Проект участка по изготовлению детали «Корпус» ЦФ 8.171. 
727 электронного микроскопа РЭМ-108

1. Анализ служебного назначения машины, узла, детали. Описание ее конструктивных особенностей и условий эксплуатации

1.1 Описание конструктивных особенностей микроскопа РЕМ-108

1.2 Описание конструктивных особенностей источника электронов и его корпуса ЦФ 8.171.727

2. Анализ технических требований на изготовление детали

3. Определение типа производства и организационных условий работы

4. Анализ технологичности конструкции детали

5. Анализ существующего или типового технологического процесса. Формирование задач проектирования

6. Выбор способа получения заготовки и разработка технических требований к ней

7. Разработка оптимального варианта маршрутного технологического процесса

7.1 Расчет припусков на механическую обработку

7.2 Расчет технологических размерных цепей

7.3 Выбор и обоснование способов обработки элементарных поверхностей

7.4 Анализ и обоснование схемы базирования и закрепления заготовки

7.4.1 Анализ и обоснование схемы базирования и закрепления заготовки на операции 010 — Токарная с ЧПУ

7.4.2 Анализ и обоснование схемы базирования и закрепления заготовки на операции 025 — Токарная с ЧПУ

7.4.3 Анализ и обоснование схемы базирования и закрепления заготовки на операции 075 — Сверлильно-фрезерно-расточная

7.5 Составление варианта технологического маршрута

7.6 Обоснование и выбор моделей металлорежущих станков

7.7 Обоснование выбора станочных приспособлений, металлорежущего и измерительного инструментов

7.8 Расчет режимов резания

7.8.1 Расчет режимов резания для операции 010 — Токарная с ЧПУ

7.8.2 Расчет режимов резания для операции 025 — Токарная с ЧПУ

7.8.3 Расчет режимов резания для 075 — Сверлильно-фрезерно-расточная

7.9 Техническое нормирование операции

7.9.1 Техническое нормирование операции 010 — Токарная с ЧПУ

7.9.2 Техническое нормирование операции 025 — Токарная с ЧПУ

7.9.3 Техническое нормирование операции 075 — Сверлильно-фрезерно-расточная

8. Проектирование станочного приспособления

8.1 Уточнение цели технологической операции

8.2 Разработка и обоснование схемы базирования

8.3 Расчет сил закрепления

8.4 Расчет пневмоцилиндра

8.5 Схема приспособления

8.6 Разработка технических требований на изготовление приспособления

8.7 Описание устройства и принципа действия приспособления

9. Проектирование контрольно-измерительного приспособления

9.1 Уточнение цели технологической операции

9.2 Выбор и обоснование схемы измерения

9.3 Определение условий, в которых будет эксплуатироваться КИП

9.4 Выбор и обоснование метода измерения

9.5 Выбор и обоснование средства измерения

9.6 Эскизное проектирование

9.6.1 Разработка кинематической схемы КИП

9.6.2 Разработка функционального узла

9.6.3 Определение точности изготовления и сборки разработанных функциональных узлов

9.6.4 Расчет фактической суммарной погрешности КИП

9.7 Устройство и принцип действия КИП

10. Проектирование режущего инструмента

10.1 Конструирование Т-образной фрезы

10.2 Технические требования

10.3 Устройство спроектированной фрезы

11. Научно-исследовательская часть. Технологические возможности сборных комбинированных шлифовальных кругов

12. Охрана труда

12.1 Характеристика проектируемого участка

12.2 Анализ опасностей, возникающих на проектируемом участке

12.3 Мероприятия по снижению опасностей

12.4 Анализ вредностей, возникающих на проектируемом участке

12.5 Экологизация

12.6 Расчет местного освещения

13. Организационная часть. Структура управления предприятием

14. Экономическая часть

14.1 Расчет потребного количества оборудования на участке

14.2 Расчет численности промышленно-производственного персонала

14.2.1 Расчет действительного годового фонда времени работы

14.2.2 Расчет численности производственных рабочих

14.2.3 Расчет численности вспомогательных рабочих

14.2.4 Расчет численности инженерно-технических работников (ИТР) и МОП

14.3 Расчет потребной производственной площади и построение схемы планировки участка

14.4 Расчет стоимости основных фондов

14.5 Планирование себестоимости продукции

14.5.1 Расчет стоимости основных материалов, транспортно-заготовительных расходов и возвратных отходов

14.5.2 Расчет фондов заработной платы

14.6 Калькуляция себестоимости детали

15. Строительная часть Выводы Литература

Машиностроение, представляющее новую технику всем отраслям народного хозяйства, определяет технический прогресс страны и сказывает решающее влияние на создание материальной базы нового общества. В связи с этим его развитию всегда предавалось и предается первостепенное значение.

Технический прогресс в машиностроении характеризуется не только улучшением конструкций машин, но и непрерывным совершенствованием технологии из производства. В настоящее время важно качественно дешево и в заданные плановые сроки с минимальными затратами живого и общественного труда изготовить машину, применив современное высокопроизводительное 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 возможным в связи с развитием высокопроизводительности методов производства, дальнейшее повышение быстроходности, точности, мощности рабочих давлений, температур, коэффициенты полезного действия, износостойкости и других показателей работы машин было достигнуто в результате разработки новых технологических методов и процессов. Общая компоновка и конструированное оформление машины оказывают существенное влияние на технологию ее производства. Общепризнано, что разработку конструкции машины нельзя производить без учета технологии ее изготовления.

Совершенство конструкции машины характеризуется ее совершенствованием современному уровню техники, экономичностью в эксплуатации, а также тем, в какой мере учтены возможности использования наиболее экономичных и производительных технологических методов ее изготовления, применительно к заданному выпуску и условиям производства. Конструкцию машины, в которой эти требования учтены, называют технологичной. Улучшая технологичность конструкции, можно увеличить выпуск продукции при тех же средствах производства и сократить себестоимость ее изготовления. Недооценка технологичности конструкции часто приводит к корректировке рабочих чертежей изделия после их составления, к уменьшению сроков подготовки и дополнительным издержкам производства. Недостаточная технологичность конструкции изделий может быть основным препятствием на пути автоматизации их производства.

Создание непрерывных производств с их полной автоматизацией обуславливает включение в потоки механической обработки и сборки разнородных технологических процессов (литья, обработки давлением, термической обработки и пр.). Это определяет комплектность технологии машиностроения и тесную связь различных технологических областей. Нельзя также решать технологические задачи без учета организации и экономики производства.

Развитие технологии механической обработки и сборки, и ее направленность обуславливаются стоящими перед машиностроительной промышленностью задачами совершенствования технологических процессов. Изыскания и изучения новых методов производства, дальнейшего развития и внедрения комплексной механизации и автоматизации производственных процессов на базе достижений науки и техники, обеспечивающих наиболее высокую производительность труда при надлежащем качестве и наименьшей себестоимости продукции.

1. Анализ служебного назначения машины, узла, детали. Описание ее конструктивных особенностей и условий эксплуатации

1.1 Описание конструктивных особенностей микроскопа РЕМ-108

Растровый электронный микроскоп РЭМ-108 предназначен для исследования рельефа поверхности различных объектов в твердой фазе и определение элементного состава объектов методом рентгеновского микроанализа по энергиям квантов характеристического рентгеновского излучения в двух режимах: высокого вакуума и низкого вакуума.

Основные достоинства РЭМ-108:

— высококачественное электронно-оптическое изображение поверхности проводящих и диэлектрических объектов без специального приготовления в режимах вторичных (ВЭ) и отраженных электронов (ОЭ), (см. примеры на рисунках 1.1,1.2, 1.3);

— быстрый и точный качественный и количественный микроанализ системой энергетической дисперсии высокого разрушения;

— конструкция вакуумной системы, обеспечивающая два рабочих режима вакуума в камере объектов: высоковакуумный и низковакуумный регулируемый для исследования диэлектрических объектов, простая и удобная их смена с помощью управляющей программы;

— высокоэффективный детектор ОЭ типа сцинтиллятор-ФЭУ;

— оригинальная объективная линза с разделительной диафрагмой для дифференциальной откачки камеры объектов и электронной пушки;

— управляющий ПК PENTIUM VI, обеспечивающий управление вакуумной и электронно-оптической системами, системой энерго-дисперсионного рентгеновского микроанализа, механизмом перемещения объектов, а также визуализацию и сохранение изображений и спектров;

— программное управление выполнено в ОС WINDOWS XP и обеспечивает удобный интуитивный интерфейс управления микроскопом и системой микроанализа манипулятором «МЫШЬ» в оконном режиме;

— монитор визуального наблюдения TFT, размером 18,1 дюйма;

— документирование изображений и спектров высокоразрешающим принтером.

Рисунок 1.1 — Пример изображения на мониторе визуального наблюдения

Электронно-оптическая система

— электронная пушка с термоэмиссионным вольфрамовым катодом с механической и электромагнитной юстировкой;

— жесткоцементированные двухлинзовая конденсорная система и объективная линза;

— привод для быстрой смены и установки на электронно-оптическую ось апертурой диафрагмы;

— двухъярусная растровая отклоняющая система, восьмиполюсный стигматор, система электромагнитного перемещения растра.

Механизм перемещения объектов

— максимальный диаметр образца не менее 50 мм и высотой до 40 мм;

— перемещение по координатам Х и У не менее 25 м, шаг не более 0,5 мкм, дискретность позиционирования не хуже 1 мкм;

— перемещение по координате Z на 60 мм;

Рисунок 1.2 — Пример изображения на мониторе визуального наблюдения

— вращение на 360;

— наклон в сторону детектора от -20 до +60;

— перемещение по координатам Х и У — вручную и с помощью двигателей, установленных вне вакуума; перемещение по остальным координатам вручную;

— программное управление перемещением по координатам Х и У.

Рисунок 1.3 — Пример изображения на мониторе визуального наблюдения

Вакуумная система и система напуска газа в камеру объектов

— высокопроизводительный (660 л/мин) диффузионный насос с водяной ловушкой и низким обратным потоком паров;

— два высокопроизводительных и малошумящих форнасоса;

— форвакуумная ловушка на форвакуумной линии для режима низкого регулируемого вакуума.

Особенности детектора отраженных электронов

— высокая разрешающая способность;

— хороший контраст от атомного номера;

Возможность работы с малыми токами, при низком ускоряющем напряжении.

Детекторы электронов

— детектор вторичных электронов (типа сцинтиллятор световод ФЭУ);

— детектор отраженных электронов (типа сцинтиллятор-ФЭУ, материал сцинтиллятора УАР: Се).

Техническая характеристика РЭМ-108

Разрешающая способность микроскопа не более:

во вторичных электронах в режиме высокого вакуума — 4нм в отраженных электронах в режиме низкого вакуума — 6нм Диапазон регулировки ускоряющего напряжения — от 0,5 кВ до 30 кВ Диапазон регулировки увеличения — от 15 крат до 300 000 крат Разрешающая способность рентгеновского энергетического канала на линии Mn Ka — не более 143 эВ диапазон анализируемых элементов:

в высоковакуумном режиме — от до

в низковакуумном режиме — от до

предельное остаточное давление в коло — не более Па диапазон регулировки давления в камере объектов в низковакуумном режиме — от 1 Па до 270 Па

Функциональные возможности и режимы работы ВКУ:

— развертка электронного зонда по большому и малому полям, с возможностью установки зонда в отмеченную маркером на изображении точу;

— вращение и электронное перемещение реестра;

— отображение символьной информации об ускоряющем напряжении, увеличении, рабочем отрезке, отображении масштабной метки и ее длины;

— электронная индикация линейных размеров объектов;

— обработка изображения дифференцированием, г-коррекцией;

— сохранение увеличения изображения при изменении ускоряющего напряжения и рабочего расстояния;

— автояркость, автоконтраст;

— полуавтоматическое стигмирование;

— полуавтоматическая юстировка пушки;

Формат изображения — 1280×960 элементов.

1.2 Описание конструктивных особенностей источника электронов и его корпуса ЦФ 8.171.727

Основополагающим звеном электронного микроскопа РЭМ-108 является источник электронов (электронная пушка) — узел колонны электронного микроскопа, к которому предъявляются жесткие требования на изготовление.

Электронная пушка предназначена для создания узкого потока ускоренных электронов с энергией до 50 кэВ. В состав пушки входит источник электронов — катод в виде шпильки. Катод накопляется постоянным током и испускает электроны, которые ускоряются до высоких энергий (до 50 кэВ). Устройство для создания такого потока электронов, называемое катодным узлом и состоит из катода и управляющего электрода.

Катодный узел крепится на проходном высоковольтном изоляторе. Проходной высоковольтный изолятор с катодным узлом помещается в камере в виде металлического цилиндра. Электронный пучок может проходить (существовать) только в глубоком вакууме, поэтому внутренний объем в камере откачивают до высокого вакуума.

Металлическая камера в виде цилиндра изготавливается из электротехнической стали; является одновременно вакуумной камерой и наружным электроном, магнитным и электрическим.

Толщина стенки камеры выбрана из условий защиты обслуживающего персонала от возможных ионизационных излучений, которые могут возникнуть внутри камеры при взаимодействии электронного пучка с материалом анода.

Проходной высоковольтный изолятор с катодным узлом для того, чтобы электронный пучок шел по центру (по оси), камеры, устанавливается с жесткими дисками. Внутренний объем камеры (ее стенки) из вакуумных условий должны быть обработаны до высокой точности. С точки зрения высоковольтной техники стенки полируются, чтобы не было разрядов.

Наружная поверхность камеры с эстетической точки зрения покрывается декоративным покрытием и слоем эмали. В верхней части корпуса высоковольтного изолятора находится изолирующая жидкость для изоляции корпуса от высокого напряжения. В боковой части корпуса находится отверстие выхода высоковольтного кабеля на источник питания. Конструктивные размеры камеры выбраны с точки зрения высокого напряжения и общей компоновки нижней части колон.

Рисунок 1.4 — Схема базирования детали «Корпус»

Таблица 1.1 — Таблица соответствий

Таблица 1.2 — Матрица связей

Поверхность 8 является установочной базой, потому как именно она определяет взаимное расположение детали и станка, а также определяет местонахождение детали в узле. Поверхности 8,1,26 являются основными конструкторскими базами, так как определяют положение корпуса в электронном микроскопе.

Поверхности 17,18,16,19,15,23,24,25,13,12,11,10,20,21,22,28 — вспомогательные поверхности, так как относительно этих поверхностей базируются другие детали. Относительно поверхностей 9 и 11 базируется проходной высоковольтный изолятор, поверхностей 12,14 базируется крышка корпуса, а относительно поверхностей 16,17,18,19 принимает необходимое положение катодный узел.

Поверхности 2,3,6,9,31,32,30,5,14,4,27,29 — свободные поверхности, потому как не контактируют с другими поверхностями и определяют только лишь размеры и геометрическую форму детали, а также ее массу, твердость и др. параметры.

2. Анализ технических требований на изготовление детали

Анализируя технологичность конструкции по применяемому материалу необходимо отметить, что сталь 10 880, ГОСТ 11 036–75 имеет удовлетворительную обрабатываемость. Применение более дешевого материала не целесообразно, т.к. это неизбежно приведет к снижению механических свойств материала, а соответственно поломке детали и всего механизма.

Сталь 10 880:

Электротехническая сталь выпускается в виде листов и узкой ленты толщиной 0,05−1мм, а также в виде сортового проката (круг или квадрат) различных размеров. Обычно эти стали поставляются в отожженном состоянии. Широкое применение находят высококачественные холоднокатаные электротехнические стали, характеризующиеся удельными потерями. Для снятия механических напряжений, возникающих при изготовлении деталей магнитопроводов, проводят дополнительный кратковременный отжиг при. Некоторые стали поставляют в неотожженном виде; в этом случае для обеспечения заданного уровня магнитных свойств после механической обработки необходимо проводить термическую обработку деталей.

В данном случае Сталь 10 880 является оптимальным материалом для детали «Корпус», которая способна обеспечить необходимые технические требования для создания нужных условий работы всего изделия в общем.

Технические требования (условия) на изготовление детали определяются ее служебным назначением и механическими свойствами обрабатываемого материала. На основе анализа рабочего чертежа можно заключить, что имеющихся проекций и сечений достаточно, они правильно размещены согласно существующим стандартам, на всех поверхностях обозначены исходные данные: размеры, их точность и шероховатость, проставлены нужные технические требования на изготовление детали.

Очевидно, что чертеж выполнен согласно ЕСКД и полностью отвечает действующим стандартам: ГОСТ 2.109−73. Основные требования к чертежам. ГОСТ 2.305−68. Изображениявиды, разрезы, сечения. ГОСТ 2.307−68. Нанесение размеров и предельных отклонений. ГОСТ 2789–73, ГОСТ 2.309−73. Шероховатость поверхности. Параметры, характеристики и обозначения. ГОСТ 24 643–81. Допуски формы и расположения поверхностей. Числовые значения.

На чертеже детали «Корпус» указана база Ж, относительно которой представлены два основных требования: требование отклонения от перпендикулярности торца корпуса размером, и требование соосности размера относительно базы Ж. (см. Рис. 2.1)

Рисунок 2.1 — Основные требования на изготовление детали Требование отклонения от перпендикулярности торца корпуса необходимо соблюдать, чтобы в дальнейшем сама деталь могла правильно сбазироваться в узле относительно второй части корпуса. А требованием соосности будет контролироваться отклонение эксцетриситента для дальнейшей установки во внутрь детали катодного узла и правильного его базирования по центру детали.

Также внутренняя поверхность детали по размеру подвергается обработке полированием для дальнейшей возможности образования высоковакуумной среды внутри корпуса, что необходимо для создания электронного пучка и чтобы не образовывались разряды. На наружную поверхность корпуса с эстетической точки зрения наносится экоротивное покрытие и слоем эмали. Поверхность Л в боковой части корпуса предохраняется от покрытия эмалью. Поверхность И покрывается эмалью RAL 7047 II-YI. Конструктивные размеры камеры (корпуса) выбраны с точки зрения высокого напряжения и общей компоновки нижней части колонн.

Согласно техническим требования по ОСТ 4ГО.070.014 на детали не допускаются: трещины, расслоения материала, следы коррозии, заусенцы, рваные и острые кромки; забоины, сколы, вмятины и риски, выходящие за пределы классов шероховатости поверхностей.

Неуказанные на чертеже детали предельные отклонения размеров отверстий-, валов-, остальных —. Острые кромки должны быть притуплены радиусом не более 0.3мм или фаской не более 0.3мм под углом. Резьба на детали должна быть чистой и полной. Рванины и выкрашивания на поверхности резьбы не допускаются, если они выходят за пределы среднего диаметра или их длина больше общей длины резьбы.

В целом чертеж детали содержит все необходимые и достаточные требования для обеспечения работоспособности детали и узла в целом.

3. Определение типа производства и организационных условий работы

Тип производства и соответствующая ему форма организации работ определяет характер технологического процесса и его построение.

Годовая программа выпуска деталей:

где N — годовая программа выпуска изделий, = 140 шт.;

m — количество деталей в изделии, m = 1 шт.;

?- количество запчастей, = 0.

Тип производства характеризуется коэффициентом закрепления операций К_З.О., который показывает отношение всех различных технологических операций, выполняемых или подлежащих выполнению в течение месяца к числу рабочих мест:

где О — суммарное число различных операций;

Р — число рабочих подразделений, выполняющих операции.

Штучно-калькуляционное время мы берем из базового технологического процесса и заносим в таблицу 3.1.

Расчетное количество станков по операциям:

где F_д — действительный годовой фонд времени работы оборудования, F_д=2070 час. [6, табл. 2, с. 22];

?_з.н.ср. — усредненное значение нормативного коэффициента загрузки оборудования [6, с. 10],

Число рабочих мест Р находим путем округления до ближайшего большего целого числа полученного значения m_p: Р=1. Результатами расчетов для остальных механических операций представим в таблицу 3.1.

Фактический коэффициент загрузки оборудования рабочего мест:

.

Количество операций, выполняемых на рабочем месте:

,

Определяем ?Р, ?О, ?Т_ш-к и результаты расчетов заносим в таблицу 3.1.

Таблица 3.1 — Определение типа производства

Коэффициент закрепления операций определяем по формуле:

.

Полученное значение коэффициента (20 < К_з.о.< 40) соответствует мелкосерийному типу производства [11, с. 11].

Партию запуска определим по формуле:

Принимаю партию запуска

Мелкосерийное производство приближается по своим технологическим особенностям к единичному производству. Этому типу производства присуща большая номенклатура выпускаемых изделий, сравнительно небольшой объем выпуска и большое количество выполняемых на различных рабочих местах операций. Коэффициент закрепления операций определяется отношением числа всех различных технологических операций, выполняемых или подлежащих выполнению в течение месяца, к числу рабочих мест. В соответствии с ГОСТ 3.1108−74 коэффициент закрепления операций составляет для мелкосерийного типа производства — свыше 20 до 40 включительно.

Номенклатура на предприятии мелкосерийного типа производства колеблется от десятков до сотен наименований повторяющихся изделий. В нем, как и в единичном производстве, применяют преимущественно универсальное оборудование, в том числе с ЧПУ универсальный режущий и измерительный инструмент, приспособления — преимущественно универсальные (изредка специальные).

В качестве исходных заготовок используется прокат, литье в земляные формы по деревянным моделям, штамповка и свободная ковка. Применение разметки — широкое. Требуемая точность достигается в основном методом пробных ходов и промеров либо автоматического получения размеров на настроенном станке (станке с ЧПУ).

Технологическая документация и техническое нормирование подробно разрабатываются для наиболее сложных и ответственных заготовок при одновременном применении упрощенной документации и опытно-статического нормирования простейших заготовок. Классификация рабочих преимущественно высокая. Каждому виду производства свойственны соответствующие формы организации работы. Для мелкосерийного типа производства основная форма организации работы — по видам оборудования. В этом случае станки располагают по признаку однородности обработки, т. е. создают участки станков, предназначенных для одного вида обработки, токарных, сверлильных, фрезерных.

4. Анализ технологичности конструкции детали

Технологичной называется такая конструкция детали, обработка которой возможна с максимальной производительностью труда и минимальной себестоимостью. Каждая деталь должна изготавливаться с минимальными трудовыми и материальными затратами. Эти затраты можно сократить при правильном выборе варианта технологического процесса, его оснащения, механизации и автоматизации, применения оптимальных режимов обработки и правильной подготовки производства.

Общая технологичность конструкции изделия может быть оценена следующими показателями:

1) Базирование и закрепление, а также простановка размеров на чертеже детали;

2) трудоемкость конструкции, т. е. время, затрачиваемое на изготовление детали;

3) коэффициент использования металла при изготовлении детали;

4) степень использования стандартных деталей и сборочных единиц;

5) коэффициенты средней точности и шероховатости поверхностей детали;

6) коэффициент унификации поверхностей детали.

Базирование и закрепление:

С точки зрения базирования деталь является технологичной, потому как конструкция достаточно проста, что не требует дополнительных специальных приспособлений на механические операции. Контактными технологическими базами могут служить торцы детали, внутренние цилиндрические поверхности.

Простановка размеров:

На чертеже детали все размеры проставлены в соответствии с ЕСКД, являются удобочитаемыми. В целом все размеры проставлены технологично.

Взаимозаменяемость:

Данная деталь не взаимозаменяема.

Нетехнологичные конструктивные элементы:

Закругление на внутренней цилиндрической поверхности размером R2. При его обработке необходим специальный станок, режущий инструмент. Возможна поломка режущего инструмента при обработке этой поверхности.

Для расчета коэффициентов шероховатости и точности заполняем таблицу 4.1.

Таблица 4.1 — Параметры точности и шероховатости поверхностей детали

Коэффициент точности:

К_т=1−1/А_ср>0,81,

где А_ср — среднеарифметическое значение квалитета точности поверхностей.

К_т=1−1/11,43=0,91>0,81.

Следовательно, по данному параметру деталь технологична.

Коэффициент шероховатости:

К_ш=1/Б_ср<0,32,

где Б_ср — среднеарифметическое значение шероховатости.

К_ш=1/8,98=0,42<0.32,

что говорит о повышенной точности изготовления детали.

Коэффициент использования заготовки:

К_з =m_д/m_з,

где m_д — масса детали, m_д=9,8 кг;

m_з — масса заготовки, m_з=15,25 кг.

К_з =9,8/15,25=0,64.

Коэффициент унификации поверхностей:

из всех 27-и поверхностей детали 24 из них являются унифицированными. Поверхность 2 — R2 и 3 — паз R20×23 не являются унифицированными.

Что указывает на высокую степень унификации поверхностей детали.

По параметрам коэффициента точности, шероховатости, унифицированных поверхностей и использования материала деталь технологична. Но имеются нетехнологичные конструктивные элементы, которые по возможности необходимо устранить.

5. Анализ существующего или типового технологического процесса. Формирование задач проектирования

Технологический процесс изготовления детали должен полностью обеспечивать выполнение всех требований рабочего чертежа и технических условий на ее изготовление. Обработка детали должна вестись с минимальными затратами труда и издержками производства, с наиболее полным использованием технических средств производства, при наименьшей затрате времени, наименьшей себестоимости и трудоемкости изготовления. Одно из основных требований, предъявляемых к технологическому процессу механической обработки, заключается в том, чтобы процесс обработки протекал в рациональной организационной форме, с полным использованием всех технических возможностей станка, инструментов и приспособлений при оптимальных режимах резания.

Выбор технологических баз и последовательности обработки поверхностей заготовки является наиболее ответственным этапом разработки технологического процесса. Правильность применения решения во многом определяет достижение требуемой точности детали в процессе ее изготовления и экономичность технологического процесса.

Базовым технологическим процессом на изготовление детали Корпус ЦФ 8.171.727 является маршрут обработки, используемый заводом «SELMI», который включает 36 операций: 8 операций механических, 10 — технического контроля, 6 — промывки, 4 — слесарных, 3 — комплектования, а также заготовительная, отрезная, маркирование, термическая обработка, гальваническая и окрасочная операции.

Исходя из маршрута технологического процесса заводского варианта заготовкой для детали «Корпус» является квадрат размерами 250×250, длиной 125 мм. Масса такой заготовки составляет. При массе готовой детали 9,8 кг, коэффициент использования материала будет очень малым .

В существующем технологическом процессе принцип поэтапности не соблюдается, а последовательность операций для достижения требуемой точности выбрана правильно. Применяются в ходе механической обработки черновые операции 020, 030, 045, получистовая — 080, чистовые — 095, 120, 140, 160. Приведенные операции, их последовательность позволяет достичь необходимой точности поверхностей детали.

На черновых и получистовом этапах обработки заготовка базируется в грибковых центрах и сырых кулачках цеховых; на чистовых операциях — в самоцентрирующем патроне, что позволяет выдержать обрабатываемые размеры без больших погрешностей.

Обработка происходит на станках с ЧПУ (2204ВМФ4, 6Р13Ф3, 2А450Ф2), что соответствует единичному производству, но черновые операции происходят на устаревших станках (8Б66, 16К20), что значительно увеличивает время обработки, себестоимость детали.

Применяемое оборудование, режущий инструмент, средства технологической оснастки не соответствует современному уровню развития ТМС, более целесообразно применение универсально-сборочных приспособлений, инструмента с механическим креплением пластин и т. д. Контроль производят стандартными мерительными инструментами, но после каждой механической операции, что позволяет выдержать нужные размеры.

Нормирование времени на выполнение операции приводится в часах и имеет место завышения норм времени в несколько раз.

Недостатки заводского ТП:

А) главный недостаток — несоблюдение принципа поэтапности операции;

Б) на токарных операциях совмещаются черновое и чистовое точение, нарезание резьбы, что соответствует различным этапам обработки и т. д.

В базовом технологическом процессе операции обозначены по старым ГОСТам.

Таблица 5.1 — Системно-структурная характеристика ТП

6. Выбор способа получения заготовки и разработка технических требований к ней

Решение задачи формообразования деталей целесообразно перенести на заготовительную стадию и тем самым снизить расход материала, уменьшить долю затрат на механическую обработку в себестоимости готовой детали.

Основным условием рациональной технологии есть максимальное приближение форм и точности заготовки к форме готовой детали. Выбор заготовки во многих случаях определяет технологию механической обработки детали.

Главным при выборе заготовки является обеспечение заданного качества готовой детали при ее минимальной себестоимости. Выбор вида заготовок зависит от конструктивных форм детали, их назначения, условий их работы в собранной машине, испытываемых напряжений, и т. д.

Исходя из маршрута технологического процесса заводского варианта заготовкой для детали «Корпус» является квадрат размерами 250×250, длиной 125 мм. Масса такой заготовки составляет:

где — плотность материала заготовки (детали), ;

— объем заготовки,

высота заготовки, =250мм;

— ширина заготовки, =250мм;

— длина заготовки, =125мм.

Тогда масса заготовки равна

Масса готовой детали

Коэффициент использования материала заводского варианта:

что является очень низким показателем коэффициента использования материала.

Поэтому есть необходимость в изменении способа получения заготовки.

Исходя из конфигурации заданной детали «Корпус» целесообразно применить стальной трубный бесшовный горячекатаный прокат ГОСТ 8732–78. Заготовки из проката применяются для деталей, по конфигурации приближающихся к какому-либо виду данного проката, когда нет значительной разницы в поперечных сечениях детали и когда можно при получении окончательной ее формы избежать снятия большого количества металла, что хорошо подходит в ситуации с данной деталью.

Рисунок 6.1 — Заготовка корпуса из проката

Масса такой заготовки будет составлять:

где — плотность материала заготовки, ;

— объем заготовки,

— наружный диаметр детали, =168мм;

— внутренний диаметр детали, =92мм;

— длина детали, =230мм.

Масса предлагаемой заготовки равна:

Коэффициент использования материала:

что является более высоким показателем использования материала, а значит более экономичным и технологичным.

Поэтому принимаем в качестве исходной заготовки для получения требуемой детали стальной трубный бесшовный горячекатаный прокат размерами: внутренний диаметр 92 мм, наружный- 168 мм и длиной 230 мм.

Точность проката — 12 квалитет.

7. Разработка оптимального варианта маршрутного технологического процесса

7.1 Расчет припусков на механическую обработку

Чертеж исходной заготовки отличается от чертежа готовой детали прежде всего тем, что на всех обрабатываемых поверхностях предусматриваются припуски, изменяющие размеры, а иногда и форму заготовки.

Общим припуском на заготовку называют слой материала, удаляемый с поверхности исходной заготовки в процессе механической обработки с целью получения готовой детали.

Величины припусков на обработку и допуски на размеры заготовок зависят от ряда факторов:

1) материал заготовки;

2) конфигурация и размеры заготовки;

3) вид заготовки и способ ее изготовления;

4) требования в отношении механической обработки;

5) технические условия в отношении качества и класса шероховатости поверхности и точности размеров детали.

В данном курсовом проекте будем производить расчет припусков и допусков на один из наиболее точных диаметральных размеров детали — мм, используя расчетно-аналитический метод проф. В. М. Кована.

Рисунок 7.1 — Схема припусков и допусков на обработку размера

7.2 Расчет технологических размерных цепей

По данному технологическому процессу изготовления детали составляем схему технологического процесса.

Рисунок 7.2 — Схема технологического процесса Составляем граф технологических размерных цепей для дальнейшего подсчета технологических размеров и припусков.

Рисунок 7.3 — Граф технологических цепей Уравнения контуров:

Расчет допусков на технологические размеры произведем по методическим указаниям [Размерки метода] и запишем в таблицу 7.1.

Таблица 7.1 — Допуски на технологические размеры

Рассчитаем значения припусков по формуле:

.

;

;

;

;

;

;

.

Произведем расчет технологических размеров и результаты запишем в таблицу 7.2.

Произведем проверку выполнения условия по уравнению:

.

1 — условие выполняется;

2 — условие выполняется;

3 — условие выполняется;

4 — условие выполняется.

Расчет технологических размеров и припусков сведем в таблицу.

7.3 Выбор и обоснование способов обработки элементарных поверхностей

Известно много различных технологических способов, которые обеспечивают аналогичные требования к обрабатываемым поверхностям деталей, но они существенно отличаются себестоимостью и поэтому их рационально применять только в определенных типах производства. Исходя из этого, одну и туже поверхность можно обработать несколькими последовательно выполняемыми технологическими методами, которые составляют различные маршруты обработки данной поверхности. Кроме этого, необходимо учитывать, что деталь относится к особо ответственным, и механическая обработка сочетается с термическими операциями для обеспечения высокой твердости и износостойкости поверхностей.

Крышка имеет одну внутренние поверхности 106^+0,035, выполненные по 7 квалитету точности и имеющие шероховатость Ra 2,5 мкм.

Получить требуемые точность и качество поверхности возможно несколькими способами:

Таблица 7.2 — Варианты обработки внутренних поверхностей

Наиболее рациональным является вариант, т.к. точение производительней рассверливания. Кроме того, шероховатость поверхности полученной точением ниже шероховатости поверхности полученной сверлением.

Наиболее точные наружные поверхности 103^+0,3, 100Н9 выполняются по 6,7 квалитету и имеют шероховатость Ra 0,63 мкм.

Требуемые точность и шероховатость можно получить такими способами:

Таблица 7.3 — Варианты обработки наружных поверхностей

Выбираем ІІ вариант, т.к. шлифование производительней.

Наиболее точные линейные размеры детали выполняются по 10−11 квалитету точности, остальные размеры — по 14 квалитету точности. Шероховатость торцов 1, 8, 18, 5 (рисунок 1.4) детали Ra 1,25 мкм, а остальных — Ra 2,5 мкм.

Для получения требуемой шероховатости необходимо:

точение черновое — получаемая точность 12 квалитет и шероховатость Ra 3,2 мкм;

точение получистовое — получаемая точность 10 квалитет и шероховатость Ra 2,5 мкм;

точение чистовое — получаемая точность 9 квалитет и шероховатость Ra 1,25 мкм.

Для остальных поверхностей, имеющих 12 квалитет точности и шероховатость Ra 3,2 мкм, достаточна однократная обработка.

7.4 Анализ и обоснование схемы базирования и закрепления заготовки

7.4.1 Анализ и обоснование схемы базирования и закрепления заготовки на операции 010 — Токарная с ЧПУ

На данной операции происходит черновая обработка поверхностей заготовки на токарно-винторезном станке с ЧПУ 16К20Ф3.

Закреплять заготовку целесообразно в трехкулачковом патроне с подводимым люнетом, что в целом лишит заготовку 5-и степеней свободы.

а Рисунок 7.4, а — Схема базирования заготовки Заготовка из проката точностью 12 квалитета, может иметь неровности размером до 2 мм. Поэтому применение люнета может привести к большим погрешностям обрабатываемой заготовки.

В таком случае можно применить патрон 7102−0024 по ГОСТ 16 682–71, способный выдержать заготовку массой 15 кг.

б Рисунок 7.4, б — Схема базирования заготовки Погрешность закрепления в данном патроне будет равна нулю, поэтому применение патрона позволит обработать заготовку и выдержать необходимые размеры.

7.4.2 Анализ и обоснование схемы базирования и закрепления заготовки на операции 025 — Токарная с ЧПУ

Аналогично операции 010 на данной операции происходит черновая обработка торцов, внутренних и наружных поверхностей.

Применение на данной операции трехкулачкового самоцентрирующего патрона, который лишает заготовку пяти степеней свободы, позволит обработать заготовку и выдержать требуемую точность поверхностей.

Рисунок 7.5 — Схема базирования заготовки

7.4.3 Анализ и обоснование схемы базирования и закрепления заготовки на операции 075 — Сверлильно-фрезерно-расточная

Анализируем операцию 075 сверлильно-фрезерно-расточную, выполняемую на станке с ЧПУ 2204ВМФ4.

Сравним два способа базирования заготовки в приспособлении:

1) заготовка базируется по диаметру (двойная опорная база) и по торцу (установочная база). Таким образом, заготовка лишается 5-ти степеней свободы, (рис. 7.6, а).

а Рисунок 7.6, а — Схема базирования заготовки При такой схеме погрешность базирования для размера составит:

Допуск размера, размер выполнить можно, .

2) заготовка базируется по основанию (установочная база) и отверстию диаметром (двойная опорная база).

В этом случае погрешность будет равна:

.

Исходя из расчетов и технологических требований на деталь предпочтение отдаем варианту б, Рис. 7.6.

б Рисунок 7.6, б — схема базирования заготовки Даная схема базирования не оказывает влияния на точность размеров, на диаметр, на обрабатываемые лыски размерами 3 и 1,5 мм. Эти параметры при обработке определяются точностью настройки инструмента на размер. Таким образом, погрешность базирования обрабатываемых поверхностей равна нулю.

7.5 Составление варианта технологического маршрута

Операция 010 — Токарная с ЧПУ

Операция 010- токарная с ЧПУ. Эта операция выполняется на станке 16К20Ф3 и включает следующие технологические переходы:

— подрезать торец в размер мм;

— точить поверхность мм на длину 183 мм;

— подрезать торец в размер мм;

— расточить отверстие диаметром мм;

— точить поверхностьмм на длину 40 мм.

Эти переходы будут выполняться в такой последовательности:

Установ А: (см. рис. 7.7)

1) установить, закрепить, снять заготовку:

На данной операции достаточно лишить заготовку пяти степеней свободы, установив ее в самоцентрирующем трехкулачковом патроне с механическим зажимом с упором в торец. Такая схема базирования позволяет достичь необходимой точности и обеспечить доступ инструментов к нужным обрабатываемым поверхностям.

2) подрезать торец в размер мм:

Погрешность базирования обрабатываемого размера 225 мм будет равна нулю:. Заготовка установлена достаточно жестко, что позволяет вести обработку на различных режимах резания и обеспечить нужную точность.

3) точить поверхность, выдерживая размер на длину183мм;

В данной операции поверхность в размер будет обрабатываться не на всю длину, погрешность в размере 183 составит погрешность позиционирования или настройки, что составляет в среднем 0,05 мм и гораздо меньше допуска на размер183мм.

Установ Б: (см. рис 7.7)

4) переустановить, закрепить, снять заготовку;

Необходимо снять заготовку и установить по той же схеме, но обратным торцом для дальнейшей обработки необработанного участка наружной поверхности.

5) подрезать торец в размер мм;

6) расточить отверстие на проход, выдержав диаметр мм;

7) точить поверхность на длину 40 мм.

Погрешность базирования обрабатываемого размера будет:, но это не повлияет на достижение необходимого размера, так как он произведен с перекрытием обрабатываемого участка.

Рисунок 7.7 — Схема обработки заготовки на операции 010

В целом в операции выдержаны основные принципы базирования, необходимые для правильной обработки заготовки и получения необходимых размеров.

Операция 025 - Токарная с ЧПУ

Для анализа заводского типового процесса выбрана операция 040- токарно-винторезная. Эта операция выполняется на станке 16К20Ф3 с ЧПУ и включает следующие технологические переходы:

— подрезать торец в размер мм;

— проточить на длину с выполнением угла 45°;

— расточить отверстие на глубину ;

— прорезать канавку до на глубину ;

— расточить вместо на глубину ;

— расточить отверстие на глубину ;

— расточить отверстие на глубину, выдержав шероховатость на торце Ra1,25;

— расточить отверстие под резьбу;

— расточить фаску на длине ;

— нарезать резьбу М105×1,5−7Н;

— подрезать торец в размере мм;

— расточить отверстие напроход вместо и ;

— расточить вместо на глубину вместо ;

— расточить конус до .

Последовательность выполнения операции:

Установ А: (см. рис 7.8, а)

1) установить, закрепить, снять заготовку:

заготовку устанавливаем в трех кулачковом патроне с механическим зажимом с упором в торец, что обеспечит необходимую жесткость закрепления и точность обрабатываемых поверхностей.

2) подрезать торец в размер мм;

3) проточить на длину с выполнением угла 45°:

погрешность базирования обрабатываемого размера, также погрешность размера, хотя имеет место погрешность позиционирования 0,05 мм, что на много меньше допуска на размер мм.

4) расточить отверстие на глубину ;

5) прорезать канавку до на глубину ;

6) расточить вместо на глубину ;

7) расточить отверстие на глубину ;

8) расточить отверстие на глубину, выдержав шероховатость на торце Ra1,25;

9) расточить отверстие под резьбу;

10) расточить фаску на длине ;

11) нарезать резьбу М105×1,5−7Н;

а Рисунок 7.8, а — Схема обработки заготовки на установе, А Установ Б:

12) переустановить, выверить, закрепить, снять заготовку;

Необходимо снять заготовку и установить по той же схеме, но обратным торцом для дальнейшей обработки необработанного участка наружной и внутренней поверхностей.

13) подрезать торец в размере мм;

14) расточить отверстие напроход вместо и ;

15) расточить вместо на глубину вместо ;

16) расточить конус до .

Погрешность базирования на этих переходах будет равна нулю, так как измерительная база обрабатывается на этом же установе, но имеет место погрешность позиционирования, равная 0,05 мм, которая не превышает допуски получаемых размеров.

б Рисунок 7.8, б — Схема обработки заготовки на установе Б В целом в операции выдержаны основные принципы базирования, необходимые для правильной обработки заготовки и получения необходимых размеров.

Операция 075 — Сверлильно-фрезерно-расточная

Операция сверлильно-фрезерно-расточная выполняется на станке с ЧПУ модели 2204ВМФ4. Эта операция состоит из 1-го установа и 3-х позиций и следующих технологических переходов:

Позиция 1:

— фрезеровать паз на длину с Ra2,5;

— центровать отверстие;

— сверлить отверстие ф15мм;

— рассверлить отверстие ф30мм;

— расточить отверстие ;

Позиция 2:

— центровать 4 отверстия;

— сверлить 4 отверстия под ;

— фрезеровать лыску в размер ;

— центровать 4 отверстия;

— сверлить 4 отверстия 4,3 под

Позиция 3:

— фрезеровать лыску в размер 1,5±0,2;

— центровать 2 отверстия;

— сверлить 2 отверстия 3,4 под ;

Последовательность выполнения переходов:

Установ А:

1) установить, закрепить, снять заготовку;

На данной операции достаточно лишить заготовку пяти степеней свободы, установив ее в специальном приспособлении. Такая схема базирования позволяет достичь заданной точности и обеспечить доступ инструментов к обрабатываемым поверхностям.

2) фрезеровать паз на длину с Ra2,5;

Погрешность базирования размера на данном установе равна допуску на размер: , что меньше допуска на размер 45,. Этот размер выдержать можно.

Точность размеров мм и мм будет обеспечена технологическими возможностями станка.

3) центровать отверстие;

4) сверлить отверстие диаметром 15 мм;

5) рассверлить отверстие диаметром 30 мм;

6) расточить диаметр ;

Точность размеров будет обеспечена точностью настройки инструмента, а также технологическими возможностями.

7) центровать 4 отверстия;

8) сверлить 4 отверстия диаметром 3,4 мм под ;

9) фрезеровать лыску в размер ;

Погрешность базирования вычислим по формуле:

что будет меньше допуска на размер 1,5:. Размер можно выполнить.

10) центровать 4 отверстия;

11) сверлить 4 отверстия диаметром 4,3 мм под ;

Точность размеров будет обеспечена точностью настройки инструмента, а также технологическими возможностями.

12) фрезеровать лыску в размер ;

Погрешность базирования вычислим по формуле:

что будет меньше допуска на размер 1,5:. Размер можно выполнить.

13) центровать 2 отверстия;

14) сверлить 2 отверстия диаметром 3,4 мм под :

Необходимо выдержать размер, .

Точность всех обрабатываемых поверхностей будет обеспечиваться технологическими возможностями станка и настройкой инструмента на размер.

Рисунок 7.9 — Схема обработки заготовки на операции 075

7.6 Обоснование и выбор моделей металлорежущих станков

После того как на каждую операция предварительно разработана (намечены методы обработки поверхностей, точность и шероховатость поверхностей, припуск на обработку, режущий инструмент) выполняется выбор оборудования. Он сводиться к выбору типа, типоразмера и модели станка.