Разработка технологического процесса механической обработки детали «муфта»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

Брянский государственный технический университет

Учебно-научный технологический институт

Кафедра " Автоматизированные технологические системы"

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине " Технологические процессы и производства"

Руководитель:

Щербаков А.Н.

Студент:

Прошкин А.А.

Брянск 2011 г.

Аннотация

В курсовой работе отражена разработка технологического процесса механической обработки детали «муфта», с годовой программой выпуска — 1800 шт.

Курсовая работа состоит из двух частей: пояснительной записки, состоящей из 55 листов и 3-х листов графики.

Пояснительная записка включает в себя следующие основные разделы:

1. Общий раздел

2. Предварительный выбор типа производства

3. Выбор метода получения заготовки

4. Технологический процесс механической обработки детали

5. Расчет режимов резания на самую ответственную поверхность

6. План участка Графическая часть включает в себя: чертёж детали, чертёж заготовки, маршрутную технологию с эскизами, план участка.

• Введение
• 1. Общий раздел
• 1.1 Краткие сведения о детали
• 1.2 Материал детали и его свойства
• 2. Предварительный выбор типа производства
• 3. Выбор метода получения заготовки
• 3.1 Назначение припусков на механическую обработку
• 4. Технологический процесс механической обработки детали
• 4.1 Оборудование, инструмент и приспособления
• 4.2 Расчет норм времени и определение типа производства
• 5. Расчёт режимов резания на самую ответственную поверхность
• 6. Разработка плана участка
• Заключение
• Список используемой литературы

Разработка технологического процесса является основополагающим этапом производственного процесса. Грамотно разработанная технология обеспечивает минимальные затраты производственной мощности при максимальной производительности. В связи с этим необходимо решить ряд вопросов при разработке технологического процесса. Необходимо четко изучить служебное назначение и конструктивные особенности рассматриваемого объекта производства. На основании проведенного анализа необходимо произвести определение технологичности конструкции рассматриваемого изделия, чтобы в дальнейшем не возникали трудности при осуществлении производства изделия.

Так как разрабатываемая технология производится вновь, поэтому необходимо проанализировать существующий технологический процесс или типовой для выявления соответствия новым производственным условиям.

Грамотно выбранный метод получения заготовки так же определяет производительность технологического процесса механической обработки и его малоотходность.

Обеспечение производительности при разработке технологии не возможно осуществить без решения ряда задач, к которым относятся: выбор методов обработки поверхностей; обоснованный выбор технологических баз; расчеты минимальных припусков, режимов резания; выбор оборудования и технологической оснастки, режущего инструмента и нормирование операций технологического процесса. В данной работе рассмотрены и решены все выше перечисленные вопросы при заданных новых производственных условиях.

механическая обработка деталь муфта

1. Общий раздел

1.1 Краткие сведения о детали

В данной курсовой работе представлена разработка технологического процесса изготовления детали «Муфта». Функциональное назначение детали: Муфта — устройство (деталь машины), предназначенное для соединения друг с другом концов валов, а также валов и свободно сидящих на них деталей и передачи крутящего момента. Служат для соединения двух валов, расположенных на одной оси или под углом друг к другу. Муфта передаёт механическую энергию без изменения её величины. Технологичность конструкции детали анализируют с учетом условий ее производства, рассматривая особенности конструкции и требования качества как технологические задачи. Конструкция изделия представляет собой деталь, имеющая ступенчатые поверхности снаружи. Первая ступень: имеет размеры L=22мм и Ш255мм. Здесь имеются 8 сквозных отверстий расположенных на расстоянии 108 мм от оси симметрии диаметром 22 мм. Отверстия имеют две фаски 0,5×45°. Допускается отклонение осей этих отверстий от номинального расположения не более чем на 0,2 мм. Также здесь присутствуют 4 отверстия под штифт конический находящиеся на расстоянии 106,5 мм от оси симметрии и имеющие конусность 1: 50 и больший диаметр 15 мм. Допускается отклонение осей этих отверстий от номинального расположения не более чем на 0,3 мм. Также имеется центральное сквозное отверстие диаметром 142 мм. Ступень имеет две фаски 2×45°. Вторая ступень: имеет размеры L=113мм и Ш175мм. Имеется сквозное отверстие длиной 23 мм и диаметром 142 мм и сквозное шлицевое отверстие диаметром 142 мм. Параметры шлицевого отверстия — (см. табл.1). Между первой и второй ступенью есть скругление радиусом 3 мм. Ступень имеет фаску 2×45°.

Таблица 1

Параметры шлицевого отверстия

1.2 Материал детали и его свойства

Муфта изготовлена из стали 38ХС ГОСТ 4543–71 — сталь конструкционная легированная. Вид поставки: Сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 4543–71, ГОСТ 259 071, ГОСТ 2591–71, ГОСТ 2879–69, ГОСТ 10 702–78. Калиброванный пруток ГОСТ 7417–75, ГОСТ 8559–75, ГОСТ 8560–78, ГОСТ 1051–73, ГОСТ 4543–71; Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 4543–71, ГОСТ 14 955–77; Полоса ГОСТ 103–76; Поковки и кованые заготовки ГОСТ 1133–71, ГОСТ 8479–70.

Заменитель: 40ХС.

Назначение: валы, шестерни, муфты, пальцы и другие улучшаемые детали небольших размеров, к которым предъявляются требования высокой прочности, упругости и износостойкости.

Химический состав стали приведен в табл.2. [6]

Таблица 2.

Химический состав материала детали

Среднее содержание углерода обеспечивает вязкость сердцевины, что после азотирования позволяет получить высокую твердость поверхности зубьев и обеспечить достаточную прочность всей детали.

Добавки марганца повышают твердость и износостойкость стали.

Кремний увеличивает прочность, при сохранении вязкости, а также повышает упругость материала.

Добавки хрома при незначительном снижении пластичности, повышают прочность и коррозионную стойкость стали. [4]

Таблица 3.

Физические свойства материала детали

Таблица 4.

Технологические свойства материала детали

2. Предварительный выбор типа производства

Тип производства — организационно-технологическая характеристика производственного процесса, которая во многом определяет результаты проектирования процесса изготовления детали. Определим предварительно тип производства, используя годовой объём выпуска и массу детали (15,5 кг и 1800 штук в год). Для этого воспользуемся табл.3.

Таблица 3

Приближенный выбор типа производства

Муфта — деталь мелких размеров. Годовая программа выпуска — 1800 шт. Следовательно, предварительно выбираем среднесерийный тип производства.

Среднесерийное производство занимает промежуточное место между мелкосерийным и крупносерийным. Для данного типа производства характерно большое количество серий ограниченной номенклатуры. Серии повторяются с известной регулярностью по периоду запуска и числу изделий в партии; годичная номенклатура все же шире, чем номенклатура выпуска в каждом месяце. За рабочими местами закреплена более узкая номенклатура операций. Оборудование универсальное и специальное, вид движения предметов труда — параллельно-последовательный. Заводы имеют развитую производственную структуру, заготовительные цеха специализируются по технологическому принципу, а в механосборочных цехах создаются предметно-замкнутые участки. [3]

Объем выпуска предприятий серийного типа колеблется от десятков и сотен до тысяч регулярно повторяющихся изделий. Используется универсальное, специализированное и частично специализированное оборудование. Широко используются станки с ЧПУ, обрабатывающие центры, находят применение гибкие автоматизированные системы станков с ЧПУ, связанными транспортирующими устройствами и управляемых с помощью ЭВМ. Оборудование расставляется по технологическим группам с учетом направления основных грузопотоков цеха по предметно-замкнутым участкам. [1]

3. Выбор метода получения заготовки

Выбор метода определяется:

1) Технологической характеристикой материала заготовки.

2) Конструктивными формами и размерами заготовки.

3) Требуемой точностью выполнения заготовки, шероховатостью и качеством её поверхностей.

4) Программой выпуска и заданными сроками выполнения этой программы

На выбор метода выполнения заготовки влияет время подготовки технологической оснастки, наличие соответствующего технологического оборудования и желаемая степень автоматизации процесса. Выбранный метод должен обеспечивать наименьшую себестоимость изготовления детали, т. е. затраты на материал, выполнение заготовки и последующую механическую обработку вместе с накладными расходами должны быть минимальными. Рассмотрим два метода: прокат и штамповка.

1). Рассмотрим 1 метод получения — «прокат» .

Прокат ГОСТ 2590–88

За основу расчета промежуточных припусков принимаем наружный диаметр детали Ш255мм. Определим диаметр заготовки: Д_р= Д_н + 2z, (1) где:

Д_р — расчетный диаметр с учетом припусков на обработку, мм.

Z — припуск на обработку, мм;

Д_н — номинальный диаметр обрабатываемой поверхности, мм.

Д_р= Д_н + 2z = 255+21=258 мм

Д_{р. заг.} = Д_р. + 2z = 258+22 = 262 мм.

По расчетам данным заготовки выбираем необходимый размер горячекатанного проката обычной точности по ГОСТ 2590–88. (рис. 1.)

Круг

Рис. 1. Горячекатонный прокат обычной точности по ГОСТ 2590–88

Определим общую длину заготовки:

Lз = Lд + 2Zподр., где: (2)

Lз — общая длина заготовки, мм

Lд — минимальная длина детали по рабочему чертежу, мм

Zподр. — припуск на подрезку торцевых поверхностей, мм

Lз = Lд + 2Zподр. = 135 + 21,5 =138 мм

Определим объем заготовки:

Vз = ,

где: (3)

Vз — объем заготовки, м³

Д_{зп -} диаметр заготовки по плюсовым допуском, м

Lз — длина заготовки с плюсовым допуском, м

Vз = =

Определим массу прокатной заготовки:

Gз. п. = Vз, где: (4)

Gз. п. — масса прокатной заготовки, кг

— плотность материала, кг/м³

Gз. п. = Vз = 0,008 7800 = 62,4 кг

Коэффициент использования материала:

Kим =. (5)

2) Рассмотрим 2 метод получения — «Горячая штамповка в закрытых штампах» .

Горячая объёмная штамповка — это вид обработки материалов давлением, при котором формообразование поковки из нагретой заготовки осуществляют с помощью специального инструмента — штампа. Течение металла ограничивается поверхностями плоскостей, изготовленных в отдельных частях штампа, так что в конечный момент штамповки они образуют единую замкнутую плоскость (ручей) по конфигурации поковки.

В качестве заготовок для горячей штамповки в подавляющем большинстве случаев применяют прокат круглого квадратного, прямоугольного профилей, а также периодический. При этом прутки разрезают на отдельные заготовки, хотя иногда штампуют и от прутка с последующем отделением поковки непосредственно на штамповочной машине. Заготовки отрезают от прутка различными способами: на кривошипных пресс-ножницах, газовой резкой. По сравнению с ковкой штамповка имеет ряд преимуществ. Горячей объёмной штамповкой можно получать без напусков поковки сложной конфигурации, которые ковкой изготовить без напусков нельзя, при этом допуски на штамповочную поковку в 3 — 4 раза меньше, чем на кованную. В следствии этого значительно сокращается объём последующей механической обработки, штамповочные поковки обрабатывают только в местах сопряжения с другими деталями, и эта обработка может сводиться только к шлифованию.

Производительность штамповки значительно выше — составляет десятки и сотни штамповок в час. В то же время штамповочный инструмент штамп дорогостоящий инструмент и является пригодным только для изготовления какой то одной, конкретной поковки. В связи с этим штамповка экономически целесообразна лишь при изготовлении достаточно больших партий одинаковых поковок. Горячей объёмной штамповкой изготовляют

заготовки для ответственных деталей автомобилей, тракторов. Штамповочное оборудование — кривошипно горячештамповочный пресс (КГШП). [7]

Основные размеры поковки и их отклонения по ГОСТ 7505–89: Рис. 2., диаметр 255 мм — 260 диаметр 175 мм — 180 диаметр 142 мм — 146 толщина 22 мм — 25 толщина 116 мм — 19

Расчетная масса поковки определяется как масса подвергаемых деформации поковки или ее частей. В массу поковки не входит масса перемычек пробитого отверстия.

Расчетная масса поковки определяется исходя из ее номинальных размеров.

Ориентировочную величину расчетной массы поковки М_пр допускается вычислять по формуле (исходя из ГОСТа 7505−89):

М_пр=М_дК_р =15,5*1,4=21,7 (кг), где (6)

М_пр масса поковки (кг),

М_{д -} масса детали (кг),

К_{р -} расчетный коэффициент.

Коэффициент использования материала:

К_исп= М_д /М_п. =15,5/21,7=0,72 (7)

Рис. 2. Горячая штамповка в закрытых штампах

Вывод: На основании проведенного расчета, можно сделать вывод о том, что наиболее целесообразно (по использованию материала), будет использовать заготовку, полученную методом горячей объемной штамповки на кривошипном горячештамповочном прессе (КГШП).

3.1 Назначение припусков на механическую обработку

Для определения припусков на механическую обработку необходимо определить исходный индекс. Он определяется в зависимости от массы, марки стали, степени сложности и класса точности поковки.

Выделяют 3 группы стали:

1). М1 — сталь с массовой долей углерода до 0,35% включительно и суммарной массовой долей легирующих элементов до 2% включительно.

2). М2 — сталь с массовой долей углерода свыше 0,35% до 0,65% и суммарной массовой долей легирующих элементов свыше 2% до 5%.

3). М3 — сталь с массовой долей углерода свыше 0,65% и суммарной массовой долей легирующих элементов свыше 5%.

В моем случае сталь группы: М2.

Также необходимо выбрать степень сложности. Существует 4 степени сложности: С1−1-я степень; С2−2-я степень; С3−3-я степень; С4−4-я степень. Степень сложности поковок является одной из конструктивных характеристик формы поковок, качественно оценивающей ее, и используется при назначении припусков и допусков. Степень сложности определяют вычислением отношения массы (объема) поковки к массе (объему) геометрической фигуры, в которую вписывается форма поковки. Геометрическая фигура может быть шаром, параллелепипедом, цилиндром с перпендикулярными к его осям торцами или прямой правильной призмой. Степень сложности С4 устанавливается для поковок с тонкими элементами, например в виде фланца, диска, кольца.

В моем случае степень сложности С4.

Класс точности поковки (Т) устанавливается в зависимости от технологического процесса и оборудования для ее изготовления, а также исходя из предъявляемых требований к точности размеров поковки. Выделяют пять классов точности — Т1, Т2, Т3, Т4, Т5. Штамповка на кривошипных горячештамповочных прессах в закрытых штампах соответствует четвертому классу точности (Т4). [3]

Исходя из полученных данных: Масса 15,5 кг, М-2, С-4, Т-4 выбираем исходный индекс № 10.

Основные припуски по ГОСТ 7505–89:

на диаметр 255 мм — 2,0 мм;

на диаметр 175 мм — 1,7 мм;

на диаметр 125,4 мм — 1,5 мм;

на толщину 22 мм — 1,4 мм;

на толщину 135 мм — 1,5 мм;

Дополнительные припуски: на смещение поверхности разъема штампа по ГОСТ 7505–89 — 0,6 мм, на отклонение от плоскости 0,6 мм. Штамповочный угол на наружной поверхности 5°.

Основные размеры поковки и их отклонения по ГОСТ 7505–89: диаметр 255 мм — 260 диаметр 175 мм — 180 диаметр 125,4 мм — 128,4 толщина 22 мм — 25 толщина 135 мм — 138 Радиус закругления наружных углов — 3 мм.

4. Технологический процесс механической обработки детали

Заготовка: Rz160, h16

Рис. 3 Эскиз заготовки

005 Токарно-винторезная с ЧПУ

Установ А

Переход 1 Точить штамповочный припуск на второй ступени до 180

Переход 2 Точить штамповочный припуск в отверстии до 128,5

Переход 3 Точить торец второй ступени на глубину 1,5 мм начерно

Переход 4 Точить вторую ступень начерно до 175

Переход 5 Торец между первой и второй ступенями начерно на глубину1,4 мм на длину 113 мм

Переход 6 Точить скругление между первой и второй ступенью R3

Переход 7 Расточить отверстие во второй ступени на глубину 1 мм начерно до 126,4 на длине 90 мм

Переход 8 Точить фаску на второй ступени 2Ч45⁰

Переход 9 Точить фаску 2Ч45⁰ в отверстии 125,4

Переход 10 Точить отверстие во второй ступени получисто на глубину 0,5 мм до 125,4 на длине 90 мм

Рис. 4 Эскиз токарно-винторезной операции Установ А

Установ Б

Переход 1 Точить штамповочный припуск на первой ступени до 259

Переход 2 Точить торец первой ступени на глубину 1,0 мм начерно

Переход 3 Точить торец первой ступени на глубину 0,5 мм получисто

Переход 4 Точить фаску 2Ч45⁰ на первой ступени

Переход 5 Точить фаску 2Ч45⁰ на первой ступени

Переход 6 Расточить центровое отверстие до 142 начерно на длину 45 мм

Переход 7 Точить фаску 2Ч45⁰ в отверстии 142

Переход 8 Точить фаску 2Ч45⁰ в отверстии 125,4

Переход 9 Точить первую ступень до 255 начерно

Переход 10 Точить скругление R5 в отверстии между 125,4 и 142

Рис. 5 Эскиз токарно-винторезной операции Установ Б 010 Радиально — сверлильная с ЧПУ

Установ А

Переход 1−8 Сверлить 8 отверстий 22 на расстоянии 108 мм от центра

Переход 9−12 Сверление 4 конических отверстий (1: 50) 15 на расстоянии 106,5 мм от центра

Переход 13−20 Зенковать фаску 0,5Ч45⁰ в восьми отверстиях 22

Рис. 6 Эскиз радиально-сверлильной операции Установ А

Установ Б

Переход 1−8 Зенковать фаску 0,5Ч45⁰ в восьми отверстиях 22

Рис. 7 Эскиз радиально — сверлильной операции Установ Б

015 Моечная

Помыть заготовку.

020 Термическая

Закалить заготовку до 255…302 НВ.

025 Горизонтально-протяжная

Протянуть шлицевое отверстие Ш140,4 с модулем 5,5 мм и 24-мя шлицами

Рис. 8 Эскиз горизонтально-протяжной операции

030 Контрольная

Проконтролировать размеры и качество поверхности

035 Термическая

Закалить зубья ТВЧ до 42,1 HRC

040 Слесарная

Клеймить торец второй ступени ударным способом

4.1 Оборудование, инструмент и приспособления

Для изготовления муфты необходимо следующее технологическое оборудование:

1. токарный станок;

2. сверлильный станок;

3. протяжной станок;

4. моечная машина;

5. печь для закалки;

6. установка индукционная нагревательная.

Для токарных операций выбираем станок 16К20Ф3 с ЧПУ. Станок 16К20Ф3 патронно-центровой предназначен для токарной обработки наружных и внутренних поверхностей деталей типа тел вращения со ступенчатым и криволинейным профилями в один или несколько проходов в замкнутом полуавтоматическом цикле, а также для нарезания крепежных резьб (в зависимости от возможностей системы ЧПУ). Станок используют в единичном, мелко — и среднесерийном производстве.

Таблица 6.

Технические характеристики.

Инструмент:

Резец прямой проходной T15K6 ц = 45? ГОСТ 18 869–73;

Резец прямой проходной T15K6 ц = 60? ГОСТ 18 878–73;

Резец токарно-подрезной T15K6 отогнутый с пластинами из твердого сплава ГОСТ 18 880–73;

Резец канавочный T15K6 ГОСТ 18 878–73.

Приспособление: Патрон трехкулачковый ГОСТ 2572–53.

Для сверлильных операций выбираем радиально-сверлильный станок с ЧПУ 2М55Ф2. Станок предназначен для бескондукторной и безразметочной обработки отверстий в крупных корпусных деталях, фланцах, кронштейнах и т. д. В автоматическом цикле на станке можно производить сверление, рассверливание, зенкерование, развертывание, нарезание резьбы метчиком и подрезку торцов. Класс точности станка Н. Наибольший диаметр сверления 50 мм; наибольшее расстояние от торца шпинделя до поверхности стола 970 мм; число частот вращения шпинделя — 21; пределы подач шпинделя 0,056−2,5 мм/мин. Осуществляется позиционирование координатного стола по координатам А', Y', Z', автоматический цикл движения шпинделя, выбор инструментов и режимов резания. Переключение режимов резания и смену инструмента производит оператор вручную. Станок 2М55Ф2 оснащен координатным столом с ЧПУ, который осуществляет позиционирование одновременно по двум координатам. Размер рабочей поверхности стола (ширина х длина)

630×800 мм; скорость быстрого хода стола и салазок 4 м/мин; время перемещения на медленном ходу составляет менее 3 с; точность позиционирования стола и салазок 0,063 мм. Габаритные размеры 4500×3700×3500 мм.

Для протяжной операции выбираем горизонтально-протяжной станок 7Б56. Он предназначен для протягивания сквозных отверстий разнообразной формы (например, шлицевых отверстий). Используя специальные приспособления, можно на этом станке обрабатывать и наружные поверхности. Станок используют в условиях различных производств (даже единичного — со стандартными протяжками). Техническая характеристика: номинальная сила — 200 кН; мощность главного электродвигателя — 17 кВт КПД станка — 0,9; наибольшая длина хода рабочих салазок — 160 мм; скорость перемещения салазок 1,5−13 м/мин.; при рабочем ходе 1,5−13 м/мин; при обратном ходе — 20−25 м/мин. Габаритные размеры 7200×2135×1950 мм.

Для мойки заготовок применяем моечная машину АМ700. Она предназначена для мойки деталей двигателей, трансмиссии, топливной аппаратуры и корпусов электрооборудования (генераторы, стартеры), может быть использована для промывки любых узлов и механизмов, укладывающихся в габариты моечной корзины. Техническая характеристика: длина 1000, ширина 780 мм, высота 1000 мм, полезная высота рабочего пространства 400 мм. Объем моющего раствора 80 л, максимальная температура моющего раствора85°С, диаметр корзины 700 мм, грузоподъемность корзины100 кг.

Для закалки заготовки применяем камерную печь КЭСм-30L. Такие печи комплектуются жаропрочными подовыми плитами, обеспечивающими защиту дна рабочей камеры от ударов при установке тяжелых изделий. Боковые и задняя стенки в этих печах выполнены из прочного шамотного кирпича, что значительно удлиняет срок службы печи, а верхняя плоскость камеры выполнена из высокоэффективных волокнистых материалов, что значительно улучшает энергетические свойства агрегата. Нагреватели в камерных печах для термообработки металла расположены по 3-м сторонам рабочей камеры и на полу, также в случае необходимости возможно расположение нагревателей на двери. Для малых объемов рабочих камер дверь выполнена поворотной, для больших объемов дверь выполнена подъемной с ручным или гидроприводом. Электропечи для отпуска, отжига и закалки комплектуются микропроцессорной системой регулирования температуры и электрическими защитными выключателями, отключающими напряжение питания от нагревателей при открытии двери. Техническая характеристика: Максимальная температура нагрева — 1000 °C, размеры рабочей камеры — 600×1200×500 мм, размеры печи — 1100×1900×1100 мм, мощность — 32 кВт, вес — 950 кг.

Для закалки ТВЧ используется установка индукционная нагревательная ПЕТРА-0501. Она широко применяется для оснащения термических участков в технологиях: индукционная пайка (в т. ч. пайка резцов), ТВЧ-закалка валов, шестерён, нагрев под штамповку концов заготовок. Она эффективно заменяет собой ламповые ТВЧ-установки типа ЛЗ и ВЧГ. По сравнению с ламповыми установками ПЕТРА-0501 имеет высокий КПД, малые габариты и не требует дополнительного времени перед началом и по окончании работы на разогрев и остывание лампы. По сравнению с полупроводниковыми аналогами важным преимуществом является возможность применения широкого набора индукторов без переключений внутри установки, продолжительность включения — 100%

Установка индукционная ТВЧ ПЕТРА-0501 имеет ряд преимуществ перед ламповыми и полупроводниковыми установками:

Индуктор изолирован от сети и заземлён;

Широкий набор индукторов без переключений внутри установки;

Эффективная работа на пайке и поверхностной закалке без переключений внутри установки;

Нагревательный пост легко встраивается в технологическую линию;

Эффективная быстродействующая защита;

Плавная и ступенчатая регулировка мощности.

Помимо этого, точная локализация энергии при использовании индукционного нагрева установкой ТВЧ определяет малую длительность технологического цикла, высокую производительность, совершенствует показатели использования оборудования и материалов, а также уменьшает риск деформации обрабатываемой детали при нагреве. Это происходит по причине того, что индукционный нагрев ТВЧ формирует тепло прямо внутри детали. Энергия почти не рассеивается вокруг. Перечисленные преимущества определяют максимальную экономическую эффективность применения установок ТВЧ по сравнению с другими типами установок. Использование индукционного нагрева ТВЧ позволяет легко управлять процессом, так как интерфейс установки прост и не требует специальной подготовки. Кроме того, при работе установки индукционного нагрева ТВЧ не выделяется дым, токсичные вещества и пр., процесс нагрева менее опасен для окружающей среды и персонала. Габариты машины: длина/ширина/высота, мм 967/1000/1800.

Для закрепления заготовок на сверлильном станке применяем гладкую цилиндрическую оправку с гайкой. На токарном станке заготовка крепиться в трехкулачковом патроне.

Для токарной обработки применяем резцы. Резцы наиболее распространенный вид режущего инструмента. Они отличаются большим многообразием, применяются на токарных, долбежных, строгательных, расточных (соответственно этому резцы делятся на токарные, строгательные, расточные и долбежные) при обточке, расточке, подрезке, отрезке, строгании, долблении, резьбонарезании и комбинированной обработке.

Резцы также различают по форме — призматические или круглые — и по установке относительно обрабатываемой заготовки — радиальные и тангенциальные.

Радиальные резцы получили наибольшее применение за счет простоты крепления и выбора геометрических параметров режущей части. Тангенциальные резцы применяют на токарных автоматах и полуавтоматах в тех случаях, когда основным требованием является шероховатость обрабатываемой поверхности. По направлению подачи резцы бывают правые и левые, по конструкции — цельные, составные, сварные, составные с механическим креплением пластин и т. д; по материалу режущей части — из быстрорежущей стали, с пластинами из твердого сплава, минералокерамики и сверхтвердых синтетических материалов.

Мы применяем резцы составные с механическим креплением пластин. Для черновой и получистовой обработки применяем пластины Т15К6, для подрезки торца — Т5К10. Для обработки и растачивании отверстий применяем токарный проходной отогнутый резец, для обработки по наружному диаметру — токарный проходной прямой, для обработки на проход торцевых поверхностей — токарный проходной торцевой резец.

Для обработки заготовки на сверлильном станке применяем сверла и зенковки. Для получения конического отверстия используем ступенчатое сверло. Ступенчатое сверло для обработки крепежных отверстий имеет четыре ленточки на большом диаметре и обеспечивает точное расположение осей (±0,05 мм) и шероховатость поверхности Ra2,5.125 мкм. Для станков с ЧПУ применяются сверла спиральные с коническим хвостовиком диаметром 6−30 мм, имеющих повышенную точность изготовления, соответствующую сверлам класс А1 и укороченную длину.

На станках с ЧПУ возможно использование также стандартных сверл класса А1 с повышенной гарантийной (установленной) скоростью.

В связи с тем, что на станках с ЧПУ сверление производится без кондуктора, а иногда и без предварительной зацентровки отверстий, сверла должны иметь самоцентрующуюся вершину, которая может быть получена заточкой по двум или трем плоскостям, сложновинтовой заточкой.

Для получения фасок применяем зенковку с постоянной направляющей цапфой и цилиндрическим хвостовиком.

Для получения шлицевого отверстия применяем протяжку на 140,4 с модулем 5,5 и 24 шлицами. [6]

4.2 Расчет норм времени и определение типа производства

Технические нормы времени в условиях среднесерийного производства устанавливаются расчётно-аналитическим методом. После определения содержания операций, выбора оборудования и инструмента по каждому переходу вычисляются основное технологическое время Т_о. Основное технологическое время Т_о затрачивается на непосредственное осуществление технологического процесса, то есть на изменение формы, размеров и качества обрабатываемой поверхности детали. Расчет основного времени производится по формулам, установленным на основании кинематики данного метода обработки.

Для расчета основного технологического времени воспользуемся следующими формулами Т₀=, (мин):

1. Черновая обточка и чистовая за один проход: Т₀=0,00017dl, мин (8),

где d-диаметр обрабатываемой заготовки (мм), l - длинна обрабатываемой заготовки (мм)

2. Черновая подрезка торца Т₀=0,37 (D²-d²), мин (9),

где D — начальный диаметр заготовки (мм), d — конечный диаметр (мм)

3. Чистовая подрезка торца Т₀=0,52 (D²-d²), мин (10),

где D — начальный диаметр заготовки (мм), d — конечный диаметр (мм)

4. Растачивание отверстий на токарном станке Т₀=0,00018dl, мин (11),

где d — диаметр отверстия (мм), l — глубина отверстия (мм)

5. Зенкование Т₀=0,0021dl, мин (12),

где d — диаметр отверстия (мм), l — глубина отверстиям (мм)

6. Протягивания отверстий Т₀=0,0004l, мин (13),

где l - длинна протяжки (мм)

7. Сверление отверстий Т₀=0,00052dl, мин (14),

где d-диаметр (мм), l-длина отверстия (мм).

Для расчета штучно-калькуляционного времени воспользуемся формулой: Т_шк=ц_кТ₀, мин (15)

где Т_{0 -} основного технологического времени (мин), ц_к — поправочный коэффициент

Таблица 7

Значение поправочных коэффициентов

Для среднесерийного типа производства при расчетах будем использовать средний коэффициент между мелкосерийным и крупносерийным типом производства, т. е для токарной ц_к=1,76; для радиально-сверлильной ц_к=1,58; для круглошлифовальной ц_к=1,825; для зуборезной — ц_к=1,456. [2]

005 Токарно-винторезная с ЧПУ Установ, А Переход 1 Т₀=0,17*185*113= 3,55 мин Переход 2 Т₀=0,17*138*113= 2,65мин Переход 3 Т₀=0,37* (180²-0²) = 1,19 мин Переход 4 Т₀=0,17*180*113= 3,36 мин Переход 5 Т₀=0,37* (259²-175²) = 1,34 мин Переход 6 Т₀=0,37* (259²-175²) = 1,34 мин Переход 7 Т₀=0,18*130*90= 2,1мин Переход 8 Т₀=0,17*175*2= 0,059 мин Переход 9 Т₀=0,21*126,4*2= 0,043 мин Переход 10 Т₀=0,18*126,4*90= 2,05мин Установ Б Переход 1 Т₀=0,17*263*25= 1,1 мин Переход 2 Т₀=0,37 (259²-0²) = 2,48 мин Переход 3 Т₀=0,52 (256²-0²) = 3,4 мин Переход 4 Т₀=0,17*255*2= 0,087 мин Переход 5 Т₀=0,17*255*2= 0,087 мин Переход 6 Т₀=0,18*130*45= 1,23мин Переход 7 Т₀=0,17*142*2= 0,048 мин Переход 8 Т₀=0,17*125,4*2= 0,048 мин Переход 9 Т₀=0,17*259*22= 0,96 мин Переход 10 Т₀=0,37* (142²-125,4²) = 0,16 мин Т₀= 27,282 мин Т_шк=ц_кТ₀=1,75*27,282=47,74 мин

010 Радиально — сверлильная с ЧПУ Установ, А Переход 1−8 Т₀= (0,52*22*22) *8=2,01 мин Переход 9−12 Т₀= (0,21*15*22) *4= 0,27 мин Переход 17−24 Т₀= (0,21*23*0,5) *8= 0,0192 мин Установ Б Переход 1−8 Т₀= (0,21*23*0,5) *8= 0,0192 мин Т₀= 2,59 мин. Т_шк=ц_к*Т₀=1,58*2,59=4,092 мин

025 Горизонтально-протяжная Т₀=0,0004*113 =0,0452 мин Т_шк=ц_кТ₀=1,456*0,0452 = 0,066 мин Определим среднее штучно-калькуляционное время:

== мин (16).

где n — число операций. Определим действительный годовой фонд времени:

F_Д = (365-К_пр-К_вых) n_смt_см= (365−12−106) *1*8=1976 ч (17),

где К_пр — количество праздничных дней в году, дней; К_вых — количество выходных дней в году, (дней); n_см — количество смен в рабочий день, t_см — продолжительность смены, (ч).

Определим такт выпуска деталей:

t_в== мин. /шт. (18)

где F_{Д -} действительный годовой фонд времени, (ч); N — годовая программа выпуска деталей, (шт).

Определим коэффициент серийности:

(19)

Значения коэффициента серийности для различных типов производств:

1. Для единичного производства — k_c больше 40;

2. Для мелкосерийного производства — k_c 20−40;

3. Для среднесерийного производства — k_c 10−20;

4. Для крупносерийного производства — k_c 1−10;

5. Для массового производства — k_c меньше 1.

Коэффициенту =3,76соответствует крупносерийный тип производства. [2]

Крупносерийное производство характеризуется закреплением за рабочим местом небольшого числа операций, а партии обрабатываемых изделий велики и устойчиво повторяются, через заранее определенные промежутки времени. В крупносерийном производстве номенклатура выпускаемой продукции устойчива, но ограничена. Рабочие места имеют более узкую специализацию. Оборудование преимущественно специальное, виды движения предметов труда — параллельно-последовательный и параллельный. Заводы имеют простую производственную структуру, обрабатывающие и сборочные цеха специализированны по предметному принципу, а заготовительные — по технологическому. Крупносерийное производство принимает черты массового типа производства.

В качестве исходных заготовок используется горячий и холодный прокат, литьё в землю и под давлением, точное литьё, поковки и точные штамповки, прессовки, целесообразность применения которых также обосновывается технико-экономическими расчетами. Требуемая точность достигается как методом автоматического получения размеров, так и методами пробных ходов и промеров с частичным применением разметки.

Средняя квалификация рабочих выше, чем в массовом производстве, но ниже, чем в единичном. Наряду с рабочими высокой квалификации, работающими на сложных универсальных станках, и наладчиками, используются рабочие-операторы, работающие на настроенных станках.

Технологическая документация и техническое нормирование подробно разрабатывается для наиболее сложных и ответственных заготовок при одновременном применении упрощенной документации и опытно-статистического нормирования простейших заготовок.

Так, как предварительный тип производства был среднесерийный, то необходимо применять специальные станки, и предъявлять более жесткие требования к размерам и точности поковки. [1]

5. Расчёт режимов резания на самую ответственную поверхность

Наиболее ответственной считается поверхность, обладающая более высоким квалитетом точности и параметром шероховатости. На данной детали самой ответственной является шлицевое отверстие на 2 ступени диаметром 125,4 мм. Квалитет точности поверхности — 12, параметр шероховатости — Rz 20 мкм. При назначении элементов режимов резания учитывают характер обработки, тип и размеры инструмента, материал его режущей части, материал и состояние заготовки, тип и состояние оборудования. Расчет режимов резания при точении поверхности.

Для токарных операций рассчитывается скорость и частота вращения шпинделя. Скорость рассчитывается по формуле:

ммин, (20),

где C_{v -} поправочный коэффициент, Т — период стойкости инструмента (мин), t — глубина резания (мм), s — подача (мм/об), m, x, y — табличные вспомогательные коэффициенты, Кv — поправочный коэффициент.

(21),

где К_mv — коэффициент учитывающий влияние материала заготовки, K_nv — коэффициент учитывающий влияние материала состояние поверхности, K_{иv -} коэффициент учитывающий материал инструмента.

(22),

где К_{r -} коэффициент характеризующий группу стали по обрабатываемости, и показатель степени n_v. у_в — фактический параметр, характеризующий обрабатываемый материал, для которого рассчитывается скорость резания.

у_в=940 (МПа), К_r =1, n_v=1 так, как резец из твердого сплава.

Для чернового точения K_nv=0,9 (поковка с коркой), для получистового K_nv=1 (без корки).

K_иv =1 для получистовой и черновой обработки (Т15К6).

Для чернового точения, для получистового точения .

Период стойкости для твердосплавных резцов Т=60 мин. Значение табличных величин и расчетных скоростей резания представлены в таблице 5.

Таблица 5

Значение табличных величин и расчетных скоростей резания

Для расчета частоты вращения шпинделя воспользуемся формулой, (23) где V — скорость резания, d — диаметр обрабатываемой поверхности.

Для чернового точения частота равна

Для получистового точения частота равна

Полученное значение частоты вращения шпинделя необходимо откорректировать по паспорту станка модификации 16К20Ф3, и принять фактическую частоту вращения шпинделя. При этом следует принимать ближайшую большую по паспорту станка, если разница между расчетной и паспортной частотами составляет менее 5%, во всех остальных случаях принимать ближайшую меньшую. Из ряда частот вращения шпинделя принимается фактическое значение n_ф = 400 oб/мин для чернового точения и n_ф = 530 oб/мин — для получистового. Тогда фактические скорости будут ровны:

(24),

где d — обрабатываемый диаметр,

n — частота вращения шпинделя.

Для чернового точения частота равна

Для получистового точения частота равна

. [5]

Методика расчета режимов резания при протягивании При протягивании следует, исходя из геометрических параметров протяжки, рассчитать периметр резания УВ — наибольшую суммарную длину лезвий всех одновременно режущих зубьев.

УВ = B*zl (25)

B — периметр резания, равный длине обрабатываемого контура заготовки

zl — наибольшее число одновременно режущих зубьев

l = l/t, где (26)

l — длина обрабатываемой поверхности

t — шаг режущих зубьев Шаг t, т. е. расстояние между двумя смежными зубьями, так же как и подача на зуб является важнейшим параметром протяжки. Чем меньше t, тем короче протяжка, ниже ее стоимость, плавне ход, выше производительность и качество протянутой поверхности. Однако, при уменьшении шага и неизменной толщине среза возрастает нагрузка на станок и возникает опасность разрыва протяжки.

Решающими факторами при выборе t является количество одновременно работающих зубьев и степень заполнения стружечных канавок.

Подача на зуб Sz также заложена в конструкции протяжки и равна размерному перепаду между соседними режущими зубьями. Sz=0,1

Для определения шага зубьев протяжки t воспользуемся зависимостью, мм:

tm, (27)

где m-коэффициент, зависящий от величины S_z, характера производства, условий размещения и выхода стружек из канавок и определяет количество переточек;

L — длина протягивания, мм.

Для нашего производства примем m=2, тогда

t=2=21 мм.

zl=113/21=6

УВ=912*6=5472мм.

После расчета периметра резания рассчитывается скорость резания:

(28), где

N — мощность протяжного станка, кВт

— КПД протяжного станка Р — сила резания на 1 мм длины лезвия (см таблицу 6)

Таблица 6

Сила резания Р, Н, приходящаяся на 1 мм длины лезвия зуба протяжки

Определяем эффективную мощность:

(29)

Потребляемая мощность:

где (30)

h = 0.9 — КПД станка по паспорту.

Коэффициент использования по мощности главного электродвигателя:

(31)

В связи с низким коэффициентом использования электродвигателя в качестве протяжного станка можно выбрать менее мощный, например 7Б505 с мощностью 7 квт.

6. Разработка плана участка

Размещение основного и дополнительного оборудования будет производиться согласно предметному принципу формирования производственных участков и цехов. То есть на одном участке цеха сосредотачивается оборудование, которое необходимо для полного изготовления или сборки деталей или изделий. В нашем случае целесообразно разделить всю площадь на две равные части, между которыми будет находиться центральный проход. В одной части (главный цех) будет практически полностью изготовлена деталь, в другой части (ряд комнат различных видов обработок) будит выполняться моечная, термическая, шлифовальная операции. Так же необходимо разместить различные виды складов, ремонтную мастерскую, заточной отдел, а также подсобное помещение.

На участке имеются следующие вспомогательные технологические объекты: 1 — стеллажи (1,5×1 м), 4 — накопители (1,5×2 м), 2 — верстаки (1,5×1 м), 3 — транспортные тележки (2×1,3м), 5 — контрольная плита (1,5×1 м), 6-заточной станок.

В главном цеху используются двухъярусные накопители, а во всех остальных комнатах — одноярусные. Неуказанные размеры на представленных ниже эскизах равны одному метру.

" Склад заготовок" и «склад инструментов» будут находиться в комнате размерами 12,5×10 м. Его ширина складывается из расстояний от стены до стеллажа, расстояния между стеллажами. И определяется по формуле

(32),

где где l_i — расстояния между объектами, м.

Длина помещения рассчитывается по формуле:

(33),

где b_i — расстояния между объектами, м.

Площадь помещения рассчитывается по формуле:

S=L*B=10*12,5=125 м², (34)

где L-ширина помещения, м; B-длина помещения, м.

Склады служат для размещения ряда стеллажей для хранения заготовок, а также для хранения транспортных тележек. Между собой для удобства два склада разделены тонкой перегородкой.

Рис. 9 Эскиз «склад заготовок» и «склад инструментов»

" Главный цех" имеет размеры 25,5×10,5 м. В нем выполняются все основные операции, предусмотренные технологией изготовления детали. Его размеры складываются из размеров станков, транспортных путей, и площадей для работы и обслуживания оборудования.

Длина цеха определяется по формуле:

(35)

Длина цеха складывается из: расстояния от стены до транспортного пути (0,5 м), ширины транспортного пути (1,5 м), расстояния от станка до транспортного пути (0,5 м) ширины токарного станка (4,15 м), ширины площади для обслуживания станка (для каждого станка по 1,5 м с каждой стороны), ширины сверлильного станка (3,7 м), ширины площади для обслуживания станка (для каждого станка по 1,5 м с каждой стороны), длинны протяжного станка (7,2 м) и прохода между стеной и станком. Для расчета ширины применяется формула (36),, но расстояния между объектами будут следующие: расстояния от станка до транспортного пути (1 м), ширины транспортного пути (1,5 м), наибольшей длины станка (4,5 м), рабочей площади (1,5) и ширины транспортного пути (1,5 м).

Площадь помещения равна S=L*B=25,5*10,5=267,75 м².

Рис. 10 Эскиз «главный цех»

Кроме того в первой части будет расположены «подсобное помещение» (6×6 м). Оно предназначено для удовлетворения хозяйственно-бытовых нужд предприятия. Площадь помещения равна: S=L*B=6*6=36 м².

Рис. 11 Эскиз «подсобное помещение»

" Склад технологических отходов" (6×3,5 м) служит для складирования технологических отходов таких как: стружка, сломанный инструмент и иных производственных отходов. Площадь помещения равна S=L*B=6*3,5=21 м².

Рис. 12 Эскиз «склад технологических отходов»

Так как наибольший линейный размер используемого оборудования близко к пяти метрам, то для удобства установки оборудования расстояние между частями («центральный проход»), можно принять равным 5 м.

Вторая часть здания представляет собой ряд последовательно размещенных 7 комнат размерами 6×10 м. Их площадь равна S=L*B=6*10=60 м²

Первая комната — «заточной отдел» — служит для обслуживания инструментов. В нем будут производиться работы по заточке, наладке инструментов и приспособлений. В нем расположены рабочие верстаки, заточные станки и стеллажи. Расстояние от стен 0,5 м, расстояние между объектами — 1 м.

Рис. 13 Эскиз «заточной отдел»

Вторая комната — «ремонтная мастерская» — служит для ремонта и технического обслуживания имеющихся на предприятии станков. В нем находятся рабочие верстаки, заточный станок и стеллажи для используемого при работе инструмента. Расстояние от стен 0,5 м, расстояние между объектами — 1 м

Рис. 14 Эскиз «ремонтная мастерская»

Третья комната — «моечная комната». В этой комнате производятся операции по удалению технологической грязи с поверхности заготовки. В ней находится непосредственно сама моечная машина (АМ700), накопители для заготовок и несколько стеллажей для хранения моечных приспособлений.

Расстояние от стен до накопителей — 2 м, также необходимо отступить от стены и от накопителей по одному метру от моечной машины для удобства ее обслуживания.

Рис. 15 Эскиз «моечная комната»

Четвертая комната — «комната термической обработки» — служит для закалки заготовки до требуемого значения твердости. В ней расположена печь для закалки, накопители и стеллажи для хранения необходимых принадлежностей. В этой комнате все объекты расположены на расстоянии в 1 м друг от друга.

Рис. 16 Эскиз «комната термической обработки»

Пятая комната — «комната термической обработки ТВЧ» — служит для закалки зубьев до требуемого значения твердости. В ней расположена печь для закалки, накопители и стеллажи для хранения необходимых принадлежностей. В этой комнате все объекты расположены на расстоянии в 1 м друг от друга.

Рис. 17 Эскиз «комната термической обработки ТВЧ»

Шестая комната — «контрольная комната» — служит для окончательного контроля изготовленной детали. В ней расположена контрольная плита, накопители для хранения деталей, верстак для клеймения клейма ОТК, а также стеллаж для хранения измерительных приборов и приспособлений. Контрольная плита расположена на расстоянии в 0,5 м от накопителей. Между стеллажом и накопителем расстояние в 1 м. Расстояние от стеллажей до стены — 0,5 м. Между верстаком и накопителем в1 м.

Рис. 18 Эскиз «контрольная комната»

Седьмая комната — «склад готовой продукции» — в нем хранится уже готовая продукция. В нем расположены стеллажи для складирования деталей. Расстояние от стен до стеллажей 0,5 м. Расстояние между стеллажами — 1 м. [9]