Разработка конструкции и технологического процесса изготовления шлицевой протяжки

Реферат

Объектом исследования является шлицевая протяжка.

Цель работы — разработка конструкции и технологического процесса изготовления шлицевой протяжки для обработки шлицевого отверстия d-6?21?25H7?6D9 в стали 45.

Годовой объем выпуска 180 штук.

Основные пункты разработки положены в содержание дипломного проекта.

Итогом работы явилось оформление комплекта документов и графического материала.

Эффективность разработанной конструкции шлицевой протяжки заключается в простоте и дешевизне конструкции при эксплуатации и производстве.

1. Технологический раздел

1.1 Назначение и конструкция обрабатываемой детали

Шлицевая протяжка предназначена для обработки шлицевого отверстия с точностью по 7 — 9-му квалитету и шероховатостью поверхностей с Rадо 1,25 — 0,20 мкм.

Протяжкаэто многозубый инструмент, совершающий одно главное движениепрямолинейное перемещение относительно обрабатываемой детали. Удаление припуска обеспечивается за счет того, что каждый последующий зуб протяжки выше предыдущего на некоторую величину S, называемую подъемом на зуб.

Основные параметры шлицевой протяжки представлены на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 — Основные параметры шлицевой протяжки:

— передний хвостовик; - шейка; - переходной конус; - передняя направляющая часть; - режущая часть; - калибрующая часть; - задняя направляющая часть Рабочая часть, включающая режущую часть и калибрующую является основной частью протяжки.

Передняя и задняя направляющие служат для центрирования и направления протяжки по отверстию детали в момент начала и окончания работы.

Хвостовик, шейка, переходной конус являются присоединительной частью протяжки. За хвостовик, закрепленный в тяговом патроне станка, протяжку протягивают через обрабатываемое отверстие. Переходный конус облегчает ввод протяжки в отверстие обрабатываемой детали.

Данная шлицевая протяжка является составной конструкции. Режущая часть изготавливается из быстрорежущей стали Р6М5 ГОСТ 19 265, хвостовая часть — из стали 40Х ГОСТ 4543.

Данные о химическом составе материала хвостовика протяжки приведены в таблице 1.1, режущей части в таблице 1.1.Основные физико-механические и технологические свойства материала хвостовика протяжки приведены в таблице 1.3, режущей части в таблице 1.4.

Таблица 1.1- Химический состав стали 40Х (ГОСТ 4543), %.

Таблица 1.2- Химический состав стали Р6М5 (ГОСТ 19 265), %.

Таблица 1.3- Механические свойства стали 40Х (ГОСТ 4543).

Таблица 1.3- Механические свойства стали Р6М5 (ГОСТ 19 265).

Эскиз обрабатываемой детали с указанием обрабатываемых поверхностей показан на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 — Эскиз обрабатываемой детали

1.2 Анализ технологичности конструкции шлицевой протяжки

1.2.1 Качественный анализ технологичности конструкции

В данном случае деталь — протяжка. Конфигурация достаточно технологична для обработки резанием на токарном станке. Так как программа выпуска N=180 шт./год, изготовление протяжки относится к единичному типу производства.

Все поверхности детали легкодоступны для инструмента.

Измерение размеров детали производится с использованием следующих измерительных инструментов:

— на токарных операциях — штангенциркуль;

— на шлифовальных — микрометр, угломер;

— контроль отклонений от правильной формы производится с помощью приспособления с индикаторной головкой рычажного типа.

Технологической базой при точении является черновая поверхность заготовки, а затем, после переустановки детали — уже обработанная поверхность протяжки. На шлифовальных операциях технологической базой является ось детали.

Заготовку для изготовления данной детали можно получить одним из следующих способов: штамповкой, отливкой или отрезать от прокатного прутка. В данном случае наиболее рациональным и экономичным является последний из указанных выше способов, т. к. деталь является телом вращения и отрезная операция гораздо ниже по стоимости, чем отливка или штамповка. Отливка в данном случае вообще нежелательна, т.к. для стали Р6М5 это будет дорого. А штамповку применять в единичном производстве нецелесообразно.

1.2.2 Количественная оценка технологичности конструкции

В качестве количественных показателей технологичности могут рассматриваться: масса детали, коэффициент использования материала, коэффициент унификации конструктивных элементов, точность обработки, шероховатость поверхностей, уровень технологичности конструкции потехнологической себестоимости.

Определяем коэффициент использования материала [4]

(1.1)

где — масса детали, кг;

— масса заготовки, кг;

.

Коэффициент унификации конструктивных элементов

(1.2)

где , — соответственно число унифицированных конструктивных элементов детали и общее, шт.;

.

Не унифицированными являются: канавка в хвостовой части, обрабатываемая подрезным резцом, и центровые отверстия, обрабатываемые комбинированным центровым сверлом.

Максимальное значение квалитета обработки IT7.

Максимальное значение параметра шероховатости обрабатываемых поверхностей Ra=0,32 мкм.

Таким образом, проанализировав качественные и количественные показатели технологичности деталь можно считать вполне технологичной.

1.3 Определение типа производства

В машиностроении различают три основных типа производства: массовое, серийное, единичное. В свою очередь серийное производство подразделяется на: крупносерийное, среднесерийное, мелкосерийное.

Тип производства характеризуется коэффициентом серийности: для массового производства =1; для крупносерийного =2?10; для среднесерийного =10?20; для мелкосерийного = 20? 40; для единичного >40.

Коэффициент серийности рассчитывается по формуле [4]

(1.3)

где — такт выпуска изделия, мин/шт;

— среднее штучное время, мин.

Такт выпуска равен

(1.4)

где, Nобъём выпуска деталей данного наименования, шт. (N=180 шт.);

Fд — действительныйфонд времени работы оборудования, ч.

Действительный фонд работы оборудования на год Fд (в часах) определяется по следующим данным:

календарному числу дней — 365;

количеству выходных дней — 104;

праздничных дней — 8;

предпраздничных дней сокращённых на 1 час — 6;

число смен работы оборудования — 1;

продолжительность рабочего дня — 8 ч.;

потери времени — 10%.

Тогда количество рабочих дней в году

.

Количество рабочих дней с полной продолжительностью рабочей смены

.

Действительный годовой фонд работы оборудования ч.

Рассчитываем такт выпуска

мин/шт.

Рассчитываем основное технологическое время T0 для каждой операции, мин [4]

Операция 010. Отрезание заготовки

мин.

Операция 020. Снятие фасок

мин.

Операция 050. Сверление центрового отверстия

мин.

Операция 055. Точение передней направляющей и хвостовика

мин.

Операция 060. Точение профиля канавок зубьев

мин.

Точение задней направляющей

мин.

Операция 070. Фрезерование шлицов

мин.

Операция 090. Шлифование профиля канавки зубьев мин.

Операция 100. Шлифование задней направляющей

мин.

Шлифование передней направляющей и хвостовика Операция 105. Шлифование задней поверхности шлицевых зубьев

мин.

Операция 115. Шлифование шлицов

мин.

где d — диаметр, мм ;

l — длина обрабатываемой поверхности, мм;

(D — d) — разность наибольшего и наименьшего диаметров обрабатываемого торца, мм. Данные по расчету основного технологического времени с водим в таблицу 1.3.

Таблица 1.3 — Основное технологическое время, мин.

Рассчитываем штучного времени Tшт, мин, результаты сводим в таблицу 1.5 [4]

(1.5)

где, Тшт. iштучное время изготовления детали по i-й операции, мин;

Т0- основное технологическое время, мин;

— коэффициент, учитывающий тип производства.

Таблица 1.4 — Величина коэффициента

Таблица 1.5 — Определение штучного времени Tшт

Среднее штучное время

(1.6)

где — суммарное штучное время обработки детали на всех операциях;

n — количество операций.

мин.

Коэффициент серийности равен

.

В соответствии с ГОСТ 14.004 различные типы производства характеризуются следующими коэффициентами серийности

массовое производство 1

крупносерийное производство 2 — 10

среднесерийное производство 10 — 20

мелкосерийное производство 20 — 40

единичное производство более 40

Таким образом, в нашем случае имеет место единичное производство. Принимаем тип производства единичный.

1.4 Разработка технологического процесса

Для правильной разработки технологического маршрута необходимо учесть требования по точности и шероховатости поверхностей. Необходимо также выбирать операции так, чтобы затраты были наименьшими, а производительность наибольшая. При разработке плана следует придерживаться следующих общих правил:

— в первую очередь обрабатываются поверхности, которые служат базами при последующей обработке;

— рекомендуется обрабатывать вначале поверхности, с которых снимается наибольший слой металла, что позволит вскрыть дефекты заготовки в начале технологического процесса;

— чем точнее должна быть поверхность, тем позднее следует ее обрабатывать. Таким образом, уменьшается влияние деформации, вызванной перераспределением напряжения в металле.

Центрование сверлом центровочным комбинированным уменьшает время обработки за счёт того, что не надо менять инструмент, и удешевляет тем самым стоимость готового изделия по сравнению с обработкой поочерёдно центровочным сверлом и центровочной зенковкой.

Внешняя цилиндрическая поверхность обрабатывается точением. Этот метод производителен, и не требует сложного оборудования, инструментов и высокой квалификации обслуживающего персонала — достаточно экономичен. Черновая подрезка торцов также производится на токарном станке.

Для укрепления поверхностной твердости изделия его необходимо подвергнуть термообработке. Для этого выполняем термическую операцию.

Для достижения требуемой точности и шероховатости поверхностей детали необходимо применение абразивных операций — шлифование. Шлифование является производительным методом и обеспечивает требуемую точность и наиболее экономичен из всех методов из всех методов абразивной обработки.

Применяемые средства технического контроля обеспечивают необходимую точность измерения.

1.5 Расчет припусков на механическую обработку

Рассчитаем припуски на обработку и промежуточные предельные размеры для наружной цилиндрической поверхности 9 диаметром мм, шероховатость мкм, линейный размер 35 мм. Для остальных поверхностей припуски назначаем на каждый вид обработки.

Технологический маршрут обработки поверхности состоит из трех операций: предварительного обтачивания (обработка токарным резцом), чистового обтачивания (обработка токарным резцом) и однократного шлифования (обработка шлифовальным кругом).

Технологический маршрут обработки запишем в расчетную таблицу. В таблицу также записываем соответствующие заготовке и каждому технологическому переходу значения элементов припуска. Так как в данном случае обработка ведется в центрах, погрешность установки в радиальном направлении равна нулю.

Таблица 1.6 — Расчетная таблица припусков на поверхность

Суммарное значение пространственных отклонений для заготовки данного типа определяется по формуле [4]

(1.7)

(1.8)

где — величина коробления, мкм;

— погрешность зацентровки, мкм;

— удельная кривизна заготовки, мкм/мм, таблица 32 [4];

— длина обработки, мм.

Тогда мм.

Погрешность зацентровки

(1.9)

где — допуск на поверхности, используемые в качестве базовых, мм

(1.10)

где мм, мм, .

Тогда Погрешность зацентровки равна

мм Т. о суммарное значение пространственных отклонений для заготовки мм.

Остаточная величина пространственного отклонения:

после предварительного обтачивания мкм, после окончательного обтачивания мкм, после шлифования мкм.

Расчет минимальных значений припусков производим, пользуясь основной формулой [4]

(1.11)

Минимальный припуск:

под предварительное обтачивание мкм.

под окончательное обтачивание мкм.

под шлифование мкм.

Расчетные размеры:

dp2= 20,96+0,168 =21,128?21,13 мм;

dp1= 21,13 +0,342 =21,472?21,47 мм;

dpзаг= 21,47 +3,16 =24,63 мм;

Записав в соответствующей графе расчетной таблицы значения допусков на каждый технологический переход и заготовку в графе ''Наименьший предельный размер'' определим их значения для каждого технологического перехода, округляя расчетные размеры, увеличиваем их значения. Наибольшие предельные размеры вычисляем прибавлением допуска к округленному наименьшему предельному размеру

dmax3 = 20,96+0,02=20,98 мм;

dmax2 = 21,13+0,12=21,25 мм;

dmax1 = 21,47+0,4=21,87 мм;

dmaxзаг= 24,63+2,3=26,93 мм.

Предельные значения припусков определяем как разность наибольших предельных размеров и — как разность наименьших предельных размеров предшествующего и выполняемых переходов

;

;

;

;

;

.

Общие припуски Zomin и Zomax определяем, суммируя промежуточные припуски и записывая их значения внизу соответствующих граф

2Zomin = 3160 + 340 + 170 = 3670 мкм;

2Zomax = 5060 + 620 + 270 = 5950 мкм.

Все результаты расчетов сведем в таблицу 1.6.

На основании данных расчета строим схему графического расположения припусков и допусков на обработку поверхности (рисунок 1.3).

Рисунок 1.3 — Схема графического расположения припусков и допусков на обработку поверхности

Номинальный припуск рассчитаем по формуле

(1.12)

.

.

Определим номинальный диаметр по формуле

.

Производим проверку правильности выполненных расчетов

,

,

.

На остальные обрабатываемые поверхности детали припуски и допуски выбираем по таблицам (ГОСТ 1855) и записываем их значения в таблицу 1.7. Наглядную схему расположения припусков см. рис3.

Таблица 1.7 — Припуски и допуски на обрабатываемые поверхности по ГОСТ 1855

1.6 Расчёт режимов резания

Определим расчётно-аналитическим методом режимы резания для механической операции 055 «Токарная» — точение наружного диаметра подъема зубьев.

Глубина резания t = 1,2 мм.

Подача S = 0,6 мм/об.

Скорость резания рассчитывается по формуле

(1.13)

где =350; =0,2; =0,15; =0,35 — коэффициенты;

Т=60 мин — стойкость инструмента;

— общий поправочный коэффициент на скорость резания, учитывающий отличие от табличных условий резания

(1.14)

где — коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала

(1.15)

где =0,6 — коэффициент характеризующий группу стали по обрабатываемости;

=1,25 — показатель степени.

=0,9 — коэффициент, отражающий состояние поверхности заготовки;

=1,0 — коэффициент, учитывающий качество материала инструмента.

Т. о. скорость резания равна м/мин.

Расчетная частота вращения шпинделя станка

(1.16)

где — расчетная скорость резания, м/мин;

— диаметр заготовки до обработки, мм.

об/мин.

Полученную расчетную частоту вращения шпинделя станка сравниваем с имеющимися на станке значениями частоты вращения. Принимаем ближайшую меньшую к расчетной частоту вращения шпинделя станка равную об/мин.

Фактическая скорость резания рассчитывается по формуле

(1.17)

где — принятая частота вращения шпинделя станка, об/мин.

Т. о. скорость резания равна м/мин.

Сила резания рассчитывается по формуле

(1.18)

где для Pz: =300; =1; =0,75; =-0,15;

=0,86; =1; =1; =1; =0,87;

для Pу: =243; =0,9; =0,6; =-0,3;

=0,86; =1; =1; =0,75; =0,66;

для Pх: =339; =1; =0,5; =-0,4;

=0,86; =1; =1; =1,07; =1.

— поправочный коэффициент, учитывающий влияние качества обрабатываемого материала на силовые зависимости

. (1.19)

Поправочный коэффициент для каждой составляющей сил определяется по формуле

(1.20)

Т. о. сила резания Pz

Н.

сила резания Pу

Н.

сила резания Pх

Н.

Мощность резания

кВт. (1.21)

На остальные операции технологического процесса расчёт режимов резания производим табличным методом и результаты сводим в таблицу приложения Б.

1.7 Техническое нормирование

В единичном производстве определяется норма штучного времени

(1.22)

где — основное время, мин.;

— вспомогательное время, мин.;

— время перерывов на отдых и личные надобности, мин.;

— время на обслуживание рабочего места, мин.

Вспомогательное время

Тв = Тус + Тз.о. + Туп + Тиз, (1.23)

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

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

Туп — время на приемы управления, мин.;

Тиз — время на измерения детали, мин.

Рассчитаем норму штучного времени для операции 020 «Токарная» выполняемой на станке 16К20. Основное время вычисляется на основании принятых режимов резания, То=0,088мин. Масса детали 3,2 кг. Производство единичное. Режущий инструмент — проходной резец.

Определяем время на установку и снятие детали, закрепление и открепление Тус + Тз.о.= 0,55 мин.

Время на приемы управления Туп = 0,2 мин.

Время на измерение детали Тиз = 0,12 мин.

Вспомогательное время составит Тв=0,55+0,2+0,08=0,83 мин Время на обслуживание рабочего места Тоб и на отдых и личные надобностиТот для единичного производства не определяются.

Аналогично производим расчёт для оставшихся операций. Результаты заносим в таблицу 1.8.

Таблица 1.8 — Сводная таблица технических норм времени по операциям, мин.

Общее и среднее штучное время

мин; мин.

1.8 Выбор оборудования и расчет его количества

Коэффициент загрузки станка определяется по формуле [4]

(1.24)

где — расчётное количество станков занятых на данной операции;

— принятое число станков.

Расчётное количество станков определяется как отношение штучного времени на данной операции к такту выпуска

(1.25)

Для операции 010 «Отрезная»

; .

Для остальных операций значения коэффициента загрузки приведены в таблице 1.9.

Таблица 1.9-Расчетное число станков, принятое, коэффициент загрузки.

Среднее значение коэффициента загрузки оборудования

.

По полученным значениям коэффициента загрузки оборудования строим график загрузки оборудования.

Рисунок 1.4 — График загрузки оборудования Коэффициент использования оборудования по основному (технологическому) времени

(1.26)

где Т0 — основное время, мин;

Тшт — штучное время, мин.

Для операции 010 «Отрезная»

Для остальных операций значения коэффициента использования оборудования по основному времени приведены в таблице 1.10.

Таблица 1.10 — Коэффициент использования оборудования по основному времени

Среднее значение коэффициента использования оборудования по основному времени

.

По полученным значениям коэффициента использования оборудования по основному времени строим график использования оборудования по основному времени.

Рисунок 1.5 — График использования оборудования по основному времени Коэффициент использования оборудования по мощности

(1.27)

где — необходимая мощность на приводе станка, кВт;

— мощность установленного электродвигателя, кВт.

Для операции 010 «Отрезная»

.

Для остальных операций значения коэффициента использования оборудования по мощности приведены в таблице 1.11.

Таблица 1.11- Коэффициент использования оборудования по мощности

Среднее значение коэффициента использования оборудования по мощности

.

По полученным значениям коэффициента использования оборудования по мощности строим график использования оборудования по мощности.

Рисунок 1.6 — График использования оборудования по мощности

1.9 Технико-экономическое обоснование разработанного технологического процесса

Целесообразность применяемого технологического процесса определяется величиной приведённых затрат.

Величина часовых приведённых затрат [4]

руб./ч., (1.28)

где — основная и дополнительная заработная плата, а также начисления на соцстрах оператору и наладчику за физический час работы обслуживаемых машин, руб./ч.;

М — коэффициент многостаночности, принимаемый по фактическому состоянию на рассматриваемом участке, М=1;

— часовые затраты по эксплуатации рабочего места, руб./ч.;

— нормативный коэффициент экономической эффективности капитальных вложений, для машиностроения ЕН = 0,2;

— удельные часовые капитальные вложения в станок, руб./ч.;

— удельный часовые капитальные вложения в здание, руб./ч.

Основная и дополнительная заработная плата, а также начисления на соцстрах оператору и наладчику определяются по формуле [4]

руб./ч., (1.29)

где — часовая тарифная ставка станочника соответствующего разряда, руб./ч.;

1,53 — суммарный коэффициент, произведения следующих частных коэффициентов:

1,3 — коэффициент выполнения норм;

1,09 — коэффициент дополнительной зарплаты;

1,077- коэффициент отчислений на соцстрах.

k — коэффициент, учитывающий зарплату наладчика, для единичного производства, k = 1.

Часовые затраты по эксплуатации рабочего места

руб./ч., (1.30)

где — практические скорректированные часовые затраты на базовом рабочем месте, принимаем С=760 руб;

— машино-коэффициент, показывающий во сколько раз затраты, связанные с работой данного станка, больше, чем аналогичные расходы у базового станка.

Капитальные вложения в станок и здание

руб./ч., (1.31)

руб./ч., (1.32)

где Ц — балансовая стоимость станка, руб.:

(1.33)

=1,1 — коэффициент, учитывающий затраты на транспортировку и установку станка;

F — производственная площадь, занимаемая станком с учётом проходов, м2

F = f· kf м2, (1.34)

f — производственная площадь, занимаемая станком, м2;

kf-коэффициент, учитывающий дополнительную производственную площадь (на проходы, проезды).

Стоимость механической обработки на рассматриваемой операции руб. (1.35)

Разработанный вариант технологического процесса.

Операция 010 отрезная. Станок 8А544.

руб./ч.,

руб./ч.,

руб./ч.,

.,

руб./ч.,

руб./ч.,

руб.

Операция 020 токарная. Станок 16К20.

руб./ч.,

руб./ч.,

руб./ч.,

.,

руб./ч.,

руб./ч.,

руб.

Операция 050 токарная. Станок 16К20Ф3.

руб./ч.,

руб./ч.,

руб./ч.,

.,

руб./ч.,

руб./ч.,

руб.

Операция 055 токарная. Станок 16К20Ф3.

руб./ч.,

руб./ч.,

руб./ч.,

.,

руб./ч.,

руб./ч.,

руб.

Операция 060 токарная. Станок 16К20Ф3.

руб./ч.,

руб./ч.,

руб./ч.,

.,

руб./ч.,

руб./ч.,

руб.

Операция 070 фрезерная. Станок 6Р82.

руб./ч.,

руб./ч.,

руб./ч.,

.,

руб./ч.,

руб./ч.,

руб.

Операция 090 заточная. Станок 3М601Ф1.

руб./ч.,

руб./ч.,

руб./ч.,

.,

руб./ч.,

руб./ч.,

руб.

Операция 100 шлифовальная. Станок 3М152.

руб./ч.,

руб./ч.,

руб./ч.,

.,

руб./ч.,

руб./ч.,

руб.

Операция 105 заточная. Станок 3М152.

руб./ч.,

руб./ч.,

руб./ч.,

.,

руб./ч.,

руб./ч.,

руб.

Операция 115 шлицешлифовальная. Станок 3451 В.

руб./ч.,

руб./ч.,

руб./ч.,

.,

руб./ч.,

руб./ч.,

руб.

Результаты расчетов сводим в таблицу 1.12.

Таблица 1.12 — Технологическая себестоимости обработки детали по операциям

1.10 Разработка планировки цеха

Площадь механического цеха по своему составу подразделяется на: производственную, вспомогательную, служебно-бытовую.

К производственной площади относится площадь, занятая технологическим оборудованием, проходами, проездами, местами для складирования заготовок и готовых деталей.

Производственная площадь определяется по формуле

(1.36)

где — удельная площадь, приходящаяся на единицу производственного оборудования;

— число единиц производственного оборудования ориентировочно для цеха.

м2

К вспомогательной площади цеха относятся площади, занятые вспомогательными службами: механиками, служебной подготовкой производства и инструментальным хозяйством.

Площадь вспомогательных отделений определяется

м2(1.37)

Принимаем 700 м²

Площадь служебно-бытовых помещений (раздевалки, администрация цеха, техническое бюро и др.) принимается равной 1% от производственной площади

0,13 500=35 м2(1.38)

Общая площадь цеха

3500+700+35=4235 м2

Площадь проектируемого участка предварительно определим по показанию удельной площади 15 м²

где — принятое число оборудования.

Промышленные здания механообрабатывающих цехов сооружают из железобетонных конструкций на основе унифицированных типовых секций. Каркас здания образуют колонны, установленные на фундаменте и сведенные между собой в продольном и поперечном направлениях фундаментными блоками и фермами перекрытий. Фундамент каркасного здания выполняется сборный, состоящий из железобетонного основания с соответствующими панелями.

Фундамент под оборудование выбирается в зависимости от массы конструкции и класса оборудования. Само оборудование устанавливается на виброизолирующие опоры ОВ-30 и ОВ-31.

Для крыш зданий используются сборные железобетонные перекрытия из плит. Плиты крепятся с балками и фермами сваркой закладных элементов, швы в стыках заполняются цементным раствором. На настилы покрытия укладывается слой пароизоляции, а затем слой утеплителя органического. Поверх утеплителя укладывается цементная стенка для заделки швов и подготовки поверхности под склейку гидроизоляционного слоя.

2. Конструкторский раздел

2.1 Разработка конструкции шлицевой протяжки

Исходные данные для расчета шлицевой протяжки:

наружный диаметр шлицевого отверстиямм;

внутренний диаметр шлицевого отверстия — мм;

ширина шлицев — мм; число шлицев — ;

длина обрабатываемого отверстия — =60 мм;

отверстие предварительно обработано — =мм;

обрабатываемый материал — сталь 45;

твердость НВ — 240;

станок — горизонтально-протяжной мод. 7510;

максимальное тяговое усилие станка — =102 кН;

максимальная длина хода станка — 1400 мм.

Последовательность расчета:

1) Выбираем материал режущей части протяжки — сталь Р6М5, хвостовика — сталь 40Х.

2) Диаметр отверстия до протягивания

21 мм. (2.1)

3) Расстояние до первого зуба рассчитывается по формуле [2]

(2.2)

где L — длина обрабатываемого отверстия, мм.

60+280=340 мм.

4) Диаметр хвостовика выбираем по таблице 8.3 [2], при этом выбираем наибольший хвостовик, который может пройти через отверстие =20 мм.

5) Площадь хвостовика, определяющая его прочность выбираем по таблице 8.3 =176,7 мм.

Исполнение и основные размеры хвостовика (рисунок 2.1) выбираем по таблице 8.3 [2]

=20 мм; =15 мм; =19,7 мм; =20 мм; =140 мм; =25 мм; =25 мм; =16 мм; =120 мм; =17 мм; =0,3 мм; =1 мм; с=0,5 мм; =20?.

Рисунок 2.1 — Конструктивные размеры хвостовика протяжки

6) Шаг режущих зубьев рассчитывается по формуле [2]

(2.3)

где m — коэффициент, зависящий от величины, характера производства, условий размещения и выхода стружек из канавок и определяет количество переточек m=(1,25?1,5);

L — длина обрабатываемого отверстия, мм.

мм.

Принимаем =10 мм.

7) Наибольшее число одновременно работающих зубьев рассчитывается по формуле

(2.4)

где L — длина обрабатываемого отверстия, мм;

— шаг режущих зубьев, мм.

.

8) Глубина стружечной канавки определяется по табл. 8.6 =4 мм.

9) Площадь стружечной канавки определяется по табл. 8.6 =12,56 мм. 10) Коэффициент заполнения стружечной канавки определяется по табл. 8.8 К=4.

11) Выбираем форму зубьев и стружечных канавок — двухрадиусная канавка. Форма зубьев и стружечных канавок представлена на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 — Форма режущих зубьев и стружечных канавок протяжки Основные размеры стружечных канавок [2]:

=4 мм; =3 мм; =7 мм; =2 мм.

12) Подача, допустимая по размещению стружки рассчитывается по формуле

(2.5)

где — площадь стружечной канавки, мм;

К — коэффициент заполнения стружечной канавки;

L — длина обрабатываемого отверстия, мм;

мм/зуб.

Подачу на зуб принимаем =0,05 мм/зуб.

13) Определение количества режущих зубьев по формуле [2]

(2.6)

где — суммарный подъем режущих зубьев, мм;

— подача на зуб, мм/зуб.

.

14) Расчетные значения диаметров режущих зубьев представлены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 — Диаметры режущих зубьев, мм

15) Длина режущей части определяется по формуле

(2.7)

где — количество шлицевых режущих зубьев;

— шаг режущих зубьев, мм.

мм.

16) Выбираем передний и задний углы по таблицам 5.9 — 5.10 [1]

передний угол ;

задний угол .

17) Количество и размер стружкоразделительных (рисунок 2.3) канавок выбираем из таблицы 5.12 [1]

число канавок =1;

размеры канавок = (0,8?1,0) = 0,8 мм;

= (0,5?0,7) = 0,5 мм;

= (0,2?0,3) = 0,2 мм;

Рисунок 2.3 — Форма стружкоразделительных канавок Стружкоразделительные канавки наносятся на каждом режущем зубе в шахматном порядке. Направление канавок соответствует направлению движения протяжки

18) Наибольшее усилие допустимое хвостовиком рассчитывается по формуле [2]

(2.8)

где — минимальная площадь поперечного сечения хвостовика, мм;

— допустимое напряжение в материале хвостовика, МПа.

Н

19) Наибольшее усилие, допустимое протяжкой на прочность по первому зубу рассчитывается по формуле [2]

(2.9)

где — минимальная площадь сечения протяжки, принимаемая по дну первой стружечной канавки, ;

— допускаемое напряжение на растяжение, МПа.

Н

20) Расчетная сила резания (усилие) равно наименьшему из, , [1]

=44 175 кН

21) Количество калибрующих зубьев в зависимости от квалитета точности обрабатываемого отверстия выбираем по таблице 8.11 =7.

22) Шаг калибрующих зубьев принимаем равным [2]

мм.

23) Длина калибрующей части рассчитывается по формуле [2]

(2.10)

где — количество калибрующих зубьев;

— шаг калибрующих зубьев, мм.

мм.

24) Длина передней направляющей части протяжки должна быть не меньше длины протягиваемого отверстия и составляет расстояние от конца переходного конуса до первого зуба режущей части. Длину передней направляющей части протяжки принимаем равной =60 мм.

25) Задняя направляющая часть для упрощения изготовления шлицевой протяжки имеет упрощенную форму — круглую. Длину задней направляющей части выбираем в соответствии с таблицей 5.17 равной =35 мм.

26) Общую длину протяжки рассчитываем по формуле

(2.11)

где — расстояние до первого зуба, мм;

— длина режущей части протяжки, мм;

— длина калибрующей части протяжки, мм;

— длина задней направляющей части протяжки, мм.

мм

27) Необходимая длина рабочего хода для работы рассчитывается по формуле [1]

(2.12)

где — длина режущей части протяжки, мм;

— длина калибрующей части протяжки, мм;

— длина протягиваемого отверстия, мм.

мм.

Основные технические требования:

Технические требования на изготовление протяжек для протягивания шлицевых отверстий с прямобочным профилем регламентируются ГОСТ 6767.

1) Материал протяжки:

рабочая часть — из стали Р6М5, HRC 62?65;

хвостовая часть — из стали 40Х, HRC 40?47;

2) Размеры центровых отверстий — по ГОСТ 14 034.

3) Шероховатость поверхностей — по ГОСТ 2789.

а) передней и задней поверхности, поверхности ленточек не ниже = 0,63 мкм;

б) дна стружечных канавок = 0,63 мкм;

в) нешлифованных поверхностей = 15 мкм.

4) Отклонение от параллельности боковых сторон зубьев относительно оси протяжки 0,01 мм на длине 500 мм.

5) Отклонение от симметричности зуба относительно оси протяжки в пределах допуска на толщину зуба.

6) Радиальное биение двух последних режущих и всех калибрующих зубьев в пределах допуска на диаметр калибрующих зубьев. Биение остальных зубьев не более 0,005 — 0,006 мм.

7) Отклонение от соосности поверхностей наружного и внутреннего диаметра зубьев: при центрировании по наружному диаметру в пределах половины допуска на внутренний диаметр протяжки.

8) Отклонение углов:

переднего ;

заднего режущих ;

заднего калибрующих .

9) Хвостовик присоединяют к рабочей части при помощи стыковой сварки с оплавлением.

10) Маркировать на шейке хвостовика:

а) обозначение протяжки;

б) марка стали рабочей части протяжки.

2.2 Расчет детали на прочность и жесткость

Жесткость протяжки зависит от отношения длинны к диаметру. Жесткость протяжки проверяют по формулам [9]

(2.13)

(2.14)

где h = 4 мм — глубина впадины зуба, мм;

L = 804 мм — длина протяжки, мм;

D = 25,01 мм — диаметр протяжки, мм.

Тогда подставив численные значения ,

.

Следовательно жесткость протяжки достаточна.

Площадь опасного сечения по впадине первого зуба рассчитывается по формуле [9]

(2.15)

где — диаметр первого зуба, мм;

— глубина впадины зуба, мм;

.

Напряжение на растяжение рассчитывается по формуле [9]

(2.16)

где — сила резания, Н;

— площадь опасного сечения по впадине первого зуба, ;

=400 МПа для стали Р6М5 — допускаемое напряжение на растяжение, МПа.

МПа.

Что меньше допустимого, т. е. условие 304,2<400 выполняется.

2.3 Станочное приспособление — люнет

2.3.1 Назначение и принцип работы

Люнет применяют как дополнительную опору для уменьшения прогиба длинной детали под действием сил резания, длина которой больше двенадцати диаметров, обрабатываемой на токарных и шлифовальных станках.

Используемый неподвижный люнет (рисунок 2.4) состоит из корпуса 1 с крышкой 2, которая крепится к корпусу откидным винтом. Люнет устанавливают на направляющих станины станка и крепят планкой 3 с помощью болта и гайки 11.

Рисунок 2.4 — Люнет неподвижный Верхняя часть 2 неподвижного люнета откидная, что позволяет снимать и устанавливать заготовки на кулачки 4 люнета. Они служат опорой для заготовки и поджимаются к ней винтами 5. После установки заготовки винты фиксируются болтами 6.

Неподвижный люнет может быть использован как в качестве промежуточной опоры при наружной обточке вала в центрах, так и в качестве концевой опоры с закреплением одного конца в патроне при подрезке торца длинной детали и торцовом сверлении или расточке.

2.3.2 Расчет приспособления на точность

Суммарная погрешность при обработке детали не должна превышать величины допускаТ размера, т. е. Т.

Общая формула для расчета приспособления на точность [7]

(2.17)

гдеТ = 0,13 мм — допуск выполняемого размера, мм;

— погрешности базирования, закрепления, установки приспособления на станке, из-за износа установочных элементов приспособления и от перекоса инструмента;

— экономическая точность обработки;

=1 — коэффициент, учитывающий отклонение рассеяния значений составляющих величин от закона нормального распределения;

=0,8- коэффициент, учитывающий уменьшение предельного значения погрешности базирования при обработке на настроенных станках;

=0,6 — коэффициент, учитывающий долю погрешности обработки в суммарной погрешности, вызываемой факторами, независящими от приспособления.

Таблица 2.2 — Расчёт погрешности обработки детали в приспособлении

2.3.3 Расчет приспособления на усилие зажима

Чтобы обеспечить надёжность зажима, силы резания увеличивают на коэффициент запасаК, который определяется в зависимости от условий обработки, предусматривающего возможное увеличение силы резания из-за затупления режущего инструмента. КоэффициентКможет быть представлен как произведение первичных коэффициентов

(2.18)

где — гарантированный коэффициент запаса для всех случаев равен 1,5;

— коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовок, =1,2;

— коэффициент, учитывающий увеличение силы резания от прогрессирующего затупления режущего инструмента, = 1,0;

— коэффициент, учитывающий увеличение силы резания при прерывистом резании, =1,2;

— коэффициент, учитывающий постоянство силы зажима, развиваемой приводом, = 1,3;

— коэффициент, учитывающий эргономику ручных зажимных элементов (удобство расположения рукояток и т. д.), = 1,2;

— коэффициент, учитываемый при наличии моментов, стремящихся повернуть заготовку, = 1.

.

При точении заготовка устанавливается в трехкулачковом патроне, заднем центре и люнете.

Заготовка устанавливается на кулачки люнета, которые поджимаются к ней винтами (рисунок 2.5).

Рисунок 2.5 — Схема зажима заготовки кулачком в люнете Усилие зажима, развиваемое винтовым механизмом, зависит от величины приложенного момента, формы рабочего торца винта и вида резьбы. Усилие зажима рассчитывается по формуле

(2.19)

где — крутящий момент, приложенный к винту, ;

— средний диаметр резьбы, м;

— диаметр цилиндрического конца винта, м;

— угол подъема резьбы, град;

— коэффициент трения на плоском торце, ;

— приведенный угол трения резьбы, град.

Крутящий момент, приложенный к винту, табл. 104 = 17,6 .

Усилие зажима равно

.

КПД механизма рассчитывается по формуле [7]

(2.20)

где — средний диаметр резьбы, м;

— диаметр цилиндрического конца винта, м;

— угол подъема резьбы, град;

— приведенный угол трения резьбы, град.

.

Т.к. КПД, то винтовой механизм надежен против самоотвинчивания.

Допускаемое усилие, создаваемое винтовым механизмом определяется по формуле [7]

(2.21)

где с — коэффициент для основных метрических резьб, ;

— допускаемое напряжение материала, МПа, табл. 106.

.

Условие, т. е 7127Н<69 854Н выполняется. Данное усилие прижима полностью обеспечивает статическое положение детали в приспособлении.

2.3.4 Расчет элементов приспособления на прочность

Расчёт на прочность винта по допускаемым напряжениям растяжения (сжатия) осуществляется по формуле [7]

(2.22)

где — напряжение растяжения (сжатия) винта, МПа;

— усилие зажима, =7121 Н;

с — коэффициент для основных метрических резьб, ;

— диаметр резьбы, =18 мм;

— допускаемое напряжение материала, =110 МПа, табл. 106.

Так как фактическое напряжение растяжения =15,7 МПа находится в пределах допускаемого напряжения, т. ето условие прочности выполняется.

2.4 Приспособление для контроля радиального биения передней и задней направляющей протяжки

2.4.1 Назначение и принцип работы

Используемое приспособление (рисунок 2.6) применяется для измерения радиального биения передней и задней направляющих протяжки с помощью индикатора часового типа.

Рисунок 2.6 — Приспособление контрольное Протяжка 10 устанавливается в центрах передней 1 и задней 2 бабок, закрепленных на плите 7. На плите 7 установлен штатив 6, состоящий из оправок 4 и 5. На оправке 5 закреплен индикатор часового типа 3, чувствительный элемент которого касается измеряемой поверхности детали. Поворот протяжки вокруг производится вручную. С помощью винтов 8 и 9 можно отрегулировать положение в пространстве индикатора 3 относительно детали.

2.4.2 Расчет приспособления на точность

Расчёт приспособления на точность производим по формуле [7]

(2.23)

где — допуск выполняемого размера (=0,03 мм);

б, з, у, пи, — соответственно погрешности: базирования, закрепления, установки приспособления на станке, положения детали из-за износа установочных элементов приспособления и от перекоса инструмента;

— экономическая точность обработки;

=1…1,2 — коэффициент, учитывающий отклонение рассеяния значений составляющих величин от закона нормального распределения;

= 0,8…0,85 — коэффициент, учитывающий уменьшение предельного значения погрешности базирования при работе на настроенных станках;

=0,6…0,8 — коэффициент, учитывающий долю погрешности обработки в суммарной погрешности, вызываемой факторами, не зависящими от приспособления.

Подставляя числовые значения получим

мм Таким образом точность изготовления приспособления для контроля биения должна быть пр 0,004 мм.

2.5 Фреза двухугловая

2.5.1 Конструкция фрезы двухугловой

Двухугловая фреза, показанная на рисунке 2.7, используется для фрезерования шлицов протяжки. Двухугловая фреза имеет режущие кромки, расположенные на двух смежных конических поверхностях.

В процессе работы симметричной двухугловой фрезой осевые усилия, возникающие при работе двух смежных угловых кромок зуба, взаимно уравновешиваются. Поэтому двухугловая фреза работает более плавно.

Толщина среза угловых фрезизменяется по длине кромки. Она имеет максимальное значение на вершине зуба и уменьшается при удалении от нее, вдоль режущей кромки, т. е. при уменьшении радиуса рассматриваемой точки кромки. Это может привести к тому, что участками кромок, расположенными у малых торцов, могут срезаться незначительные толщины среза, соизмеримые с радиусом округления режущей кромки.

Рисунок 2.7 — Фреза двухугловая Это неблагоприятно отражается на характере протекания процесса резания, так как при значительных отрицательных передних углах на радиусе округления в зоне контакта наблюдаются значительный нагрев, большие усилия и быстрый износ инструмента. Чтобы на этих участках обеспечить нормальные условия работы, целесообразно уменьшить число работающих зубьев вдвое, срезая их через один зуб. Необходимость уменьшения числа зубьев на малых диаметрах иногда вызывается тем, что при проектировании угловых фрез возникают затруднения в выборе числа зубьев. В зоне, расположенной ближе к центру трудно бывает разместить число зубьев, равное числу зубьев на вершине фрезы. Это объясняется большой разницей в окружных шагах зубъев на наибольшем и наименьшем диаметрах фрезы. Зубья, расположенные на меньшем диаметре, получаются небольшими по высоте, что может привести к забиванию канавок стружкой. Вершину угловой фрезы необходимо закруглять во избежание быстрого износа.

Процесс обработки двухугловой фрезой заключается в фрезеровании шлицов глубиной 2 0,2 мм. Обработка производится на горизонтально-фрезерном станке модели 6Р82.

Выбираем основные параметры фрезы:

Диаметр фрезы D=90 мм. По ТУ 2−035−526−76 число зубьев выбираем z=20.

Определяем геометрические параметры режущей части фрезы [1]: передний угол =5?; задний угол =15?; главный угол в плане =60?.

Выбираем материал фрезы: сталь Р6М5.

Радиальное биение режущих кромок относительно оси фрезы не более 0,03 мм.

Технические требования:

1) Фреза должна быть изготовлена из стали Р6М5.

2) Твёрдость HRC 63…65.

3) Острые нерабочие кромки фрезы должны быть притуплены.

3. Патентно-информационное исследование

3.1 Повышение долговечности и надежности протяжек

Совершенствование конструкций протяжек идет путем повышения долговечности и надежности их работы, а также увеличения производительности и может быть достигнуто за счет [17]:

1) оснащения режущей части протяжки инструментальными материалами, обладающими повышенными режущими свойствами и прочностью. К таким материалам относятся быстрорежущие стали повышенной производительности (Р9К5Ф5, Р18К10, Р9Ф5 и др.) и более качественные мелко-, крупнозернистые вольфрамокобальтовые и титанотанталовые твердые сплавы (ТТ7К12, Т5К12 В, ВК4 В, ВК6М, ВК100М и др.). Крепление твердого сплава по возможности производится механическим способом;

2) использование более рациональных схем резания при разработке конструкции протяжек. При групповой схеме резания упрочняются уголки режущих лезвий зубьев протяжек за счет наличия стружкоразделительныхзатылованныхвыкружек, фасок, лысок и других устройств. Протяжки генераторной схемы резания, имеющие режущие лезвия в виде прямых линий и дуг окружностей, более просты по конструкции и дешевле в изготовлении;

3) назначение более рациональных конструктивных элементов и геометрических параметров зубьев протяжек;

4) использование протяжек со свободным выходом и протяжек с боковым свободным отводом стружки, что обеспечивает возможность значительного увеличения подъема на зуб. При этом сокращается длина протяжки, уменьшается длина рабочего хода и повышается производительность процесса протягивания;

5) рекомендации дополнительно применять выглаживающие или деформирующие протяжки или режущие протяжки с деформирующими твердосплавными зубьями-кольцами для увеличения класса шероховатости до 8…10. При использовании твердосплавных колец значительно повышается долговечность протяжек.

6) обеспечение более рациональных режимов обработки твердосплавными протяжками увеличением подъемов на зуб и скоростей резания при протягивании;

7) применения наиболее выгодных составов СОЖ, которые способствуют улучшению качества протянутых поверхностей, обеспечивают повышение стойкости зубьев протяжки, отделение и очистку от стружки протяжки, что в конечном счете повышает долговечность протяжек.

3.2 Сборная протяжка

Использование: изобретение относится к машиностроению, преимущественно к сборным инструментам для металлообработки. Сущность изобретения: в сборной протяжке, показанной на рисунке 3.1 на оправке 1 размещены направляющая 4, сменные режущие 5, калибровочные 6 секции и опорное базирующее кольцо 7, на соответствующих торцах которых выполнены элементы базирования и угловой фиксации в виде симметрично расположенных относительно проходящей через ось протяжки плоскости выступов и впадин, у боковой стенки которых выполнено занижение. В калибровочной секции со стороны впадины элемента базирования и угловой фиксации выполнен сквозной прямоугольный паз 5.

Рисунок 3.1 — Сборная протяжка: a — общий вид; б — сменная режущая секция; в — сменная калибрующая секция Применение данной сборной протяжки позволяет повысить эксплуатационные качества и ремонтопригодность протяжки. Это достигается тем, что сборная протяжка, содержащая оправку с расположенными на ней направляющей, сменными режущими и калибровочной секциями, выполненные на торцах секций элементы базирования и угловой фиксации, снабжена расположенным на заднем конце оправки и зафиксированным от поворота посредством винта опорным базирующим кольцом с элементами базирования и угловой фиксации на торцовой поверхности со стороны калибровочной секции. При этом элементы базирования и угловой фиксации выполнены в виде симметрично расположенных на торцах упомянутых секций, направляющей и опорного базирующего кольца относительно проходящей через ось протяжки плоскости выступа и впадины. Причем у боковой стенки выступа и впадины выполнено занижение для обеспечения точной фиксации и прилегания секций друг к другу. И при этом в калибрующей секции со стороны впадины элемента базирования и угловой фиксации и опорного базирующего кольца выполнен сквозной прямоугольный паз. Одна из боковых сторон этого паза лежит в плоскости, проходящей через ось протяжки и боковую стенку выступа и впадины элемента базирования и угловой фиксации.

Сборная протяжка содержит оправку 1 с опорным венцом 2 и резьбой 3 на втором конце, направляющую секцию 4, сменные режущие секции 5, калибрующую секцию 6, опорное базирующее кольцо 7 со средствами его фиксации на корпусе в виде винта 8. Секции 4, 5, 6 и опорное базирующее кольцо 7 выполнены с центральным отверстием 9 для размещения их на оправке. Секции на корпусе закреплены посредством гаек 10. Угловая фиксация секций относительно друг друга выполнена в виде впадины 11 на одном из торцов каждой секции и соответствующего по форме впадины выступа 12 на другом конце секции. Впадина выполнена и на опорном базирующем кольце 7. У боковых стенок 13 впадины 11 и выступа 12 секций и опорного базирующего кольца 7 выполнены занижения 14. Калибровочная секция 6 со стороны опорного базирующего кольца 7 выполнена с дополнительным контрольным прямоугольным пазом 15.

Сборка протяжки осуществляется следующим образом. На оправку 1 устанавливают опорное базирующее кольцо 7 до упора в венец 2 и закрепляют винтом 8, входящим в углубление корпуса. Затем устанавливается калибровочная секция 6, выступ 12 которой заходит во впадину 11 опорного базирующего кольца 7. На калибрующую секцию 6 устанавливаются сменные режущие секции 5, которые фиксируются относительно друг друга и относительно калибровочной секции 6 подобным образом. На сменную режущую секцию 5 устанавливают направляющую секцию 4, фиксируя заходом ее выступа 12 во впадину 11 сменной режущей секции 5 и закрепляя полный пакет секций 4, 5 и 6 посредством гаек 10. Благодаря точному выполнению боковых стенок 16 выступов 12, делящих секции симметрично на две равны части, а также выполнению у боковых стенок 13 впадины 11 и выступа 12 всех секций занижения 14 обеспечивается качественная сборка протяжки с точной угловой фиксацией секций и получение затем качественного шлицевого отверстия в детали.

Выполнение же на калибрующей секции дополнительного контрольного прямоугольного паза, стенка которого находится в одной плоскости со стенкой впадины даст возможность с точностью до ± 0,005 мм разделить шлиц и секцию на две симметричные части. Этот паз даст возможность при шлифовании для захода измерительного инструмента получения необходимой точности. Шлифование остальных шлицев секций обеспечивается делительным устройством (головкой).