Разработка технологического процесса изготовления матрицы

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ТОЛЬЯТТИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

МЕХАНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ КАФЕДРА «ТЕХНОЛОГИЯ МАШИНОСТРОЕНИЯ «

ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ

на тему:

«РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ИЗГОТОВЛЕНИЯ МАТРИЦЫ»

Зав. кафедрой

Руководитель проекта

Консультанты: 1.

Рецензент

Дипломант Черников

Аннотация

УДК 621.91.002(075)

Технологический процесс изготовления матрицы. Дипломный проект /Черников — 2006.

В проекте рассмотрены вопросы совершенствования технологического процесса изготовления матрицы.

Предложен способ получения заготовки методом литья в песчано-глинистые формы по результатам экономического анализа. Разработан технологический маршрут изготовления детали для среднесерийного производства. Рассчитаны припуски на мех. обработку. На многоцелевой операции на основе проведенных научных и патентных исследований оптимизированы режимы резания и усовершенствована конструкция фрезы. Показаны наладки на многогоцелевую и фрезерно-расточную операции. Рассчитано и спроектировано станочное приспособление. Спроектирован участок обработки детали и рассчитаны коэффициенты загрузки применяемого оборудования. Соблюдены безопасность и экологичность проекта. Внедрение предлагаемых мероприятий по совершенствованию техпроцесса позволит получить годовой экономический эффект в размере 288 тыс. руб.

Проект состоит из пояснительной записки, включающей в себя 120с., 15 рис., 30 табл. Графическая часть содержит 10 листов чертежей формата А1.

1. Состояние вопроса. Анализ исходных данных.

2. Выбор стратегии и выбор производства.

3. Выбор и проектирование заготовки.

4. Выбор технологических баз. План обработки.

5. Выбор средств технологического оснащения.

6. Разработка технологических операций.

7. Патентные исследования.

8. Научные исследования.

9. Выбор и проектирование приспособлений.

10. Выбор и проектирование инструмента.

11. Расчет и проектирование участка механической обработки

12. Безопасность и экологичность проекта

13. Экономическая эффективность проекта

Заключение

Приложения

Цель дипломного проектирования по технологии машиностроения — научится правильно применять теоретические знания, полученные в процессе учебы, использовать свой практический опыт работы на машиностроительных предприятиях для решения профессиональных технологических и конструкторских задач.

Целью данного проекта является снижение трудоемкости изготовления матрицы путем разработки прогрессивного технологического процесса, базирующегося на современных достижениях в области станкостроения, инструментального производства.

Для достижения цели решаются следующие задачи:

1.Расширение, углубление, систематизация и закрепление теоретических знаний, и применение их для проектирования прогрессивных технологических процессов изготовления деталей, включая проектирование средств технологического оснащения.

2.Развитие и закрепление навыков ведения самостоятельной творческой инженерной работы.

3.Овладение методикой теоретических исследований технологических процессов механосборочного производства.

В дипломном проекте должна отображаться экономия затрат труда, материала, энергии. Решение этих вопросов возможно на основе наиболее полного использования возможностей прогрессивного технологического оборудования и оснастки.

1. Анализ исходных данных

Анализ служебного назначения детали

Задачей дипломного проекта является разработка технологического процесса изготовления детали «матрица». Матрица — это часть штампа для изготовления стальных заготовок методом пластического деформирования. Матрица предназначена для образования совместно с пуансоном полости требуемой конфигурации и силового воздействия на обрабатываемый материал. Штамп состоит из двух или более частей. Матрица — это неподвижная часть штампа. Когда матрица и пуансон соединены вместе, они образуют замкнутую полость определённой конфигурации, стенки которой воздействуют на обрабатываемый материал, пластически деформируют его и придают исходной заготовке из пластического материала требуемую форму. Таким образом, получается деталь или заготовка. Матрица работает в условиях высокой температуры, контактного напряжения и интенсивного трения скольжения. Точность поверхностей матрицы непосредственно влияет на точность получаемых изделий. Шероховатость поверхностей матрицы влияет на шероховатость получаемых поверхностей, поэтому к рабочим поверхностям матрицы предъявляются высокие требования по точности размеров, формы и взаимного расположения поверхностей, а также шероховатости поверхностей. Твёрдость матрицы должна быть значительно выше твёрдости обрабатываемого материала, чтобы обеспечить обрабатываемость и уменьшить износ. Поэтому, для изготовления матрицы выберем инструментальный материал — сталь 4Х5МФС с последующей объёмной закалкой.

Матрица (чертеж 06. М15.6 .10.000) в паре с пуансоном предназначена для изготовления штамповок фланца.

На рисунке 1.1 представлен эскиз матрицы, а в таблице 1.1 классификация ее поверхностей.

Эскиз матрицы

Таблица 1.1

Классификация поверхностей детали по служебному назначению

Для изготовления данной матрицы применяется инструментальная сталь для штампов горячего деформирования 4Х5МФС. Химический состав стали, представлен в таблице 1.2.

Таблица 1.2

Химический состав стали 4Х5МФС

Сталь марки 4Х5МФС обладает повышенным сопротивлением хрупкому разрушению, разгаростойкости и прокаливаемости и поэтому ее применяют для сложного прессового инструмента.

Технологичность конструкции детали

Анализ чертежа матрицы показал, что все разрезы и сечения, совершенно четко и однозначно объясняют ее конфигурацию и возможные способы получения заготовки; чертеж содержит все необходимые сведения о материале детали, термической обработке, массе детали; деталь не имеет каких-либо труднодоступных поверхностей, все поверхности доступны для обработки и ремонта; возможен свободный доступ инструмента к обрабатываемым поверхностям; отсутствие глухих отверстий; деталь является достаточно жесткой, что позволяет применить высокоскоростную обработку; на чертеже проставлены все необходимые требования для изготовления матрицы, с целью получения в дальнейшем качественных штамповок. Таким образом, деталь является достаточно технологичной.

1.3 Задачи проекта

Основной задачей проекта является получение экономического эффекта от модернизации технологического процесса изготовления детали.

В данном проекте для достижения экономического эффекта предлагается применить следующие меры:

1. Спроектировать заготовку с максимальным коэффициентом использования материала и с минимальной себестоимостью.

2. Разработать технологический процесс изготовления матрицы с использованием новейших достижений науки и техники, отвечающий требованиям технологичности (экономичности, точности, качества и т. д.).

2. Выбор стратегии и типа производства

В соответствии с заданной программой выпуска 1000 деталей в год и массой детали 1,4 кг выбираем серийный тип производства.

Для серийного типа производства характерны следующие показатели технологического процесса:

· Форма организации технологического процесса — переменно-постоянная;

· Повторяемость выпуска — периодическое повторение партии;

· Вид технологического процесса — единичный;

· Заготовка — отливка, штамповка, прокат;

· Оборудование — универсальное, частично-специализированное;

· Загрузка оборудования — периодическая смена деталей на станках;

· Расстановка оборудования на участке — по ходу технологического процесса;

· Оснастка — универсальная и специальная;

Исходя из вышеперечисленного, стратегией проекта будем считать получение экономического эффекта путем уменьшения штучного времени, предположительно на заготовительной операции, введением нового способа получения заготовки; на фрезерной операции с помощью модернизации станка, приспособления и инструмента на основе проводимых научных и патентных исследований, учитывая экологическую составляющую проекта.

3. Выбор заготовки

Выбор оптимального варианта получения заготовки Для сравнения рассмотрим два способа получения заготовки для дальнейшего изготовления матрицы:

— прокат (по базовому ТП);

— литьё в песчаные формы.

Расчет заготовки из проката.

За основу расчета промежуточных припусков принимаем максимальный размер детали 125 мм.

Устанавливаем предварительный маршрутный технологический процесс обработки поверхности детали 125 мм:

Операция 10 Фрезерная черновая Определяем расчетный размер заготовки:

где, D_н=125мм — номинальный размер;

2z₁₀ = 5,2 ммприпуск на размер на операции 10 [3, с. 51, табл. 2.6].

D_р.з=125+5,2=130,2 мм.

По расчетным данным выбираем размер горячекатаного проката обычной точности — полоса по ГОСТ 4405–75

Полоса

В данном случае максимальный размер и является длиной заготовки.

Объем заготовки:

где, L_з= D_р.з =130,2мм — длина заготовки;

Н_з, В_з — высота и ширина заготовки, мм.

мм³.

Масса заготовки:

где, = 7,86 кг/м³ — удельная плотность стали;

m_з=7,86^.0,91=7,1 кг.

Коэффициент полезного использования материала:

(3.4)

где — масса детали;

— масса заготовки;

Заготовку в проектном варианте предложено выполнить отливкой.

Вид заготовки Выбираем заготовку — отливку, полученную литьём в песчано-глинистые сырые формы из низковлажных (до 2,8%) высокопрочных (более 160 кПа) смесей с высоким и однородным уплотнением до твердости не менее 90 единиц.

Класс размерной точности Выбираем по [4, прил.1, табл. 9]. Исходя из способа получения заготовки и наибольшего габаритного размера отливки класс размерной точности 8−13т. Принимаем 10 класс размерной точности.

Степень коробления элементов Выбираем по [4, прил. 2, табл. 10], исходя из отношения В/L 0,31. Степень коробления 4−7. Принимаем 6 степень коробления.

Степень точности поверхностей

Выбираем по [4, прил. 3, табл. 11] -11 -18. Принимаем степень точности поверхностей 14, что соответствует шероховатости R_а = 40 мкм [4, прил. 4, табл. 12].

Класс точности массы Определяем по [4, прил. 5, табл. 13], исходя из номинальной массы отливки (m = 1…10кг) и способа получения отливки, степень точности массы отливки 7т-14. Принимаем 10.

Ряд припусков на обработку Согласно [4, прил.6, табл. 14] 14 степени точности поверхности соответствуют 5−8 ряды припусков на обработку. Принимаем 7 ряд припусков.

Допуск размеров, формы и расположения элементов отливки Допуски размеров [4, с. 2, табл. 1], формы и расположения элементов отливки [4, с. 5, табл. 2] назначаем на каждую поверхность отливки отдельно и сводим в табл. 3.1.

Таблица 3.1.

Допуски на размеры отливки

Допуск неровностей поверхности отливки не должен превышать 1,0 мм.

[4, с. 6, табл. 3].

Общие допуски

Общие допуски элементов отливки, учитывающие совместное влияние допуска размера и допусков формы и расположения поверхностей выбираем по [4, прил. 8, табл. 16] и сводим в табл. 3.2.

Таблица 3.2.

Общие допуски

Припуски на обработку, размеры отливки

Припуски на обработку определяем по [4, с. 10, табл. 6].

Таблица 3.3.

Припуски и размеры отливки

Масса отливки

= 7,86 ^. 0,26 = 2,07 кг

Коэффициент использования материала

= 0,68

Технико-экономическое сравнение методов получения заготовки

Себестоимость детали:

где, С_з — стоимость заготовки, руб;

С_мо — стоимость механической обработки, руб;

С_отх — стоимость отходов, руб.

Для заготовки полученной из проката:

Для заготовки, полученной отливкой:

где, С_б — базовая стоимость кг заготовки;

m_з — масса заготовки, кг;

К_т — коэффициент точности;

К_сл — коэффициент сложности;

К_в — коэффициент массы;

К_м — коэффициент марки материала;

К_п — коэффициент объема производства.

Для заготовки полученной из проката:

С_б^пр = 0,36 руб/кг

m_з = 7,1 кг

С_з^пр =0,36 ^. 7,1 = 2,56 руб/шт

Для заготовки полученной литьём в песчаную форму:

С_б^шт = 0,29 руб/кг

К_т = 1,0

К_сл = 1,0 [5, с. 38, табл. 4.6]

К_в = 0,82 [5, с. 38, табл. 4.7]

К_м = 2,5

К_п = 0,77 [5, с. 38, табл. 4.8]

С_з^от = 0,29 ^. 2,07 ^. 1,0 ^. 1,0 ^. 0,82 ^. 2,5 ^. 0,77 = 0,95 руб/шт.

Определим затраты на механическую обработку:

где, С_уд — удельные затраты на снятие 1 кг стружки, руб.

где, С_с = 0,356 руб/кг — текущие затраты [5, с. 34, табл. 4.2];

С_к = 1,035 руб/кг — капитальные затраты [5, с. 34, табл. 4.2];

Е_н = 0,2 — нормативный коэф. эффективности капитальных вложений.

[5, с. 34 ]

С_мо^пр =(0,356 + 0,2 ^.1,035) ^. (7,1- 1,4) = 3,21 руб/кг.

С_мо^от = (0,356 + 0,2 ^. 1,035) ^. (2,07- 1,4) = 0,38 руб/кг.

где, С_уд отх — удельная себестоимость 1 кг отходов, руб

С_уд отх^пр = 0,1 ^. 0,36 = 0,036 руб/кг.

С_уд отх^от = 0,1 ^. 0,29 = 0,029 руб/кг.

С _отх^пр = 0,036 ^. (7,1−1,4) = 0,21 руб.

С _отх^от = 0,029 ^. (2,07−1,4) = 0,02 руб.

С_дет^пр = 2,56 + 3,21 — 0,21=5,56 руб.

С_дет^от = 0,95 + 0,38 — 0,02 = 1,31 руб.

Экономический эффект:

Э = 5,56 — 1,31 = 4,25 руб./шт.

Проведенные расчеты показывают, что экономически целесообразно в качестве заготовки для детали — матрица использовать заготовки полученные литьем в земляные формы.

4. Выбор технологических баз. План обработки

Выбор методов обработки поверхностей матрицы Выбор методов обработки поверхностей детали резанием выполним по типовым таблицам обработки и результаты выбора сведем в таблицу 4.1 проекта. Номера поверхностей взяты с эскиза матрицы (рис. 1.1).

Таблица 4.1

Методы обработки поверхностей матрицы

Данные методы реализованы при разработке технологического маршрута изготовления матрицы.

Разработка технологического маршрута изготовления матрицы При разработке маршрута в среднесерийном производстве придерживались следующих правил:

1.Технологические операции разрабатывали по принципу концентрации технологических переходов, т. е. как можно больше поверхностей обрабатывать с одного установа заготовки.

2.Отдавали предпочтение многопозиционным станкам, станкам с ЧПУ.

3.Старались шире применять режущий инструмент со сменными многогранными пластинами (СМП). Для цельного инструмента (сверл и др.) рекомендуем быстрорежущую сталь Р6М5.

4. Шире применять станочные приспособления со сменными установочными элементами и механизированными зажимными устройствами.

5. В первую очередь обрабатываются поверхности, которые в дальнейшем будут являться технологическими базами.

6. Отверстия с точным взаимным расположением обрабатывать за одну установку.

Технологический маршрут обработки матрицы представлен в таблице 4.2.

Таблица 4.2

Технологический маршрут изготовления матрицы

Выбор технологических баз Заготовка детали в процессе обработки должна занять и сохранять в течении всего времени обработки определенное положение относительно деталей станка или приспособлений. Для этого необходимо исключить возможность трех прямолинейных движений заготовки в направлении выбранных координатных осей и трех вращательных движений вокруг этих или параллельных им осей (то есть лишить заготовку 6 степеней свободы). Теоретическая схема базирования выбирается в зависимости от типа детали. Для нашего случая тип детали — корпус. Выбирается установочная база, которая лишает заготовку трех степеней свободы, направляющая база, которая лишает заготовку двух степеней свободы и опорная база, лишающая заготовку ещё одной степени свободы. Для обоснования выбранных баз составим таблицу 4.3, в которой покажем, какие базы используются на операциях.

Таблица 4.3

Технологические базы

Примечание: в таблице 4.3 установочная база обозначается буквами УБ, направляющая база обозначается буквами НБ, опорная — О.

В качестве черновых технологических баз на первой операции ТП выбираем поверхности 1,7,9 (ОКБ) для обеспечения полного базирования заготовки, как единственно возможные.

Чистовыми базами на многоцелевых операциях 015,030,055,065 служат:

Установочная явная база — поверхность 1, реализуемая при его контакте с установочным элементом приспособления; направляющая явная база — точно обработанное отверстие 30, реализуемой цилиндрическим пальцем; опорная явная база — поверхность 6, реализуемая установочным элементом приспособления.

Чистовыми базами на сверлильно-фрезерных 020,035,060 операциях служат:

Установочная явная база — поверхность 3, реализуемая при его контакте с установочным элементом приспособления; направляющая явная база — точно обработанное отверстие 30, реализуемой цилиндрическим пальцем;; опорная явная база — поверхность 4, реализуемая при его контакте с установочным элементом приспособления.

Чистовыми базами на сверлильной 025, шлифовальной 050 операциях служат:

Установочная явная база — поверхность 3, реализуемая при его контакте с установочным элементом приспособления; направляющая явная базаповерхность 6, реализуемая установочным элементом приспособления; опорная явная база — поверхность 11, реализуемая установочным элементом приспособления.

Такой выбор баз наряду с точностью изготовления матрицы обеспечивает требования взаимного расположения ее поверхностей.

Назначение операционных технических требований Допуски на размеры заготовки, полученной литьем, определяем по ГОСТ 26 645–85.

Операционный допуск на диаметральные размеры при обработке замкнутой поверхности принимаем равным статистической погрешности обработки [7]:

(4.1)

где — статическая погрешность обработки.

Для этого в зависимости от типа технологического оборудования, на котором выполняется обработка, характера обработки, определяем квалитет точности диаметрального размера и далее величину операционного допуска.

Операционные допуски линейных размеров, связывающих незамкнутые поверхности определим руководствуясь следующими правилами:

· При назначении операционного допуска на расстояние между измерительной базой и обработанной поверхностью для случая обработки на настроенном станке в состав допуска будем включать пространственные отклонения измерительной базы, а также погрешность базирования, от несовпадения установочной и измерительной баз:

(4.2)

где — пространственные отклонения;

— погрешность базирования.

· Операционный допуск на размер между поверхностями, обработанными с одного установа, нужно принимать равным статистической погрешности обработки:

(4.3)

Величины для линейных размеров определим по данным с учетом типа оборудования, метода координации инструмента, величины размера.

Величины пространственных отклонений измерительной базы определим по данным.

Технологические допуски формы и взаимного расположения обрабатываемых поверхностей возьмем из и укажем в технических требованиях на операцию на чертеже 06. М15.6 .01.000.

5. Выбор средств технологического оснащения

При выборе типа и модели металлорежущих станков будем руководствоваться следующими правилами:

1) Производительность, точность, габариты, мощность станка должны быть минимальными достаточными для того, чтобы обеспечить выполнение требований предъявленных к операции.

2) Станок должен обеспечить максимальную концентрацию переходов на операции в целях уменьшения числа операций, количества оборудования, повышения производительности и точности за счет уменьшения числа перестановок заготовки.

3) В случае недостаточной загрузки станка его технические характеристики должны позволять обрабатывать другие детали, выпускаемые данным цехом, участком.

4) В серийном производстве следует применять преимущественно универсальные станки, револьверные станки, станки с ЧПУ, многоцелевые станки (обрабатывающие центры).

При выборе приспособлений будем руководствоваться следующими правилами:

1) Приспособление должно обеспечивать материализацию теоретической схемы базирования на каждой операции с помощью опорных и установочных элементов.

2) Приспособление должно обеспечивать надежные закрепление заготовки обработке.

3) Приспособление должно быть быстродействующим.

4) Зажим заготовки должен осуществляться, как правило, автоматически.

5) Следует отдавать предпочтение стандартным, нормализованным, универсально-сборным приспособлениям, и только при их отсутствии проектировать специальные приспособления.

При выборе РИ будем руководствоваться следующими правилами:

1) Выбор инструментального материала определяется требованиями, с одной стороны, максимальной стойкости, а с другой минимальной стоимости.

2) Следует отдавать предпочтение стандартным и нормализованным инструментам.

При выборе средств контроля будем руководствоваться следующими правилами:

Точность измерительных инструментов и приспособлений должна быть существенно выше точности измеряемого размера.

В серийном производстве следует применять инструменты общего назначения: штангенциркули, микрометры, длинномеры и т. д, реже — специального назначения.

Следует отдавать предпочтение стандартным и нормализованным средствам контроля.

Выбор средств технологического оснащения производим по источникам [9], [10], [11], [12], и результаты выбора заносим в таблицу 5.1.

Таблица 5.1

Выбор средств технологического оснащения

6. Разработка технологических операций

Расчет режимов резания будем вести по методике предложенной в [10], а расчет норм времени по методике.

Операция 055 Многоцелевая Выбор оборудования.

На данной операции для обработки выбираем многоцелевой станок 2204ВМФ2

Техническая характеристика:

Частота вращения шпинделя — 50…4500 об/мин планшайбы — 6,3…160 об/мин Подача шпиндельной бабки, стола — 1,25…12 500 мм/мин выдвижного шпинделя — 2…2000 мм/мин

Габариты станка — 2630?2785?2250.

Выбор последовательности переходов.

1) — Фрезеровать уступ

2) — Фрезеровать образующую

3) — Развернуть отверстия O2,5Н7.

Выбор режущего инструмента произведен в п. 5.

Расчет режимов резания:

глубина резания t=0,1 мм;

подача S_Z =0.25 мм/зуб;

скорость резания рассчитывается по эмпирической формуле

где, = 234 — коэффициент; [10, стр. 287, табл.39]

m = 0,37 — показатель степени;

х = 0,24 — показатель степени;

y = 0,26 — показатель степени;

u = 0,1 — показатель степени;

p = 0,13 — показатель степени;

q = 0,44 — показатель степени.

Т = 100 мин — период стойкости инструмента;

= 0,67 1,0 1,4 = 0,94.

Подставляя значения в формулу (6.1), получим:

=

=124,66м/мин Таким образом, 7940 об/мин Основное время рассчитаем по формуле:

Таким образом, 0,19 мин Расчет режимов резания:

глубина резания t=0,1 мм;

подача S_Z =0.03 мм/зуб;

скорость резания рассчитывается по эмпирической формуле

где, = 234 — коэффициент; [10, стр. 287, табл.39]

m = 0,37 — показатель степени;

х = 0,24 — показатель степени;

y = 0,26 — показатель степени;

u = 0,1 — показатель степени;

p = 0,13 — показатель степени;

q = 0,44 — показатель степени.

Т = 100 мин — период стойкости инструмента;

= 0,67 1,0 1,4 = 0,94.

Подставляя значения в формулу (6.1), получим:

=

=207,16м/мин Таким образом, 21 990 об/мин Основное время рассчитаем по формуле:

Таким образом, 11,46 мин Расчет режимов резания:

глубина резания t=0,1 мм;

подача S =0,4 мм/об; [10, стр. 278, табл.27]

скорость резания рассчитывается по эмпирической формуле:

где, = 14 — коэффициент; [10, стр. 279, табл.29]

m = 0,85 — показатель степени;

y = 1,05 — показатель степени;

х = 0,75- показатель степени;

q = 0,4 — показатель степени;

Т = 15 мин — период стойкости инструмента; [10, стр. 279, табл.30]

где — коэффициент, учитывающий влияние физико-механических свойств обрабатываемого материала на скорость резания. [10, стр. 261, табл.1]

=900 МПа — предел прочности обрабатываемого материала;

=0,8 — коэффициент;

= 1,0 — показатель степени.

Тогда ;

— коэффициент, учитывающий влияние инструментального материала на скорость резания.

= 1,0 (9ХС); [10, стр. 263, табл.6]

= 0,6 — коэффициент, учитывающий длину отверстия [10, стр. 280, табл.31]

Таким образом, = 0,67 1,0 0,6 = 0,4.

Подставляя значения в формулу (6.2), получим:

= 11.89 м/мин.

Частота вращения заготовки рассчитывается по формуле:

где, = 11.89 м/мин — скорость резания;

D = 2,5 мм — диаметр развертки.

Таким образом, 1514 об/мин.

Принимаем по паспорту n=1500 об/мин Основное время рассчитаем по формуле:

где L — длина рабочего хода, мм

k — количество переходов,

i — количество проходов.

Таким образом, 0,4 мин Рассчитаем штучное и штучно-калькуляционное время на операцию Т_у.с=0,58мин, Т_зо=0,44мин, Т_уп=0,5мин, Т_из=3,42мин

2,24мин

где П_об=11,5% - затраты времени на обслуживание рабочего места и оборудования в процентах к оперативному

1,65мин Таким образом, = 12,13+2,24+1,65=16,02мин Штучно-калькуляционное время рассчитаем по формуле:

где Т_п-з =48мин — подготовительно заключительное время

n — размер партии.

16,07мин/шт Операция 060 Сверлильно-фрезерная Выбор оборудования.

На данной операции для обработки выбираем вертикальный сверлильно-фрезерный станок 243ВМФ2

Техническая характеристика:

Частота вращения шпинделя — 40−2500об/мин Подача по осям: по координатам Х, Y 2,15−2500 мм/мин Ускоренное перемещение: по координатам Х, Y — 3000 мм/мин по координате Z — 3000 мм/мин Габариты станка — 1590?1640?2620.

Выбор последовательности переходов.

1) — развернуть отверстия O3,5Н7

2) — развернуть отверстие O4Н7

3) — фрезеровать начисто паз 8D7.

Выбор режущего инструмента произведен в п. 5.

Расчет режимов резания:

Расчет режимов резания:

глубина резания t=0,1 мм;

подача S =0,4 мм/об; [10, стр. 278, табл.27]

скорость резания рассчитывается по эмпирической формуле:

где, = 14 — коэффициент; [10, стр. 279, табл.29]

m = 0,85 — показатель степени;

y = 1,05 — показатель степени;

х = 0,75- показатель степени;

q = 0,4 — показатель степени;

Т = 15 мин — период стойкости инструмента; [10, стр. 279, табл.30]

где — коэффициент, учитывающий влияние физико-механических свойств обрабатываемого материала на скорость резания. [10, стр. 261, табл.1]

=900 МПа — предел прочности обрабатываемого материала;

=0,8 — коэффициент;

= 1,0 — показатель степени.

Тогда ;

— коэффициент, учитывающий влияние инструментального материала на скорость резания.

= 1,0 (9ХС); [10, стр. 263, табл.6]

= 0,6 — коэффициент, учитывающий длину отверстия [10, стр. 280, табл.31]

Таким образом, = 0,67 1,0 0,6 = 0,4.

Подставляя значения в формулу (6.2), получим:

= 18.92 м/мин.

Частота вращения заготовки рассчитывается по формуле:

где, = 18.92 м/мин — скорость резания;

D = 3,5 мм — диаметр развертки.

Таким образом, 1722 об/мин.

Принимаем по паспорту n=1600 об/мин Основное время рассчитаем по формуле:

где L — длина рабочего хода, мм

k — количество переходов,

i — количество проходов.

Таким образом, 0,56 мин Расчет режимов резания:

глубина резания t=0,1 мм;

подача S =0,4 мм/об; [10, стр. 278, табл.27]

Подставляя значения в формулу (6.2), получим:

= 20.46 м/мин.

Частота вращения заготовки рассчитывается по формуле:

где, = 20.46 м/мин — скорость резания;

D = 4 мм — диаметр развертки.

Таким образом, 1628 об/мин.

Принимаем по паспорту n=1600 об/мин Основное время рассчитаем по формуле:

где L — длина рабочего хода, мм

k — количество переходов,

i — количество проходов.

Таким образом, 0,14 мин Расчет режимов резания:

глубина резания t=0,2 мм;

подача S_Z =0.25 мм/зуб;

скорость резания рассчитывается по эмпирической формуле

где, = 234 — коэффициент; [10, стр. 287, табл.39]

m = 0,37 — показатель степени;

х = 0,24 — показатель степени;

y = 0,26 — показатель степени;

u = 0,1 — показатель степени;

p = 0,13 — показатель степени;

q = 0,44 — показатель степени.

Т = 100 мин — период стойкости инструмента;

= 0,67 1,0 1,4 = 0,94.

Подставляя значения в формулу (6.1), получим:

=

=86,92м/мин Таким образом, 4600 об/мин Принимаем 2500об/мин.

Основное время рассчитаем по формуле:

Таким образом, 0,34 мин мин Рассчитаем штучное и штучно-калькуляционное время на операцию Т_у.с=0,58мин, Т_зо=0,44мин, Т_уп=0,5мин, Т_из=3,42мин

1,14мин

где П_об=11,5% - затраты времени на обслуживание рабочего места и оборудования в процентах к оперативному

0,25мин Таким образом, = 1,04+1,14+0,25=2,43мин Штучно-калькуляционное время рассчитаем по формуле:

где Т_п-з =48мин — подготовительно заключительное время

n — размер партии.

2,48мин/шт Режимы резания и нормы времени на остальные операции определим по методике и результаты расчетов занесем в таблицу 6.1

Таблица 6.1

Режимы резания и нормы времени

7. Патентные исследования

Задача раздела — на базе патентного поиска предложить прогрессивное техническое решение (ТР) в целях усовершенствования технологической операции и сделать вывод о возможности его использования.

Обоснование необходимости патентных исследований В качестве объекта усовершенствования операции 55 Многоцелевой как технологической системы примем применяемый в базовом техпроцессе режущий инструмент — фрезу концевую. Выявить прогрессивные ТР, которые могут лечь в основу усовершенствованного объекта, можно в результате патентного исследования достигнутого уровня вида техники «Фрезы». Использовать усовершенствованный объект можно только в том случае, если он обладает патентной чистотой в странах, где предполагается его использование. Установить, обладает ли усовершенствованный объект патентной чистотой, можно в результате его патентной экспертизы.

Для решения этих задач проведем исследования достигнутого уровня вида техники «Фрезы» и экспертизу патентной чистоты усовершенствованного объекта.

На базовом предприятии на операции 55 Многоцелевой применяют фрезу концевую ГОСТ 18 150–72.

Фреза предназначена для фрезерования образующей матрицы ковочного штампа.

Фреза концевая, рис. 7.1, изготовлена из твердого сплава ВК10М, содержит режущую часть 1, шейку 2, хвостовик 3.

Фреза концевая работает следующим образом: хвостовиком 3 она базируется и закрепляется в цанговом патроне фрезерного станка и от него получает главное движение резания. С помощью этого движения фреза своими режущими кромками обрабатывает образующую матрицы.

Эскиз фрезы Рис. 7.1

Исследование достигнутого уровня вида техники «Фрезы»

Главными недостатками применяемой фрезы являются:

— малая стойкость;

— большие температуры при фрезеровании;

— неравнопрочность зубьев вдоль оси;

— недостаточная прочность инструмента.

Причинами этих недостатков являются неоптимальность конструкции данного режущего инструмента.

Цель исследования достигнутого уровня вида техники «Фрезы» — усовершенствование исследуемой концевой фрезы и нахождение таких прогрессивных ТР, которые могли бы устранить недостатки, указанные выше, для возможности использовать фрезу при высокоскоростной обработке.

Составление регламента поиска№ 1

Регламент поиска определяет перечень исследуемых технических решений (ИТР), их рубрику по Международной классификации изобретений (МКИ) и индекс Универсальной десятичной классификации (УДК), страны поиска, его ретроспективность (глубину), перечень источников информации, по которым предполагается провести поиск.

Фреза характеризуется конструктивными признаками — наличием элементов, их формой, материалом, размерами, взаимным расположением и взаимосвязью. Это существенные признаки при исследовании данного инструмента. Признаки способа и вещества отсутствуют. Следовательно, данный инструмент рассматриваем как устройство.

Исследуемое устройство — фреза концевая содержит следующие ТР:

а) конструкция фрезы;

б) фрезерование — технологический переход, положенный в основу работы фрезы;

в) способ изготовления фрезы.

Из выявленных ТР выбираем ИТР — такие ТР, совершенствование которых может обеспечить достижение сформулированной выше цели — устранения недостатков фрезы путем устранения их причин. Это ТР «Конструкция фрезы».

Для определения рубрики МКИ определяем ключевое слово — «Фрезы».

По «Алфавитно-предметному указателю» т.2 для ключевого слова определяем предполагаемую рубрику МКИ:

В23С5/00 — 5/26 Конструктивные элементы фрез и вспомогательные устройства.

По «Указателю к МКИ» т.2 уточняем рубрику МКИ Раздел С:

В23С5/10 Фреза концевая.

Индекс УДК определяем по «Указателю к универсальной десятичной классификации».

621.9 Обработка резанием

621.914 Фрезерная обработка В качестве стран поиска выбираем ведущие страны в области машиностроения — Россию (СССР), Великобританию, Германию, США, Францию и Японию.

Ретроспективность (глубину) поиска устанавливаем в 15 лет, полагая, что наиболее прогрессивные ТР содержатся в изобретениях, сделанных за последнее десятилетие.

В качестве источников информации принимаем патентные описания, патентные бюллетени РФ и СССР, бюллетень «Открытия, изобретения», реферативный сборник «Изобретения стран мира» соответствующих выпусков, реферативный журнал 14А «Резание металлов. Станки и инструменты», технические журналы и книги в области мехобработки.

Данные заносим в табл. 7.1 «Регламент поиска».

Таблица 7.1

Регламент поиска № 1, № 2

Объект: Фреза концевая Вид исследования: 1) Исследование достигнутого уровня вида техники; 2) Исследование патентной чистоты объекта.

Патентный поиск Просматриваем источники информации в соответствии с регламентом, табл. 7.1. Выбираем такие документы, по названиям которых можно предположить, что они имеют отношение к ИТР. По этим документам знакомимся с рефератами, аннотациями, формулами изобретений, чертежами. Сведения о ТР, имеющих отношение к ИТР, заносим в табл. 7.2.

Изучаем сущность занесенных в табл.7.2 ТР по сведениям, содержащимся в таблицах, а также путем просмотра текстов патентных описаний, статей и т. п. Если из рассмотрения сущности ТР видно, что оно служит достижению той же цели, что ИТР (аналог ИТР), документ включаем в перечень для детального анализа. Запись об этом делаем в графе 5 табл.7.2.

Эскизы аналогов приведены на рис. 7.2.

Эскизы аналогов а)

б) в)

г) Рис. 7.2

Таблица 7.2

Патентная документация, отобранная для анализа

Анализ результатов поиска Устанавливаем, какие показатели положительного эффекта желательно получить в идеальном усовершенствованном объекте. К таким показателям будем относить:

а)показатели, обеспечивающие достижение цели усовершенствованного объекта;

б) показатели, улучшающие полезные свойства объекта;

в) показатели, ослабляющие вредные свойства объекта.

Показатели положительного эффекта заносим в табл.7.3.

Оцениваем обеспечение каждого показателя положительного эффекта каждым аналогом в баллах по группам а) и б) — от 0 до 5 баллов, по группам в) и г) — от -2 до 2 баллов. ИТР по каждому показателю выставляем оценку 0. Оценки заносим в табл.7.3. Суммируем оценки по каждому аналогу.

Таблица 7.3

Оценка преимуществ и недостатков аналогов

Наибольшую суммарную оценку имеет аналог № 1 948 057 (Дж. Нордберг, США, Концевая фреза, 08.10.96). Это прогрессивное ТР принимаем для использования в усовершенствованном объекте.

Описание усовершенствованного объекта Фреза предназначена для фрезерования образующей матрицы ковочного штампа.

Фреза концевая коническая рис. 7.3, изготовленная из быстрорежущей стали Р9К5, содержит режущую часть 1 (фиг.1), на фиг. 2 показано сечение, А на фиг.1, на фиг.3 и 4 — осевые сечения режущей части фрезы с условно развернутыми смежными стружечными канавками. Режущая часть 1 фрезы имеет разнонаклонные зубья 2 и 3 с чередующимися углами подъема режущих кромок. Окружной шаг между режущими зубьями 2 и 3 уменьшается вдоль оси фрезы к хвостовику, а окружной шаг между режущими зубьями 3 и 4 увеличивается по направлению от торца к хвостовику. Глубина стружечных канавок выполнена изменяющейся вдоль оси фрезы.

Эскиз усовершенствованного сверла Рис. 7.3

Фреза работает следующим образом: хвостовиком она базируется и закрепляется в цанговом патроне фрезерного станка и от него получает главное движение резания, заготовка и шпиндель станка совершают взаимные перемещения с целью фрезерования образующей.

Преимуществом фрезы является равнопрочность режущего зуба вдоль оси фрезы, благодаря чему ее можно использовать при повышенных скоростях резания.

Исследование патентной чистоты усовершенствованного объекта.

Целью экспертизы патентной чистоты объекта является установление его использования.

Составление регламента поиска № 2.

Из выявленных при составлении регламента поиска № 1 ТР выбираем ИТР:

а) в зависимости от объема выпуска объекта, его стоимости и значимости ТР для объекта в целом.

Учитывая, что фреза является объектом серийного производства, поэтому для экспертизы на патентную частоту оставляем все ТР п. 7.2.1.

б) в зависимости от сроков известности ТР.

Предварительное знакомство с патентной документацией показало, что в ведущих странах регулярно патентуются конструкции фрез. Поэтому это ТР оставляем в перечне для исследования.

В качестве страны поиска принимаем Россию (СССР), где будет изготовляться и использоваться объект.

Ретроспективность (глубину) поиска устанавливаем в 20 лет — срок действия патентов в РФ.

Рубрики МКИ и УДК, перечень источников информации остаются теми же, что и в регламенте № 1.

Данные заносим в табл.7.1.

Патентный поиск Просматриваем источники информации в соответствии с регламентом № 2, табл. 7.1. Сведения о ТР, имеющих отношение к ИТР, дополнительно заносим в табл. 7.2.

Отбираем аналоги ИТР и включаем их в перечень для детального анализа. Запись об этом делаем в графе 6 табл.7.2.

Анализ результатов поиска Выявляем существенные признаки усовершенствованного объекта и группируем их.

Заносим признаки группы а) элементы, б) форма элементов, в) взаимное расположение элементов в табл.7.4.

Таблица 7.4

Существенные признаки ИТР «Фреза»

Проверяем наличие каждого из признаков ИТР в каждом аналоге. Наличие признака отмечаем знаком «+», отсутствие — «-». Дополнительные признаки аналогов также заносим в таблицу, а отсутствие их у ИТР отмечаем знаком «-».

Сопоставляем совокупности признаков группы а) «элементы» ТР, защищенных действующими патентами, и ИТР (табл.7.4). Видим, что здесь ни один патент исключать из дальнейшего рассмотрения нельзя.