Технологический процесс изготовления детали. 4

Введение

Машиностроение – важнейшая отрасль промышленности. Его продукция – машины различного назначения – поставляются всем отраслям народного хозяйства. Рост промышленности и народного хозяйства, а также темпы перевооружения их новой техникой в значительной степени зависят от уровня развития машиностроения.

Как прикладная наука, технология машиностроения имеет большое значение в подготовке специалистов для машиностроительной промышленности. Она вооружает их знаниями, необходимыми для повседневной и творческой деятельности по разработке прогрессивных технологий и создания конструкции машин, позволяющих  применить при их производстве высокопроизводительные технологические методы.

Одной из главных задач  технологии машиностроения является изучение закономерностей протекания технологических  процессов и выявление тех  параметров, воздействие на которые  наиболее эффективно для интенсификации производства и повышения его точности. При проработке этого курса студенты получают знания, необходимые для повседневной творческой работы в области построения новой прогрессивной технологии, автоматизации производства, а также создания конструкций, позволяющих применить при их изготовлении высокопроизводительные технологические методы.

Технологический процесс  в машиностроении характеризуется  не только улучшением конструкции машин, но и непрерывным совершенствованием технологии их производства. В настоящее  время важно качественно, дешево и в заданные плановые сроки с минимальными затратами живого и овеществленного труда изготовить машину, применив современные оборудование, инструмент, технологическую оснастку, средства механизации и автоматизации производства. От принятой технологии производства во многом зависят долговечность и надежность работы выпускаемых машин, а также экономика их эксплуатации. Совершенствование технологии машиностроения определяется потребностями производства необходимых обществу машин. Вместе с тем, развитие новых прогрессивных технологических методов способствует конструированию более совершенных машин, снижению их себестоимости и уменьшению затрат труда на их изготовление.

Массовый выпуск машин  стал возможен в связи с развитием  высокопроизводительных методов производства, а дальнейшее повышение быстроходности, точности, мощности, рабочих давлений, температур, коэффициента полезного действия, износостойкости и других показателей работы машин было достигнуто в результате разработки новых технологических методов и процессов.

1. Функциональное назначение  и технические характеристики  детали

1.1. Назначение и характеристика  изделия (узла)

Привод – электросиловое устройство, приводящее в движение машину или механизм. Для привода  определенной машины по заданной нагрузке (моменту на выходном валу) и передаточному  числу без указания конкретного  назначения проектируют редуктор. Назначение редуктора – понижение угловой  скорости и, соответственно, повышение  вращающего момента ведомого вала по сравнению с ведущим. Редуктор – механизм, состоящий из зубчатых или червячных передач, выполненный в виде отдельного агрегата и служащий для передачи вращения от вала двигателя к валу рабочей машины. Кинематическая схема привода может включать, помимо редуктора, открытые зубчатые передачи, цепные или ременные передачи.

1.2. Функциональное назначение  детали и её отдельных поверхностей

Проектируемая деталь –  вал, предназначена для передачи вращающего момента.

1.3. Условия функционирования  детали

Рассматриваемая деталь «вал» работает в условиях знакопеременных динамических нагрузок в широком диапазоне  температур от -40 до +50°С, так как  условия в кот. может функционировать  редуктор различны. Давление в процессе работы может достигать пиковых  нагрузок в 12 МПа. Продолжительность  рабочей смены в среднем 12 часов  в сутки.

1.4. Анализ технологичности  детали

Вал редуктора изготавливают из стали 45 ГОСТ 1050-88. Это качественная конструкционная углеродистая сталь, предназначенная для изготовления валов-шестерней, коленчатых и распределительных валов, шестерней, шпинделей, цилиндров, кулачков и других нормализованных, улучшаемых и подвергаемых поверхностной термообработке деталей, от которых требуется повышенная точность. Твердость материала по Бринеллю составляет не более 187 HB.

Химический состав стали 45 приведен в табл. 1. Углерод находится  в стали, главным образом, в связанном  состоянии в виде цементита. С  увеличением содержания углерода возрастает твердость, прочность и уменьшается  пластичность. Кремний, растворяясь  в феррите, повышает предел текучести  и повышает предел хладноломкости. Марганец образует твердый раствор  с железом и немного повышает твердость и прочность. Остальные  элементы в указанной концентрации не оказывает существенного влияния  на свойства стали. Среди этих элементов  сера и фосфор являются вредными примесями, ухудшающими пластические свойства.  Сера вызывает явление красноломкости, а фосфор – явление хладноломкости.

Таблица 1 Химический состав стали 45,%(ГОСТ 1050-88)

Литейные свойства стали: температура начала затвердевания  – 1480-1490С.

Технологические свойства стали 45: температура ковки – 1200-750ºС, свариваемость  –ограниченная, склонность к отпускной  хрупкости – не склонна, обрабатываемость резанием характеризуется коэффициентами обрабатываемости и .

Заготовку вала редуктора  получают прецизионной штамповкой. Таким образом, выбранный материал для изготовления вала отвечает требованиям технологичности, то есть обеспечивает ее эксплуатационные свойства, позволяет использовать рациональную заготовку, обладает хорошей обрабатываемостью на операциях механической обработки, является недорогим и недефицитным материалом.

Форма вала редуктора простая, все поверхности доступны для механической обработки. Требования шероховатости могут быть обеспечены обычными методами обработки. Таким образом, конструкцию вала редуктора следует признать технологичной.

1.5. Обоснование выбора  к точности размеров, формы, взаимного  расположения и шероховатости  поверхностей детали

Свойства детали характеризуются  различными параметрами: геометрическими, прочностными, параметрами надежности, параметрами шероховатости поверхностей и т. п.

Под геометрическими параметрами  в технологии машиностроения обычно понимают значения таких физических величин как длина, ширина, высота, диаметр элементов детали, расстояние между элементами. К геометрическим параметрам также относят допуски  размеров, формы, расположения поверхностей и др.

Шероховатость поверхностей регламентируется в зависимости  от их назначения, а также квалитета  точности [5, с.346]. Наименьшую шероховатость  Ra=0,8 имеет поверхность ø80h8. Это связано с необходимостью установки подшипников на вал.

Отклонения от формы также  позволяют обеспечить функциональность и качество детали, величина его  напрямую зависит от диаметра поверхности. Остальные поверхности имеют  общие допуски по ГОСТ 30893.3-mK, так как не являются исполнительными поверхностями или конструкторскими базами.

2. Проектирование технологического  процесса изготовления детали

2.1. Преобразование чертежа  детали и построение схем конструкторских  размерных связей

Преобразование чертежа  детали выполняют с целью определения  направлений кодирования информации и проверки корректности задания  конструкторских размерных связей на рабочем чертеже детали. Преобразованный  чертёж детали приведён в приложении 2.

Направление кодирования  обозначается заглавными буквами латинского алфавита. При кодировании размерной  информации у деталей типа тел  вращения выбирают в основном два  направления L и R, которые впоследствии будут являться направлениями размерного анализа. Направление кодирования обозначают короткой стрелкой и соответствующей буквой. Направление стрелки указывает, как расположена линия относительно плоскостей проекции чертежа, на которую производится проецирование геометрических элементов с образованием координатных точек. В направлении, указанном стрелкой, приводится нумерация координатных точек, получаемых на линии проекций. Номера координатных точек (поверхностей детали) на чертеже записывают на полочке выносной линии. В направлении L вертикально, в направлении R горизонтально. Номера координатных точек в направлении R присваивают от периферии к центру. В данном направлении поверхности нумеруются только до главной оси вращения. Осям симметрии отдельные номера не присваивают, а получают по формуле:

где n_i – номер образующей поверхности.

На преобразованном чертеже  детали приводят так же схему конструкторских  размерных связей. В верхней части  проводится линия, указывающая направление  координирования, в котором будет  производиться размерный анализ, на ней же в соответствии с направлением анализа проставляются номера координатных точек (НКТ). Шаг между НКТ для удобства принимают одинаковым. Вертикальные линии соответствуют выносным линиям чертежа детали, которые необходимы для нанесения линейных или диаметральных размеров.

В нижней части схемы (сверху вниз) стрелками из двух тонких линий  указывается базовая поверхность  и направление оценки корректности. На вертикальной линии принимающейся  за базовую ставится значок базы. Ниже указываются коды координатных точек (ККТ). Преобразование НКТ в ККТ  для линейных НКТ производится по формуле[1,с.17]:

где n – номер координатной точки.

Осям симметрии отдельные  номера не присваивают, а их коды получают по формуле:

где К_i – код образующей поверхности.

Справа от схемы приводят кодированные данные о размерных  связях. Для каждой размерной связи  указывают группу, коды границ слева  направо и размерную информацию. Согласно принятой классификации [3, стр.19], размеры , нанесённые на рабочем чертеже  детали, относят к группе 9.

Простановка размерных связей считается корректной, если выполнены  два условия [1, с.21].

1. Количество размерных  связей в выбранном направлении  кодирования меньше чем количество  НКТ в этом направлении на 1.

Для рассматриваемого случая в направлении L количество НКТ равно 14, а количество размерных связей 13 – условие выполняется.

Для рассматриваемого случая в направлении R количество НКТ равно 18, а количество размерных связей 17 – условие выполняется.

2. Каждая координатная  точка в выбранном направлении  кодирования «привязана» единственной  размерной цепью к одной из  координатных точек, принятой  в качестве базы.

Проверка данного условия  приведена для обоих направлений  в приложении 3. Проверку привязок к базе выполняют с использованием нанесенных в нижней части схемы замыкающих звеньев. Анализ показал, что все размерные цепи этих замыкающих звеньев в обоих направлениях замкнуты, и каждое замыкающее звено имеет только одну размерную цепь.

За базовую КТ принимают  точку, к которой больше всего  «привязано» размерных связей.

Таким образом, простановку  размерных связей можно считать  корректной.

2.2. Выбор способа получения заготовки и разработка её формы

Заготовку поршня гидроцилиндра  будем получать прецизионной штамповкой по следующим причинам:

- деталь, которая будет  получена из данной заготовки,  выполнена из конструкционной  углеродистой качественной стали  45, которая поставляется в виде  сортового проката, кованных и  штампованных заготовок.

- технология получения  валов и прочих тел вращения  штамповкой хорошо отработана  и является экономически оптимальной  для данного типа заготовки

- заготовка должна обладать  повышенными требованиями к точности, прочности и качеству своих  поверхностей.

Определим исходный индекс (ИИ) заготовки по формуле:

_{ИИ=G+M+C+T=1+1+1+0=3},

где G = 1 – коэффициент массы поковки до 1 кг;

М = 1 – коэффициент группы стали [3, стр. 96];

C = 1 – степень сложности поковки [3, стр. 96];

T = 0 – класс точности поковки при прецизионной штамповке.

Штамповку будем проводить  между матрицей и пуансоном, что  даст нам меньший напуск на нижней части детали. После штамповки  и нормализации заготовка должна иметь  _в <470МПа и твердость по Бринеллю не более 197НВ.

2.3 Выбор методов обработки  и последовательностей технологических  переходов для обработки отдельных  поверхностей детали

Качество детали обеспечивается постепенным ужесточением точности и выполнением технических требований в процессе превращения заготовки  в готовую деталь. Точность размеров, формы и расположения поверхностей, а также качество поверхностного слоя отдельных поверхностей формируют  в результате последовательного  применения нескольких методов обработки. Поэтому составлению маршрута изготовления детали в целом обычно предшествует определение маршрутов обработки  отдельных поверхностей. Маршрут  обработки поверхности начинают составлять на основании технических  требований чертежа детали (приложение 1), начиная с выбора метода окончательной  обработки. При известном способе  получения заготовки таким же образом определяют первоначальный метод обработки в маршруте. Выбрав первый и окончательный методы обработки  поверхности, назначают промежуточные. Перечень всех поверхностей детали с  указанием выбранных методов  их обработки представлен в таблице 2.

Таблица 2 – Маршруты обработки  отдельных поверхностей

2.4. Разработка  маршрутной технологии

Разработка маршрута технологического процесса является наиболее ответственным  этапом проектирования. Маршрут представляет собой последовательность технологических  операций, скомпонованных с учетом маршрутов обработки отдельных  поверхностей. Каждой операции присваивают  номер в виде трехзначного целого числа, кратного 5. Так как в качестве исходной заготовки используется штамповка, то заготовительной операции присваивают  номер 000 и название «Заготовительная». При формировании маршрута производят выбор оборудования и средств  технологического оснащения, обеспечивают оптимальный для данных условий  уровень концентрации технологических  переходов, принимают технологические  решения в соответствии с известными принципами проектирования технологических  процессов[4]. Полученный маршрут записывают в стандартные бланки маршрутных карт или оформляют в виде таблицы.

Маршрут разрабатываемого технологического процесса представлен в таблице 3.

Таблица 3 – маршрут технологического процесса

2.5. Расчёт минимально  необходимого и выбор максимального  припуска

Замыкающие звенья-припуски при решении проверочных задач (обычно при размерном анализе  действующего технологического процесса) относят к группе 1, а при решении  проектных задач (обычно при размерном  анализе проектируемого технологического процесса)- к группе 2. Замыкающие звенья-припуски не контролируют при выполнении переходов, а контролируют выполняемые при  этом операционные размеры. Если припуск  является выполняемым операционным размером, то в размерных цепях  он будет составляющим звеном, и  его относят группе 7. Числовые значения припусков необходимо регламентировать.

Наименьший размер припуска называют минимально-необходимым припуском  и назначают его из условия обеспечения качества обработанной поверхности. Если необходимо удалить только микронеровности обрабатываемой поверхности, величина которых определяется параметрами шероховатости Ra или Rz, то минимально-необходимый припуск вычисляют по формулам

Если обрабатываемая поверхность  имеет дефектный слой глубиной h и его необходимо удалить при выполнении данного перехода, то минимально-необходимый припуск вычисляют по формулам

При обработке поверхностей вращения величину z_min «на сторону» или на радиус определяют по приведенным формулам.

Числовые значения параметров шероховатости и глубины дефектного слоя назначаем по [3, стр.102-122]. Наибольший размер припуска называют максимально-допустимым z_max и назначают его из условия обеспечения прочности инструмента, прочности и мощности приводов подач станка, допустимых деформаций упругой технологической системы и других ограничивающих факторов.

Вычислим минимальные  припуски для всех замыкающих звеньев  по формуле 1 и назначим максимальные для обоих направлений.

,                                           (1)                          

где i – номер операции в технологическом процессе.

Полученные данные занесём  в таблицы. Для направления L таблица 4. Для направления R таблица 5.

 Таблица 4 - Минимальные  и максимальные значения припусков  в направлении L

Таблица 5 - Минимальные и максимальные значения припусков в направлении R

2.6. Разработка операционной  технологии

При проектировании отдельной  операции выбирают схему базирования  и закрепления заготовки, выбирают схему простановки операционных размеров и технических требований, выбирают параметры шероховатости, формируют технологические переходы, выбирают режущий инструмент и разрабатывают траектории его движения, выбирают мерительный инструмент, выполняют, расчеты режимов резания и техническое нормирование. В данной работе оформляются схемы технологического процесса (приложение 4). Схемы располагают в порядке следования технологических операций и переходов на каждой операции. Для каждой операции строится несколько схем с целью исключения наложения переходов при обработке одной и той же поверхности.

На каждой схеме изображают обрабатываемую заготовку в том  виде, который она приобретает  после выполнения данной операции и  в таком положении, в каком  ее видит оператор станка, указывают  обозначения установочных и зажимных элементов приспособлений, обозначают обработанные поверхности жирными  линиями или линиями красного цвета, проставляют выполняемые  на данной операции размеры, указывают  допустимые отклонения формы и расположения поверхностей, указывают параметры  шероховатости, изображают упрощенные эскизы режущих инструментов и траектории их движения, указывают направления  кодирования и коды базовых и  обработанных поверхностей. Для операций, выполняемых на станках с ЧПУ, изображают направления координатных осей в виде двойных линий со стрелками, соответствующих направлениям координатных осей станка (СКС), инструмента (СКИ), детали (СКД), условное обозначение начала СКД, а также условные обозначения  момента включения и остановки  шпинделя на траектории соответствующего инструмента.

Каждый инструмент в пределах одной операции обозначают буквенно-цифровым кодом T l, T 2, и т.д. Начало траектории движения каждого инструмента привязано к формообразующему элементу этого инструмента. Каждую опорную точку траектории изображают в виде кружка с буквенно-цифровым кодом, содержащим код инструмента и порядковый номер точки, начиная с номера 0. Некоторые, наиболее важные опорные точки повторяют непосредственно на обработанной поверхности.

Коды базовых и обработанных поверхностей указывают в специальных  рамках прямоугольной формы. Код  базовой поверхностей записывают в  рамке с вырезом и дополнительно  указывают количество связываемых  этой базой степеней свободы.

Если обработка происходит со снятием слоя припуска, то в рамке  записывают коды обрабатываемой и обработанной поверхностей. Эти коды разделяют  символом замыкающего звена: ≠ если припуск является замыкающим звеном при решении проверочных задач; = – если припуск является замыкающим звеном при решении проектных  задач. Расположение кодов обработанной и обрабатываемой поверхностей в  рамке должно соответствовать их реальному взаимному положению.

На поле схемы можно  помещать кодированные данные о размерных  связях по всем направлениям кодирования. Группу размерной связи назначают  в соответствии с [3, стр.19]. Коды границ размерной связи записываются в  направление кодирования, указанном  стрелкой.

3.Размерный анализ проектируемого  технологического процесса

3.1. Построение схем конструкторско-технологических  размерных связей

Размерный анализ выполняют  отдельно по каждому направлению  кодирования. Для детали – вал редуктора принято два направления - L (продольное направление) и R (радиальное направление). По каждому направлению кодирования построена отдельная схема конструкторско-технологических размерных связей (приложение 5). На схему нанесены все размерные связи, возникающие по ходу технологического процесса, начиная от заготовки и оканчивая готовой деталью. Слева от схемы указаны номера операций, а справа записаны кодированные данные по каждой размерной связи. Схемы позволяют записать маршруты и уравнения размерных цепей, а также наметить направления совершенствования технологического процесса.

Построение схемы конструкторско-технологических  размерных связей начинают так же, как построение схемы конструкторских  размерных связей. В верхней части  схемы проводят линию L со стрелкой, указывающей направление кодирования. На линию через равные промежутки наносят штрихи, соответствующие координатным точкам, а над линией записывают номера этих точек. В отдельных случаях в технологическом процессе могут возникать геометрические элементы, которые на последующих операциях исчезают. Для обозначения таких геометрических элементов используют технологические координатные точки, которым присваивают номера из диапазонов 70-79 или 700-799. Цифра 7 является признаком того, что координатная точка является технологической. Эта координатные точки наносят на линию вместе с конструкторскими координатными точками с учетом их взаимного расположения.