Проектирование механического участка обработки вала первичного гидромеханической коробки передач

Этапы развития машиностроения

Введение

Ведущее место в росте экономики любой страны принадлежит отраслям машиностроения. Одной из главной является станкостроение, потому, что от уровня его развития зависит развитие всей машиностроительной промышленности.

Под технологией машиностроения следует понимать научную дисциплину, изучающую преимущественно процессы механической обработки деталей и сборки машин, попутно затрагивающую вопросы выбора заготовок и методы их изготовления.

Проектирование технологических процессов изготовления деталей машин имеет цель установить наиболее рациональное и экономный способ обработки, при этом обработка деталей на металлорежущих станках должна обеспечивать выполнение требований, предъявляемых к точности и чистоте обрабатываемых поверхностей, правильности контуров, форм и т. д.

Таким образом, спроектированный технологический процесс механической обработки деталей должен, при его осуществлении обеспечивает выполнение требований, обуславливающих нормальную работу собранной машины.

Для металлорежущего оборудования, выпускаемого в настоящее время, характерно быстрое расширение сферы применения ЧПУ с использованием микро процессорной техники. Особое значение приобретает создание гибких производственных модулей, благодаря которым, без участия оператора, можно управлять технологическими процессами.

На данном этапе развития машиностроения при проектировании технологических процессов стремятся к возможно полной механизации и автоматизации, применению малоотходных способов получения заготовок механической обработки без снятия слоя металла, уменьшению трудоемкости изготовления деталей.

Вал, является распространенной и достаточно ответственной деталью машин и механизмов. Высокие требования, предъявляемые по изготовлению валов: по точности, по прочности и по эксплуатационным данным требует серьезной комплексной проработки на всех стадиях процесса производства.

На основании этого принципа был разработан данный технологический процесс.

1. Исходная информация для проектирования Исходная информация для разработки курсового проекта делиться на три вида: базовую, руководящую и справочную.

Базовая информация включает:

— Годовая программа выпуска продукции вал первичный

— Сборочный чертёж вал первичный;

— Технические требования и нормы точности, предъявляемые к валу;

— Квалитет точности и шероховатость поверхностей.

На чертеже должны указаны материал и его твердость; конфигурация и габаритные размеры вала; требования к точности обработки каждой поверхности (точности выполняемых размеров, взаимному расположению поверхностей и параметры шероховатости);

Руководящая информация включает данные, содержащиеся в:

— техническом задании на разработку технологического процесса;

— стандартах всех категорий на технологические процессы и методы управления ими, оборудование и оснастку;

— документации на единичные технологические процессы изготовления аналогичных деталей;

— документации на технологические процессы.

Справочная информация включает данные, содержащиесяв:

— технологической документации производства;

— описаниях методов обработки.

Исходными данными для проектирования технологии изготовления вала первичного является: чертёж детали, чертёж сборочного узла, технологические условия на деталь и сборочный узел, технологические процессы изготовления детали и сборки гидротрансформатора гидромеханической передачи самосвала БелАЗ-7540А, годовая программа выпуска детали по неизменяемым чертежам N_год=1000 штук.

При разработке технологии изготовления вала первичного учитывались возможности заготовительного производства КЛМЗ филиал АО «Корпорация Казахмыс».

При проектировании технологии изготовления вала первичного использовались нормативная и справочная информация по расчёту режимов резания, режущему инструменту, технологической оснастке и технологическому нормированию.

При разработке мероприятий по охране труда, техники безопасности и промышленной экологии учитывались условия труда в цехе № 1 КЛМЗ филиал АО

2. Общие положения

2.1 Служебное назначение объектов производства Гидротрансформатор — это гидродинамическая передача, которая передает механическую энергию через циркулирующий поток жидкости и автоматически бесступенчато изменяет в определенных пределах передаваемый крутящий момент в зависимости от внешней нагрузки.

Гидротрансформатор способствует снижению динамических нагрузок в трансмиссии, обеспечивает устойчивую работу двигателя при изменении нагрузки на самосвал и позволяет получать малые скорости движения с увеличенным тяговым усилием на ведущих колесах. В гидромеханической передаче применен комплексный, одноступенчатый, блокируемый, четырехколесный гидротрансформатор. При больших нагрузках он увеличивает крутящий момнт, передаваемый от двигателя, а при малых нагрузках передает его без изменения, т. е. работает в режиме гидромуфты.

Гидротрансформатор состоит из колеса насоса 15, колеса турбины 12 и двух реакторов 13 и 14, установленных на роликовых муфтах свободного хода. Колеса насоса, турбины и реакторов образуют торовую полость, в которой при работе гидромеханической передачи постоянно циркулирует рабочая жидкость.

1 — барабан фрикционной муфты блокировки; 2 — стопорные кольца; 3- ведущий вал гидромеханической передачи; 4, 6, 31, 37 — уплотнительные кольца; 5 — поршень фрикционной муфты; 7 — ступица фрикционной муфты; 8 — картер; 9 — пробка наливного отверстия; 10 — кожух; 11 — крышка верхнего люка; 12 — колесо турбины; 13 — колесо первого реактора; 14 — колесо второго реактора: 15 — колесо насоса: 16 — крышка подшипника; 17 — шарикоподшипник колеса насоса; 18 — ведущая шестерня привода насосов; 19 — коробка передач; 20 — ступица гидротрансформатора; 21 шарикоподшипник ведущего вала; 22 — распорное кольцо: 23 — плавающие шайбы; 24 — упорное кольцо (с буксой); 25 — обойма реактора: 27 — гайка крепления ступицы реакторов: 28 — промежуточная шестерня привода насосов; 29 — ступица реакторов: 30 — упорная ступица реакторов; 32 — радиально упорный шариковый подшипник; 33 — ступица колеса турбины; 34- упорный диск фрикционной муфты; 35 — упорное кольцо; 36 — ведомый диск фрикционной муфты; 38 — ведущий диск фрикционной муфты; 39 — ролик: 40 — толкатель: 41 — пружина; 42 — стержень пружины; 43 — болт Рисунок 1 — Гидротрансформатор

Крутящий момент от двигателя передается к барабану фрикциона блокировки и через кожух гидротрансформатора к колесу насоса.

Колесо насоса с кожухом 10 установлены на двух опорах. Одной опорой является шарикоподшипник колеса насоса, второй — ведомый вал согласующей передачи.

Колесо турбины крепится к ступице 33, установленной на ведущем валу 3 коробки передач.

Ступица гидротрансформатора 20 крепится к картеру и является распределителем масла, подаваемого для включения фрикционных муфт коробки передач и блокировки гидротрансформатора, а также в полость гидротрансформатора и в гидролинию смазки для смазывания дисков фрикционных муфт и подшипников. На ступице гидротрансформатора на шлицах установлена ступица реакторов 29, которая является неподвижной опорой муфт свободного хода.

Каждая муфта свободного хода состоит из обоймы 25 с клиновидными пазами для размещения роликов, упорных колец и роликов. Обойма соединяется с колесом реактора шлицами. Колеса реакторов вращаются на упорных кольцах, в которые запрессованы бронзовые буксы 24.

Осевые усилия колес реакторов воспринимаются бронзовыми плавающими шайбами 23 и 26 и радиально-упорным шарикоподшипником.

Колесо первого реактора на всех самосвалах одинаково и имеет 29 лопаток. Колесо второго реактора самосвалов БелАЗ-7540А, 75 404 имеет 25 лопаток, а самосвалов БелАЗ-7548А, 75 481, 75 483 — 23 лопатки.

Колеса реакторов устанавливаются таким образом, чтобы вращение их обеспечивалось по часовой стрелке (по направлению вращения двигателя). При вращении против часовой стрелки колеса реакторов должны надежно заклиниваться роликами муфт свободного хода.

Ведущая шестерня 18 жестко закреплена к насосному колесу и через промежуточные шестерни приводит во вращение шестерни привода насосов гидромеханической передачи, опрокидывающего механизма и рулевого управления.

2.2 Определение типа производства

Определяем тип производства, в зависимости от габаритов, массы (веса) и размера годовой программы выпуска изделий, из этих данных необходимо установить тип производства:

Единичное — определяется выпуском деталей (продукции) в малом количестве.

Серийное — производство характеризуется ограниченным выпуском продукции, но большими сериями. Серийное производство подразделяется на крупносерийное и мелкосерийное.

Крупносерийное — относительно постоянный выпуск продукции большими сериями, либо изготовлением изделий, производство которых часто повторяется. По характеру ближе остальных к массовому. При выборе технологического оборудования специального и специализированного, дорогостоящего приспособления или вспомогательного приспособления и инструмента необходимо производить расчёт затрат и сроков окупаемости, а также ожидаемый экономический эффект от использования оборудования и технологического оснащения.

Мелкосерийное — широкая номенклатура, большой размер серии, редкая периодичность выпуска. По характеру близко к единичному.

Массовое — характеризуется выпуском одной и той же продукции как правило длительное время (годами).

Годовая программа выпуска изделий N=1000 шт.

Величина такта выпуска рассчитывается по формуле:

мин/шт, (2.1)

где — действительный годовой фонд времени в часах

мин/шт Дальнейший расчёт производим по формулам, а результаты заносим в таблицу 2.1.

Расчётное количество станков:

_, (2.2)

где з_з.н. — нормативный коэффициент загрузки оборудования (для мелкосерийного и серийного производства з_з.н.=0,8)

Р — принятое число рабочих мест, получаемое путём округления m_р до ближайшего целого (большего) числа.

(2.3)

Количество операций, выполняемых на рабочем месте, определяется:

(2.4)

Рассчитываем коэффициент закрепления операций и на его основании определяем тип производства:

(2.5)

Так как коэффициент закрепления операцийК_з.о.=10,3 примерно находится в пределах 1<10,3<10, то производство крупносерийное.

Таблица 2.1

Расчёт коэффициента закрепления операций

3. Технологический процесс сборки изделия Сборка является одним из заключительных этапов изготовления машины, в котором проявляются результаты всей предшествующей работы, проделанной конструкторами и технологами по созданию машины. Качество машины и трудоемкость сборки во многом зависит от того, как понято конструктором и воплощено в конструкции служебное назначение машины, как установлены нормы точности, насколько удачно выбраны методы достижения требуемой точности машины и как эти методы реализуются в технологии изготовления машины. Технологические процессы изготовления деталей часто оказываются подчиненными технологии сборки машины. Поэтому вначале разрабатывается технология сборки. Этому должны предшествовать изучение служебного назначения машины и анализ соответствия ему технических требований и норм точности.

3.1 Анализ соответствия технических требований и норм точности служебному назначению изделия Технические требования и нормы точности вытекают из служебного назначения машины и являются результатом преобразования качественных и количественных показателей служебного назначения машины в показатели размерных связей ее исполнительных поверхностей. Рассмотрим установление связей между показателями служебного назначения и техническими требованиями гидротрансформатора.

Гидротрансформатор — это гидромеханическая передача, которая передает механическую энергию через циркулирующий поток жидкости и автоматически бесступенчато изменяет в определенных пределах передаваемый крутящий момент в зависимости от внешней нагрузки.

Гидротрансформатор способствует снижению динамических нагрузок в трансмиссии, обеспечивает устойчивую работу двигателя при изменении нагрузки на самосвал и позволяет получать малые скорости движения с увеличенным тяговым усилием на ведущих колесах. В гидромеханической передаче применен комплексный, одноступенчатый, блокируемый, четырехколесный гидротрансформатор. При больших нагрузках он увеличивает крутящий момент, передаваемый от двигателя, а при малых нагрузках передает его без изменения, т. е. работает в режиме гидромуфты.

Гидротрансформатор состоит из колеса насоса, колеса турбины и двух реакторов, установленных на роликовых муфтах свободного хода. Колеса насоса, турбины и реакторов образуют торовую полость, в которой при работе гидромеханической передачи постоянно циркулирует рабочая жидкость. При монтаже напрессовку подшипников производить безударным способом.

Обеспечение требуемых допусков перекоса, параллельности и соостности валов в требуемых пределах, очень важно для правильнойи долгосрочной работы гидротрансформатора. Так как валы гидротрансформатора являются базовыми деталями отдельных его узлов, то приих изготовлении должно учитываться то, что на поверхностях вала не допускаются трещины, плены, забоины, вмятины, закаты, волосовины и расслоение металла иначе велика вероятность возникновения дисбаланса.

Проведённый анализ говорит о том, что требования, предъявляемые к конструкции и силовым параметрам гидротрансформатора, полностью соответствуют условиям работы, для которых она предназначена.

3.2 Выбор метода достижения точности замыкающего звена Рисунок 2 — Схема размерной цепи

Рассмотрим представленную на листе графической части сборочную размерную цепь. Схема данной размерной цепи представлена на рисунке 2.

Составляющие звенья размерной цепи:

А₁ — зазор в сопряжении ;

А₂ — несоосность отверстия золотника относительно оси вала;

А₃ — зазор в сопряжении золотника относительно оси вала ;

А₄ — зазор в сопряжении ;

А₅ -несоосностьотверстия золотника относительно оси вала;

Проверим правильность установленных размеров (номинальных):

А₀=(+)?(++++), мм (3.1)

Принятые номинальные размеры, предельные отклонения и допуски для всех звеньев размерной цепи следующие:

Рисунок 3 — Допуски на составляющие звенья Проверим правильность установленных размеров (номинальных):

А₀=(+)?(++++), мм (3.1)

Расчёт размерной цепи будем производить по вероятностному методу.

Определим погрешность замыкающего звена по формуле:

мм (3.2)

мм Условие сборки выполняется.

3.3 Анализ технологичности конструкции изделия Конструкция сборочной единицы, в нашем случае вал первичный в сборе является технологичной, если она соответствует требованиям изготовления, эксплуатации и ремонта наиболее производительными и экономичными способами при заданных условиях производства. Степень этого соответствия выясняем путём анализа технологичности конструкции вала первичного в сборе, которую целесообразно проводить следующим образом, оценив следующие параметры.

Оценка размеров, массы сборочной единицы. Оценка принципиальной возможности собираемости.

Исходя из того что масса вала первичного в сборе 21,8 кг и тип производства — серийный N = 1000 шт./год, сборку всех узлов и самого вала первичного в целом целесообразно производить стационарно (конструкция технологична).

Оценка необходимости одновременного ориентирования, присоединения и закрепления большого количества деталей в процессе сборки.

Сборка осуществляется с последовательным присоединением отдельных деталей и узлов, что исключает необходимость применения для этого механизированных систем (конструкция технологична).

Оценка возможности уменьшения количества деталей в сборочной единице.

Уменьшение количества деталей в сборочной единице, путём объединения нескольких простых деталей в одну более сложную не имеет необходимости, так как это приведёт к усложнению конструкции деталей, у которых имеется эта возможность, а так же к повышению неудобства общей сборки вала первичного при данных условиях серийности производства (конструкция технологична).

Оценка наличия труднодоступных, неудобных мест для сборки, регулировки, измерения.

Конструкция вала первичного обеспечивает минимальное количество труднодоступных мест для сборки, а так же не требует использования специального инструмента (конструкция технологична).

Оценка наличия и обоснования специальных требований к сборочной единице (по массе, шуму, вибрации).

В целях обеспечения промышленной применимости данного вала первичного в сборе, его конструкция требует проведения испытаний и технологического контроля, чтобы исключить превышение требований по шуму и вибрации.

В целях проверки вала первичного на герметичность каналы передачи смазки должны быть испытаны веретенным маслом под давлением 15…20 кгс/см².

Исходя из выше перечисленных пунктов соответствия данной сборочной единицы всем нормам технологичности, делаем вывод о том, что конструкция рассматриваемого вала первичного в сборе является технологичной.

3.4 Методы и средства технического контроля изделия Контроль в сборочных цехах осуществляют в процессе сборки узлов и изделий и после окончания всей сборки. Основной контроль качества сборки ведут сами сборщики. Так в процессе сборки вала первичного должен быть проверен ряд технических требований, которые исполняет сам сборщик. Он контролирует образующиеся зазоры, производит их измерение специальным мерительным инструментом и, в случае их невыполнения, производит регулировку их до заданных пределов. На участке сборки предусмотрено место контролёров, где осуществляется общий контроль на операциях сборки.

Заключительной контрольной операцией технологического процесса сборки вала первичного в сборе является испытание на специальных стендах.

После стендовых испытаний необходимо слить масло из вала первичного в сборе и произвести осмотр. В местах уплотнения не должно быть следов масла.

3.5 Разработка схемы сборки изделия В данном случае применяем стационарный вид сборки, так как сборка вала первичного и его составных частей осуществляется на одной позиции, к которым подаются детали. Метод сборки применяем ручной.

продукция погрешность крупносерийный

4. Технологический процесс изготовления детали

4.1 Служебное назначение и конструктивные особенности детали Деталь «Валпервичный» — является составной частью гидротрансформатора гидромеханической передачи самосвала БелАЗ-7540А.

Деталь представляет собой вал со шлицевыми, зубчатыми и резьбовымиповерхностями, помимо этого с одного из торцов детали имеются глухиеотверстия и пазы различных конфигураций и размеров, они связаны такжедвумя сквозными отверстиями, которые служат для поступления масланепосредственно в область зацепления зубьев одной из шестерен. Первичныйвал служит для переключения скоростей в гидротрансформаторе и передачи вращениянепосредственно на другие исполнительные органы. В левой части колеса имеются шлицы, накоторые насаживается зубчатое колесо. Наружными посадочнымиповерхностями вал устанавливается в корпус коробки передач через подшипникикачения и упорные подшипники.

Рисунок 4 — Вал первичный

4.2 Анализ технологичности конструкции детали Технологичность конструкции детали рассматривается как совокупность свойств конструкции детали, определяющих её приспособленность к достижению оптимальных затрат при производстве, эксплуатации и ремонте для заданных показателей качества, объема выпуска и условий выполнения работ.

Объект производства анализируется по пяти признакам: обрабатываемости материала (К_то), рациональности формы детали с точки зрения механической обработки (К_Тф), наличию у детали поверхностей, которые удобно использовать в качестве технологических баз (К_тб), соответствие точности размеров и шероховатости поверхностей, принятых за измерительные базы (К_тш).

Анализ технических требований, условий и норм точности на изготовление детали.

Достоинства:

1) Деталь является телом вращения и не имеет труднодоступных мест и поверхностей для обработки;

2) Перепады диаметров в большинстве поверхностей малы, что позволяет получить заготовку близкую к форме готовой детали;

3)Деталь симметрична относительно оси;

4) Деталь позволяет вести обработку нескольких поверхностей за один установ (на многорезцовых станках и станках с ЧПУ);

5) Конструкция детали обеспечивает свободный подвод и отвод инструмента и СОЖ в зону резания и из нее, и отвод стружки;

6) Деталь имеет надежные установочные базы, т. е. соблюдается принцип постоянства и совмещения баз;

7). Конструкция детали достаточно жесткая;

8) Допуски на размеры точных поверхностей не усложняют технологию производства.

Недостатки:

1) Деталь имеет достаточно протяженное отверстие по всей длине;

2) Деталь имеет достаточно большую длину.

Вывод:Данная конструкция детали является технологичной, т.к. удовлетворяет большинству технологических требований.

При выборе методов обработки поверхностей следует учитывать, что они должны обеспечивать:

— Заданную точность обработки;

— Заданную высоту микронеровностей обрабатываемых поверхностей;

— Необходимую производительность обработки.

Для изготовления данной детали выбираем углеродистую качественную конструкционную сталь марки Сталь 45 ГОСТ 1050–88.

Таблица 2

Химический состав стали 45 по ГОСТ 1050– — 88

Таблица 3

Механические свойства стали 45 ГОСТ 1050– — 88

Эта сталь применяется при изготовлении деталей, работающих при больших скоростях, средних и высоких давлениях, при наличии ударных нагрузок. Также эта сталь удовлетворяет требованиям высокой поверхностной прочности и износоустойчивости.

Обладает следующими механическими свойствами: ударная вязкость б_н = 59 кг см/см², относительное удлинение ш = 45%, Твердость по Бринеллю НВ 187ч229.

Состояние стали (твёрдость, предел прочности на растяжение, структура материала) оказывает большое влияние на прочность вала первичного, обрабатываемость резанием, стоимость режущего инструмента, производительность станка, деформирование при термической обработке, параметр шероховатости поверхности. При обработке стали 45 хороших результатов достигают, когда заготовки перед механической обработкой подвергают изотермическому отжигу. Заготовки должны иметь твёрдость НВ 193. По существующей технологии в качестве заготовки применяется прокат диаметром 85 мм. Из-за большого перепада диаметров детали при обработке и достаточно продолжительного отверстия по всей длине детали получается низкий коэффициент использования материала. Конструкция детали в основном отработана на технологичность, обладает высокой жёсткостью, обеспечивает свободный доступ инструмента к обрабатываемым поверхностям, что позволяет использовать при обработке много инструментальные наладки и высокопроизводительные режимы резания. Заданные чертежом точность размеров поверхностей, их относительного расположения и параметры качества поверхностных слоёв могут быть достаточно экономично обеспечены традиционными методами обработки. Деталь имеет хорошие базовые поверхности, что характерно для деталей типа тел вращения.

4.3 Анализ существующего технологического процесса изготовления детали Заготовкой для получения вала первичного в базовом технологическом процессе является круглый прокат диаметром 85 мм.

Из-за большого перепада диаметров детали при обработке и достаточно продолжительного отверстия по всей длине детали получается низкий коэффициент использования материала.

В качестве баз на большинстве операций используется ось вала и один из торцов. Таким образом, выполняется принцип постоянства баз.

Заготовительная операция выполняется отрезанием заготовки определенной длины на станке 8Б67. Транспортировка заготовки осуществляется с помощью крана Q=5тс. Подготовка технологических баз, а также дальнейшая токарная обработка ведётся на универсальном токарно-винторезном станке 1А64. Базирование в центрах.

Производится подготовка технологических баз, зацентровка торцев, а также выполняется изготовление вспомогательной базы, под термическую обработку. Термическая обработка производится в термическом цехе, производится улучшение НВ 241…285. Далее производится последующая токарная обработка на универсальном токарно-винторезном станке 1А64, в том числе обработка внутреннего отверстия, с обеспечением требуемых параметров точности и шероховатости. Следующей операцией назначена фрезерная операция в ходе, которой выполняются шлицевые соединения на станке модели 6М82Г. Последующая обработка ведется на станке 255, в ходе которой сверлятся отверстия требуемого диаметра по разметке. Далее производится закалка поверхности шлицев на глубину 1,5…2 мм до HRC 42…56.

Последующая операция шлифовальная выполняемая на станке 3У133. Также производится шлифование шлицев на шлице шлифовальном станке модели 3451Б. Финишной операцией является контроль качества выполненной детали.

Анализ существующего технологического процесса позволил выявить ряд его недостатков, устранение которых позволит снизить трудоёмкость изготовления детали и повысить качество изготовления.

В проектируемом технологическом процессе предлагается изменить способ получения наружного контура (вместо использования универсального токарно-винторезного станка 1А64 использовать станок с ЧПУ 16К20РФЗ), а также использовать технологическую оснастку для сверления отверстий в шлицах, что в условиях ОАО «КЛМЗ» вполне возможно.

Это позволит существенно снизить трудоёмкость токарной обработки, а также позволит избежать сверления отверстий по разметке, что в свою очередь повысит эффективность и точность, выполняемых операций.

4.4. Выбор заготовки. Предварительная технико-экономическая оценка выбора заготовки по минимуму приведённых затрат Метод выполнения заготовок для деталей машин определяется назначением и конструкцией деталей, материалом, техническими требованиями, масштабом и серийностью выпуска, а также экономичностью изготовления.

Выбрать заготовку значить установить способ ее получения, наметить припуски на обработку каждой поверхности, рассчитать размеры и указать допуски на неточность изготовления.

Для рационального выбора заготовки необходимо одновременно учитывать все вышеперечисленные исходные данные, так как между ними существует тесная взаимосвязь.

Окончательное решение можно принять только после экономического комплексного расчёта себестоимости заготовки и механической обработки в целом.

4.5 Заготовка — прокат круглый Масса заготовки:

(4.1)

где V₁— объёмы заготовки в см³;

с — плотность металла в кг/см³;

кг

Коэффициент использования металла:

(4.2)

Стоимость заготовки — прокат:

где C_i — базовая стоимость одной тонны заготовки в тенге (С=179 000 тенге/тонна)

k_Т; k_с; k_b; k_m; k_n — коэффициенты, зависящие от класса точности, группы сложности, массы, марки материала и объёма производства заготовок;

Q — масса заготовок;

qмасса готовой детали, кг;

S_отх — цена 1 т отходов в тенге (С_отх=5000 тенге/т)

k_Т=1; k_с=0,75; k_b=0,7; k_m=1; k_n=0,8 [1]

тг

4.6 Заготовка — штамповка трёхступенчатая (штамповка на ГКМ) Рисунок 5 — Заготовка — трехступенчатая штамповка Определим вес заготовки — штамповки:

кг Коэффициент использования металла:

Стоимость заготовки — штамповки трёхступенчатой:

где C_i — базовая стоимость одной тонны заготовки в тенге (С=201 000 тенге/тонна)

k_Т; k_с; k_b; k_m; k_n — коэффициенты, зависящие от класса точности, группы сложности, массы, марки материала и объёма производства заготовок;

Q — масса заготовок;

qмасса готовой детали, кг;

S_отх — цена 1 т отходов в тенге (С_отх=5000 тенге/т)

k_Т=1; k_с=0,75; k_b=0,7; k_m=1; k_n=0,8 [1]

тг Сопоставляя оба варианта, отдаём предпочтение заготовке первого варианта — прокату, которая дешевле, хотя и отличается меньшим коэффициентом использования материала.

4.7 Выбор технологических баз. Предварительная разработка маршрутной технологии процесса изготовления детали. Предварительный выбор оборудования В технологическом отношении детали, имеющие несколько основных и вспомогательных поверхностей обработки, должны быть изготовлены с минимальными затратами времени, с использованием прогрессивных методов изготовления заготовок, с правильным выбором баз, соблюдая принцип единства и совмещения баз.

При построении маршрута обработки следует соблюдать принцип постоянства баз; на всех основных технологических операциях использовать в качестве технологических баз одни и те же поверхности заготовки.

При разработке технологического маршрута используем типовые технологические процессы. На первоначальной операции 015 базами служат: наружные диаметры 85 установленные на призмах. Эти поверхности служат условными черновыми базами. Выполнение в 005 операции — центрование торца на диаметр 6,3 в размер 15 ±0,3 служат базами для следующих операций. В этом случае соблюдается принцип постоянства баз, а принцип единства нарушается.

Опорные базы в направлении линейных размеров выбираем с учётом характера их простановки на чертеже и возможности совмещения технологических и измерительных баз.

Схема базирования на фрезерно-центровальной операции представлена на рисунке 5

Рисунок 5 — Схема базирования заготовки на фрезерно-центровальной операции При фрезеровании центров используется фрезерно-центровальной станок модели 2912.

Схема базирования на токарной операции с ЧПУ представлена на рисунке 6

Рисунок 6 — Схема базирования на токарной операции с ЧПУ При токарной обработке наружного контура детали используется токарный станок с ЧПУ модели 16К20.

Схема базирования на горизонтально-сверлильной операции представлена на рисунке 7

Рисунок 7 — Схема базирования на горизонтально-сверлильной операции Схема базирования на шлицефрезерной операции представлена на рисунке 8

Рисунок 8 — Схема базирования на шлице-фрезерной операции Схема базирования на кругло-шлифовальной операции представлена на рисунке 9

Рисунок 9 — Схема базирования на кругло-шлифовальной операции Выбор технологического оборудования для проектируемого процесса производится уже после того, как каждая операция предварительно разработана.

Выбор технологического оборудования при изготовлении данной детали по составленному технологическому процессу будем вести исходя изтипа производства (п. 3 настоящей пояснительной записки), конфигурация детали, сложности выполнения операций.

Необходимо также учитывать расчетные режимы обработки поверхностей детали и их возможность получения на выбранном оборудовании.

Следует стремиться к уменьшению доли вспомогательного времени и при возможности сокращать основное, применяя например, многоинсрументальную обработку. Использование принципа концентрации операций, т. е. сосредоточения возможно большего числа однотипных видов обработки на одном рабочем месте, также ведет к повышению производительности.

Выбор оборудования производится в соответствии с намеченным планом операции механической обработки, исходя из габаритных размеров обрабатываемой детали.

Выбранный станок должен обеспечивать выполнение технических требований, предъявляемых точностей изготовления деталей.

Мощность, жесткость и кинематические возможности должны позволять вести обработку на оптимальных режимах с наименьшей затратой времени и себестоимости.

В данном случае мы имеем дело со среднесерийным производством, что в совокупности с простой конфигурацией детали позволяет широко использовать полуавтоматы и универсальные станки.

Центровое отверстие выполняется на центровальном станке 2912.

При обтачивании наружных поверхностей по контуру используются токарный станок 16К20 с ЧПУ. Для выполнения остальных операций (фрезерование, шлифование, резьбонарезание) используются универсальные станки моделей 8Б67, 6М82Г, 3У133 и 3451Б.

4.8 Размерный анализ технологического процесса изготовления цилиндра гидростойки. Расчет припусков Размерный анализ выполнен по источникам [8,9,10].

Для проектирования технологического процесса проведен размерный анализ. Его целью является определение припусков на обработку поверхностей цилиндра гидростойки, межоперационных размеров по технологическим переходам и проверка обеспечения точности технологического процесса.

Расчет припусков и межоперационных размеров основного размера 2А=Ш250.

Расчет производится из размерной цепи А, начиная от операции 065, поднимаясь вверх до 035.

Рассмотрим первую размерную технологическую цепь, представленную на рисунке 4.3

Z₁₀⁰⁶⁵ 2А₀₆₅

2А'₀₆₅

106 302

Рисунок 4.3 — Размерная технологическая цепь на операции 065

2А'₀₆₅ — выполняемый размер на данной операции: 2А₀₆₅= Ш 250 мм, Т2А'₀₆₅ — допуск выполняемого размера: Т2А'₀₆₅ = 0,017 мм, Е_с2А'₀₆₅ — координата середины поля допуска выполняемого размера: Е_с2А'₀₆₅ = +0,0553 мм,

2А₀₆₅ — предшествующий размер, его номинальный размер неизвестен и определяется по ходу решения размерной цепи, Т2А₀₆₅ — допуск предшествующего размера: Т2А₀₆₅= 0,12 мм, Е_с2А₀₆₅ — координата середины поля допуска предшествующего размера Е_с2А₀₆₅= +0,06 мм, Е (106−302) соосность 106 поверхности по отношению к поверхности 302: Е (106−302) = 0,05 мм, Е (105−302) соосность 105 поверхности по отношению к поверхности 302: Е (1102−1302) = 0,12 мм,

[2Z₁₀]⁰⁶⁵ — замыкающее звено (припуск на данной операции), определяется по ходу решения размерной цепи.

Расчет данной размерной технологической цепи осуществляется в следующем порядке:

1) Минимальный припуск на этой операции определяется по формуле (4.6):

[2Z_min10]⁰⁶⁵ = 2 *[R_zi-1 + T_i-1], (4.6)

где [2Z_min10]⁰⁶⁵ — минимальный припуск на операции, мм;

R_zi-1 — высота неровностей профиля на предшествующем переходе,

R_zi-1 =0,02 мм;

T'_i-1 — глубина дефектного поверхностного слоя на предшествующем переходе (обезуглероженный или отбеленный слой), T_i-1 =0.025 мм;

[2Z_min10]⁰⁶⁵ = 2 *[0,02+ 0,025] = 0,09 мм.

2) Определяем координаты середины поля допуска замыкающего звена (припуска) по формуле (4.7):

Е_с[2Ж₁₀]⁰⁶⁵= Е_с2А₀₆₅ Е_с2А'₀₆₅, (4.7)

Е_с[2Ж₁₀]⁰⁶⁵=+0,06 — 0,0553 = +0,0047 мм.

3) Определяем поле рассеивания (допуск) замыкающего звена (припуска) по формуле (4.8):

Т[2Ж₁₀]⁰⁶⁵= Т2А₀₆₅+ Т2А'₀₆₅+ Е (106−302)+ Е (105−302), (4.8)

Т[2Ж₁₀]⁰⁶⁵ = 0,12 + 0,017 + 0,05 + 0,12 = 0,307 мм.

4) Определяем номинальное значение замыкающего звена (припуска) по формуле (4.9):

[2Ж₁₀]⁰⁶⁵ = [2Z_min10]⁰⁶⁵ — Е_с[2Ж₁₀]⁰⁶⁵ + Т[2Ж₁₀]⁰⁶⁵ /2, (4.9)

[2Ж₁₀]⁰⁶⁵ = 0,09−0,0047+0,1535 = 0,25 мм.

5) Определяем верхнее и нижнее отклонение замыкающего звена (припуска), а также его наибольшее значение по формулам (4.10), (4.11), (4.12) соответственно:

ES[2Ж₁₀]⁰⁶⁵ = Е_с[2Ж₁₀]⁰⁶⁵ + Т[2Ж₁₀]⁰⁶⁵ /2, (4.10)

EI[2Ж₁₀]⁰⁶⁵ = Е_с[2Ж₁₀]⁰⁶⁵ — Т[2Ж₁₀]⁰⁶⁵ /2, (4.11)

ES[2Ж₁₀]⁰⁶⁵=0,0047+0,1535 = 0,158 мм,

EI[2Ж₁₀]⁰⁶⁵ = 0,0047−0,1535 = -0,149 мм.

Получаем полное значение замыкающего звена (припуска): [2Ж₁₀]⁰⁶⁵ = 0,25 мм.

Определяем наибольший размер:

[2Ж_{max 10}]⁰⁶⁵ = [2Ж₁₀]⁰⁶⁵ + ES[2Ж₁₀]⁰⁶⁵, (4.12)

[2Ж_max10]⁰⁶⁵ = 0,25 + 0,182 = 0.432?0,43 мм.

6) Определим номинальный размер предшествующего размера Т2А₀₆₅ по формуле (4.13):

2А₀₆₅ = 2А'₀₆₅ + [2Ж₁₀]⁰⁶⁵, (4.13)

2А₀₆₅ = 250 — 0.250 = 249,750 мм,

2А₀₆₅ = 249,750^+0,16 мм.

Рассмотрим следующую размерную технологическую цепь, представленную на рисунке 4.4.

2Z'''₁₀⁰³⁵ 2А'''₀₃₅

2А₀₆₅

105 302

Рисунок 4.4 — Размерная технологическая цепь на операции 035

2А₀₆₅ — выполняемый размер на данной операции: 2А₀₆₅=Ш249,750^+0,16 мм, Т2А₀₆₅ — допуск выполняемого размера: Т2А₀₆₅ = 0,12 мм, Е_с2А₀₆₅ — координата середины поля допуска выполняемого размера: Е_с2А₀₆₅ = +0,08 мм,

2А'''₀₃₅ — предшествующий размер, его номинальный размер неизвестен и определяется по ходу решения размерной цепи, Т2А'''₀₃₅ — допуск предшествующего размера: Т2А'''₀₃₅= 0,25 мм, Е_с2А'''₀₃₅ — координата середины поля допуска предшествующего размера Е_с2А'''₀₃₅ = +0,125 мм, Е (104−302) соосность 104 поверхности по отношению к поверхности 302: Е (104−302) = 0,2 мм, Е (105−302) соосность 105 поверхности по отношению к поверхности 302: Е (105−302) = 0,12 мм,

[2Z'''₁₀]⁰³⁵ — замыкающее звено (припуск на данной операции), определяется по ходу решения размерной цепи,

R_zi-1 =0,05 мм,

T_i-1 =0,05 мм.

Расчет данной размерной технологической цепи осуществляется в следующем порядке:

1) Минимальный припуск на этой операции определяется по формуле (4.6):

[2Z'''_min10]⁰³⁵ = 2 *[0,05+ 0,05] = 0.2 мм.

Определяем координаты середины поля допуска замыкающего звена (припуска) по формуле (4.14):

Е_с[2Ж'''₁₀]⁰³⁵= Е_с2А'''₀₃₅ 2А₀₆₅, (4.14)

Е_с[2Ж'₁₁]⁰¹⁰=0,125 — 0,08= 0,045 мм.

3) Определяем поле рассеивания (допуск) замыкающего звена (припуска) по формуле (4.15):

Т[2Ж'''₁₀]⁰³⁵= Т2А'''₀₃₅+ Т2А₀₆₅+ Е (104−302) + Е (105−302), (4.15)

Т[2Ж'''₁₀]⁰³⁵= 0,25 + 0,12 +0,2 + 0,12 = 0,69 мм.

4) Определяем номинальное значение замыкающего звена (припуска) по формуле (4.16):

[2Ж'''₁₀]⁰³⁵= [2Z'''_min10]⁰³⁵ — Е_с[2Ж'''₁₀]⁰³⁵+ Т[2Ж'''₁₀]⁰³⁵/2, (4.16)

[2Ж'₁₀]⁰³⁵= 0,2- 0,045+0,69/2 = 0,19 мм.

5) Определяем верхнее и нижнее отклонение замыкающего звена (припуска), а также его наибольшее значение по формулам (4.17), (4.18), (4.19) соответственно:

ES[2Ж'''₁₀]⁰³⁵= Е_с[2Ж'''₁₀]⁰³⁵+ Т[2Ж'''₁₀]⁰³⁵/2, (4.17)

EI[2Ж'''₁₀]⁰³⁵= Е_с[2Ж'''₁₀]⁰³⁵— Т[2Ж'''₁₀]⁰³⁵/2, (4.18)

ES[2Ж'''₁₀]⁰³⁵=0,19+0,69/2 = +0,535 мм,

EI[2Ж'''₁₀]⁰³⁵= 0,19−0,69/2 =-0,155 мм.

Получаем полное значение замыкающего звена (припуска):

[2Ж'''₁₀]⁰³⁵= 0,19.

Определяем наибольший размер:

[2Ж'''_max10]⁰³⁵ = [2Ж'''₁₀]⁰³⁵+ ES[2Ж'''₁₀]⁰³⁵, (4.19)

[2Ж'''_max10]⁰³⁵ = 0.19 + 0.535 = 0.725 мм.

6) Определим номинальный размер предшествующего размера Т2А'''₀₃₅ по формуле (4.20):

2А'''₀₃₅ = 2А₀₆₅ — [2Ж'''₁₀]⁰³⁵, (4.20)

2А'''₀₃₅ = Ш149,750−0,19 = 249,56 мм,

2А'''₀₃₅ = 249,56^+0.400 мм.

Размерный анализ на технологический процесс по диаметральным размерам приведён на листе 4 графической части дипломного проекта.

4.9 Расчёт режимов резания Расчёт режимов резания на токарную операцию 050

На токарном станке с ЧПУ 16К20Ф3 осуществляется подрезка торца, обтачивание наружной поверхности Ш85 мм, Ш48 мм.

Произведём расчёт режимов резания на первый переход — подрезку торца.

Припуск на обработку h=2 мм. Параметр обработанной поверхности R_z=40 мкм. Материал заготовки — сталь 45.

Выбираем резец и устанавливаем его геометрические параметры. Принимаем токарный проходной резец отогнутый правый. Материал режущей пластинки Т5К10, материал корпуса резца — сталь 45, сечение корпуса резца 16×25 мм, длина резца 150 мм. По справочнику выбираем геометрические элементы резца: форма передней поверхности — плоская с фаской, типа IIб, б=10°, г_ф=-3°, г=12°

ц=45°; ц₁=15°; л=0° у=1 мм.

Глубина резания При снятии припуска за один проход t=h=2 мм Подача При обработке до параметра шероховатости поверхности R_z=40 мкм резцом с V=1 мм рекомендуется S=0,5…0,6 мм.

Принимаем по паспорту станка S=0,5 мм/об Период стойкости резца Принимаем Т=60 мин по справочнику.

Скорость главного движения

(4.2)

где С_V, m, xv, yv — коэффициенты и показатели степени;

К_V — поправочный коэффициент на скорость

K_V=K_MV· K_ПV·K_UV·K_цV·K_OV

где K_MV, K_ПV, K_UV, K_цV, K_OV — коэффициенты, учитывающие соответственно влияние материала заготовки, состояние поверхности, материал инструмента, угол в плане резца, вид токарной обработки.

;

K_ПV=1,0K_UV=1,0 K_цV=1,0 K_OV=1,0

Значения C_V=350, х=0,15, у=0,35, m=0,2 определены также по справочнику.

м/мин;

V=151 м/мин Частота вращения шпинделя, соответствующая найденной скорости главного движения резания:

мин^-1

Корректируем частоту вращения шпинделя по паспорту станка:

n_д=160 мин^-1

Действительная скорость главного движения резания:

м/мин

4.7.1.8 Мощность, затрачиваемая на резание:

;(4.3)

где P_z — составляющая силы резания, Н

P_z=19,81C_pz· t^xpz·S^ypz·V^npz·K_pz; где

C_pz=300; хpz=1; уpz=0,75; npz=-0,15

Поправочный коэффициент на силу резания K_pz

K_pz=K_mp· K_цp·K_гp·K_лp·K_vp

;

K_цp=1,0 так как ц=45°

K_гp=1,0 так как г=12°

K_лp=1,0 так как л=0°

P_z=9,81· 300·2¹·0,5^0,75·143,2^-0,15·1,04·1,0·1,0·1,0=934 Н;

Мощность резания:

кВт Проверяем, достаточна ли мощность привода станка:

У станка 16К20Ф3N_дв=11 кВт

N_шп=N_д· з;

з=0,75 — коэффициент полезного действия

N_шп=11· 0,75=8,25 кВт Так как N_рез шп, (2,2<8,25), то обработка возможна Основное время:

(4.4)

где L — длина рабочего хода, мм

i — число проходов

(4.5)

где у — величина врезания, мм Д — величина перебега, мм у=t· ctgц=2·ctg45°=2 мм Д=2 мм

мм мм

4.10 Разработка управляющих программ с ЧПУ Разработку управляющей программы производим для токарной операции с ЧПУ на станке 16К20ФЗ в системе УЧПУ класса SNC.

В связи со спецификой конфигурации обрабатываемых объектов, представляющих собой тела вращения, геометрические расчёты при программировании токарной обработки сводятся к решению задач на плоскости, в осевом сечении. В системе координат детали, в которой выполняются расчёты, осью z служит ось вращения детали, а ось х лежит в торцовой плоскости. При составлении траектории режущего инструмента учитываем типовые схемы обработки отдельных элементов детали и поверхностей.

Управляющая программа для обработки элементов поверхности вала.

N001 M003 M010 M000 S004LF

N002 G27 M006 T101LF

N003 G58 F70000x+0 z+00LF

N004 G26 M008LF

N005 G01 z-00500LF

N006 x-03510LF

N008 F70000 z+00500LF

N009 x+15 400 M006 T102 L21LF

N010 x+490 z-04550LF

N011 F10021 x-10150LF

N012 F70000 x+200 S008LF

N013 x-0020 z-04290LF

N014 F10095 x-940 z+00814LF

N015 x+400 z+00200LF

N016 z+03250LF

N017 G02 x+100 z+50 S004LF

N018 x+09850LF

N019 F10021 z+02000LF

N020 F70000 x+250 T103 L22LF

N021 x-250 F10021LF

N022 x-4 000 z+02000LF

N023 F70000 x+4 000 z-02000L13LF

N024 z-02000LF

N025 G40 x-9 900 z-03500LF

N026 x-00200L14LF

N027 F10180 S008 x-05200LF

N028 M005 M011 M000LF

N029 M002LF

4.11 Нормирование операций технологического процесса Технические нормы времени в условиях массового и серийного производств устанавливаются расчётно-аналитическим методом.

В серийном производстве определяется норма штучно-калькуляционного времени Т_ш. к.:

(4.6)

В массовом производстве определяется норма штучного времени Т_шт:

Т_шт=Т_о+Т_в+Т_об+Т_от, мин Т_о — основное время, мин;

Т_в — вспомогательное время, мин Т_об — время на обслуживание рабочего места, мин;

Т_в=Т_у.с.+Т_з.о+Т_уп+Т_из;

где Т_у.с. — время на установку и снятие детали, мин;

Т_з.о — время на закрепление и открепление детали, мин;

Т_уп — время на приёмы управления;

Т_из — время на измерение детали, мин;

Время на обслуживание рабочего места в массовом производстве и в серийном складывается из времени на организационное обслуживание и времени на техническое обслуживание рабочего места:

Т_об=Т_тех+Т_орг;

Приведённые выше формулы для определения штучного и штучно-калькуляционного времени можно представить в виде:

Т_шт=Т_о+Т_у.с.+Т_з.о.+Т_уп+Т_из+Т_тех+Т_орг+Т_от

в серийном производстве для всех операций:

(4.7)

Нормы технического времени в дипломном проекте рассчитываются на операции технологического процесса изготовления детали с применением ЭВМ. Распечатки результатов приведены в приложении.

5. Разработка технологической оснастки

5.1 Проектирование приспособления для сверления отверстия

5.1.1 Служебное назначение приспособления Приспособление предназначено для сверления отверстия. Операция выполняется на горизонтально-сверлильно станке модели РТ-65. Приспособление разрабатывается для одновременного обрабатывания двух деталей.

5.1.2 Схема базирования заготовки Заготовку целесообразно разместить в двух призмах. Базирование осуществляется по двум цилиндрическим поверхностям Ш85 мм и Ш80 мм с упором правым торцем вала. Поверхность, воспринимающая зажимную силу — цилиндрическая поверхность Ш144,88 мм. Схема базирования представлена на рисунке 10.

Рисунок 10 — Схема базирования на горизонтально-сверлильной операции

5.1.3 Расчёт погрешностей базирования При конструировании приспособления выполняется ряд расчётов, и первым из них — расчёт обеспечения правильного базирования заготовки. Так как заготовка базируется на двух ступенях разного диаметра, то призма под ступень меньшего диаметра должна быть расположена выше призмы под ступень большего диаметра на толщину, А прокладки (см. рисунок 11).

Рисунок 11 — Схема для расчёта толщины прокладки А

мм Далее выполним расчёт погрешности базирования. Базирование заготовки в рассматриваемом приспособлении осуществляется в двух призмах с углом б=90^°. Размер глубины шпоночного паза задан размером h₁=10 мм. От верхней образующей шейка вала имеет допуск Td=0,025 мм.

Погрешность базирования:

В нашем случае погрешность базирования меньше допуска размера и точность обработки обеспечивается.

Определим погрешность базирования при сверлении отверстия. Этот перенос может возникнуть в связи с наличием зазоров между стенками среднего (точного) паза стола, имеющего ширину b₁=18^+0,045мм и шпонками приспособления шириной b₂=18_-0,043 мм, находящимися друг от друга на расстоянии L=380 мм. Возможная угловая погрешность определяется по формуле:

мм

Это значит, что перекос при сверлении отверстия на длине 1000 мм составит 0,02 мм и эту величину можно сравнить с допусками в технических требованиях к детали.

5.1.4 Расчёт сил зажима К обрабатываемой заготовке приложены силы, возникающие в процессе обработки, имеющая силы зажима и реакции опор. Под действием этих сил заготовка должна находиться в равновесии.

Для определения зажимной силы строим схему к расчётам силы зажима с указанием всех сил, действующих на заготовку в процессе обработки. Схема к расчёту силы зажима изображена на рисунке 12

Рисунок 12 — Схема для расчёта сил зажима При закреплении заготовок в призме с углом б, силу закрепления можно найти по формуле:

где f₁=02 — коэффициент трения при контакте заготовки с прихватом;

f₂=0,16 — коэффициент трения при контакте обработанной поверхности заготовки с установочными поверхностями призмы;

k — коэффициент запаса;

R — радиус заготовки, мм.

Момент резания определяем по формуле:

Н· мм, где D — диаметр фрезы, мм Окружная сила P_z определяется по формуле:

Н, где z=8 — число зубьев фрезы;

n=580 мин^-1 — частота вращения фрезы;

C_p=68,2; х=0,86; у=0,72; u=1,0; q=0,86; w=0

K_mp=1; S=0,013 мм/об — подача; t=8 мм

H

H· м Коэффициент запаса k, учитывающий нестабильность силовых воздействий на заготовку для обеспечения надёжного закрепления, определяют по формуле:

k=k₀· k₁·k₂·k₃·k₄·k₅·k₆ ,

где k₀=1,5 — гарантированный коэффициент запаса;

k₁=1 — учитывает увеличение сил резания

(для черновой обработки k₁=1);

k₂=1,6 — учитывает увеличение сил резания вследствие затупления инструмента;