Технологический процесс изготовления детали - штуцер

 

 

Введение

Механическая обработка  находит широкое применение в  различных областях машиностроения благодаря возможности получения  деталей различной формы и  конфигурации с заданными технологическими показателями. Данным методом обработки  обрабатывается до 70% всех изготавливаемых  деталей.

Основными задачами, решаемыми в курсовом проекте  разработки единичного технологического процесса  изготовления штуцера  являются, разработки наиболее рационального  с точки зрения технологичности  технологического процесса, обеспечивающего  получение годной детали при минимальных  затратах времени и минимальной  стоимости получения детали. Главной  задачей изготовления детали является правильно составленная технология изготовления. От технологии зависит  производительность и экономичность  процесса.

При проектировании технологических  процессов целесообразно широко использовать справочные и нормативные  материалы. 
Последовательность разработки технологических процессов примерно следующая:

  • анализ исходных данных и технологического контроля изделия
  • выбор исходной заготовки
  • назначение технологических баз;
  • установление плана обработки отдельных поверхностей
  • разработка маршрута технологического процесса изготовления детали
  • расчёт припусков
  • Проектирование технологических операций
  • Расчёт скорости резания
  • Оформление маршрутные карты

В данном курсовом проекте  разрабатывается единичный маршрутно-операционный технологический процесс.

 

 

 

 

 

 

1. Выбор исходной заготовки

Деталь- штуцер-деталь типа  тело вращения, применяется  для соединения трубопроводов, для передачи жидкости. Материал заготовки сталь 45 ГОСТ 1050.

Проведем физико-механические характеристики материала, до и после  термической обработки и сведем в таблицу.

Сталь 45 характеристики

Марка:

45

Заменитель:

40Х, 50, 50Г2 

Классификация :

Сталь конструкционная углеродистая качественная

Продукция, предлагаемая предприятиями-рекламодателями: Нет данных.


Применение:

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.

Зарубежные аналоги:

Известны 


Химический состав в % материала 45ГОСТ 1050 - 88

C

Si

Mn

Ni

S

P

Cr

Cu

As

0.42 - 0.5

0.17 - 0.37

0.5 - 0.8

до 0.3

до 0.04

до 0.035

до 0.25

до 0.3

до 0.08


Температура критических  точек материала 45.

Ac1 = 730 , Ac3(Acm) = 755 , Ar3(Arcm) = 690 , Ar1 = 780 , Mn = 350


Технологические свойства материала 45 .

 

Свариваемость:

трудносвариваемая.

Флокеночувствительность:

малочувствительна.


 

Температура испытаний, °С

σ0,2 (МПа)

σв(МПа)

δ5 (%)

ψ %

KCU (кДж / м2)

Нормализация     

200

340

690

20

36

64

300

255

710

22

44

66

400

225

560

21

65

55

500

175

370

23

67

39

600

78

215

33

90

59

Образец диаметром 6 мм и  длиной 30 мм, кованный и нормализованный.

Скорость деформирования 16 мм/мин. Скорость деформации 0,009 1/с   

700

140

170

43

96

  

800

64

110

58

98

900

54

76

62

100

1000

34

50

72

100

1100

22

34

81

100

1200

15

27

90

100




 


 

табл 2-возможные варианты замены материала детали

марка метала

δ

δ

 δ

Ψ 1%

нв горяче

  

г МПа

В МПа

1%

Сталь 40Х

780

980

10

45

217

179

Сталь 45

360

750

16

40

241

197

Сталь 50Г

390

650

13

55

220

180


 

Требуемые шероховатости поверхностей достигаются путем механической обработки без специальных условий обработки стандартным режущим инструментом, имеется свободный доступ режущим инструментом к каждой из них.

Конструкция детали должна удовлетворять требованиям, предъявляемым  к изготовлению, эксплуатации и ремонту  с помощью наиболее производительных и экономичных методов. Ее следует  отрабатывать на технологичность комплексно, учитывая зависимость технологичности  от следующих факторов:

- исходной заготовки детали;

- вида обработки в технологическом  процессе изготовления;

- технологичности сборочной  единицы, в которую эта деталь  входит как составная часть.

Конструкция детали должна быть простой по конфигурации, должна состоять из стандартных и унифицированных  конструктивных элементов или быть стандартной в целом. Конструкция  должна быть такой, чтобы для ее изготовления можно было применять высокопроизводительные методы обработки. Вид заготовки в значительной степени определяет технологический процесс механической обработки детали и ее трудоемкость. Поэтому выбор вида заготовки имеет исключительное значение.

Рациональный способ получения  заготовки устанавливают в зависимости  от объема выпуска и типа производства.

При разработке технологических  процессов производства деталей  машин необходимо произвести проверку жесткости детали, чтобы определить возможность производства данной детали на станках.

Особых требований к взаимному расположению поверхностей детали не предъявляется.

Правильно выбрать заготовку - значит определить ее пригодность для изготовления детали с позиций прочностных  и стойкостных характеристик, установить рациональный способ ее получения, определить оптимальные припуски на обработку ее поверхностей, рассчитать размеры заготовки и установить допуски на точность их выполнения, сконструировать заготовку и разработать оптимальные технические условия на изготовление.

Основными факторами, учитываемыми при выборе заготовки, являются:

  1. Масштаб и серийность выпуска (тип производства);
  2. Тип и конструкция детали (форма и размеры);
  3. Назначение детали в машине, материал и технические условия на изготовление;
  4. Планируемые сроки на технологическую подготовку производства;
  5. Конкретные условия производства (вооруженность завода и кадры);
  6. Экономичность заготовки, выбранной с учетом предыдущих факторов.

 

Способ получения заготовки определяется, прежде всего, материалом из которого изготавливается заготовка, и конфигурацией детали. В данном случае предлагается в качестве заготовки использовать сортовой прокат.

 

 

 

 

2.Сортовой прокат

Сортовой Прокат – в металлургии, продукция , получаемая на прокатных станках путем горячей, теплой или холодной прокатки. Виды Металлопроката:

  • Плоский прокат: рулонная сталь, листовая сталь, жесть, ленты и прочее.
  • Сортовой прокат: арматура, катанка, круг, квадрат, полоса, шестигранник, шары помольные и другие виды проката, у которых касательная к любой точке периметра его поперечного сечения данное сечение не пересекает.
  • Фасонный прокат: угловой прокат, швеллер, балка двутавровая, рельсы, специальные профили для судостроения и другие виды проката, у которых касательная хотя бы к одной точке периметра поперечного сечения пересекает данное сечение.

Прокатка заключается  в обжатии заготовки между  вращающимися валками. Под действием  сил трения заготовка втягивается  между валками, а силы давления, нормальные к расположению валков, уменьшают  поперечные размеры заготовки. Взаимное расположение валков и заготовки, форма  и число валков могут быть различными. Выделяют три основных вида прокатки: продольную, поперечную и поперечно-винтовую.

Сортовой прокат, так же как листовой металл и проволока, является промышленным продуктом производства, предназначенным  для дальнейшей обработки, и носит  название полуфабриката.

Прокатка заключается  в обжатии заготовки между  вращающимися валками. Под действием  сил трения заготовка втягивается  между валками, а силы давления, нормальные к расположению валков, уменьшают  поперечные размеры заготовки. Взаимное расположение валков и заготовки, форма  и число валков могут быть различными. Выделяют три основных вида прокатки: продольную, поперечную и поперечно-винтовую.

 Рис. 1. Схема продольной (а), поперечной (б) и винтовой (в) прокатки: 1 - прокатываемый  металл; 2 и 3 - валки.


При продольной прокатке заготовка  деформируется между двумя валками, вращающимися в разные стороны и перемещается перпендикулярно осям валков. При этом получается плоская заготовка.

При поперечной прокатке валки, вращаясь в одном направлении, придают  вращение заготовке, которая перемещается вдоль оси валков, деформируется  и в результате получается заготовка  в виде тела вращения.

При поперечно-винтовой прокатке валки расположены под углом  и сообщают заготовке при деформации вращательное и поступательное движение (заготовки сложной формы)

Рис. 2. Схема винтовой прокатки круглых периодических  профилей.

 

Рис. 3. Схема деформации металла при продольной прокатке.

 

Рис. 4. Направление  равнодействующих сил усилия на валки  при простом процессе прокатки с  учетом влияния трения в подшипниках.

 

 

Достоинства проката

1.Высокая производительность.

2.Очень широкая номенклатура  изделий (вплоть до шариков  для шарикоподшипников).

3.Метод поддается автоматизации.

4.В основном используется  неквалифицированная рабочая сила.

Недостатки проката.

1.Высокая капиталоемкость  и материалоемкость.

2.Энергоемкость.

3.Поверхность изделия  требует механической обработки  (недостаточно точная и чистая).

4.Требуется термическая  обработка изделий.

 

 

 

 

3. Назначение технологических баз.

           Выбор технологических баз (ТБ) является одним из ответственных этапов в разработке ТП. В большинстве случаев ТБ определяются с использованием классификатора способов базирования и методики выбора технологических баз с параллельной оценкой их точности и надежности. При их выборе необходимо руководствоваться ГОСТ 21495-76, ГОСТ 3.1107-81.

            На основе анализа чертежа  и технических условий устанавливают  конструкторские базы и выбирают  технологические базы для всех  предполагаемых операций обработки.

          При этом необходимо руководствоваться  принципами совмещения и постоянства  баз. Если это невозможно, производятся  расчеты погрешности базирования.

          Работа по назначению баз начинается  с выбора черновой базы.

          В качестве черновых баз обычно  используют поверхности, удобные  для установки заготовок и,  в дальнейшем, не обрабатываемые.

          Черновые базы должны быть  связаны размерами и условиями  с технологическими базами.

         Деталь штуцер представляет собой  втулку, на одном конце которой  есть внутренняя или наружная  резьба для крепления к разным  трубопроводам или емкостям. Другой  конец штуцера может иметь  разные формы в зависимости  от того, каким способом он  присоединяется к последующим  деталям.  Базами для заготовки  служат торец детали и наружный  диаметр. В качестве черновых  баз используется наружная поверхность  и торец детали. В качестве  технологических баз используется  отверстие и торец.

        Заготовку  необходимо лишить пяти степеней  свободы.

        

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.План обработки отдельных поверхностей

 
  Деталь представляет собой совокупность определенным образом расположенных поверхностей, поэтому логично работу по проектированию технологического процесса обработки деталей начать с установления планов обработки (маршрутов) ее отдельных поверхностей. Для каждой поверхности должно быть определено число ступеней обработки (операций, переходов), методы выполнения каждой ступени и их последовательность. При ручном методе разработки технологических процессов эта работа выполняется технологом одновременно с анализом рабочего чертежа детали. На число ступеней обработки и на состав планов обработки поверхностей детали влияют следующие факторы:

- Требуемые квалитеты,  шероховатость, масса изделия

- Внешний вид исходной  заготовки

1.Точность формы и размеров  заготовки – чем заготовка  точнее, тем меньше число ступеней  обработки потребуется для достижения  требуемой чертежом точности  формы и размеров поверхности. 
2. Число ступеней обработки зависит также от требуемого по чертежу качества данной поверхности. В отдельных случаях способ окончательной обработки не обеспечивает заданного качества поверхности (шероховатости, физико-механический свойств поверхностного слоя). Тогда вводят еще 1-2 ступени обработки – отделочную или упрочняющую операции.

Выбор методов обработки  поверхностей детали

Внутренняя цилиндрическая поверхность

Растачивание черновое

Растачивание чистовое

Торец

Точение черновое, чистовое

Отверстие

Сверление черновое, чистовое, растачивание, нарезание резьбы

Наружная цилиндрическая поверхность

Точение черновое, чистовое


 

 

5.Разработка технологического маршрута изготовления детали.

       Под  технологическим маршрутом изготовления  детали понимают последовательность  выполнения ТО. Последовательность  ТО устанавливают на основании  разработанного ранее маршрута  обработки основных поверхностей.

       При  разработке маршрутной технологии  следует придерживаться некоторых  общих положений:

    - выявляется необходимость  расчленения ТП изготовления  деталей на операции черновой, чистовой и отделочной обработки;

    - операцию черновой обработки целесообразно отделить от чистовой с целью уменьшения влияния деформации заготовки после черновой обработки (в том случае если деформации незначительны, то данное расчленение не обязательно);

    - отделочная обработка,  как правило, выполняется на  конечных операциях ТП;

    - при формировании  операции  следует стремиться  к тому, чтобы определенная (желательно  наибольшая) группа поверхностей  обрабатывалась с одного установа;

   - в самостоятельные  операции следует выделять: обработку  зубьев, нарезание шлицев, обработку  пазов, сверление отверстий и  др.;

   - на первой операции  необходимо обработать поверхности,  которые будут использованы в  качестве чистовых баз на последующих  операциях;

   - при формировании  маршрута следует предусмотреть  при необходимости применение  термической или химико-термической  обработки;

   - в технологический  маршрут включают все вспомогательные  и контрольные операции.

            Разработка маршрутной технологии включает выбор оборудования, приспособлений, режущего и измерительного инструмента. При этом учитывают форму, габариты, вес заготовки, а также требования по точности и качеству обрабатываемых поверхностей.

 

 

 

 

Маршрутный технологический  процесс изготовления  детали штуцер

№ операции

Название операции

Содержание

005

Заготовительная

Установить деталь в тиски

 Отрезать заготовку

010

Токарная

Установить заготовку  в патрон, закрепить. Токарная обработка наружной цилиндрической поверхности под резьбу, подрезка торца, чистовая токарная обработка выточки, сверление центрового отверстия, нарезание резьбы плашкой. Точение фасок

015

Фрезерная

Установить заготовку

Фрезеровать шестигранник

Сверлить отверстие

020

Слесарная

Зачистить заусенцы

025

Контрольная

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

6.Делительная  головка для фрезерного станка.

Делительные головки  используются для расширения штатных  технологических возможностей фрезерных  станков. Эти приспособления способны устанавливать заготовку под  нужным углом относительно оси шпинделя, поворачивать обрабатываемую деталь на заданную величину (деление), а также  обеспечивать ее непрерывное вращение. Такие операции необходимы для фрезеровки сложных поверхностей деталей - пазов, шлиц, граней, винтовых канавок, торцов. Помимо этого делительная головка  для фрезерного станка позволяет  работать с заготовками, которые  невозможно вставить в стандартные  зажимы рабочего стола.  
Головки могут применяться как с простыми бытовыми станками, так и с профессиональным фрезерным оборудованием. В зависимости от назначения они различаются по классу точности, размерному ряду, диапазону настроек. Как правило, делительная головка имеет один шпиндель. Однако существуют модели с 2-мя или 3-мя шпинделями, предназначенные для одновременной обработки нескольких деталей.

а) для установки  оси обрабатываемой заготовки под  требуемым углом относительно стола  станка (горизонтально, вертикально, наклонно);

б) для периодического поворота заготовки вокруг ее оси на определенные углы (деление на равные и неравные части);  
в) для непрерывного вращения заготовки при фрезеровании винтовых канавок (спиралей). 

Все типы универсальных  делительных головок независимо от их конструкции имеют червячную  передачу, при помощи которой поворачивается шпиндель головки. В переднем конце  шпинделя имеется коническое гнездо, в которое может быть вставлен передний центр 2. В этом случае на центр надевают поводок 3, который служит для захвата обрабатываемой заготовки. Снаружи передний конец шпинделя снабжен резьбой, на которую может быть навинчен трехкулачковый патрон.

Универсальный трехкулачковый самоцентрирующий токарный патрон имеет три кулачка, которые одновременно сходятся к центру или расходятся от него.

Установка заготовок в  патронах производится при обработке  деталей небольшой длины. Наиболее часто используются трехкулачковые самоцентрирующие патроны и цанговые патроны.  
 
Кулачки обеспечивают точное центрирование заготовки (совпадение оси заготовки с осью вращения шпинделя). Кулачки 2 движутся в радиальных пазах корпуса' 3 патрона (рис. 1 а), В корпусе располагается диск, с одной стороны которого имеется спиральная резьба, а с другой — нарезаны зубья. Кулачки своими выступами на подошве входят в канавки спиральной резьбы. Диск 4 (рис. 1 б) приводится во вращение ключом, вводимым в гнездо одного из сопряженных с ним малых зубчатых колес 1. Кулачки патрона движутся к центру или от центра, закрепляя или освобождая заготовку. Рабочие поверхности кулачков самоцентрирующего патрона изнашиваются неравномерно, поэтому их периодически растачивают или шлифуют. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7.Расчет припусков

Припуском называется слой материала, удаляемый с поверхности заготовки в процессе механической обработки для достижения заданных точностей и качества детали.

Различают припуски промежуточные  и общие.

Промежуточный припуск- слой материала, необходимый для выполнения отдельного технологического перехода.

Общий припуск- слой материала, необходимый для выполнения всей совокупности технологических переходов, т.е. всего процесса механической обработки данной поверхности от черной заготовки до готовой детали.

В качестве заготовки для штуцера выбран прокат. Допуск на диаметр составляет 1100 мкм [2, С. 169, таблица 62], что соответствует 16 квалитету [2, С. 192, таблица 32]. Рассчитаем количество технологических переходов для получения размера 40 мм по 12 квалитету. Для этого вычисляем коэффициент ужесточения точности размера по следующей формуле:

 

де  Td3az = 1100 мкм - допуск заготовки по 16 квалитету;

Tddem = 250 мкм - допуск детали по 12 квалитету (по требованиям чертежа).

 

 

Суммарное отклонение расположения при  обработке в трехкулачковом патроне  при консольном закреплении определяется по формуле:

 


где  = 44мм - длина обрабатываемой поверхности;

- отклонение оси детали  от прямолинейности.  [2, С. 180, таблица 4].

 

 мкм

 

Погрешность установки заготовки в трехкулачковом патроне [2, С. 42, таблица 13] для точения:

 

  

Расчетный припуск определяется по формуле:

 

  

где - высота неровностей профиля на предшествующем переходе, мкм;

- глубина дефектного поверхностного слоя на предшествующем переходе, мкм;

- суммарные отклонения  расположения поверхности на  предшествующем переходе,

мкм;

Таким образом, расчетный припуск  на однократное точение составляет:

 

 

   

Маршрут обработки

Элементы припуска, мкм

Расчетный припуск, 2Zmin, мкм

Расчетный дтаметр 
dmin , мм

Допуск, мкм

Принятые размеры по переходам

Полученные предельные припуски

       

dmax,

мм

dmin,

мм

2Zmax,

мкм

2Zmin, 
мкм

Прокат 

___

___

____

____

____

40,4

1100

  

40,4

___

  ___

Фрезерование

160

250

44

340

831

39,3

250

  

39,3

1081

831


 

 

 

 

 

 

 

 

8.Проектирование технологических операций

                                           (Для фрезерования)

  Общие положения

        Проектирование технологических  операций (ТО) выполняется в определенной последовательности и включает следующие этапы: разработка или уточнение структуры операции и проектирование схем наладок; выбор модели станка и средств технологического оснащения (СТО); расчет режимов резания; нормирование операций; выбор средств механизации и автоматизации.

       Концентрация характеризуется объединением нескольких простых технологических переходов в одну сложную операцию, выполняемую на одном станке. Концентрация операций осуществляется двумя способами:

      -  одновременной  обработкой нескольких поверхностей  набором инструментов;

      -  последовательной  обработкой нескольких поверхностей  на одном станке.

            Метод дифференциации операций характеризуется расчленением  технологического процесса обработки резанием на простые операции, выполняемые на большом числе станков, что характерно для условий крупносерийного и массового производства. Кроме того, этот метод обеспечивает  высокую гибкость производства. При этом не следует  дифференциацией разделение процесса на несколько операций, вызванное требованием высокой точности или малой шероховатостью поверхности. Также существует ряд переходов, которые нецелесообразно объединять с другими, так как это может привести к понижению точности и увеличению шероховатости поверхности.

                При разработке структуры ТО  следует также предусматривать  возможность совмещения (перекрытия) основного и вспомогательного  времени, что позволяет повысить  производительность.

         При выборе модели оборудования  уточняют следующие  характеристики  станка: размеры рабочей зоны; возможность  достижения  требуемой точности  и шероховатости поверхности;  соответствие мощности, жесткости  и кинематических данных выбранным  параметрам режима обработки;  производительность и трудоемкость  обработки; уровень автоматизации  и безопасности труда. Модели  станков выбирают по справочникам, каталогам и классификаторам  металлорежущих станков. В данном технологическом процессе используется    Станок вертикальный фрезерный 6К11, стол 250х1000мм 

 Станок предназначен для выполнения всех видов фрезерных работ, сверления, зенкерования и растачивания отверстий на деталях из черных и цветных металлов, их сплавов и пластмасс в условиях единичного, мелкосерийного и серийного производства.