Деталь “фланец”

Введение

 

Благосостояние общества и его  положение в мировом сообществе в значительной мере определяются достигнутым  уровнем производительности общественного  труда. Современные условия характеризуются  бурным развитием производства и  все более широким использованием высокопроизводительных машин во всех отраслях народного хозяйства.

Это определяет приоритетное значение машиностроения, задачей которого является производство машин, облегчающих труд человека и повышающих его производительность. Производство машин является сложным процессом, в ходе которого из исходного сырья и заготовок изготавливают детали и собирают машины. Для обеспечения производства машин необходимо решить комплекс задач, связанных с технологической подготовкой их производства, и реализовать разработанные ТП в действующих производственных системах - заводах, цехах, участках, обеспечивая при этом требуемое качество изделий на всех этапах ТП в течение всего срока выпуска изделий.

В решении этих сложных и разнообразных  вопросов основная роль принадлежит  технологам-машиностроителям. Так, при  освоении нового изделия они отрабатывают конструкцию изделия на технологичность, а затем разрабатывают ТП изготовления деталей и сборки изделия. При  этом приходится решать и смежные  технологические задачи, связанные  с выбором и заказом исходных заготовок, термической обработкой заготовок на разных этапах ТП, нанесением покрытий и др.

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Описание и конструкция детали

 

Деталь применяется для закрытия отверстий в станках.

Деталь имеет цилиндрические наружные поверхности, которые могут использоваться в качестве баз на некоторых операциях. Для данной детали выполняются принципы единства и постоянства баз. Конструкция  детали позволяет совместить технологическую  и измерительную базы, использовать одни и те же базы на большинстве  операций.

Данная деталь «Фланец» представлена на рисунке 1.

       

 

Рисунок 1 – Твердотельная модель фланца

 

В качестве материала для изготовления детали используется сталь марки 45. Химический состав стали 45 по ГОСТ 1050-88 приведен в таблице 1.1, а механические свойства в таблице 1.2.

 

Таблица 1.1 – Химический состав стали 45 по ГОСТ 1050 - 88

 

С,%	Мn, %	Si, %	Сг, % не более	S, %	Р, %
				не более
0,42-0,50	0,50-0,80	0,17-0,37	0,25	0,035	0,035

 

Таблица 1.2 – Механические свойства стали 45 по ГОСТ 1050 - 88

 

σт, МПа	σВ, МПа	δ , %	Ψ,%	НВ не более
не менее				горячекатан.	отожженной
355	600	6	30	229	197

 

Заменитель – стали: 40Х, 50, 50Г2.

Температура ковки, ºС:

начала 1250,

конца 700.

Заготовки сечением до 400 мм охлаждаются на воздухе.

Свариваемость – трудно свариваемая; способы сварки: РДС и КТС. Необходим подогрев и последующая термообработка.

Обрабатываемость  резанием – в горячекатаном состоянии  при HB 170-179 и σ_в=640 МПа, К_{V т.в. спл} =1, К_{V б. ст} =1.

Флокеночувствительность – малочувствительна.

Склонность  к отпускной хрупкости – не склонна.

Назначение: крышки,стаканы, вал-шестерни, коленчатые и распределительные валы, шестерни, шпиндели, бандажи, цилиндры, кулачки и другие нормализованные, улучшаемые и подвергаемые поверхностной термообработке детали, от которых требуется повышенная прочность.

Выполнение  в процессе изготовления детали всех требований заложенных конструктором помогает обрести станочному оборудованию такие качества как надежность и безотказность.

НАДЁЖНОСТЬ СТАНОЧНОГО ОБОРУДОВАНИЯ – это свойство станочного оборудования обеспечивать бесперебойный выпуск годной продукции в заданном количестве в течение определённого срока службы.

Безотказность станка – это его свойство непрерывно сохранять работоспособность в течении некоторого промежутка времени

 

2 Характеристика типа производства

 

В машиностроении различают  три основных типа производства: массовое, серийное, единичное. Массовое производство характеризуется узкой номенклатурой  выпускаемых изделий при большом  объеме выпуска. Серийное производство характеризуется более широкой  номенклатурой выпускаемых изделий  и меньшим объемом выпуска. Единичное  производство характеризуется широкой  номенклатурой и малым объемом  выпуска изделий.

Тип производства согласно ГОСТ 14.004-83 характеризуется коэффициентом  закрепления операций за одним рабочим  местом или единицей оборудования.

Коэффициент закрепления  операций определяется отношением числа  всех различных технологических  операций, выполненных или подлежащих выполнению в течение месяца к  числу рабочих мест.

Коэффициент закрепления  операции в соответствии с ГОСТ 3.11.0-74 принимают равным отношению количество технологический операций, выполняемых  в течении месяца на участке к количеству рабочих мест на участке;

Кз.о = 1 - для массового производства;

1 < Кз.о < 10 - для крупносерийного производства;

10 < Кз.о < 20 - для среднесерийного производства;

20 < Кз.о < 40 - для мелкосерийного производства.

Для единичного производства Кз.о свыше 40.

Так как в данном курсовом проекте при отсутствии исходных данных по базовому варианту (количество технологических операций и количество рабочих мест) тип производства определяется по годовому объему выпуска и массе  деталей (таблица 3) [1].

Т.к масса детали составляет 14,2 кг., а годовая программа выпуска 1000 шт., то тип производства ориентировочно принимаем среднесерийным.

Рассчитаем количество деталей  в партии единовременного запуска n, шт.

                                                                                                  

где N = 1000 шт. – годовой объем выпуска деталей;

а = 8 дн. – периодичность запуска в днях;

Ф = 255 дн. – количество рабочих дней в году.

принимаем n = 32 шт.

Для среднесерийным типа производства рассчитываем такт выпуска tв, мин:

                                         

где Fд = 4015 ч. – годовой фонд времени работы оборудования.

Серийное производство является основным типом современного машиностроения и предприятия этого типа выпускают в настоящее время 75-80 % всей продукции машиностроения страны. По всем технологическим характеристикам серийное производство занимает промежуточное положение между единичным и массовым производством.

Объем выпуска предприятий  серийного типа колеблется от сотен  до тысяч регулярно повторяющихся  изделий.

Персонал: Рабочие средней  квалификации. Наряду с работниками  высокой квалификации, работниками  на сложных универсальных станках  и наладчиками используются рабочие-операторы, работающие на настроенных станках.

Заготовки: Средней точности. В качестве исходных заготовок используется холодный и горячий прокат, литье  в землю и под давлением, точное литье, поковки и точные штамповки  и прессовки. Требуемой точности достигают как методами автоматического получения размеров, так и методами пробных ходов и промеров с частичными применением разметки.

Оборудование: Универсальное  и специализированное, частично специализированное. Широко используется станки с ЧПУ, обрабатывающие центры и находят применение гибкие, автоматизированные системы станков  с ЧПУ, связанные с транспортирующими  устройствами и управлением от ЭВМ. Оборудование расставляется по технологическим  группам с учетом направлениям основных грузопотоков цеха по предметно-замкнутым  участкам. Однако одновременно используются групповые поточные линии и переменно-поточные автоматизированные линии. Большое  значение имеет универсально-сборная  переналаживаемая технологическая  оснастка, позволяющая существенно  повысить коэффициент оснащенности серийного производства.

Серийное производство является наиболее гибким и устойчивым, наиболее поддается автоматизированию.

 

3.1 Выбор метода получения заготовки

Для получения детали сравним два  вида получения заготовок.

1. штампованные заготовки
2. заготовки из проката.

Заготовка, получаемая штамповкой будет  более приближенной по форме и размерам к готовой детали, и ее масса будет меньше заготовки из проката, стоимость штампованных заготовок выше в 1,5 – 3 раза.

Заготовки из проката имеют большую  массу, чем штампованные, и требуют  дополнительной механической обработки  для удаления лишних напусков металла, поэтому для окончательного решения  по выбору способа получения заготовки  нужно выполнить технико-экономическое  сравнение вариантов.

Исходные данные для расчета  сведем в табл.1.

 

№ п/п	Наименование показателей	Штампованная заготовка	Заготовка из проката
1	Масса детали, , кг	0,567	0,567
2	Масса заготовки, , кг
3	Оптовая цена на материал, Цп, тг./т	125000	60000
4	Стоимость отходов, Цо, тг./т	10000	10000
5	Средняя зарплата рабочего станочника, С3ч, руб/час	-	30
6	Время черновой обработки заготовок, Т, час	-	6,099
7	Цеховые накладные расходы, Сн, %	-	250

 

Сравнение методов получения заготовок  выполняем:

- по коэффициенту  использования материала

К_ш =

К_п =

К_ш >К_п

Вывод: по коэффициенту использования материалов штамповка лучше проката.

 

 

 

3.2 Анализ  детали на технологичность

 

Деталь  “фланец” достаточно специфична: наибольший диаметр 210 мм , линейный размер – 58,5 мм.  Процесс ее изготовления состоит из 20 различных операций.

Все  размеры детали стандартизированы  в соответствии с нормальным рядом  чисел, допустимые отклонения назначены  по ГОСТам. Наличие унифицированных элементов и параметров детали сокращает потребную номенклатуру режущего и мерительного инструментов.

фланец  представляет собой тело вращения, что определяет широкое использование  при изготовлении детали токарно-винторезных  станков – 1К625, 1К62. В детали предусмотрены  отверстия, которые выполняются  на вертикально-сверлильном станке 2Н125.  Сверление осуществляется в  кондукторе с делительным устройством. Шлифование проводится на плоскошлифовальном, внутришлифовальном и круглошлифовальном станках. При изготовлении детали используется  небольшое число станков.

 Конфигурация детали в основном позволяет использовать стандартные станочные приспособления. Проектировать специальные приспособления пришлось только для операций термической обработки, вследствие чего, себестоимость детали растет.

Рассмотрим поверхности детали, к которым предъявлены высокие  требования точности изготовления и  взаимного расположения:

• Поверхность  левого торца  выполняется  по 6-му квалитету точности с Ra 0,16;
• Неперпендикулярность выступа относительно  наружного диаметра не более 0,01 мм;
• Торцевое биение выступа относительно наружного диаметра не более 0,03 мм;
• Торцевое биение внутреннего левого торца относительно внутреннего отверстия  не более 0,02 мм.

 

 

 

 

 

3.3Обоснование  последовательности проектирования  технологического 

При разработке маршрутно-технологического процесса решаются следующие задачи:

1. устанавливается последовательность операций обработки заготовки
2. выбирается технологическая база. При этом нужно стремиться к совмещению конструкционных и технологических баз.
3. ведется подбор оборудования для всех этапов обработки
4. выбирается приспособления, режущий и мерительный инструмент.

Наружные  и внутренние, соосные с наружными, поверхности будут обрабатываться на токарных станках точением, отверстия  – сверлением на сверлильных станках,  лыску – фрезерованием. Для получения точности по наружным и внутренним поверхностям по 8 квалитету точности, эту поверхность нужно обрабатывать либо тонким точением, либо шлифованием.

В качестве баз на первой операции используем наружную цилиндрическую поверхность  и торец.

На последних  операциях, чистого точения или  шлифования, сверления и фрезерования принимаем либо ранее обработанные цилиндрические наружные поверхности  и их торцы, либо внутренние цилиндрические поверхности и их торцы.

Намечаем  следующий маршрут обработки.

Токарная операция: обработку поверхности вести за два установа:

I установ:

Подрезать внутренний торец большого фланца и  торец центрирующего пояска, выдерживая размер 3. Точить наружную поверхность  центрирующего пояска, выдерживая размеры 1и 3. Расточить внутреннюю поверхность, выдерживая размер 2 и 4.

В зависимости  от точности оставить припуск на чистовую обработку. Точить фаску, выдерживая размер 5.

II установ: Точить наружную поверхность, выдерживая размер 2.

Точить  фаску, выдерживая размер 1.

Оборудование: станок токарно-винторезный 16К20.

Приспособления: токарный самоцентрирующийся патрон (механизированный или немеханизированный); режущий  инструмент: резцы проходные упорные, подрезные, расточные.

Материал  резцов – твердый сплав.

Мерительный инструмент: штангенциркуль, штангенглубиномер.

Сверлильная операция.

Сверлить 4 отверстия, выдерживая размер 4,5 и 3. База – наружная цилиндрическая поверхность  центрирующего пояска.

Зенковать 4 отверстия, выдерживая размер 1,2 и 3.

Оборудование: вертикально-сверлильный станок 2Н125.

Приспособления: переналаживаемый кондуктор с поворотным столом.

Мерительный инструмент: штангенциркуль, пробки, глубиномер.

Фрезерная операция.

 Фрезеровать  лыску. База – наружная цилиндрическая поверхность центрирующего пояска и торец.

Оборудование: вертикально-фрезерный станок 6Н12.

Режущий инструмент: фрезы дисковые, торцевые, концевые.

Вспомогательный инструмент: оправки или переходные втулки, цанговые патроны.

Мерительный инструмент: штангенциркуль.

Шлифовальная операция. Шлифовать поверхность 10, выдерживая размер 1 с припусками. Технологическая База – наружная цилиндрическая поверхность большего фланца и его торец.

Оборудование: внутришлифовальный станок 3P228.

Приспособления: токарные или магнитные.

Режущий инструмент: шлифкруги формы ПВ, ПВД.

Вспомогательный инструмент: оправки для крепления  шлифкруга.

Мерительный инструмент: микрометр, скобы, пробки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.4 Расчет  операционных припусков

 

3.4.1 Аналитическим  способом

3.4.2 Табличным  способом

 

Расчитать припуски на обработку и промежуточные  размеры на отверстие ø51 H9

Технологический маршрут состоит из: рассверливание,  зенкерование и развёртывание

1. Пользуясь технологическим процессом заполняем графу начиная с заготовки по конечной операции.
2. Пользуясь справочником определяем значение общего припуска 2= 2.1 мм. а) рассверливание 2 = 1.5 мм (70% от общего припуска); б) зенкерование 2= 0.4; в) развёртывание 2= 0.2 мм
3. Определяем расчетные размеры начиная с конечного перехода путем прибавления припуска. а) для развёртывания (конечного перехода) = (по чертежу)= 51+0,046 = 51,046; б) для зенкерования = + 2= 51,046 – 0,2 = 50,846; в) для рассверливания = + 2= 50,846 – 0,4 = 50,446; г) для заготовки =+ 2 = 50,446 – 1,5 = 48,946
4. Назначаются допуски в соответсвии с квалитетом точности. а) для рассверливания δ4 = 46; б) для зенкерования δ3= 160; в) для развёртывания δ2=740; г) для заготовки δ1= 1900
5. Наименьшие предельные размеры равны значению расточных размеров
6. Наибольшие предельные размеры определяются прибавлением допуска к наименьшему. =+ δi  а) рассверливание  = + δ3 = 51,046–0,046=51; б) зенкерование = + δ3 = 50,846-0,16=50,686; в) развёртывание = + δ2 = 50,446-0,74=49,706; г) заготовка = + δ1 = 48,946-1,9=47,046.
7. Значение наибольшего припуска определяется как разность между наибольшими предельными размерами предшествующего перехода. 2= - а) рассверливание 2= -= 51,686-51=0,686; б) зенкеерование 2= - = 50,686-49,706=0,98; в) развёртывание 2= - = 49,706-47,046=2,66
8. Значение наименьшего припуска определяется как разность между предшествующим и выполняемым переходом.  2= - а) рассверливание 2=-=51,046-50,846=0,2; б) зенкерование =-=50,846-50,446=0,4; в) развёртывание 2=-=50,446-48,946=1,5

 

 

Тех. операции и переходы обработки  ø51 H9		Наимен. значения припуска	Расчет. размер	Допуск мкм	Предельные размеры		Предельные припуски
							2	2
1		2	3	4	5	6	7	8
1	Заготовка	-	48,946	1900	48,946	47,046	-	-
2	рассверливание	1,5	50,446	740	50,446	49,706	1,5	2,66
3	зенкерование	0,4	50,846	160	50,846	50,686	0,4	0,98
4	развёртывание	0,2	51,046	46	51,046	51	0,2	0,686
5	Общий припуск						2,1	4.326

 

Проверка:  2- = δi-1 – δi

2,66-1,5=1,9-0,74; 1,16=1,16

0,98-0,4=0,74-0,16; 0,48=0,48

0,686-0,2=0,16-0,046; 0,486=0,486

Расчитать припуски на обработку и промежуточные  размеры на поверхность ø45H8

Тех. операции и переходы обработки  ø45H8		Наимен. значения припуска	Расчет. размер	Допуск мкм	Предельные размеры		Предельные припуски
							2	2
1		2	3	4	5	6	7	8
1	Заготовка	-	42.939	1600	42.939	41.339	-	-
2	рассверливание	1,5	44.439	620	44.439	43.819	2.48	1.5
3	зенкерование	0,4	44.839	160	44.839	44.679	0.86	0..4
4	развёртывание	0,2	45.039	36	45.039	45	0.321	0.2
5	Общий припуск						3.661	2.1

Проверка:  2- = δi-1 – δi

_{0.321-0.2=0.16-0.039; 0,121=0.121}

_{0.86-04=0.62-0.16; 0.46=0.46}

Расчитать припуски на обработку и промежуточные  размеры на поверхность ø52 IS

Тех. операции и переходы обработки  ø52 IS		Наимен. значения припуска	Расчет. размер	Допуск мкм	Предельные размеры		Предельные припуски
							2	2
1		2	3	4	5	6	7	8
1	Заготовка	-	49.94	1900	49.91	48.01	-	-
2	рассверливание	1,5	51.41	740	51.41	50.67	2.66	1.5
3	зенкерование	0,4	51.81	120	51.81	51.69	1.02	0.4
4	развёртывание	0,2	52.01	20	52.01	51.99	0.3	02
5	Общий припуск						3.98	2.1

Проверка:  2- = δi-1 – δi

_{0.3-0.2=0.12-0.02; 0.1=0.1}

_{1.02-0.4=0.74-0.12; 0.62=0.62}

_{2.66-1.5=1.9-0.74; 1.16=1.16}

Расчитать припуски на обработку и промежуточные  размеры на отверстие ø53.4 h8

Тех. операции и переходы обработки  ø53 h8		Наимен. значения припуска	Расчет. размер	Допуск мкм	Предельные размеры		Предельные припуски
							2	2
1		2	3	4	5	6	7	8
1	Заготовка	-	50,946	1900	50,946	49,046	-	-
2	рассверливание	1,5	52,446	740	52,446	51,706	1,5	2,66
3	зенкерование	0,4	52,846	160	52,846	52,686	0,4	0,98
4	развёртывание	0,2	53,046	46	53,046	53	0,2	0,686
5	Общий припуск						2,1	4.326

 

Проверка:  2- = δi-1 – δi

2,66-1,5=1,9-0,74; 1,16=1,16

0,98-0,4=0,74-0,16; 0,48=0,48

0,686-0,2=0,16-0,046; 0,486=0,486

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.5 Расчет  режимов резания

 

3.5.1 Аналитическим  способом

           

  Сверлильная  операция 35

 

Анализ  исходных данных:

Операция – сверление  отверстия  D = 9  мм  на глубину 5,5 мм на проход по 11 квалитету с Ra = 6,3.

Деталь – фланец; материал детали  - 38ХА – СШ, VI группа – среднелегированная хромоникелевая сталь, термообработка – закалка, HRC = 59 – 63, σ_в= 1200 МПа,  НВ = 255 – 302.

Приспособление – кондуктор, зажим, упор.

Оборудование – вертикально-сверлильный  станок 2Н125 со следующими параметрами:

1. Наибольший диаметр сверления D = 25 мм;
2. Число частот вращения шпинделя z_n=12;
3. Предельные частоты n = 45 – 2000 1/мин;
4. Число подач z_s = 9;
5. Пределы  подач S=0,1 – 1,6  мм/об;
6. Мощность привода главного движения N_ст=2,2 кВт.

Выбор числа ходов z_s при сверлении отверстия:  z_s  = 1, т.к. диаметр отверстия мал, материал детали средней твердости.

Выбор длины участков L сверления между выводами сверла:

L≤ 4 D ≤ 4 ∙9 ≤ 36 > 5,5 мм

Можно сверлить отверстие  D = 9  мм на длину 5,5 мм без вывода сверла  для удаления стружки,  т.к. заданная длина сверления 5,5 мм < 36 мм.

Режущий инструмент – сверло D = 9  мм, материал сверла – быстрорежущая сталь Р6М5, конструкция стандартная.

Смазочно-охлаждающие вещества –  5-10 % -ный раствор Аквол – 10М.

Глубина резания – t =  4,5 мм (согласно операционным размерам).

Назначение  и  расчет  режимов:

Назначение  подачи –  группа подач II,  S_т= 0,17 мм/об 

Поправочные коэффициенты:

 

Глубина сверления	Материал инструмента	Жесткость системы	Коэффициент подачи	Отверстие сквозное
1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0

S = 0,17 мм/об

Знаменатель геометрического  ряда подач станка

φ _s=

= 1,41

Стандартный ряд подач  станка: 0, 1; 0,141; 0,2; 0,28….

S = 0,2 мм/об

Назначение стойкости  сверла:

    Т= 10 мин, 

h_з= 0,4 мин – допустимый износ сверла.

Назначение скорости резания:

V_т= 15 м/мин

Поправочные коэффициенты:

 

Коэф-т обраба-тывае-мости	Материал инструмента	Вид отверстия	Глубина сверления	СОВ
1,23	0,91	0,9	1,0	1,0	1,007