Проектирование технологического процесса изготовления блока цилиндров аксиально-поршневого насоса

АННОТАЦИЯ

На выпускную квалификационную работу студента Болсуновского П.А.

На тему: проектирование технологического процесса изготовления блока цилиндров аксиально-поршневого насоса.

Цель проекта — проектирование технологического процесса изготовления блока цилиндров аксиально-поршневого насоса.

Разработаны технические приложения по организации производства, проведена экономическая оценка эффективности принятых решений.

Дипломный проект содержит аналитическую, технологическую, конструкторскую, организационную, экономическую части, разделы безопасности жизнедеятельности и экология.

В дипломном проекте приведены результаты по разработке технологии изготовления распределителя в условиях крупносерийного производства. Разработан маршрут обработки. Произведены расчеты режимов резания, норм времени.

На основе анализа конструкции детали проведены: анализ технологичности, определен тип производства, выбрана заготовка и метод её получения, выбрано оборудование, разработана технологическая оснастка. В результате анализа и расчётов производство является рентабельным и может окупить все затраты не позднее 2,4 года, со дня реализации.

Дана оценка экономической себестоимости изготовления детали с применением станков с ЧПУ.

Разработаны мероприятия по безопасности жизнедеятельности, охране труда и экологии.

ВВЕДЕНИЕ

Машиностроение является важнейшей отраслью народного хозяйства, так как обеспечивает технологические процессы средствами производства — машинами и механизмами. Сущностью технологии машиностроения является учение о способах и процессах промышленного производства продукции заданного качества и в требуемом количестве. Современное развитие технологии машиностроения представляет собой совокупность взаимосвязанных процессов совершенствования прежде всего методов обработки материалов, технологического оборудования, обрабатывающего и измерительного инструментов, а также теоретических и практических основ процессов обработки. Оно стимулируется усложнением конструкции изделий, повышением требований к качеству их изготовления и стремлением снизить себестоимость продукции, а также частой сменой объектов производства. Использование многоинструментальных станков с ЧПУ, оснащенных средствами механизации и автоматизации, позволяет проектировать технологические процессы обработки деталей с укрупненными насыщенными переходами операциями, уменьшить трудоемкость их изготовления и существенно сократить время технологической подготовки производства при частой смене номенклатуры выпускаемых изделий.

В современном производстве еще достаточно высока доля технологических процессов, не в полной мере удовлетворяющих выше перечисленным требованиям. Поэтому внедрение прогрессивных методов размерной обработки деталей, экономически обоснованное применение высокопроизводительного оборудования, износостойкого комбинированного режущего инструмента, механизированной оснастки и средств автоматизации производственных процессов в механических цехах современных машиностроительных заводов становится весьма актуальным.

Основная задача машиностроения — на базе новейших достижений науки и техники и современных технологий выпускать в необходимом количестве высококачественные машины и орудия производства, отвечающих требованиям и уровню мировых стандартов. Различие машиностроительных производств определяется спецификой выпускаемого оборудования, масштабами его производства. Поэтому создание обобщающих научных трудов по технологии машиностроения сочетается с работами отражающими условия и опыт отдельных машиностроительных производств. Повышение надежности — одна из важнейших задач современности. Еще одной из основных задач машиностроения является обеспечение конкурентоспособности выпускаемых изделий, которая определяется их качеством и ценой. Эти основные показатели конкурентоспособности машин в значительной мере зависят от технологии их изготовления, разработчиком которой является инженер-технолог.

Целью данного дипломного проекта является: «Проектирование технологического процесса изготовления блока цилиндров аксиально-поршневого насоса»

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

На основании анализа, назначений и характеристик детали выбрать способ получения заготовки и спроектировать маршрут её обработки, исходя из серийности её производства; рассчитать припуски и режимы резания для обработки основных поверхностей при механической обработке и т. д.; сформировать операции ТП, выбрать оборудование; спроектировать средства технологического оснащения; осуществить нормирование операций и рассчитать их себестоимость; спроектировать специальный режущий инструмент и специальное приспособление.

1. АНАЛИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Особенности изготовления деталей на станках с ЧПУ Прежде, чем описывать особенности изготовления деталей на ЧПУ, нужно уточнить, что это за техника. ЧПУ расшифровывается, как числовое программное управление. Если говорить о машиностроении, то именно на таких станках изготавливаются порядка трёх четвёртых всех деталей. Больше того, это самое числовое программное управление является одним из средств автоматизации мелкосерийного и серийного производства. Так что важность подобного оборудования для машиностроения очень сложно переоценить.

Работа такого станка начинается с написания для него программы. Перед тем, как приступить к изготовлению деталей на ЧПУ специалисты тщательно разрабатывают «приложения» с тем, чтобы рабочий во время его использования как можно меньше участвовал в процессе. Вся его задача, по большому счёту, сводится к внимательному наблюдению за капризной техникой, которая может неожиданно выйти из строя.

Такой сложный станок отличается от куда как более простого «автомата» тем, что в технике с ЧПУ программа обработки детали задаётся в математическом (то есть числовом) виде. Её можно прочитать с какого-либо специального носителя. Именно поэтому станки, о которых идёт речь, называют не просто автоматическими, но именно станками с числовым управлением.

Станок-автомат обтачивает детали в соответствии с программой, которую задают так называемые «кулачки» или «копиры» (это зависит от особенностей машины). Переналадка подобной техники на выпуск деталей другого типа — это дело весьма и весьма хлопотное. Так что станки с ЧПУ максимально эффективно и выгодно использовать именно там, где речь идёт о крупносерийном и массовом производстве.

Вышеописанные программы, позволяющие таким станкам работать без помощи человека, само собой, также сильно различаются. Бывают двух-, трёх-, четырёхкоординатные системы и другие (этот показатель напрямую зависит от количества управляемых перемещений части станка, которую принято называть «исполнительным органом»). То есть, станок программируется на регулирование направления и настройку скорости перемещения каких-либо своих частей и даже может самостоятельно заниматься сменой инструмента, когда это необходимо.

Помимо этого можно задавать температуру инструмента или детали, составляющую силы резания, учитывать шероховатости на поверхности, которая была обработана или выставлять режимы резания, которые будут оптимальны при определённом уровне шума, вибраций и других параметров. Так что изготовление деталей с ЧПУ значительно удобнее, чем на более старой технике.

По функциональным возможностям и техническому назначению системы ЧПУ принято делить на четыре объёмные группы. Очень часто на производствах встречаются позиционные станки с ЧПУ (где задают только координаты конечных точек после того, как все элементы рабочего цикла выполнены), а также контурные или непрерывные (где автоматически управляют движением нужной части станка по заданной, как правило, сложной траектории).

Нередко в цехах металлообработки можно увидеть и универсальные станки, в которых программируются не только перемещения при позиционировании и движения по траектории, во время изготовления деталей с ЧПУ без человеческого участия происходит и смена инструментов, и даже загрузка-выгрузка заготовок. Бывает, что в станках с программным управлением используется специальная многоконтурная система, обеспечивающая управление функционированием целого ряда узлов и механизмов сложной машины (такое управление бывает как одновременным, так и последовательным).

Очевидно, что постепенно станки с числовым программным управлением как более совершенные и удобные в использовании на производстве будут вытеснять из цехов предприятий своих предшественников. Ведь такой вид управления машиной приближает нас к «веку роботов», то есть позволяет практически не использовать труд человека в процессе обработки какой-либо детали. Также в станках с ЧПУ намного проще разобраться, как следствие наладка занимает очень мало времени. По сути, она сводится к установке инструмента и программы на станке.

Кроме того, изготовление деталей на ЧПУ можно организовать многостаночное обслуживание в серийном и мелкосерийном производстве, что в свою очередь должно существенно повысить производительность труда и позитивно отразиться на качестве обработанных деталей.

2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ В технологической части описано создание технологического процесса изготовления блока цилиндров.

Исходные данные:

— программа выпуска — 4000 шт.;

— режим работы оборудования в сутки — 1 смена (8 часов);

— чертеж детали «Блок цилиндров»;

— альбомы технологической оснастки;

— каталоги оборудования и режущего инструмента.

2.1 Конструкция, принцип и условия работы аксиально-поршневого насоса В аксиально-поршневых нерегулируемых насосах и гидромоторах, применяемых в гидроприводе используется унифицированный качающий узел (Рисунок 1, а).

Рисунок 1 — Унифицированный качающий узел (а) и нерегулируемый аксиально-поршневой насос (б) Унифицированный качающий узел состоит из приводного вала 1, семи поршней 12 с шатунами 11, радиального 14 и сдвоенных радиально-упорных 13 шарикоподшипников, блока цилиндров 7, центрируемого сферическим гидрораспределителем 8 и центральным шипом 5. От осевого перемещения внутренние кольца подшипников удерживаются двумя пружинными кольцами 15, втулкой 3 и стопорным кольцом 2. В передней крышке 16 установлено армированное манжетное уплотнение 17, опирающееся на втулку 18. Шип 5 опирается с одной стороны сферической головкой на гнездо во фланце вала, с другой — на бронзовую втулку 9, запрессованную в гидрораспределитель 8. В сферические гнезда фланца вала входят семь шатунов 11, которые вместе с центральным шипом прижаты к фланцу вала штампованными пластинами 4. На шипе штифтом 10 зафиксирован блок 7 цилиндров. Сферическая поверхность этого блока тарельчатыми пружинами 6 так прижата к сферической поверхности гидрораспределителя, что при вращении блока полости цилиндров в определенной последовательности совмещаются с дугообразными пазами гидрораспределителя В нерегулируемом аксиально-поршневом насосе-гидромоторе типа 210 «Рисунок 1 б» унифицированный качающий узел установлен в корпусе 20 и зафиксирован стопорным кольцом 19. К внутренней поверхности крышки 21 прижимается распределитель, два дугообразных паза которого совмещены с такими же пазами крышки 21. При работе гидромашины в режиме насоса вращение приводного вала от двигателя передается шатунами. Последние, опираясь на конические юбки поршней, приводят во вращение блок цилиндров относительно неподвижного распределителя.

Поршни совершают возвратно-поступательные движения в цилиндрах, всасывая и нагнетая рабочую жидкость через пазы в распределителе. За один оборот приводного вала каждый поршень совершает один двойной ход; при этом поршень, выходящий из блока, засасывает рабочую жидкость в освобождаемый объем, а при движении в обратном направлении — вытесняет ее в напорную гидролинию. Количество рабочей жидкости, нагнетаемой насосом, зависит от частоты вращения приводного вала.

При работе гидромашины в режиме гидромотора жидкость поступает из гидросистемы в рабочие камеры блока цилиндров через отверстие в задней крышке 21 и полукольцевое отверстие в гидрораспределителе 8. Давление жидкости на поршни передается через шатуны, расположенные под углом 25° к фланцу приводного вала. В месте контакта шатуна с валом осевая составляющая силы давления жидкости на поршень воспринимается радиально-упорными подшипниками 13, а тангенциальная создает крутящий момент на валу 1. Крутящий момент, развиваемый гидромотором, пропорционален рабочему объему и давлению, определяемому внешней нагрузкой (сопротивлением). При изменении количества рабочей жидкости или направления ее подачи изменяются частота и направление вращения вала гидромотор.

Основные технические характеристики аксиально-поршневого насоса приведены в таблице 1

Таблица 1

Основные технические характеристики аксиально-поршневого насоса

2.2 Назначение и анализ конструкции детали

Блок цилиндров является составляющим звеном качающего узла аксиально-поршневого насоса.

Деталь «Блок цилиндров» представляет собой деталь цилиндрической формы с фасонной внешней поверхностью, изготовлена из стали марки 9ХС ГОСТ 5950–73. Масса детали составляет 5,0 кг, следовательно, специальных грузоподъемных устройств для установки и снятия детали со станка не требуется. Деталь изготавливается из прутка по ГОСТ 5950–2000 «Прутки, полосы и мотки из инструментальной легированной стали». Длина детали 73,3±0,3 мм, по диаметру o56 k12 имеется 7 отверстий. На торце имеются сфера с размером R140 k4. Основные характеристики материала детали приведены в таблицах 2 — 5

Таблица 2 Общие сведения

Таблица - 3 Химический состав

Таблица — 4 Механические свойства

Таблица - 5 Твердость

2.3 Анализ технологичности конструкции детали В соответствии с ГОСТ 14.205−83, «технологичность конструкции — это совокупность свойств конструкции изделия, определяющих ее приспособленность к достижению оптимальных затрат при производстве, эксплуатации и ремонте для заданных показателей качества, объема выпуска и условий выполнения работ».

Качественная оценка. Деталь изготавливается из проката диаметром o100 мм. Марка материала, из которого изготавливается данная деталь, не позволяет получать заготовку другой пространственной формы и другими способами, что обусловлено так же и повышенными требованиями к структуре материала.

Постановка размеров на чертеже обеспечивает: совмещение конструкторских, технологических и измерительных баз; надежность и простоту контроля детали; отсутствие необходимости в перерасчете размеров и допусков при изготовлении и контроле; рациональную последовательность в изготовлении детали.

Блок цилиндров состоит из стандартных и унифицированных конструктивных элементов. Деталь изготавливается из стандартной заготовки, что так же свидетельствует о ее технологичности. Размеры и поверхности детали имеют соответственно оптимальные точность и шероховатость. Показатели базовой поверхности детали обеспечивают точность установки, обработки и контроля. Большинство поверхностей можно обрабатывать стандартным инструментом.

С точки зрения механической обработки деталь имеет следующие недостатки в отношении технологичности: на внешней поверхности имеется сфера радиусом 140 предназначенная под шлифовку; 7 отверстий выполненных под углом 25?; форма и углы фасок не являются стандартными, что вызывает необходимость использования нестандартных резцов; представленная деталь имеет большое количество ступенчатых внутренних поверхностей, что делает обработку в центрах невозможной.

Для контроля внутренних диаметральных размеров возможно использование калибров-пробок гладких, что уменьшит время на контроль по сравнению с использование нутромера индикаторного.

Количественная оценка. Количественная оценка технологичности выражается показателем, численное значение которого характеризует степень удовлетворения требований к технологичности.

В качестве количественных показателей технологичности могут рассматриваться:

1. Коэффициент точности [28. c.41]:

где. (1)

Для представленной детали:

2. Коэффициент шероховатости

(2)

где

Для представленной детали:

3. Коэффициент использования материала

(3)

С точки зрения требований предъявленных к точности и чистоте обработки не представляет значительных трудностей.

Таким образом, исходя из проведенного анализа технологичности конструкции детали, можно сделать вывод о том что, в целом данная деталь является технологичной, за исключением специальных сферы и наклонных отверстий, что потребует специального инструмента, и оснастки для изготовления.

2.4 Определение типа производства Тип производства по ГОСТ 3.1108 характеризуется коэффициентом закрепления операций Кз.о., который показывает отношение всех различных технологических операций выполняемых или подлежащих выполнению подразделением в течении месяца, к числу рабочих мест [7. с.19]:

(4)

где ?По — суммарное число различных операций, Ря — явочное число рабочих подразделения, выполняемых различные операции.

В машиностроении различают три основных типа производства: единичное, серийное и массовое.

Для расчета коэффициента закрепления операций необходимо расчленить технологический процесс на операции и переходы по обработке элементарных поверхностей, определить основное время выполнения каждого перехода и штучно-калькуляционное время для каждой операции. Нормирование переходов и операций выполняется по укрупненным нормам времени.

Количество станков на каждую операцию определяем по формуле:

(5)

где FД — годовой фонд времени работы оборудования и рабочих мест, ?з.н — нормативный коэффициент загрузки оборудования. Для расчётов в дипломном проекте нормативный коэффициент загрузки оборудования принимается =0,75.

Для определения действительного годового фонда рабочего времени принимаются следующие исходные данные:

— календарное количество дней в году — 365 дней;

— количество праздничных дней в году — 40 дней;

— количество рабочих смен в сутки — 1 смена;

— количество сокращенных на час рабочих дней — 6 дней;

— количество часов в смену — 8 часов;

— потери от номинального годового фонда рабочего времени — 2%.

(6)

; ;

; ;

; ;

Принятое число рабочих мест устанавливают, округляя до ближайшего целого числа полученное значение mР.

Далее для каждой операции вычисляется значение фактического коэффициента загрузки рабочего места:

. (7)

;; ;

;; .

Количество операций, выполняемых на рабочем месте, определяется по формуле:

(8)

;; ;

;; .

Таблица 6 — Расчёт коэффициента закрепления операций

Коэффициент закрепления операций определяем как:

. (9)

Так как значение Кз.о. попадает в интервал от 1 до 10 можно сделать вывод о том, что производство крупносерийное.

При серийном выпуске продукции рассчитывается размер партии деталей, одновременно запускаемых в производство, по формуле [23]:

(10)

где, а — количество дней запаса деталей на складе, а=6; Ф — количество рабочих дней в году, Ф=247 дней.

Тогда:

2.5 Выбор метода получения заготовки При выборе способа получения заготовки главным образом нужно обеспечить необходимое качество детали при ее минимальной себестоимости. На выбор способа получения заготовки большое влияние оказывают: конфигурация, размеры, масса, марка материала, необходимая точность и качество поверхностей заготовки, тип производства.

Экономическое обоснование ведем по себестоимости, КИМ и материалоемкости. Оптимальными методами получения заготовок являются: прокат и штамповка на молотах и прессах.

1. Коэффициент использования материала

(11)

Для проката:

кг;

Для штамповки на молотах и прессах:

кг;

2. Материалоемкость

(12)

Для проката:

Для штамповки на молотах и прессах:

3. Произведем расчет себестоимости получения заготовок согласно.

Штамповка на ГКМ:

(13)

где С — стоимость материала. С=200 000,00руб/т;

Q — масса заготовки-штамповки;

kТ — коэффициент, зависящий от класса точности заготовки. Для штамповок нормальной точности kТ=1 [7. с.37];

kс — коэффициент, зависящий от группы сложности штамповки. Для штамповок 3-й группы сложности kс=0.81 [7. с.38];

kв — коэффициент, зависящий от объема производства. kв=1[7. с.38];

kм — коэффициент, зависящий от марки материала. kМ=1,79 [7. с.37];

Sотхцена 1 т отходов. Принимаем Sотх = 15 000,00 руб/т.

руб.

Прокат [7. с.30]:

(14)

где М — затраты на материал заготовки, руб;

?Сз.о — технологическая себестоимость операции правки, калибрования прутков, резки их на штучные заготовки. Принимаем? Сз. о = 610,00 руб. [7. с.30].

Затраты на материал определяются по массе проката, требующегося на изготовление детали и массе сдаваемой стружки:

.

Тогда:

Способ получения заготовки для данной детали. Выбираем прокат, поскольку его использование целесообразнее использования штамповки по материалоемкости, коэффициенту использования материала и себестоимости.

2.6 Разработка маршрута и формирование операций Основной задачей разработки маршрута является составление общего плана обработки детали, формулировка содержания операций технологического процесса.

При установлении общей последовательности обработки рекомендуется учитывать следующие положения:

— каждая последующая операция должна уменьшать погрешности и улучшать качество поверхности;

— в первую очередь следует обрабатывать поверхность, которая будет служить технологической базой для последующих операций;

— затем следует обрабатывать поверхности, с которых снимается наибольший слой металла, что позволит своевременно обнаружить возможные внутренние дефекты заготовки;

— операции, при которых возможно появление брака из-за внутренних дефектов в заготовке, следует производить вначале;

— обработка остальных поверхностей ведется в последовательности, обратной степени их точности: чем точнее должна быть поверхность, тем позже она обрабатывается;

— заканчивается обработка той поверхностью, которая является наиболее точной и имеет наибольшее значение для эксплуатации детали;

— отверстия нужно сверлить в конце технологического процесса, за исключением тех случаев, когда они служат базами для установки;

— технический контроль намечают после тех этапов обработки, где вероятно повышенное количество брака, перед сложными и дорогостоящими операциями, после законченного цикла, а также в конце обработки детали;

Наименование операций соответствует требованиям классификатора технологических операций в машиностроении.

Маршрутный технологический процесс представлен в таблице 7.

Таблица 7 — Маршрут обработки детали «Блок цилиндров»

2.7 Выбор технологических баз В соответствии с ГОСТ 21 495– — 76 базирование, т. е. положение объекта относительно выбранной системы координат, осуществляется с помощью выбранных на объекте баз в виде принадлежащих ему поверхностей, осей, точек или их сочетаний.

В процессе механической обработки при выборе технологических баз необходимо придерживаться следующих рекомендаций:

— при обработке заготовки необработанные поверхности в качестве баз можно использовать только на первых операциях;

— в качестве технологических баз следует принимать поверхности достаточных размеров, что обеспечивает большую точность базирования и закрепления заготовки в приспособлении, эти поверхности должны иметь более высокий класс точности, наименьшую шероховатость, не иметь поверхностных дефектов;

— в качестве баз на первой операции следует принимать поверхности с наименьшими припусками;

— при чистовой обработке рекомендуется соблюдать принцип совмещения баз;

— базы окончательной обработки должны иметь наибольшую точность, наименьшую шероховатость поверхностей.

На первой операции механической обработки необходимо подготовить технологические базы, которые бы использовались на последующих операциях. Для их подготовки, в качестве черновых баз, выбираем необработанные поверхности. Выбранные поверхности должны обладают достаточной протяженностью для закрепления заготовки в призмах, которые обеспечат надежное закрепление и точность подготовки баз при фрезеровании и центровании торцов. На дальнейших этапах обработки в качестве чистовых направляющих баз принимаем поверхности, которые обладают более высоким классом точности и имеют наименьшую шероховатость.

По теоретической схеме базирования, заготовка должна лишаться шести степеней свободы в выбранной системе координат X, Y, Z. Поверхности заготовки, на которые налаживаются шесть геометрических связей, являются базовыми и делятся на установочную базу, направляющую и опорную.

2.8 Выбор металлорежущих станков При выборе оборудования необходимо учесть следующие факторы:

1. Размер рабочей зоны станка, который должен соответствовать габаритам обрабатываемой детали;

2. Возможность достижения при обработке требуемой точности и шероховатости поверхности.

3. Соответствие мощности, жесткости и кинематических данных;

4. Обеспечение необходимой производительности в соответствии с заданной годовой программой выпуска;

5. Соответствие оборудования при выполнении данного технологического процесса требования безопасности и промышленной санитарии.

В технологическом процессе используются отрезной, фрезерный и шлифовальный станки.

Для заготовительной операций выбираем станок DELTA DT-160 с ЧПУ. Характеристики приведены в таблице 2.8.

Для фрезерных операций выбираем вертикальнофрезерный обрабатывающий центр SPINNER модели U5−1520 c ЧПУ. Характеристики приведены в таблице 2.9.

Для шлифовальной операции выбираем универсальный внутришлифовальный полуавтомат высокой точности 3М227ВФ2 с ЧПУ. Характеристики приведены в таблице 2.10.

Таблица 8 — Технические характеристики станка DELTA DT-160

Таблица 9 — Технические характеристики станка SPINNER U5−1520

Таблица 10 — Технические характеристики станка 3М227ВФ2

2.9 Расчет припусков на обработку Припуском на обработку называется слой металла, подлежащий удалению с поверхности заготовки в процессе обработки для получения готовой детали.

Размер припуска определяют разностью между размером заготовки и размером детали по рабочему чертежу; припуск задается на сторону.

Припуски подразделяют на общие, т. е. удаляемые в течение всего процесса обработки данной поверхности, и межоперационные, удаляемые при выполнении отдельных операций.

Общий припуск на обработку равен сумме межоперационных припусков по всем технологическим операциям — от заготовки до размера.

Межоперационный припуск равен сумме припусков, отведённых на черновой, получистовой и чистовой проходы на данной операции.

Понятие двухстороннего припуска чаще всего относится к обработке цилиндрических поверхностей и тогда оно равнозначно понятию припуска на диаметр. С другой стороны, численные значения припуска прямо связаны с режимами резания при обработке (глубиной резания). Поэтому более употребительными и удобными для практического использования считают припуски на сторону.

Назначение припусков на механическую обработку представляет собой важную задачу, поскольку от их численных значений зависит эффективность технологического процесса и качество обрабатываемых поверхностей. В проектировании надо стремиться к тому, чтобы назначенные припуски были минимально необходимыми и достаточными. Из первого условия следует, что припуски не должны быть чрезмерно большими, для того чтобы не удорожать обработку. По второму условию припуски должны гарантировать качественное изготовление деталей по всем параметрам точности и состоянию поверхностного слоя В технологии машиностроения различают два подхода к назначению припусков на механическую обработку: опытно-статистический и расчётно-аналитический.

Производим расчет припусков для обработки поверхностей o28H70,2 и o86h120,35:

Внутренняя поверхность o28H7+0,2. Способ установки — в трехкулачковом патроне.

Маршрут обработки: заготовка — отверстие предварительно просверлено на o22H12; растачивание черновое, растачивание чистовое.

При сверлении в заготовке отверстия o22 мм. сверлом возможно отклонение от формы и размеров Тдi=0,33 мм.

Минимальный припуск на обработку будет равен:

Zmin свер.=Dсвер.

Zmin свер.=22 мм.

Максимальный припуск на сверление можно определить по формуле:

Zmax свер.=Dсвер.+Тдi

где Dсвер.- диаметр сверла;

Тдiдопуск на припуск при сверлении.

Zmax свер.=22+0,33=22,33 мм.

Определяем величины Rz и h для растачивания:

Данные приведены в таблице 11.

Таблица 11 — Качество поверхностного слоя по переходам

Определяем пространственные отклонения.

Пространственное отклонение — результат коробления детали при консольном закреплении в самоцентрирующихся патронах? кор, смешения осей в результате сверления? см и погрешности зацентровки? ц.

Суммарное пространственное отклонения для заготовки-проката определяем, как:

; [3, табл.4.7 с.67] (15)

Результат коробления детали при консольном закреплении в самоцентрирующихся патронах? кор определяем, как:

; [3, табл.4.7 с 68] (16)

где L — длина заготовки. L=80 мм;

?к — кривизна профиля сортового проката. ?к=0,08мкм Для проката горячекатаного после правки на прессе обычной точности для диаметра заготовки от 75 до 120 мм? к=0,08мкм на 1 мм длины [3, табл.4.8. с. 71].

Тогда: .

Смещение осей в результате сверления? см определяется по табл. 4.7

(17)

где Со — смешение оси отверстия при сверлении (при растачивании отверстия диаметром 28 мм на глубину 11 мм, Со = 10 мкм по табл. 4.9 [3. с. 71]);

?у — удельный увод сверла (при сверлении отверстия диаметром 28 мм на глубину 11 мм, ?у = 0,5 мкм/мм по табл. 4.9 [3. с. 71]).

Тогда мкм.

Суммарное пространственное отклонение для заготовки — проката будет равно:

мкм.

Величина остаточной пространственной погрешности определяется:

(18)

где — коэффициент уточнения.

После сверления отверстия Ку=0,06 [3. с. 73].

мкм После однократного растачивания Ку=0,05.

мкм.

3. Определяем погрешности установки.

Наиболее вероятное значение погрешности установки можно определить по формуле [3. с. 73]:

(19)

где — погрешность базирования;

?з — погрешность закрепления;

?пр — погрешность положения заготовки в приспособлении.

Погрешность закрепления складывается из двух составляющих: радиальной? у рад и? у ос осевой и может быть определена по формуле:

(20)

При установке заготовки — проката нормальной точности в трехкулачковом самоцентрирующемся патроне по диаметру от 80 до 120 мм, ?у =500 мкм, по табл. 4.10 [3. с 75]:

На втором технологическом переходе погрешность установки будет равна:

мкм. (21)

4. Определяем величину расчетного припуска Величина расчетного припуска определяем по формуле:

(22)

Значение 2Zmin по операциям (переходам) обработки составляет:

Растачивание черновое:

мкм = 1,16 мм.

Растачивание чистовое:

мкм = 0,180 мм.

5. Определяем расчетные размеры по операциям (переходам) механической обработки.

(23)

Растачивание чистовое: 28,2 мм;

Растачивание черновое: 28,2−0,18=28,02 мм;

Просверленное отверстие: 22,33−2,0= 20,33 мм

6. Определяем наименьшие предельные размеры по переходам механической обработки.

(24)

Растачивание однократное: 28,20−0,20=28,0 мм;

Сверление: 27,94−0,20= 27,74 мм;

Заготовка-прокат: 25,94−2,0=23,94 мм.

7. Определяем фактические минимальные и максимальные припуски по переходам механической обработки.

Максимальные припуски:

; (25)

28,0−27,94=0,06 мм;

27,94−25,94=2,0 мм.

Минимальные припуски:

(26)

28,2 -27,74=0,46 мм;

27,74−23,94=3,8 мм.

8. Определяем общие припуски.

Общий наименьший припуск:

мм.

Общий наибольший припуск:

мм.

9. Проверка правильности расчетов.

мм. (27)

мм. (28)

Результаты расчёта припусков на обработку 28H7+0,2 сведены в таблицу 2.12.

Таблица 12 — Расчёт припусков на обработку 28H7+0,2

Наружная поверхность 86h. Способ установки — в центрах. Маршрут обработки: заготовка — прокат; обтачивание черновое; обтачивание чистовое;

1. Определяем величины Rz и h:

Данные приведены в таблице 13.

Таблица 13 — Качество поверхностного слоя по переходам

2. Определяем пространственные отклонения.

Пространственное отклонение — результат коробления детали при консольном закреплении в самоцентрирующихся патронах? кор, смешения осей в результате сверления? см и погрешности зацентровки? ц.

Суммарное пространственное отклонения для заготовки-проката определяем, как:

; (29)

Результат коробления детали при консольном закреплении в самоцентрирующихся патронах? кор определяем, как:

; (30)

где L — длина заготовки. L=73,3 мм;

?к — кривизна профиля сортового проката. ?к=0,08мкм Для проката горячекатаного после правки на прессе обычной точности для диаметра заготовки от 75 до 120 мм? к=0,08мкм на 1 мм длины по таб.4.8. [3. с. 71].

Тогда:.

Суммарное пространственное отклонение для заготовки — проката будет равно:

мкм. (31)

Величина остаточной пространственной погрешности определяется:

(32)

где Ку — коэффициент уточнения.

После двукратного чернового обтачивания проката Ку=0,02 таблице.

(33)

мкм После двукратного чистового обтачивания проката Ку=0,02 таблице

(34)

мкм.

3. Определяем погрешности установки.

Наиболее вероятное значение погрешности установки можно определить по формуле [3, с. 73]. :

(35)

где ?б — погрешность базирования;

?з — погрешность закрепления;

?пр — точность изготовления и износа опорных элементов приспособлений.

Погрешность закрепления складывается из двух составляющих: радиальной? у рад и? у ос осевой и может быть определена по формуле:

(36)

При установке заготовки — проката нормальной точности в центрах по диаметру от 80 до 120 мм? у =500 мкм, по табл. 4.10 [3, с. 75]:

На втором технологическом переходе погрешность установки будет равна:

(37)

мкм

4. Определяем величину расчетного припуска Величина расчетного припуска определяем по формуле:

(38)

Значение 2Zmin по операциям (переходам) обработки составляет:

Обтачивание черновое:

мкм = 2,0 мм.

Обтачивание чистовое:

мкм = 0,266 мм.

5. Определяем расчетные размеры по операциям (переходам) механической обработки.

(39)

Обтачивание чистовое: 85,65 мм;

Обтачивание черновое: 85,65+0,266= 85,916 мм;

Заготовка-прокат: 85,916+2,0=87,916 мм.

6. Определяем наибольший предельные размеры по переходам механической обработки.

(40)

Обтачивание чистовое: 85,65+0,35=86,0 мм;

Обтачивание черновое: 85,916+0,10= 86,016 мм;

Заготовка-прокат: 87,916+2,3=90,216 мм.

7. Определяем фактические минимальные и максимальные припуски по переходам механической обработки.

Минимальные припуски:

; (41)

85,916−85,65=0,266 мм;

87,916 -85,916=2,0 мм.

Максимальные припуски:

(42)

86,016−86,00 =0,016 мм;

90,216−86,016=4,2 мм.

8. Определяем общие припуски.

Общий наибольший припуск:

мм.

Общий наименьший припуск:

мм.

9. Проверка правильности расчетов.

мм.

мкм =1,95 мм.

Результаты расчёта припусков на обработку 86h12 сведены в таблицу 14.

Таблица 14 — Расчёт припусков на обработку 86h12

2.10 Расчет режимов резания Расчет режимов резания проводим для всех операций. В записке приведен расчет для одной операции. Результаты расчета режимов резания для других операций приведены в технологическом процессе (приложение 2).

Фрезерная с ЧПУ.

Сверлить отверстие O16 на длину 73,3 мм Глубина резания.

При сверлении глубины резания равна:

(43)

где D — диаметр отверстия, D=16 мм.

Тогда глубина резания равна:

.

Подача. Подача при сверлении отверстий с ограничивающими факторами определяем как произведение табличной подачи на поправочный коэффициент. Поправочный коэффициент учитывает глубину сверления.

Так как глубина сверления рана 8 мм,, принимаем Kls=1 табл. 35 [19. с 381]. Табличная подача s=0,3 мм/об табл. 35 [19. с 381].

Тогда подача при сверлении отверстия O16 на длину 73,3 будет равна:

(44)

Скорость резания. Скорость резания при сверлении, мм/мин:

(45)

где для обрабатываемого материала — сталь, материала режущей части Р6М5 и подачи s>0,2 по табл. 38 [19. с. 383]: Сv=9,8; q=0,4; y=0,5; m=0,2.

Среднее число периода стойкости сверла, материал режущей части — быстрорежущая сталь, обрабатываемый материал — легированная сталь, диаметр сверла O16 по табл. 40 [19. с. 384]: T = 70 мин Общий поправочный коэффициент на скорость резания, учитывающий фактические условия резания:

(46)

где Кмv — коэффициент, учитывающий обрабатываемый материал.

(47)

где КГ — коэффициент, характеризующий группу стали по обрабатываемости;

Для стали с? В=1100 МПа коэффициент для инструмента из быстрорежущей стали КГ=1 по табл. 1 [19 с. 359];

nvпоказатель степени при обработки. Показатель степени при обработке сверлами из быстрорежущей стали nv=0,9.

Тогда:

где Киv — поправочный коэффициент, учитывающий влияние инструментального материала на скорость резания. Принимаем Киv=1;

Кlvпоправочный коэффициент на скорость резания при сверлении, учитывающий глубину обрабатываемого отверстия.

Для отверстия

Кlv=1.

Тогда:

Скорость резания будет равна:

Частота вращения шпинделя. Частота вращения шпинделя при сверлении:

. (48)

Определяем паспортную частоту вращения шпинделя [7.с. 94]:

(49)

Максимальная частота вращения шпинделя у выбранного станка 2000 об/мин, минимальная 12,5 об/мин, число скоростей 23. Тогда:

?=1,26.

Принимаем частоту вращения nф=315 об/мин.

Тогда фактическая скорость резания будет равна:

м/мин. (50)

Крутящий момент. При сверлении крутящий момент равен:

(51)

где для сверления, материал режущей части — быстрорежущая сталь: См=0,0345; q= 2,0; y=0,8 по табл.42 [19. с. 385].

Коэффициент, учитывающий фактические условия обработки, в данном случае зависит только от материала обрабатываемой заготовки и определяется выражением:

(52)

где КМР — поправочный коэффициент, учитывающий влияние качества обрабатываемого материала на силовые зависимости.

Для легированной стали

(53)

где n — показатель степени при сверлении, n = 0,75 по табл.9 [19. с. 362].

Тогда крутящий момент равен:

Осевая сила. Осевая сила определяется для сверления.

(54)

где для сверления, материал режущей части — быстрорежущая сталь: Ср=143; Q= 1,0; Y=0,7 табл.42 [19. с. 385].

Мощность резания. Мощность резания необходимо рассчитывать для выбора оборудования, величины усилия зажима заготовки при обработке,

(55)

(), следовательно, обработка возможна на данном станке.

Точить O86−0,35 на длину 73,3 мм.

Глубину резания принимаем равной максимальному припуску t = 2,5 мм. Резец подрезной отогнутый 20×20 из твердого сплава Т15К6, Тm=45 мин [7, с. 374], подача S = 0,44 мм/об, [5, с. 380]

Расчетная скорость резания V, м/мин:

(56)

где — коэффициент, учитывающий вид обработки, материал режущей части резца, подачу;

— стойкость инструмента, мин;

— подача, мм/об;

— припуск на обработку, мм;

— поправочный коэффициент на скорость резания в зависимости от материала заготовки.

Выбираем значение коэффициента = 290 исходя из сплава материала, из которого изготовлен инструмент.

(57)

где КМVкоэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала;

КПVкоэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки;

КИVкоэффициент, учитывающий материал инструмента.

Для жаропрочных сплавов. Учитывая способ получения заготовки — поковка штампованная КПV=1. Выбираем KИV=1, так как материал режущей части Т15К6.

Общий поправочный коэффициент на скорость резания Скорость резания

м/мин.

Частота вращения шпинделя, соответствующая найденной скорости резания:

(58)

мин Вычисляем составляющую P силы резания, Н:

(59)

Находим постоянную :=204 [7,с. 379]

Поправочный коэффициент находим по формуле:

(60)

где — коэффициент, учитывающий влияние качества обрабатываемого материала.

. (61)

Находим поправочные коэффициенты, учитывающие влияние геометрических параметров режущей части инструмента:

.

Н.

Мощность резания рассчитываем по формуле:

(62)

кВт.

(), следовательно, обработка возможна на данном станке.

2.11 Расчет норм времени

При проектировании операций, необходимо стремиться к снижению нормы времени, что достигается уменьшением основного и вспомогательного времени. Норма штучного времени определяется по следующему уравнению:

; (63)

где — основное время, в течении которого осуществляется процесс резания (определяется расчетом);

— вспомогательное время, которое затрачивается на закрепление, установку, снятие заготовки (принимается по нормативам);

— время технического и организационного обслуживания и регламентированных перерывов (берется в процентах от оперативного времени);

— коэффициенты, определяющие соответственно время технического, организационного обслуживания и время регламентированных перерывов в работе .

Определение основного времени производиться по уравнению

(64)

где — расчетная длина перемещения инструмента, в каждом конкретном случае определяется отдельно;

i — число рабочих ходов в данном переходе;

sM — минутная подача, равная

(65)

где n — число оборотов; - перемещение инструмента вдоль оси за один оборот.

Сверлить отверстие O 16 на длину 73,3 мм Основное время рассчитывается по формуле 2.57:

где — длина режущего хода;

S = 0,3 мм/об — подача;

n = 315 об/мин. — частота вращения шпинделя;

мин;

Основное время на сверление составляет 0,82 мин.

Находим вспомогательное время:

(66)

где = 0,28 мин. — время, связанное с выполнением операции;

= 0,04 мин. — время на измерение размеров.

Определяем оперативное время:

мин;

Определяем время на обслуживание и отдых tобс и tотд :

мин;

Таким образом, получаем штучное время на сверление:

мин.

Точить O86−0,35 на длину 73,3 мм.

Рассчитываем основное время:

где — длина режущего хода;

S = 0,44 мм/об — подача;

n = 473 об/мин. — частота вращения шпинделя;

мин;

Основное время на точение составляет 0,36 мин.

Находим вспомогательное время:

где = 0,1 мин. — время, связанное с выполнением операции;

= 0,04 мин. — время на измерение размеров.

Определяем оперативное время:

мин;

Определяем время на обслуживание и отдых tобс и tотд :

мин;

Таким образом, получаем штучное время на точение:

мин.

2.12 Расчет точности операции

Расчет точности выполняется на одну операцию разработанного технологического процесса, на которой обеспечиваются квалитеты точности 6…10. При расчете технологической операции на точность величина суммарной погрешности обработки не должна превышать величины допуска на размер Тдет, т. е ??< Тдет.

Величина суммарной погрешности обработки по диаметральным размерам в общем виде в серийном производстве определяется по формуле:

(67)

где ?н — погрешность настройки станка, мкм;

?и — погрешность, обусловленная износом режущего инструмента, мкм;

?СП — поле рассеяния погрешностей обработки, обусловленных действием случайных факторов, мкм;

?у — погрешность установки заготовки, мкм.

В развернутом виде эта зависимость имеет вид [18. с.121]:

(68)

где р — коэффициент, определяющий процент риска получения брака при обработке;

?1???5 — коэффициенты, определяющие законы распределения каждой из элементарных поверхностей;

?? — погрешность установки заготовки в приспособление с учетом колебаний размеров баз, контактных деформаций установочных баз заготовки и приспособления, точности изготовления и износа приспособления;

?у — погрешность колебания упругих деформаций технологической системы под влиянием нестабильности нагрузок (сил резания, сил инерции и др.);

?н — погрешность наладки технологической системы на выдерживаемый размер с учетом точностной характеристики применяемого метода наладки;

?и — погрешность в результате размерного износа режущего инструмента;

??Т — погрешность колебаний упругих объемных контактных деформаций элементов технологической системы вследствие их нагрева при резании, трения подвижных элементов системы, изменения температуры в цехе.