Коллектор ЧН6-12-19

1. Общий раздел

1.1 Назначение детали.

«Коллектор ЧН6−12−19» входит в коробку передач сельскохозяйственного гусеничного трактора ЧЕТРА ЧН6 с треугольным обводом и резинотросовой гусеницей (рис. 1).

Применяемость 1 шт. на трактор.

Трактор предназначен для целого комплекса сельскохозяйственных работ: основной и предпосевной обработки почвы, в том числе пахоты средних и тяжелых почв на глубину до 40 см, двухи трехъярусной вспашки, глубокого безотвального рыхления, плантажной вспашки, сплошной культивации, сева зерновых, проведения уборочных и транспортных работ, внесения удобрений и других работ. Трактор способен работать на равнинах и склонах до 10 градусов в агрегате с навесными, полунавесными и прицепными гидрофицированными машинами и орудиями, другими рабочими органами, предусмотренными для тягового класса 6, в различных почвенно-климатических зонах.

Рисунок 1. Гусеничный трактор ЧЕТРА ЧН6

Коллектор устанавливается и крепится с помощью двух болтов М10 на ЧН6−12−13 — «Крышка коробки передач» (рис. 3).

Коллектор предназначен для подвода масла в систему гидроуправления и смазки коробки передач, а также для установки электромагнитного клапана и датчика давления.

Рисунок 2. Рабочие поверхности Масло в системе гидроуправления подводится к отверстию 1 (рис. 2) с резьбой М18×1,5−7Н, которое соединено сверлениями с электромагнитным клапаном, который устанавливается в отверстие 2, и крепятся на отверстия 3 с резьбой М5−7Н.

На коллекторе устанавливается электромагнитный клапан, который при подаче на него электрического сигнала обеспечивают подачу масла к фрикционам, установленным на входном валу через отверстие 5 и отвод через отверстие 6.

Отверстие 4 с трубной цилиндрической резьбой G ¼″ выполнено с канавкой для установки резинового уплотнительного кольца для установки датчика давления.

Отверстия 7,8,9,10 диаметром 18×1,5−7Н предназначены для подвода масла к узлам коробки передач.

1.2 Описание конструкции детали

По своей конфигурации деталь представляет собой тело призматической формы (рис. 4) со множеством глубоких отверстий (рис. 4), которые пересекаются друг с другом. Рассмотрим все поверхности присутствующие в детали, после механической обработки. Анализ начнем с простейших поверхностей.

В детали имеются более 10 фасок, представляющие собой коническую поверхность, срезающую кромку, образованную торцевой поверхностью и собственно цилиндрической поверхностью отверстия, полученные зенкованием зенковкой с углом при вершине 90. Фаски присутствующие в детали с углом скоса 25 получены обработкой специально спроектированным инструментом — комбинированным зенкером и разверткой с углом при вершине 25.

Следующие по сложности — плоскости, к ним относятся торцы. Все плоскости детали образованы в основном фрезерованием.

В детали имеется много отверстий, разного предназначения. Минимальный размер принадлежит отверстию под резьбу М5 в количестве 2 шт. Глубина резьбы в отверстии ограничена — 10 мм, для лучшего процесса установки болта предусмотрена фаска с углом в 45⁰ на глубину равную 0,5 мм. Так же имеется 1 отверстие с трубной цилиндрической резьбой G¼.

Следует выделить 1 ступенчатое отверстия с диаметрами 16,97 мм, 17,93 мм и 21,97 мм для получения которых были спроектированы специальные комбинированные инструменты — зенкер и развертка, диаметр 19 мм можем получить фрезерованием при помощи круговой интерполяции. Два отверстия с глубиной сверления 20 мм.

Так же следует отметить 1 отверстие полученное сверлением под углом 30⁰.

Рисунок 4. 3D вид детали «Коллектор».

1.3 Материал

Деталь «Коллектор» изготавливается из кремнемарганцовистой стали Сталь 09Г2С ГОСТ 19 903–74 (химический состав и механические характеристики приведены в табл. 1 и 2). Для обеспечения качества стали оговорен состав входящих в него химических элементов, который нормируется (табл. 3). Допускается замена материала: Сталь 09Г2, сталь 09Г2ДТ, сталь 09Г2Т, сталь 10Г2С.

Марка стали 09Г2С находит свое применение при изготовлении деталей сварных металлоконструкций, работающих в широком интервале температур от -70 до +425 °С. Это детали паровых котлов, а также других аппаратов, работающих в условиях высокого давления. Сталь 09Г2С применяется в судостроении, химической промышленности, а также в производстве труб.

Физические свойства стали 09Г2С достаточны для того, чтобы обеспечить прочность фасонного, сортового и полосового металлопроката при различных толщинах (от 10 до 100 мм). При этом какой-либо дополнительной обработки не потребуется.

Обозначение 09Г2С имеет прямой физический смысл. Цифры 09 идущие перед буквами, обозначают, что в данной марке стали всего 0,09% углерода. Буква «Г», обозначает, что в стали присутствует марганец, а двойка, идущая после «Г» — что марганца до 2%. Буквой С обозначается кремний. Обратите внимание, что после буквы цифры нет, это обозначает, что кремния в стали меньше 1%. Таким образом, 09Г2С — это низколегированная сталь.

Таблица 1. Химический состав Сталь 09Г2С ГОСТ 19 903–74.

Таблица 2. Механические свойства Сталь 09Г2С ГОСТ 19 903–74.

1.3 Анализ технологичности детали

Деталь должна изготовляться c минимальными трудовыми и материальными затратами. Эти затраты можно сократить в значительной степени от правильного выбора технологической конструкции детали, что влечет за собой наилучший выбор варианта технологического процесса, его оснащению, механизации, применению оптимальных режимов обработки и правильной подготовки производства.

Анализ технологичности может быть произведен по нескольким показателям и позволяет оценить фактическую воспроизводимость детали в конкретных производственных условиях. Цель такого анализа — выявление недостатков конструкции по сведениям, содержащимся в чертежах и технических требованиях, а также возможное улучшение технологичности рассматриваемой конструкции.

Анализ технологичности проводиться в два этапа:

а) качественная оценка;

б) количественная оценка;

Качественная оценка технологичности конструкции изделия осуществляется в зависимости от типа детали.

Оценим деталь с точки зрения качественной технологичности, рассмотрев ее чертеж.

Конструкция детали допускает обработку плоскостей напроход.

Имеется свободный доступ инструмента к обрабатываемым поверхностям, что позволяет использовать при обработке высокопроизводительные режимы резания.

Есть много глухих отверстий, которые невозможно заменить на сквозные, ввиду назначения детали.

Имеются обрабатываемые плоскости, расположенные под острым углом 65, так же отверстия.

Деталь достаточно жесткая и не ограничивает режимы резания.

В конструкции детали имеются достаточные по размерам и расстоянию базовые поверхности.

Способ получения заготовки достаточно простой и характерный для деталей данного типа — отливка.

С Точки зрения механической обработки деталь является вполне технологичной. Наружную и внутреннюю поверхности наиболее удобно обрабатывать с применением станков с ЧПУ.

Количественная оценка технологичности определяется в соответствии с ГОСТ 14.202−73.

Для расчетов составим таблицу с указанием основных размеров с квалитетами точности, шероховатости, унификации размера и количества поверхностей (рис. 5, табл. 4)

Рисунок 5. Обрабатываемые поверхности Таблица 4. Обрабатываемые поверхности

Анализ технологичности детали включает: отработку ее конструкции с целью максимальной унификации элементов, выбор и нанесение размеров, оптимальных допусков и шероховатостей, соблюдение всех требований, предъявляемых к заготовкам и т. д.

Ввиду того, что на стадии разработки отсутствуют данные о трудоемкости, технологической себестоимости детали, так как технологический процесс еще не разработан, воспользуемся для определения технологичности дополнительным показателем по следующей методике:

1) коэффициент унификации конструктивных элементов:

(1.3.1)

где соответственно число унифицированных конструктивных элементов детали и общее, шт.

Деталь является технологичной, так как ;

2) максимальное значение квалитета обработки IT 14;

3) максимальное значение параметра шероховатости обрабатываемых поверхностей не более Rz 80;

4) коэффициент точности обработки:

(1.3.2)

где Аср — средний квалитет обработки изделия;

7 квалитета — 19; 8 квалитета — 1; 9 квалитета — 1; 11 квалитета — 4; 12 квалитета — 1; 14 квалитета — 89.

Деталь является технологичной, так как 1.

5) коэффициент шероховатости поверхности:

(1.3.3)

где Бср — среднее числовое значение параметра шероховатости (Ra);

с Rа=20 — 79, Rа=12,5 — 2, Rа=6,3 — 8; Rа=3,2 — 2; Rа=2,5 — 18; Rа=1,6 — 17.

Чем выше вычисляемые коэффициенты, тем деталь считается более технологичной. В нашем случае коэффициенты точности обработки, шероховатости близки к единице, что говорит о довольно высокой технологичности.

1.4 Определение типа производства

Тип производства определяется ориентировочно, исходя из массы детали и программы выпуска деталей, по табл. 5 [5, с. 27]. Для массы детали 10,3 кг и программы выпуска 100 деталей соответствует мелкосерийное производство.

Таблица 5. Выбор типа производства по годовому выпуску и массе деталей, шт.

Мелкосерийное производство — это производство ограниченной номенклатуры однородной продукции сериями или партиями, количество которых зависит от заказа или соглашения. Изменение серий продукции обусловлено изменением технологической схемы, структуры производственного процесса, продолжительности цикла. Это, в свою очередь, требует переналадки процесса. Если переналадка оборудования в течение рабочей смены осуществляется один или несколько раз, то такое производство является мелкосерийным.

В машиностроении мелкосерийное производство характеризуется закреплением за каждым рабочим местом от 20 до 40 операций, серийное — от 10 до 20 операций. Рабочие места на предприятиях мелкосерийного производства в определенной степени специализированы. При этом происходит преимущественно их предметная специализация — закрепление за каждым из них нескольких операций для изготовления деталей, обработка которых ведется партиями.

2. Технологический раздел

2.1 Проектирование и расчет заготовки

Одним из направлений повышения конкурентоспособности продукции машиностроения являются снижение металлоемкости, сокращение отходов и потерь металла за счет рационального применения заготовок, экономичных методов фоpмообpазования и механической обработки. Немаловажное значение при этом имеет выбор метода получения заготовок, соответствующих производственным условиям конкретного машиностроительного предприятия. Рационально выбранная заготовка позволяет уменьшить припуски и, как следствие, объем последующей обработки резанием, трудоемкость и себестоимость изготовления продукции.

На выбор заготовки влияют:

1) материал детали;

2) конструкция и размеры детали;

3) программа выпуска;

4) наличие оборудования в заготовительных цехах;

5) и другие реальные производственные условия изготовления.

Чем в большей степени размеры и формы заготовок приближаются к формам готовых деталей, тем меньше станкоемкость и трудоемкость механической обработки, тем она проще и дешевле. Однако повышение точности изготовления заготовок связано обычно с удорожанием и усложнением процессов их получения.

Технические требования, предъявляемые к заготовке детали «Коллектор»:

Точность отливки 11−0-0−11Т ГОСТ Р 53 464−2009.

Литейные уклоны (формовочные) по ГОСТ 3212–92.

Неуказанные литейные радиусы не более 6 мм.

Коллектор, для снятия внутренних напряжений и стабилизации размеров отливки во избежание ее коробления, подвергнуть искусственному старению.

Произведем расчет допусков и допускаемых отклонений и припусков на отливку (ГОСТ Р 53 464−2009):

1) Исходные данные детали:

1. Материал СЧ20 ГОСТ Р 53 464−2009.

2. Масса детали 10,3 кг.

2) Исходные данные для отливки:

1. Класс размерной точности — 11;

2. Класс точности массы — 11 Т;

3. Степень коробления — 0;

4. Степень точности поверхности — 0.

3) Припуски:

1. Назначаем припуски на механообработку, для этого определяем допуски по номинальным размерам детали (табл. 1, стр. 13, [1]).

— 4 мм

— 5 мм

150 — 5 мм

140 — 5 мм

122 — 5 мм

133 — 5 мм

30 — 3,6 мм

R72 — 4,4 мм

92 — 4,4 мм

75 — 4,4 мм

90 — 4,4 мм

2. Для механической обработки поверхностей определяем вид окончательной обработки.

— чистовая

— не обрабатывается

— черновая

140 — чистовая

122 — чистовая

133 — черновая

30 — черновая

R72 — не обрабатывается

92 — не обрабатывается

75 — не обрабатывается

90 — не обрабатывается

3. Устанавливаем общий припуск на механическую обработку на сторону (табл. 6, стр. 16, [1]).

— 5 мм

150 — 3,9 мм (нижний) и 4,9 мм (верхний=нижний+25%)

140 — 5,3 мм

122 — 10 мм

4) Размеры отливки и их допуски:

1. Определяем действительные размеры отливки:

— 5×2 = 45 мм

мм

150 + 3,9 + 4,9 = 158,8 принимаем 159 мм

140 +5,3 + 5,3 = 150,6 принимаем 150 мм

122 — 10 + 4,9 = 116,9 принимаем 117 мм

115 + 18 + 4,9 = 137,9 принимаем 138 мм

12 + 18 + 4,9 = 34,9 принимаем 35 мм

R72 мм

92 мм

75 мм

90 мм

2. Действительные размеры с допусками:

45 2 мм

105 2,5 мм

159 2,5 мм

150 2,5 мм

117 2,5 мм

138 2,5 мм

35 1,8 мм

R72 1,1 мм

92 2,2 мм

75 2,2 мм

90 1,1 мм

5) По полученным результатам чертим чертеж отливки и вычисляем массу отливки — 13,9 кг (масса рассчитана в программе Solid Edge ST4).

6) Расчет коэффициента использования материала (массы рассчитаны в программе Solid Edge ST4).

где q и Q — масса детали и заготовки, кг; (2.2.1)

.

Рисунок 6. 3D вид заготовки детали «Коллектор»

2.2 Назначение методов обработки

Обработка коллектора состоит из токарной, фрезерной, сверлильной и расточной обработки. Также будет применяться развертывание, зенкование и нарезание резьбы.

Рассмотрим обработку основных поверхностей (рис. 7):

1 — цилиндрическая базовая поверхность — точение.

2 — плоскость, сопрягаемая с другими деталями — фрезерование.

3 — плоскость, сопрягаемая с другими деталями — фрезерование;

4 — плоскость, сопрягаемая с другими деталями — фрезерование;

5 — отверстия, для стяжки болтами с другой деталью — сверление;

6 — фаска под резьбу — зенкование;

7 — отверстия для соединения детали с другими деталями сборочного узла — нарезание резьбы метчиком;

8 — циковки — цекование;

9 — отверстие для установки вала — тонкое точение;

10 — отверстия под масло — сверление;

11 — отверстия для соединения детали с другими деталями сборочного узла — нарезание резьбы метчиком;

12 — циковки — цекование;

13 — отверстия под масло — сверление;

14 — паз — фрезерование;

15 — отверстия для соединения детали с другими деталями сборочного узла — нарезание резьбы метчиком;

16 — отверстия для соединения детали с другими деталями сборочного узла — нарезание резьбы метчиком;

17 — канавка для установления уплотнительного кольца — зенкерование;

18 — отверстия для соединения детали с другими деталями сборочного узла — развертывание;

19 — отверстия для соединения детали с другими деталями сборочного узла — развертывание.

Рисунок 7. Обрабатываемые поверхности

2.3 Разработка теоретических схем базирования

Каждое приспособление должно обеспечивать выполнение всех функций, обусловленных операцией. Среди них главной является базирование заготовки, то есть придание ей требуемого положения в приспособлении. После базирования заготовку необходимо закрепить, чтобы она сохранила при обработке неподвижность относительно приспособления.

Рисунок 8. Схемы базирования

2.4 Выбор оборудования и формирование операций

Использование того или иного вида оборудования зависит от сложности изготовляемой детали и серийности производства. Чем меньше серийность производства, тем большую технологическую гибкость должен иметь станок.

В некоторых случаях при изготовлении деталей со сложными профилями использование станков с ЧПУ является почти единственным технически оправданным решением. Это оборудование целесообразно применять и тогда, когда невозможно быстро изготовить оснастку.

Для токарной обработки применим станок SKQ — 8 NC.

Подробное описание операций, на станке:

— подрезать торец;

— точить предварительно поверхность в размер 122h12 на длину 18 за 11 проходов;

— точить окончательно поверхность в размер 120h8 на длину 18b12;

— точить поверхность, выдерживая размеры 114h14 и 60,18;

— точить фаску, выдерживая размеры 1,6×45;

— точить канавку, выдерживая размеры 114,4h9 и 4,70,18;

— расточить отверстие начерно в размер 54,5

Рисунок 9. Общий вид станка SKQ — 8 NC

Выбор станка на комплексную операцию.

Рассмотрим несколько возможных вариантов:

1) Станок Mazak nexus 410A-II (рис. 10).

Современные характеристики для более высокой производительности. Обрабатывающие центры вертикальной компоновки Mazak применяются во всех отраслях промышленности, от субподрядчиков до авиастроения. В станках серии NEXUS II сочетаются передовые технологии и высокая производительность, и разумная цена.

Рисунок 10. Общий вид станка Mazak nexus 410A-II

Таблица 6. Технические характеристики станка Mazak nexus 410A-II

Станок имеет подходящие характеристики, но нет возможности четырех и пяти координатной обработки, как на станке 600V, так как станок трех координатный. Ставя деталь на этот станок, нам потребуется две дополнительные операции.

2) Станок Mazak integrex 300 — IV S (рис. 11).

Рисунок 11. Общий вид станков Mazak integrex — IV

Таблица 7. Технические характеристики станка Mazak integrex 300 — IV S

Станок имеет подходящие характеристики, но на данный момент на нем обрабатываются детали из стали и обработка на них деталей из чугунов приводит к затратам времени на уборку станка.

3) Станок 600V.

Станок сверлильно-фрезерно-расточной с автоматической сменой инструмента (АСИ) и числовым программным управлением (ЧПУ) 600V (рис. 9) предназначен для комплексной обработки деталей из различных конструкционных материалов в условиях единичного, мелкосерийного и серийного производства. Станки сверлильно-фрезерно-расточные с ЧПУ 600V и 800V выполняют операции сверления, зенкерования, развертывания, получистового и чистового растачивания отверстий, нарезания резьбы метчиками и фрезами, фрезерования. Имеется возможность оснащения поворотным столом для четырехи пяти — координатной обработки.

Рисунок 12. Общий вид станка 600V

Таблица 8. Технические характеристики станка 600V

Возможность установить дополнительный инструментальный магазин, наличие люльки с возможностью поворота, а так же планшайбы, лишает необходимости в дополнительной операции по обработке отверстий под углом 65 к оси детали.

Для второй комплексной операции, где присутствует токарная обработка, выбираем станок 600VT.

Рисунок 13. Общий вид станка 600VT

Станки вертикальные токарные фрезерно-расточные с автоматической сменой инструмента (АСИ) и числовым программным управлением (ЧПУ) 600VT и 800VT предназначены для комплексной обработки деталей из различных конструкционных материалов в условиях единичного, мелкосерийного и серийного производства. Выполняют операции наружного и внутреннего точения, сверления, зенкерования, развертывания, получистового и чистового растачивания отверстий, нарезания резьбы метчиками и фрезами, фрезерования.

Таблица 9. Технические характеристики станка 600VТ

2.5 Разработка маршрутного технологического процесса

Разработка маршрутного технологического процесса механической обработки заготовки является основой всего курсового проекта. От правильности и полноты разработки маршрутного технологического процесса во многом зависит организация производства и дальнейшие технико-экономические расчеты дипломного проекта.

Разработка технологического процесса должна быть основана на использовании научно-технических достижений во всех отраслях промышленности и направлена на повышение технологического уровня производства, качества продукции и производительности труда.

Маршрут обработки в первую очередь будет состоять из заготовительной операции, включающей в себя формовку, отливание заготовки и очистку ее от окалины. После идет обработка (табл. 10).

Таблица 10. Маршрутный технологический процесс

2.6 Расчет припусков на обработку поверхности

Рассчитываются припуски на обработку и промежуточные предельные размеры для отверстия диаметром 55Н7).

Способ получения заготовки — литье.

Условное обозначение отливки 11−0-0−11Т ГОСТ Р 53 464−2009.

Технологический процесс обработки отверстия 55Н7) состоит из 3 операций:

— черновое растачивание

— чистовое растачивание

— тонкое растачивание Расчет припусков на обработку отверстия диаметром 55Н7) приведен в таблице, в которой последовательно записывается технологический маршрут обработки отверстия и все значения элементов припуска.

1. Суммарное значение пространственных отклонений определяется по формуле [3]:

Получим:

Определяем остаточное пространственное отклонение по формуле [3]:

где — коэффициент уточнения формы.

Получим:

а) Растачивание черновое:

б) Растачивание чистовое:

в) Растачивание тонкое:

2. Погрешность установки заготовки .

Остаточная погрешность установки для растачивания определяется по формуле (1.10):

а) Растачивание черновое:

б) Растачивание чистовое:

в) Растачивание тонкое:

3. Определяем значения расчётных припусков по формуле [3]:

а) Черновое растачивание:

б) Чистовое растачивание:

в) Тонкое растачивание:

4. Расчет размеров выполняется, начиная с конечного размера путем последовательного вычитания расчетного минимального припуска каждого технологического перехода:

а) Тонкое растачивание:

б) Чистовое растачивание:

в) Черновое растачивание:

г) Заготовка:

Наименьшие предельные размеры вычисляем вычитанием допуска из наибольшего предельного размера:

а) Тонкое растачивание:

б) Чистовое растачивание:

в) Черновое растачивание:

г) Заготовка:

5. Предельные максимальные значения припусков:

а) Тонкое растачивание:

б) Чистовое растачивание:

в) Черновое растачивание:

Предельные минимальные значения припусков:

а) Тонкое растачивание:

б) Чистовое растачивание:

в) Черновое растачивание:

Таблица 7. Расчет припусков и предельных размеров по технологическим переходам на обработку отверстия крышки

2.7 Расчет режимов резания

Режимы резания устанавливают и назначают с учетом целого ряда параметров: тип и твердость обрабатываемого материала, вид и состояние заготовки, мощность станка, жесткость технологической системы станок-приспособление-инструмент-деталь (СПИД), требование к детали по точности, шероховатости, и т. д.

Обычно вначале выбирают значение глубины резания, стремясь весь припуск снять за минимальное количество проходов. Затем назначают наибольшую величину подачи и оптимальную частоту вращения заготовки (или режущего инструмента), при которых достигаются высокие точность обработки и качество поверхностей при удовлетворительной производительности.

Режимы резания можно найти в каталогах от производителей инструмента.

005 Операция — токарная:

1. подрезать торец. По каталогу инструментов фирмы Korloy выбираем режущую пластину CNMG-GН:

S=0,35 мм/об;

v=120 мм/мин;

Частота вращения шпинделя об /мин.

Основное время:

Т_o== мин

2. Наружное точение предварительное. По каталогу инструментов фирмы Korloy выбираем режущую пластину ту же самую, что и на подрезку торца.

S=0,35 мм/об;

v=120 мм/мин;

Частота вращения шпинделя об /мин.

Основное время:

Т_o== мин

3. Наружное точение чистовое. По каталогу инструментов фирмы Korloy выбираем режущую пластину на чистовую операцию CNMG-GR.

S=0,1 мм/об;

v=200 мм/мин;

Частота вращения шпинделя Основное время:

Т_o==мин

4. Наружное точение. Пластина с перехода 2.

S=0,35 мм/об;

v=120 мм/мин;

Частота вращения шпинделя об /мин.

Основное время:

Т_o== мин

5. Точение фаски. По каталогу инструментов фирмы Korloy выбираем пластину SNMG-GR:

S=0,5 мм/об;

v=220 мм/мин;

Частота вращения шпинделя об /мин.

Основное время:

Т_o==0,005 мин

6. Расточить канавку. По каталогу инструментов выбираем режущую пластину MGMN 150G NC 305К.

S=0,5 мм/об;

v=130 мм/мин;

Частота вращения шпинделя трактор коллектор заготовка электромагнитный Основное время:

Т_o==мин

7. Растачивание отверстия. Инструмент с перехода 2.

S=0,35 мм/об;

v=120 мм/мин;

Частота вращения шпинделя Основное время:

Т_o==мин Частота вращения шпинделя Основное время:

Т_o==мин Т_?==

Т_?о=4,87 мин.