Проектирование технологического процесса обработки

    Б. Проектирование технологического процесса обработки

1. Назначение детали в узле, анализ технических требований и выявление технологических задач, возникающих при изготовлении

а) Назначение детали в узле.

    Муфта упругая втулочно – пальцевая (МУВП) предназначена для соединения соосных  валов и передачи крутящего момента, для уменьшения динамических нагрузок.

    Муфты привода лифта выполняют роль маховой массы, которая оказывает  большое влияние на величину ускорения  при пуске и торможении, чем  больше маховой момент вращающихся  масс (муфты ротора электродвигателя и червяка), тем меньше ускорение. Поэтому маховой момент системы  определяется в зависимости от типа лифта (грузоподъемности, скорости, типа электродвигателя и т.д.) и заданного  ускорения кабины.

    Величина  момента передаваемого муфтой при  трогании и торможении механизма  не превышает 240 Нм. В процессе работы исполнительного механизма муфта  вращается в обоих направлениях (реверс).

    Муфта работает в тяжелых условиях. Неотапливаемое помещение; небольшое количество абразивной пыли; повышенная влажность воздуха; плохие освещенность и доступность  для обслуживания. Время работы в  сутки: до 18 часов. Температура окружающей среды: -20…+30.

    Муфта упругая втулочно – пальцевая  представляет собой соединение двух полумуфт: тормозной и приводной. Соединение полумуфт между собой  осуществляется с помощью пальцев, установленных на моторной полумуфте. На пальцы надеваются упругие резиновые или кожаные втулки для смягчения ударов при пуске и торможении электродвигателя. Диаметр упругих буферных прокладок принимается таким, чтобы муфта с пальцами свободно входила в полумуфту редуктора, насаженную на конец червячного вала.

    Полумуфта, установленная на конце вала электродвигателя, предназначена для передачи крутящего  момента от двигателя на быстроходный вал редуктора.

    Полумуфта моторная представляет собой втулку с фланцем, по окружности которого предусматриваются  цилиндрические отверстия под пальцы. Данная полумуфта содержит гладкое  цилиндрическое отверстие. Для передачи крутящего момента в отверстие  полумуфты протянут шпоночный паз. Со стороны нерабочей поверхности  полумуфты на фланце сделаны выемки для крепежных элементов.

б) Анализ технических требований  и выявление технологических задач, возникающих при ее изготовлении.

      На  изначальном чертеже детали видно, что не все поверхности полумуфты подвергаются механической обработке. Механообработке не подвергается внешняя конусная поверхность втулки, так как она не является рабочей поверхностью.

Анализ  точности выполняемых размеров.

      Внутренняя  цилиндрическая поверхность полумуфты  является посадочной поверхность. Этой поверхностью деталь садится на вал  электродвигателя. Исходя из того, что полумуфта работает при высоких скоростях вращения и должна передавать крутящий момент от вала двигателя к входному валу редуктора, то должно выполняться требование хорошего центрирования, а так же возможность сборки и разборки ее с двигателем без значительных усилий. Таким образом, у полумуфты должна быть высокая цилиндричность посадочной поверхности, что обеспечивается соответствующей посадкой. Из набора предпочтительных посадок для данного типа соединений больше других подходит посадка Н7/k6. Посадка Н7/k6 (типа напряженной) в среднем дает незначительный зазор (1-5 мкм) и обеспечивает хорошее центрирование, не требуя значительных усилий для сборки и разборки. Применяется чаще других переходных посадок: для посадки шкивов, зубчатых колес, муфт, маховиков (на шпонках), втулок подшипников. Стандартные электродвигатели серии АИР имеют посадку k6. Так же имеется соответствующая данной посадка в системе вала K7/h6. Данная деталь имеет поле допуска 15 мкм, соответствующая в данном случае 7-ому квалитету точности. Исходя их этого назначаем посадку K7/h6.

      Поскольку данная торцевая поверхность используется при выверке полумуфты относительно тормозной полумуфты, следовательно  данный торец должен быть перепендикулярен внутренней цилиндрической поверхности  полумуфты. Это требование взаимного  расположения задано в виде биения, так как биение в случае сопряжения вращающихся поверхностей будет определяющим фактором динамических нагрузок. Допуск на биение  равен 25 мкм, соответствует 6-ому квалитету точности (номинальный диаметр поверхности 123 мм). Невыполнение данных требований приведёт к перекосу и большим динамическим нагрузкам.

      Наружная  цилидрическая поверхность полумуфты  является посадочной для внутренней цилиндрической поверхности тормозной  полумуфты, и по ней так же производится выверка взаимного положения полумуфт. Данная поверхность выполнена в системе вала, и имеет допуск 25 мкм, соответствующий 6-ому квалитету точности для данного размера (123 мм).

      Обе цилиндрические поверхности должны быть соосными для предотвращения вибраций и связанных с ней нагрузок. Учитывая высокие скорости вращения, к цилиндрическим поверхностям полумуфты предъявлены высокие требования соосности.

      Деталь  имеет три крепежных отверстия. Допуски расположения осей отверстий  для крепежных деталей должны устанавливаться одним из способов:

• позиционными допусками осей отверстий;
• предельными отклонениями размеров, координирующих оси отверстий.

      Для отверстий, образующих одну сборочную  группу при числе элементов в  группе больше двух, предпочтительно  назначать позиционные допуски  их осей. На чертеже допуск расположения отверстий является зависимым от действительного размера рассматриваемого элемента и представлен позиционным допуском осей отверстий, равного 12 мкм. Эта относительно небольшая величина обусловлена тем, что требование вызвано только условием возможности сборки. Передача момента осуществляется за счет сил трения, возникающих в стыке.

      Посадочные поверхности под крепежные элементы необходимо расточить и обеспечить их параллельность, иначе болты, являющиеся крепежными элементами, будут испытывать изгибные  напряжения из-за перекоса осей. Так как это требование на чертеже не указано, его нужно задать. Для данного диаметра и девятого квалитета точности (чистовое точение) определяем допуск по параллельности 43 мкм (9 квалитет точности выбран равным квалитету точности торцевой поверхности по биению).  В противном случае может привести к разупрочнению соединения и поломке передаточного механизма.

Точность  отливки 10-0-0-10 ГОСТ26645-85

      Исходя  из того, что для данная отливка  должна соответствовать 10-ому классу размерной точности, 10-ому классу точности массы (степень коробления не нормируется, степень точности поверхностей не нормируется), следует что к отливке предъявляются средние требования по точности и массе. Это связано с тем, что основными параметрами полумуфты, влияющими на работу  механизма, являются ее масса и точность поверхностей.

В случае невыполнения данного требования возможно возникновение  вибрации и дисбаланса. 

Формовочные уклоны по ГОСТ3212-92

      При изготовлении отливки используются стандартные значения формовочных  уклонов.

      Требования  к отливке не жесткие, так как  после литья все поверхности  заготовки подвергается механической обработке.

      Неуказанные предельные отклонения:H14; h14; +-IT14/2

      Поверхности детали, для которых не указано  другого, выполняются по 14 квалитету, потому что они не контактируют с  другими деталями и к ним не предъявляется особых требований по точности.

Покрытие:

      Эмаль ПФ-115 предназначена для металлических, деревянных и других поверхностей, подвергающихся атмосферным воздействиям, и для окраски внутри помещений.

      Перед применением эмаль тщательно  перемешивают, при необходимости  разбавляют сольвентом, уайт-спиритом (нефрасом-С4-155/200), скипидаром или их смесью 1:1.

      Эмаль ПФ-115 наносят методом распыления или кистью на  сухую, предварительно очищенную от пыли, жировых и других загрязнений, ржавчины, окалины поверхность.

      Время высыхания каждого слоя эмали  при температуре (18-22)С – 24ч.

      Расход  эмали на однослойное покрытие в  зависимости от цвета 100-180 г/м2.

      Меры  предосторожности: при проведении окрасочных работ, а так же после их окончания  необходимо тщательно проветривать помещение. Беречь от огня. Для защиты рук применять резиновые перчатки. Данное требование необходимо для предотвращения коррозионных процессов. 

3. Технологический анализ конструкции.

      Конструкция изделия может быть признана технологичной, если она обеспечивает простое и  экономичное изготовление этого  изделия. Повышение технологичности  конструкции изделия предусматривает  проведение комплекса различных  мероприятий, в числе которых  необходимо отметить приведенные ниже.

Качественная  оценка технологичности.

         1) Уменьшение трудоемкости изготовления  детали. Это достигается путем  снижения требований к точности  детали. Точность данного изделия  невысокая. Установленные конструктором  допуски являются обоснованными,  так как допуск формы обусловлен  степенью ответственности детали. Конструкция детали состоит из минимального числа поверхностей, обусловленных ее функциональным назначением. Поэтому число требований также минимально. Большинство поверхностей можно получить обычными методами токарной обработки. Исключением являются посадочный участок полумуфты, который садится на вращающийся вал электродвигателя, заданную шероховатость которого можно получить обычным шлифованием. Для получения шпоночного паза необходимо применить протяжную обработку. К тому же, шпоночный паз выполнен напроход, что является более технологичным вариантом, чем непроходной вариант.

        2) Создание конфигурации детали и подбор материала, позволяющего применение наиболее совершенных исходных заготовок, сокращающих объем механической обработки. Данная деталь имеет самую простую конфигурацию – поверхность вращения. Материал, из которого изготовлена деталь (СЧ30), хорошо обрабатывается. За счет небольшой протяженности обрабатываемых поверхностей снижается объем механической обработки, что непосредственно приводит к снижению трудоемкости обработки детали.

      3) Материал, из которого изготавливается  деталь, обладает свойством гасить  вибрацию.

      4) Простановка размеров на чертеже с учетом требований их механической обработки, позволяющая выполнять обработку по принципу автоматического получения размеров и обеспечивать совмещение конструкторских и технологических баз. Введение постоянных технологических баз позволяет повысить и сократить трудоемкость обработки соосных поверхностей. Все эти требования на чертеже учтены. Система простановки размеров в целом обеспечивает удобство и производительность контроля.

      5) Создание конфигурации детали, позволяющей применение наиболее совершенных и производительных методов механической обработки (обработка многорезцовым, фасонным и многолезвийным инструментом, накатывание резьбы, применение агрегатных и специальных станков и автоматов, поточных и автоматических линий). Данная деталь не имеет конструктивных элементов, препятствующих выходу обрабатывающего инструмента. Все поверхности легкодоступны для обработки. Конструкция детали позволяет применять станки с ЧПУ. Большинство токарных операций производятся на токарных станках с ЧПУ. При изготовлении детали в большинстве случаев не требуется специальных методов получения заготовки, специальной оснастки для механической обработки, специальных методов контроля. 
 

Количественная оценка технологичности.

      Производство  среднесерийное. Материал детали отличается дешевизной, что в условиях среднесерийного производства является положительным с точки зрения технологичности детали.

      На  основе проведенного анализа считаем  конструкцию данной детали технологичной  в условиях среднесерийного  производства. 

4.Выбор и обоснование метода изготовления заготовки.

      Для выбора вида заготовки определяются самые значимые показатели для ее изготовления.

1. Технологические свойств материала.

      При изготовлении полумуфты использован материал СЧ30, обладающий высокими литейными свойствами. Этот вид чугуна относится к модифицированным чугунам и представляет собой серый чугун, улучшенный специальными добавками, присадками, уменьшающими внутренние  напряжения, повышающими прочность.

      Таким образом исходя из главного технологического свойства – жидкотекучести, определяем вид заготовки – отливка.

      Выделим несколько наиболее приемлемых методов  изготовления отливки:

1. Литье в оболочковые формы
2. Литье в стержневые формы
3. Литье в металлические формы
4. Литье в песчаные формы.
5. Центробежное литье.

      Так как к точности отливки не предъявляются  высокие требования:

- в соответствии  с ГОСТ 26645-85 «Отливки из металлов и сплавов. Допуски размеров, массы и припуски на механическую обработку» допуски размеров отливки изменяются в зависимости от размера в интервале от 1,8 до 3,2 мм.

- отклонение  по массе может достигать 16% от массы заготовки (2,1 кг.)

      Эти отклонения соответствуют Третьему классу точности.

      Исходя  из требований экономичности, точности, а так же объема выпуска для  изготовления заготовки полумуфты  будем использовать литье в песчаные формы (Справочник технолога машиностроителя,гл.3, табл.1, 5-7). При использовании этого метода будет обеспечены технические требования, предъявляемые к заготовке, а так же простота и экономичность.

      При этом минимальная толщина стенок равна 3-4 мм, а диаметры отверстий  в отливке не должны быть меньше 15 мм.

      Отверстие в полумуфте получается при помощи стержня. Согласно табл.6, стр.123, [5], для  данного диаметра отверстия его  глубина (глубина сквозного отверстия) может достигать 120 мм., что полностью удовлетворяет габаритам полумуфты.

Указать плоскость разъема!!!!

5.  Разработка маршрута обработки отдельных поверхностей детали.

   Маршрут обработки детали представляет собой  перечисление всех операций, необходимых  для изготовления детали, в последовательности их выполнения. Он включает в себя и  те операции, которые не являются механической обработкой, например, заготовительная  операция, операция промежуточной сборки. Маршрут обработки элементарных поверхностей зависит от типа поверхности, предъявляемых к ней требований (точность размеров, шероховатость, точность расположения поверхностей и отклонения формы), а также от типа производства, т.е. от типа применяемого оборудования.

   К полумуфте моторной предъявляются  жёсткие требования. Самыми функциональными, а следовательно, и точными поверхностями  являются посадочное отверстие, торец  полумуфты а также центрирующая цилиндрическая поверхность, причем последняя имеет 6 –ой квалитет точности.

   Заготовка имеет 13 квалитет точности, а квалитет получаемой детали по самой точной поверхности 7, следовательно, 12-7=5. То есть для получения заданной точности необходимо преодолеть 5 квалитетов точности. За один этап обработки это осуществить  невозможно, поэтому основные поверхности  необходимо обрабатывать в несколько  этапов, постепенно повышая точность детали.

   Все поверхности детали с одного установа обработать невозможно.  Токарную обработку  разумнее разделить на две операции, поскольку при параллельной обработке  достигается высокая производительность, а также между операциями напряжения, возникшие на предыдущей токарной операции,  имеют возможность перераспределиться. Это важно, поскольку деталь нежесткая.

   После черновой обработки разумно включить контроль качества материала, наличие  пор, трещин и т. д. После окончательной  обработки необходима слесарная  операция, мойка, контроль геометрических размеров, контроль качества материала.

      Рассмотрим  отливку:

      Так как заготовка выполняется методом  литья в песчаные формы, определяем для детали данных размеров (максимальный размер 123 мм) класс точности размеров и ряды припусков на механическую обработку отливок для различных  способов литья (Таблица П 1.5, Третьяков, ТКМ). Отливке из серого чугуна с  размерами, лежащими в интервале  от 100 до 160 мм. соответствует 10-ый класс  точности размеров, и 2 ряд припусков на механическую обработку. Десятому классу точности соответствует допуск 3.2 мм на линейный размеры (для 123 мм) и 2.2 мм (для 32 мм). Припуск на механическую обработку – не более 4 мм ( для 32 мм – не более 3.6).  

      Рассмотрим  построение маршрутов  обработки следующих  поверхностей:

• внутренней цилиндрической поверхности d32K7, являющейся посадочной поверхностью (предъявлены повышенные требования к точности размеров Ra 1.6);
• внешней цилиндрической поверхности d123h6, являющейся центрирующей поверхностью (предъявлены повышенные требования к точности размеров Ra 1.6).
• так же необходимо рассмотреть построение маршрута для торцевой поверхности, т.к. помимо высоких требований к точности поверхности Ra3.2, к ней предъявлены высокие требования к точности взаимного расположения поверхностей (в частности торцевой и внутренней цилиндрической).

1. Отверстие – внутренняя цилиндрическая посадочная поверхность - получается литьем, формообразующим элементом является стержень. При этом получаем точности размера по IT13 и шероховатость поверхности Ra=20-80 мкм. Так как необходимо достичь точность Ra1.6, соответствующую 7 квалитету, то необходимо преодолеть 6 квалитетов точности. За один этап обработки это осуществить невозможно, поэтому основные поверхности необходимо обрабатывать в несколько этапов, постепенно повышая точность детали. Таким образом, для обработки поверхностей необходимо предусмотреть предварительную, промежуточную и окончательную обработку.

      В качестве предварительной обработки поверхностей можно использовать растачивание, силовое шлифование или зенкерование. При силовом шлифовании выделяется большое количество тепла, происходит перегрев заготовки, возникают прижоги. Поэтому в качестве предварительной обработки разумнее выбрать между черновым растачиванием и черновым зенкерованием. После чернового растачивания можно получить точность по 11 квалитету, с шероховатостью до 6,3 мкм.

      Промежуточная обработка поверхностей может предусматривать шлифовальные или токарные операции. При шлифовании происходит значительное выделение тепла, возможны прижоги. Также происходит шаржирование обработанной поверхности. Поэтому рациональнее использовать точение, в частности - чистовое растачивание. Возможно получение точности заготовки по 8-9 квалитету с шероховатостью Ra до 2,5 мкм., аналогичных характеристик поверхности добиваются при зенкеровании.

      В качестве окончательной обработки внутренней поверхности возможно использование тонкого растачивания или чистового шлифования. Так как весь процесс обработки включает токарную обработку поверхности, то разумнее и для окончательной обработки использовать операцию растачивания.

      Весь  маршрут обработки в первом приближении  можно представить в следующем  виде:

      Варианты  маршрута обработки поверхности:

      Требуемая точность размера и шероховатости  отверстия могут быть достигнуты следующими способами обработки:

• Точное зенкерование: IT7, Ra=0,63мкм
• Тонкое растачивание: IT6-IT7, Ra=0,63 мкм
• Чистовое протягивание: IT6-IT7, Ra=0,63-1,25 мкм
• Чистовое шлифование: IT6-IT7, Ra=0,2-0,63 мкм

      Применение  шлифования недопустимо, т.к. диаметр  отверстия 32 мм, при этом диаметр  державки шлифовального круга окажется слишком мал, чтобы обеспечить необходимую  жесткость.

      Применение  развертывания также недопустимо  из-за малого диаметра отверстия.

      Наиболее  рациональным маршрутом является маршрут:

• Заготовка IT14, Ra = 20-80 мкм
• Черновое растачивание IT11, Ra = 10 мкм
• Чистовое растачивание IT9, Ra = 2,5 мкм
• Тонкое растачивание IT7, Ra = 1,6 мкм

т.к. при  этом обработка осуществляется на станке одной группы, то снижается погрешность и затраты времени на переустановку. Также за этот установ обрабатываются и другие поверхности заготовки.

2. Также важной поверхностью детали является посадочная наружная цилиндрическая поверхность  Ø (IT7) под установку внутренней цилиндрической поверхности тормозной полумуфты.

Точность  размера после литья - IT13- IT16 и  шероховатость поверхности Ra=20-80 мкм. Необходимую точность размера и качество поверхности можно получить тонким точением, которому предшествует чистовое и черновое точение.

Маршрут обработки:

• Заготовка             IT14, Ra = 20-80 мкм
• Точение черновое IT12, Ra = 50-6,3 мкм
• Точение чистовое IT9, Ra = 6,3-0,4 мкм
• Точение тонкое            IT7, Ra = 1,6 мкм

3. Обработка ответственной торцевой поверхности  проводится аналогично. Причем желательно выполнять все эти обработки поверхностей за один установ, так как при этом будет выше степень взаимного расположения поверхностей.

Маршрут обработки:

• Заготовка             IT14, Ra = 20-80 мкм
• Точение черновое IT12, Ra = 50-6,3 мкм
• Точение чистовое IT9, Ra = 6,3-0,4 мкм
• Точение тонкое             IT7, Ra = 3,2 мкм

      За  один установ каждый этап обработки  завершить невозможно, поэтому необходимо провести разделение каждого этапа  на операции.

На предварительном  этапе во время первого установа обработке подвергаются внутренняя цилиндрическая поверхность, торцевая и внешняя цилиндрическая поверхность. На втором установе обтачивают плоскую поверхность с тыльной стороны заготовки под места посадки крепежных элементов (гаек). Конусную поверхность обтачивают до цилиндрической.

После чего проводятся контрольные операции.

Затем производится сверление отверстий  под крепежные элементы.

На промежуточном  этапе производится точение внутренней цилиндрической, торцевой и внешней цилиндрической поверхностей. Нарезаются фаски.

На этапе  окончательной обработки поверхности  производят тонкое точение и растачивание ответственных поверхностей, протягивание паза.

Так же необходимо включить в обработку  детлаи слесарные операции и мойку.

Исходя  из разработанной последовательности обработки  представим маршрут обработки  детали в следующем виде:

6. Выбор баз, составление  маршрута обработки, выбор вида оборудования.

   Необходимо  выполнить принцип неизменности базирования для большинства  операций. Также желательно совместить конструкторскую, измерительную и  технологическую базы. Но постоянство баз для данной детали сохранить невозможно.

         Основными базовыми поверхностями  являются внешние цилиндрические  поверхности  и торцевые поверхности  полумуфты. На начальных стадиях  обработки в качестве технологической  базы выбираем внешнюю конусную поверхность полумуфты. Это необходимо для обработки внутренней поверхности отверстия. Последующая обработка будет проводиться в том числе и с базированием на оправке.

   На  токарных операциях возможно применение универсального токарного станка, токарно-револьверного  станка, токарного автомата и токарного  станка с ЧПУ. Обработка детали на универсальном токарном станке наименее производительна. При серийном производстве целесообразно применять станок с ЧПУ, что обеспечит высокую  точность обработки и гибкость производства.

   При обработке на токарных операциях  целесообразно использовать резец  для контурного точения со сменной  многогранной пластиной из твердого сплава, которым возможно производить  как подрезку торца, так и точение  цилиндрических поверхностей.