Расчёт и конструирование детали головка БР05-451.001

Содержание 

      Ближайшая задача машиностроителей – изменение  структуры производства, повышение качественных характеристик машин, так как продукция машиностроения постоянно обновляется.

      Машиностроение, поставляющее новую технику всем отраслям народного хозяйства, определяет технический прогресс страны и оказывает решающее влияние на создание материальной базы нового общества. В связи с этим его развитию всегда предавалось и придаётся первостепенное значение.

      Технология  машиностроения – это наука об изготовлении машин требуемого качества в установленном производственной программой количестве и в заданные сроки при наименьших затратах живого и овеществленного труда, т.е. при наименьшей себестоимости.

      Технология  машиностроения является прикладной наукой, комплексной инженерной и научной  дисциплиной. Само определении технологии машиностроения как науки об изготовлении машин трактует её как синтез технических проблем (изготовления машин требуемого качества), организации производства (в установленном производственной программой количестве), планирования (в заданные сроки) и экономики машиностроения (при наименьшей себестоимости).

      Важнейшие современные направления развитии технологии машиностроения по оптимизации режимов и процессов обработки, автоматизации серийного производства и управления технологическими процессами, применению технологических методов повышения эксплуатационных качеств изготавливаемых изделий и других в значительной мере основываются на достижениях математических наук, электронной вычислительной и управляющей технике, металлофизики и других современных наук.

     Технология  машиностроения является одной из самых  молодых наук, быстро развивающейся  вместе с возникновением новой техники  и совершенствованием промышленного производства.

     В разработанном мною дипломном проекте преследовались цели снижения трудоемкости изготовления детали за счет изменения метода получения заготовки, применения прогрессивного оборудования, режущих и мерительных инструментов. Изменение метода получения заготовки ведёт к снижению материальных затрат, повышению производительности труда – снижению количества операции механической обработки. Использование специального режущего инструмента также способствует повышению производительности труда, уменьшение времени на обработку, высвобождение людей и оборудования.

    В общей части дипломного проекта  я привел описание конструкции и  назначение детали, а также технические требования на материал.

    В технологической части мною был  выбран тип производства, метод получения  заготовки, также я разработал технологический  маршрут, выбрал базы для обработки на каждой из операций. Определил припуски на обработку отверстия Ø65Н7, рассчитал режимы резания, а также нормы времени на каждую операцию. Рассчитал и сконструировал: фасонный дисковый резец для обработки канавки, пневматическую подставку применяемую на 170 сверлильной операции и двухконтактную скобу БВ-3268.

    1 Общая часть

    1.1 Описание конструкции и назначение  детали

    1.1.1 Назначение детали

    Деталь  головка устанавливается в газосепараторе и является переходным звеном.

    1.1.2 Описание конструкции детали.

    Деталь  головка БР05-451.001 изготавливается  из стали 40Х13 ГОСТ 5632-72, массой 4,6кг. Её можно отнести к классу корпусов. Наибольшие габаритные размеры Ø103мм, длина 183мм.

    Головка представляет собой тело вращения ступенчатой  формы ограниченное плоскостями, состоящей  из нескольких ступеней. При рассмотрении детали с левой стороны можно выделить следующие конструктивные элементы:  Первая ступень имеет шестигранную форму описывающая окружность Ø92 мм на торце которой  имеется фаска 1,6×45º. Далее следует канавка фасонной формы  Ø70мм и шириной 11 мм. Канавка с обеих сторон имеет скругления R2мм и расширение далее от оси детали под углом 80º. Следующая ступень Ø92мм переходит на ступень Ø90 мм под углом 30º перпендикуляра оси детали. Далее следует ступень Ø84мм, которая заканчивается канавкой фасонной формы Ø81мм. Канавка с обеих сторон имеет скругления R1мм и под углом 45º переходит на ступень на которой нарезана специальная резьба М83×2-6g.  Следующая ступень Ø72мм переходит на ступень имеющую коническую форму которая под углом 15º к оси детали переходит на ступень Ø50мм.

    Внутренняя  поверхность левого торца имеет  цилиндрическую форму Ø65мм шероховатостью , которая переходит на следующую ступень Ø47мм шероховатостью под углом 30º перпендикуляра оси детали.

    Внутренняя  поверхность правого торца начинается с радиусной фаски R5 шероховатостью . Далее следует цилиндрическая поверхность Ø41 шероховатостью . Далее следует ступень Ø31мм шероховатостью .

    На левом  торце детали имеются шесть резьбовых  отверстий М12×1,25-7Н глубиной засверливания 24мм и глубиной винтовой поверхности 19мм.

    Также деталь имеет шесть отверстий  Ø13мм и шесть отверстий Ø8мм расположенных под углом 10º к оси детали. 

    К детали предъявлены следующие технические  требования:

1 Материал  заменитель: сталь 20Х13, 30Х13 ГОСТ 5632–72

2 Деталь  подвергается закалке до  твердости  28…34 HRC.

3 * Размеры  обеспечить инструментом.

4 Размеры  в скобках – после сборки.

5  Неуказанные  предельные отклонения по Н14,h14, , .

6 На поверхностях Г, Д и Е допускаются следы от инструмента глубиной до 0,5 мм.

7  Расположение  отверстий Ж и З относительно  отверстий И - безразличное.                  

8 Маркировать шрифтом 5–Пр3 или 6–Пр3 ГОСТ 26.008–85 в соответствии с КИ 19–2000

9 Клеймить шрифтом 5–Пр3 или 6–Пр3 ГОСТ 26.008–85 в соответствии с КИ 19–2000

    1.1.3 Анализ технологичности детали

    Деталь  головка БР05-451.001 можно отнести  как классу корпусов. Она изготавливается из стали 40Х13 ГОСТ 5632-72 штамповкой, поэтому конфигурация наружного контура не вызывает значительных трудностей при получении заготовки. По конфигурации, деталь, средней степени сложности. Головка  имеет  достаточно жесткую конструкцию, поэтому ее можно обрабатывать на высоких режимах резания, на высокопроизводительном оборудовании, что является элементом технологичности. Деталь имеет такие диаметральные размеры, которые позволяют обрабатывать ее на многорезцовых и гидрокопировальных станках. На торце корпуса имеются отверстия с размерами, позволяющими обрабатывать их стандартными сверлами, без затруднения, что является элементом технологичности.

    С точки зрения механической обработки  деталь имеет следующие недостатки в отношении технологичности. Форма и расположение отверстий Ø8 мм и Ø13 мм удобны для обработки только в специальных приспособлениях, в которых деталь будет расположена под углом 15° и иметь вращательное движение относительно оси заготовки на определенный угол. Кроме этого при обработке отверстия Ø8 мм возникает необходимость использования сверл длинной серии. Также элементом нетехнологичности является паз шириной 11 мм для обработки которого требуется специальный инструмент.   

    Других  технических требований к детали по точности, геометрической форме, отклонениям  нет, что не требует разработки сложного технологического процесса  и применения специального оборудования.

    В целом о детали можно сказать, что она технологична.

    Определяем  коэффициент унификации конструкторских  элементов детали(6):

    К_у.э. = (Qэ.у./ Qэ.)  = 13/69=0,18                                       (1)

    Q_э.у. – число унифицированных элементов детали, шт.

    Q_э – число элементов детали.

    Определяем  коэффициент использования материала:

    К _и.м. = G_д/G_з.п=4,6/6,56=0,7                                          (2)

    Определяем  коэффициент точности обработки детали:

    К _т.ч. = Q_т.ч./ Q_т.ч.о=4/69=0,04                                            (3)

    Q_т.ч. – число размеров необоснованной степени точности, шт.

    Q_т.ч.о.- общее число размеров, подлежащих обработке, шт.

    Определяем  коэффициент шероховатости поверхности детали :

    К_ш = Q_ш.н/ Q_ш.о=2/48=0,04                                              (4)

    Q_ш.н. – число поверхностей детали необоснованной шероховатости, шт.

    Q_ш.о. –общее число поверхностей детали, подлежащих обработке, шт. 

     1.2 Технические требования на  материал детали(19).

    Деталь  головка БР05-451.001 изготовлена из стали 40Х13 ГОСТ 5632-72.

    Заменитель  стали: 20Х13, 30Х13 ГОСТ 5632-72

    Назначение  — режущий, мерительный инструмент, пружины, карбюраторные иглы, предметы домашнего обихода, клапанные пластины компрессоров и другие детали, работающие при температуре до 400—450 СС, а также детали, работающие в коррозионных средах. Сталь коррозионно-стойкая мартенситного класса.

    Массовая  доля элементов, входящих в состав стали 40ХН2МА, в процентах по   ГОСТ 4543-89.

       Таблица 1. Химический состав стали  40Х13.

    Механические  свойства  (ГОСТ 5949-75): 

    В состоянии  поставки - закалка 1000-1050⁰С, масло. Отпуск 200- 300⁰С, воздух.

    Предел  текучести условный s_0,2 = 1450 МПа.

    Временное сопротивление разрыву (предел прочности  при растяжении) s_в= 590-810 МПа.

    Относительное удлинение после разрыва  d₅ = 10%.

    Относительное сужение y = 22%.

    Твердость по Бринеллю НВ 143-229.

    Сечение, мм-100мм.

    Технологические свойства:

    Температура ковки,⁰С: начала 1200, конца 850. Сечения до 200мм – отжиг с перекристаллизацией, два переохлаждения, отпуск.

    Свариваемость – не применяется для сварных  конструкций.

    Обрабатываемость  резанием – в закаленном и отпущенном состоянии при НВ 340 и σ_в=730 МПа, К_{v тв. спл.}=0,6, К_{vб. ст.}=0,4.

    Жаростойкость – сталь стойкая при длительном сроке службы до температуры 600–650 ⁰С. 
 
 

    2 Технологическая  часть

    2.1 Выбор  и обоснование типа производства 

    Ориентировочно  тип производства выбираю по программе  выпуска и массе детали. При  массе детали 4,2кг ориентировочно принимаю крупносерийное производство и программу выпуска N=40000 шт (4).

    Определяю величину оптимальной партии

    N_опт.=( N_вып./Ф)×t = (48500/250)×15=2910 шт.                         (5)

    где: N_вып. – программа выпуска, N = 40000 шт;

    Ф –  число рабочих дней в году, Ф = 250 дней

    t – необходимый запас деталей на складе, принимаю t = 15 дней.

    Определяю действительный фонд времени работы оборудования.

    F_д = [(Д_к-Д_в-Д_пр)×Т_см-Т_сокр.Д_п.пр.]×с×                         (6)

    F_д = [(366-116)×8-1×7]×2× =3786,7ч.

    Д_к – количество календарных дней в году, Д_к = 366 дней

    Д_в-Д_пр – количество выходных и праздничных дней в году, Д_в-Д_пр = 116 дней;

    Т_см – продолжительность рабочей смены в часах, Т_см = 8ч;

    Т_сокр. – сокращение продолжительности смены перед праздником, Т_сокр.=1

    Д_п.пр. – количество предпраздничных дней в году, Д_п.пр = 7дней;

    с –  количество смен, с=2;

    а–  процент потерь времени на ремонт и регламентированные потери, а=5%.

    Нахожу  величину такта выпуска

    t=(Fд.*60)/Nвып. = (3786,7*60)/47500=4,78 мин                        (7)

    Определяю среднее штучное время

    Т_шт.ср = ∑Тшт./8 = 37,96/8=4,75 мин                               (8)

    SТ_шт =37,96мин

    Определяю коэффициент серийности

    К_с = τ/Тшт.с.= 4,78/4,75=1,01                                         (9) 

    2.2 Выбор метода получения заготовок

    Способ  получения заготовки должен быть наиболее экономичным при объёме выпуска деталей. На выбор формы, размеров и способ получения заготовки большое значение оказывает конструкция и материал детали.

    Вид заготовки оказывает значительное влияние на характер технологического процесса, трудоёмкость и экономичность её обработки.

    Рациональным  способом получения заготовки для  данной конструкции детали и типа производства является ковка, на ковочно-гидравлическом прессе 60МН. Группа стали М2 т.к. средняя массовая доля углерода в стали - 0,4%, класс точности Т4, степень сложности С2 по ГОСТ 7505 – 89.

    Назначаю  припуски и допуски.

      Таблица  2. Припуски и допуски

         Рассчитываем массу заготовки:

      Q_{3 =} × D² × L × γ                                                      (10)

     = 2,598 *1,155 * 4,72² * 4,6 * 7,85 = 2413 г.

     = 0,785 * 9,44² * 3,23 * 7,85 = 1773 г.

     = 0,785 * 8,74² * 3,99 * 7,85 = 1878 г.

     =                                   (11)

     = = 1422 г.

     = 0,785 * 5,24² * 1,53 * 7,85 = 258 г.

     = 0,785 * 6,2² * 1,76 * 7,85 = 416 г.

     = 0,785 * 4,4² * 4,79 * 7,85 = 572 г.

     = 0,785 * 3,8² * 2,23 * 7,85 = 199 г.

    Q_{3 Σ =} Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄ + Q₅ – (Q₆ + Q₇ + Q₈)                         (12)

    Q_{3 Σ =} 2413 + 1773 + 1878 + 1422 + 258 – (416 + 572 + 199) = 6557г

    Определяю коэффициент использования материала

                                                        (13)

Рисунок 1. Эскиз  заготовки

    1 Степень  сложности С2, группа стали М2, класс точности Т4, исходный индекс 10 по ГОСТ 7505-89.

    2 Термообработка - нормализация при температуре 880%%P10%%DС.

    3 Твердость в состоянии поковки НВ 143-229.

    4 Неуказанные радиусы закругления 2...3 мм.

    5 Поверхностные  дефекты допустимы на глубину  не более 0,5 фактического припуска  на обработку.

    6 Допускается величина заусенцев до 1,6 мм на сторону.

    7 Допускаемое отклонение от плоскостности до 0,8 мм.

    8 Качество  поверхности поковок и удаление  дефектов в соответствии с  ГОСТ 8479-70.

     9 Контур                  относится к детали.

    2.3 Разработка технологического маршрута

      Таблица  3.