Структура и содержание дипломной работы на тему «Технологический процесс изготовления вала»

Дипломная работа по технологии машиностроения — это не просто теоретический трактат, а комплексная квалификационная задача, требующая от будущего инженера системного и междисциплинарного подхода. Главная цель такой работы — разработать оптимальный и экономически обоснованный технологический процесс изготовления конкретной детали. В качестве примера мы рассмотрим классическую задачу — проектирование технологии изготовления вала.

В этой статье мы последовательно разберем все ключевые этапы, которые формируют структуру дипломного проекта. Вы получите своего рода «дорожную карту», которая проведет вас от анализа чертежа детали и выбора заготовки до расчета режимов резания, экономического обоснования и финального оформления работы. Этот путь позволит превратить сложную академическую задачу в понятный и управляемый процесс.

Как провести всесторонний анализ исходной детали

Любой технологический проект начинается с фундамента — глубокого анализа исходной детали. Этот раздел является аналитической основой всей дипломной работы, поскольку именно выводы, сделанные здесь, будут диктовать все последующие инженерные решения. Первым шагом является изучение служебного назначения детали.

Вал — это деталь, предназначенная для передачи вращающего момента и поддержания вращающихся частей. Валы могут быть гладкими, ступенчатыми, полыми или коленчатыми. Анализ их конструкции позволяет определить ключевые рабочие поверхности, требования к точности их расположения, материалу и качеству.

Далее следует оценить технологичность конструкции. Это понятие определяет, насколько конструкция детали приспособлена к изготовлению с минимальными затратами. Необходимо проанализировать все конструктивные элементы: уступы, канавки для выхода инструмента, шлицевые пазы, лыски, отверстия. Наличие сложных, труднодоступных для обработки элементов может существенно усложнить технологический процесс. Именно на этом этапе закладывается основа для будущего выбора заготовки, методов ее обработки, необходимого оборудования и оснастки.

Обоснование выбора заготовки как фундамент будущего техпроцесса

Выбор заготовки — это первое ключевое инженерно-экономическое решение в проекте. От него напрямую зависят объем последующей механической обработки, расход материала и, как следствие, итоговая себестоимость изделия. Задача инженера — найти оптимальный вариант, который минимизирует припуски на обработку.

Для детали типа «вал» обычно рассматривают несколько основных методов получения заготовки:

• Горячекатаный прокат (круг). Наиболее простой и дешевый вариант, но с большими припусками на обработку и низким коэффициентом использования материала. Подходит для мелкосерийного производства.
• Поковка. Получается методом ковки или штамповки. Форма такой заготовки ближе к форме готовой детали, что значительно сокращает отходы материала в стружку. Этот метод целесообразен в серийном и крупносерийном производстве.
• Литье. Для валов применяется редко, в основном для деталей сложной формы или из специфических сплавов.

Выбор материала также должен быть строго обоснован. Для валов чаще всего применяют конструкционные углеродистые и легированные стали, например, Сталь 45 или Сталь 40Х. Выбор конкретной марки зависит от требований к прочности, износостойкости и способности материала воспринимать последующую термическую обработку (закалку, отпуск). Таким образом, правильный выбор заготовки является фундаментом для построения эффективного и экономичного техпроцесса.

Проектирование маршрута обработки от черновой до финишной операции

Разработка технологического маршрута — это ядро всей технологической части дипломной работы. Здесь необходимо выстроить логически верную последовательность операций, которая обеспечит превращение заготовки в готовую деталь с заданными параметрами точности и качества поверхности. Главный принцип построения маршрута — переход от грубых, черновых методов обработки к точным, финишным.

Типовой маршрут изготовления вала выглядит следующим образом:

1. Заготовительные операции. Включают в себя резку проката на мерные заготовки и операцию центрования торцов для установки в центрах станка.
2. Черновая токарная обработка. На этом этапе с заготовки снимается основной слой припуска, формируются ступени вала с большими допусками.
3. Чистовая токарная обработка. Производится подготовка поверхностей под последующие финишные операции, прорезаются канавки, снимаются фаски.
4. Фрезерные операции. Если конструкция вала предусматривает шпоночные пазы или лыски, они выполняются на фрезерных станках.
5. Термическая обработка. Для придания необходимых механических свойств (твердости, прочности) вал подвергается закалке и отпуску.
6. Финишные операции. К ним относятся шлифование и, при необходимости, полировка. Эти операции позволяют достичь высокой точности размеров и требуемой шероховатости рабочих поверхностей, например, шеек под подшипники.

Каждая операция в маршруте должна быть обоснована с точки зрения ее необходимости и места в общей последовательности. Именно такой системный подход обеспечивает постепенное достижение всех требований конструкторской документации.

Ключевой этап, или Как выполнить расчет режимов резания

Расчет режимов резания — один из самых сложных, но и самых важных разделов дипломной работы. Его цель — найти ту «золотую середину» между максимальной производительностью, требуемым качеством обработанной поверхности и приемлемой стойкостью режущего инструмента. Неверно рассчитанные режимы могут привести либо к преждевременному износу инструмента и браку, либо к неоправданно долгой и дорогой обработке.

Расчет базируется на трех «китах» — основных параметрах режима резания:

• Глубина резания (t, мм): толщина слоя металла, срезаемого за один проход.
• Подача (S, мм/об): величина перемещения инструмента за один оборот заготовки.
• Скорость резания (V, м/мин): окружная скорость на обрабатываемой поверхности детали.

Существует два основных подхода к их определению. Статистический (или нормативный) заключается в выборе режимов по готовым таблицам из справочников. Аналитический — в расчете по эмпирическим формулам, учитывающим множество факторов: материал заготовки и его твердость, материал и геометрию режущего инструмента, мощность и жесткость станка, требуемую шероховатость. В дипломной работе, как правило, требуется продемонстрировать именно аналитический расчет для нескольких ключевых операций.

Подбор необходимого технологического оснащения для производства

После того как технологический маршрут разработан, а режимы резания рассчитаны, наступает этап подбора конкретного оборудования и оснастки. Этот выбор не является произвольным — он напрямую диктуется ранее принятыми решениями. Рассчитанные силы резания и мощность определяют требования к станку, а заданная точность — к его классу и состоянию.

Выбор технологического оснащения включает в себя несколько групп:

• Основное оборудование: металлорежущие станки. Например, для токарной обработки вала может быть выбран универсальный токарно-винторезный станок, а для серийного производства — станок с ЧПУ.
• Технологическая оснастка: приспособления для установки и закрепления заготовки (например, трехкулачковый патрон, станочные центры) и инструмента.
• Режущий инструмент: подбирается для каждой операции (проходные и подрезные резцы, сверла, фрезы, шлифовальные круги) с учетом материала заготовки и инструмента.
• Измерительный инструмент: необходим для контроля качества на всех этапах (штангенциркуль, микрометр для контроля диаметров, индикатор для проверки биений).

Грамотный подбор оснащения — это гарантия того, что разработанный технологический процесс будет реализуем на практике и обеспечит требуемое качество детали.

Экономическое обоснование эффективности разработанного процесса

Любое инженерное решение в конечном счете должно быть экономически целесообразным. Дипломный проект — это не только техническая, но и экономическая задача, и данный раздел служит доказательством рентабельности предложенного вами технологического процесса.

Центральной задачей здесь является расчет себестоимости изготовления детали. Он складывается из нескольких ключевых составляющих:

• Затраты на основной материал (стоимость заготовки за вычетом стоимости отходов).
• Заработная плата основных производственных рабочих.
• Амортизационные отчисления на используемое оборудование.
• Расходы на режущий и вспомогательный инструмент.
• Затраты на электроэнергию.

В этом разделе вы должны наглядно показать, как принятые ранее технологические решения влияют на итоговую цифру. Например, выбор более точной заготовки (поковки вместо проката) увеличивает ее начальную стоимость, но резко снижает затраты на материал (за счет уменьшения стружки), зарплату (за счет сокращения времени обработки) и амортизацию. Таким образом, вы доказываете, что ваш проект эффективен не только технически, но и финансово.

Вопросы охраны труда и безопасности на производственном участке

Раздел по охране труда и технике безопасности является обязательной и неотъемлемой частью дипломной работы. Он подчеркивает ответственность будущего инженера не только за технологию и экономику, но и за жизнь и здоровье людей, работающих на производстве. Игнорирование этих вопросов недопустимо.

Структура этого раздела обычно включает анализ потенциальных опасностей и разработку мер по их предотвращению. Для участка механической обработки необходимо рассмотреть следующие риски:

• Механические опасности: движущиеся части станков, патроны, вращающийся инструмент и заготовки, отлетающая стружка.
• Электрическая безопасность: исправность электрооборудования и заземления.
• Вредные производственные факторы: воздействие смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ), шум, вибрация.

На основе анализа разрабатываются конкретные мероприятия: требования к ограждениям, индивидуальным средствам защиты (очки, спецодежда), организации рабочего места, а также к общей производственной среде — освещению, вентиляции и противопожарной безопасности.

Как сформулировать выводы и подготовить работу к защите

Заключение — это не формальность, а концентрированное изложение итогов всей проделанной работы. Оно должно содержать четкие ответы на цели и задачи, которые были сформулированы во введении. Хорошее заключение не содержит «воды» и общих фраз, а оперирует конкретными результатами вашего проекта.

В выводах следует кратко перечислить главные достижения:

В ходе выполнения дипломной работы был разработан технологический процесс изготовления детали «Вал». Были решены следующие задачи: проведен анализ технологичности конструкции, обоснован выбор материала и заготовки, спроектирован технологический маршрут, выполнен расчет режимов резания для ключевых операций, подобрано необходимое оборудование и оснастка. Экономический расчет подтвердил эффективность предложенных решений.

После написания текста необходимо подготовить финальный пакет документов. Убедитесь, что у вас есть:

• Правильно оформленный титульный лист.
• Содержание (оглавление).
• Список использованной литературы.
• Приложения, включающие графическую часть (чертежи детали, заготовки, схемы наладки) и технологическую документацию (маршрутные и операционные карты).

Именно такая полная и грамотно оформленная работа демонстрирует вашу квалификацию как инженера, готового к решению реальных производственных задач.

Список использованной литературы

1. Андрес А. А., Потапов Н. М., Шулешкин А. В. Проектирование заводов и механосборочных цехов в автотракторной промышленности. – М.: Машиностроение, 1982. – 271 с.
2. Афонькин М. Г., Магницкая М. В. Производство заготовок в машиностроении. — Л.: Машиностроение, 1987. – 255 с.
3. Балабанов А. Н. Краткий справочник технолога-машиностроителя. — М: Издательство стандартов, 1992. – 464 с.
4. Бобровников Г..А Сборка в машиностроении с применением таблицы по деталям машин. М., Мшиностроение, 1978г.
5. Колодонов И. Н., Макаров В. Д., Цыганов В. В. Методические указания к выполнению курсового проекта «Организация работы производственных участков машино-строительных предприятий». – СПб.: СЗТУ, 2002. – 92 с.
6. Корчагина Р. Л., Фролова З. А. Экономическое обоснование технологических решений: Учебное пособие. – СПб.: Балт. гос. техн. ун-т, 2001. – 207 с.
7. Экономика предприятия./Под об. ред. А. Ф. Федосеенко. – Минск: Высш. школа, 1985. – 288 с.
8. Локтева С. Е. Станки с программным управлением и промышленные роботы. – М.: Машиностроение, 1986. – 320 с.
9. Марочник сталей и сплавов./Под ред. В. Г. Сорокина. – М.: Машиностроение, 1976. – 654 с.
10. Мосталыгин Г. П., Толмачевский Н. Н. Технология машиностроения. – М.: Машиностроение, 1990. – 288 с.
11. Общемашиностроительные нормы времени для технического нормирования. Серийное производство. – М.: Машиностроение, 1984. – 225 с.
12. Основы технологии машиностроения: методические указания к выполнению курсовой работы. – СПб.: СЗПИ, 1998. – 45 с.
13. Основы технологии машиностроения: письменные лекции./ Бородянский В. И., Ганзбург Л. Б., Клевцов В. А. и др. – СПб.: СЗПИ, 2000. – 147 с.
14. Охрименко Я. М. Технология кузнечно-штампового производства. М.: Машиностроение, 1966. – 599 с.
15. Панкрухин А. П. Маркетинг: Учебник – М.: Институт международного права и экономики им. Грибоедова, 1999. – 398 с.
16. Проектирование производственных участков машиностроительных предприятий: учебное пособие./И. М. Ткалин, В. Л. Челышев, В. Д. Макаров. – СПб.: СЗПИ, 1997. – 30 с.
17. Справочная книга по охране труда в машиностроении. /Г. В. Бектобеков, Н. Н. Борисова, В. И. Коротков и др.; Под общ. ред. О. Н. Русака. – Л.: Машиностроение, 1989. – 541 с.
18. Справочник технолога- машиностроителя. В 2-х т. Т. 1 /Под ред. А. Г. Косиловой и Р. К. Мещерякова.- 4-е изд., перераб. и доп.- М.: Машиностроение, 1986.
19. Справочник технолога- машиностроителя. В 2-х т. Т. 2 /Под ред. А. Г. Косиловой и Р. К. Мещерякова.- 4-е изд., перераб. и доп.- М.: Машиностроение, 1985.
20. Технологичность конструкции. Под ред. Афанасьева. М., Машиностроение, 1969г.
21. Технология машиностроения: методические указания к выполнению контрольной работы. /Бородянский В. И., Клецков В. А., Лысов А. А., Помпеев К. П. – СПб.: СЗПИ, 1997. – 50 с.
22. Технология машиностроения: методические указания к выполнению курсового проекта./ Бородянский В. И., Ганзбург Л. Б., Лысов А. А., Помпеев К. П. – СПб.: СЗПИ, 1998, — 22 с.
23. Торговников Б. М., Табачник В. Е., Ефанов Е. М. Проектирование промышленной вентиляции: справочник. – Киев: Будивельник, 1983. – 256 с.
24. Проектирование производственных участков машиностроительных предприятий: учебное пособие./И. М. Ткалин, В. Л. Челышев, В. Д. Макаров. – СПб.: СЗПИ, 1997. – 30 с.
25. Технологическая оснастка производства. Макаров В.А. М.,1983-354 с.
26. Маслов А.Е. Пичужкин С.А Проектирование технологических проспособлений. М.: Машиностроение, 1990. – 768 с.
27. Ярош С.В Экономика на предприятии. М. Машиностроение,1977.- 234
28. Худобин Л.В., Бердичевский Е.Г. Техника применения смазочно-охлаждающих средств в металлообработке. М., Машиностроение, 1986.- 265 с.
29. Гельфгат Ю.И. Сборник задач и упражнений по технологии машиностроения: Учебное пособие для машиностр. техникумов. — 2-е издание — М. Высшая школа, 1986 .
30. Горошкин А.К. Приспособления для металлорежущих станков. Справочник. 7-е изд. М.: Машиностроение, 1979.
31. Данилевский В.В., Гельфгат Ю.И. Лабораторные работы и практические занятия по технологии машиностроения: Учебное пособие для машиностроительных специальных техникумов. — 2-е издание — М. Высшая школа, 1988.
32. Добрыднев И.С. Курсовое проектирование по предмету ""Технология машиностроения"". Учебное пособие. М.: Машиностроение. 1985.
33. Дьячков В.Б., Кабатов Н.Ф., Носимов М.У. ""Специальные металлорежущие станки общемашиностроительного применения"". Справочник. М.Машиностроение, 1983
34. Единая система конструкторской документации (ЕСКД). Основные по-ложения. (ГОСТ 2.105-79). Издание официальное. Издательство стандартов. М., 1984.
35. Единая система технологической документации (ЕСТД). (ГОСТ 3.1001-81…3.1120-83). Издание официальное. Издательство стандартов. М. 1983.
36. Краткий справочник металлиста / Под ред. П.Н. Орлова и Е.А. Скороходова, Изд. 3-е. М.: Машиностроение, 1986.
37. Козловский Н.С., Виноградов А.Н. Основы стандартизации, допуски, посадки и технические измерения: Учебник для учащихся техникумов. — 2-е изд. — М.: Машиностроение, 1982.
38. Конструкционные материалы: Справочник / Б.Н. Арзамасов, В.А. Брострем и др.; Под общ. ред. Б.Н. Арзамасова — М. Машиностроение, 1990.
39. Кузнецов Ю.И., Маслов А.Р., Байков А.Н. Оснастка для станков с ЧПУ: Справочник. — 2-е издание — М.: Машиностроение, 1990.