Совершенствование технологического процесса механической обработки детали «Траверса»

ВВЕДЕНИЕ

 

Одной из важнейших отраслей промышленности считается машиностроение. Оно создает наиболее активную часть основных производственных фондов - орудия труда, следовательно, ускорение темпов его роста основа научно-технического процесса во всех отраслях хозяйства страны.

Возрождение и развитие отечественной машиностроительной промышленности невозможно без интенсификации производства на основе широкого использования достижений науки и техники, применения прогрессивных технологий. Повышение эффективности машиностроительного производства может быть осуществлено только путём его автоматизации и механизации, оснащения высокопроизводительным оборудованием.

В современных условиях широкое распространение получает технологическое оборудование с числовым программным управлением, позволяющее производить весь комплекс обработки на одном станке. Оно отличается высокой производительностью, повышенной точностью, высокой концентрацией обработки и снижением участия человека в процессе работы.

Целью дипломного проекта является совершенствование технологического процесса изготовления детали «Траверса» в условиях среднесерийного производства для повышения эффективности обработки.

Цель дипломного проекта определяет следующие задачи:

- анализ заводского  технологического процесса;

- разработка  нового технологического процесса;

- разработка операции механической обработки детали;

- разработка  управляющей программы на одну  операцию;

- экономическое  обоснование технологического процесса;

- охрана труда;

- экологизация  технологического процесса;

- разработка  методической части.

В усовершенствованном тех. процессе предполагается использовать современное высокоточное оборудование и эффективный инструмент, что позволит повысить производительность и качество обработки, а также снизить себестоимость изготовления детали.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

 

1. Анализ исходных данных для разработки технологического процесса обработки детали «Траверса»

 

1.1.1. Основные  источники исходных данных

К основным источникам исходных данных относятся: рабочий чертёж детали «Траверса», заводской технологический процесс механической обработки детали, рабочий чертёж заготовки. Для разработки технологического процесса будем использовать справочники и нормативы машиностроения.

 

1.1.2. Назначение  и техническая характеристика  детали

Деталь «Траверса» служит для закрепления крюка в крюковой подвеске. В крюковых подвесках  траверса, на которой укреплен крюк, соединяется с осью канатных блоков щеками, изготовленными из листовой стали. Крепление кованого и штампованного крюка в траверсе крюковой подвески должно производиться с помощью стопорной планки.

Деталь траверса изготавливается из стали 45. Сталь 45 применяется: для изготовления валов-шестерней, коленчатых и распределительных валов, шестерен, шпинделей, бандажей, цилиндров, кулачков и других нормализованных, улучшаемых и подвергаемых поверхностей термообработке детали, от которых требуется повышенная прочность; валов, надставок валов и дисков подпятников для гидрогенераторов; деталей трубопроводной арматуры после закалки и отпуска.

Химический состав стали 45 приведен в таблице 1, а механические свойства – в таблице 2.

 

 

 

 

Таблица 1- Химический состав стали 45

С	Si	Mn	S	P	Ni	Cr	Сu
			не более	не более
0,42-0,50	0,17-0,37	0,5-0,8	0,040	0,035	0,30	0,25	0,30

 

Таблица 2 -  Механические свойства стали 45

σт МПа	σвр МПа	σ5 %	ψ %	α Дж/см2	HВ
200	450	19	20	53	2190

 

Технологические свойства стали 45:

- температура  ковки Сº начала 1250, конца 700, сечения  до 400мм охлаждаются на воздухе;

- свариваемость – трудносвариваемая;

- склонность  к отпускной хрупкости – не  склонна.

Данная сталь оптимально подходит для изготовления детали «Траверса».

 

1.1.3. Анализ технологичности  конструкции детали

Технологический анализ детали проводят  как качественный, так и количественный.

Качественный анализ детали

Деталь  допускает обработку поверхностей на проход, отверстия возможно обрабатывать на многошпиндельных станках. Центральные отверстия можно обрабатывать без переустановки детали. Деталь имеет свободный доступ к обрабатываемым поверхностям. Имеются достаточные по размерам и расстоянию базовые поверхности. Деталь имеет достаточную жесткость, что не ограничивает режимы резания. В целом конструкция детали технологична.

Не технологичным является перепад между отверстиями ø151 и ø252.

 

Количественная оценка технологичности детали

Коэффициенты точности обработки и коэффициенты шероховатости определяются в соответствии с ГОСТ 18831-73. Для этого необходимо рассчитать среднюю точность и среднюю шероховатость обработанных поверхностей. Данные по деталям сведём в таблицы 3 и 4, в которых Ti – квалитеты, Шi – значение параметра шероховатости, ni – количество размеров или поверхностей для каждого квалитета или шероховатости.

Определим коэффициент точности по [2, с. 229], а результаты занесём в таблицу 3.

Таблица 3 – Определение коэффициента точности

Ti	ni	Ti*ni	Ti	ni	Ti*ni
7	12	84	11	2	22
8	2	16	14	27	378

                                                                                                    

Определение коэффициента шероховатости по [2, с. 229], а результаты занесём в таблицу 4.

Таблица 4 – Определение коэффициента шероховатости

Шi	ni	Шi*ni	Шi	ni	Шi*ni
1,6	2	3,2	6,3	12	75,6
3,2	5	16	12,5	17	212,5

                                                                           

Высокие коэффициенты точности и шероховатости говорят о том, что требования к точности размеров и качеству поверхностей высокие.

Коэффициент использования материала:

В целом деталь является технологичной. Низкий коэффициент использования материала говорит о том, что базовый вариант получения заготовки прокат не оптимален, его следует заменить на другой вид получения заготовки соответствующий серийному производству (например поковка).

Исходными данными, согласно заданию, являются рабочий чертёж детали со всеми техническими требованиями и технологический процесс.

Исходя из служебного назначения, анализа рабочего чертежа можно сформулировать основные задачи детали «Траверса».

Обеспечить:

- точность размеров: всех резьбовых отверстий по квалитету 7Н, отверстий ø250 и ø280 по 8-му квалитету, две боковых поверхности ø120 по 11-му квалитету, остальные размеры по 14-му квалитету;

- качество поверхностей: 2-х отверстий ø250 и ø280 по Ra 1,6мкм, отверстие ø151, поверхности ø120 и торцы отверстий ø250 и ø252 по Ra3,2мкм,  все резьбовые отверстия по Ra6,3, остальных поверхностей по Ra12,5;

- допуск соосности  поверхностей ø120d11 в пределах 0,08 мм относительно общей оси;

- допуск соосности  отверстия ø270Н8 относительно отверстия  ø250Н8 в пределах 0,03 мм;

- допуск торцевого  биения  отверстия ø250Н8 относительно  оси отверстия  ø250Н8 в пределах 0,03 мм;

- допуск круглости отверстия ø250 в пределах 0,01мм;

- допуск продольного  сечения отверстия ø250 в пределах 0,01мм;

1.1.4. Определение  типа производства

Типы производства характеризуются следующими значениями коэффициентов закрепления операций (Кзо) [10, с. 33]:

Тип производства    Кзо

Массовое…………………….……….1

Серийное: 

Крупносерийное…………………св. 1 до 10

Среднесерийное………………….св. 10 до 20

Мелкосерийное…………………..св. 20 до 40

Единичное…………………... …...св. 40

Коэффициентом закрепления операций Кзо определяемого по формуле  [10, с. 33]:

Кз.о.= ∑О/∑Р,

где ∑О - суммарное число различных операций;

      ∑Р - общее число рабочих.

Годовая программа выпуска N=1800 шт.

Располагая данными о штучном времени, определим количество станков

по [10, с. 33]:

mр= N∙Tшт / 60∙Fд∙ηз.н.,

где Fд= 5406 ч. – годовой фонд времени при 3-х сменной работе оборудования ;

        ηз.н= 0,85 – нормативный коэффициент загрузки.

Установим число рабочих мест Р округляя в большую сторону mр

Определим фактический коэффициент загрузки  ηз.ф [10, с. 33]:

ηз.ф.= mр/Р

Количество операций по формуле [10, с. 33]:

О= ηз.н / ηз.ф

Рассчитаем Кзо для операций программно-комбинированные:

mр= 1800∙68,75 / (60∙5406∙0,85)=0,44; примем Р=1,0;

 

ηз.ф.=0,44 /1,0 =0,44;   О=0,75 /0,44=1,7, примем О=2.

Тогда:

Кз.о.= 2/1=2, что соответствует крупносерийному типу производств.

Крупносерийное производство характеризуется ограниченной номенклатурой изделий изготовленных периодически повторяющимися партиями и сравнительно большим объемом выпуска. В зависимости от объема выпуска изделий серийное производство делится на: мелкосерийное, среднесерийное и крупносерийное. Широко применяются специальные станки, полуавтоматы, автоматы и станки с ЧПУ. Технологические процессы разрабатываются подробно, следовательно, повышается производительность, и время изготовления детали уменьшается. Оборудование располагается по ходу технологического процесса. В серийном производстве большая часть оборудования, приспособлений и инструмента специализированны. Квалификация рабочих ниже, чем в единичном производстве.

 

1.1.5. Анализ  существующего технического процесса  изготовления детали «Траверса»

Характеристика технологического процесса

По признакам заводской технологический процесс классифицируют:

- по числу охватываемых изделий – мелкосерийный,

- по назначению – рабочий,

- по документации – маршрутно-операционный.

Рисунок 1 – Эскиз детали «Траверса»

Рисунок 2 – Эскиз детали «Траверса»

 

Анализ методов обработки поверхностей

Методы обработки поверхностей (МОП) зависят от служебного назначения детали. На рисунках 1 и 2 отметим обрабатываемые поверхности. Проанализируем МОП с точки зрения экономической точности, а результаты занесем в таблицу 5.

Таблица 5 – Методы обработки поверхностей по экономической точности

Вид поверх-ности	Квалитет	Шерох. Ra	МОП в М.К	МОП эконом. точности		Примеча-ние
				квалитет	шерохов.
Торец 1, 4	14	12,5	Точение однократное	12-14	6,3-12,5	Соответ.
Поверхность 3	11	3,2	Точение черновое и чистовое	9-11	3,2-6,3	Соответ.
Канавка 5	14	12,5	Точение однократное	12-14	6,3-12,5	Соответ.
Торец 6, 7, 8, 9	14	12,5	Фрезеро-вание однократное	12-14	6,3-12,5	Соответ.
Фаска 10	14	12,5	Фрезеро-вание однократное	12-14	6,3-12,5	Соответ.
Поверхности 12, 13	14	12,5	Точение однократное	12-14	6,3-12,5	Соответ.
Отверстия 14, 15	14	12,5	Растачивание однократное	12-14	6,3-12,5	Соответ.
Отверстия 16, 17	8	1,6	Растачивание черновое, чистовое, тонкое	6-8	1,6-3,2	Соответ.
Отверстия 18, 19, 20	7Н	1,6	Сверление и нарезание резьбы	6Н-8Н	3,2-6,3	Несоотв.

В большинстве своем методы обработки в базовой технологии верны.

 

Анализ выбора технологических баз

По технологическим картам выявим технологические черновые и чистовые базы в станочных операциях, а результаты занесем в таблицу 6.

Таблица 6 - Технологические базы в станочных операциях базового тех. процесса

№	Наименование и содержание операции	Технологические базы
		Черновые	Чистовые
1	2	3	4
005	Вертикально-фрезерная Фрезеровать поверхности 6, 7, 8, 9 с переустановкой детали. Фрезеровать фаски 10.	Боковые поверхности 1	-

 

Продолжение таблицы 6

1	2	3	4
010	Горизонтально-расточная Точить поверхности 1,3, 4, 5, 12, 13 расточить отверстия 14, 15, 16, 17.	-	Боковые поверхности 8, 9
015	Радиально-сверлильная Сверлить и нарезать резьбу в отверстиях 18, 19, 20 с переустановкой детали	-	Боковые поверхности 6, 7, 8, 9

Базы на операциях выбраны, верно, соблюдается правило базирования: принцип непостоянства и совмещения баз.

 

Анализ маршрута обработки

При изучении маршрута обработки установлено, что обработка технологических баз ведется параллельно с обработкой исполнительных поверхностей, маршрут обработки составлен оптимально и оформлен по всем нормам ЕСКД.

 

Анализ станочных операций

Проанализируем операцию 005 Вертикально-фрезерную и 015 Радиально-сверлильная, а результат занесем в таблицу 7.

Таблица 7 - Анализ станочных операций

№ операции	Наимено-вание и содержание операции	Структура операций				Техно-логи-ческая база	способ уста-нов-  ки и закреп-ления	Мо-дель стан-ка	схема построе-ния операции
		кол-во уста-но-вов	кол-во по-зи- ций	кол-во пе-ре- хо-дов	кол-во хо-дов
	2	3	4	5	6	7	8	9	10
005	Вертик.- фрезерная Фрезеро-вать поверх-ности 6, 7, 8, 9, 10	6	-	6	14	Боко-вые повер-хности 1	Прих-ваты	6Р13	Одномест-ная, много-инстру-менталь-ная, последо-вательная обработка

 

Продолжение таблицы 7

	2	3	4	5	6	7	8	9	10
015	Радиаль-но-сверлиль-ная Сверлить и нарезать резьбу в отверстиях 18, 19, 20 с переуста-новкой детали	3	-	6	24	Боко-вые повер-хности 6, 7, 8, 9	Прис-пособ-ление	2Н55	Одномест-ная, многоин-стру-ментальнаяпоследова-тельная обработка

 

Техпроцесс обеспечивает точность линейных и диаметральных размеров, качество поверхностей. Тип производства по базовому техпроцессу – мелкосерийное.

В связи с увеличением производственной программы выпуска деталей «Траверса» с 500 до 1800 в год существующее универсальное оборудование не справится с предстоящей задачей. Предлагается, заменить универсальное оборудование на токарный центр с ЧПУ, что будет соответствовать серийному производству и позволит предприятию справиться с задачей годового увеличения выпускаемых изделий.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

        1.2. Разработка технологического  процесса обработки детали в  новых условиях серийного производства

В связи с увеличением заказа на крюковые подвески до 1800 шт. в год, применяемое универсальное оборудование не обеспечат поставленную задачу.  Необходимо применение современного высокопроизводительного оборудования и инструмента.

 

1.2.1. Выбор  заготовки и методов её получения

Исходной заготовкой детали «Траверса» в базовой технологии является прокат горячекатаный. Данный метод получения заготовки для серийного производства не подходит.

Если для изготовления детали нельзя подобрать полуфабрикат, который сразу можно превратить в готовую деталь, то приходиться сначала превращать полуфабрикат в заготовку, а затем – заготовку в готовую деталь. В таких случаях приходится выбирать полуфабрикат, обеспечивающий экономичное получение заготовки, и изыскать способ получения заготовки, позволяющий превратить ее в деталь с наименьшими затратами труда и материала.

Учитывая заданный материал – сталь 45, требуемой точностью изготовления заготовки - для данной детали «Траверса» мы  выбираем способ получения заготовки – ковка на паровоздушном молоте.

 

Метод получения исходной заготовки.

При ковке заготовку, которую нужно отковать, кладут, не закрепляя, на неподвижную подставку - наковальню, над которой вниз и вверх ходит молот. Быстро опускаясь и поднимаясь, молот, по предварительно нагретому металлу  до температуры 1250оС, наносит удары. При этом металл расплющивается. Ширина и длина заготовки увеличивается, а толщина уменьшается. После того как заготовку обожмут с одной стороны, ее поворачивают на 90° и вновь куют. Такие операции совершаются до тех пор, пока металл не примет нужной формы. Затем прошивается отверстие. Отверстие прошивается пробойником. Для исправления формы и размеров полученного прошивкой отверстия применяют калибровку. Поковка готова.

Определим исходный индекс заготовки.

Определим массу детали по формуле [6, с. 33]:

,

VОБЩ – общий объём детали, мм3   ;

ρ – удельный вес материала, для стали 45 ρ=0,078г/мм3.

Тогда:

              

Масса заготовки:

 

1.2.2. Выбор  технологических баз и разработка схем базирования 

Базирование решает задачи взаимной ориентации деталей и узлов при сборке и обработке заготовок на станках.

Технологи выделяют основные и вспомогательные базы, черновые и чистовые базы.

К основным технологическим базам относят поверхности 3, 4 и 5 (рисунок 1).

К вспомогательным базам относят отверстия 14, 15, 16  и 17 (рисунок 2).

К черновым базам относят поверхности, которые используются на первых операциях, когда отсутствуют обработанные поверхности.

В нашем случае черновой базой будет торец 1  (лишает деталь трёх степеней свободы – одного перемещения и двух вращений), поверхность 3 (лишает деталь двух степеней свободы – одного перемещения и одного вращения).

 Таким образом, базирование не полное. Схема  чернового базирования показана  на рисунке 3.

Рисунок 3 - Черновое базирование детали

Чистовая база – это обработанная поверхность, на которую устанавливается деталь при обработке. В нашем случае чистовыми базами являются торец 1 (лишает деталь трех степеней свободы – одного перемещения и двух вращений), поверхность 3 (лишает деталь двух степеней свободы – двух перемещений), центровое отверстие 21 (лишает деталь одной степени свободы– одного перемещения).

Таким образом, базирование полное. Схема чистового базирования показана на рисунке 4.

Рисунок 4 - Чистовое базирование детали

 

         1.2.3. Выбор методов   обработки  поверхностей

На рисунках 1 и 2 обозначим обрабатываемые поверхности. Методы обработки будем выбирать по таблицам экономической точности

[2, c. 150 табл. 3]:

торцы 1 – точение однократное;

торцы 4 – фрезерование однократное;

поверхность 3 – точение черновое и чистовое;

поверхность 5 – точение однократное;

поверхности 6, 7, 8, 9, 10 – фрезерование однократное;

поверхности 12, 13 – фрезерование однократное;

отверстие 14 – фрезерование однократное;

отверстие 15 – фрезерование однократное;

отверстия 16, 17 – фрезерование черновое, получистовое и чистовое;

отверстия 18, 19, 20 – сверление и нарезание резьбы.

 

1.2.4. Разработка  технологического маршрута обработки  детали

Основными задачами обработки резанием является изготовление с заданной производительностью деталей требуемого качества из выбранных конструкторами материалов при минимально возможных производственных затратах. В зависимости от этих требований разрабатывается технологический процесс обработки, выбирается оборудование и режущий инструмент.

Проектный маршрут технологического процесса: маршрут обработки детали, выбор оборудования показано в таблице 8.

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 8 – Проектный вариант маршрута обработки детали «Траверса»

№ операции	Наименование операции	Оборудование
1	2	3
001	Горизонтально-расточная   Фрезеровать два торца 4, центровать 2 отверстие 21	Горизонтально-расточной
005	Комплексная на ОЦ с ЧПУ   Точить поверхности 1, 2, 3, 5.	Токарно-фрезерный центр с ЧПУ
010	Комплексная на ОЦ с ЧПУ   Точить поверхности 1, 2, 3, 5. Фрезеровать поверхности 6, 7, 8, 9, 10. Фрезеровать поверхности 12, 13, 14, 15, 16, 17, сверлить и нарезать резьбу в отверстиях 18, 19, 20.	Токарно-фрезерный центр с ЧПУ
015	Промывка	Машина  моющая
020	Контроль	Стол контрольный

 

1.2.5. Выбор  средств технологического оснащения

Выбор типа станка должно соответствовать его возможностями обеспечить технические требования, формы и качества обрабатываемых поверхностей.

При выборе станков особое внимание следует обратить на использование обрабатывающих центров с ЧПУ, являющихся одним из основных средств

 

автоматизации механической обработки в машиностроении.

В дипломном проекте предлагается использовать токарно-фрезерный центр CTX gamma 1250 ТС представляет собой многофункциональную машину с компактной модульной конструкцией, которая позволяет осуществлять простую обработку заготовок при помощи одного шпиндельного патрона и револьверной головки, а также выполнять сложнейшие операции при перемещении суппорта по оси Y с применением противошпинделя (опция). Так же станок оснащён мощным токарно-фрезерным шпинделем с торк-двигателем. Интегрированный дисковый магазин на 24 инструмента.  Производительность модели CTX gamma 1250 СТ увеличена на 25% по сравнению со стандартными станками.

Отличительной особенностью данного станка является увеличенная рабочая зона, что позволяет обрабатывать металлические изделия больших размеров. Все детали машины изготовлены из высококачественных прочных материалов, что обеспечивает их износоустойчивость и длительный срок службы.