Разработка технологического процесса сборки узла клапан и механической обработки детали «Втулка»

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию Саратовский Государственный Технический Университет им. Гагарина Ю.А.

Кафедра: «Электронное машиностроение и сварка»

Курсовой проект по дисциплине: «Технология электронного машиностроения»

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА СБОРКИ УЗЛА КЛАПАН И МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛИ «ВТУЛКА»

Выполнил:

Терентьев С.В.

Саратов 2012

1. Технология сборки

2. Разработка технологии сборки узла «клапан»

3. Технология механической обработки детали «втулка»

4. Служебное назначение детали «Втулка»

5. Обработка конструкции изделия на технологичность

6. Выбор заготовки

1. Технология сборки

Тип производства определяется исходя из заданной годовой программы выпуска изделия и трудоемкости сборки изделия.

Годовая программа выпуска — 10 000 шт.

Трудоемкость сборки — 1−10 час.

Тип производства — среднесерийное.

Служебное назначение узла «клапан»

Клапан предназначен для необходимого распыления и точного заданного дозирования подаваемого газа или жидкости.

Выбор и расчет размерной цепи

Для плотного прилегания сильфона рассчитаем допуски для зазора А_?.

Составляющими звеньями размерной цепи являются следующие:

А1 — увеличивающий,

А2, А3, А4 — уменьшающие.

Рисунок 1

В данном случае примем метод полной взаимозаменяемости (метод максимума-минимума).

Считая что, учитывая степень возможности получения требуемой точности на составляющих звеньях устанавливаемой. Определяем координаты середин полей допусков составляющих звеньев. Данные расчета занесены в таблицу.

Таблица 1. Предельные отклонения и допуски для всех звеньев размерной цепи

Для расчетов параметров замыкающего звена воспользуемся следующими формулами

где n_i и n_q число увеличивающих и число уменьшающих звеньев цепи.

A_Д =А1-(А2+А3+А4)=85−19−47−18=1 мм. Разность между наибольшими и наименьшими предельными размерами любого звена равна допуску на размер этого звена, поэтому уравнение имеет вид:

д_Д =0,035+0,021+0,025+0,018=0,099 мм

Координата середины поля допуска замыкающего звена:

0,0175-(-0,0105−0,0125−0,009)= 0,0495 мм

Рассчитываются предельные отклонения по уравнениям:

?_В?=0,0495+(0,099/2)=0,099

?_Н?=0,0495-(0,099/2)=0

Размер замыкающего звена с предельными отклонениями: A_?=1 ^+0,099 мм.

2. Разработка технологии сборки узла «клапан»

Технологический процесс целесообразно представить в виде операций сборки: сильфона, крышки и общей.

Составим маршрутный технологической процесс сборки клапана (таблица 2).

Таблица 2. Маршрутный технологической процесс сборки клапана

3. Технология механической обработки детали «втулка»

Тип производства определяется исходя из заданной годовой программы выпуска деталей Q и ее массы.

Q = 10 000 дет.

Найдем массу детали.

Сначала найдем ее объем: V_д=(р*D²/4)*L-(р*d²/4)*L-?(р*D²/4)-(р*d₁²/4)?*l,

где D=8, d=3, d₁ =7, L= 18, l=1; получаем

V_д=(р*8²/4)*18-(р*3²/4)*18-((р*8²/4)-(р*7²/4))*1= 766,1 мм³ =0,7661 см³

Тогда масса будет равна: m=V*с, где с-плотность материала (для стали 45 — 0,7 826 кг/см³)

m = 0,7661*0,7 826=0,006 кг.

Тип производства — серийное.

4. Служебное назначение детали «Втулка»

Втулка — деталь цилиндрической формы, часть машины, механизма, прибора, имеющая осевое отверстие, в которое входит сопрягаемая деталь. В зависимости от назначения применяют втулки подшипниковые, закрепительные, переходные и др. В данном случае втулка является подшипниковой.

В данном курсовом проекте для изготовления втулки используем сталь 45.

Ниже приведены: химический состав этого материала, его механические и физические свойства.

Таблица 3. Химический состав в % материала 45

Таблица 4. Механические свойства при Т=20 ^oС материала 45

Таблица 5. Физические свойства материала 45

5. Обработка конструкции изделия на технологичность

Определим поверхности детали

Рисунок 2

Таблица 6. Конструкторский анализ детали по поверхностям.

В таблице указан конструкторский анализ детали по поверхностям.

Найдем необходимые показатели ТКИ.

где — число унифицированных типоразмеров конструктивных элементов (отверстия, галтели, фаски, проточки, шпоночные, шлицевые и др. сопряжения);

— общее число конструктивных элементов в изделии,

Получаем К_уэ = 4/8 = 0,5

По ЭСТПП при деталь технологична.

К_уе=0,5, что свидетельствует, что деталь нетехнологична по конструкции детали.

Коэффициент точности обработки

где — средний квалитет точности

где — квалитет точности обработки поверхности детали;

— число размеров соответствующего квалитета.

При деталь технологична.

А_ср =14*8/8=14

К_тч=1-(1/14)=0,93

Деталь по этому показателю технологична.

Коэффициент шероховатости поверхности

где — средняя шероховатость поверхности, определяемая параметром, мкм:

0,01…80 — значение параметра, мкм;

— количество поверхностей соответствующих данному параметру шероховатости

При деталь технологична.

Б_ср=6,3*8/8=6,3

К_ш=1/6,3=0,16

Деталь по этому показателю технологична.

Оценку количественных показателей ТКИ можно представить в виде таблицы.

Таблица 7. Оценка количественных показателей ТКИ

По совокупности количественных показателей изделие относится к технологичным.

клапан деталь втулка заготовка

6. Выбор заготовки

При выборе заготовки для заданной детали назначают метод ее получения, определяют конфигурацию, размеры, допуски, припуски на обработку и формируют технические условия на изготовление.

Главным при выборе заготовки является обеспечение заданного качества готовой детали при ее минимальной себестоимости. Себестоимость детали определяется суммированием себестоимости заготовки по калькуляции заготовительного цеха и себестоимости ее последующей обработки до достижения заданных требований качества по чертежу. Выбор заготовки связан с конкретным технико-экономическим расчетом себестоимости готовой детали, выполняемым для заданного объема годового выпуска с учетом других условий производства.

Технологические процессы получения заготовок определяются технологическими свойствами материала, конструктивными формами и размерами детали и программой выпуска. Заготовками для изготовления деталей механизмов могут служить: отливки, заготовки-поковки, штамповки, сортовой прокат.

В данном курсовом проекте (в соответствии с конструкционным материалом) для выбора оптимального и рационального метода изготовления рассмотрим два способа получения заготовки: прокат и штамповка в закрытом штампе.

Вариант 1. Прокат.

Исходя из известных номинальных размеров детали, по таблице находим размеры заготовки — D=10 мм., L=32 мм.

По данным заготовки выбираем необходимый размер трубы стальной бесшовной холоднодеформированной по ГОСТ 8734–75.

Получаем: труба 10-В-ГОСТ 8734−75/45 -ГОСТ 4543−71.

Отклонения для наружнего диаметра 10 мм равны ±0,30 мм (допуск 0,6 мм). Отклонения по толщине стенки ±10% (в нашем случае, ± 0,35 мм).

Общая длина заготовки: L_З = 32 мм.

Объем заготовки найдем по формуле:

V_з=(р*D_з²/4)*L — (р*d_о²/4)*L ,

Где D_з — диаметр заготовки с плюсовым допуском,

d_о — диаметр отверстия с отрицательным допуском (номинальный размер отверстия в заготовке с вычетом удвоенного плюсового отклонения для толщины стенки),

L_з. — длина заготовки с плюсовым допуском (принимаем L_з=32 мм.)

Массу заготовки определяем по формуле:

G _з = · V_з

где — плотность материала, кг /см³;

V_з — объем заготовки, см³.

G_з.= V_з.=0,7 826 2,53 335=0,0198 кг Трубы изготавливаются немерной длины от 1,5 м до 11,5 м ГОСТ 8734–75.

Выбираем оптимальную длину трубы для изготовления заготовки.

Потери на зажим заготовки ?_заж. принимаем 80 мм.

Длину торцевого обрезка проката определяем из соотношения ?_об.(0,30,5)d, где d — диаметр сечения заготовки, мм; d=10 мм: ?_об.=0,310= 3 мм.

Число заготовок, исходя из принятой длины трубы по стандартам, определяется по формуле:

где L_пр — длина выбранного проката, мм;

?_заж — минимальная длина опорного (зажимного) конца, мм;

?_о.б. — длина торцового обрезка, мм;

L_з — длина заготовки, мм;

?_р — ширина реза, мм.,

Из проката длиной 4 метра:

Х=(4000−80−3)/(32+6)=103,079 шт.

Получаем 103 заготовки из данной длины проката Из проката длиной 7 метров:

Х=(7000−80−3)/(32+6)=182,026 шт.

Получаем 182 заготовки из данной длины проката Остаток длины (некратность) определяется в зависимости от принятой длины проката по формуле:

L_НК4 = L_пр. — ?_об. — ?_заж. — (L_з.Х₄)

— из проката 4 метра:

L_НК4 = L_пр. — ?_об. — ?_заж. — (L_з.Х₄) = 4000 — 3 — 80- (38*103)= 3 мм П_Н.К4 =(L_НК100)/ L_пр.= (3100)/4000=0,075%,

— из проката длиною 7 метров:

L_НК7 = 7000 — 3 — 80 — (38 182)=1 мм.

П_НК7= (1100)/7000=0,014%

Из расчетов на некратность следует, что прокат длиною 7 метра для изготовления заготовок более экономичен, чем прокат длиною 4 метров.

Потери материала на зажим при отрезке по отношению к длине трубы составляет:

П_заж.= (?_заж. 100)/ L_пр.= (80 100)/7000=1,143%.

Потери материала на длину торцевого обрезка проката в процентном отношении к длине проката составят:

П_о.б.=(?_о.б. 100)/ L_пр.=(3100)/7000 = 0,043%.

Общие потери (%) к длине выбранного проката:

П_п.о.=П_н.к.+П_о.б.+П_заж.=0,014 +0,043+1,143=1,2%.

Расход материала на одну деталь с учетом всех технологических неизбежных потерь определяем по формуле

G_з.п.=G_з.(100+П_п.о.)/100=0,0198 (100+1,2)/100=0,02 кг.

Коэффициент использования материала:

К_и.м.=G_д/G_з.п; К_им =_.0,006/0,02=0,3.

Стоимость заготовки из проката.

Стоимость заготовки из проката:

Где С_м — цена 1 кг заготовки, руб. С_м = 76,8 руб./кг С_отх -цена 1 т отходов, руб. С_отх=5 000 руб./т

G_з — масса заготовки, кг; G_з =0,02 кг.

G_д — масса детали, кг; G_д =0,006 кг.

С_з.п.=С_мG_з.п.-(G_з.п.-G_д.)(С_отх./1000)=76,80,02-(0,02−0,006) (5000/1000)=

=1,466 руб.

Вариант 2. Штамповка.

Определим коэффициент использования материала по формуле:

где q — масса готовой детали, кг;

Q — масса исходной заготовки, кг.

Известно, что q = 0,006 кг.

Определим Q

где V — объём заготовки, мм³;

с — плотность материала заготовки, кг/см³.

с = 0,7 826 кг/см³

Припуски на номинальные размеры детали назначают по таблице. Припуски на обработку заготовки, изготавливаемой горячей объемной штамповкой, зависят от массы, класса точности, группы стали, степени сложности и шероховатости заготовки.

Группа стали М2, степень сложности С1, класс точности Т2

По их совокупности находим исходный индекс 3. По таблице, при шероховатости 6,3мкм., припуск на каждую сторону 0,6 мм. На основании принятых припусков на размеры детали определяем расчетные размеры заготовки:

D_р8 = D_н + 2z = 8 + (2•0,6) = 9,2 мм;

L_р18 = L_н + 2z = 18 + (2•0,6) = 19,2 мм;

Рисунок 3. Форма заготовки Штриховыми линиями изображена форма заготовки.

Учитывая припуски (припуск на каждую сторону +0,6), найдем объем заготовки по формуле где R — радиус основания цилиндра,

H — высота цилиндра.

V=р*4,6²*19,2= 1276,3 мм³=1,276 см³

Определим массу исходной заготовки

Q=1,276*0,7 826=0,010 кг.

Зная все необходимые значения найдем г= 0,006/0,010=0,6

Стоимость заготовки получаемой методом штамповки найдем по формуле

где C — базовая стоимость 1 т заготовок, руб.;

Q — масса исходной заготовки, г;

q — масса готовой детали, г;

S_отх — цена 1 т отходов, руб.;

k_т, k_с, k_в, k_м, k_п — коэффициенты, зависящие от класса точности, сложности, массы, марки материала и объема производства деталей.

C =120 000 руб.

Q = 0,010 кг

q = 0,006 кг

S_отх = 5000 руб.

Определим неизвестные коэффициенты:

1) k_т — коэффициент, зависящий от класса точности. Так как по типу производства заготовка относится ко 2 классу точности, то k_т = 1.

2) k_с — коэффициент, зависящий от группы сложности. определим k_с. Так как по группе сложности заготовка относится к 1 группе, то k_с=0,77.

3) k_в — коэффициент, зависящий от веса заготовки. Так как масса отливки из стали 45 составляет 0,010 кг, то примем k_в=1.

4) k_м — коэффициент, зависящий от марки материала. Примем k_м = 1,18.

5) k_п — коэффициент, зависящий от объема производства деталей. Примем k_п = 0,83.

Все найденные значения подставим в формулу и получим С_зш= ((120 000/1000)*0,010*1*0,77*1*1,18*0,83)-(0,010−0,006)*5000/1000=0,885 руб.

Выявление экономического эффекта При сравнении двух методов получения заготовки выявим, что метод штамповки в закрытом штампе наиболее дешевле. Определим экономический эффект.

где С_зп и С_зш — стоимость заготовок по 1 и 2 методу;

N — годовая программа.

N = 10 000 шт.

Э=(1,466−0,885)*10 000=5810 руб.

Расчет режимов резания опер. 010 «Токарная»

010 Операция токарная черновая.

Оборудование — станок токарный 1К62

Инструмент — резец проходной прямой отогнутый с пластинкой из твердого сплава Т5К10. Для данной операции подходит резец 2102−0055 по ГОСТ 18 877–73. Форма пластинки 02Б.

Геометрические параметры резца: г_ф=-10^°, г=15^°, a_черн=8^°, ц=45^°, ц₁=45^°, л=0

Глубину резания принимаем 0,5 мм.

По таблицам находим подачу: S=0,6. По паспорту на станок уточняем возможную подачу: S=0,6 мм./об.

Скорость резания находим по формуле:

V=V_табл*K₁*K₂*K₃, где K₁-коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала, K₂ -от стойкости и марки твердого сплава, K₃— для фасонных и отрезных резцов. V_табл находим по таблице

V_табл=38 м/мин.

K₁=0,7; K₂ =1,1

V=38*0,7*1,1=29,26 м/мин.

Из паспорта на станок находим, обработка происходит при частоте вращения шпинделя n=1000 об/мин на 20-ой ступени коробки скоростей при максимальном моменте на шпинделе М_мах=70 Нм. Значит, фактическая скорость резания будет равна V_ф=р*D*n/1000=р*9,2*1000/1000=28,903 м/мин.

Мощность, затрачиваемая на резание, не должна превышать мощность на шпинделе N_p? N_ш. N_ш= N_э*з=8 кВт., где N_э-мощность электродвигателя станка, в нашем случае 10 кВт., з-к.п.д. станка=0,8

Мощность, затрачиваемую на резание, найдем по формуле:

N_p=P*V_ф/1000,

где t — глубина резания,

S — подача Коэффициенты С_р; х_р; у_р найдем из таблицы Таблица 8. Коэффициенты для расчета силы резания Тогда Р=300*0,5¹*0,6^0,75=102,260 Н ;

Имеем N_p= 102,260*28,903/1000=2,96 кВт.

Так как N_p? N_ш, то выбранный режим резания удовлетворяет условию по мощности на шпинделе.

Определение норм времени опер. 010 «Токарная»

Под нормированием технологических процессов понимают назначение технически обоснованных норм времени на продолжительность выполнения операций.

Технически обоснованной нормой времени называют время выполнения технологической операции в определённых организационно — технических условиях, наиболее благоприятных для данного типа производства. На основе технически обоснованных норм времени устанавливают расценки, определяют производительность труда, осуществляют планирование производства и т. п.

Различают следующие нормы времени:

T_o — основное (машинное) технологическое время, мин — время затраченное на резание.

Т_о=0,17*L*D =0,17*18*9,2=0,0282 мин.

где Т_всп — вспомогательное время, затраченное на управление станком, установку, закрепление и снятие детали, подвод и отвод режущего инструмента, измерение детали, мин.

Т_орм — время на организацию рабочего места, затраченное на смазывание станка, удаление стружки, уборку рабочего места, установку и снятие режущего инструмента, мин.

Т_отд — время на отдых, мин.

Т_шт — штучное время — продолжительность выполнения технологической операции, не учитывающее время на подготовку исполнителя (рабочего) к выполнению данной операции.

Т_п.з. — подготовительно-заключительное время, необходимое на ознакомление исполнителя с чертежом, получение консультаций у мастера, настройку станка и приспособлений. Это время распределяется не на одну деталь, а на всю партию деталей (n), подлежащих изготовлению.

В зависимости от типа производства и вида операции, сумма всех этих времен образует коэффициент, через который связаны основное технологическое время и штучно-калькуляционное время.

Т_ш. к. — штучно-калькуляционное время, это и есть технически обоснованная норма времени на выполнение операции.

Т_шт=0,0282+0,5+0,025+0,6=1,15

Т_шк=1,15+0,012=1,162

Получаем, Т_шк=1,162 мин.

1. Горбацевич А. Ф. и др. Курсовое проектирование по технологии машиностроения. Минск: Высшая школа. 1975. — 288 с.

2. Косилова А. Г., Мещеряков Р. К., М. А. Калинин М.А. Точность обработки, заготовки и припуски в машиностроении. Справочник технолога. — М: Машиностроение. 1976. — 288 с.

3. Косилова А. Г., Мещеряков Р. К. Справочник технолога-машиностроителя. — М: Машиностроение. 1985. — Т. 1. — 656 с.

4. Косилова А. Г., Мещеряков Р. К. Справочник технологамашиностроителя. М: Машиностроение. 1986. — Т. 2. — 496 с.

5. Аверченков В. И., Горленко О. А., Ильицкий В. Б., Суслов А. Г., Чистов В. Ф., Чистопьян А. Ф.,. Ястребова Н. А. Сборник задач и упражнений по технологии машиностроения: Учеб. Пособие для машиност. вузов по спец. «Технологии машиностроения», «Металлорежущие станки и инструменты». — М.: Машиностроение, 1988. — 192 с.

6. Солонин И. С., Солонин С. И. Расчет сборочных и технологических размерных цепей. Москва, «Машиностроение», 1980. 111 с.

7. Добрыднев И. С. Курсовое проектирование «Технология машиностроения»; Учебн. пособие для техникумов по специальности «Обработка металлов резанием». —; Машиностроение, 1985. — 184 с.