Анализ технических требований, характеристика материала детали

Содержание:

      ВВЕДЕНИЕ                                                              4

      1 Анализ  технических требований, характеристика материала детали (химический состав и физико-механические свойства)            5

      2 Анализ технологичности конструкции детали                      5              

      3 Выбор и обоснование метода получения заготовки, расчет ее размеров                                                                     9

      4 Обоснование проектируемого варианта техпроцесса механической обработки                                                                   12

      5 Выбор и обоснование технологических баз, оборудования и технологической оснастки (приспособлений, режущих и измерительных инструментов)                                                              13

      6 Определение операционных припусков, операционных размеров с допусками                                                                    15

      7 Определение режимов резания                                      16

      8 Определение норм времени                                         22

      9 Описание и расчет одного из режущих инструментов             24

      10 Описание и расчет одного из контрольно-измерительных        инструментов                                                               26

      ЛИТЕРАТУРА                                                         28

      ВВЕДЕНИЕ

      Технология машиностроения является дисциплиной, без которой невозможно современное развитие производства. Изготовление современных деталей машин осуществляется на базе сложных заготовок, с использованием различных методов обработки. При освоении новых изделий необходимо отрабатывать их на технологичность, выбрать заготовки, методы их получения, методы их пооперационной обработки, оборудование и технологическую оснастку. При этом решается много других задач: обеспечение точности, качества поверхностного слоя и др.

      Технология машиностроения является комплексной научной дисциплиной, опирающейся на производственный опыт, синтезирующий технологические проблемы изготовления деталей машин заданного качества и количества в установленные сроки.    

     Технический уровень любого производства в каждой отрасли определяется уровнем технологии. При этом важно понять, как эффективно изготавливать машины заданного качества в установленном количестве при наименьших затратах. Для проектирования оптимальной технологии необходимы знания о технологическом процессе, применяемых способах и методах обработки.

      На основании обобщения многолетнего опыта были выбраны эффективные технологические решения, применение которых позволяет выйти на новый, более высокий уровень, соответствующий постоянно возрастающим требованиям к изготовлению деталей машин.

      Цель данного курсового проекта – не только составление технологического процесса, но и показание уровня подготовки и знаний.

Деталь, на которую разрабатывается техпроцесс в данном курсовом проекте, позволяет применить при её обработке современные инструментальные материалы, оборудование, специальную и стандартную оснастку, мерительный инструмент и др. То есть разработка технологии затрагивает все стороны проектирования – начиная с выбора баз и заканчивая расчётом режущего инструмента. Применены также знания по определению рациональных режимов резания, выбору инструмента, определению норм времени, проектированию мерительного инструмента и т.д.

      В настоящее время разработаны типовые технологические процессы механической обработки типовых деталей на основе разновидности их в разных типах производства. Отдельные элементы операций типового технологического процесса использованы в разрабатываемом техпроцессе.

    1 Анализ технических требований, характеристика материала детали (химический состав и физико-механические свойства)

      Деталь представляет собой корпус и относится к типовым деталям (4-5 тип корпусов). Корпус (тройник) предназначен для передачи жидкости от центральной магистрали через отвод к потребителю. Габаритные размеры 49х36,5 мм. Масса детали 0,045 кг.

      Посадочная поверхность детали – D 18 f7 6 класса точности. Для крепления детали имеются 2 отверстия D 6,5. Имеется резьба М16х1-6е, предназначенная для крепления следующего конструктивного элемента изделия; а также отверстие сквозное D 12 и отверстие ступенчатое D 10 и D 7,5, которые предназначены для передачи жидкости.

      К детали предъявляются следующие технологические требования:

а) биение d 14,3 h8 относительно d 18 f7 не более 0,04;

б) неперпендикулярность торца относительно d 18 f7 не более 0,1.

      Деталь работает в агрессивных средах, поэтому изготавливается из специальной стали 12Х18Н9 ГОСТ 5632-72. Коррозионно-стойкая сталь (нержавеющая) обладает стойкостью против электрохимической и химической коррозии, межкристаллитной коррозии, коррозии под напряжением.

Химический состав материала:

- углерод 0,12%

- хром 18%

- никель 9%

Плотность γ = 7,83 г/см3

Механические свойства:

σт = 216 МПа – предел текучести

σв = 528 МПа – предел выносливости

δ = 38% - относительное удлинение

αн = 7 кДж/м2 -

Твёрдость НВ 124…196

      Технологические свойства:

Обрабатываемость резанием – удовлетворительная.

Свариваемость – удовлетворительная.

Пластичность при холодной обработке – удовлетворительная.

      2 Анализ технологичности конструкции детали

      Технологичность конструкции изделия – это совокупность свойств конструкции, определяющие ее способность к достижению оптимальных затрат при производстве, эксплуатации, технологическом обеспечение и ремонте для заданных показателей, объема выпуска и условий работы.

      Иначе, технологичность конструкции – это простота изготовления и эксплуатации. Оценку технологичности конструкции можно проводить, используя следующие показатели технологичности конструкции:

      2.1 Коэффициент точности

Ктч = 1 – 1/Аср > 0,8 ,                                                   (2.1)

где Аср – средний квалитет точности размеров

(исходные данные для расчета  по табл. 2.1)

Аср = (7*n7+8*n8+11*n11+12*n12+13*n13+14*n14)/(n7+n8+n11+n12+n13+n14) ,        (2.2)

где n7 , n8 … - количество размеров соответствующего квалитета точности

Таблица 2.1 – Размеры и соответствующие им квалитеты точности.

По формуле 2.2  рассчитывается средний квалитет точности размеров:

Аср = (7 + 8 + 9 + 11*2 + 12*9 +13 +14*10)/(1+1+1+2+9+1+10) = 307/25 = 12,24

По формуле 2.1  рассчитывается коэффициент точности:

Ктч = 1 – 1/12,24 = 1 – 0,08 = 0,92 >  0,8

     2.2 Коэффициент шероховатости

Кш = 1/Бср > 0,16,                                                         (2.3)

где Бср – средний класс шероховатости обрабатываемых поверхностей

(исходные данные для расчета по табл. 2.2)

Бср = (4n4 + 6n6 + 7n7)/(n4+n6+n7),                                        (2.4)                       

где n4, n6, n7 – количество поверхностей соответствующего класса шероховатости

Таблица 2.2 – Поверхности и соответствующие им классы шероховатости.

Эти поверхности показаны на рисунке 2.1.

По формуле 2.4 рассчитывается средний класс шероховатости

обрабатываемых поверхностей: 

Бср = (4*28 + 6*5 + 7*2)/35 = 156/35 = 4,46

По формуле 2.3 рассчитывается коэффициент шероховатости:

Кш = 1/4,46 = 0,23 > 0,16

      2.3 Коэффициент использования материала

Ким = Мдет/ (Мзаг+Мотх) > 0,75,

где Мдет – масса детали, кг

Мотх – масса отходов, кг

Мзаг – масса заготовки, кг

Мотх= Мзаг 15% /100,

где Мзаг – масса заготовки, кг

15% - процент отходов для отливки

Ким = 0,75

Ким рассчитывается в следующем пункте.

      Вывод: деталь корпус технологична, т.к. выполняются условия показателей технологичности конструкции.

Рисунок 2.1 – Поверхности детали

      3 Выбор и обоснование метода получения заготовки, расчёт её размеров

     Способ получения заготовки должен быть наиболее экономичным при заданном объёме выпуска деталей. На выбор  формы размеров и способа получения заготовки большое значение имеет конструкция и материал детали. Вид заготовки оказывает значительное влияние на характер технологического процесса, трудоёмкость и экономичность её обработки.

При выборе заготовки желательно максимально приблизить её форму к форме готовой детали.

      В машиностроении основными видами заготовок для деталей являются отливки, штамповки и всевозможные способы профили проката. В среднесерийном производстве детали типа корпус получают обычно литьём и штамповкой, но в данном случае (корпус относится к 4-5 типам корпусов) из-за сложной конфигурации лучше применить литьё.

      Исходя из условий свойств материала (коррозионно-стойкая сталь), конструктивных особенностей, сложности геометрической формы (деталь несимметричная), применяется способ получения заготовки – литьё по выплавляемым моделям.

       Литьё по выплавляемым моделям имеет один недостаток – это самый длительный процесс литья. Но все-таки имеет ряд преимуществ, которые и позволяют выбрать этот способ получения заготовки:

1) возможность получения точных отливок (что и требуется для данной заготовки, т.к. некоторые поверхности вообще не подвергаются механической обработке);

2) получение отливок с минимальным припуском на механическую обработку;

3) возможность получения отливок сложной конфигурации (это преимущество и играет основную роль в выборе способа литья, т.к. деталь имеет сложную несимметричную форму) и др.

      Проектирование заготовки в соответствии с ГОСТ 26645-85.

      3.1 Класс точности размеров в зависимости от способов литья, габаритов размеров и материала отливки из диапазона (5т – 7). Выбран 6 класс точности.

      3.2 Класс точности масс соответствует классу точности отливки – 6.

      3.3 Степень коробления зависит от соответствия габаритных размеров (меньшего к большему).

36,5/49 > 0,20 => степень коробления 4

      3.4 Ряд припусков на механическую обработку выбирается в зависимости от способа литья, от габаритных размеров – 2.

      3.5 Допуски на размеры, получающиеся при механической обработке, показаны в таблице 3.1

      3.6 Предельные отклонения коробления –  + 0,1мм.

Таблица 3.1 – Допуски на размеры.

      3.7 Предельные отклонения массы в %  - 5%.

      3.8 Основные припуски на механическую обработку (на сторону) показаны в таблице 3.2.

      На величину общего припуска влияют: масштабы производства, размеры и  конструктивные формы детали, материал, вид заготовки, точность и качество поверхностей детали и др.

Таблица 3.2 – Припуски на обработку.

      3.9 Дополнительный припуск – 0,1 на поверхность l=3, т.к. к этой поверхности предъявляются особые требования.

      3.10 Расчёт размеров заготовки по формулам:

dзаг = dдет + 2h                                                          (3.1)                              

Dзаг = Dдет – 2h                                                         (3.2)                             

Lзаг = L + 2h                                                             (3.3)                            

     По формулам 3.1, 3.2 и 3.3 вычисляются размеры, в зависимости от того, какими размерами они являются (длинa L, вал d, или отверстие D):

dзаг = 16 + 2*1,1 = 18,2 мм

Dзаг = 12 – 2*1,4 = 9,2 мм

Lзаг = 3 + 1,0 + 0,1= 4,1 мм – в этом расчёте припуск не умножается на 2, т.к. поверхность обрабатывается с одной стороны, но к размеру ещё прибавляется дополнительный припуск

Lзаг = 16 + 1,1 = 17,1 мм

Lзаг = 36,5 + 2*1,2 = 38,9 мм

Lзаг = 16 + 2*1,1 = 18,2 мм

      3.11 Расчёт объёма и массы удаляемого материала по формулам:

V = π/4 *(d1-d2) L                                                    (3.4)                        

V = π/4 *d L                                                           (3.5)                              

      По формулам 3.4, 3.5 рассчитываются объём снимаемых слоёв материала:

V1 = (3,14/4) *2,22 *11,88 = 43,14 мм2

V2 = 0,785 *2,82 *38,9 = 239,41 мм2

V3 = 0,785 *2,82 *7 = 43,08 мм2

V4 = ½ 26*16*1,0 = 346, 67 мм2

V5 = 0,785 *18,22 *2,2 = 472,05 мм2

V6  = 3,14*52*8+3,14*3,752*2 = 615,3 мм2

V7 = 0,785 *20,82 *1,2 = 307,5 мм2

       Объёмы снимаемых слоёв металла и детали показаны на рисунке 3.1 (см. далее)

V = V1 + V2 + V3 + V4 + V5 + V6 + V7 = 1367,67 мм3 = 1,368 см3 – общий объём удаляемого металла в процессе обработки

      Масса удаляемого металла равна его объёму, умноженному на плотность:

Муд м = V х γ,                                                            (3.6)                              

где γ – плотность металла

      По формуле 3.6 находится его массу: Муд м = 1,368 * 7,83 = 0,011 кг

Рисунок 3.1 – Объёмы снимаемых слоёв металла

       3.12 Коэффициент использования материала.

Ким = Мдет/ (Мзаг+Мотх) > 0,75,                                            (3.7)                      

где Мдет – масса детали, кг

Мотх – масса отходов, кг

Мзаг – масса заготовки, кг

Мотх= Мзаг 15% /100,

где Мзаг – масса заготовки, кг

15% - процент отходов для отливки

     Масса заготовки равна массе детали, сложенной с массой удаляемого металла:

Мзаг = Мдет + Муд м = 0,045 + 0,011 = 0,056 кг

Масса детали 0,045 кг

Масса отходов находится по формуле 3.8:

Мотх = Мзаг 15% /100                                                   (3.8)

Мотх = 0,056*15/100 = 0,008 кг

Итак, коэффициент использования материала находится по формуле 3.7:

Ким = 45/(0,056+0,008) = 0,75

      Вывод: заготовка детали отливка технологична и экономична, т.к. коэффициент использования материала = 0,75

       4 Обоснование проектируемого варианта техпроцесса механической обработки

       Разработка технологического процесса должна быть обоснована на использовании научно-технических достижений во всех отраслях промышленности и направлена на повышении технического уровня производства, качества продукции и производительности труда.

Маршрут обработки прежде всего должен обеспечить заданную точность, качество обработки, размеры, необходимые технологические требования, указанные на чертеже.

       При разработке технологического процесса руководствуются следующими принципами:

- в первую очередь обрабатывают те поверхности, которые являются базовыми при дальнейшей обработке (d16 и d18);

- после этого обрабатывают поверхности с наибольшими припусками (торцы заготовки и отверстие D12);

- далее выполняют обработку поверхностей, снятие металла с которых в наименьшей степени влияет на жёсткость заготовки (канавки, фаски, резьба);

- в начало техпроцесса следует относить те операции, на которых можно ожидать появление брака из-за скрытых дефектов металла;

- поверхности, обработка которых связана с точностью и допусками относительно расположения поверхностей (биение, перпендикулярность), изготавливают при одной установке;

- совмещение черновой и чистовой обработок в одной операции нежелательно – такое совмещение возможно при обработке жёстких заготовок с небольшими припусками.

      Итак, что базовые поверхности d 16 и d 18 (наружные цилиндрические поверхности) обрабатываются в начале техпроцесса; отделочные операции выносятся к концу обработки (развёртывание D 12Н9).

      Обработка начинается с фрезерования литника (который остаётся после получения заготовки). Затем обрабатываются наружные цилиндрические поверхности (базы) и внутренняя цилиндрическая поверхность (зенкерование  отверстия, полученного литьём) – черновая обработка.

      После этого сверлятся 2 отверстия D 6,5 с той целью, чтобы потом с помощью этих отверстий закрепить заготовку в приспособление при фрезеровании. Далее производится точение канавок, нарезание резьбы, фрезерование боковых поверхностей. Затем производится сверление и растачивание ступенчатого отверстия (заготовка закрепляется за обработанные торцы), чистовая обработка отверстия D 12Н9, сверление 2 отверстий D 1,2.

      5 Выбор и обоснование технологических баз, оборудования и технологической оснастки (приспособлений, режущих и измерительных инструментов)

      Базовые поверхности должны быть обработаны в начале процесса.. При выборе технологических баз следует стремиться к соблюдению основных принципов базирования – совмещения и постоянства баз.

За базовые поверхности приняты наружные цилиндрические поверхности d16 и d18, т.к. они обеспечивают точность обработки деталей и выполнение технологических требований чертежа (биение d14,3h8 относительно d18f7 не более 0,04 и неперпендикулярность торца относительно d18f7 не более 0,1). Они также обеспечивают отсутствие недопустимых деформаций детали, простоту конструкции станочных приспособлений с удобной установкой, креплением и снятием обрабатываемой детали.

      Прежде всего, эти базовые поверхности служат для установки и закрепления заготовки при токарной обработке.

      При выборе станочного оборудования необходимо учитывать: характер производства (в данном случае - среднесерийное); вид обработки (токарные, фрезерные, сверлильные операции); соответствие станка размерам детали (деталь малогабаритная). Также на выбор влияют мощность станка; удобство управления и обслуживания; кинематические данные станка (подачи, частота вращения и т.д.).

      Для фрезерных операций (фрезерование литника и обработка плоских поверхностей) выбирается фрезерный станок ФУ-676П. Деталь имеет малые габаритные размеры (49х36,5), небольшие припуски, на станке можно получить необходимую точность, качество поверхности, станок обладает необходимыми технологическими возможностями.

      Для токарных операций выбирается токарный станок 1К62. Он удобен и прост в обслуживании и управлении, кинематические данные станка позволяют обработать деталь с необходимыми режимами резания (подача, частота вращения). С помощью токарного приспособления можно расширить его технологические возможности (сверление и растачивание D 10; D 7,5).

Для сверлильных операций  выбирается вертикально-сверлильный станок 2Н106П. Этот станок позволяет обработать отверстия нужных размеров, точности и качества поверхности, т. к.  он обладает необходимыми технологическими возможностями.

       Для нарезания резьбы в среднесерийном производстве нецелесообразно применять токарные станки, поэтому для резьбонарезания выбирается резьбофрезерный станок 5991.

       Необходимо правильно выбрать приспособления, которые должны способствовать повышению производительности труда, точности обработки, улучшению условий труда.

      При первых токарных операциях применяется приспособление – 2х кулачковый патрон. Но, после того, как нарезается резьба М16х1 приходится использовать 3х кулачковый патрон и кольцо резьбовое зажимное (во избежание повреждения резьбы).

     В одной из токарных операций применяется специальное токарное приспособление (в связи с невозможностью обработки в универсальном приспособлении).

      При фрезеровании и сверлении используются специальные приспособления (исходя из конструкции деталей и типа производства). Т.к. деталь корпус несимметричная относительно сложной конструкции, то применяются сверлильные кондукторы и фрезерные приспособления. Они сокращают трудоёмкость обработки заготовок за счёт резкого сокращения времени, затрачиваемого на установку, выверку и закрепление. Повышают точность и качество обработки.