Доклад к выпускной квалификационной работе

Здравствуйте, уважаемые члены комиссии.

Тема моей выпускной квалификационной работы — «Проектирование технологического процесса механической обработки детали “Вал ступенчатый” на станках с числовым программным управлением».

Если говорить простыми словами, вал — это металлическая деталь, которая вращается и передаёт движение от одного механизма к другому. Подобные детали применяются в двигателях, станках, редукторах и другом оборудовании.

Вал называется ступенчатым, потому что разные его участки имеют разный диаметр. На нём также есть резьба и специальный паз для установки другой детали.

Главная цель моей работы — определить, как изготовить такой вал точно, безопасно и с разумными затратами времени и материала.

В работе использована производственная база Московского машиностроительного предприятия имени В. В. Чернышева.

Для изготовления вала выбрана сталь 45. Это распространённый и достаточно прочный материал, который хорошо подходит для подобных деталей и нормально обрабатывается на станках.

В качестве исходной заготовки используется круглый металлический пруток диаметром 55 миллиметров и длиной 225 миллиметров. После обработки длина готовой детали составляет 220 миллиметров.

Изготовление вала выполняется в несколько этапов.

Сначала от металлического прутка отрезают заготовку нужной длины. Затем обрабатывают её торцы и делают центровые отверстия. Они нужны для того, чтобы правильно закрепить деталь на станке.

После этого выполняется черновое точение. На этом этапе снимается основная часть лишнего металла и формируется общая форма вала.

Затем проводится нормализация металла. Это специальная термическая обработка, которая делает свойства стали более однородными и облегчает дальнейшую обработку.

Следующий этап — чистовое точение. Здесь получают окончательные размеры и требуемое качество поверхности. Особенно важны два участка диаметром 30 и 40 миллиметров.

Они должны быть изготовлены очень точно, потому что на них будут устанавливаться другие детали.

После точения нарезается резьба. Она нужна для закрепления детали гайкой. Затем на фрезерном станке выполняется шпоночный паз размером 8 на 7 миллиметров и длиной 36 миллиметров. Этот паз позволяет валу передавать вращение на другую деталь.

В конце убираются острые края и заусенцы, после чего вал проходит контроль. Диаметры проверяются микрометром, резьба — специальным калибром или контрольной гайкой, а паз — шаблоном.

Основные операции выполняются на станках с числовым программным управлением, или сокращённо ЧПУ. Такой станок работает по заранее подготовленной программе и может многократно повторять одни и те же движения.

При этом сам станок не гарантирует точность. Если неправильно закрепить заготовку, задать неверный размер или вовремя не заменить изношенный инструмент, вся партия деталей может получиться бракованной. Поэтому в работе большое внимание уделено контролю первой детали и состоянию режущего инструмента.

Также были выполнены основные расчёты.

Масса исходной заготовки составляет примерно 4 килограмма 200 граммов. Масса готовой детали — около 1 килограмма 680 граммов. Получается, что примерно 2 килограмма 520 граммов металла удаляется во время обработки.

Коэффициент использования материала составляет около 40 процентов. Для изготовления одной учебной детали это допустимо. Но при выпуске большой партии такое количество отходов будет слишком большим.

Поэтому для серийного производства предложено использовать заготовку, которая изначально ближе по форме к готовому валу. Например, поковку или прокат меньшего диаметра. Это позволит экономить от 800 граммов до 1 килограмма 400 граммов металла на каждой детали.

Расчётное время изготовления одного вала по основным операциям составляет примерно 9 минут. Дополнительно его можно уменьшить на 5–10 процентов за счёт улучшения программы станка и сокращения лишних перемещений инструмента.

Отдельный раздел работы посвящён охране труда. Основные опасности связаны с вращением детали, горячей стружкой, режущим инструментом и охлаждающей жидкостью.

Поэтому работник должен использовать защитные очки и закрытую одежду. Нельзя касаться вращающейся детали или убирать стружку руками. Перед запуском необходимо проверить крепление заготовки, закрыть защитный экран и убедиться в исправности станка.

По итогам работы был разработан полный порядок изготовления ступенчатого вала: от выбора материала и заготовки до окончательного контроля готовой детали.

Расчёты показали, что выбранное оборудование подходит для выполнения всех операций, а предложенный процесс позволяет получить деталь нужных размеров и качества
.
Главные возможности улучшения — уменьшение расхода металла, сокращение лишних движений станка и более внимательный контроль размеров и износа инструмента.

Доклад окончен. Спасибо за внимание.

Возможные вопросы комиссии и ответы

Самые вероятные вопросы

1. Какова цель вашей работы?

Цель работы — разработать технологический процесс изготовления ступенчатого вала: выбрать заготовку, оборудование, инструменты, порядок операций и способы контроля.

2. Что такое ступенчатый вал?
и
Это металлическая вращающаяся деталь, участки которой имеют разные диаметры. Вал передаёт вращение и служит для установки других деталей.

3. Почему эта работа актуальна?

При изготовлении вала даже небольшая ошибка может помешать сборке механизма. Поэтому важно заранее определить правильную последовательность обработки и контроль размеров.

4. Что именно вы разработали?

Я разработала маршрут изготовления вала: от получения заготовки до окончательного контроля. Также выбрала оборудование, инструменты, режимы обработки и рассчитала основные показатели.

5. Из какого материала изготавливается вал?

Вал изготавливается из стали 45. Это распространённая конструкционная сталь, которая обладает достаточной прочностью и хорошо обрабатывается резанием.

6. Почему выбрана именно сталь 45?

Она подходит для изготовления валов, доступна в виде круглого проката и может обрабатываться обычным твердосплавным инструментом. После нормализации её свойства становятся более однородными.

7. Какая заготовка используется?
Используется круглый прокат диаметром 55 миллиметров и длиной 225 миллиметров. После обработки длина готового вала составляет 220 миллиметров, а его максимальный диаметр — 45 миллиметров.

8. Почему диаметр заготовки 55 миллиметров, если максимальный диаметр детали только 45?

Разница нужна для удаления поверхностного слоя заготовки и формирования ступеней вала. Этот запас металла называется припуском.

9. Что такое припуск?

Припуск — это слой лишнего металла, который удаляется во время обработки. Он нужен, чтобы получить точный размер и чистую поверхность.

10. Какие основные этапы изготовления предусмотрены?

Сначала отрезается заготовка. Затем обрабатываются торцы и центровые отверстия, выполняются черновое точение, нормализация и чистовое точение. После этого нарезается резьба, фрезеруется паз, убираются заусенцы и проводится контроль.

11. Почему используются станки с ЧПУ?
Станки с ЧПУ позволяют точно повторять заданную программу и подходят для изготовления партий одинаковых деталей. Но качество всё равно зависит от правильной установки, программы и состояния инструмента.

12. Какие поверхности являются наиболее ответственными?

Наиболее ответственными являются посадочные поверхности диаметром 30 и 40 миллиметров, резьба и шпоночный паз. Именно от них зависит правильная установка и работа сопрягаемых деталей.

Технические вопросы

13. Что означает обозначение k6?
Это обозначение поля допуска вала. Простыми словами, оно показывает, в каких очень небольших пределах может находиться фактический диаметр детали.

14. Что означает Ra 0,8?

Это требование к шероховатости поверхности. Чем меньше число Ra, тем более гладкой должна быть поверхность. В данной работе такое требование установлено для поверхности диаметром 40 миллиметров.

15. Почему сначала выполняется черновое, а затем чистовое точение?

Черновое точение удаляет основную часть лишнего металла. Чистовое точение снимает небольшой оставшийся слой и позволяет получить точный размер и нужную шероховатость.

16. Для чего выполняется нормализация?

Нормализация — это нагрев и последующее охлаждение металла. Она делает структуру стали более однородной и уменьшает влияние внутренних напряжений перед окончательной обработкой.

17. Почему нормализация проводится после черновой обработки?

Во время черновой обработки снимается большая часть металла и могут измениться внутренние напряжения. Нормализация перед чистовой обработкой помогает стабилизировать деталь, после чего получают окончательные размеры.

18. Зачем нужны центровые отверстия?

Они задают общую ось вала и позволяют правильно установить его на станке. Это важно для обеспечения соосности всех ступеней.

19. Для чего нужен шпоночный паз?

В паз устанавливается шпонка — небольшой металлический элемент, который соединяет вал с другой деталью и позволяет передавать вращение.

20. Почему паз изготавливается после токарной обработки?

Паз должен располагаться относительно уже готовой цилиндрической поверхности. Если сделать его раньше, его положение может оказаться неточным.

21. Как изготавливается шпоночный паз?
Он фрезеруется концевой фрезой диаметром 8 миллиметров. Глубина набирается за несколько проходов, чтобы не перегружать инструмент.

22. Для чего нужна резьба M30×1,5?

Резьба используется для закрепления сопрягаемой детали гайкой. Число 30 означает номинальный диаметр, а 1,5 миллиметра — шаг резьбы.

23. Как контролируется готовая деталь?

Точные диаметры проверяются микрометром, резьба — специальным калибром или контрольной гайкой, паз — шаблоном или измерительным инструментом. Шероховатость проверяется шероховатомером или образцами шероховатости.

24. Почему для точных диаметров недостаточно штангенциркуля?

Штангенциркуль не обеспечивает необходимую точность для посадочных поверхностей. Поэтому диаметры с полем допуска k6 проверяются микрометром.

25. Почему в работе не предусмотрено шлифование?

Для принятой твёрдости стали и требований учебного проекта нужные размеры и шероховатость предполагается получить чистовым точением. Это проверяется на первой детали. Если требуемая поверхность Ra 0,8 стабильно не получается, в реальном производстве необходимо добавить шлифование.

Вопросы по расчётам

26. Какова масса заготовки и готовой детали?

Масса заготовки составляет примерно 4,2 килограмма. Масса готовой детали — около 1,68 килограмма.

27. Сколько металла удаляется при обработке?

Удаляется примерно 2,52 килограмма металла. Основная его часть превращается в стружку.

28. Что такое коэффициент использования материала?

Это отношение массы готовой детали к массе заготовки. В работе он равен примерно 0,40, то есть в готовой детали остаётся около 40 процентов исходного металла.

29. Является ли коэффициент 0,40 хорошим результатом?

Для одной учебной детали он допустим, потому что круглый прокат прост и доступен. Для серийного производства это низкий показатель, поэтому лучше использовать заготовку, более близкую к форме готового вала.

30. Как можно сократить расход металла?

Можно применить прокат меньшего диаметра или поковку. По расчётной оценке это позволит экономить примерно от 0,8 до 1,4 килограмма металла на каждой детали.

31. Сколько времени занимает изготовление одного вала?

Расчётное время основных операций составляет около 9 минут. С учётом ожидания, перемещения детали и расширенного контроля реальная производительность будет ниже.

32. Какова ожидаемая производительность?

Теоретически получается 6–7 деталей в час. Для небольшой партии реалистичнее рассчитывать примерно на 4–5 годных деталей в час.

33. Достаточна ли мощность выбранного станка?

Да. Наиболее мощная операция требует примерно 3,4 киловатта с учётом потерь, а выбранный станок имеет мощность не менее 7,5 киловатта.

34. Как можно уменьшить время изготовления?

Можно сократить лишние перемещения инструмента и улучшить управляющую программу. Ожидаемое уменьшение времени составляет примерно 5–10 процентов.

Вопросы по безопасности

35. Какие главные опасности возникают при изготовлении вала?

Основные опасности — вращающаяся заготовка, горячая и острая стружка, разрушение инструмента, охлаждающая жидкость и возможность столкновения станка.

36. Какие меры безопасности предусмотрены?

Необходимо надёжно закреплять заготовку, закрывать защитный экран, использовать очки и закрытую одежду. Измерять деталь и удалять стружку можно только после полной остановки станка.

37. Почему нельзя убирать стружку руками?

Стружка имеет острые края и может быть горячей. Для её удаления необходимо использовать специальный крючок или щётку после остановки оборудования.

38. Зачем выполнять пробный запуск программы?

Пробный запуск позволяет обнаружить ошибочные перемещения инструмента и предотвратить его столкновение с деталью или станком. После этого обрабатывается и отдельно контролируется первая деталь.

Неудобные вопросы

39. В чём практическая значимость работы?

Работу можно использовать как учебный пример подготовки производства детали типа «вал». В ней связаны чертёж, выбор заготовки, оборудование, операции, расчёты и контроль.

40. В чём новизна работы?

Работа не претендует на научное открытие. Её результат — практическая разработка полного технологического процесса для конкретной детали и производственной базы.

41. Этот вал действительно используется в авиационном двигателе?

В работе этого не утверждается. Предприятие выбрано как производственная база, имеющая необходимый профиль и оборудование. Сам вал является учебной деталью.

42. Является ли расчёт передачи окончательным расчётом прочности?

Нет. В работе он используется как учебная модель, объясняющая связь вала, посадочной поверхности и шпоночного паза. Для окончательного расчёта нужны дополнительные данные о нагрузке, мощности, скорости вращения и материалах сопрягаемых деталей.

43. Выполнялся ли полный экономический расчёт?

Нет. Выполнена предварительная технологическая оценка расхода материала и времени. Для полного экономического расчёта потребовались бы цены на материал, стоимость оборудования, инструмента, энергии и труда.

44. Какой главный недостаток выбранного процесса?

Главный недостаток — низкое использование материала: около 60 процентов массы заготовки удаляется. Для серийного производства следует выбрать более подходящую заготовку.

45. Что произойдёт, если размер детали выйдет за допуск?

Если отклонение можно исправить, не нарушая другие размеры, деталь отправляют на доработку. Если исправление невозможно, деталь признаётся браком.

46. Что является главным условием получения качественного вала?

Необходимо сохранить общую ось детали, правильно выполнить посадочные поверхности, паз и резьбу, а также контролировать их после ответственных операций.

47. Какой основной результат вашей работы?

Разработан последовательный и проверяемый процесс изготовления ступенчатого вала. Выбранное оборудование подходит по размерам и мощности, а основные резервы улучшения связаны с экономией металла, сокращением времени и контролем инструмента.

Фразы на случай, если ответ забыт

Если точный ответ вспомнить не получается, можно использовать одну из следующих формулировок:

• «В рамках учебной работы было принято именно такое решение. На реальном производстве его необходимо уточнить по результатам обработки первой детали».
• «Главная причина этого решения — необходимость обеспечить точность посадочных поверхностей и их правильное взаимное положение».
• «Окончательное значение зависит от состояния конкретного оборудования, поэтому оно проверяется при наладке».
• «Для единичного изготовления выбранный вариант допустим, а для серийного производства потребуется дополнительное технико-экономическое обоснование».
• «В работе это является расчётной оценкой, а не результатом испытаний реальной производственной партии».