Проект участка механической обработки плит и планок

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ Учреждение образования

«Барановичский государственный университет»

Инженерный факультет Кафедра Технологии и оборудования машиностроения

ДОПУЩЕН К ЗАЩИТЕ

Заведующий кафедрой ТОМ

____________Ю.К. Калугин

«___» ________________2008 г.

дипломный проект

Тема: «Проект участка механической обработки плит и планок»

Зав.кафедрой

Калугин Ю.К.

Руководитель

Троцкий А.И.

Консультант по охране труда и экологии

Шадид Ю.И.

Консультант по экономической части

Носова Н.В.

Нормоконтролер

Нерода М.В.

Дипломник

Сергейчик В.М.

Барановичи 2008

Проектирование технологических процессов изготовления деталей машин имеет цель — установить наиболее рациональный и экономичный способ обработки. При этом обработка деталей на металлорежущих станках должна обеспечить выполнение требований, предъявляемых к точности и чистоте обрабатываемых поверхностей, взаимному расположению осей и поверхностей, правильности контуров и форм и т. д. Таким образом, спроектированный технологический процесс механической обработки деталей должен при его осуществлении обеспечить выполнение требований, обусловливающих нормальную работу собранной машины.

При проектировании технологических процессов изготовления деталей машин необходимо учитывать основные направления в современной технологии машиностроения, которые в основном сводятся к следующему:

1. Возможно большее сокращение обработки металлов резанием, что достигается путем изготовления заготовок деталей машин, приближающихся по форме, размерам и качеству поверхности к готовым деталям.

Такие заготовки обеспечивают повышение технико-экономической эффективности: уменьшается расход металла вследствие уменьшения припусков, снижается трудоемкость механической обработки и потребность в металлорежущем инструменте и станках, уменьшается себестоимость изготовления деталей и машин.

Значительное уменьшение припусков и объема механической обработки достигается также при изготовлении заготовок путем штампования на горизонтально-ковочных машинах, прокаткой сложных фасонных профилей и профилей периодического сечения и пр.

2. Применение для механической обработки высокопроизводительного автоматизированного оборудования, агрегатных и многопозиционных станков, применение твердосплавного, металлокерамического и алмазного инструмента, быстродействующих приспособлений (с гидравлическими, пневматическими, пневмогидравлическими, электрическими зажимными устройствами); применение оптимальных режимов резания металла, возможно большее сокращение вспомогательного времени путем использования автоматических устройств для загрузки деталями станков и разгрузки станков после обработки деталей; применение новых, более производительных методов обработки.

3. Изготовление деталей с высокой точностью формы и размеров, с высоким качеством поверхности после обработки, получение точности сопряжений деталей с целью достижения наибольшей надежности, прочности и долговечности изготовляемых машин.

4. Концентрация значительного количества операций на одном станке для одновременной обработки нескольких поверхностей большим количеством инструментов, с высокими режимами резания и автоматизацией различных вспомогательных действий. Такой метод обработки, все шире применяемый в массовом и крупносерийном производстве, требует использования станков все большей мощности; применение металлорежущих станков большой мощности вызывается также увеличением габаритов обрабатываемых деталей.

1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

1.1 Назначение и конструкция обрабатываемой детали Деталь планка УМ2312−611.105 входит в состав сборочной единицы силовой стол УМ2312−611.

На силовой стол устанавливаются расточные, фрезерные, сверлильные узлы, зажимные приспособления, сам силовой стол имеет возможность перемещаться по направляющим платформы либо станины.

Конструкция детали представляет собой изделие типа «планка».

Заготовкой для данной детали служит отливка, изготовленная из чугуна СЧ20 ГОСТ 1412–85. Химический состав и механические свойства чугуна СЧ20 ГОСТ 1412–85 представлены в таблицах 1.1 и 1.2.

Таблица 1.1 — Химический состав чугуна СЧ20 ГОСТ 1412–85

Таблица 1.2 — Механические свойства чугуна СЧ20 ГОСТ 1412–85

Эскиз детали показан на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 — Эскиз детали планка УМ2312−611.105

К исполнительным поверхностям детали относятся поверхности 7, 23.

К основным поверхностям детали относятся поверхности — 2, 4, 10.

К вспомогательным поверхностям детали относятся поверхности -12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 24, 25, 26.

К свободным поверхностям детали относятся поверхности — 5, 6, 8, 9, 11, 22.

Деталь поверхностью 2 при помощи четырёх болтов через отверстия 25 крепится к силовому столу. Поверхностью 7 деталь соприкасается с нижней поверхностью направляющей станины либо платформы и при перемещениях скользит по ней. В зону контакта поступает масло через отверстия 14, 13 и канавку 26. В четыре отверстия 23 вставлены плунжеры по скользящей посадке. Для фиксации стола в нужном положении масло подаётся в отверстие 18 через один из штуцеров, установленных в отверстие 20. Плунжеры под давлением масла поднимаются и фиксируют стол. Для освобождения стола масла стравливается через штуцер, установленный на противоположной стороне отверстия 18.

1.2 Анализ технологичности конструкции детали

1.2.1 Качественный анализ Качественный метод оценки технологичности детали основан на практических рекомендациях.

Анализируемая деталь имеет простую форму, ограниченную плоскими поверхностями. Жёсткость конструкции детали обеспечивает получение требуемых технических требований чертежа.

Деталь не имеет труднодоступных мест и поверхностей для обработки. Имеется возможность обработки ответственных поверхностей напроход, что является главным условием повышения производительности, повышения точности и малой шероховатости обрабатываемых поверхностей (требуемые параметры поверхностей 1, 2, 3, 4 достигаются шлифованием). В случае невозможности обработки на проход обеспечивается выход инструмента на расстояние, достаточное для получения точных поверхностей (классные отверстия диаметром 25Н9 мм выполняются на глубину 16 мм, предусмотрен выход инструмента в выточку глубиной 18 мм).

Конструкция детали обеспечивает удобный подвод и отвод инструмента и СОЖ в зону резания и из нее, и отвод стружки. Обрабатываемые поверхности обеспечивают равномерную и безударную работу режущего инструмента.

Отсутствуют поверхности с необоснованно высокой точностью обработки. Все неответственные поверхности обрабатываются по 14-му квалитету.

В то же время деталь имеет отверстия с пересекающимися осями (отверстия с диаметром 23 мм выполняются до входа в отверстие с диаметром 8 мм), что увеличивает нагрузку на инструмент и одно длинное отверстие (8 мм) что затрудняет подвод СОЖ.

1.2.2 Количественный анализ Количественная оценка технологичности детали производится по следующим коэффициентам, которые определяется в соответствии с ГОСТ 18 831–73.

Коэффициент использования материала КИМ

(1.1)

где М = 14,3 кг — масса готовой детали;

НР — норма расхода материала, кг.

Норма расхода НР = МЗ + ТП, где МЗ = 19,7 кг — масса заготовки; ТП технологические потери, при получении заготовки литьём принимают 10 — 12% от массы заготовки: НР = 19,7 + 19,7•0,11 = 22,1 кг.

Коэффициент точности обработки КТ

(1.2)

где ТСР — средний квалитет точности обработки изделия;

nI — число размеров соответствующего квалитета точности ;

Т — квалитет точности обработки.

В таблице 1.3 представлены значения квалитетов для поверхностей детали.

(1.3)

условие технологичности выполняется.

Таблица 1.3 — Квалитеты точности поверхностей детали планка УМ2312−611.105

Коэффициент шероховатости поверхности КШ

(1.4)

где ШСР — средняя шероховатость поверхности изделия;

nIM — число поверхностей соответствующей шероховатости;

Ш — шероховатость поверхности.

В таблице 1.4 представлены значения шероховатости для поверхностей детали.

Таблица 1.4 — Шероховатость поверхностей детали планка УМ2312−611.105

(1.5)

условие технологичности выполняется.

Анализ полученных коэффициентов показал, что деталь планка УМ2312−611.105 достаточно технологична.

1.3 Определение типа производства Согласно ГОСТ 14.004−83 тип производства характеризуется коэффициентом закрепления операции КЗО КЗО=, (1.6)

где ОI — количество операций, необходимых для изготовления данной детали;

РI — число рабочих мест.

Определяем такт выпуска детали ([1], с.21)

tВ=, (1.7)

где N = 6000 шт.- объём выпуска изделия в год на предприятии;

FД = 2070 ч — действительный годовой фонд времени работы оборудования.

tВ = 20,7 мин/шт. (1.8)

Количество операций, необходимых для изготовления данной детали, определяется коэффициентом загрузки оборудования

=, (1.9)

где ТШТI — штучное время изготовления детали по I операции мин., выбирается из базового техпроцесса.

Если, то OI= 1;

если, то OI= 1/, OI округляется в меньшую сторону до целого числа.

Данные по определению типа производства представлены в таблице 1.5.

Коэффициент закрепления операции КЗО = (1.10)

Так как 1 КЗО 10, то тип производства — крупносерийное.

Количество деталей в партии для одновременного запуска ([1], с.22)

n= =шт., (1.11)

где, а = 10 — количество дней, на которое необходимо иметь запас деталей;

FРАБ = 253 — количество рабочих дней в году.

Таблица 1.5 — Данные по определению типа производства детали планка УМ2312−611.105

1.4 Выбор и технико-экономическое обоснование метода получения заготовки В базовом технологическом процессе в качестве заготовки принята отливка 1 класса точности по ГОСТ 1855–55, получаемая литьём в песчаные формы.

Согласно таблице 8 для крупносерийного производства допускается использование отливок 1 класса точности, что позволяет снизить металлоёмкость и стоимость механической обработки. Таким образом применяем метод получения заготовки аналогичным базовому.

На рисунке 1.2 показан эскиз заготовок для детали планка УМ2312−611.105

Рисунок 1.2 — Эскиз заготовки детали планка УМ2312−611.105

1.5 Анализ базового технологического процесса Метод получения заготовки соответствует принятому типу производства.

Отливка максимально приближена к чертежу, на сколько позволяет данный метод, в отношении фактических припусков на обработку и выполнение технических требований.

Данный технологический процесс характеризуется правильностью выбора черновых, чистовых и промежуточных баз на операциях, соблюдением принципа единства технологических баз.

Последовательность операций технологического процесса для достижения заданной точности детали установлена правильно.

Параметры установленного оборудования не в полной мере соответствуют типу производства.

Режимы резания не достигают прогрессивного уровня.

Степень оснащённости операций для данного типа производства является недостаточной.

Базовый технологический процесс представлен в таблице 1.6. Он включает двенадцать операций механической обработки.

В ходе анализа базового технологического процесса выявились следующие пути совершенствования:

— для выполнения вертикально-фрезерных операций применить станки мод. 6Р12 вместо мод. 6Р13, это позволит сократить энергоёмкость обработки, сократить производственные площади, при сохранении качества обработки;

— обработку на операции 013 «горизонтально-фрезерная» выполнять за одну установку комплектом из двух фрез на горизонтально-фрезерном станке мод. 6Р82Г вместо обработки за две установки на горизонтально-фрезерном станке мод. 6Р83, это сократит время на обработку, сократит энергоёмкость обработки, сократит производственные площади, при сохранении качества обработки;

— операции: 021 «разметка», 023 «продольно-строгальная» (станок мод. 7Д37), в ходе которых выполняются разметка и строгание уступа, изменить на вертикально-фрезерную операцию (операция 021 мод. 6Р12), это позволит сократить время на обработку, сократить энергоёмкость обработки при сохранении качества обработки;

— операции: 027 «разметка», 029 «горизонтально-фрезерная» (станок мод. 6Р83), в ходе которых выполняется разметка и выполнение паза, изменить на вертикально-фрезерную операцию (операция 025 мод. 6Р12), это позволит сократить время на обработку, сократить энергоёмкость обработки;

— изменить станок мод. 2М55, согласно операции 037 «радиально-сверлильная», на станок мод. 2Л53 (операция 031 «радиаольно-сверлильная»);

— обработку согласно операции 043 «координатно-расточная» выполнять на программносверлильном станке мод. СС2 В (операция 035), обеспечивающем технические требования чертежа.

Усовершенствованный технологический процесс представлен в таблице 1.7.

1.6 Расчет припусков на механическую обработку Рассчитаем припуски на обработку и промежуточные предельные размеры уступа 40 мм планки УМ2312−611.105.

Технологический маршрут обработки уступа 40 мм состоит из операций:

1. черновое фрезерование,

2. получистовое фрезерование,

3. шлифование.

Заготовка базируется в самоцентрирующемся патроне и люнете.

Расчёт припусков на обработку уступа 40 ведётся в форме таблицы 1.8, в которую последовательно записываем технологический маршрут обработки и все значения элементов припуска.

Суммарное значение Rz и Т, характеризующее качество заготовок, составляют 600 мкм ([1], табл. 27). После первого технологического перехода толщина дефектного слоя Т для деталей из чугуна исключается из расчётов, поэтому для чернового, получистового фрезерования и шлифования находим из табл. 29 только значения Rz.

При установке детали на плоскость, противолежащую и параллельную обрабатываемой, суммарное значение пространственных отклонений для обрабатываемой поверхности выражается величиной её коробления. Общая величина коробления поверхности определяется как произведение удельной кривизны на наибольший размер обрабатываемой поверхности ([1], табл. 31)

= 3•366= 1098 мкм, (1.12)

где = 3 мкм — удельная кривизна заготовки из литья ([1], табл. 32);

l= 366 мм — длина заготовки.

Остаточное пространственное отклонение после чернового фрезерования

= 0,06•1098= 65,9 мкм, (1.13)

где кУ = 0,06 — коэффициент уточнения формы ([1], с. 74).

Остаточное пространственное отклонение после получистового фрезерования

= 0,05•1098=54,9 мкм, (1.14)

где кУ = 0,05 — коэффициент уточнения формы ([1], с. 74).

Остаточное пространственное отклонение после шлифования

= 0,002•1098=2,2 мкм, (1.15)

где кУ = 0,002 — коэффициент уточнения формы ([1], с. 74).

Погрешность установки при обработке плоских поверхностей, параллельных установочной базе находим по формуле ([1], с. 83)

(1.16)

где — погрешность базирования, мкм;

— погрешность закрепления, мкм.

Погрешность базирования при обработке уступа равна допуску на размер 74 мм (чистовой). Соответственно: для чернового фрезерования = 740 мкм (14 квалитет точности), для получистового фрезерования = 190 мкм (11 квалитет точности), для шлифования = 30 мкм (7 квалитет точности).

Погрешность закрепления возникает в результате смещения обрабатываемых поверхностей от действия зажимной силы. Соответственно: для чернового фрезерования =70 мкм (обработка в тисках на предварительно обработанной поверхности), для получистового фрезерования =60 мкм (обработка в тисках на предварительно обработанной поверхности), для шлифования =0 мкм (обработка на магнитной плите) ([1], табл. 40).

Погрешность установки при черновом фрезеровании

(1.17)

Погрешность установки при получистовом фрезеровании

(1.18)

Погрешность установки при шлифовании

(1.19)

Минимальное значение межоперационного припуска ([1], табл. 26)

zIMIN = Rzi-1 + Тi-1 +. (1.20)

Минимальный припуск под черновое фрезерование

zMIN = 600+1098+810 = 2508 мкм. (1.21)

Минимальный припуск под получистовое фрезерование

zMIN = 50+65,9+250= 366 мкм. (1.22)

Минимальный припуск под шлифование

zMIN = 30+54,9+30=115 мкм. (1.23)

Графа «Расчётный размер» заполняется начиная с конечного, в данном случае чертежного, размера последовательным вычитанием расчётного минимального припуска каждого технологического перехода:

для получистового фрезерования

SР1 = 40,08- 0,115 =39,965 мм; (1.24)

для чернового фрезерования

SР2 = 39,695 — 0,366 = 39,599 мм; (1.25)

для отливки

SР3 = 39,599 -2,508 = 37,091 мм; (1.26)

Значения допусков для каждого перехода принимаются по таблицам в соответствии с классом точности вида обработки.

В графе «Предельный размер» наименьшее значения SMIN получаем путём округления расчётных размеров в сторону увеличения до точности допуска на соответствующем переходе, наибольшее значение SMAX — путём прибавления допусков на соответствующих переходах к наименьшим предельным размерам.

Максимальные предельные значения припусков zПР MAX представляют собой разность наименьших предельных размеров на выполняемом и предшествующем переходах, а минимальные zПР MIN — соответственно разность наибольших предельных размеров.

Общие припуски zОMIN и zOMAX определяются суммированием промежуточных припусков.

На основании данных расчёта строим схему графического расположения припусков и допусков по обработки уступа 40 мм (рис. 1.3).

Общий номинальный припуск ([1], с. 64)

Рисунок 1.3 — Схема графического расположения припусков и допусков на обработку уступа 40 детали планка УМ2312−611.105

zОНОМ= zОMIN+ВЗ-ВД, (1.27)

где ВЗ, ВД — верхнее отклонение заготовки и детали;

ВЗ= ИШ+= 0,240+= 0,27 мм = 270 мкм. (1.28)

zОНОМ= 2520+270−240 = 2550 мкм = 2,6 мм. (1.29)

SЗНОМ= 40,08−2,6 = 37,5 мм. (1.30)

Произведём проверку правильности выполненных расчётов ([1], с. 64)

=110−200= -90 мкм; =250−160= 90 мкм; (1.31)

=370−0= 370 мкм; =620−250= 370 мкм; (1.32)

=2500−2320= 180 мкм; =800−620= 180 мкм; (1.33)

=750−380= 370 мкм; =620−250= 370 мкм. (1.34)

На остальные обрабатываемые поверхности детали припуски и допуски выбираем по ГОСТ 1855–55, их значения сведены в таблицу 1.9.

Таблица 1.6 — Базовый технологический процесс изготовления детали планка УМ2312−611.105

Таблица 1.7 — Проектируемый технологический процесс изготовления детали планка УМ2312−611.105

Таблица 1.8 — Расчёт припусков и предельных размеров по технологическим переходам на обработку уступа 40 детали планка УМ2312−611.105

Таблица 1.9 — Припуски и допуски на обрабатываемые поверхности планки УМ2312−611.105

В миллиметрах

1.7 Расчёт режимов резания Для расчёта режимов резания можно использовать два способа:

— расчетно-аналитическим;

— табличным.

Табличный расчёт режимов резания для операции 013 горизонтальнофрезерная. Расчёт ведётся в соответствии с.

1. Рассчитаем длину рабочего хода

LРХ = LРЕЗ + y = 390 + 50 = 440 мм, (1.35)

где LРЕЗ = 390 — длина обработки, измеряемая в направлении резания, мм;

y = 50 мм — длина подвода, врезания и перебега инструмента, мм.

2. Стойкость инструмента по карте Ф-3 ТР = 500 мин.

3. Припуск на обработку t= 3 мм.

4. Значения рекомендуемой подачи на зуб по карте Ф-2 SZ=0,3 мм/зуб.

5. Рекомендуемая скорость резания по карте Ф-4 [2]

V = VTKV1KV2KV3= 140•0,9•0,8•0,7= 70,6 м/мин (1.36)

где VТ= 140 м/мин, KV1=0,9, KV2= 0,8, KV3 =0,7.

6. Число оборотов шпинделя, соответствующую рекомендуемой скорости резания

n = мин-1, (1.37)

где D = 315- диаметр фрезы, мм.

По паспорту станка уточняем nП = 63 мин-1.

7. Скорость резания по принятым оборотам шпинделя

VП = м/мин. (1.38)

8. Минутной подачи по принятому значению числа оборотов шпинделя

SM= SZ z n = 0,3•20•63 = 378 мм/мин, (1.39)

где z = 20 шт. — количество зубьев фрезы.

По паспорту станка уточняем SM= 390 мм/мин.

9. Основное машинное время обработки:

tM = мин. (1.40)

10. Потребная мощность резания по карте Ф-5

кВт (1.41)

где Е= 0,55, К1 = 1,25, К2 = 1.

11. Суммарная мощность резания для обработки двумя фрезами

кВт. (1.42)

12. Проверка по мощности двигателя

(1.43)

5,2<1,2•7,5•0,95

5,2<8,6.

13. Сила резания

Н. (1.44)

14. Крутящий момент на шпинделе

Нм. (1.45)

15. Значение подачи на оборот по принятым режимам резания

SОП= мм/об (1.46)

16. Значение подачи на зуб по принятым режимам резания

SZП= мм/зуб (1.47)

Аналогично производим расчёт режимов резания для других операций.

Аналитическое определение режимов резания для операции 033 плоско-шлифовальная. Расчёт ведём в соответствии с.

Применяем шлифовальный круг ПП450×203×63 КЧ Э25С1К 35м/с 1 кл. А ГОСТ 2424–79.

1. Глубина шлифования t = 0,015 мм.

2. Величина припуска h = 0,3 мм.

3. Период стойкости круга Т = 30 мин.

4. Продольная подача

SПР = B= 0,4•63 = 25,2 мм/об, (1.48)

где = 0,4 — коэффициент шлифования ([3], с.24);

B = 63 мм — ширина шлифования.

5. Скорость перемещения детали

м/мин, (1.49)

где СV = 15,9 — коэффициент принимаемый при шлифовании чугуна ([3], с.24).

По паспорту станка уточняем VДП= 35 м/мин.

6. Расчётный ход стола

L= l+20 = 360+20 = 380 мм, (1.50)

где l = 360 мм — длина шлифуемой поверхности.

7. Число двойных ходов стола

шт. (1.51)

8. Скорость вращения шлифовального круга

м/с, (1.52)

где nК = 1460 мин-1 — частота вращения шлифовального круга (по паспорту).

9. Эффективная мощность шлифования

кВт, (1.53)

где CN = 0,59 — коэффициент, принимаемый при шлифовании чугуна ([3], с.24).

10. Основное технологическое время шлифования

мин, (1.54)

где SВ = 0,015 мм/ход — вертикальная подача шлифовального круга.

Аналогично определяем основное технологическое время для шлифования остальных поверхностей.

Расчёт режимов резания сведён в таблицу 1.10.

Таблица 1.10 — Сводная таблица режимов резания по техпроцессу изготовления детали планка УМ2312−611.105

1.8 Техническое нормирование Под технически обоснованной нормой времени понимается время, необходимое для выполнения заданного объёма работы (операции) при определённых организационно-технических условиях и наиболее эффективном использовании всех средств производства.

В крупносерийном производстве определяются норма штучного времени, подготовительно-заключительное время и штучно-калькуляционное время [4]

ТШТ = ТО + ТВ + ТОБ + ТОТД, (1.55)

ТШК = ТШТ +, (1.56)

где ТШТ — штучное время, мин;

ТО — технологическое (основное) время, мин;

ТВ — вспомогательное время, мин;

ТОБ — время на обслуживание рабочего места, мин;

ТОТД — время на отдых и естественные надобности, мин;

ТШК — штучно-калькуляционное время, мин;

ТПЗ — подготовительно-заключительное время, мин;

n — количество деталей для одновременного запуска.

Рассчитаем норму штучного времени для операции 013 «горизонтально-фрезерная», выполняемой на горизонтально-фрезерном станке мод. 6Р82.

По карте 85 определяем вспомогательное время на операцию, включающее время на пуск станка, установку и снятие детали: ТВ1 = 1,0 мин.

По карте 86 время на измерение детали ТВ2 = 0,13 мин.

Общее вспомогательное время ТВ = ТВ1 + ТВ2 = 1,0 + 0,13 = 1,13 мин. (1.57)

Оперативное время ТОП = ТО+ТВ = 2,3 + 1,13 = 3,43 мин. (1.58)

Время на обслуживание рабочего места по карте 85 составляет 3,5% от оперативного времени ТОБ = 3,43•3,5/100 = 0,12 мин. (1.59)

Время перерывов на отдых и личные надобности по карте 88 составляет 3% от оперативного времени ТОТД = 3,43•3/100 = 0,1 мин. (1.60)

Подготовительно-заключительное время на партию деталей по карте 85 составляет 22 мин.

Штучное время ТШТ = 2,3 + 1,13 + 0,12 + 0,1 = 3,65 мин. (1.61)

Штучно-калькуляционное время ТШК= ТШТ+ = 3,65 += 3,7 мин. (1.62)

Аналогично производим расчёт для оставшихся операций. Результаты заносим в таблицу 1.11.

Таблица 1.11 — Сводная таблица технических норм времени по операциям техпроцесса изготовления детали планка УМ2312−611.105

1.9 Определение количества оборудования

Для достаточно наглядного представления о процессе строятся следующие графики:

1. загрузки оборудования;

2. использования оборудования по основному времени;

3. использование станков по мощности.

Коэффициент загрузки станка определяется по формуле [1]

(1.63)

где mР — расчётное количество станков занятых на данной операции;

mП — фактическое число станков.

Расчётное количество станков определяется как отношение штучного времени на данной операции ТШТ к такту выпуска tВ [1]

mР =. (1.64)

Для операции 001 «вертикально-фрезерная»

mР = = 0,44; (1.65)

= = 0,44. (1.66)

Для остальных операций значения коэффициент загрузки приведены в таблице 1.12.

Среднее значение коэффициента загрузки оборудования

=(0,44+0,27+0,1+0,39+0,26+0,12+0,1+0,56+ (1.67)

+0,17+0,17)/10 = 0,26.

По полученным значениям коэффициента загрузки оборудования строим график загрузки оборудования (рис. 1.4).

Рисунок 1.4 — График загрузки оборудования по операциям техпроцесса изготовления детали планка УМ2312−611.105

Таблица 1.12 — Определение коэффициента загрузки оборудования по операциям техпроцесса изготовления детали планка УМ2312−611.105

Коэффициент использования оборудования по основному (технологическому) времени [1]

(1.68)

где Т0 — основное время, мин;

ТШК — штучно-калькуляционное время, мин.

Для операции 001 «вертикально-фрезерная»

= = 0,45. (1.69)

Для остальных операций значения коэффициента использования оборудования по основному времени приведены в таблице 1.13.

Таблица 1.13 — Определение коэффициента использования оборудования по основному времени по операциям техпроцесса изготовления детали планка УМ2312−611.105

Среднее значение коэффициента использования оборудования по основному времени

=(0,45+0,7+0,5+0,37+0,53+0,2+0,05+0,82+ (1.70)

+0,57+0,32)/10 = 0,45.

По полученным значениям коэффициента использования оборудования по основному времени строим график использования оборудования по основному времени (рис. 1.5).

Рисунок 1.5 — График загрузки оборудования по основному времени по операциям техпроцесса изготовления детали планка УМ2312−611.105

Коэффициент использования оборудования по мощности [1]

(1.71)

где NПР — необходимая мощность на приводе станка, кВт;

NСТ — мощность установленного электродвигателя, кВТ.

Для операции 010 «вертикально-фрезерная

= = 0,45. (1.72)

Для остальных операций значения коэффициента использования оборудования по мощности приведены в таблице 1.14.

Таблица 1.14. Определение коэффициента использования оборудования по мощности по операциям техпроцесса изготовления детали планка УМ2312−611.105

Среднее значение коэффициента использования оборудования по мощности

/10=(0,45+0,09+0,70+0,30+0,17+0,07+ (1.73)

+0,03+0,82+0,84+0,28)/10=0,38.

По полученным значениям коэффициента использования оборудования по мощности строим график использования оборудования по основному времени (рис. 1.6).

Рисунок 1.6 — График загрузки оборудования по мощности по операциям техпроцесса изготовления детали планка УМ2312−611.105

1.10 Технико-экономическое обоснование разработанного техпроцесса Целесообразность применяемого технологического процесса определяется величиной приведённых затрат. При этом в число слагаемых суммы приведённых затрат следует включать лишь те затраты, которые изменяют свою величину при переходе на новый вариант технологического процесса.

Величина часовых приведённых затрат ([1], с. 41)

руб./ч, (1.74)

где СЗ — основная и дополнительная заработная плата, а также начисления на соцстрах оператору и наладчику за физический час работы обслуживаемых машин, руб./ч;

М — коэффициент многостаночности, принимаемый по фактическому состоянию на рассматриваемом участке;

СЧЗ — часовые затраты по эксплуатации рабочего места, руб./ч;

ЕН — нормативный коэффициент экономической эффективности капитальных вложений, для машиностроения ЕН = 0,2;

КС — удельные часовые капитальные вложения в станок, руб./ч;

КЗ — удельный часовые капитальные вложения в здание, руб./ч.

Основная и дополнительная заработная плата, а также начисления на соцстрах оператору и наладчику определяются по формуле ([1], с. 42)

СЗ = ССТ•1,53•к, руб./ч, (1.75)

где ССТчасовая тарифная ставка станочника 4 разряда, руб./ч;

1,53 — суммарный коэффициент, представляющий произведение частных коэффициентов ([1], с. 42);

к — коэффициент, учитывающий зарплату наладчика, для серийного производства к = 1 ([1], с. 42).

Коэффициент многостаночности М принимаем согласно ([1], с. 42).

Часовые затраты по эксплуатации рабочего места ([1], с. 43)

СЧЗ = СкМ, руб./ч, (1.76)

где С — практические скорректированные часовые затраты на базовом рабочем месте, принимаем согласно;

кМ — машинно — коэффициент, показывающий во сколько раз затраты, связанные с работой данного станка, больше, чем аналогичные расходы у базового станка.

Капитальные вложения в станок и здание для серийного производства ([1], с. 44)

КС = руб./ч, (1.77)

КЗ = руб./ч, (1.78)

где Ц — базовая стоимость станка, определяемая, как сумма оптовой цены станка и затрат на транспортирование и монтаж, руб.;

F — производственная площадь, занимаемая станком с учётом проходов

F = fkF, м2, (1.79)

fпроизводственная площадь, занимаемая станком, м2;

kF — коэффициент, учитывающий дополнительную производственную площадь (на проходы, проезды), принимаем согласно ([1], с. 44).

Стоимость механической обработки на рассматриваемой операции ([1], с. 44).

C0 = руб. (1.80)

Определим стоимость операции 001 «вертикально-фрезерная» базового варианта техпроцесса, выполняемую на вертикально-фрезерном станке мод. 6Р13 (операция 001):

ССТ = 1820 руб./ч; М = 1; С= 1756 руб.; кМ = 1,8; Ц = 4 693 000•1,1 = 5 162 300 руб.; f = 5,8 м²; kF = 3; ТШТ = 16,8 мин;

СЗ = 1820 • 1,53•1 = 2785 руб./ч; (1.81)

СЧЗ = 1756 • 1,8 = 3161 руб./ч; (1.82)

КС = = 1613 руб./ч; (1.83)

F = 5,8•3 = 17,4 м²; (1.84)

КЗ = руб./ч; (1.85)

СПЗ = 6432 руб./ч; (1.86)

С0 = руб. (1.87)

Стоимость механической обработки операций базового и проектируемого вариантов техпроцессов изготовления детали планка УМ2312−611.105 сведён в таблицы 1.15 и 1.16 соответственно.

Сравнение базового и проектируемого вариантов техпроцессов изготовления детали планка УМ2312−611.105 сведён в таблицу 1.17.

Таблица 1.15 — Стоимость механической обработки операций базового варианта техпроцесса изготовления детали планка УМ2312−611.105

Таблица 1.16 — Стоимость механической обработки операций спроектированного варианта техпроцесса изготовления детали планка УМ2312−611.105

Таблица 1.17 — Сравнение вариантов технологического процесса изготовления детали планка УМ2312−611.105

2. Конструкторский раздел

2.1 Приспособление для фрезерования

2.1.1 Назначение и принцип работы Приспособление для фрезерования предназначено для закрепления планки УМ2312−611.105 в процессе фрезерования плоскостей на горизонтально-фрезерном станке 6Р82Г.

Приспособление состоит (рис. 2.1) из тумбы 1, на которой установлены зажимные и силовые элементы приспособления. К тумбе при помощи болтов, установленных в пазы, крепятся угольник 6 и гидроцилиндр 2. Угольник 6 выполняет функцию неподвижного упора. Гидроцилиндр 2 обеспечивает закрепление детали 5. На планку 7 устанавливается деталь 5 при обработке. При помощи шпонок 8 приспособление ориентируется на станке.

Последовательность работы с приспособлением. Подвести угольник 6 на расстояние, обеспечивающее закрепление детали гидроцилиндром 2. Установить деталь 5 на планку 7. Выставить деталь 5 по установу. При подачи краном жидкости в левую полость гидроцилиндра 2 происходит закрепление детали. После обработки, давление жидкости выключается краном, поршень 3 под действием пружины 4 отходит влево, деталь 5 раскрепляется.

Рисунок 2.1 — Схема приспособления для фрезерования

2.1.2 Расчёт приспособления на точность Суммарная погрешность при обработке детали не должна превышать величины допуска Т размера, т. е. Т.

Общая формула расчёта приспособления на точность ([6], с. 151)

(2.1)

где Т — допуск выполняемого размера, мм;

— погрешности базирования, закрепления, установки приспособления на станке, из-за износа установочных элементов приспособления и от перекоса инструмента;

— экономическая точность обработки;

кТ = 1,2 — коэффициент, учитывающий отклонение рассеяния значений составляющих величин от закона нормального распределения ([6], с. 151);

кТ1 = 0,8- коэффициент, учитывающий уменьшение предельного значения погрешности базирования при обработке на настроенных станках ([6], с. 151);

кТ2 = 0,6 — коэффициент, учитывающий долю погрешности обработки в суммарной погрешности, вызываемой факторами, независящими от приспособления ([6], с. 151).

Расчёт погрешности при обработке детали в приспособлении сведён в таблицу 2.1.

Таблица 2.1 — Расчёт погрешности обработки детали в приспособлении

В технических требованиях на приспособление должен быть оговорен допуск отклонения от параллельности упорной плоскости угольника 6 и боковой поверхности направляющих шпонок 8 не более 0,35 мм.

2.1.3 Расчёт приспособления на усилие зажима Рассчитаем усилие зажима детали в приспособлении в зависимости от силы резания.

Условие равновесия детали в приспособлении

W К f 2 MКР, (2.2)

где k — коэффициент запаса прочности.

f = 0,45 — коэффициент трения на рабочих поверхностях зажима ([6], табл. 101);

МКР = 4023 Н — крутящий момент на шпинделе.

Коэффициент запаса прочности К = К0 К1 К2 К3 К4 К5 К6 =1,5•1,0•1,2•1,0•1,2•1,0•1,5 = 3,24, (2.3)

где К0 =1,5 — гарантированный коэффициент запаса для всех случаев ([6], с. 199);

К1 = 1,0 — коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки ([6], с. 199);

К2 = 1,2 — коэффициент, учитывающий увеличение сил резания вследствие затупления режущего инструмента ([6], табл. 95);

К3 = 1,0- коэффициент, учитывающий увеличение сил резания при прерывистом резании ([6], с. 199);

К4 = 1,2 — коэффициент, учитывающий постоянство силы зажима, развиваемой силовым приводом приспособления ([6], с. 199);

К5 = 1,0 — коэффициент, характеризует эргономику немеханизированного зажимного механизма ([6], с. 199);

К6 = 1,5 — коэффициент, учитываемый только при наличии крутящих моментов, стремящихся повернуть обрабатываемую деталь ([6], с. 199).

Требуемое усилие закрепления детали при обработке

Q = W= 3,24•0,45•2•4023 = 11 731 Н. (2.4)

Внутренний диаметр гидроцилиндра ([6], табл. 144)

мм, (2.5)

где p = 10 МПа — давление жидкости ([6], с. 331);

= 0,9 — коэффициент полезного действия ([6], с. 331).

Принимаем внутренний диаметр цилиндра d = 45 мм.

Толкающее усилие ([6], табл. 144)

Q = 100•(0,01•0,785d2) p = 100•(0,01•0,785•452)•10•0,9 = 14 307 Н (2.6)

Время движения поршня ([6], табл. 144)

с, (2.7)

где L = 46 мм — ход поршня;

V = 0,5 м/с — скорость движения поршня.

2.1.4 Расчёт элементов приспособления на прочность Проверим гидроцилиндр на прочность ([6], с. 331)

(2.8)

где D = 64 мм — наружный диаметр гидроцилиндра;

МПа — допускаемое напряжение на растяжение ([6], табл. 332).

Толщина стенки гидроцилиндра ([6], с. 331)

мм. (2.9)

Принятая толщина стенки s = 9 мм.

2.2 Приспособление контрольное

2.2.1 Назначение и принцип работы Данное контрольное приспособление предназначено для контроля допуска параллельности поверхности уступа относительно поверхности Г детали планка УМ2312−611.105.

Приспособление состоит из стойки 1, которая является базовой деталью, штанги 2, крепящейся к стойке при помощи кронштейна 3 и винта 4, на штанге 2 установлен индикатор 5 при помощи кронштейна 6, винта 7, разрезной втулки 8.

Для осуществления контроля деталь необходимо установить базовой поверхностью Г на поверхность плиты стойки, наконечник индикатора привести в соприкосновение с поверхностью уступа и выставить индикатор на ноль. Перемещая деталь по поверхности плиты снять показания индикатора. Разность наибольшего и наименьшего показаний индикатора будет являться непараллельностью. Для исключения неплоскостности, входящей в данном случае в погрешность измерения используется контрольная линейка.

Рисунок 2.2 — Схема контрольного приспособления

2.2.2 Расчёт приспособления для контроля на точность В приспособлении используем головку измерительную 2ИГ ГОСТ 18 833–73 с ценой деления 0,002 мм.

Погрешность измерения индикатором принимаем равной половине его цены деления

= 0,002•0,5=0,001 мм. (2.10)

Погрешность измерения должна составлять пятую часть допуска на изготовление

(2.11)

0,0010,2•0,02,

0,001 0,004.

Точность измерения обеспечивается.

3. НАУЧНОИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ РАЗДЕЛ

3.1 Состояние и развитие метода упрочнения поверхности напылением Нанесение упрочняющих покрытий на режущий инструмент является эффективным способом повышения его износоустойчивости, продления срока эксплуатации и как следствие — повышение качества продукции.

Нанесение упрочняющих покрытий осуществляется методом электроэрозионного легирования, являющимся одним из методов электроэрозионной обработки, открытых в 1943 г. Лазоренко Н. И. и Б.Г.

В настоящее время особую важность обретает именно избирательное нанесение упрочняющих покрытий, так как в этом случае создаются условия для самозатачивания режущего клина.

3.2 Цель работы Цель работы — обоснование необходимости избирательного нанесения упрочняющих покрытий на режущий инструмент, как средство по повышению его износоустойчивости и обеспечение равнопрочности его рабочих поверхностей.

3.3 Теоретическая часть Режущие инструменты, работающие в условиях высоких локальных температур и давлений и интенсивного течения обрабатываемого металла по контактным поверхностям, подвержены интенсивному изнашиванию. В зависимости от характера проявления отдельных условий и природы контактирующих материалов в различных зонах рабочей части инструмента может преобладать адгезионное, абразивное, механическое или иное изнашивание.

Анализ процесса стружкообразования показал, что в приконтактных поверхностях обрабатываемого материала температура t, вызванная пластической деформацией и трением, изменяется как показано на рисунке 3.1. На начальное границе зоны стружкообразования (линии AD) из-за интенсивной деформации локальная температура в тонком слое достигает 900−1100 С. Теплота отводится смежными слоями с более низкой температурой, что ведёт к упрочнения металла вследствие структурных превращений. По мере перемещения стружки по передней поверхности режущего клина теплота, выделившаяся в зоне стружкообразования, рассеиваясь в объёме стружки, дополняется теплотой, обусловленной трением по передней поверхности. В результате на участке ВС стружки температура t повышается.

Рисунок 3.1 — Характер распределения температуры t в приконтактных зонах материала заготовки 2 при обработке режущим инструментом 1