Проектирование технологической оснастки для детали "Плита верхняя"

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Степанкова.

Подп. и дата

Взам.инв. №

Инв.№ дубл.

Подп. и дата

Инв. № подл.

Лист

ФСПО.ТО0121.991ПЗ

Введение.

Технологическая оснастка –  это совокупность приспособлений для  установки и закрепления заготовок  и инструментов, выполнения сборочных  операций, транспортирования заготовок, деталей или изделий. Эти приспособления в машиностроении широко применяются. Они предназначенные для установки и закрепления заготовок в требуемом положении относительно рабочих органов станка и режущих инструментов, служащие для транспортировки деталей или изделий и выполнения сборочных операций. По степени специализации приспособления делятся: на специальные, предназначенные для обработки определенной детали (или группы одиночных деталей); универсально-наладочные — для обработки различных по форме и размерам деталей, с переналадкой на каждый типоразмер путём замены некоторых элементов, регулировки их положения и дополнительной обработки (подгонки); универсальные — для обработки разнообразных по форме и размерам деталей, не требующие переделок. По виду компоновки различают агрегатированные приспособления, которые компонуются из самостоятельных узлов и подузлов, нормализованных и являющихся универсальными, и неагрегатированные, состоящие из узлов и деталей спец. назначения. К агрегатированным приспособлениям относятся и универсально-сборные приспособления (УСП), которые можно собирать из заранее изготовленных деталей и узлов, находящихся на складе, и разбирать после использования.

В технологическую оснастку обычно входят следующие элементы: установочные, зажимающие, направляющие (или настроечные), делительные и  поворотные устройства, механизированные (механические, пневматические, гидравлические, пневмогидравлические и электромеханические) приводы для осуществления перемещений  установочных, зажимающих и др. элементов.

В практике современного производства в технологическую оснастку вводят контрольные, подналадочные, блокировочные и защитные устройства. Контрольные средства обычно непосредственно связаны с процессом обработки, находятся во взаимосвязи с основным приспособлением. В процессе обработки по достижении заданного размера детали они подают командный импульс для прекращения обработки. Подналадочные устройства контролируют детали непосредственно после обработки и подают командный импульс для автоматической корректировки настройки механизмов. Блокировочные и защитные устройства подают командный импульс для прекращения обработки в случае нарушения настройки, поломки инструмента и т.п

1. Анализ детали

1.1Описание конструкции детали

          Деталь плита верхняя  используются для плотного закрытия различных отверстий и пространств с целью их изоляции от окружающей среды. Деталь выполняется из стали  45 ГОСТ 1050-88. Плита верхняя представляет собой деталь типа диск с габаритными размерами Ø145х20_-0,033мм.

         На периферии плиты имеются 3 паза под углом 120^о. Пазы выполнены под углом 60^о радиусом 6,5.

        На диаметре 25 имеется ступенчатое отверстие Ø20^+0,021/ Ø24,5 на глубину 6^+0,03. Требования шероховатости Ra=1,6.

         На диаметре 100 выполнены :

• 3 ступенчатых отверстия Ø12/ Ø7 под углом 120^о. Ступень Ø12 выполнена на глубину 8 мм.;
• 2 сквозных отверстия Ø12^+0,018 с параметром шероховатости Ra=0,8;
• сквозное отверстие Ø10^+0,015 с параметром шероховатости Ra=0,8;
• 2 сквозных отверстия Ø5^+0,012 с параметром шероховатости Ra=0,8.

        На периферии детали  выполнены 2 отверстия М6-7Н, сопрягающиеся с отверстиями Ø12^+0,018, под углом 30^о. Эти отверстия выполнены с фаской 1х45^о на высоте 6±0,02 от нижнего торца детали.

       К верхней и нижней плоскостям детали предъявляется допуск параллельности поверхностей 0,2 мм.

       Неуказанные параметры шероховатости выполняются по Ra=6,3. Неуказанные предельные отклонения по 14 квалитету точности.

                             1.2 Химический состав материала детали

          Сталь 45 является одной из самых стойких конструкционных качественных сталей.

          Широко используют сталь 45 при производстве бандажей, валов, шестеренок, коленчатых валов, распределительных валов, шпинделей.

          Активно применяют сталь 45 и при производстве режущих инструментов.

         Общепринято, что при маркировке сталей в названии используются цифры 10,20, 30, которые показывают % углерода в составе стали.

          Так "сталь 45" означает, что в сталь 45 содержит 0,45 % углерода.

         Сталь 45 приобретает свою повышенную прочность благодаря различным приемам термической обработки. Так сталь 45 может подвергаться двойной термообработке с высоким температурным отпуском, многофазовой обработке термическим методом. Возможно также легирование стали 45 азотом.

        Сталь 45 теряет свою прочность при нагревании ее до 200 градусов. Поэтому сталь 45 применяется для производства неответственных режущих инструментов.

Таблица 1.1-химический состав стали 45 

1.3 Физико-механические  свойства

         Сталь 45 применяют после нормализации, улучшения и поверхностной закалки для самых разнообразных деталей во всех отраслях машиностроения. Эти стали в нормализованном состоянии по сравнению с низкоуглеродистыми имеют более высокую прочность при более низкой пластичности . Стали в отожженном состоянии достаточно хорошо обрабатываются резанием.

        Одной из важнейших характеристик любого конструкционного материала является обрабатываемость его резанием и определяется она коэффициентом обрабатываемости данного материала по отношению к эталонному.

 Таблица 1.2 Температура критических точек материала 45

Таблица 1.3  Технологические свойства материала 45.

Таблица 1.4 Механические свойства при Т=20^oС материала сталь 45 .

 Таблица  1.5 Физические свойства материала сталь 45.

  Обозначения:

Механические свойства:

• ϭ_в - Предел кратковременной прочности, [МПа]

• ϭ_Т - Предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), [МПа]

• δ_S - Относительное удлинение при разрыве, [ % ]

• ψ - Относительное сужение, [ % ]

• KCU - Ударная вязкость, [ кДж / м2]

• HB - Твердость по Бринеллю

Физические свойства:

• T - Температура, при которой получены данные свойства, [Град]

• E  - Модуль упругости первого рода , [МПа]

• α - Коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20o - T ) , [1/Град]

• λ - Коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала) , [Вт/(м•град)]

• ρ - Плотность материала , [кг/м3]

• C - Удельная теплоемкость материала (диапазон 20o - T ), [Дж/(кг•град)]

• R - Удельное электросопротивление, [Ом•м]

Проведя анализ всех вышеперечисленных характеристик  химического состава и физико-механических свойств данного материала, можно  сделать вывод о том, что для  изготовления детали подобрана оптимальная  марка, отвечающая всем требованиям  точности, качества и последующей  эксплуатации.

2. Выбор приспособления.

2.1 Обоснование выбора приспособления.

Исходя из технологических особенностей обработки  детали «Плита верхняя», целесообразно в качестве зажимного элемента приспособления выбрать прихват отводной для внутреннего закрепления.

Приспособления для механической обработки обычно имеют устройства, состоящие из соответствующих зажимных элементов и механизмов. Зажимные устройства приспособлений являются основной частью, обеспечивающей надежное закрепление деталей в приспособлении.

         Так как будет производиться фрезерование трех пазов и сверление отверстий на Ø 100, заготовка будет базироваться в приспособлении по торцам детали с упором на периферию. В роли установочного элемента, в данном приспособлении будет являться прихват отводной для внутреннего закрепления.

           Прихваты должны обеспечивать удобство установки заготовки в приспособлении, для чего их нужно выполнять так, чтобы они могли отодвигаться или поворачиваться благодаря наличию в планке продольного паза или других устройств.

  При выборе зажимного устройства приспособления буду руководствоваться следующим требованиям:

- При зажиме не изменять первоначально заданное положение заготовки.

- Сила зажима должна обеспечивать надежное закрепление детали и не допускать сдвига, поворота и вибрации заготовки при обработке на станке.

- Зажим и открепление заготовки производится с минимальной затратой сил и времени.

- Зажимной механизм должен быть простым по конструкции, компактным, максимально удобным и безопасным в работе.

        Прихват отводной  для внутреннего закрепления  отвечает всем требованиям. Следовательно приспособление выбрано верно.

2.2 Описание  конструкции приспособления.

      В зависимости от конструкции зажимных элементов различаются резьбовые зажимы, прихваты, клиновые, эксцентриковые кулачковые и цанговые зажимы.

          Зажимные  устройства предназначаются для  обеспечения надежного контакта  заготовки с установочными элементами, жесткого крепления в приспособлении, не допускающего смещения и  вибрации заготовки в процессе  обработки. Они доступны для  обслуживания и удобны в работе, обеспечивают постоянство зажимной  силы и сохранность поверхности  заготовки. Зажимные устройства  должны быть несложной конструкции,  недорогими, износостойкими и прочными  при минимальных размерах. Силы  зажима должны быть направлены  на неподвижные опоры и действовать  над ними, а заготовка под влиянием  их не должна смещаться с  основных опор. Конструкция зажимного  устройства должна обеспечить  безопасную работу, а сила, необходимая  для закрепления заготовки, должна  быть минимальной.

        Зажимные устройства по принципу действия делятся на ручные, механизированные и автоматизированные. Ручные зажимы (винтовые, клиновые, эксцентриковые) применяют в приспособлениях, предназначенных для единичного и мелкосерийного производства. Механизированные и автоматизированные зажимные механизмы (пневматические, гидравлические) применяют в приспособлениях, используемых в серийном и массовом производстве. В зависимости от силового привода зажимные элементы делятся на механические, пневматические, гидравлические, электрические, магнитные и вакуумом

         Резьбовые  зажимы — это устройства, в  которых для закрепления заготовок  используют резьбовые соединения  с зажимными винтами. Резьбовые  зажимы очень просты и универсальны, дешевы, прочны и надежны в  эксплуатации. Эти зажимы работают  безотказно и несложны в изготовлении. К недостаткам резьбовых зажимов  следует отнести длительность  закрепления заготовок, особенно  когда зажим осуществляют несколькими  винтами; опасность смещения заготовки  и ее деформации концом винта;  большие затраты энергии рабочего  при креплении; различные силы  зажима заготовки.

     На рисунке 2.1 изображен выбранный нами прихват. Перед закреплением заготовки поверхность стола и опорную поверхность заготовки протирают сухой ветошью, после чего заготовку закрепляют прихватами. Его устанавливают так, чтобы один конец опирался на заготовку, а другой — на опорную пластину, высоту которой подбирают по высоте заготовки. Прихват (3) должен занимать горизонтальное положение. Его прижимают к заготовке и подкладке (4) болтом (7), который заводят головкой в паз стола станка. В качестве дополнительной опоры имеется опорная планка (6). Опорная планка крепится к подкладке с помощью штифта (5). Для поддержания планки на весу после освобождения заготовки снизу устанавливают слабую пружину (8). Гайка (1) опирается на сферическую шайбу (2), что предохраняет болт от изгиба, если планка при зажиме детали будет перекошена. Чтобы снять прихват с заготовки, не нужно полностью свинчивать гайку, достаточно ее ослабить. Таким образом, можно сэкономить время.

Рисунок  2.1  Прихват отводной для внутреннего  закрепления.

2.3 Описание  работы приспособления.

         На рис 2.2 показано закрепление обрабатываемой заготовки  на столе станка  прихватом (3), который одним концом опирается на заготовку, а другим - на подкладку (4). Головка болта заводится в Т-образный паз стола через отверстие прихвата. Завертывая ключом гайку (1), тем самым прижимают прихват к заготовке, крепят ее. В качестве подкладки под прихваты используют ступенчатые подставки, различные бруски требуемой высоты или специальные опоры для плиточных прихватов.

Рисунок 2.2 Прихват отводной для  внутреннего закрепления

2.4 Определение вида опорных элементов

    Опорные элементы имеют разнообразную конструкцию, которая зависит от формы базы и числа лишаемых степеней свободы. Они разделяются на основные и вспомогательные опоры. Кроме того, опоры бывают неподвижными, подвижными, плавающими и регулируемыми.

         Основные опорные элементы характеризуются тем, что каждый из них реализует одну или несколько опорных точек для базирования заготовки. Будучи соответствующим образом размещенными в приспособлении, они образуют необходимую при выбранном способе базирования совокупность опорных точек. К основным опорам относятся: опорные штыри, пальцы, пластины, центры, призмы (ГОСТ 12193-12197, 12209-12216, 13440-13442, 4743).

         Вспомогательные опорные элементы отличаются тем, что они подводятся к заготовке после того, как она получила необходимое базирование с помощью основных элементов. Такие опоры используются для увеличения числа точек контакта заготовки с приспособлением с целью повышения жесткости системы. К вспомогательным опорам относятся регулируемые и плавающие одиночные опоры, люнеты (ГОСТ 4084-4086, 4740).

    Неподвижные опоры используют только в качестве основных. К ним относятся опорные штыри, пластины, призмы, центры.

Регулируемые опоры применяются  в качестве основных и вспомогательных  опор. Как основные они служат для  установки заготовок необработанными  поверхностями при больших изменениях припуска на механическую обработку, а  также при выверке заготовок  по разметочным рискам.

Плавающие опоры обычно применяют  в качестве вспомогательных, но если заготовка имеет сложную форму и установить ее только на постоянные опоры трудно, то плавающие опоры можно применять в качестве основных.

К подвижным опорам относятся люнеты, призмы и т.п.

При установке заготовки на опорные  элементы необходимо правильно выбрать  форму рабочей поверхности опоры  в зависимости от вида базовой  плоскости заготовки и метода ее обработки. Для установки детали «Плита верхняя» выбираем опорные планки.

Опорные планки используются для установки  плоских деталей в зажимных механизмах. Крепятся к корпусу приспособления и присоединяются к прихвату с помощью болтового соединения. Могут быть выполнены различной формы.  Как правило изготавливаются в виде плоских рычагов с опорной поверхностью в виде сферы,  рифления или плоскости. В нашем случае используется опорная планка с опорной поверхностью в виде сферы.

2.5 Определение оборудования, применяемого при механической обработке заготовок.

        Выбор металлорежущего станка для операции определяется методом обработки, габаритными размерами заготовок с учетом их конфигурации, мощностью, необходимой на резание, техническими требованиями, определяющими точность и шероховатость обработанных поверхностей; производительностью и себестоимостью в соответствии с типом производства. При выборе конкретной модели станка необходимо обязательно учитывать его технические характеристики, основные из которых размерные, скоростные и силовые.

       В связи с  этим целесообразно применить  в процессе обработки нашей  заготовки следующее оборудование: Вертикально-сверлильный станок 2Н135

Рисунок 2.3 Вертикально-сверлильный  станок 2Н135 (1 — станина; 2— электродвигатель; 3— сверлильная головка; 4, 10— рукоятки; 5— штурвал; 6 — лимб; 7 — шпиндель; 8 — шланг подачи СОЖ; 9 — стол; 11 — плита; 12 — шкаф электроаппаратуры)

       Станок универсальный вертикально-сверлильный 2HI35 используются на предприятиях с единичным и мелкосерийным выпуском продукции и предназначен для выполнения следующих операций: сверления, рассверливания, зенкерования, развертывания и подрезки торцов ножами. Наличие на станках механической подачи шпинделя при ручном управлении  допускает обработку деталей в широком диапазоне размеров из различных материалов с использованием инструмента из высокоуглеродистых и быстрорежущих сталей и твердых сплавов. Станок снабжен устройством реверсирования электродвигателя главного движения, что позволяет производить на нем нарезание резьбы машинными метчиками при ручной подаче шпинделя. Класс точности станка Н по ГОСТ 8-82.

     Главным движением в вертикально-сверлильных станках является вращение шпинделя с закрепленным в нем инструментом. Движение подачи осуществляется вертикальным перемещением шпинделя. Заготовку обычно устанавливают на столе станка. Соосность отверстия заготовки и шпинделя получают перемещением заготовки.

    Станина (1) имеет вертикальные направляющие, по которым перемещается стол (9) и сверлильная головка (3), несущая шпиндель (7) и двигатель (2). Управление коробками скоростей и подач осуществляют рукоятками (4), ручную подачу — штурвалом (5). Контроль глубины обработки осуществляют по лимбу (6). В нише станины размещен противовес. Электрооборудование станка вынесено в отдельный шкаф (12). Фундаментная плита (11) служит опорой станка. Стол станка бывает подвижным (от рукоятки (10) через коническую пару зубчатых колес и ходовой винт), неподвижным (съемным) или поворотным (откидным). Его монтируют на направляющих станины или выполняют в виде тумбы, установленной на фундаментной плите. Охлаждающую жидкость подают электронасосом по шлангу (8). Узлы сверлильной головки смазывают с помощью насоса, остальные узлы станка — вручную.

Таблица 2.1  Технические характеристики вертикально-сверлильного станка 2Н135

3 Расчёт  точности базирования заготовки  детали

3.1 Расчёт  погрешности установки

Базирование-придание заготовке или изделию, требуемого положения относительно выбранной  системы координат.

Схема базирования - схема расположения опорных точек на базах заготовки или изделия.

Закрепление - приложение сил или пар сил к заготовке или изделию для обеспечения их положения, достигнутого при базировании.

Установка –  процесс базирования и закрепления  заготовки.

Погрешность установки – отклонение фактически достигнутого  положения заготовки  или изделия от требуемого.

Ɛ_у =   (3.1)

Ɛ_б – погрешность базирования

Ɛ_з – погрешность закрепления

∆_пр – неточность приспособления

Погрешность установки зависит от размера  Ø100 ±0,02,  т.к. точность выполнения данных отверстий в проектируемом приспособлении напрямую зависит от диаметрального размера, на котором расположены эти отверстия.

Погрешность базирования – отклонение фактически достигнутого положения заготовки  или изделия при базировании  от требуемого.

Погрешность базирования равна 0,0165 мм.

Влияние на Ɛ_у оказывает :

- точность

- чистота  базовых поверхностей

- конструкция  приспособления

- постоянство  сил зажима

Погрешность Ɛ_з для прижима 0,1 мм.

Основная  причина Ɛ_з – деформация базовых поверхностей деталей и стыков цепи по которой передаются силы зажима.

∆_пр = Ɛ_пр+Ɛ_ус+Ɛ_и  (3.2)

Ɛ_пр – погрешность изготовления приспособления по выбранному параметру, зависящая от погрешности изготовления и сборки установочных и других элементов приспособления. В данном случае погрешность равна 0,001 мм.

Ɛ_ус - погрешность установки приспособления на станке. В данном случае погрешность равна 0,005 мм.

Ɛ_и – погрешность положения заготовки, возникающая в результате изнашивания элементов приспособления. Эта величина зависит от программы выпуска изделий, их конструкции и размеров, материала и массы заготовки, состояния её базовой поверхности. В данном случае погрешность равна 0,001 мм.

∆_пр = 0,001+0,005+0,001=0,007 мм.

Ɛ_у ==0,02 мм.

3.2 Составление  схемы базирования

          Базирование –  это придаваемое заготовке (сборочной единице) положение, определяемое базами, относительно выбранной системы координат.

          База –  это поверхность заготовки или сборочной единицы, с помощью которой ее ориентируют при установке для обработки на станке.

         Базой может служить поверхность, сочетание поверхностей, ось, точка, принадлежащие заготовке.

По назначению базы подразделяются на

- Конструкторские;

- Технологические;

- Измерительные.

Конструкторская база – база, используемая для определения положения детали или сборочной единицы в изделии. Они подразделяются на основные и вспомогательные.

Технологическая база – база, используемая для определения положения заготовки  или изделия при изготовлении и ремонте.

Измерительная база – база, используемая для определения относительного положения заготовки или изделия  и средств измерения.

        Точность базирования заготовки зависит от выбранной схемы базирования, т.е. схемы расположения опорных точек на базах заготовки. Опорные точки на схеме базирования изображают условными знаками и нумеруют порядковыми номерами, начиная с базы, на которой располагается наибольшее количество опорных точек.

       Для базирования детали «Плита верхняя» на сверлильной операции выбираются следующие   базирующие поверхности: Верхний и нижний торцы детали. Данное базирование обеспечивает лишение заготовки трех степеней свободы.