Развитие новых прогрессивных технологических процессов обработки

1. Общетехническая часть

1.1 Служебное назначение изделия. Анализ конструкции и технических требований

1.2 Анализ технологичности детали

1.3 Материал изделия, его свойства. Виды и режимы термообработки

1.4 Определение массы изделия

1.5 Определение типа производства и партии запуска

2. Технологическая часть

2.1 Выбор метода получения заготовки и его технико-экономическое обоснование

2.2 Назначение технологических схем обработки поверхностей изделия

2.3 Проектирование технологического процесса изготовления детали

2.3.1 Разработка маршрута обработки детали

2.3.2 Выбор технологического оборудования и его технические характеристики

2.3.3 Выбор технологических баз

2.3.4 Выбор технологической оснастки, режущего инструмента и контрольно-измерительных средств

2.4 Расчет припусков и межоперационных размеров

2.5 Расчет режимов резания и основного времени

2.6 Нормирование операции

3. Конструкторская часть

3.1 Конструирование станочного приспособления

3.1.1 Силовой расчёт приспособления

3.1.2 Описание конструкции и принципа действия

3.2 Конструирование и расчет режущего инструмента

3.3 Конструирование и расчет измерительного инструмента

4. Проектирование участка механического цеха

4.1 Расчёт количества оборудования и его загрузки

4.2 Планирование участка. Определение площадей

4.3 Техника безопасности на участке

5. Экономическая часть

5.1 Расчёт капитальных затрат

5.1.1 Определение капитальных вложений в основные фонды

5.1.2 Определение капитальных вложений в оборотные средства

5.2 Расчёт текущих затрат

5.2.1 Определение затрат на основные материалы

5.2.2 Определение фонда оплаты труда

5.2.2.1 Определение численности работающих на участке

5.2.2.2 Определение заработной платы работающих на участке

5.2.3 Затраты на электроэнергию для термической операции

5.3 Калькуляция себестоимости и смета затрат на производство

5.4 Расчёт экономической эффективности производства

5.5 Технико-экономические показатели участка Литература

Машиностроение является одной из важнейших отраслей в промышленном комплексе нашей страны. Для народного хозяйства необходимо увеличение выпуска продукции машиностроения и повышение её качества. Технический прогресс в машиностроении характеризуется не только улучшением конструкции машин, но и непрерывном совершенствованием технологии их производства. Важно качественно, экономично и в заданные сроки с минимальными затратами живого и овеществлённого труда изготовить любую машину или деталь.

Развитие новых прогрессивных технологических процессов обработки способствует конструированию более современных машин и механизмов, и снижению их себестоимости. Актуальна задача повышения качества машин и, в первую очередь, их точности. В машиностроении точность имеет особо важное значение для повышения эксплуатационного качества машин. Обеспечение заданной точности при наименьших затратах — основная задача при разработке технологических процессов.

Основные задачи в области машиностроения и перспективы её развития:

приближение формы заготовки к форме готового изделия за счёт применения методов пластической деформации, порошковой металлургии, специального профильного проката и других прогрессивных видов заготовок;

автоматизация технологических процессов за счет применения автоматических загрузочных устройств, манипуляторов, промышленных роботов, автоматических линий, станков с ЧПУ;

концентрация переходов и операций, применение специальных и специализированных станков;

применение групповой технологии и высокоэффективной оснастки;

использование эффективных смазочно-охлаждающих жидкостей с подводом их в зону резания;

разработка и внедрение высокопроизводительных конструкций режущего инструмента из твёрдых сплавов, минералокерамики, синтетических сверхтвёрдых материалов, быстрорежущих сталей повышенной и высокой производительности;

широкое использование электрофизических и электрохимических методов обработки, нанесение износоустойчивых покрытий.

В курсовом проекте согласно заданию предусматривается разработка технологического процесса изготовления «Вала», который является одной из важнейших деталей механизма для передачи вращения при заданном передаточном отношении.

1 Общетехническая часть

1.1 Служебное назначение изделия. Анализ конструкции и технических требований

Вал предназначен для передачи крутящего момента при заданном передаточном отношении.

Поверхность 4 -конусообразная, на ней имеется шпоночная канавка под призматическую шпонкуповерхность 21- для крепления сопрягаемой детали. В торце 1 имеется резьбовое отверстие М12−7Н-поверхность 22 для крепления детали предотвращающей осевое смещения детали с поверхности 4. Поверхности 6,18 самые точные, являются основными конструкторскими базами. Поверхности 9 и 15 — свободные. Поверхности 5,7,10,14,17 торцевые — служат для упора. Фаски 2,8,11,13,16,19 и 23 служат для облегчения сборки и предотвращения травм — свободные поверхности. Поверхность 3 — резьбовая M30×1,5−8g. Торцы 1 и 20 служат для завершения конструкции детали. Поверхность 23 — зубчатая, служит для передачи движения.

Рис. 1.1 Поверхности детали.

Таблица 1.1 Технические требования.

1.2 Анализ технологичности детали

Вал изготовлен из стали 40X ГОСТ 4543, которая сравнительно хорошо обрабатывается резанием.

С точки зрения рационального выбора заготовки вал относится к достаточно технологичным деталям.

Наиболее рациональным способом получения заготовки является метод горячей объёмной штамповки, этот метод обеспечит изготовление детали с наименьшими припусками и наименьшую трудоёмкость механической обработки.

Геометрическая форма детали состоит из поверхностей, которые образованны вращением образующихся относительно оси.

Поверхности открыты для подвода и перемещения режущего инструмента. Конфигурация детали не позволяет выполнить её полную обработку за один установ. Поэтому маршрут обработки будет складываться из ряда последовательных операций и переходов.

Конфигурация детали обеспечивает нормальный вход и выход инструмента.

Конструкция вала позволяет использовать типовые этапы обработки для большинства поверхностей.

Показатели точности и шероховатости находятся в экономических пределах: 6 квалитет точности и шероховатость Rа 0,63мкм.

Возможна реализация принципа постоянства баз на основных операциях.

Выбранные базы обеспечивают простое, удобное и надежное закрепление. Это позволяет применять сравнительно простые и дешевые приспособления.

Деталь обрабатывается в центрах и имеет достаточную жесткость, т.к. l/d < 10 (210/65 < 10).

Конструкция детали обеспечивает безударную обработку.

Конструктивные элементы не вызывают деформацию инструмента на входе и выходе.

В результате вышеизложенного деталь можно считать технологичной.

1.3 Материал изделия, его свойства. Виды и режимы термообработки

Деталь — вал изготавливается из Стали 40Х ГОСТ 4543. Области применения: сталь 40Х применяется для деталей, к которым предъявляются требования высокой твердости и повышенной износоустойчивости.

Обрабатываемость резанием: способность материала детали поддаваться обработки режущим инструментом.

Таблица 1.2 Химический состав стали.

Влияние химических элементов на эксплуатационные и технологические свойства стали: с увеличением содержания углерода обрабатываемость ухудшается. Одновременно увеличивается возможность получения более высоких параметров шероховатости поверхности. Растут усилия резания.

Содержание в стали кремния снижает ее обрабатываемость и уменьшает возможность получения требуемых шероховатостей.

Увеличение содержания марганца при 0,36 — 0,44% углерода ведет к повышению прочности стали и снижению ее пластичности, вследствие чего обрабатываемость стали улучшается. Конструкционные стали повышенной обрабатываемости резанием например содержат 0,6−1,0% марганца.

Содержание в стали 0,08 — 0,2% серы ухудшает ее обрабатываемость. В стали образуется хрупкая составляющая, которая в виде множества субмикроскопических включений нарушает плотность феррита.

Содержание хрома в стали ухудшает ее обрабатываемость, но не настолько, чтобы сделать хромосодержащие стали труднообрабатываемыми.

Никель не ухудшает обработку стали, но его наличие перед обработкой резанием должно быть подвержено термообработке.

Таблица 1.3 Физико-механические свойства стали.

Таблица 1.4 Термообработка стали.

1.4 Определение массы изделия

Масса изделия определяется расчетным путем и корректируется по чертежу. Для этого конструкцию детали разбивают на простые геометрические фигуры и определяют их объём по формуле: [ 1.24 ]

для цилиндра:

. (1.1)

Затем путём алгебраического сложения определяется общий объём. Масса детали вычисляется по формуле:

. (1.2)

Определяем объём детали:

см3.

см3.

см3.

см3.

см3.

см3.

см3.

см3.

см3.

Определяем общий объём изделия.

Определяем массу детали:

кг.

Рис. 1.2 Объем детали.

1.5 Определение типа производства и партии запуска

Для предварительного определения типа производства используем заданный объём выпуска изделия и его массу.

По заданию годовой объём выпуска изделия составляет N=7000 шт. масса детали, определяем расчётным путём, равна

Используя эти данные, определяем тип производства — среднесерийный.

Среднесерийное производство характеризуется ограниченной номенклатурой изделий, изготовляемых периодически повторяющимися партиями.

Характерный признак среднесерийного производства — расчленение технологического процесса на отдельные самостоятельные операции, которые закреплены за определённым рабочим местом.

При среднесерийном производстве необходима переналадка технологического оборудования при переходе на изготовление деталей другой партии.

Для выполнения различных операций используются универсальные металлорежущие станки, оснащённые специальными, универсальными или универсально-сборочными приспособлениями. Находят применение специализированные, специально-автоматизированные станки. Широко используются станки с числовым программным управлением.

Целесообразно применять специальный режущий инструмент, а также специальный измерительный инструмент.

В среднесерийном производстве оборудование устанавливается или по ходу технологического процесса или по группам оборудования.

Квалификация рабочих в среднесерийном производстве ниже, чем в единичном.

Количество деталей в партии запуска определяем по формуле:

(1.5)

где N — годовой объём выпуска заданного изделия, шт;

ачисло дней, на которое необходимо иметь запас деталей (периодичность запуска — выпуска, соответствующая потребности сборки);

F — число рабочих дней в году.

а=5 дней.

F=250 день.

Принимаем n=137шт.

2 Технологическая часть

2.1 Выбор метода получения заготовки и его технико-экономическое обоснование

Выбор метода получения заготовки определяется назначением детали, её конструктивными формами, материалом, серийностью производства, техническим уровнем производства. [ 1.с.41 ]

Для данного вала можно применять заготовку, полученную из проката или методом горячей объёмной штамповки.

Вариант 1. Заготовка из проката.

Согласно точности и шероховатости обрабатываемой поверхности, определяем промежуточные припуски. За основу расчёта промежуточных припусков принимаем наибольший наружный диаметр Ш 65h14. Для получения требуемой точности и шероховатости требуется точение однократное. Припуск на обработке z1=1,7 мм (приложение 2)

Требуемый диаметр заготовки dзаг = 65+1,5= 66,5 мм по ГОСТ 2590–80 — стандартный диаметр проката.

dзаг= 67

.

1. Определяем длину заготовки по формуле:

где Lдет — номинальная длина детали по рабочему чертежу, мм;

Zпод =2,2 мм — припуск на подрезание торцов.

мм.

2. Определяем объём заготовки по формуле с учетом максимальных размеров:

см3,

где Dзаг — диаметр заготовки по плюсовым допускам, см.

Определяем массу заготовки по формуле:

кг.

3.Определяем расход материала на одну деталь с учётом неизбежных технологических потерь.

1. Где Lp-величина припуска на резку прута=0,45 мм табл.3.2.24[15]

2. Определяем коэффициент использования материала:

.

3. Определяем стоимость заготовки:

где СМ = 22 руб/кг — цена одного килограмма материала;

СОТХ = 4000 руб/т — цена 1 тонны отходов.

6.Определение стоимости детали с учетом транспортных расходов С1 =Кт • С1 =116,04•1,1=127,64руб Где Кт — коэф. учитывающий транспортные расходы Вариант 2. Заготовка, изготовленная методом штамповки.

1.Определение расчетной массы поковки.

кг.

Где Kp — расчетный коэфициент Кр =1,5 таб.3,5.3.3 [5]

Определение группы стали. — М2 [приложение 3]

Определение класса точности поковки Т3 [9. табл. 3.5.34]

Определение массы геометрической фигуры, в которую вписывается форма поковки.

см3

Определение степени точности поковки.

Степень точности — C1 — cтр. [9. с.329]

Исходный индекс поковки 10 рис. [9. рис 3.5.57]

2. Назначение припусков на размеры, табл. 3.5.3.5 [2]

Рис. 1.3. Заготовка штампованная поковка

3. Определение допустимых отклонений размеров табл. 3.5.46 [2]

мм, мм, мм, мм,

мм, мм,

мм, мм.

мм, мм.

мм, мм.

мм, мм.

Таблица 2.1 Припуски на размеры заготовки.

4. Расчет массы заготовки

; (2.15)

см3; см3;

см3; см3;

см3;

см3;

см3;

mзаг = Vзаг P = 0,785 = 3,07кг

5.Определяем нормы расхода материала с учетом неизбежных технологических потерь.

Где Кш — величина неизбежных отклонений

6.Определение коэффициента использования материала:

(2.18)

(2.19)

7.Определяем стоимость изготовления детали.

8. Определение стоимости детали с учетом транспортных расходов С1 =Кт • С1 =103,48 • 1,1=113,86руб

9. Определение годовой экономии материала.

Эм =(G1- G2) N = (5,94−3,37) 7000 = 17 990 кг.

10. Определение годовой экономии материала в денежном выражении.

Вывод: Технико-экономические расчёты показывают, что заготовка, полученная методом горячей объёмной штамповки на ГКМ, более экономична по использованию материала, чем заготовка из проката, и штампованная заготовка дешевле чем прокат, поэтому принимаем заготовку штампованную поковку.

2.2 Назначение технологических схем обработки поверхностей изделия

Таблица 2.2 Технологические схемы обработки поверхности.

2.3 Проектирование технологического процесса изготовления детали

2.3.1 Разработка маршрута обработки детали

Маршрут обработки выбирается исходя из конструкции готовой детали заготовки и технологических схем обработки поверхностей. При формировании маршрута обработки учитывается тип производства, оказывающий влияние на конструкцию и дифференциацию переходов в операции.

С учетом этих факторов предлагается маршрут технологического процесса:

000 Заготовительная.

005 Фрезерно-центровальная.

010 Токарная с ЧПУ

015 Шпоночно-фрезерная

020 Зубофрезерная

025 Вертикально-сверлильная

030 Термообработка

035 Круглошлифовальная

040 Круглошлифовальная

045 Круглошлифовальная

050 Контрольная

2.3.3 Выбор технологических баз

Деталь представляет собой ступенчатый вал.

Основными конструкторскими базами служат поверхности Ш40К6 с помощью которых вал устанавливается в подшипниковые опоры.

Использование этих баз в качестве технологических на большинстве операций затруднено. Вместо них применятся центровые отверстия и торцы 1,20. Подготовка этих баз осуществляет на фрезерно-центровальной операции с базированием в самоцентрирующихся призмах. Эта схема обеспечивает равномерное распределение припуска на токарных операциях.

Данная схема базирования обеспечивает хорошую жесткость системы СПИД доступ режущего инструмента в зону обработки и требуемую точность размеров. Схемы базирования приведена на операционных эскизах в таблице 2.7

2.3.4 Выбор технологической оснастки, режущего инструмента и контрольно-измерительных средств

В серийном производстве применяются в основном универсальные приспособления, инструмент и средства контроля, хотя может использоваться и специальная оснастка.

При обработке в центрах на токарной и круглошлифовальных операциях применяются поводковые патроны и задние центра. На шпоночнофрезерной операции применены специальные приспособления с пневмоприводом и установкой заготовки в призмах. Режущий инструмент на всех операциях универсальных. На токарной применяются резцы с пластинами с механическим креплением. Для проходных и контурных резцов пластины неперетачиваемые. На круглошлифовальной операции применяют шлифовальный круг.

Измерительные инструменты и приспособления универсальные:

Штангенциркули; специальные; предельные колибры.

Перечень технологической оснастки, режущего инструмента и средств контроля, по операциям, приведены в таблице 2.7

Таблица 2.9 Технологический процесс изготовления детали.

Продолжение таблицы 2.9

2.4 Расчёт припусков и межоперационных размеров

Значения припусков и операционных размеров приведены в таблице Таблица 2.10 Припуски и операционные размеры

2.5 Расчет режимов резания и основного времени

Опе6рация 005Фрезерно-центровальная.

Исходные данные:

Станок МР71-М, приспособление — для фрезерования.

Материал режущей части фрезы Dфр-80мм Zфр=16 — Р6М5;

Сверло центровочное Dcв-6,3 мм Р6М5;

Глубина резания максимальная: tmax= 1,8 мм.

1. Переходы:

1).Закрепить, установить. Снять деталь;

2).Фрезеровать два торца одновременно;

3).Сверлить два центровочных отверстия одновременно.

Таблица 2.11

Переход 2. Фрезерование торцов 1, 20.

Расчет режимов резания:

1) Выбор подачи: t=1 [ 7.с.69,72,73 ]

S Zm = 0,15 мм/зуб.

2) Скорость резания:

Vтаб =250 м/мин;

м/мин.

3) Частота вращения шпинделя:

об/мин.

13 мм мм Корректируем по паспортным данным станка. Принимаем n = 480 об/мин.

4) Мощность, необходимая для резания:

кВт.

5) Минутная подача:

мм/мин Корректируем минутную подачу по паспорту станка. Принимаем =820мм/мин.

6) Находим фактическую скорость резания:

Уточняем подачу на зуб:

7) Расчётная длина фрезерования:

42,26 мм;

8) Расчет основного времени на фрезерование:

мин.

Переход 3. Сверление центровых отверстий.

Исходные данные:

а) Глубина резания t = 3,15 мм.

б) Число ходов

в) Группа подачи -1.

Расчет режимов резания:

1) Выбор подачи:

Так как тогда: [ 7.с.107 ]

Sт = SФ = 0,20 мм/об.

2) Скорость резания:

V таб = 24 м/мин; [ 7.с.111 ]

м/мин.

3) Частота вращения шпинделя:

об/мин.

Корректируем частоту вращения по паспорту станка. Принимаем n = 1000 об/мин.

4) Мощность, необходимая для резания:

Nтаб = 0,9 кВт.

5) Минутная подача:

мм/мин.

6) Находим фактическую скорость резания: ;

.

7) Определяем длину рабочего хода:

8) Расчет основного времени:

мин.

Так как данный станок барабанного типа с последовательным действием, принимаем To=0,06мин.

Операция 010 Токарная с ЧПУ.

Исходные данные:

Модель станка — 16К20Ф3С39;

Материал режущей части резца Т15К6;

Переходы:

1. Установить, снять заготовку;

2. Точить цилиндрические поверхности 1,2,3 начерно;

3. Точить цилиндрические поверхности 1 начисто;

4. Переустановить, закрепить;

5. Точить цилиндрические поверхности 4,5,6,7 начерно;

6. Точить цилиндрические поверхности 5,6 начисто;

Переход 2.

1) Находим табличное значение подачи: [4.с.40]

Sтабл = 0,83 мм/об t = 2,0 мм

2) Находим фактическую подачу с учетом поправочных коэффициентов

Sф = 0,83 1,01,0 1,0 0,9 1,0 1,0 1,0 1,0 = 0,747 мм/об

3) Находим табличную скорость и мощность резания

Vт = 140 м/мин Nт = 11,0 кВт [4.с.73]

4)Определяем фактическую скорость резанья с учетом коэффициента.

.

5) Определяем частоту вращения шпинделя по формуле:

6) Определяем фактическую мощность резания:

Kn = 1,0

7) Находим минутную подачу:

min

Sм = 0,747 466 = 460 мм/мин.

8) Расчет основного времени работы по автоматическому циклу:

мин.

=63,36

мин.

Тсu-время на смену инструмента.

Тсг=5сек=0,08мин Количество инструментов в наладке =2

Переход 3:

1.Точить поверхность 1 начисто.

Sтабл. = 0,31 мм/об t = 0,125 мм [4.с.46]

2.

3. Vтабл = 348 м/мин [4.с.81]

4.

.

5.

6. SM=SФ•nmin=0,279•1531=427мм/мин

7.

мин.

+= 200,25 мм

мин.

= 0,053+0,26=0,313мин.

Переход 4:

Переустановить закрепить.

Переход 5:

Точить поверхность 4,5,6,7 начерно.

1.t=1,0

Sтабл=0,83мм/об [4.с.40]

2.

3.Vтабл = 153 м/мин; nтабл- 10кВт [4.с.73]

4.

5.

6.Nф=Nтабл•KN•

Nф=10•1•

КN=1; Nстанка= 10кВт; Nф‹ Nстанка

7. =0,747•750=560,25мм/мин

8.

= 302,06 мм

0,28мин мин.

= 0,28+0,31=0,59мин.

Переход 6:

Точить поверхность 7 начисто.

1. t=0,125 мм.

Sтабл = 0,31 мм/об [4.с.40]

2.

= 0,31•1•1•1•1•0,8= 0,279 мм/об

3.Vтабл = 348 м/мин [4.с.73]

4.

5.

6. =0,279•1531,2=427,20 мм/мин

7.

=112,5

мин.

=258,19

= 0,26+0,29=0,55мин.

1. Определяем время работы по автоматическому циклу на всю операцию.

Операция 015 Шпоночно-фрезерная.

Переходы:

1. Снять, установить и закрепить заготовку.

2. Фрезеровать паз Материал заготовки — сталь 40Х; ГОСТ 4543–71

Режущий инструмент: Фреза шпоночная Р6М5 D = 8 мм;

Станок — шпоночно-фрезерный 692 М Таблица 2.12

Переход 2

1.Глубина и ширина фрезерования.

В=8мм, t=0,2 мм.

2.Число проходов.

Принимаем i=13.

3.Табличная скорость резанья (карта 198)

Скорость резания: Vт=24м/мин Поправочные коэффициенты:

К zv=1

Расчетная скорость резания:

Vp = =м/мин;

4.Расчетный диаметр:

Расчетная частота вращения фрезы:

5.Расчетная минутная подача:

Sm=420мммин

6.Длинна резанья

L=40мм (по эскизу)

Lпв=(0,5…3) + t+(D-t) = 10 мм

Lпер=0мм;

L=l+lпв+lпер=40+10+0=50мм.

7.Основное время на обработку:

Операция 020 Зубофрезерная.

Переходы:

1. Снять, установить и закрепить заготовку.

2. Фрезеровать зубья согласно эскизу Материал заготовки — сталь 40Х; ГОСТ 4543–71 170…190HB

Режущий инструмент: Фреза модульная червячная: Р6М5 D = 80 мм; Lфр=71мм; Zфр =10

Число зубьев K=1; Модуль m=3мм (Класс точности В) Станок — зубофрезерный 5К310

Расчет режимов резанья и основного времени

1.t=h=2,25•3=6,77 мм

2.Sp=St•Ks•cosB (стр 148)

St=1,6мм/об Кз=1

Sp=1,6•1=1,6 мм/об принимаем Sp=1,25 мм/об.

3.Vp=Vt•К1•К2 (стр148)

Vt=40 м/мин: К1=1; К2=1,4

Vp=40•1•1,4•56 м/мин

4.D=Dфр=80

5.

6. L=L+l1

l=26

L1=22

L=48

Операция 025 Вертикально-сверлильная Переходы:

1.Снять установить, закрепить заготовку.

2.Сверлить отверстие 1

3.Нарезать резьбу Материал заготовки — сталь 40Х; ГОСТ 4543–71 170…190HB

Режущий инструмент: Сверло спиральное Р6М5: Форма заточки H (нормальная) Станок 2Н125

Расчет режимов резанья и основного времени

Таблица 2.13

1.Число проходов i=1; глубина резанья t=D/2 = 12/2=6мм

2.Группа подач — I, табличная подача Sтабл= 0,14−0,18 мм/об Коэфициент Kks=1 (Карта 41)

Расчетная подача Sp= Sтабл•Kls=0,16•1=0,16мм/об Принимаем по паспорту станка S=0,14мм/об

3.Табличная скорость резанья Vтабл=37м/мин (карта 42)

Коэффициенты: Кмv=0,8;Klv=1; Knv=1

Расчетная скорость резания: Vp=37•1•0,8=29,6м/мин

4.Расчетный диаметр D=12мм (по эскизу) Расчетная частота вращения шпинделя:

Принимаем по паспорту станка n=710 об/мин

5.Фактическая скорость резания:

6.Определяем длину рабочего хода:

L=40мм (по эскизу); lпв= (0,5…2)+0,3 D=1+0,3•12=5мм.

lпер = 1…3мм, принимаем lпер = 1

L=l+lпв+lпер=40+5+1=46мм

7.Основное время:

Переход 3

1.Определяем подачу: S=1мм/об

2.Табличная скорость резания Vтабл=14,5м/мин

3.Частота вращения шпинделя = 385 об/мин

4.Фактическая скорость резания V=31 м/мин

5.Основное время:

Операция 035 Круглошлифовальная Переходы:

1. Установить и закрепить заготовку. Снять.

2. Шлифовать поверхность 1 предварительно

3. Шлифовать поверхность 1 окончательно.

Исходные данные:

Материал заготовки — сталь 40Х, 170…190НВ.

Метод шлифования — с непрерывной радиальной подачей.

Станок круглошлифовальный мод.3М150.

Выбор характеристик шлифовального круга:

1) Размеры шлифовального круга:

Диаметр Dk = 500 мм (по паспорту станка) Высота (ширина) Вк = 60 мм (по паспорту станка) Диаметр отверстия круга dk203мм (по стандарту)

2) Принятая форма круга — ПП (плоский прямой) Материал — 23А (электрокорунд белый)

3) Характеристики круга:

Зернистость — 25 [3.с. 245, табл. 161]

Твердость — С2 [3.с. 249]

Номер структуры — 5 [3.с. 249, табл. 167]

Связка — керамическая К5 [3.с. 247]

Допустимая окружная скорость Vк = 35 м/с Полное обозначение круга ПП 500Ч40Ч203 23А 25Н С2 5 К5 35 м/с 1 кл. А ГОСТ 2424–83

Расчет режимов резания и основного времени Таблица 2.14

1.Расчетный диаметр заготовки Dз = d1= 40,06 мм Табличная окружная скорость заготовки:

Vз = 20…40 м/мин [3.с. 301, табл. 55]

Принимаем Vз = 25 м/мин Частота вращения заготовки

(находится в паспортных пределах)

2. Табличная врезная (радиальная) подача на 1 оборот заготовки:

Sрад = 0,001…0,025 мм/об Принимаем радиальную подачу:

Sрад = 0,002 мм/об Скорость минутной врезной подачи:

(находится в паспортных пределах)

3.Диаметры до и после обработки (по исходным данным):

d1= 40,31 мм, d2 = 40,06 мм Припуск на шлифование (на сторону):

Расчетная длина хода L = h = 0,125 мм

4.Число рабочих ходов i = 1

Коэффициент, учитывающий время на выхаживание:

K = 1,2…1,3

Принимаем K = 1,3

5.Основное время на операцию:

Материал заготовки — сталь 40Х, 170…190НВ.

Метод шлифования — с непрерывной радиальной подачей.

Станок круглошлифовальный мод.3М150.

Выбор характеристик шлифовального круга:

1) Размеры шлифовального круга:

Диаметр Dk = 500 мм (по паспорту станка) Высота (ширина) Вк = 60 мм (по паспорту станка) Диаметр отверстия круга dk203мм (по стандарту)

2) Принятая форма круга — ПП (плоский прямой) Материал — 23А (электрокорунд белый)

3) Характеристики круга:

Зернистость — 10 [3.с. 245, табл. 161]

Твердость — С2 [3.с. 249]

Номер структуры — 5 [3.с. 249, табл. 167]

Связка — керамическая К5 [3.с. 247]

Допустимая окружная скорость Vк = 35 м/с Полное обозначение круга ПП 600Ч40Ч203 23А 25Н С2 5 К5 35 м/с 1 кл. А ГОСТ 2424–83

Расчет режимов резания и основного времени Таблица 2.15

1.Расчетный диаметр заготовки Dз = d1= 40,06 мм Табличная окружная скорость заготовки:

Vз = 30…50 м/мин [3.с. 301, табл. 55]

Принимаем Vз = 35 м/мин Частота вращения заготовки

(находится в паспортных пределах)

2. Табличная врезная (радиальная) подача на 1 оборот заготовки:

Sрад = 0,005…0,015 мм/об Принимаем радиальную подачу:

Sрад = 0,005 мм/об Скорость минутной врезной подачи:

(находится в паспортных пределах)

3.Диаметры до и после обработки (по исходным данным):

d1= 40,06 мм, d2 = 40 мм Припуск на шлифование (на сторону):

Расчетная длина хода L = h = 0,003 мм

4.Число рабочих ходов i = 1

Коэффициент, учитывающий время на выхаживание:

K = 1,2…1,3

Принимаем K = 1,3

5.Основное время на операцию:

Таблица 2.16

2.6 Нормирование операции

Операция 005 Фрезерно-ценровальная Исходные данные:

Обрабатываемый материал: сталь 40X.

Масса заготовки — 2,28 кг.

Величина партии изделий .

Станок — фрезерно-центровальный мод. МР-71М.

Способ установки детали — в тисках ГОСТ 21 167–75.

Расчет норм времени

1. [5.карта.9, поз.10]

2.Определяем вспомогательное время [5.карта.31, поз.2]

=0,23 мин.

3. — не определяем т.к. контроль не предусматривается. [5.карта.86, поз.68]

4. К — не определяем, т.к. не учитывается [5.карта.87, лист1/лист2]

5.

6.Общее вспомогательное время на операцию:

7.Определяем время на обслуживание рабочего места и отдыха в долях от оперативного время:

a обс.= 5%; аотл=3,5%. [5.карта.85, поз.9;13]

8. Определяем подготовительно-заключительное время:

Тпз=21мин [5.карта.32, поз.7]

9.Норма штучного времени на операцию:

10. Величина операционной партии изделий nоп = 137 шт (по исходным данным)

11. Штучно — калькуляционное время:

Операция 010 -токарная с ЧПУ.

Масса заготовки:2,28 кг Установка заготовки в центрах с поводковым патроном.

Контроль диаметральных размеров штангенциркуль ШЦII-250−01 ГОСТ 166–89

Станок: токарный с ЧПУ 16К20Ф3

Тца.=1,90 мин.

1.Вспомогательное время на установку и снятие заготовки.

Туст=0,85мин [6.карта 3 поз.16]

2.Определение вспомогательного времени связанно с операцией — включение и выключение станка. tв1=0,04мин [6.карта 14 поз.3]

Открытие и закрытие оградительного считка tв2 =0,03мин [6.карта 14 поз.6]

Установка в заданное взаимное положение детали и инструмента по координатам х, у, z, и в случае необходимости произвести переналадку. tв3=0,32 [6.карта 141]

Проверка прихода детали в заданную точку после обработки, tв4 =0,15мин [6.карта 144]

tвсп = tв1+ tв2+ tв3+ tв4 = 0,04+0,03+0,32+0,15+0,54мин.

3. Вспомогательное время на контрольные измерения.

tизм =0,16мин [6.карта 15 поз.148]

4.Общее вспомогательное время на операцию

tв = туст + tвсп+ tизм =0,85+0,54+0,16=1,55мин.

5.Процент времени на обслуживание рабочего места, отдых и личные надобности атех+аотл=7%[карта 16 поз.1]

6.Норма подготовительно-заключительного времени.

Тпз=4+9+2+2+1,2+0,2+1+1,2+1,2+1,5+0,4+2,5+0,3=26,5мин

[карта 21 поз.1,2,3,4,7,13,27,28,29,30,31,33,34]

7.Определение нормы штучного времени Тшт =(Тца+Тв)• 1•= 3,7мин

8.Определение нормы штучно-калькуляционного времени Тшк = Тшт += 3,7+=3,9мин.

Операция 020 Зубофрезерная.

1. Определяем вспомогательное время на операцию, мин

[6.к.47cтр.132]

2. Определяем время на обслуживание рабочего места, отдых и личные надобности.

= 4,5% =4% [6.к64], [6.к88]

4. Определяем норму штучного времени, мин

=4,93мин.

=4,04мин

=0,5мин

5. Определяем подготовительно-заключительное время на партию деталей

=24+3+2,5+7=36,5 мин. (карта 65 поз. 1,7,10,11) [6.k28c.131]

6. Определяем штучно калькуляционное время

:

Операция 025 Вертикально-сверлильная

1.Определяем вспомогательное время на операцию, мин

(карта 2, поз.2)

2. (карта 24 поз.1)

3. =0 т.к. контроль не предусматривается.

4. К=0 т.к. контроль не предусматривается.

5.Тп=tп+tизм•К=0,07+0=0,07мин

6. Общее вспомогательное время на операцию.

Тв=Туст+Тп=0,35+0,07=0,42мин

7.= 5%

8.Тпз=10+7=17мин (карта 1,14)

9. =4%

10.Норма штучного времени на операцию:

= 1,16мин

11. Величина операционной партии изделий Поп=137шт (по исходным данным)

12. Штучно-калькуляционное время:

Операция 035 Круглошлифовальная.

Исходные данные:

Масса заготовки 2,28 кг Установка заготовки — в центрах с хомутиком Величина операционной партии изделий Поп =137 шт Контроль диаметрального размера — скобой Станок круглошлифовальный мод. 3М153М (наибольший диаметр устанавливаемой заготовки 140 мм) Подача — автоматическая.

Расчет норм времени Основное время То = 0,45мин

1. Туст = 0,28 мин [5.карта.9, поз.10]

2. tп = 0,7 мин [5.карта.31, поз.2]

3. tизм = 0,09 мин [5.карта.86, поз.68]

tизм < То (0,09 < 0,45), но в данном случае время на измерения в норму включаем.

4. К = 1 [5.карта.87, лист1/лист2]

5. Суммарное вспомогательное время на переход:

Тп = tп + tизм · К = 0,7+0,09 · 1 =0,16 мин

6. Общее вспомогательное время на операцию:

7.

Тв = Туст + Тп = 0,28 + 0,16 =0,44 мин

8. аобс = 9% [5.карта.85, поз.9;13]

Тп.з = 7+6+1+7=21 мин [5.карта.32, поз.7]

9. Норма штучного времени на операцию:

10. Величина операционной партии изделий nоп = 137 шт (по исходным данным)

11. Штучно — калькуляционное время:

Таблица 2.17 Нормативы времени.

Тшт.к, на Термическую операцию составляет 5% от суммы Тшт. к по всем операциям:

Итого: Штучно калькуляционное время на изготовление одной детали составило 19,28мин.

3. Конструкторская часть

3.1 Конструирование станочного приспособления

3.1.1 Силовой расчет приспособления

Проектируемое приспособление предназначено для фрезерования шпоночного паза на шпоночно-фрезерной операции.

Исходные данные для расчета:

— содержание операции: фрезерование шпоночного паза

— способ базирования заготовки: цилиндрической поверхностью

D = 25 мм на опорную призму с< б =90є

— режимные параметры обработки из п. 2.5:

t =2,5 мм;i = 13;Sм = 420мм/мин; n=955мин-1; V=24м/мин; Sz = 0,24мм/зуб Для определения величины требуемой силы зажима разрабатываем схему действия силы на заготовку.

Рисунок 3.1 Схема действия сил на заготовку.

Анализируем схему.

Со стороны шпоночной фрезы на заготовку действуют силы Рz, Рх, Ру, сдвигающие ее относительно опорной призмы.

Этим силам противодействуют:

— со стороны зажимного элемента сила зажима W, прижимающая заготовку к опорной призме;

— силы трения Wf в местах контакта базовой поверхности заготовки с зажимным и опорным элементами, удерживающими ее от сдвига.

При действии всех сил заготовка должна находиться в равновесии.

Учитывая способ базирования заготовки, характер и направление действия на нее всех сил, а также надежность закрепления, величину требуемой силы зажима заготовки рассчитываем по формуле:

Wсум=(К · vРz2+Рх2+Ру2) / f1 +f2/sinб/2,

где К-коэффициент заноса

f 1, f2 — коэффициенты трения в местах контакта базовой поверхности заготовки с зажимным и опорным элементами соответственно.

б — угол призмы в градусах; б = 900

Принимаем f 1=f2 =0,16 -при контакте обработанной поверхности заготовки с опорой и зажимным элементом К = Ко · К1 · К2 · К3 · К4 · К5 · К6,

К0 =1,5-гарантированный коэффициент заноса К1 =1- при чистовой обработке К2=1,6…1,8- коэффициент, учитывающий затупления шпоночной фрезы при фрезеровании стали;

Принимаем К2=11,7

К3 = не учитывается при непрерывном фрезеровании К4 =1,0-при использовании пневмоцилиндра двухстороннего действия К5- не учитывается пи механизированном зажиме К6-не учитывается при отсутствии момента, поворачивающего заготовку относительно опоры К=1,5 · 1 · 1,7 · 1=2,55

Главную составляющую силы резания берем из п. 2.5.

Рz =263,6Н Величины остальных составляющих силы резания радиальной Ру и осевой Рх устанавливаем из соотношения с главной составляющей Рz.

Ру=(0,3…0,4) Рz. [4,т.42,с.292]

Рх =(0,5…0,55) Рz.

Ру=0,4 Рz. = 0,4 · 263,6=105,44Н Рх =0,55 Рz = 0,55 · 263,6 =144,98Н Рассчитываем силу W по формуле.

W =2,55 · v263,62+144,982+105,442 / 0,16+0,16/0,707 = 2105Н

3.1.2 Описание конструкции и принципа действия

Анализируем исходные данные Тип производства — среднесерийное Тип привода — механизированный Расчетная величина зажимной силы W=2105Н. выбираем тип зажимного механизма и привода. Для приспособления, работающего в условиях среднесерийного производства с требуемой величиной зажимной силы, принимаем рычажный зажимной механизм с передаточным отношением сил i =1,67

Выбираем тип привода.

Принимаем механизированный пневматический привод с пневмоцилиндром двухстороннего действия.

Разрабатываем схему действия сил в приспособлении.

Рисунок 3.2 Схема действия сил в приспособлении.

Передача сил со штока на заготовку будет производиться по схеме: шток-рычаг-заготовка.

На основании схемы действия сил по известной силе W определяем величину расчетной исходной силы на штоке пневмоцилиндра D.

Для рычажного зажимного механизма величина силы, действующей со стороны штока на рычаг рассчитываем по формуле:

Q =W /i · ?,

где? -КПД рычажного зажимного механизма, принимаем? = 0,95

Q = 2105/1,67 · 0,95=1327Н Зная величину силы, развиваемой на штоке пневмоцилиндра двухстороннего действия, определяем расчетный диаметр пневмоцилиндра D.

Для пневмоцилиндра 2-х стороннего действия при подаче сжатого воздуха для зажима в бесштоковую полость.

Q= D2 /4 ·? · т, Н, где т — давление сжатого воздуха, Па

? — КПД пневмоцилиндра из формулы

D =v4 · Q/ · т · ?, мм Принимаем т -0,4МПа = 0,4 · 106 Па,? =0,95

D = v4 · 1324/3,14 · 0,4 · 106 · 0,95 = 0,0667м=66,7 мм Принимаем стандартную величину диаметра пневмоцилиндра: D=100мм

3.2 Конструирование и расчет режущего инструмента

Выбираем конструкцию резца с механическим креплением многогранной пластины. Для обеспечения главного угла в плане и заданных режимов резания применяем резец канавочный с пластиной и подкладкой.

1. В качестве материала для державки резца выбираем углеродистую сталь 50 с ув=650МПа и допустимым напряжением на изгиб уп = 200МПа.

2. Сила резанья Pz определяется по формуле:

Pz= 9,81•Cpz•txpz•Kpz

Pz= 9,81•340•2015•0,830,45•1=3399,3H. (СТМ2,т.17,с269)

3. Ширина прямолинейного сечения державки резца определяется по формуле:

в= = =13,37 мм Принимаем по стандарту СТ СЭВ 153−75 большое сечение державки b=16мм.

Выбор державки резца: h=1,6•16=25,6; h=25мм.

1. Проверяем прочность и жесткость державки резца, максимальная нагрузка, допустимая прочность резца:

Pzmax = = 5550Н Максимальная нагрузка, допускаемая жесткость резца:

Pzжес = где: ѓ=0,1мм — допустимая стрела прогиба резца; Е=20 000Н-Модуль упругости материала державки резца; L=60ммвылет резца; J-момент инерции прямоугольного сечения державки.

Pzжес = = = 20 800мм4

Pzжес = = 577кгсмм2

Резец обладает достаточными прочностью и жесткостью, т.к. выполнено условие

Pzдоп ›P‹Pzжес 555›340‹577 кгс Основные размеры принимаем по стандарту:

Рабочая высота резца h=25мм;

Ширина державки резца b=16мм;

Длинна резца L=125мм.

При сечении срезаемого слоя F=Ts, t-глубина резания; S-подача; F=3,5•0,14=0,49 мм.

Резец должен иметь диаметр описанной окружности пластины: D=18мм.

Выбираем материал резца:

Для пластины — твердый сплав T15K6, Форма II ГОСТ 19 063–80, для клина штифта — сталь 45, для винта — сталь 45, головку винта калить до HRC, 30−35. Технические требования по резцу выбираем по гост ГОСТ 21 492–76.

3.3 Конструирование и расчёт мерительного инструмента

Калибр — скоба Ш40K6()

1.Определения предельных отклонений вала.

еs= +0,018

еi= +0,002

2.Расчет предельных размеров вала.

Dmax=d+es= 40+0,018=40,018

Dmin= d+ei= 40+0,002=40,018

3.Определение отклонений и допуска для калибра скобы, мм;

Z1 =3,5=0,0035мкм.

H1=4=0,004мкм.

Y1=3=0,003мкм.

4. Расчет предельных и исполнительных размеров калибр скобы.

P-ПР=dmax-Z1=40,018−0,0035=40,0145 мм.

P-ПPисп=(P-ПРмин)+Н140,0125+0,004=1,015 мм.

P-ПPmin=dmax-Z1- - 40,018−0,0035 ——- =40,0125 мм.

P-ПРизм = dmax+Y1= 40,018+0,003= 40,021 мм.

Р-НЕ=dmin=40,002

P-НЕисп=(P-НЕmin+H1 = 40+0,004=1,015

Р-НЕmin= dmin- —- = 40,002- 0,004 =40

4. Проектирование участка механического цеха

4.1 Расчёт количества оборудования и его загрузки

Количество станков на операции См = (tшкi*N+Di) / Fдo*Kз, ст.,

где; tшкiвремя обработки детали на операции, мин.; Di — дозагрузка на операции, час; Кзо = 0,8 — среднеотраслевой коэффициент загрузки универ-сальных станков в среднесерийном производстве; Fдo = 3850 час — эффек-тивный годовой фонд времени работы оборудования.

Операция 005

С005 = (0,82*7000/60+5000)/3850*0,8 = 1,65 ст.

Расчетное число станков Ср005 = 2 ст. Коэффициент загрузки станков на операции 005 Кз005 = С005 / Ср005 = 1,65/ 2= 0,88. Принятое число станков Сп005 = Ср005 = 2ст.

Таблица 4.1. Расчет количества станков на операциях.

Средний коэффициент загрузки станков:

Кз.ср = У (Спм*КзiКи) / УСпм.

Кз ср = (1,65+6,67+2,01+5,39+2,62+5,11)/ 28=0,84.

4.2 Планирование участка. Определение площадей

Состав производственного участка определяется характером изготовляемого изделия, видом технологического процесса, объёмом производства.

На участке располагается оборудование, предназначенное для выполнения, технологического процесса обработки детали. Контрольное отделение, складские помещения, которые являются вспомогательными.

Для среднесерийного производства принимаем групповой способ размещения станков по видам обработки (токарные, фрезерные, сверлильные, шлифовальные и т. д.)

Ширину пролёта между колоннами принимаем L=18м и шагом колонн t=12м. Высота здания 6 м. Место рабочего у станка обозначаем кружком диаметром 500 мм Определяем размер главного проезда Lпр=2500мм, предназначенного для транспортирования материалов, заготовок, и движения людей. Перемещение заготовок производим с помощью электрокар, так как вес заготовки менее 10 кг. Для обслуживания участка используем кран-балку грузоподъёмностью 5 т.

Станки располагаем вдоль пролёта, группу круглошлифовальных станков располагаем в поперечном направлении для лучшего использования площади участка.

В соответствии с технологическим процессом располагаем на данном механическом участке места для мастера и контролёров площадью не менее каждое.

По плану участка площадь участка составляет: S=670

Sy=Sпр+Sвсп+Sсл=432+129,6+108=670м2

Sпр — производственная площадь

Sпр = Спр•Sср=16•27=432м2

Cпр — принятое количество станков

Sпр — средняя площадь на 1 станок

Sвсп-25−35% от Sпр=0,3•432=129,6

Sсл-25−30% от Sпр=0,25•432=108

В целях соблюдения пожарной безопасности в цехе запрещается: курить в местах, не отведённых для этой цели; загромождать проходы и проезды, подступы к водоисточникам, пожарным лестницам, средствам пожаротушения, электросиловым установкам и вентиляционным камерам.

При работе на шлифовальных станках рабочие должны пользоваться защитными очками и экранами;

При выполнении шлифовальной операции рабочий находится сбоку от шлифовального круга;

Обязательное использование спецодежды, волосы заправляются под головной убор, рукава куртки застёгиваются;

При слесарной операции необходимо использовать тиски для зажима детали;

Стружку с рабочего места убирать специальными щётками;

При токарной операции для смены патрона необходимо пользоваться подкладкой;

При сверлильных операциях использовать зажимные приспособления.

К противопожарной технике безопасности можно отнеси:

— необходимость противопожарных преград внутри помещения, наличие противопожарного оборудования;

— наличие средств пожаротушения;

— пути эвакуации людей из помещения в случае пожара.

Необходимо, чтобы все рабочие изучили и усвоили правила безопасной работы, при соблюдении которых можно предупредить и полностью предотвратить несчастные случаи и создать условия для высокопроизводительной работы.

При несоблюдении правил техники безопасности здоровью работающего может быть нанесён вред. Работники обязаны соблюдать дисциплину труда, правильно применять коллективные и индивидуальные средства защиты. Несоблюдение инструкций по охране труда является нарушением трудовой и технологической дисциплины.

Лица, нарушающие инструкцию, несут ответственность в дисциплинарном или судебном порядке в зависимости от характера и последствий нарушений.

4.3 Техника безопасности на участке

В машиностроительном производстве существуют нормы техники безопасности и охраны труда.

Основными направлениями государственной политики в области охраны труда являются:

принятие и реализация законов и иных актов, целевых и отраслевых программ улучшения условий труда;

государственное управление охраной труда;

государственный надзор и контроль по соблюдению требований охраны труда;

содействие общественному контролю по соблюдению правил и законных интересов работников в области охраны труда;

расследование несчастных случаев на производстве и профессиональных заболеваний;

защита законных интересов работников, пострадавших от несчастных случаев на производстве и профессиональных заболеваний;

установление компенсаций за тяжёлую работу и работу с вредными или опасными условиями труда;

установление порядка обеспечения работников средствами индивидуальной и коллективной защиты, а также санитарно-бытовыми помещениями и устройствами, лечебно-профилактическими средствами за счёт средств работодателя.

В данном дипломном проекте применены технические и организационные средства, обеспечивающие безопасность и безвредность условий труда обслуживающего персонала и окружающей среды.

Для безопасности эксплуатации электрооборудования на механических участках цехов применяют системы сигнализации. Для рабочих существуют нормы техники безопасности при работе с оборудованием. В местах работы должны находиться набор необходимых средств для оказания первой помощи (аптечный шкаф), плакаты о правилах оказания первой помощи, производства искусственного дыхания и наружного массажа сердца. Плакаты и правила должны быть вывешены на видных местах.

5. Экономическая часть

5.1 Расчет капитальных затрат

К капитальным затратам относятся капитальные вложения в основные фонды и нормированные оборотные средства.

КЗ = Коф + Коб, руб.

технологический вал передаточный калькуляция себестоимость где Коф — капитальные вложения в основные фонды, руб.; Коб — капитальные вложения в оборотные средства, руб.

5.1.1 Определение капитальных вложений в основные фонды

Капитальные вложения в основные фонды определяются как сумма вложений по видам основных фондов, участвующих в процессе производства заданных деталей с учетом дозагрузки.

Коф = Сто+Сос+Сзд+Синв+Стр., руб.

где Сто — капитальные вложения в технологическое оборудование (первоначальная стоимость станков), руб; Сос — капитальные вложения в технологическую оснастку, руб; Сзд — стоимость производственной площади, руб; Синвстоимость производственного инвентаря, руб.; Стр — капитальные вложения в подъёмно-транспортное оборудование. руб.;

Капиталовложения в технологическое оборудование Сто принимаются равными суммарным затратам на все станки и закалочные установки участка, которые приведены в сводной ведомости оборудования.

Таблица 5.1. Сводная ведомость технологического оборудования. [13, с107]