Разработка технологического процесса. 4

1. Назначение и краткое техническое  описание детали

Деталь класса «втулка» служит как  промежуточный элемент для базирования  в корпусных деталях подшипников  опор и для выполнения функции  передачи крутящего момента с вала на шестерню.

Втулка используется для передачи крутящего момента с вала на шестерню, выполняя также опорную функцию. С одной стороны во втулку устанавливается вал, с другой – шестерня. На втулку напрессовываются подшипники.

Втулка — деталь машины, механизма, прибора цилиндрической или конической формы (с осевой симметрией), имеющая осевое отверстие, в которое входит сопрягаемая деталь.

В зависимости от назначения применяют  втулки подшипниковые, закрепительные, переходные и др.

Втулка  переходная - инструмент, используемый на металлообрабатывающем оборудовании для установки инструмента с  разными конусами Морзе.

  • На токарном станке втулка переходная используется для установки инструмента в заднюю бабку, неподвижного центра в переднюю бабку.
  • Для фрезерного станка втулка переходная - основной переходный элемент, позволяющий значительно снизить затраты на технологическую подготовку производства.

Деталь представлена на рис. 1.1.

 

 

Рис. 1.1. Деталь – втулка переходная.

 

 

2. Конструктивно-технологический анализ   детали.

 

Одним из важных этапов проектирования является отработка конструкции на технологичность. Отработка конструкции на технологичность  – это комплекс мероприятий, предусматривающих  взаимосвязанные решения конструкторских  и технологических задач, направленных на повышение производительности труда, снижение затрат и сокращение времени  на изготовление изделия при обеспечении  необходимого его качества.

Оценка  технологичности проводится качественно  и количественно, с расчетом показателей  технологичности по ГОСТ 14.201-83. При  этом качественная характеристика предшествует количественной и характеризует  технологичность конструкции обобщенно.

Технологичность детали оценивается сравнением трудоемкости и себестоимости изготовления различных  вариантов ее конструкции. Деталь, подвергаемая обработке резанием, будет технологична в том случае, когда ее конструкция  позволяет применять  рациональную заготовку, форма и размеры которой  максимально приближены к форме  и размерам готовой детали, а также  использовать высокоэффективные процессы обработки.

 

 

 

Рисунок2.1 Эскиз детали

1,2 – правый торец (2)

3,7,4 – наружная цилиндрическая  поверхность (3)

5,6 – левый торец (2)

8 – внутренняя цилиндрическая  поверхность (1)

9 – центральное отверстие (1)

10- канавка (1)

 

Конструкция детали позволяет применять рациональные формы и размеры заготовок.

Коэффициент точности обработки Ктч.

                          ,        

где: Аср  – средний квалитет точности обработки  детали по всем поверхностям.

Коэффициент  шероховатости поверхности Кш.

                        ,        

где: Бср  – среднее числовое значение параметра  шероховатости всех поверхностей детали.

Таблица 1.1. Анализ рабочего чертежа  детали.

Наименование поверхности

Количество поверхностей

Квалитет точности

Параметр шероховатости

Пов. 1

            1

             9

            3,2

Пов. 2

            1

             9

            3,2

Пов. 3

            1

             9

           1,25

Пов. 4

            1

             8

            3,2

Пов. 5

            1

             7

            3,2

Пов. 6

            1

             7

            3,2

Пов. 7

            1

             6

           1,25    

Пов. 8

            1

             7

            3,2

Пов. 9

            1

             7

            3,2

Пов. 10

            1

             8

            3,2


 

 

 

 

 

 

Определяем  Ктч и Кш.

              

               

Так как  Ктч > 0,8 ,  а Кш < 0,32  деталь можно считать технологичной.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Выбор и обоснование  вида заготовки  способа ее  получения

Для современных  требований, предъявляемых к изготовлению заготовок деталей изделий, характерны следующие технологические тенденции: максимальное приближение заготовок  по формам и размерам к деталям, требующимся  по чертежу; экономия материала; применение прогрессивных способов получения  заготовок.

      Для изготовления детали большую  роль играет выбор рационального  вида исходной заготовки и  способа её получения. Способ  получения заготовки должен быть  обусловлен ее стоимостью и  дальнейшей обработкой. Наиболее  широко для получения заготовок  применяют следующие методы: литьё,  обработка металлов давлением  и сварка, а также их комбинации.

       Каждый из методов содержит большое число способов получения заготовок. Так, например отливки можно получать в песчано-глинистых формах, кокиль, по выплавляемым моделям, под давлением и т. д.; поковки и штамповки - ковкой на молотах, гидравлических прессах; штамповкой на штамповочных машинах, кривошипных горячештамповочных прессах, горизонтально-ковочных машинах и т. д. Способ получения заготовки определяется типом производства, материалом, формой и размерами детали.

В данном проекте деталью, для которой  необходимо выбрать метод получения  заготовки, является втулка. Учитывая, что тип производства – среднесерийный , качество материала должно быть равномерным , наиболее рациональна поковка , полученная в закрытом штампе методом проката.

  При проектировании технологических  процессов механической обработки  заготовок необходимо установить  оптимальные припуски , которые обеспечили  бы заданную точность и качество  обрабатываемых поверхностей . Определение  припусков на механическую обработку  проведём опытно-статистическим  методом. Назначим припуски  на  механическую обработку по ГОСТ7505-74 . Для этого необходимо определить  массу заготовки , класс точности , группу стали, степень сложности   заготовки .

 

   Масса детали 10,39 кг.

   Материал : сталь 50

   Масса поковки :

Мп =Мд *Кр         

 

где  Мд –масса детали ,

     Кр –расчётный коэффициент ,

     Кр =1,5 ;

                                 Мп = 4,92*1,5= 15,585 кг .

Класс точности -Т2 .

Группа  стали – М2 .

Степень сложности – С3 .

Конфигурация  поверхности штампа П (плоская) ;

Исходный  индекс 13 ;

Назначим  припуски и кузнечные напуски .

Основные  припуски на размеры :

  Ø145 – 2,3 мм,

  Длина  135 – 2,5 мм,

  Ø85 – 1,8 мм,

  Ø58 –  1,8 мм,

  Ø80 – 1,8 мм,

 

Дополнительные  припуски учитывающие :

смещение  по поверхности разъёма штампа –  0,3 мм,

отклонение  от плоскостности – 0,3 мм.

 

Размеры поковки и их допускаемые отклонения

 Размеры  поковки ,мм:

Ø145+(2,3+0,3)*2=150,2   принимаем Ø151;

135+(2,5+0,3)*2=140,6  принимаем 141 ;

Ø85+(1,8+0,3)*2=89,2  принимаем Ø90;

Ø80-(1,8+0,3)*2=75,8  принимаем Ø 76.

 

 Допускаемые  отклонения размеров:

 

Ø       ,  Ø         ,  141       , Ø .

Неуказанные предельные отклонения размеров ±1.1мм. Допускаемое смещение по поверхности штампа 0.7мм.

 

    Таким образом, в проектном  варианте в качестве способа  получения заготовки из материала  сталь 50 выберем поковку , полученную  в закрытом штампе методом  проката.

Рис. 3.1. Чертеж заготовки

4. Разработка технологического  процесса

Перед разработкой  ТП необходимо получить и изучить информацию, которая делится на базовую, руководящую и справочную.

Базовая - сведения, содержащиеся в конструкторской документации на изделие, объем выпуска, сроки подготовки производства. Рабочий чертеж детали содержит все размеры, технические требования к качеству и шероховатости, марку и твердость материала.

Руководящая - сведения, по развитию отрасли, план выпуска материала, средств технологического оснащения стандарты на ТП.

Справочная - сведения, о прогрессивных методах обработки, каталоги, номенклатурные справочники оборудования и оснастки. Материалы по выбору технологических нормативов (режимы обработки, припуски, расход материала и др.) и др. справочные материалы.

Всю механическую обработку разбивают по операциям и таким образом выявляют последовательность выполнения операций, их число для каждой операции выбирают оборудование и определяют конструктивную схему приспособлений.

Задачей каждого предыдущего перехода является подготовка поверхности заготовки под последующую обработку и каждый последующий метод (операция или переход) должен быть точнее предыдущего т. е. обеспечивать более высокое значение показателей качества детали. Поэтому механическая обработка делится на:

    • черновую обработку, когда удаляется большая часть припуска, что позволяет обнаружить возможные дефекты заготовки; на первых одной-двух операциях. При базировании по черновым базам обрабатываются основные технологические базы;
    • чистовую обработку, когда в основном обеспечивается требуемая точность:

далее идут операции местной обработки, по ранее  обработанным поверхностям, отделочные операции, когда достигается требуемая шероховатость поверхности и окончательно обеспечивается точность детали.

Контроль  в ТП предусмотрен с целью технологического обеспечения заданных параметров качества, обработанной детали.

Разработанный ТП должен содержать общий план обработки детали и описание содержания операций ТП и выбор типа оборудования. Он должен быть прогрессивным, обеспечивать повышение производительности труда и качества детали, сокращать материальные и трудовые затраты и быть экологически безопасным.

Построение  технологического маршрута обработки  во многом определяется конструктивно-технологическими особенностями детали. Выбор маршрутной технологии существенно зависит от типа производства, уровня автоматизации и применяемого оборудования.

   При серийном производстве применяют универсальные станки с ЧПУ, автоматы, полуавтоматы, агрегатные специализированы и специальные станки. Перспективным в серийном производстве является применение гибких производственных систем (линий, участков, цехов), особенно при наличии условий для групповой организации производства.

Выбор станка на операцию определяется возможностью изготовления на нем деталей  необходимой конфигурации и размеров, обеспечения качества ее поверхности, производительности оборудования, а также экономическими параметрами.

 

№ операции

Наименование операции и содержание

Эскиз

000

Заготовительная.

005

Токарная с ЧПУ, обработать поверхности  №4,5,6,7,8,9,10.

010

Токарная с ЧПУ, обработать поверхности  №1,2,3.

015

Шлифовальная, обработать поверхности  №3,7.

020

Слесарная

  

025

Моечная

  

030

Контрольная

  

 

 

4.1 Расчет припусков на обработку и определение размеров заготовки.

При проектировании технологических  процессов механической обработки  заготовок необходимо установить оптимальные  припуски, которые обеспечили бы заданную точность и качество обрабатываемых поверхностей.

Расчет  припусков, операционных размеров и  размеров заготовки расчетно-аналитическим  методом проведём по формуле 

2Zmin=2(Rzi-1 + + ( +ei2) )    (2.11)

где Rzi -1-высота неровностей профиля на предшествующем переходе, мкм;

-глубина дефектного поверхностного  слоя на предшествующем переходе, мкм;

-суммарные отклонения расположения  поверхности и в некоторых  случаях отклонения формы поверхности,  мкм;

ei2-погрешность установки заготовки на выполняемом переходе, мкм;

 

Приведем  пример расчета припусков на обработку  и предельных размеров по технологическим  переходам для поверхности ñ85h6.

Расчет  минимальных значений припусков  производим пользуясь формулой:

2Zmin1=2·[150+250+(1352+02)1/2]=1070 мкм;

2Zmin2=2·[50+50+(9.92+1102)1/2]=216.2 мкм;

2Zmin3=2·[30+30+(5.52+02)1/2]=131 мкм.

2Zmin4=2·[10+20+(0.72+52)1/2]=61.4 мкм.

Расчетный размер dр заполняется начиная с конечного размера путем последовательного прибавления расчетного минимального припуска каждого технологического перехода:

dр3=84,978 +0,061=85,039 мм;

dр2=85,039+0,131=85,170 мм;

dр1=85,270 +0,117=85,387 мм;

dрз=85,387 +1,070=86,457 мм.

Наименьшие  предельные размеры получаем округляя расчетные размеры увеличением  их значений.

Наибольшие  предельные размеры вычисляем прибавлением допуска к округленному наименьшему  предельному размеру:

dmax4=84,978+0,022=85,00 мм;

dmax3=85,039+0,061=85,100 мм;

dmax2=85,170+0,130=85,300 мм;

dmax1=85,387+0,620=86,010 мм;

dmaxз=86,457+1,640=88,100 мм.

Предельные  значения припусков z определяем как разность наибольших предельных размеров и z - как разность наименьших предельных размеров и выполняемого переходов.

 

Расчет  припусков на обработку и предельных размеров по технологическим переходам  для наружнего диаметра ñ85(-0,022)

 

  

Технологический переходы

Элементы припуска, мм

Расчетный припуск 2Zmin

Расчетный размер dp,мм

Допуск б, мм

Предельный размер, мм

Предельные значения

Rz

T

P

Еу

dmin

dmax

2Zпр min

2Zпр max

Заготовка

150

250

135

    

86.457

1600

86.500

88.100

    

Точение черновое

50

50

8,1

110

1070

85.387

620

85.390

86.010

1110

2090

Точение чистовое

30

30

5,5

0

216.2

85.170

100

85.200

85.300

190

710

Шлифование черновое

10

20

0,7

5

131

85.039

62

85.039

85.100

161

199

Шлифование чистовое

5

15

0,3

0

61.4

84.978

22

84.978

85.000

61

101

                   

1522

3100


 

 

 

 

 

 

 

4.2 Выбор металлорежущего оборудования.

В современном машиностроении невозможно реализовать спроектированный технологический  процесс без соответствующего технологического оснащения.

Металлорежущее оборудование выбирается с учетом следующих рекомендаций:

  • соответствие габаритных размеров заготовок (одной или нескольких) размерам рабочей зоны оборудования;
  • требования по обеспечению точности и качества обрабатываемой поверхности, что особенно важно при чистовой и отделочной обработке;
  • технологические возможности станка, которые должны соответствовать схеме построения операции;

технические характеристики оборудования, выпускаемого серийно, приводятся в каталогах,  а также в технической литературе

 

Операция

Оборудование

005 Токарная с ЧПУ

Токарно-револьверный с ЧПУ CL - 15

010 Токарная с ЧПУ

Токарно-револьверный с ЧПУ CL - 15

015  Шлифовальная

Круглошлифовальный станок модели

MA 1420/500

020  Слесарная

Верстак

025 Моечная

МСА 025

030 Контрольная

Стол ОТК


 

 

 

4.3 Выбор режущего инструмента.

 

 

Инструментальная  оснастка представляет собой совокупность инструментов, предназначенных для обработки резанием или пластическим деформированием, а также устройств для закрепления инструмента.

Выбор режущих инструментов при оснащении технологической операции механической обработки заготовок производится, исходя из условий обработки с учетом вида станка, материала обрабатываемой заготовки, ее размеров и конфигурации, требуемой точности обработки, шероховатости поверхности, типа производства.

Вспомогательный инструмент (оправки, резцовые блоки и т.п.) должен обеспечивать надежное закрепление режущего инструмента, быструю и легкую его смену, возможность регулировки на станке, а также наладки и подналадки его на заданный размер вне станка.

Измерительный инструмент выбирается в зависимости от вида обрабатываемой поверхности и требуемой точности. В единичном и мелкосерийном производстве применяется универсальный измерительный инструмент.

 

Операция

Оборудование

Инструмент

005 Токарная с ЧПУ

Токарно-револьверный с ЧПУ CL - 15

Резец К01-4229-000 ГОСТ 21151-75

 пластина Т5К10 ГОСТ 26611-85,

010 Токарная с ЧПУ

Токарно-револьверный с ЧПУ CL - 15

Резец К01-4229-000 ГОСТ 21151-75

 пластина Т15К6 ГОСТ 26611-85

Резец 2103-0671 ГОСТ 2872-80

пластина Т15К6 01114-160304 ГОСТ 19046-80

015  Шлифовальная

Круглошлифовальный станок модели

MA 1420/500

ПП 300 75 4A 50-М28 С1 6 К А 35м/с

ГОСТ17123-79


 

 

 

 

4.4. Расчет режимов обработки

 

 

Исходными данными для определения режимов  резания являются: материал обрабатываемой заготовки и его физико-механические свойства; размеры и геометрическая форма обрабатываемой поверхности; технические условия на изготовление детали; материал, типоразмер и геометрические параметры режущей части инструмента; тип и характеристика оборудования.

Режимы  резания существенно влияют на точность и качество обрабатываемой поверхности, производительность и стоимость  обработки.

При расчете  режимов резания сначала определяют глубину резания. Глубина резания  определяется  величиной припуска на обработку и возможностью удаления его за один ход. При обработке  за несколько рабочих ходов глубину  резания устанавливают наибольшей с соответствующим уменьшением  числа рабочих ходов. При этом для обеспечения заданной точности и шероховатости поверхности  глубину резания на последних  рабочих ходах уменьшают. После  определения глубины резания  устанавливается подача. Подачу назначают  максимально возможную. При черновой обработки ограничивающим фактором является прочность слабого звена  технологической системы. При чистовой и отделочной обработке подачу устанавливают  в зависимости от точности обработки  и шероховатости поверхности.

Скорость  главного движения определяют по формуле:

    

где  Кv - произведение ряда коэффициентов.

       

Кмv –  коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала.

      

где  Кг - коэффициент характеризующий  группу стали по

обрабатываемости 

sв - предел прочности для заданной стали, Мпа.

пv - показатель степени (обработка, резцами из твердого сплава) n=1.

Кпv - коэффициент, отражающий состояние поверхности  заготовки Кп=0.8.

Киv - коэффициент, учитывающий материал инструмента (Т15К6), Ки=1 .

Kjiv, Kjv, Krv – коэффициенты, учитывающие влияние параметров резца.

Kjv=0.9,

Kjiv=1

Су-коэффициент.

m, х, у  - показатели степени.

Период  стойкости при многоинструментной обработки:

       

Т - стойкость  инструмента. Т=60 мин.

t - глубина  резания мм.

S - подача  мм/об.

Рассчитываем  частоту вращения шпинделя по формуле:

,      

где,       V - рассчитанная скорость резания м/сек.

D - обрабатываемый  диаметр мм.

 Определение  потребной мощности двигателя.

Расчет  сил резания по формуле:

     

где,       Кр - поправочный коэффициент:

    

где,      Кмр – коэффициент, учитывающий  влияние качества обрабатываемого  материала на силовые зависимости, рассчитывается по формуле:

       

где,         п - показатель степени п=0.75.

sв - предел прочности материала заготовки.

Кjр – коэффициент, учитывающий геометрию главного угла Кjр=0,89.

Кgр - коэффициент, учитывающий геометрию переднего угла Кgр=1.25.

Кlр – коэффициент, учитывающий геометрию угла наклона рeжущей кромки

Кlр=1.

Кrр-коэффициент  учитывающий радиус при вершине  Кrр=1.

Ср –  коэффициент.

t – глубина.

S - подача  мм/об.

V - скорость  резания  м/мин.

х, у, п - показатели степени 

Расчет  потребной мощности

      

Сравниваем  полученные данные с паспортными  данными станка.

Уточненное  значение скорости резания

    

 

 

Рассчитаем  режимы резания для операции 010 Токарная с ЧПУ

CL - 15:

 

1-й переход:

t=1 мм;

S=1 мм/об;

Kv=1.2, T=60 мин;

 

Сv=340, x=0.15, y=0.45, m=0.20

 

 

принимаем  n=675  об/мин.

 

2-й переход:

t=0,355 мм;

S=0,1 мм/об;

Kv=1.2, T=60 мин;

 

Сv=420, x=0.15, y=0.20, m=0.20

 

 

принимаем  n=2780  об/мин.

 

 

 

Проведем  расчет силы резания при самом  нагруженном варианте.

2-й переход(черновое  точение):

Cp=300, x=1, y=0,75, n=-0,15;

Kmp=0,85;

Kfр=0,89;

Kgp=1;

Klp=1;

Krp=0.93

Kp=0.704;

 

Pz=2407,9 Н – тангенциальная сила резания;

N=7,53 кВт – мощность резания при точении.

Аналогичным образом рассчитываются режимы резания  для остальных операций.

Запишем рассчитанные режимы по всем технологическим операциям  в сводную таблицу.

 

  Таблица  2.5.

Режимы резания

Номер операции

Номер перехода

t, мм

S, мм/мин

n, об/мин

V, м/мин

005

1

1

1

675

180

2

0.355

0.1

2780

742


 

 

 

4.5. Техническое нормирование операций

Техническая норма времени, определяющая  затраты  времени  на обработку, служит основой  для оплаты работы, калькуляции себестоимости  детали и изделия. На основе технических  норм времени рассчитываются  длительность производственного цикла, необходимое  количество  станков, инструментов и рабочих, определяется производственная  мощность цехов или участков. Норма  времени является одним из  основных  факторов  для  оценки совершенства технологического процесса  и выбора наиболее прогрессивного варианта обработки  заготовки.

 

Расчет  штучно-калькуляционного времени :

      (2.22)

Расчет  Тп-з по формуле:

Тпз=tчт+tнал+tподс+tуст    (2.23)

где      tчт - время на чтение чертежа, tчт=10 мин.

tнал  - время на наладку инструмента,  станка и приспособления,  tнал=12 мин.

tподс - время  на получение и сдачу после  инструмента и приспособления,

Разработка технологического процесса. 4