Проектирование комплексно-механизированного участка изготовления шатуна двигателя ЯМЗ V8 Белаз в условиях ОАО «КАРЗ-1»

Проектирование комплексно-механизированного участка изготовления шатуна двигателя ЯМЗ V8 Белаз в условиях ОАО «КАРЗ-1»

Аннотация

В этой работе рассмотрена принципиальная схема технологии изготовления шатуна от дизельного двигателя ЯМЗ V8. Разработан маршрутный технологический процесс, выбраны оборудование, инструмент и приспособление для обработки заготовки.

Произведен расчет и назначение припусков на механическую обработку, а также выбраны режимы резания.

Спроектирован участок механической обработки изделия в условиях существующего цеха «КАРЗ-1» г. Кемерово; рассчитан экономический эффект изготовления детали; в специальной части рассмотрены методы хонингования отверстий шатуна.

Основным направлением развития машиностроения на современном этапе является увеличение выпуска продукции и рост ее качества при одновременном снижении трудовых затрат. Это обеспечивается путем совершенствования существующих и внедрения новых видов оборудования и технологических процессов, средств их механизации и автоматизации, а также улучшение организации и управления производством.

1. Служебное назначение и конструктивные особенности шатунов

Шатуны являются звеньями шатунно-кривошипных механизмов, главным образом поршневых двигателей внутреннего сгорания и компрессоров, где они служат для передачи силы от поршня и преобразования его возвратно-поступательного движения во вращательное движение коленчатого вала двигателя; в компрессорах наоборот — вращательное движение вала преобразуется в возвратно-поступательное движение поршня, осуществляющего сжатие воздуха для подачи его под давлением.

При работе шатуны подвержены действию значительных знакопеременных рабочих нагрузок и сил инерции. Для этого шатун должен обладать достаточной прочностью и жесткостью при наименьшей возможной массе.

Общность служебного назначения шатунов определяет их конструктивную общность: наличие большой (кривошипной) и малой (поршневой) головок, соединенных телом 1 с ребрами по периферии. Однако конструктивное выполнение этих элементов у шатунов может быть различным. Большинство шатунов имеет разъемные кривошипные головки, причем у автотракторных двигателей (у которых установка шатуна в картер через цилиндр затруднена из-за значительных размеров кривошипных головок) разъем выполняют под углом к плоскости симметрии шатуна для удобства его установки. Кривошипные головки шатунов крупных компрессоров в ряде случаев конструируют не только разъемными, но и отъемными от стержней, образующих тело шатунов.

При составных коленчатых валах с использованием подшипников качения, как в мотоциклетных двигателях, возможно применение неразъемных кривошипных головок шатунов. В кривошипные головки шатунов для снижения трения скольжения устанавливают вкладыши с антифрикционным покрытием.

Крышку 2 — отъемную часть кривошипной головки — базируют по плоскости разъема тела шатуна 1 и закрепляют посредством призонных болтов 4. Поршневую головку шатунов выполняют преимущественно неразъемной, в нее запрессовывают бронзовую биметаллическую (сталь-бронза) или с капроновой сетчатой лентой втулку. У крупных шатунов в некоторых случаях применяют вставные вкладыши, которые закрепляют специальными клиньями.

Тело шатунов обычно имеет двутавровое сечение и только у больших шатунов в ряде случаев круглое или квадратное сечение, причем внутри них может быть маслопроводное отверстие, соединяющее поверхности трения головок шатуна.

2. Выбор типа и организационной формы производства

Ввиду того, что программа производства шатунов двигателя ЯМЗ V8 составляет 32 000 шт./год и масса детали 25,6 кг., целесообразно назначить крупносерийный тип производства.

3. Проектирование технологического процесса изготовления шатунов

3.1 Выбор метода получения заготовки

3.1.1 Выбор материала заготовки

В качестве материалов для шатунов используют конструкционные среднеуглеродистые стали 40, 50 с НВ 210−255 и легированные стали 45Г2, 18ХНМА, 18Х2Н4ВА, 40ХН2МА, 18Х2Н4МА с НВ 177…350, а также высокопрочные чугуны и титановые сплавы.

В данном случае выбираем сталь 40ХН2МА, т. к. она больше других сталей подходит по своим свойствам и характеристикам. Из этой стали также изготавливаются: коленчатые валы, клапаны, шатуны, крышки шатунов, ответственные болты, шестерни, кулачковые муфты, диски и другие тяжело нагруженные детали.

Вид поставки: поковка и кованые заготовки по ГОСТ 1133–71; ГОСТ 8479–70.

В зависимости от температуры отпуска, ?С (200?600) твердость этой стали изменяется от НВ (525?275).

3.1.2 Технико-экономическое обоснование выбора заготовки

Детали типа шатун для дизельных двигателей ЯМЗ V8 изготавливаются штамповкой. При выборе оборудования, на котором будет производиться поковка изделия (КГШП или ГКМ), принимают среднюю базовую массу заготовки равной 5 кг.

1. Расчет трудоемкости данной заготовки:

КГШП ГКМ где и — трудоемкость соответственно данной и базовой заготовки:

(КГШП)=39 (ГКМ)=40

и — масса соответственно данной и базовой заготовки:

=5кг

где — коэффициент использования металла на четвертом переделе (при механической обработке):

(КГШП)=0,75 (ГКМ)=0,75

— масса детали: 26 кг.

=141,57 =145,2

2. Доля заработной платы в структуре себестоимости по базовому варианту:

где — технологическая себестоимость базовой заготовки:

(КГШП)=370 (ГКМ)=280

3. Затраты на заработную плату по данному варианту:

4. Технологическая себестоимость данного варианта изготовления заготовки:

=0,77*370*308,9=593,8 =0,77*280+233,7=449,3

5. Масса стружки, снимаемой с одной тонны заготовок:

6. Масса стружки, снимаемой с одной тонны заготовок (удаляемой с одной заготовки):

7. Технологическая себестоимость механической обработки одной тонны заготовок:

где — затраты на механическую обработку, отнесенные к одной тонне снимаемой стружки.

(КГШП)=370 (ГКМ)=280

=370*0,248=91,9 =280*0,248=69,5

8. Капиталовложения на стадии получения заготовки и механической обработки:

где — капиталовложения на механическую обработку, отнесенные к одной тонне снимаемой стружки:

(КГШП)=700 (ГКМ)=560

=700*0,248=173,95 =560*0,248=139,16

9. Масса исходной заготовки:

где — коэффициент использования металла на третьем (заготовительном переделе): 0,78

10. Масса отходов:

11. Стоимость отходов с одной тонны заготовок:

где — цена одной тонны отходов: 30

=0,41*30=12,3

12. Приведенные затраты по двум переделам:

(КГШП) =(593,8+91,94)+0,15(700+173,95)-12,3=804,53

(ГКМ) =(449,3+69,58)+0,15(560+139,16)-12,3=611,45

Исходя из значений формулы, приведенной в п. 12 можно сделать вывод, что сначала поковка изготавливается на ГКМ, а затем последние операции штамповки на КГШП.

3.2 Выбор баз и последовательность обработки поверхностей заготовок шатунов

При изготовлении шатунов обрабатывают торцы головок, базируя заготовку по противолежащим торцам — установочной базе и наружной поверхности, используемой в качестве направляющей и опорной баз. Обработанные торцы головок заготовки шатуна служат установочными технологическими базами для последующих операций. Поэтому торцы головок шатуна должны лежать в одной плоскости с допуском около 0,04 мм., что достигается шлифованием, а в ряде случаев — предварительным фрезерованием. Аналогично обрабатывают и крышки шатунов, если они изготавливаются из отдельных заготовок.

Для создания комплекта технологических баз протягивают площадки на весовых бобышках заготовок шатунов и боковых поверхностях поршневой и кривошипной головок, а также опорные площадки подготовки болтов и гаек.

После этого заготовки шатунов в зависимости от их конструкции обрабатывают по-разному. Предварительно обрабатывают отверстие в поршневой головке под втулку. Если шатун изготавливают из цельной заготовки, то в кривошипной головке заготовки предварительно обрабатывают овальное отверстие в виде двух полуотверстий, межцентровое расстояние между которыми превышает ширину фрезы, используемой для отрезания крышки у шатуна после клеймения (вместо фрезы можно применять пилу от ленточнопильного станка).

При отдельных заготовках полуотверстия под вкладыши в шатуне и крышке протягивают отдельно у каждой детали, также как и плоскости стыков. Выполняется операция по обработке стыков и у цельной заготовки шатуна с крышкой, причем заготовку предварительно протягивают или сразу шлифуют. Далее осуществляют сверление, рассверливание, зенкерование снятие фасок в отверстиях под болты в коренных головках заготовок шатунов и крышек, а также фрезеруют пазы под замки вкладышей. Соединяют опорные площадки по плоскостям стыка, окончательно совместно обрабатывают отверстия под болты и продувают их. Устанавливают и затягивают болты. Предварительно зенкеруют или растачивают отверстие шатунной головки. Окончательно шлифуют торцы головок и размагничивают собранный шатун. Зенкеруют, растачивают и снимают фаски в отверстии шатунной головки, сверлят маслопроводное отверстие. Производят чистовые растачивания отверстия в поршневой головке, промывку, продувку, контроль и запрессовку втулки, уплотняют ее проглаживанием. Затем подгоняют массу шатуна, выполняют тонкое растачивание отверстий в обеих головках, хонингование отверстия в шатунной головке, клеймение, промывку, контроль и демагнитизацию.

3.3 Принципиальная схема технологического процесса

Перед началом проектирования все поверхности должны быть разделены на две группы:

— основные — поверхности, обеспечивающие выполнение деталью своего функционального назначения и определяющие форму детали.

— вспомогательные — поверхности, выполняющие вспомогательные функции (крепежные отверстия, отверстия под пробки и т. п.)

Назначение методов и видов обработки по поверхностям.

Условия назначения методов и видов обработки:

— количество видов обработки каждой поверхности должно быть минимальным, обеспечивающим заданную точность и шероховатость поверхности детали.

— количество методов обработки поверхности детали должно быть минимальным с целью использования наименьшего количества моделей технологического оборудования и типа размеров оснастки, а также с целью максимальной концентрации элементарных переходов по технологическим операциям.

3.4 Формирование принципиальной схемы на уровне этапов

Количество этапов механической обработки детали определяется количеством видов обработки поверхности, имеющей наивысшую точность либо наименьшую шероховатость поверхности.

3.5 Предварительное выделение технологических операций на уровне компоновочных схем

Операция 05 — отрезная Разрезка заготовки Операция 10 — вертикально-фрезерная Фрезерование поверхности 10

Операция 15 — предварительная сборка Сборка шатуна с крышкой с помощью специальных скоб Операция 20 — горизонтально сверлильная Сверление отверстий под болты Зенкерование Развертывание Резьбонарезание Операция 25 — сборочная Сборка шатуна с крышкой с помощью болтов Операция 30 — вертикально-фрезерная с ЧПУ Черновое фрезерование поверхности 5

Черновое фрезерование поверхности 2

Черновое фрезерование поверхности 1

Черновое фрезерование поверхности 6

Черновое фрезерование поверхности 4

Черновое фрезерование поверхности 3

Операция 35 — вертикально-расточная с ЧПУ Черновое растачивание поверхности 7

Черновое растачивание поверхности 8

Получистовое растачивание поверхности 7

Получистовое растачивание поверхности 8

Чистовое растачивание поверхности 7

Чистовое растачивание поверхности 8

Операция 40 — вертикально-фрезерная с ЧПУ Чистовое фрезерование поверхности 5

Чистовое фрезерование поверхности 2

Чистовое фрезерование поверхности 1

Чистовое фрезерование поверхности 6

Чистовое фрезерование поверхности 4

Чистовое фрезерование поверхности 3

Операция 45 — вертикально-фрезерная с ЧПУ Фрезерование фасок поверхности 5

Фрезерование фасок поверхности 1

Фрезерование фасок поверхности 6

Фрезерование фасок поверхности 3

Операция 50 — вертикально-хонинговальная Хонингование поверхности 7

3.6 Выбор оборудования и инструмента

На данном этапе производится выбор инструмента в зависимости от перехода и операции, а также оборудования.

3.7 Маршрутный технологический процесс

На данном этапе в зависимости от условий выбора выбираем модель оборудования на котором будем производить обработку заготовки.

3.8 Расчет режима фрезерования

Для обработки поверхности 6 требуется торцевая насадка фрезы со вставными ножами из твердого сплава, отвечающая (фреза) требованиям — ГОСТ 9473–80.

Технические требования — ГОСТ 24 360–80.

Из ГОСТа определяем основные данные фрезы:

D — диаметр фрезы — 250 мм.

B — высота фрезы — 45 мм.

d — диаметр внутреннего (посадочного) отверстия фрезы — 50 мм.

Z — число зубьев — 26

Скорость резания при черновом фрезеровании:

V=(Cv/TmtxSy)*Kv

где Сv — коэффициент учитывающий условия обработки — 64,7

Т — период стойкости фрезы — 240 мин.

t — глубина резания — 3 мм.

S — подача на 1 оборот фрезы 1,5 мм/об.

m — показатель степени — 0,2.

х — показатель степени — 0,1.

y — показатель степени — 0,2.

Кv — поправочный коэффициент.

Кv=Kmv*Knv*Kuv

где Kmv — коэффициент учитывающий качество обрабатываемого материала:

Kmv=KГ (750/хВ)nv

где КГ — коэффициент для материала инструмента из быстрорежущей стали — 1.0

хВ — предел прочности — 750 МПа

nv — показатель степени при обработке фрезами из быстрорежущей стали — 0.9

Кmv=1*(750/750)0,9=1

Кnv — коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки — 0,8

Кuv — коэффициент, учитывающий материал инструмента — 1

Kv=1*0.8*1=0.8

Cv=64,7/(2400.2*30.1*1.5.0.2)*0.8=14.4 мм/мин Скорость резания при чистовом фрезеровании поверхности 6.

V=(Cv/TmtxSy)*Kv

где t глубина резания — 1 мм.

S — подача на 1 оборот фрезы — 1 мм/об

V=64.7/(2400.2*10.1*10.2)*0.8=17.3 мм/мин.

3.9 Расчет допусков, предельных отклонений и припусков на поковки

Штамповочное оборудование — кривошипный горячештамповочный пресс.

Нагрев заготовки — индукционный.

Исходные данные по детали:

— материал — сталь 40ХН2МА по ГОСТ 1133– — 71: C — 0.4%; Mn — 0.7%; Si — 0.3%; Cr — 0.8%; Ni — 1.5% Mo — 0.2%.

— масса детали: 25,6 кг.

Исходные данные для расчета:

— масса поковки (расчетная): 33,28 кг Расчетный коэффициент: Кр=1,3

25,6*1,3=33,28

— класс точности: — Т5

— группа стали: — М2

Средняя массовая доля углерода в стали 40ХН2МА: 0,45% С: суммарная массовая доля легирующих элементов — 10,7% (0,7% - Mn; 0.3% - Si; 0.8% - Cr; 1.5% - Ni; 0.2% - Mo)

— степень сложности: С3

Размеры описывающие поковку фигуры (параллелепипед), мм:

— длина (определяется графически) — 620

— высота (определяется графически) — 79

— ширина определяется графически) — 266

Масса описывающей фигуры.

1,033*62*7,9*26,6*7,85=111,7 кг

Gп: Сор=33,28/111,7=0,29

технологический процесс шатун заготовка

— конфигурация поверхности разъема штампа — П (плоская)

— исходный индекс — 19

Припуски и кузнечные напуски:

— основные припуски на размеры:

3,8 — толщина 74 мм и чистота поверхности — 3,2

3,8 — толщина 79 мм и чистота поверхности — 3,2

3,5 — диаметр 156 мм и чистота поверхности — 1,6

3,5 — диаметр 88 мм и чистота поверхности — 0,32

— дополнительные припуски, учитывающие смещение поковки на поверхности разъема штампа:

2,0 — диаметр 88 мм.

2,0 — диаметр 156 мм.

Отклонения межцентрового расстояния на размер 400 -2,0 мм.

Отклонение от прямолинейности 1,0 — толщина 79 мм.

1,0 — толщина 74 мм.

— штамповочный уклон на наружной поверхности — не более 7о, — принимаем 7о На внутренней поверхности — не более 10о, принимаем 10о.

Размер поковки и их допускаемые отклонения:

— размеры поковки, мм толщина 74+(3,8+1)*2=83,8 принимаем 84

толщина 79+(3,8+1)*2=88,6 принимаем 88,5

диаметр 88-(3,5+2+2)*2=73 принимаем 73

диаметр 156-(3,5+2+2)*2=141 принимаем 141

— радиус закругления наружных углов: 5,0 мм

— допускаемые отклонения размеров, мм Толщина Диаметр

Толщина Диаметр

— неуказанные предельные отклонения размеров — по IT 14.

— неуказанные допуски радиусов закругления по. п. 523 ГОСТ 7505– — 89

— допускаемая величина смещения по поверхности разъема штампа — 1,4 мм.

— допускаемое отклонение оси плоскостности и прямолинейности — 2,0 мм

— допускаемая величина остаточного или срезанной кромки — 1,6 мм.

— допускаемое отклонение межцентрового расстояния ±2,0 мм

3.10 Специальная часть

3.10.1 Выбор методов и режимов хонингования отверстий

Хонингование снижает отклонение формы и повышает размерную точность, уменьшает параметр шероховатости, сохраняет микротвердость и структуру поверхности (поверхностного слоя), увеличивает несущую поверхность и остаточную сжимающие напряжения.

Наибольшая эффективность достигается алмазным хонингованием. Износ алмазно-металлических брусков по сравнению с абразивными уменьшается в 150−250 раз, благодаря чему упрощается наладка и стабилизируется качество обработки. Хонингованием обрабатывают детали из стали, чугуна и цветных металлов, преимущественно отверстия (сквозные и глухие, с гладкой и прерывистой поверхностью, цилиндрические и конические, круглые и некруглые), диаметром 6−1500 мм, длиной от 10 мм до 20 метров.

При хонинговании абразивным бруском совершается возвратно-поступательное и вращательное движение, в результате которых на обработанной поверхности абразивными зернами образуются царапины.

При хонинговании в резании одновременно участвуют большое число абразивных зерен, в результате чего обеспечиваются высокая производительность, низкие давление и температуру в зоне резания (50−150оС). И, как следствие, сохранение исходной структуры поверхностного слоя. Бруски работают в условиях самозатачивания и не требуют правки.

В основе построения технологической наладки лежит необходимость сохранения в процессе хонингования положения оси обрабатываемого отверстия детали после предыдущей операции обработки. Это условие определяет способ крепления инструмента и детали.

На чертеже показаны схемы крепления инструмента и детали. Первая схема предусматривает жесткое крепление хонинговальной головки и плавающее крепление хонинговальной в детали в приспособлении (а). этот способ хонингования значительно упрощает конструкцию головки и не требует точного центрования обрабатываемой детали по оси шпинделя станка. Конструкция зажимного приспособления также значительно упрощается, так как деталь не зажимается, а лишь ограничивается от поворота, вызываемого крутящим моментом. При «плавающем» положении детали почти полностью исключается деформация, возникающая при зажиме детали. Это повышает точность хонингуемого отверстия. Этот способ применим для деталей, у которых нижняя и верхняя опорная плоскости параллельны между собой и перпендикулярны оси обрабатываемого отверстия.

Второй способ предусматривает жесткое крепление хонинговальной головки и обрабатываемой детали в плавающем приспособлении (б). этот способ применим для обработки мелких среднегабаритных деталей имеющих одну опорную базу, перпендикулярную оси отверстия.

При обработке тяжелых корпусных деталей или деталей с отверстиями малого диаметра и большой глубины при L: d=2,5, а также на станках с малой жесткостью шпинделя применяется шарнирное крепление хонинговальной головки на шпинделе станка и жесткое крепление обрабатываемой детали. В тех случаях, когда наладкой обеспечивается точное центрование детали при отклонении от соосности шпинделя станка и обрабатываемого отверстия, не превышающем 0,03−0,05 мм, применяется одношарнирное крепление хонинговальной головки (в); если отклонение от соосности шпинделя и отверстия детали превышает 0,05 мм необходимо использовать двух шарнирное крепление головки и жесткое крепление детали (г). Шарнирное крепление хонинговальной головки не может исключить влияние отклонения от соосности инструмента и отверстия на геометрические параметры хонингуемые отверстия.

Принудительный отвод от оси шпинделя приведет к увеличению радиального давления брусков на участках входа и выхода инструмента из отверстия и ухудшению геометрических параметров обрабатываемого отверстия. Поэтому при обработке длинных и точных отверстий (гильзы, цилиндры блоков) в тех случаях, когда трудно обеспечить допуск соосности шпинделя и обрабатываемого отверстия, кроме двух шарнирного крепления хонинговальной головки используется «плавающее» крепление обрабатываемой детали или режущих брусков.

Простейшая конструкция жестко закрепленной хонинговальной головки состоит из корпуса 3, несущего режущие бруски, штанги 3 с коническим хвостовиком, соединяющим головку со станком, и штока 1, который получает осевое перемещение оси механизма подачи станка и раздвигает конусами 4 режущие бруски 5. В процессе хонингования осуществляется три основных рабочих движения:

1. радиальный разжим

2. вращение

3. возвратно — поступательное движение режущих брусков.

Несмотря на постоянные радиальные силы разжима брусков, они работают в условиях непрерывно изменяющихся давлений. В начальный период касания брусков с вершинами гребешков грубо обработанной поверхности давления сильно возрастает, вызывая увеличенный съем. По мере увеличения контакта поверхности бруска с деталью давления уменьшаются, интенсивность съема и параметр шероховатости обрабатываемой поверхности снижается.

Станок или специальный патрон должны обеспечивать цикл хонингования по следующей программе: быстрое движение брусков до касания с поверхностью отверстия после ввода инструмента в отверстие подача брусков с малым радиальным давлением 0,2−0,4 МПа для обработки в течение 2−3 сек; подача с давлением 1,2−1,5 МПа для снятия оставшегося припуска по гладкой поверхности; быстрый отвод брусков перед выводом инструмента из отверстия.

Для чистовых операций конце цикла хонингования вводят выхаживание при давлении 0,2−0,4 МПа. При обработке маложестких тонкостенных деталей (типа гильз) целесообразно хонингование вести с не постоянным радиальным давлением, с принудительной радиальной подачей брусков.

Снимаемый припуск и выбор операций зависят от того, на сколько нужно повысить точность формы отверстия и уменьшить параметр шероховатости. Если основная цель операции сводится к уменьшения отклонений формы отверстия, припуск устанавливается по разности между отклонениями формы отверстия в исходном состоянии и заданными отклонениями. После установления общего припуска назначают число операций, распределяют припуск по операциям и подбирают характеристику режущих брусков: обработка в несколько операций вызвана невозможностью обеспечить большой съем металла и одновременно низкий параметр шероховатости поверхности одними и теми же брусками. Большой припуск при хонинговании можно снять крупнозернистыми брусками, которые, срезая металл, сохраняют параметр шероховатости поверхности, необходимый для самозатягивания брусков. Поэтому основной припуск следует снимать на первой операции. На чистовых операциях припуск должен быть достаточным лишь для удаления шероховатости поверхности после предварительного хонингования. Параметр шероховатости поверхности Ra=0,4−0,8 мкм надежно обеспечивается одной операцией хонингования. В условиях поточного производства для получения меньшего параметра шероховатости рекомендуется осуществлять хонингование в две операции и более.

Алмазный инструмент на металлической связке применим для обработки деталей из чугунов и закаленных сталей со снятием больших припусков (0,05 мм и выше), из твердых сплавов, для хонингования на автоматическом цикле с применением активного контроля, для обработки отверстий диаметром до 10 мм, нескольких деталей пакетом, шлицевых разобщенных поверхностей.

Для обработки деталей из стали, чугуна и цветных металлов может быть также применен абразивный инструмент. При чистовом хонинговании с получением параметра шероховатости Ra=0,1−0,2 мкм и выше следует применять алмазные бруски зернистостью 80/63 на эластичной связке Р11.

Число режущих брусков в хонинговальной выбирают максимальным. Наиболее эффективно снижает отклонения формы хонинговательная головка с четным числом (8,6,4,2) диаметрально расположенных брусков по окружности. В этом случае бруски работают попарно, шток радиальной подачи брусков разгружается от одностороннего действия радиальных сил, отжимающих хонинговальную головку.

Длину l брусков выбирают в зависимости от длины обрабатываемого отверстия. Меньшее отклонение формы отверстия достигается при l=(0,5−0,75)L

Для обработки деталей с точностью 6-го-8-го квалитета при L

Длина выхода брусков соответствует примерно 1/3 l. От длины выхода бруска из отверстия зависит отклонения от цилиндричности отверстия. Если отверстие до хонингования имеет форму конуса, необходимо увеличить выход брусков до? l со стороны меньшего диаметра и соответственно уменьшить длину выхода брусков с противоположной стороны.

При наличии однообразности отверстие детали выход брусков следует уменьшить до (¼−1/6)l. В случае бочкообразности отверстия выход брусков необходимо увеличить до (½ — 2/3) L. Окончательную длину выхода брусков уточняют в процессе наладки в зависимости от характера и отклонений формы отверстия до хонингования, качества брусков и других технологических условий. Ширину брусков выбирают с учетом числа одновременно работающих брусков в хонинговальной головке. Отклонение режущей поверхности брусков к обрабатываемой поверхности отверстия должно быть равно 0,5 — 0,6 при хонинговании гладких отверстий и 0,8 — 1,0 при хонинговании шлицевых отверстий. Для детали малой жесткости это отношение выбирают минимальным.

При обработке глухих отверстий необходимо предусматривать канавку для выхода брусков. Если по конструктивным соображениям ширина канавки не может превышать 5 мм, то для устранения сужения отверстия в нижней части станок оборудуют устройствами для замедления скорости продольного хода и выдержки вращающегося хона в конце каждого хода. При снятии малых припусков (до 0,02 мм на диаметр) отверстия можно хонинговать без замедления продольного хода короткими брусками, так как они изнашиваются более равномерно. Длина брусков должна быть примерно в 2 раза меньше обрабатываемого отверстия. Многорядные отверстия хонингуют различными способами. Если обрабатываемые отверстия расположены близко друг к другу, то следует применять хонинговальную головку с длинными абразивными брусками, которые при каждом ходе последовательно обрабатывают все отверстия.

Во избежание отклонений формы отверстия и неравномерного изнашивания брусков необходимо хорошо направлять хонинговальную головку. Длину брусков выбирают такую, что бы при выходе в обрабатываемое отверстие они направлялись одним или двумя обработанными отверстиями.

Для отверстий отстающих одно от другого на большом расстоянии, применяют хонинговальные головки с многорядным расположением абразивных брусков. Отверстия должны иметь допуски соостности 0,01 мм. Если обрабатываемые отверстия имеют различную длину, то для каждого их них подбирают соответствующую длину Lx хода абразивных брусков. При этом следует по возможности, для каждого отверстия выдержать условия L/l? ? и Lb = 1/3 L, где L, l, Lb — соответственно длины бруска, отверстия и выхода брусков из отверстия.

При обработке точных отверстий со снятием малых припусков (0,01 — 0,015 мм) каждое отверстие обрабатывают отдельно хонинговальной головкой с короткими брусками.

В тех случаях, когда при хонинговании нужно устроить отклонения от соостности двух коротких отверстий, далеко разнесенных друг от друга, целесообразно осуществлять хонингование «в линию». Для этого применяют головки с режуще-направляющими брусками, которые позволяют сохранить во время хонингования постоянный контакт брусков с двумя опорами. Режуще-направляющие бруски имеют 3 участка: — в середине режущей и по краям направляющие. Длина направляющих участков равная 1/3 длины режущей части, соответствует длине выхода брусков в процессе хонингования. Режущие и направляющие пластины закрепляют на одной металлической державке и представляют еденный брусок. Направляющие пластины изготавливают из бронзы того же состава, что и связка алмазно-металлических режущих пластик. В процессе хонингования режущий и направляющий участки бруска работают в одинаковых условиях и изнашиваются одинаково, постоянно находясь в контакте с двумя обрабатываемыми отверстиями в любом положении головки. Этим обеспечивается взаимное выравнивание положения двух осей обрабатываемых отверстий при хонинговании.

Для обработки шлицевых и других прерывистых поверхностей требуется хонинговальная головка с шириной брусков в 2−2 раза превышающей ширину паза. Алмазные бруски состоят из металлического без алмазного слоя и алмазно-ностного слоя.

При установке и креплении брусков важно предотвратить разновысотность брусков в одном комплекте. Необходимо, чтобы режущие поверхностности брусков при сборе в хонинговальной головке располагались по одной окружности. Алмазные бруски можно считать подготовленными к хонингованию лишь в том случае, если поверхность контакта алмазных брусков с обрабатываемым отверстием будет составлять не менее 60% номинальной режущей поверхности алмазных брусков и будет обеспечен полный контакт по всей длине бруска.

Алмазно-металлический брусок состоит из металлической стальной державки, на которую напаивается алмазно-металлическая пластинка. Верхний алмазоносный слой пластины имеет толщину 0,6 — 4 мм и наружный радиус, соответствующий радиусу хонинговального отверстия. Нижний алмазный слой имеет толщину 2 — 2,5 мм. Прочность крепления алмазно-металлической пластины к державке во многом зависит от толщины и твердости без алмазного слоя.

Чтобы исключить в процессе хонингования деформацию пластины, вызывающую отрыв пластинки от башмака, желательно, чтобы твердость алмазного слоя была не менее HB 90 и толщина не менее 2 мм.

Установка и припаивание одновременно всего комплекта брусков должны выполняться в специальном приспособлении. После пайки для более точного расположения бруски прирабатываются в сборе с хонинговальной головкой. Приработка производится притирочной пастой на хонинговальном станке по отверстию хонингуемой (бракованной) заготовки при условии равенства окружной скорости и скорости рабочего хода. Притирочной пастой является абразивный порошок из зеленого карбида кремния зернистостью 5, смешанный тавотом в пропорции 1:2. Пасту наносят кисточкой на алмазные бруски. Приработка алмазных брусков производится до тех пор, пока площадь контакта не достигнет 60−70%. Продолжительность притирки комплекта брусков составляет 10−15 минут. Алмазные бруски на эластичной связки P 11 приклеиваются к металлической державке эпоксидной смолой.

Режимы хонингования назначаются с выбора скорости возвратно-поступательного движения головки. Большинство моделей станков допускают хонингование со скоростью продольной подачи Yпр = 12? 20 м/мин. Для уменьшения инерциальных нагрузок при хонинговании коротких деталей применяют меньшие скорости поступательного движения (перемещения). Для выбора числа двойных ходов головки в минуту можно принимать следующие скорости поступательного движения в зависимости от требуемой длины хода:

· 18−20 м/мин при длине хода больше 150 мм

· 12−16 м/мин при длине хода 100−150 мм

· 8−12 м/мин при длине хода 50−100 мм

· 5−8 м/мин при длине хода меньше 50 мм Длина хода инструмента Lx = l + 2Lb — L. После назначения Yпр необходимо выбрать скорость вращения головки Yвр. На производительность резания и параметр шероховатости хонингованной поверхности влияет отношение K = Yвр/Yпр. С уменьшением значения K повышается интенсивность самозатачивания брусков и растет производительность резания, но увеличивается параметр шероховатости. При увеличении значения K бруски скорее притупляются, заглаживаются, но уменьшается параметр шероховатости поверхности. Поэтому при хонинговании с большим припуском и небольшими требованиями к шероховатости поверхности следует K принимать, возможно, меньшим; при чистовом хонинговании K выбирают наибольшим.

Пропорциональное повышение Yвр и Yпр увеличивает производительность резания: при этом параметр шероховатости поверхности изменяется мало.

Изменением соотношения между скоростями вращения и продольного перемещения можно регулировать протекание процесса хонингования в желаемом направлении.

Для уменьшения изнашивания недостаточно твердых брусков следует повышать отношение K, т. е. уменьшать угол Ь, снижая скорость поступательного движения.

Для уменьшения самозатачивания брусков повышенной твердости угол Ь пересечения абразивных царапин следует повышать, прежде всего, увеличением скорости продольного перемещения, а затем снижением скорости вращения, а затем снижением скорости вращения головки.

При обработке глухих отверстий и отверстий малого диаметра хонинговальной головке целесообразно сообщить дополнительное осциллирующее движение с частотой 350−650 ход/мин. После выбора значений Yвр и Yпр устанавливают радиальное давление брусков, определяющие поперечные подачи за каждый ход головки.

Для улучшения использования режущего инструмента, повышения точности обработки и снижения шероховатости поверхности радиальные давления не следует увеличивать более 1,4 МПа при использовании абразивных брусков. Станок должен иметь двух ступенчатую систему разжима брусков; в начале операции (первые 2−5 сек), когда бруски работают по шероховатой поверхности целесообразно, чтобы радиальное давление не превышало 0,3−0,4 МПа с последующей автоматическим переключателем на повышенное давление.

4. Проектирование инструмента

Для того чтобы производить обработку вращательным движением резца, резец должен быть жестко соединен со шпинделем или радиальным суппортом планшайбы. У расточных станков резец не может быть непосредственно закреплен на расточном шпинделе или суппорте планшайбы. Для этой цели необходимо иметь переходный инструмент, который принято называть вспомогательным инструментом.

Вспомогательные инструменты, применяемые для закрепления режущих инструментов при растачивании, могут быть подразделены на 3 группы: концевой инструмент; двух опорный; расточные оправки.

Расточная оправка состоит из цилиндрической части 1 и конического (конус Морзе 5) хвостовика 2 с лапкой 3. Резец устанавливается в цилиндрическую часть под углом 60° к оси инструмента и закрепляется двумя болтами. Цилиндрическая часть изготовлена из стали 40.

В качестве материала режущей части расточного резца применяется быстрорежущая сталь, металлокерамические минералокерамические инструментальные материалы Быстрорежущая сталь Р9 или Р18 имеет мировое применение и обладает наилучшими режущими свойствами.

По конструкции расточные оправки условно можно разделить на 2 вида оправки с односторонним и двусторонним расположением однолезвийного инструмента и оправки для многолезвийного инструмента. Большое значение имеет жесткость консольных оправок, особенно для чернового растачивания, когда снимается значительный слой металла и оправки испытывают большие напряжения изгиба.

Во время работы оправка испытывает совместное действие крутящего и изгибающего моментов, которые зависят от усилий резания и влияют на стабильность первоначальной точности оправки. Поэтому необходимо учитывать допускаемое соотношение вылета и диаметра оправки, гарантирующая точность ее положения при работе. Это соотношение выводится из условия, что напряжения, возникающие от действия внешних сил, не превышает предела упругости, т. е. деформации оправки исчезают со снятием нагрузки.

Размеры углов для черновой обработки: ц = 60°, ц1 = 10?15°

Размеры углов для чистовой обработки: ц = 90°, ц1 = 0°?30°

При конструировании расточного инструмента с использованием державочных резцов рекомендуется предусматривать механизм регулирования положения резца в оправке. Положение резцов в расточных оправах определяют при конструировании резца (инструмента) с учетом условий крепления резца, параметров оправки, возможности использования элементов регулирования и характера обработки. В зависимости от угла наклона резца в оправке назначаются соответствующие углы в плане (см. рис. выше). Копиретные углы заточки назначают с учетом условий обработки и свойств обрабатываемого материала.

5. Охрана труда

Освещение промышленных предприятий.

Зрение является важнейшим источником информации, поступающей в мозг человека из внешней среды. На машиностроительном предприятии оптимальности визуальной информации может быть обеспечена лишь при наличии рационального освещения помещений и рабочих мест. Правильное устроенное освещение обеспечивает хорошую видимость и создает благоприятные условия труда. Недостаточное освещение вызывает преждевременное утомление, притупляет внимание работающего, снижает производительность труда, ухудшает качественные показатели и может оказаться причиной несчастного случая.

При проектировании естественного и искусственного освещения в производственных и вспомогательных зданиях и помещениях, а также искусственного освещения на территории предприятий надлежит руководствоваться требованиями строительных норм и правил по проектированию естественного и искусственного освещения, также требованиями отраслевых норм проектирования освещения, разработанных и утвержденных в установленном порядке.

Нормальные условия работы в производственных помещениях могут быть обеспечены лишь при достаточном освещении рабочих зон, проходов и проездов.

Рабочие зоны освещаются в такой мере, чтобы рабочий имел возможность хорошо видеть процесс работы, не напрягая зрения и не наклоняясь для этого к инструменту и обрабатываемому изделию, расположенным на расстоянии не далее 0,5 м от глаза. Освещение не должно создавать резких теней или бликов, оказывающих слепящее действие. Необходимо также защищать глаза рабочего от прямых лучей источников света.

Проходы и проезды освещаются так, чтобы обеспечивалась хорошая видимость элементов, здания и оборудования, сложенных на полу заготовок и деталей, движущегося внутризаводского транспорта. Недостаточное освещение проходов и проездов может быть причиной травмирования рабочего в результате удара о выступающие элементы конструкции здания или падения при задевании о лежащие на полу предметы.

Освещение, обеспечивающее нормальные зрительные условия работы, является важным фактором в организации производства. В процессе работы человеку приходится различать всевозможные предметы, материалы, детали, в машиностроении — структуру материала, чистоту обработки поверхности детали, деление шкалы измерительного инструмента при замере точности обработки и т. п.

При недостаточной или значительно изменяющейся освещенности или условий видимости органам зрения приходится приспосабливаться; это возможно благодаря свойствам глаз — аккомодации и адаптации.

Аккомодация — это способность глаза приспосабливаться к ясному видению предметов, находящихся от него на различных расстояниях.

Адаптация — это способность глаза изменять чувствительность при изменении условий освещения.

Ослепление слишком ярким источником света, частая переадаптация утомляют глаза. Это может привести к профессиональным заболеваниям и способствовать увеличению числа несчастных случаев, так как длительность процесса адаптации глаза в зависимости от разностей яркостей может продолжаться до нескольких минут. При этом в первый момент человек практически ничего не видит, что представляет большую опасность. Сильное ослепление вызывает раздражение и резь в глазах, головные боли и может привести к повреждению органов зрения.

Требуемый уровень освещения определяется степенью точности зрительных работ. Для рациональной организации освещения необходимо не только обеспечить достаточную освещенность рабочих поверхностей, но и создать соответствующей качественные показатели освещения. К качественным характеристикам освещения относятся равномерность распределения светового потока, блескость, контраст объекта с фоном и т. д. Световое излучение оказывает влияние на организм человека и может изменить частоту пульса, интенсивность некоторых процессов обмена веществ, общее нервно-психологическое состояние. Оптимальные световые условия оказывают благоприятные воздействия на активность человека и его работоспособность.

Естественное освещение.

Естественное освещение используется в дневное время суток. Оно обеспечивает хорошую освещенность, равномерность: вследствие высокой диффузии (рассеивания) благоприятно действует на зрение и экономично. Помимо этого солнечный свет оказывает биологически оздоровляющее и тонизирующее воздействие на человека.

Первичным источником естественного (дневного) света является Солнце, излучающее в мировое пространство мощный поток световой энергии. Эта энергия достигает поверхности земли в виде прямого или рассеянного (диффузного) света. В светотехнических расчетах естественного освещения помещений учитывается только диффузный свет.

Величина естественной наружной освещенности имеет большие колебания, как по временам года, так и по часам суток. Значительные колебания величин естественной освещенности в течение дня зависит не только от времени суток, но и от перемены облачности.

Таким образом, источники естественного света обладают особенностями, которые создают резко изменяющиеся условия освещения помещений. Задача проектирования естественного освещения помещений сводится к рациональному использованию имеющихся в данном районе природных световых ресурсов.

Естественное освещение помещений осуществляется через световые проемы и может быть выполнено в виде бокового, верхнего или комбинированного.

Боковое — осуществляется через окна в наружных стенах здания;

Верхнее — через световые фонари, располагаемые в перекрытиях и имеющие различные формы и размеры.

Комбинированное — через окна и световые фонари.

При естественном освещении распределение освещенности по помещению в зависимости от вида освещения характеризуется кривыми, показанными на чертеже.

Кривые естественной освещенности помещений надо учитывать при расстановке оборудования, с тем, чтобы оно не затеняло рабочих мест, наиболее удаленных от световых проемов.

Естественное освещение в помещении определяется коэффициентом естественной освещенности (КЕО) — ?, представляющим собой выраженное в процентах отношение освещенности какой-либо точки помещения к точке на горизонтальной плоскости вне помещения, освещенной рассеянным светом всего небосвода, в тот же самый момент времени:

Е вн

? = —————- · 100, где Е нар Е вн — освещенность точка внутри помещения.

Е нар — освещенность точка вне помещения.

Точка для замера освещенности внутри помещения определяется: при боковом освещении на линии пересечения: при боковом освещении на линии пересечения вертикальной плоскости характерного разреза помещения (оси оконного проема и т. п.) и горизонтальной плоскости, находящейся на высоте 1,0 м от пола и на расстоянии, наиболее удаленном от светового проема; при верхнем освещении или комбинированном (боковом и верхнем) — на линии пересечения вертикальной плоскости характерного разреза помещения и горизонтальной плоскости на высоте 0,8 м от пола.

Коэффициент естественной освещенности устанавливается нормами и при боковом освещении определяется как минимальный — L мин, а при верхнем и комбинированном как средний — L ср.

При определении необходимой естественной освещенности рабочих мест в производственных помещениях, помимо коэффициента естественной освещенности, надлежит учитывать глубину помещения, площади пола, окон и фонарей, затенение окон противостоящими зданиями и др. Учет влияния этих факторов производится поправочными коэффициентами приложения 2 СН и П II-А. 8−72. Воспользовавшись данным приложением можно определить площадь световых проемов (окон или фонарей) здания.

6. Проектирование механического участка

Характерной особенностью внутрицехового и межцехового транспорта является непосредственное воздействие на ход основного технологического процесса. Механизация и автоматизация транспортных операций внутри цехов осуществляется путем рационального применения комплексов различных видов грузоподъемного и транспортного оборудования.

Развитие и техническое перевооружение внутрицехового и межоперационного транспорта проводится путем совершенствования автономно-действующего подъемно-транспортного оборудования, встраивания высокопроизводительных транспортных средств в технологические линии в качестве основных элементов, создание комплексных транспортных систем, увязанных с выполнением основных технологических операций и внедрение новых, более совершенных методов организации подъемно-транспортных работ.

Выбор и расчет использования средств механизации транспорта делается на основе анализа режима работы производственного участка, расчета потребного количества подъемно-транспортных операций, их нормирования по трудозатратам и габаритно-весовым характеристикам грузов. Это делают возможность применять экологически обоснованные рациональные комплекты подъемно-транспортных средств, приспособленных к характеристикам грузов и режиму выполнения подъемно-транспортных операций на данном производственном участке.

В настоящее время ведутся работы по созданию транспортных систем с дистанционным управлением и с адресованием груза по операциям технологического процесса. Такие системы, оснащенные устройствами, позволяющими осуществлять автоматическую погрузку и разгрузку тары с деталями на приемно-отправочных станциях, установленных у рабочих мест и на контрольно-диспетческих пунктах, позволяют комплексно механизировать выполнение всех транспортных и распределительных работ на технологически замкнутых участках и групповых поточных линиях обработки.

По мере развития методов групповой обработки деталей такого рода транспортные системы находят самое широкое применение в мелкосерийном и единичном производстве, где решение вопросов механизации и автоматизации внутрицеховой и межоперационной транспортировки представляет особую сложность.

Разработан ряд схем автоматизации межоперационных транспортных систем. На чертеже показана схема применения напольной каретки-оператора с адресованием, работающей в сочетании с механизированным складом заготовок и готовых деталей. Основным элементом данной автоматизированной системы для организации работы на участках является каретка-оператор, выполненная на базе электрической аккумуляторной тележки. На тележке смонтированы рольганги, перемещающие тару с деталями. Рабочие места станочников оснащены приемными столами, имеющими две рольганговые секции. Одна секция имеет наклон в сторону станка и служит для приемки тары, вторая секция имеет наклон в сторону кареткиоператора и предназначена для выдачи тары в каретку.

Аналогичные приемные столы установлены для приемки и выдачи тары на складе. Пульт управления расположен на каретке. Управление кареткой может быть осуществлено дистанционно, из диспетчерского пульта. Передача тары со склада на рабочие места, между рабочими столами и на склад осуществляется следующим образом: по команде диспетчера каретка адресуется в заданный пункт, когда она останавливается, выключается приводной рольганг и одновременно срабатывает запорное устройство приемного стола и тара с обработанными на данной операции деталями перекатывается на каретку, после чего автоматически выключается привод каретки и она перемещается на новый заданный адрес, останавливается, срабатывает приводной рольганг, и тара скатывается на приемную секцию приемного стола, где выполняется следующая операция Если приемная секция окажется занятой, то каретка автоматически перейдет к приемному столу промежуточного склада, где и произойдет разгрузка. На чертеже показана система ОРГ-2, в которой применена каретка-оператор с телескопическими столами. Для межцеховых перевозок применяют безрельсовые тягачи модели «Роботач» с автоматическим управлением от кабеля, проложенного в полу. Маршрут тягача и его остановки программируются.