Разработка технологического процесса изготовления детали типа ‘Ось’ в рамках курсового проекта

Введение, где мы определяем цели и задачи курсового проекта

В основе современного машиностроения лежит понятие технологического процесса — четко определенной последовательности действий по изменению формы, размеров или свойств заготовки для получения готовой детали. Разработка таких процессов является ключевой задачей инженера, направленной на обеспечение требуемого качества продукции при наименьшей себестоимости. Постоянное совершенствование технологий — это двигатель развития всей промышленности.

Курсовой проект по технологии машиностроения — это не просто абстрактное учебное задание, а полноценная симуляция реальной инженерной работы. Он требует от студента системного подхода и умения применять теоретические знания на практике. В рамках этого руководства мы пошагово разберем этот процесс.

Главная цель нашего проекта — разработать оптимальный технологический процесс изготовления детали «Ось», который гарантирует соответствие всем требованиям чертежа при максимальной экономической эффективности. Для достижения этой цели нам предстоит решить несколько ключевых задач:

• Проанализировать служебное назначение и конструкцию детали.
• Выбрать наиболее подходящий тип заготовки и рассчитать припуски.
• Спроектировать маршрут обработки и детально разработать ключевые операции.
• Произвести необходимые расчеты режимов резания и норм времени.
• Сформировать итоговый комплект технологической документации.

Анализ служебного назначения и технологичности конструкции детали ‘Ось’

Первый шаг в проектировании — это глубокое понимание объекта нашей работы. Деталь типа «Ось» является одним из самых распространенных элементов в машиностроении. Ее основное служебное назначение — служить опорой для вращающихся частей механизмов или передавать крутящий момент. Конструктивно она представляет собой тело вращения, часто со ступенчатыми переходами диаметров, посадочными поверхностями для подшипников или шкивов, а также может включать дополнительные элементы, такие как шпоночные пазы, лыски или отверстия.

Для нашего примера в качестве материала используется сталь 25Х13Н2 — это коррозионностойкая сталь мартенситного класса. Выбор этого материала продиктован высокими требованиями к прочности и способности работать в агрессивных средах, однако его механические свойства также влияют на обрабатываемость, требуя тщательного подбора режимов резания и инструмента.

Ключевым понятием на этом этапе является технологичность конструкции — это совокупность свойств детали, которые определяют ее приспособленность к изготовлению с минимальными затратами. Анализируя чертеж «Оси», мы можем сделать вывод о ее высокой технологичности: она удобна для обработки на токарных станках, имеет простые геометрические формы. Однако, особое внимание следует уделить поверхностям с высокими требованиями к точности и шероховатости — именно они будут определять выбор финишных операций, например, шлифования. Понимание этих нюансов позволяет заранее выявить потенциальные сложности и заложить правильные решения в будущий технологический маршрут.

Как выбрать заготовку и рассчитать припуски на обработку

Выбор заготовки является одним из важнейших экономических и технологических решений в проекте. От ее формы и размеров напрямую зависит объем последующей механической обработки, расход материала и, как следствие, себестоимость детали. Существует несколько основных способов получения заготовок для деталей типа «Ось»:

• Сортовой прокат. Наиболее распространенный и экономически выгодный вариант для серийного производства. Представляет собой пруток заданного диаметра, который требует удаления значительного слоя металла.
• Поковка. Заготовка, полученная методом ковки или штамповки. Ее форма уже приближена к форме готовой детали, что значительно сокращает отходы материала в стружку и время обработки. Этот метод целесообразен в крупносерийном и массовом производстве.
• Литье. Для осей применяется редко, в основном для деталей сложной формы, не несущих высоких динамических нагрузок.

Для нашего случая, серийного производства, оптимальным выбором будет сортовой прокат. Это решение обеспечивает хороший баланс между стоимостью самой заготовки и затратами на ее последующую обработку. После выбора метода получения заготовки необходимо рассчитать припуски на обработку — это слой металла, который нужно удалить, чтобы получить точные размеры и требуемое качество поверхности.

Расчет припусков — это пошаговый процесс. Для каждой обрабатываемой поверхности определяется общий припуск, который затем распределяется между операциями (например, черновая, чистовая, шлифовальная). Расчет ведется от размеров готовой детали в обратном порядке, последовательно добавляя припуски для каждой технологической операции. Правильно рассчитанные припуски гарантируют, что после всех этапов обработки мы получим деталь, соответствующую чертежу, и при этом не потратим лишнее время и инструмент на снятие избыточного металла.

Проектирование маршрута обработки, или последовательность наших действий

Когда заготовка выбрана, наша задача — составить «дорожную карту» ее превращения в готовую деталь. Этот план называется маршрутной технологией или маршрутом обработки. Он представляет собой логически выстроенную последовательность технологических операций. Правильный порядок операций критически важен, так как он обеспечивает постепенное достижение требуемой точности и качества.

Для детали «Ось» типичный маршрут обработки выглядит следующим образом:

1. Заготовительная операция: Резка сортового проката на мерные заготовки.
2. Токарная черновая операция: Снятие основной части припуска, формирование ступеней вала с грубыми размерами. На этом этапе снимаются внутренние напряжения в металле.
3. Токарная чистовая операция: Обработка поверхностей до размеров, близких к финальным, с обеспечением необходимой точности формы и расположения.
4. Вспомогательные операции (при необходимости): Фрезерование шпоночных пазов или лысок, сверление отверстий.
5. Шлифовальная операция: Финишная обработка наиболее точных посадочных поверхностей (шеек) для достижения низкой шероховатости и высокого квалитета точности.
6. Контрольная операция: Проверка всех размеров, допусков и параметров качества, указанных на чертеже.

Обоснование такой последовательности простое: мы движемся от грубых, «силовых» операций к точным, финишным. Невозможно получить высокую точность шлифованием, если предварительно на токарной операции не были обеспечены правильная геометрия и базы. Технологические базы — это поверхности, которые используются для закрепления и ориентации детали при выполнении операции. Их правильный выбор и подготовка на первых этапах — залог точности всей последующей обработки.

Детальная разработка токарной операции на станке с ЧПУ

Токарная обработка является основной формообразующей операцией для детали типа «Ось». В условиях серийного производства наиболее эффективным решением будет использование токарного станка с числовым программным управлением (ЧПУ). Это оборудование обеспечивает высокую точность, повторяемость и производительность за счет автоматизации процесса по заранее написанной программе, что минимизирует влияние человеческого фактора.

Проработка операции включает несколько этапов. Сначала мы разбиваем всю обработку на отдельные технологические переходы. Например, для чистовой токарной операции это может быть:

• Подрезка торца в чистовой размер.
• Протачивание наружного диаметра Ø50 мм.
• Протачивание наружного диаметра Ø40 мм.
• Обработка фасок и галтелей.

Для каждого перехода необходимо подобрать соответствующий режущий инструмент. В нашем случае это будут токарные резцы с твердосплавными пластинами, предназначенные для чистовой обработки стали 25Х13Н2. Далее следует важнейший этап — расчет режимов резания. Он включает определение:

• Глубины резания (t, мм): Толщина срезаемого слоя за один проход.
• Подачи (S, мм/об): Величина перемещения резца за один оборот шпинделя.
• Скорости резания (V, м/мин): Окружная скорость на обрабатываемой поверхности.

На основе этих параметров, с учетом характеристик станка и инструмента, рассчитывается скорость вращения шпинделя (n, об/мин). Весь этот процесс часто автоматизируется с помощью CAD/CAM-систем, которые позволяют не только спроектировать траекторию движения инструмента, но и сгенерировать управляющую программу для станка с ЧПУ.

Проектирование вспомогательных операций фрезерования и сверления

Технологический процесс изготовления «Оси» не всегда ограничивается только токарной обработкой. Если на чертеже детали присутствуют такие конструктивные элементы, как шпоночные пазы, лыски для ключа или радиальные отверстия, необходимо предусмотреть дополнительные операции — фрезерование и сверление.

Подход к их проектированию аналогичен разработке токарной операции. В первую очередь, выбирается оборудование. Для серийного производства это, как правило, фрезерный или сверлильный станок с ЧПУ, который обеспечивает необходимую точность позиционирования. Затем подбирается режущий инструмент:

• Для шпоночного паза — концевая или шпоночная фреза.
• Для лысок — торцевая или концевая фреза.
• Для отверстий — спиральное сверло.

Ключевым моментом для этих операций является правильное и жесткое закрепление детали. Поскольку заготовка уже имеет обработанные цилиндрические поверхности, для ее установки используются специальные приспособления, например, призмы или делительные головки, которые гарантируют точность расположения фрезеруемых элементов относительно оси детали. В качестве измерительных инструментов на этих операциях применяются штангенциркули для контроля линейных размеров и микрометры для особо точных измерений.

Расчет норм времени и технико-экономических показателей

После того как все операции спроектированы и для них определены режимы резания, необходимо рассчитать, сколько времени потребуется на изготовление одной детали. Это называется нормированием и является основой для экономического анализа проекта. Норма времени — это не просто время работы станка, а комплексный показатель, включающий в себя несколько составляющих:

• Основное (технологическое) время: Время непосредственного контакта инструмента с деталью, когда происходит изменение ее формы. Оно рассчитывается по формулам на основе длины обработки, подачи и скорости вращения шпинделя.
• Вспомогательное время: Затраты времени на действия, связанные с выполнением операции (установка и снятие детали, подвод и отвод инструмента, измерения).
• Подготовительно-заключительное время: Время на наладку станка и оборудования для обработки всей партии деталей.
• Время на обслуживание рабочего места и отдых.

Точный расчет этих составляющих, в первую очередь основного времени, позволяет определить трудоемкость изготовления детали. На основе полученных норм времени, а также данных о стоимости материала, амортизации оборудования, затрат на инструмент и зарплату рабочего, проводится технико-экономический анализ. Его цель — доказать, что разработанный вами технологический процесс не просто обеспечивает требуемое качество, но и является экономически целесообразным и эффективным в заданных условиях производства.

Заключение и формирование комплекта технологической документации

Подводя итоги курсового проекта, мы можем констатировать, что была проделана комплексная инженерная работа. Начиная с анализа чертежа и служебного назначения детали, мы прошли все этапы проектирования: выбрали экономически обоснованную заготовку, спроектировали технологический маршрут, детально разработали ключевые операции на станках с ЧПУ и рассчитали нормы времени.

Главный вывод, который должен следовать из проделанной работы: разработанный технологический процесс полностью соответствует техническим требованиям чертежа, обеспечивает заданную программу выпуска и является экономически эффективным. Это означает, что поставленная в начале проекта цель достигнута.

Финальным продуктом вашей работы является не только пояснительная записка, но и комплект технологической документации. Это официальные документы, по которым деталь будет изготавливаться на производстве. Как правило, в него входят:

• Маршрутная карта — описывает общую последовательность операций.
• Операционные карты — детально расписывают каждую операцию, включая переходы, инструмент, режимы и эскизы наладки.
• Карта эскизов.
• Ведомость оснастки.

Грамотно оформленный комплект документов — это лицо инженера и показатель его профессионализма, завершающий большой труд по проектированию технологии.

Литература.

1. Справочник технолога—машиностроителя. Том 1. Под ред. Косиловой А.Г. и Мещерякова Р.К., -М.: Машиностроение, 1986. –655 с.
2. Справочник технолога—машиностроителя. Том 2. Под ред. Косиловой А.Г. и Мещерякова Р.К., -М.: Машиностроение, 1986. –496 с.
3. Балабанов А.Н. Краткий справочник технолога машиностроителя. – М. Издательство стандартов, 1992. – 462 с.
4. Калашников С.Н., Калашников А.С. и др. Производство зубчатых колес. Справочник.- М.: Машиностроение, 1990. –463 с.
5. Общемашиностроительные нормативы времени вспомогательного, на обслуживание рабочего места и подготовительно –заключительного для технического нормирования станочных работ. Серийное производство. –М.: НИИТруда, 1974. –344 с.
6. Пономарев С.Д. Основы современных методов расчета на прочность в машиностроении. – М.: Машгиз, 1952. – 864 с.
7. Экономика машиностроительного предприятия . Под редакцией Писаренко Г.С. – 5-е изд. – К.: Высшая школа, 1986. – 775 с.
8. ГОСТ 24853-81. Калибры гладкие для размеров до 500 мм. Допуски. – М.: Издательство стандартов, 1981. – 12 с.
9. Общемашиностроительные нормы времени для технического нормирования. Серийное производство. – М.: Машиностроение, 1984. – 225 с.
10. Основы технологии машиностроения: методические указания к выполнению курсовой работы. – СПб.: СЗПИ, 1998. – 45 с.
11. Основы технологии машиностроения: письменные лекции./ Бородянский В. И., Ганзбург Л. Б., Клевцов В. А. и др. – СПб.: СЗПИ, 2000. – 147 с.
12. Охрименко Я. М. Технология кузнечно-штампового производства. М.: Машиностроение, 1966. – 599 с.
13. Панкрухин А. П. Маркетинг: Учебник – М.: Институт международного права и экономики им. Грибоедова, 1999. – 398 с.
14. Панкрухин А. П. Маркетинг: Учебник – М.: Институт международного права и экономики им. Грибоедова, 1999. – 398 с.
15. Проектирование производственных участков машиностроительных предприятий: учебное пособие./И. М. Ткалин, В. Л. Челышев, В. Д. Макаров. – СПб.: СЗПИ, 1997. – 30 с.
16. 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.
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. Технологичность конструкции изделия: Справочник./Ю. Д. Амиров, Т. К. Алферова, П. Н. Волоков и др.; Под общ. ред. Ю. Д. Амирова. – 2-е изд. перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1990. – 768 с.
19. Технологичность конструкции изделия: Справочник./Ю. Д. Амиров, Т. К. Алферова, П. Н. Волоков и др.; Под общ. ред. Ю. Амирова. – 2-е изд. перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1990. – 768 с.
20. Технологичность конструкции. Под ред. Афанасьева. М., Машиностроение, 1969г.