском под чистовое точение и шлифование) и канавок. Это обеспечивает получение точности IT 12, шероховатости Ra = 6,3. В зависимости от типа производства операцию выполняют:

– в единичном производстве на токарно-винторезных станках;

– в мелкосерийном – на универсальных токарных станках с гидросуппортами и станках с ЧПУ;

– в серийном – на копировальных токарных станках, горизонтальных многорезцовых, вертикальных одношпиндельных полуавтоматах и станках с ЧПУ;

– в крупносерийном и массовом – на многошпиндельных многорезцовых полуавтоматах; мелкие валы могут обрабатываться на токарных автоматах.

025 Токарная (чистовая).

Аналогичная приведенной выше. Производится чистовое точение шеек (с припуском под шлифование). Обеспечивается точность IT11 ...10, шероховатость Ra = 3,2.

030 Фрезерная.

Фрезерование шпоночных канавок, шлицев, зубьев, всевозможных лысок. Шпоночные пазы в зависимости от конструкции обрабатываются либо дисковой фрезой (если паз открытый) на горизонтально-фрезерных станках, либо пальцевой фрезой (если паз глухой) на вертикально-фрезерных станках. В серийном и массовом производствах для получения глухих шпоночных пазов применяют шпоночно-фрезерные полуавтоматы, работающие маятниковым методом.

Шлицевые поверхности на валах чаще всего получают методом обкатывания червячной фрезой на шлицефрезерных или зубофрезерных станках. При диаметре шейки вала более 80 мм шлицы фрезеруют за два рабочих хода.

035 Сверлильная.

Сверление всевозможных отверстий.

040 Резьбонарезная.

На закаливаемых шейках резьбу изготавливают до термообработки. Если вал не подвергается закалке, то резьбу нарезают после окончательного шлифования шеек (для предохранения резьбы от повреждений). Мелкие резьбы у термообрабатываемых валов получают сразу на резьбошлифовальных станках. Внутренние резьбы нарезают машинными метчиками на сверлильных, револьверных и резьбонарезных станках в зависимости от типа производств. Наружные резьбы нарезают:

- в единичном и мелкосерийном производствах на токарно-винторезных станках плашками, резьбовыми резцами или гребенками;

- в мелкосерийном и серийном производствах резьбы не выше 7-й степени точности нарезают плашками, а резьбы 6-й степени точности резьбонарезными головками на револьверных и болторезных станках;

- в крупносерийном и массовом производствах – гребенчатой фрезой на резьбофрезерных станках или накатыванием.

045 Термическая.

Закалка объемная или местная согласно чертежу детали.

050 Шлифовальная.

Шейки вала шлифуют на круглошлифовальных (рис. 7) или бесцентрошлифовальных станках. Шлицы шлифуются (рис. 8) в зависимости от центрирования:

- по наружной поверхности - наружное шлифование на круглошлифовальных станках и шлифование боковых поверхностей на шлицешлифовальном полуавтомате одновременно двумя кругами и делением;

- по поверхности внутреннего диаметра - шлифование боковых поверхностей шлицев и шлифование внутренних поверхностей по диаметру, либо профильным кругом одновременно, либо в две операции.

Рис. 7. Схемы круглого наружного шлифования.

Рис. 8. Схемы круглого бесцентрового шлифования

Расчет припусков аналитическим методом при методе автоматического получения размеров (МАПР).

Припуск – слой материала, удаляемый с поверхности заготовки в целях достижения заданных свойств обрабатываемой поверхности детали. Припуск на обработку поверхностей детали может быть назначен по справочным таблицам или на основе расчетно-аналитического метода. Расчётной величиной припуска является минимальный припуск на обработку, достаточный для устранения на выполняемом переходе погрешностей обработки и дефектов поверхностного слоя, полученных на предшествующем переходе и для компенсации погрешностей, возникающих на выполняемом переходе.

Минимальный припуск:

а) при обработке наружных и внутренних поверхностей (двусторонний припуск):

б) при обработке поверхностей вращения в центрах

в) при последовательной обработке противолежащих поверхностей (односторонний припуск)

г) при параллельной обработке

где - высота неровностей профиля по десяти точкам на предшествующем переходе;

– глубина дефектного поверхностного слоя на предшествующем переходе (обезуглероженный или отбеленный слой);

- суммарное отклонение расположения поверхности на предшествующем переходе;

- погрешность установки заготовки на выполняемом переходе.

Отклонение расположения необходимо учитывать у заготовок (под первый технологический переход), после черновой и получистовой обработки лезвийным инструментом.

На основе расчета промежуточных припусков определяют предельные размеры заготовки по всем технологическим переходам. Промежуточные расчётные размеры устанавливают в порядке, обратном ходу технологического процесса обработки этой поверхности. Наименьшие предельные размеры по всем технологическим переходам определяют, округляя их увеличением расчетных размеров до того знака десятичной дроби, с каким дан допуск на размер для каждого перехода. Наибольшие предельные размеры вычисляются путём прибавления допуска к округлённому наименьшему предельному размеру.

Предельные значения припусков определяются как разность наибольших предельных размеров и как разность наименьших предельных размеров предшествующего и выполняемого переходов.

Общие припуски и находят как сумму промежуточных припусков на обработку:

;

;

Правильность расчётов определяются по уравнениям:

;

;

s w:ascii="Cambria Math" w:h-ansi="Times New Roman"/><wx:font wx:val="Times New Roman"/><w:i/><w:sz w:val="28"/><w:sz-cs w:val="28"/></w:rPr><m:t>дет</m:t></m:r></m:sub></m:sSub></m:oMath></m:oMathPara></w:p><w:sectPr wsp:rsidR="00000000"><w:pgSz w:w="12240" w:h="15840"/><w:pgMar w:top="1134" w:right="850" w:bottom="1134" w:left="1701" w:header="720" w:footer="720" w:gutter="0"/><w:cols w:space="720"/></w:sectPr></w:body></w:wordDocument>"> ;

;

Где - допуски размеров на предшествующем переходе;

- допуски размеров на выполняемом переходе;

- допуски на заготовку;

- допуски на деталь.

Пример. Трехступенчатый вал изготавливается из стали 45 методом штамповки кл. точности 2 по ГОСТ 7505-74. Масса заготовки 2 кг. Токарной операции предшествовала операция фрезерно – центровальная, в результате которой были обработаны торцы и выполнены центровые отверстия.

Базирование заготовки при фрезерно – центровальной операции осуществляется по поверхностям и ( ). Шейка с наибольшим диаметром ступени имеет размер мм. Рассчитать промежуточные припуски для обработки шейки аналитическим методом. Рассчитать промежуточные размеры для выполнения каждого перехода.

Решение. Соответственно заданным условиям устанавливаем маршрут обработки ступени :

а) черновое обтачивание;

б) чистовое обтачивание;

в) предварительное шлифование;

г) окончательное шлифование.

Вся указанная обработка выполняется с установкой в центрах.

Заносим маршрут обработки в графу 1 табл. 1. Данные для заполнения граф 2, 3 для штампованной заготовки взяты из [Т1 стр. 186 табл. 12]; для механической обработки – из [Т1 стр. 8,9 табл. 3, 4]. Данные графы 7 для заготовки и механической обработки взяты из [T1 стр. 192 табл. 32, стр. 147 табл. 23].

Расчет отклонений расположения поверхностей штампованной заготовки при обработке в центрах производят по формуле [T1 стр. 178]:

r wsp:rsidR="00000000"><w:pgSz w:w="12240" w:h="15840"/><w:pgMar w:top="1134" w:right="850" w:bottom="1134" w:left="1701" w:header="720" w:footer="720" w:gutter="0"/><w:cols w:space="720"/></w:sectPr></w:body></w:wordDocument>"> мкм,

где - общее отклонение оси от прямолинейности;

– смещение оси в результате погрешности центрования.

Общее отклонение оси от прямолинейности [T1 стр. 177]

мкм

- размер от сечения, для которого определяется кривизна, до ближайшего наружного торца – равен для рассматриваемого случая мм; - удельная кривизна в микрометрах на 1 мм длины (в маршруте предусмотрена правка заготовки на прессе) [T1 стр. 186]; средний диаметр, который необходимо знать для выбора величины , определяется как

мм.

Таблица 1

Припуски и предельные размеры по технологическим переходам для заготовки штамповка

Маршрут обработки поверхности	Элементы припуска, мкм	Расчетные величины	Допуск на выполняемые размеры	Принятые (округленные) размеры заготовки по переходам, мм	Предельные припуск, мкм
	Rz	h	Δ∑	2Zimin, мкм	dmin, мм	Td мкм	dmах, мм	dmin, мм	2Zmax, мм	2Zmin, мм
Штамповка				-	57,252		59,0	57,0	-	-
Точение Черновое 13					55,412		55,86	55,4	3,14	1,6
Чистовое 10			1,36		55,144		55,26	55,14	0,6	0,26
Шлифование Предварительное 8				102,7	55,041		55,087	55,041	0,173	0,099
Окончательное	-	-	-		54,981		55,0	54,981	0,087	0,06
Итого									4,0	2,019

Смещение оси заготовки в результате погрешности центрования

мм

где Т=2,0 мм – допуск на изготовление поковок [Т1, с.147] (Т=1,2+0,8=2,0)

Величину остаточных пространственных отклонений чернового обтачивания определяют по уравнению

мкм

Где – коэффициент уточнения, равный 0,06 [Т1, с.190].

Величину остаточных пространственных отклонений чистового обтачивания рассчитывают по уравнению

мкм

Здесь коэффициент уточнения принимается равным 0,04 [Т1, с.190].

Расчётные величины отклонений расположения поверхностей заносим в графу 4 табл.1.

Минимальные припуски на диаметральные размеры для каждого перехода рассчитываются по уравнению и заносится в графу 5:

а) черновое обтачивание мкм;

б) чистовое обтачивание мкм;

в) предварительное шлифование мкм;

г) чистовое шлифование мкм.

Расчёт наименьших размеров по технологическим переходам начинаем с наименьшего размера детали по конструкторскому чертежу и производим по зависимости в такой последовательности, графа 6:

а) предварительное шлифование 54,981+0,060=55,041 мм;

б) чистовое обтачивание 55,041+0,1027=55,144 мм;

в) черновое обтачивание 55,143+0,268=55,412 мм;

г) заготовка 55,403+1,84=57,252 мм.

Наименьшие расчётные размеры заносим в графу 6 табл.1, наименьшие предельные размеры (округлённые) – в графу 9 табл. 1.

Наибольшие предельные размеры по переходам рассчитываем по зависимости в такой последовательности:

а) окончательное шлифование 54,981+0,019=55,0 мм;

б) предварительное шлифование 55,041+0,046=55,087 мм;

в) чистовое обтачивание 55,14+0,12=55,26 мм;

г) черновое обтачивание 55,40+0,46=55,86 мм;

д) заготовка 57,0+2,0=59 мм.

Результаты расчётов заносим в графу 8 табл. 1.

Фактические минимальные и максимальные припуски по переходам рассчитываем в такой последовательности.

Максимальные припуски: 55,087-55,0=0,087 мм; 55,260-55,087=0,173 мм; 55,86 – 55,260 = 0,6 мм; 59,0 – 55,86 = 3,14 мм.

Минимальные припуски: 55,041 – 54,981 = 0,06 мм; 55,140 – 55,041 = 0,099 мм; 55,40 – 55,14 = 0,26 мм; 57,00 – 55,40 = 1,6 мм.

Результаты расчётов заносим в графы 10 и 11 табл.1.

Определяем общие припуски: общий наибольший припуск

Общий наименьший припуск

Правильность расчётов проверяем по уравнению

Задача 1. Четырёхступенчатый вал изготавливается из стали 45 из штампованной заготовки класса точности 5Т по ГОСТ 7505-89, выполняемой на молотах. Рассчитать припуски и промежуточные размеры по переходам. Ориентировочно принять: масса заготовки равна 1,15…1,2 массы вала. Припуски рассчитать по и . Данные к задаче приведены в таблице 2 и на рисунке к задаче 1.

Таблица 2

Вариант	Диаметры шеек вала, мм	L, мм	Длина ступеней вала, мм
		50n6	40n6
		65g6	55g6
		40h6	30h6
		75f7	60f7
		45k6	35k6
		80m6	70m6
		60d8	50d8
		90u7	80u7
		55j6	45j6
		75s6	65s6
		60f7	50f7
		35h6	30h6
		50n6	45n6
		60n6	50n6
		65j7	40j7
		70f6	50f6
		55s7	35s7
		90m7	70m7
		75m7	70m7
		55m7	45m7
		45j7	35j7
		50s7	45s7
		75f8	65f8
		80h6	75h6
		60n7	50n7
Вариант	Диаметры шеек вала, мм	L, мм	Длина ступеней вала, мм
		90h6	70h6
		50g6	40g6
		60k6	55k6
		80k7	65k7
		55h7	45h7
		80f8	65f8
		85k6	75k6
		55f6	40f6
		65k6	60k6

Рисунок к задаче 1.