4 Проектирование технологического процесса изготовления вала

4.1 Краткая характеристика детали, выбор и определение размеров заготовки

Вал из стали 45 ГОСТ 1050-88 предназначен для передачи вращающего момента от электродвигателя к прямозубой фрезе. Он представляет собой деталь ступенчатой формы с тремя пазами под шпонки. По длине детали имеется два центровых отверстия 3,15 мм. (см. карту эскизов 20.1.41). Количество деталей в партии – 1 штука. [11]

Материалом для изготовления вала является горячекатаная сталь круглого профиля обычной точности по ГОСТ 2590-71 (НВ = 197, _в = 750 МПа).

Максимальный диаметр вала 26 мм, общая длина 965 мм; припуск на диаметр выбирается в зависимости от отношения длины (L) к диаметру (D). Поскольку L/D = 915/26= 35,2, то диаметр проката должен составлять 32 мм. В соответствии с ГОСТ 2590-71 прокат такого диаметра выпускается с предельными отклонениями: верхнее +0,4; нижнее -0,6. Припуск на черновое подрезание торцов – 2 ∙ 3,5= 7 мм. Припуск на чистовое подрезание торцов – 2 ∙ 1,2= 2,4 мм. Тогда общая длина заготовки должна быть:

L= 965 + 7 + 2,4= 974,4мм.

Предельные отклонения по 14 квалитету составляют 2,2 мм.

Масса заготовки определяется следующим образом. Масса 1 м стали 32 мм составляет 6,313 кг, тогда масса прутка длиной 974,4 мм будет равна

m_з = 6,313 · 0,9744  5,84 кг.

4.2 Выбор технологического маршрута изготовления вала, оборудования и технологической оснастки

Для изготовления штуцера необходимо выполнить две операции – токарную (005), фрезерную (015).

Токарная операция выполняется на станке 1К62; технологическая оснастка: установка и закрепление заготовки осуществляется в трехкулачковом самоцентрирующемся патроне – патрон 7100-009 ГОСТ 2675-80; для поддержания второго конца обрабатываемой заготовки применяется задняя бабка с центром станочным вращающимся типа А – центр А-1-4-H ГОСТ 8742-72; режущий инструмент – сверло центровочное А 3,15 ГОСТ 14952-75; резец проходной отогнутый правый с пластиной из твердого сплава – резец 2102-0055 Т15К6 ГОСТ 18877-73; резец проходной упорный с пластиной из твердого сплава – резец 2103-0057 Т15К6 ГОСТ 18880-73; средство измерения – штангенциркуль ШЦ-2-160-0,05 ГОСТ 166-80, микрометр МК 0-25 ГОСТ 6507-78 [12]

Фрезерная операция выполняется на станке 6М13П; технологическая оснастка: делительная головка УДГ-200; задняя бабка; люнет; режущий инструмент: фреза шпоночная 6-1 ГОСТ 9140-78; фреза шпоночная 8-1 ГОСТ 9140-78; средство измерения – штангенциркуль ШЦ-1-125 0,1 ГОСТ 166-80.

4.3 Выбор режимов резания и нормирование токарной операции – 005

Норма времени на любую операцию определяется по формуле:

Т_н = Т_о + Т_в + Т_д + (Т_п.з./n), мин (4.1)

где Т_о – основное время, мин.;

Т_в – вспомогательное время, мин.;

Т_д – дополнительное время, мин.;

Т_п.з. – подготовительно-заключительное время, мин.;

n – количество деталей в партии, n = 1 шт.

Подготовительно-заключительное время назначается один раз на всю операцию, в данном случае: Т_п.з. = 9 мин.[11]

Переход 1. Установить, закрепить и снять заготовку (см. карту эскизов 20.1.41 к операции 005, 1^й лист).

Вспомогательное время на переход зависит от способа установки, характера выверки и массы заготовки. Т_ву = 1,75 мин.

Переход 2. Подрезать торец предварительно. Глубина резания t = 3,5 мм, число рабочих ходов i = 1. Подача выбирается в зависимости от характера обработки: S_т = 0,15…0,25 мм/об. [13]

Согласно паспортным данным станка принимается S_ф = 0,23 мм/об.

В зависимости от глубины резания и подачи назначается скорость резания, V_т = 194 м · мин^-1. Данное значение скорости резания корректируется в зависимости от марки обрабатываемого материала (К_м), характера заготовки и состояния ее поверхности (К_х), марки режущей части резца (К_мр) и применения охлаждения (К_ох). Назначаем К_м = 1,0; К_х = 0,9; К_мр = 1,0; К_ох = 1,0. Корректирование заключается в умножении на поправочные коэффициенты:

V_р = V_т · К_м · К_х · К_мр · К_ох = 194 · 1,0 · 0,9 · 1,0 · 1,0 = 174,4 м · мин^-1 (4.2)

По расчетной скорости резания определяется расчетная частота вращения шпинделя:

n_р = (V_р · 1000)/ · D, (4.3)

где D – максимальный диаметр заготовки на данном переходе, мм.

n_р = (174,4 · 1000)/3,14 · 32 = 1735 мин^-1.

Согласно паспортным данным станка принимается n_ф = 1600 мин^-1. [11]

Вспомогательное время на переход Т_В2 = 0,2 мин.

Основное время определяется по формуле:

Т_о = (L · i)/(n_ф · S_ф), мин (4.4)

где L – расчетная длина хода режущего инструмента, мм;

i – количество рабочих ходов, шт.;

n_ф – фактическая частота вращения заготовки, мин^-1;

S_ф – фактическая подача режущего инструмента, мм/об.

L = D/2 + У, мм (4.5)

где D – диаметр заготовки, мм;

У – величина врезания и перебега, мм.

D = 32 мм; У = 2 мм; поскольку при подрезке торца перебега нет, то принимается У = 3 мм.

Т_О2 = [(32/2 + 3) · 1]/(1600 · 0,23) = 0,052 мин.

Переход 3. Подрезать торец окончательно.

t = 1,2 мм. S_т = 0,15…0,25 мм/об.; S_ф = 0,15 мм/об.; i = 1; V_т = 220 м · мин^-1; V_р = 220 · 0,9 = 198 м · мин ^–1;

n_р = 198 · 1000/3,14 · 32 = 1970 мин^-1 ; n_ф = 1600 мин^-1;

Т_В3 = 0,2 мин. Т_О3 = (32/2 + 1)/(1600 · 0,15) = 0,07 мин.

Переход 4. Сверлить центровое отверстие ø3,15мм, выдерживая размер 1.

Переход осуществляется на частоте вращения предыдущего перехода n = 1600 мин^-1; подача ручная; t = 3,15/2 = 1,57 мм.

Т_В4 = 0,6 мин. Т_О4 = 0,08 мин.

Переход 5. Переустановить заготовку (см. карту эскизов 20.1.41.).

Т_В5 = 1,06 мин.

Переход 6. Точить поверхность, выдерживая размеры 2 и 3.

Припуск на обработку составляет Z_M = 32 – 26 = 6 мм. Количество рабочих ходов i = 2; t = Z_M /(i · 2) = 6/2 · 2 = 1,5 мм; S_Т = 0,4…0,5 мм/об.; S _ф = 0,47 мм/об.; V_Т = 200 м · мин^-1; V_р = 200 · 0,9 = 180 м · мин^-1; n_р = (180 · 1000)/(3,14 · 32) = 1791 мин^-1; n_ф= 1600 мин^-1.

Т_В6 = 0,5 мин.

У = 4; поскольку перебега нет, то У = 3,5 мм.

Т_О6 = [(500 + 3,5) · 2]/(1000 · 0,47) = 2,52мин.

Переход 7. Точить поверхность, выдерживая размеры 4 и 5.

Припуск на обработку составляет Z_M = 26 – 22 = 4 мм. Количество рабочих ходов i = 2; t = Z_M /(i · 2) = 4/(2 · 2) = 1мм; S_Т = 0,3…0,4 мм/об.; S _ф = 0,3 мм/об.; V_Т = 220 м · мин^-1; V_р = 220 · 0,9 = 198 м · мин^-1; n_р = (198 · 1000)/(3,14 · 26) = 2426 мин^-1; n_ф= 2000 мин^-1.

Т_В7 = 0,5 мин.

У = 4; поскольку перебега нет, то У = 2,5 мм.

Т_О7 = [(85 + 2,5) · 2]/(1000 · 0,3) = 0,58 мин.

Переход 8. Снять фаску 145.

Переход выполняется на частоте вращения предыдущего перехода, подача ручная, глубина резания переменная.

Т_В8 = 0,07 мин.; Т_О8 = 0,08 мин.

Переход 9. Переустановить заготовку (см. карту эскизов 20.1.41.).

Т_В9 = 1,06 мин.

Переход 10. Подрезать торец предварительно.

Содержание и режимы перехода соответствуют переходу 2.

Т_В10 = 0,2 мин. Т_О10 = 0,052 мин.

Переход 11. Подрезать торец окончательно.

Содержание и режимы перехода соответствуют переходу 3.

Т_В11 = 0,2 мин. Т_О11 = 0,07 мин.

Переход 12. Сверлить центровое отверстие ø3,15мм, выдерживая размер 1. [11]

Переход осуществляется на частоте вращения предыдущего перехода n = 1600 мин^-1; подача ручная; t = 3,15/2 = 1,25 мм.

Т_В12 = 0,6 мин. Т_О12 = 0,08 мин.

Переход 13. Переустановить заготовку (см. карту эскизов 20.1.41.).

Т_В13 = 1,06 мин.

Переход 14. Точить поверхность, выдерживая размеры 6 и 7.

Припуск на обработку составляет Z_M = 32 – 26 = 6 мм. Количество рабочих ходов i = 2; t = Z_M /(i · 2) = 6/2 · 2 = 1,5 мм; S_Т = 0,4…0,5 мм/об.; S _ф = 0,47 мм/об.; V_Т = 200 м · мин^-1; V_р = 200 · 0,9 = 180 м · мин^-1; n_р = (180 · 1000)/(3,14 · 32) = 1791 мин^-1; n_ф= 1600 мин^-1.

Т_В6 = 0,5 мин.

У = 4; поскольку перебега нет, то У = 3,5 мм.

Т_О14 = [(475 + 3,5) · 2]/(1000 · 0,39) = 2,09 мин.

Переход 15. Точить поверхность, выдерживая размеры 8 и 9.

Припуск на обработку составляет Z_M = 26 – 22 = 4 мм. Количество рабочих ходов i = 2; t = Z_M /(i · 2) = 4/(2 · 2) = 1мм; S_Т = 0,3…0,4 мм/об.; S _ф = 0,3 мм/об.; V_Т = 220 м · мин^-1; V_р = 220 · 0,9 = 198 м · мин^-1; n_р = (198 · 1000)/(3,14 · 26) = 2426 мин^-1; n_ф= 2000 мин^-1.

Т_В7 = 0,5 мин.

У = 4; поскольку перебега нет, то У = 2,5 мм.

Т_О15 = [(65 + 2,5) · 2]/(1000 · 0,3) = 0,483 мин.

Переход 16. Снять фаску 145.

Переход выполняется на частоте вращения предыдущего перехода, подача ручная, глубина резания переменная.

Т_В16 = 0,07 мин.; Т_О16 = 0,08 мин.

Вспомогательное время на операцию определяется из выражения: [11]

(4.6)

где Т_Вi – вспомогательное время i-го перехода.

Т_В = 1,75 + 0,2 + 0,2 + 0,6 + 1,06 + 0,5 + 0,5 + 0,07 + 1,06 + 0,2 + 0,2 + 0,6 + 1,06 + 0,5 + 0,5 + 0,07 = 9,07 мин.

Основное время на операцию определяется из выражения

(4.7)

где Т_Оi – основное время на выполнение i-го перехода.

Т_О = 0,052 + 0,07 + 0,08 + 2,52 + 0,58 + 0,08 + 0,052 + 0,07 + 0,08 + 2,09 + 0,483 + 0,08= 6,68мин.

Дополнительное время на операцию

Т_Д = (Т_Оп · К)/100, мин. (4.8)

где Т_Оп – оперативное время, мин.;

К – процентное соотношение дополнительного времени к оперативному, для токарной операции К = 8 %.

Т_Оп = Т_В + Т_О = 9,07 + 6,68 = 15,75 мин;

Т_Д = (15,75 · 8)/100 = 1,2 мин.

Штучное время

Т_шт = Т_В + Т_О + Т_Д = 9,07 + 6,68 + 1,2 = 16,55 мин. (4.9)