Адаптация базового технологического процесса изготовления корпуса клапана пилотного для условий крупносерийного производства

Введение

Государственное предприятие «Воронежский механический завод» (ВМЗ) основан в 1928 г. и представляет собой научно-производственный комплекс с полным технологическим циклом создания и серийного производства сложных и уникальных изделий машиностроения.

Являясь участником государственной программы освоения космоса, ВМЗ серийно изготавливает широкий спектр ЖРД для ракет-носителей.

Более полувека ВМЗ выпускает поршневые авиадвигатели.

С1972 г. ВМЗ серийно выпускает газои электроплиты различных модификаций.

По программе «Конверсия» с 1989 г. ВМЗ начал выпускать:

· оборудование для мясоперерабатывающей и хлебопекарной промышленности;

· медицинское оборудование.

Качество и оригинальность конструкции ножевых головок для куттеров отмечены на Лейпцигской выставке золотой медалью.

Большой инженерно-конструкторский, потенциал, уникальное оборудование, использование технологии двигателестроения позволили заводу быстро освоить проектирование и изготовление запорно-фонтанного и устьевого оборудования для нефтегазодобычи, оборудования для переработки, транспортирования нефти и газа.

Нефтегазовая арматура и барокамеры ВМЗ на Всемирном салоне изобретений и научных исследований в Барселоне в 1995 г. отмечены золотыми медалями.

В 1996 г. разработка ВМЗ «Уплотнение технической колонны в устьевой арматуре» и узел и «Узел регулировки потока газа в угловом штуцере фонтанной арматуры» удостоены бронзовой и серебряной медали, а в 1997 г. разработка ВМЗ «Запорно-дренажный клапан» удостоена серебряной медали.

Целью дипломного проектирования явилась модернизация технологического процесса и средств технологического оснащения, используемых в условиях крупносерийного производства. Для достижения указанной цели были приняты следующие технико-экономические решения:

— величины припусков на механическую обработку исходной заготовки, получаемой штамповкой в закрытых разъемных штампах, были приведены в соответствие с рекомендуемыми справочной литературой параметрами;

— при выборе режимов механической обработки корпуса были учтены рекомендации по выбору экономически целесообразных режимов резания;

— вместо применяемых в базовом технологическом процессе дорогостоящих металлорежущих станков с ЧПУ в условиях крупносерийного производства было использовано универсальное технологическое оборудование;

— вместо универсально-сборной технологической оснастки и стандартного мерительного инструмента была спроектирована и применена специальная оснастка;

— ручные слесарные работы по скруглению острых кромок и удалению заусенцев были заменены производительной электрохимической обработкой;

— для реализации новой технологии по изготовлению корпуса клапана

в условиях крупносерийного производства была проведена технологическая перепланировка производственного участка;

— была дана экономическая оценка основных показателей эффективности сравниваемых вариантов технологических процессов.

Процесс проектирования технологии и технологического оснащения проводился с применением компьютерной техники, систем автоматизированного проектирования и использованием информационных технологий. В заключение дипломного проектирования были рассмотрены вопросы организации ремонтного хозяйства, а также мероприятия по снижению влияния негативных факторов производства на экологию и работников участка.

1. Общая часть

1.1 Назначение и условия работы детали

Корпус представляет собой базовую деталь клапана, рассчитанного на рабочее давление Р_Р =3,8 МПа и эксплуатируемого в диапазоне температур от минус 36 до плюс 42 ⁰ С. Основным назначением корпуса является регулирование режима эксплуатации нефтяных, газовых и газоконденсатных скважин.

Пилотный клапан, устанавливаемый непосредственно на пневмоприводе центральной задвижки, предназначен:

— для быстрого автоматического сброса давления газа питания из пневмопривода центральной задвижки при уменьшении давления газа питания на входе в него;

— для предотвращения повторного открытия центральной задвижки после ее автоматического закрытия системой управления;

— для аварийного ручного закрытия или открытия центральной задвижки оператором, находящимся рядом с ФА.

1.2 Характеристика материала заготовки Корпус является одной из базовых деталей при сборке клапана пилотного. Он представляет собой штампованную деталь из стали 20Х13 ГОСТ 5632–72. Химический состав хромистой нержавеющей стали 20Х13 ГОСТ 5632–72 приведен в таблице 1.1.

Таблица 1.1 — Химический состав материала 20X13 ГОСТ 5632–72 (%)

Механические свойства хромистой нержавеющей стали 20Х13 ГОСТ 5632–72 приведены в таблице 1.2.

Таблица 1.2 — Механические свойства стали 20Х13 ГОСТ 5632–72

Сталь 20Х13 наиболее распространенная и наиболее дешевая. Такие стали применяют для бытовых назначений и в технике. Стали с низким содержанием углерода пластичны, из них хорошо штампуются различные детали, обладают повышенной твердостью и прочностью, из них изготавливают детали (хирургический инструмент, подшипники, пружины и т. д.) повышенной прочности и износоустойчивости при высокой коррозийной стойкости.

1.3 Описание конструкции детали Корпус представляет собой цилиндрическую деталь 72?119,5 мм, имеющую ряд ступенчатых отверстий.

Наиболее ответственной поверхностью корпуса, принятой в качестве установочной базовой поверхности при сборке, является внутренняя цилиндрическая поверхность (25Н9) с шероховатостью. По этой поверхности происходит взаимное сопряжение корпуса клапана пилотного с фонтанной арматурой. Превышение радиального биения канавок под уплотнительные кольца не должно превышать 0,04 мм, а радиусы выходящие на 25 должны полироваться до шероховатости, в противном случае это может к нарушению герметичности уплотнения и утечкам рабочей среды из транспортной магистрали.

На остальные обрабатываемые поверхности корпуса, кроме внутренних поверхностей (56H10, 45H11, 9,8H11) предельные отклонения размеров установлены Н12; h12; IT/2 по ГОСТ 25 347–82.

Предельная шероховатость поверхностей корпуса после механической обработки не должна превышать. При этом значительная доля поверхностей корпуса, формируемых в процессе механической обработки, имеет шероховатость, и. Исключением являются уплотнительные поверхности канавок внутреннего 25 и радиуса, шероховатости поверхности которых не должны превышать и фаски наружных поверхностей шероховатостью.

1.4 Выбор метода получения заготовки При выборе способа получения заготовки необходимо стремиться к максимальному приближению формы и размеров заготовки к параметрам готовой детали и снижению трудоемкости последующей механической обработки. При этом тот или иной способ получения заготовки предопределяется назначением и конструкцией детали, материалом, техническими требованиями, масштабом и серийностью выпуска, а также экономичностью ее изготовления. Анализ рабочего чертежа (рисунок 2) показывает, что значительное число наружных поверхностей детали не подвергается механической обработке резанием и может быть сформировано уже на стадии изготовления заготовки.

Заготовка корпуса клапана может получаться не только в результате применения различных технологических процессов (литья, ковки, штамповки и др.), но и несколькими различными вариантами одного и того же технологического метода. При выборе конкретного метода получения заготовки определяющими являются обеспечение заданной чертежом детали точности и чистоты поверхности, не подвергаемой дальнейшей механической обработке, и экономичность ее изготовления.

В условиях серийного производства наиболее рациональным способом получения заготовки корпуса представляется штамповка, получаемая методом горячей объемной штамповкой в закрытых разъемных штампах с формообразованием внутренних полостей, что обеспечивает заготовки требуемую чертежом точность размеров. Частота поверхности заготовки при данном методе штамповки получается в пределах 20−80 мкм [16,17].

2. Технологическая часть

2.1 Обоснование маршрутной технологии изготовления детали Разработка технологического процесса состоит из комплекса взаимосвязанных работ, предусмотренных стандартами ЕСТПП и должна выполняться в полном соответствии с требованиями ГОСТ 14.301−83 «Общие правила разработки технологических процессов и выбора технологического оснащения». При разработке маршрутной технологии придерживаются следующих основных принципов [1, 2, 3]:

а) в первую очередь, обрабатывают поверхности, которые являются базовыми при дальнейшей обработке;

б) после этого обрабатывают поверхности с максимальным припуском для выявления дефектов заготовки;

в) необходимо соблюдать принцип концентрации операций при котором как можно больше поверхностей должно обрабатываться в одной операции;

г) необходимо соблюдать принципы совмещения и постоянства баз;

д) необходимо учитывать, на каких стадиях технологического процесса целесообразно производить механическую, термическую и другие виды обработки в зависимости от требований чертежа;

е) поверхности, к которым предъявляются наиболее высокие требования по качественно-точностным характеристикам, окончательно обрабатываются в последнюю очередь.

Разработка маршрута обработки любой детали начинается с предварительного выбора вида обработки отдельных поверхностей заготовки и определения методов достижения точности, соответствующей требованиям чертежа, серийности производства и технологических возможностей существующего в наличии на предприятии оборудования. После анализа этих данных приступают к составлению планов механической обработки детали. Устанавливая последовательность обработки, попутно определяют количество установов и позиций заготовки на станке. С учетом особенностей конструкции заготовки; так же стремятся обработать за один установ наибольшее количество поверхностей. Вновь разработанная маршрутная технология обработки корпуса дроссельной задвижки представлена в комплекте карт технологического процесса.

Операционная технология для изготовления корпуса разработана с учетом места каждой операции в маршрутной технологии. К моменту проектирования каждой операции известно, какие поверхности и с какой точностью обрабатываются на предшествующих операциях, какие поверхности и с какой точностью нужно обрабатывать на данной операции. Проектирование операций связано с разработкой их структуры, с составлением схем наладок, расчетом настроенных размеров и ожидаемой точности обработки, с назначением режимов обработки, определением нормы времени и т. д. Номера поверхностей при составлении операционной технологии указаны на эскизах.

Таблица.2.1 Маршрут изготовления детали Клапан

2.2 Выбор моделей оборудования Выбор оборудования является одной из важнейших задач при разработке технологического процесса механической обработки детали. От правильного выбора зависит производительность, экономное использование площадей, механизации и автоматизации ручного труда, электроэнергии и, в итоге, себестоимость изделия.

При выборе станочного оборудования учитывается следующее: характер производства, методы достижения заданной точности при обработке, соответствие станка размерам детали, мощность станка, удобство управления и обслуживания станка, габаритные размеры и стоимость станка, возможность оснащения станка высокопроизводительными приспособлениями и средствами механизации и автоматизации, кинематические данные станка, а также наличие имеющегося оборудования. Результаты выбора оборудования представлены в таблице 2.2.

Таблица 2.2

Технические характеристики станков для выполнения операций технологического процесса изготовления корпуса клапана пилотного приведены в таблицах 2.3 — 2.5.

Таблица 2.3 — Техническая характеристика токарного станка модели 16К25

Таблица 2.4 — Техническая характеристика вертикально-сверлильного станка 2М112

Таблица 2.5 — Техническая характеристика электрохимического станка 4450

2.4 Выбор режущего и мерительного инструмента Штангенциркуль — универсальный измерительный инструмент, предназначенный для измерения наружных и внутренних диаметров, длин, толщин, глубин, и т. д.

Точность измерения штангенциркулем определяется шкалой нониуса. Использование нониуса позволяет получить отсчёт дробных частей миллиметра (0,1; 0,05 и 0,02мм). Основной частью штангенциркуля является штанга с миллиметровыми делениями. Шкала нониуса имеет деления, отличающегося от целого числа делений штанги на знание отсчёта. У штангенциркуля со значением отсчёта 0,1 мм деление нониуса ровно 1,9 (или 4,9)мм, у штангенциркуля со значением отсчёта 0,05 мм деление нониуса — 1,95 мм, а у штангенциркуля со значением отсчёта 0,02мм — 0,98 мм при длине шкалы нониуса соответственно 19 (или 49), 39 и 49 мм и числе делений нониуса 10, 20 и 50.

По ГОСТ 166–80 изготавливаются штангенциркули трёх типов: ШЦ-I, ШЦ-II и ШЦ-III.

Штангенциркуль ШЦ-I с двусторонним распоряжением губок предназначен для наружных и внутренних измерений, он имеет линейку для измерения глубин, пределы измерений 0−125мм и значение отсчёта 0,1 мм.

Штангенциркуль ШЦ-II с двусторонним расположением губок предназначен для измерения и для разметки, пределы измерения 0−200 и 0−320мм, значение отсчёта 0,05 мм и 0,1 мм.

Штангенциркуль ШЦ-III с односторонними губками имеет пределы измерения 0−500мм при значении отсчёта 0,05 и 0,1 мм и 240−710, 320−1000, 500−1400, 800−2000мм при значении отсчёта 0,1 мм.

Штангенциркуль со значением отсчёта 0,02 мм и пределами измерения 0−300мм.

Штангенциркули могут быть изготовлены с раздельными нониусами для наружных и внутренних измерений. В таком случае на шкале для внутренних измерений нанесено слово «внутренний».

У штангенциркулей с одним нониусом нанесён размер сдвинутых губок для внутренних измерений, который необходимо учитывать при измерениях.

Для измерения размеров детали клапан я выбрал Штангенциркуль ШЦ-II-250−0,05 ГОСТ 166–80.

Режущий инструмент.

Резцы для обработки торцов и уступов. Торцы и уступы обрабатывают подрезными, проходными отогнутыми или проходными упорными резцами.

Подрезной резец (рис. 1, а) предназначен для обработки наружных торцевых поверхностей. При подрезании торца подача резца осуществляется перпендикулярно оси обрабатываемой детали. Подрезной резец (рис. 2, б) позволяет обрабатывать различные торцевые и другие поверхности с продольной и поперечной подачами.

Подрезные резцы изготовляют с пластинами из быстрорежущих сталей и твёрдых сплавов. Главный задний угол б=10?15?, передний угол г выбирают в зависимости от обрабатываемого материала.

Рисунок 1

Проходным отогнутым резцом (рис. 2) можно выполнять подрезку торца при поперечной подачи s1 и обтачивание при продольной подаче s2 резца.

Рисунок 2

Проходным упорным резцом (рис. 3) можно подрезать торцы и обтачивать уступы при продольной подаче s1.

Рисунок 3

Резцы для подрезания торцов должны устанавливаться точно по оси детали, иначе на торце детали остаётся выступ. При большом диаметре торцевой поверхности припуск снимают с поперечной подачей в несколько проходов. Уступы более 2 — 3 мм подрезают проходным резцами в несколько приёмов. Сначала уступ образуется при продольной подаче s1 резца, а затем подрезается при поперечной подаче s2 (рис 4).

Рисунок 4

2.4 Выбор технологической оснастки Самоцентрирующие трехкулачковые клиновые быстропереналаживаемые патроны, конструкции которых показаны на рис. 6, предназначены для базирования и закрепления заготовок типа вала и диска при обработке на токарных станках, в том числе с ЧПУ.

Патрон (рис. 6,) состоит из корпуса 7, основных 1 и накладных 3 кулачков, сменной вставки 6 с плавающим центром 5 и эксцентриков 2, в кольцевые пазы которых входят штифты 13. Быстрый зажим и разжим накладных кулачков при их переналадке осуществляется тягами 4 через эксцентрики 2. Для обработки заготовок типа вала в патрон устанавливают сменную вставку 6 с плавающим центром 5 и выточкой по наружному диаметру. Заготовку располагают в центрах (центре 5 и заднем центре станка) и зажимают плавающими кулачками с помощью втулки 8 с клиновыми замками, которая соединена с приводом, закрепленным на заднем конце шпинделя станка. Разжим осуществляется с помощью фланца 11. Для выполнения работ в патроне с самоцентрирующими кулачками сменную вставку 6 заменяют вставкой 14 (рис. 3.5, б), которая не имеет выточки по наружному диаметру, благодаря чему обеспечивается самоцентрирование патрона. Патрон крепят на шпиндель станка с помощью фланца 12. К приводу патрон присоединяют втулкой 9 и винтом 10.

Рисунок 5. Самоцентрирующие трехкулачковые клиновые патроны для обработки заготовок типа вала:

1— основной кулачок; 2— эксцентрик; 3— накладной кулачок; 4— тяга; 5 -плавающий центр; 6— сменная вставка; 7— корпус; 8— втулка с клиновыми замками; 9— втулка; 10— винт; 77, 12— фланцы; 13— штифт; 14— вставка

2.5 Расчет припусков

Всякая заготовка, предназначенная для дальнейшей механической обработки, изготавливается с припусками, необходимыми для обеспечения заданных чертежом размеров детали и шероховатости ее поверхности.

Чрезмерные припуски вызывают излишние затраты на изготовление детали и тем самым увеличивает ее себестоимость. Снятие излишних припусков увеличивает трудоемкость обработки. С другой стороны, слишком малые припуски не дают возможность выполнить необходимую механическую обработку с желаемой точностью и чистотой.

Величины припусков на механическую обработку зависят от ряда факторов, к числу которых относятся:

а) материал заготовки;

б) конфигурация и размеры заготовки;

в) вид заготовки и способ ее изготовления;

г) требования в отношении механической обработки;

д) технические условия в отношении качества и класса шероховатости поверхности и точности размеров детали.

Расчетно-аналитический метод определения припусков на обработку базируется на анализе факторов, влияющих на припуски предшествующего и выполняемого переходов технологического процесса.

Минимальный припуск, мкм, на каждый технологический переход находят по уравнениям:

а) при обработке плоских поверхностей:

(2.1)

б) при обработке наружных и внутренних поверхностей тел вращения:

(2.2)

где R _Zi-1, T _i-1, _i-1 — высота неровностей профиля, глубина дефектного поверхностного слоя и суммарное отклонение расположения поверхности на предшествующем переходе, мкм;

_Уi — погрешность установки детали на выполняемом переходе, мкм.

Величину суммарного отклонения расположения поверхностей рассчитывают по уравнению

(2.3)

где _кор — отклонение оси детали от прямолинейности, мкм;

_см — отклонение от соосности элементов, мкм.

Определим припуски на обработку внутренней цилиндрической поверхности детали 45,0Н11^+0,16 мм, осуществляемую методом растачивания на токарном станке модели 16К25 в один переход.

Заготовку для детали получают штамповкой в закрытых разъемных штампах, для которого высота микронеровностей и глубина поверхностного дефектного слоя составляют R_z =80 мкм и T = 170 мкм. В соответствии со справочными данными [22, табл. 6, с.169] отклонение от прямолинейности заготовки, получаемой штамповкой, составляет _см = 950 мкм, а отклонение, связанное с короблением штамповки находят по формуле

_кор =? k l, (2.4)

где? k — удельное коробление отливки,? k = 0,7 мкм/мм [18];

l — наибольший размер заготовки, l = 122,80 мм.

Подставляя численные значения в формулы (2.3) и (2.4), находим

_кор = 0,7 122,8 = 86 (мкм);

.

Погрешность установки детали в приспособлении находят по уравнению

(2.5)

где _б — погрешность базирования заготовки в приспособлении, мкм;

_з — погрешность закрепления заготовки, мкм.

При черновом растачивании заготовку устанавливают в самоцентрирующем патроне, для которого погрешность базирования _б = 0 мкм, а погрешность закрепления составляет _з = 160 мкм. Тогда, в соответствии с уравнением (2.5), погрешность установки заготовки в приспособлении будет равна

.

Подставляя численные значение в формулу (1.18), находим величину минимального припуска под черновое растачивание

.

В результате чернового растачивания внутренней цилиндрической поверхности высота микронеровностей и глубина поверхностного дефектного слоя достигают значений R_z = 50 мкм (R_а = 12,5 мкм) и T = 50 мкм [18], а суммарное отклонение расположения поверхности уменьшается до величины

_{точ. черн} = К_{У заг,} (2.6)

где К_У — коэффициент уточнения; К_У = 0,06.

Подставляя численные значения в формулу (2.6), находим

_{точ. черн} = 0,06 954 = 57 (мкм).

Диаметр отверстия в заготовке определится как

d_{НОМ.ЗАГ} = d_Дmax — 2Z_imin1 — _В.ЗАГ, (2.7)

где d_Дmax — максимальный размер отверстия в готовой детали;

_ВЗ — положительный (верхний) припуск на диаметр отверстия в заготовке.

Подставляя численные значения в формулу (2.7), находим

d_{НОМ.ЗАГ} = 45,16 — 2,43 — 1,0 = 41,73 (мм).

Результаты расчета предельных размеров и предельных значений припусков на обработку отверстия 45,0 Н11мм представлены в таблице 2.6.

Таблица 2.6- Результаты расчета предельных размеров и предельных значений припусков на обработку отверстия 45,0 мм

На рисунке 7 представлена графическая схема распределения припусков и допусков на обработку отверстия 46,00 Н12.

Рисунок 6 Схема распределения припусков и допусков на обработку отверстия 46,00 Н12.

На остальные поверхности детали припуски на механическую обработку, установленные табличным методом [18, 20], приведены в таблице 2.7.

Таблица 2.7 Значения припусков и допусков

2.6 Расчет режимов резания Расчет режимов резания состоит в определении для заданных условий обработки глубины резания, числа проходов, подачи, скорости резания, силы резания и мощности, требуемой на резание.

Рассчитаем режимы резания на операцию 010 (токарном), которая выполняется на токарном станке модели 16К25. Эскиз операции представлен на рисунке 8. Операция 010 (токарная) содержит 6 переходов, содержание которых приведено в таблице 2.8.

Рисунок 7 — Эскиз операции 010 (токарная) Таблица 2.8 — Содержание переходов операции 010

Переход 1. Точить поверхность 1.

Станок токарном станке модели 16К25. Приспособление — патрон 7102−0085−2-1П ГОСТ 24 351–80. Резец 2100−0417 Т15К6 ГОСТ 18 878–73. Штангенциркуль ШЦ-III-500−0,1 ГОСТ 166–89. Глубина резания t = 3,0 мм.

Скорость резания при точении, м/мин, определяется по формуле

(2.8)

где — коэффициент и показатели степени, выбираемые в зависимости от условий резания из справочных данных;

Т — стойкость инструмента, мин;

t — глубина резания, мм;

S — подача, мм/об;

— поправочный коэффициент на скорость резания, который определяют по формуле

; (2.9)

— коэффициент, отражающий влияние качества обрабатываемого материала на скорость резания;

— коэффициент, отражающий влияние состояния поверхности заготовки на скорость резания;

— коэффициент, отражающий влияние материала режущей части на скорость резания;

— коэффициенты, отражающие влияние параметров резца (главный угол в плане, вспомогательный угол в плане, радиус при вершине, поперечное сечение державки) на скорость резания;

— коэффициент, отражающий влияние вида обработки на скорость резания.

Согласно справочным данным [23], эскизу операции 010 (рисунок 5) и таблице 2.8, поименованные величины составляют:

Переход 1:

t = 3,0 мм; S = 0,5 мм/об; = 96; = 0,2; = 0,45; m = 0,15; Т = 60 мин; = (75/) = (75/85) = 0,9; = 1,0; = 1,0; = 1,0 (); = 1,90.

Подставляя численные значения в формулы (2.8) и (2.9), находим расчетное значение скорости резания

;

87,0 (м/мин).

Частота вращения n₁, об/мин, определяется по формуле

. (2.10)

Подставляя численные значения в формулу (2.10), находим

(об/мин).

По паспорту станка 16К25 назначаем стандартную частоту вращения n_1ст = 310 об/мин, с учетом которой определяем действительное значение скорости резания

.

Составляющие силы резания при наружном поперечном точении рассчитывают по формуле

(2.11)

где — коэффициент и показатели степени, выбираемые в зависимости от условий резания из справочных данных;; ;; ;

— поправочный коэффициент, который вычисляют по уравнению

; (2.12)

— поправочный коэффициент, учитывающий влияние механических свойств обрабатываемой стали; ;

— поправочные коэффициенты, учитывающие влияние геометрических параметров режущей части инструмента на составляющие силы резания;;; .

Подставляя численные значения в формулы (2.11) и (2.12), находим

;

(Н).

Мощность резания подсчитывают по формуле

. (2.13)

Подставляя численные значения в формулу (2.13), получаем

.

Установленный режим резания должен удовлетворять условию

(2.14)

где — мощность станка, определяемая по паспорту, кВт; для токарном станка модели 16К25 = 10 кВт.

3,2 кВт 10 кВт — условие выполняется.

Основное время, мин рассчитывают по формуле

(2.15)

где l — длина обработки; для первого перехода l = 119,5 (мм);

— величина врезания инструмента; при глубине резания t = 3,0 мм проходным резцом с углом в плане = 45⁰ = 6 мм;

— величина перебега инструмента; при t = 3,0 мм = 3,0 мм.

i — количество проходов; i = 1.

Подставляя численные значения в формулу (2.15), получаем

.

Переход 2. Точить поверхность 2:

t = 1,8 мм; S = 0,6 мм/об; = 96; = 0,20; = 0,45; m = 0,15; Т = 60 мин; = 1,71.

Подставляя численные значения в формулу (2.8), находим расчетное значение скорости резания

103 (м/мин).

При этом частота вращения по формуле (2.10) составит

(об/мин).

По паспорту станка 16К25 назначаем стандартную частоту вращения n_2ст = 310 об/мин, с учетом которой определяем действительное значение скорости резания

.

Составляющие силы резания определяют по уравнению (2.11)

(Н).

Мощность резания подсчитывают по формуле (2.12)

.

Установленный режим резания удовлетворяет условию (2.14).

Основное время, мин рассчитывают по формуле (2.15)

.

Переход 3. Точить поверхность 3.

Станок токарный модели 16К25. Приспособление — патрон 7102−0085−2-1П ГОСТ 24 351–80. Резец 2100−0417 Т15К6 ГОСТ 18 878–73. Штангенциркуль ШЦ-III-500−0,1 ГОСТ 166–89. Глубина резания t = 1,5 мм.

Переход 3:

t = 1,5 мм; S = 0,15 мм/об; = 96; = 0,2; = 0,45; m = 0,15; Т = 60 мин; = (75/) = (75/80) = 0,9; = 1,0; = 1,0; = 1,0 (); = 1,9.

Скорость резания при точении по формуле (2.8) составляет

= 112,0 (м/мин).

При этом частота вращения по формуле (2.10) составит

(об/мин).

По паспорту станка 16К25 назначаем стандартную частоту вращения n_1ст = 600 об/мин, с учетом которой определяем действительное значение скорости резания

.

Составляющие силы резания определяют по уравнению (2.11)

(Н).

Мощность резания подсчитывают по формуле (2.12)

.

Установленный режим резания удовлетворяет условию (2.14).

Основное время, мин рассчитывают по формуле (2.15)

.

Переход 4. Точить поверхность 4:

t = 0,5 мм; S = 0,12 мм/об; = 96; = 0,2; = 0,45; m = 0,15; Т = 60 мин; = (75/) = (75/85) = 0,9; = 1,0; = 1,0; = 1,0 (); = 1,90.

Скорость резания при точении по формуле (2.8) составляет

143 (м/мин).

При этом частота вращения по формуле (2.10) составит

(об/мин).

По паспорту станка 16К25 назначаем стандартную частоту вращения n_2ст = 1300 об/мин, с учетом которой определяем действительное значение скорости резания

.

Составляющие силы резания определяют по уравнению (2.11)

(Н).

Мощность резания подсчитывают по формуле (2.12)

.

Установленный режим резания удовлетворяет условию (2.14).

Основное время, мин рассчитывают по формуле (2.15)

.

Переход 5. Точить поверхность 4:

t = 2,0 мм; S = 0,25 мм/об; = 96; = 0,2; = 0,45; m = 0,15; Т = 60 мин; = (75/) = (75/85) = 0,9; = 1,0; = 1,0; = 1,0 (); = 1,90.

Скорость резания при точении по формуле (2.8) составляет

= 109 (м/мин).

При этом частота вращения по формуле (2.10) составит

(об/мин).

По паспорту станка 16К25 назначаем стандартную частоту вращения n_2ст = 900 об/мин, с учетом которой определяем действительное значение скорости резания

.

Составляющие силы резания определяют по уравнению (2.11)

(Н).

Мощность резания подсчитывают по формуле (2.12)

.

Установленный режим резания удовлетворяет условию (2.14).

Основное время, мин рассчитывают по формуле (2.15)

.

Переход 6. Точить поверхность в размер 5.

Станок токарной модели 16К25. Приспособление — патрон 7102−0085−2-1П ГОСТ 24 351–80. Резец фасонный специальный Т15К6. Шаблон специальный. Глубина резания t = 2,5 мм, S = 0,04 мм/об; = 96; = 0,2; = 0,45; m = 0,15; Т = 60 мин; = (75/) = (75/85) = 0,9; = 1,0; = 1,0; = 1,0 (); = 1,90.

Скорость резания при точении по формуле (2.8) составляет

321 (м/мин).

При этом частота вращения по формуле (2.10) составит

(об/мин).

По паспорту станка 16К25 назначаем стандартную частоту вращения n_ст = 750 об/мин, с учетом которой определяем действительное значение скорости резания

.

Составляющие силы резания определяют по уравнению (2.11)

(Н).

Мощность резания подсчитывают по формуле (2.12)

.

Установленный режим резания удовлетворяет условию (2.14).

Основное время, мин рассчитывают по формуле (2.15)

.

Суммарное основное время на выполнение операции 010 составит

= 1,30 + 1,06 + 0,70 + 0,52 +0,72+ 1,9 = 6,74 (мин).

Вспомогательное время на операцию определяют по формуле

(2.16)

где — вспомогательное время на установку и снятие детали;

— вспомогательное время, связанное с переходом;

— вспомогательное время на контрольные измерения.

Нормативное время на установку и снятие детали предусматривает выполнение следующих работ: установку и закрепление детали, включение и выключение станка, открепление и снятие детали, очистку приспособления от стружки. При массе обрабатываемой заготовки более 100 кг и применении трехкулачкового самоцентрирующего патрона по общемашиностроительным нормативам времени = 5,8 мин.

Вспомогательное время, связанное с переходом [24], включает в себя время на изменение числа оборотов шпинделя мин; время на изменение величины или направления подачи мин; время, затрачиваемое на смену резца поворотом резцовой головки мин; время на закрытие или открытие щитка ограждения от стружки мин; время на перемещение суппорта в продольном и поперечном направлении мин; время, необходимое на настройку размеров и зависящее от характера обработки: при поперечном точении (черновой проход) — мин; при продольном точении (черновой проход) — мин; при фасонном точении (внутренняя подрезка торца) — мин. Суммарная величина вспомогательного времени, связанного с переходом, будет составлять

= 0,22 + 0,2 + 0,14 + 0,09 + 0,03 + 0,29 + 0,31 + 0,27 = 1,55 (мин).

Вспомогательное время на контрольные измерения будет складываться из времени, затрачиваемого на промеры штангенциркулем =2 0,21 = 0,42 мин и времени на промеры специальным шаблоном == 0,11 мин. В сумме это время составит = 0,42 + 0,11 = 0,53 (мин).

Подставляя численные значения в формулу (1.32), находим

(мин).

При этом, величина оперативного времени будет составлять

= 3,8 + 7,9 = 11,7 (мин).

Норма штучного времени определяется по формуле

(1.33)

где — время, затрачиваемое на обслуживание рабочего места (организационное и техническое); для станков II группы с наибольшим размером изделия, устанавливаемого над станиной свыше 250 мм, оно составляет = 3% от оперативного времени ;

— время перерывов на отдых и личные надобности; в соответствии с оно составляет = 8% от оперативного времени .

Подставляя численные значения в формулу (1.33), находим

12,99 (мин).

Норму времени на выполнение станочной операции (штучнокалькуляционное время) находят по формуле

(2.17)

где — норма подготовительно-заключительного времени, мин;

n — число деталей в партии, шт; для заданной программы n = 63 шт.

Норма подготовительно-заключительного времени складывается из следующих элементов работы [24]:

— получение наряда, чертежа, технологической документации, ознакомление с ними и осмотр заготовки; = 4 мин;

— инструктаж мастера; = 2 мин;

— установки и снятия приспособления; = 2,5 мин;

— установки и снятия режущего инструмента; = 1,2 мин;

— установки величины подачи и числа оборотов шпинделя; = 0,24 мин;

— перемещений каретки и суппорта; = 0,2 мин.

Суммарная величина подготовительно-заключительного времени по операции 010 составит значение = 10,14 мин.

Подставляя численные значения в формулу (2.13), находим

= 13,15 (мин).

Расчет режимов резания и технического нормирования других операций технологического процесса изготовления корпуса клапана выполняется аналогично. Результаты расчетов приведены в таблице 2.9.

Таблица 2.9 — Режимы резания и технические нормы времени на механическую обработку корпуса клапана

2.8 Сравнительный анализ базового и нового технологического процесса

Базовый технологический процесс, ориентированный на выпуск продукции в условиях мелкосерийного производства, в основном соответствует типовому технологическому процессу. При этом обработку корпусов ведут на универсальном оборудовании с применением специальных приспособлений и использованием стандартного и специального режущего и мерительного инструментов. При увеличении программы выпуска изделий базовый технологический процесс перестает удовлетворять технико-экономическим требованиям современного производства и нуждается в усовершенствовании.

Технологический процесс изготовления детали должен выполняться с наиболее полным использованием технических возможностей средств производства при наименьшей себестоимости изделий. Оптимизация технологического процесса заключается в том, что в установленный промежуток времени необходимо обеспечить выпуск потребного количества изделий заданного качества при возможно минимальной себестоимости их изготовления.

В разработанном на предприятии технологическом процессе (базовом ТП) заготовка изготавливается из прутка. Этот метод получения заготовки является не рациональным, так как К_им очень маленький. Во вновь разработанном технологическом процессе более выгодный способ — штамповка. При данном методе получения заготовки форма и размеры получаются максимально приближенными к форме и размерам готовой детали, вследствие чего уменьшаются припуски на последующую механическую обработку. С учетом изменения метода получения заготовки технологический процесс по сравнению с базовым сокращается на часть операций. Кроме этого, для удаления заусенцев в новом технологическом процессе предусматривается электрохимический способ. Следует заметить, что базовый ТП проектировался в расчете на использование уже имеющегося на предприятии оборудования, оно является более подходящим для обработки данной детали.

корпус резание механический модернизация

3. Конструкторская часть

3.1 Выбор способа базирования детали Правильный выбор базовых поверхностей для механической обработки детали предопределяет как структуру операций и переходов технологического процесса, так и точностные параметры получаемых размеров. На основе выбора установочных баз и их взаимосвязи с конструкторскими базами осуществляют расчет технологических размерных цепей, а также подбор необходимой технологической оснастки. Согласно вновь разработанной маршрутной технологии первой операцией механической обработки детали является 010 — токарная. На первых переходах этой операции производится точение торца и наружней цилиндрической поверхности 72,0 мм, а также внутренней цилиндрической поверхности 45,0 мм, внутренней цилиндрической поверхности 25,0 мм. На этих переходах в качестве установочной базы используют торцевую и наружняя цилиндрическую поверхности 72,0 мм, получаемые в результате штамповки в закрытых разъемных штампах. Базирование по торцу и наружней цилиндрической поверхности предопределяет вид установочного приспособления, в качестве которого на данной операции выбран самоцентрирующий трехкулачковый патрон.

Второй операцией технологического процесса механической обработки является 015 — токарная. На этой операции производится поворот детали на 180⁰, точение торца и наружней цилиндрической поверхности 72,0 мм, а также внутренней цилиндрической поверхности 58,0 мм, 56,0 мм. В качестве установочных баз здесь используют обработанные на предыдущей операции торец и наружний диаметр 72,0 мм. Базирование как и в операции 010.

Третья операция механической обработки 025 — токарная. На этой операции производится чистовая обработка наружней цилиндрической поверхности 72,0 мм, внутренних цилиндрических поверхностей 45,0 мм, 25,0 мм и канавки 45,0 Н11 мм. Базирование на этой операции осуществляют аналогично операциям 010 и 015, а вид установочного приспособления самоцентрирующий трехкулачковый патрон.

Четвертая операция механической обработки 030 — токарная. На этой операции производится чистовое обтачивание наружней цилиндрической поверхности 72,0 мм и внутренних цилиндрических поверхностей 56,0 мм, 58,0 мм, а также растачиваются канавки 61,0 мм и 31,0 мм. Базирование как и в операции 010.

Пятая операция механической обработки 035 — сверлильная. На этой операции производится сверление отверстия 14,0 мм, и окончательное зенкерование и развертывание 25,0 мм. В качестве установочных баз на этой операции вновь используют торец и наружная цилиндрическую поверхность 72,0 мм. В качестве установочного приспособления здесь применен самоцентрирующий трехкулачковый патрон с делительной головкой и поджимается центром через технологический пятак.

Шестая операция механической обработки 040 — резьбонарезная. На этой операции производится нарезание резьбы, К ?. В качестве установочных баз на этой операции вновь используют торец и наружняя цилиндрическую поверхность 72,0 мм. В качестве установочного приспособления здесь применен самоцентрирующий трехкулачковый патрон.

Заключительной операцией механической обработки является 045 — электрохимическая, на которой производится удаление заусенцев с детали и скругление острых кромок.

Из проведеного анализа базирования детали на различных операциях технологического процесса вытекает, что одни и те же геометрические поверхности неоднократно используются в качестве базовых, т. е. соблюдается принцип постоянства баз, что существенно снижает погрешности обработки и увеличивает ее точность.

Определим погрешность установки корпуса в трехкулачковом самоцентрирующем патроне на токарной операции 010.

Погрешность установки детали в приспособлении находят по уравнению

(3.1)

где _б — погрешность базирования заготовки в приспособлении, мкм;

_з — погрешность закрепления заготовки, мкм.

При черновом растачивании заготовку устанавливают в самоцентрирующем патроне, для которого погрешность базирования _б = 0 мкм. В случае обработки поверхностей вращения существенное влияние на точность установки оказывает радиальное смещение заготовки под действием силы зажима, величина которого для рассматриваемого случая составляет _з = 160 мкм. Тогда, в соответствии с уравнением (3.1), погрешность установки заготовки в приспособлении будет равна

.

При обработке плоских торцовых поверхностей важно знать осевое смещение, равное в рассматриваемом случае 120 мкм.

Достоинствами выбранной схемы базирования являются простота конструкции установочного приспособления, возможность выдерживать принцип постоянства баз на различных операциях технологического процесса, обеспечение свободного доступа режущего инструмента к обрабатываемым поверхностям.

3.2 Разработка принципиальной схемы приспособления Универсальный трехкулачковый патрон с механизированным приводом

(1 — корпус; 2 — кулачок; 3 — сухарь; 4 — винт; 5 — сменный кулачок; 6, 7 — втулки; 8 — тяга; а — паз во втулке 6; б — выступ кулачка 2).

Условные обозначения: Q — осевая сила на штоке механизированного привода; W — сипа зажима кулачка патрона.

Рисунок 8. Трехкулачковый патрон

3.3 Расчет коэффициента надежности закрепления детали Так как в производственных условиях могут иметь место отступления от тех условий, применительно к которым рассчитывались по нормативам силы и моменты резания, возможное увеличение их следует учесть путем введения коэффициента надежности (запаса) закрепления К и умножения на него сил и моментов, входящих в составленные уравнения статики.

Значение коэффициента надежности К следует выбирать дифференцированно в зависимости от конкретных условий выполнения операции и способа закрепления заготовки. Его величину можно представить как произведение частных коэффициентов, каждый из которых отражает влияние определенного фактора:

(3.2)

К₀ — гарантированный коэффициент запаса надежности закрепления, К₀ = 1,5;

К₁ — коэффициент, учитывающий увеличение силы резания из-за случайных неровностей на заготовках;

К₁ = 1,0 — для чистовой обработки;

К₂ — коэффициент, учитывающий увеличение силы резания вследствие затупления инструмента К₂ — 1,25

К₃ — коэффициент, учитывающий увеличение силы резания при прерывистом резании, К₃ = 1,2;

К₄ — учитывает непостоянство зажимного усилия; К₄ = 1,0 — для пневматических и гидравлических зажимов;

К₅ — учитывает степень удобства расположения рукояток в ручных зажимах;

К₅ = 1,0 — при удобном расположении и малой длине рукоятки;

К₆ — учитывает неопределенность из-за неровностей места контакта заготовки с опорными элементами, имеющими большую опорную поверхность (учитывается только при наличии крутящего момента, стремящегося повернуть заготовку);

К₆ = 1,0 — для опорного элемента, имеющего ограниченную поверхность контакта с заготовкой;

Величина К может колебаться в пределах 1,5…8,0. Если К < 2,5, то при расчете надежности закрепления ее следует принять равной К = 2,5 (согласно ГОСТ 12.2.029−77). К = 1,25?1,0?1,2?1,0?1,0 = 1.5

Принимаем К = 2,5

3.4 Расчет потребных сил зажима Величину необходимого зажимного усилия определяют на основе решения задачи статики, рассматривая равновесие заготовки под действием приложенных к ней сил. Для этого необходимо составить расчетную схему, то есть изобразить на схеме базирования заготовки все действующие на нее силы: силы и моменты резания, зажимные усилия, реакции опор и силы трения в местах контакта заготовки с опорными и зажимными элементами.

Расчетное усилие зажима заготовки в трехкулачковом патроне определяется по формуле

(3.3)

где К — коэффициент надежности закрепления заготовки;

М — момент, возникающий под действием силы резания, кГс^.м;

f — коэффициент трения;

Д — диаметр заготовки, М;

Р₃ = 2?2,5?1280/3?0,85?45 = 397,6 кГс

3.5 Выбор конструкции приспособления для электрохимического снятия заусенцев При выполнении электрохимической операции 040 производится снятие заусенцев. Эта операция широко применяется при обработке деталей, имеющих труднодоступные места: внутренние полости, глубокие отверстия и др. При этом электрод-инструмент определенным образом ориентируется относительно обрабатываемого участка детали. Состав электролита, режимы ЭХО и конструкция приспособления для установки деталей зависят от их материала и формы, величины заусенцев и других факторов. Такая конструкция приспособления позволяет обрабатывать не одну, а сразу несколько деталей.

В полость между этими деталями поступает электролит, который далее подается через отверстие в оправках и радиально расположенных в них втулках являющихся электродамиинструментами в межэлектродный промежуток. Последний образуется между поверхностью центрального отверстия обрабатываемой детали и торцом втулок запрессованных в оправку. На наружные поверхности оправки контактирующие с электролитом, нанесена диэлектрическая обмазка, что предотвращает воздействие электрического тока на поверхность детали в не зоны удаляемых заусенцев. Таким образом, анодное растворение металла происходит только на границе отверстие-полость, то есть на участке детали, где находится заусенец.

Базирование детали осуществляют в расточках подкладок, закрепленных на основание. Детали устанавливаются на основание с электродом-инструментом. Подкладки выполнены из диэлектрического материала, с тем чтобы предотвратить растворение металла на необрабатываемых поверхностях.

Реализация намеченной схемы базирования требует разработки специального установочного приспособления, одна из возможных конструкций которого представлена на рисунке 7.

Электрохимическое удаление заусенцев производится на станке 4450. На рабочей позиции этого станка установлено приспособление.

Рисунок 9. Приспособление для электрохимического снятия заусенцев

3.6 Выбор конструкции приспособления для контроля радиального биения внутренней поверхности корпуса относительно центрирующей выточки.

Основной задачей технического контроля является установление и последующее устранение влияния на обрабатываемый размер различных факторов, действующих в системе станок-приспособление-инструмент-деталь (СПИД) систематическим и случайным образом: износ режущего инструмента; температурные деформации; упругие силовые деформации, возникающие из-за нестабильности припуска, механических свойств обрабатываемых материалов, затупления режущего инструмента и т. д.

В данном дипломном проекте разработана конструкция специального приспособления для контроля радиального биения внутренней поверхности корпуса относительно центрирующей выточки (рисунок 8). Деталь устанавливают на центрирующий бортик опоры 1 с гарантированным зазором S_max между базовой выточкой на измеряемой детали. Первичный зазор должен быть не более 0,02 мм (выточку в детали притирают с буртиком опоры 1).

Биение внутренних поверхности детали относительно базовых поверхностей измеряют индикатором 7 через рычаг 8 с передаточным отношением К=1.

Рисунок 10. Приспособление для контроля радиального биения внутренней поверхности корпуса относительно центрирующей выточки

4. Производственная часть

4.1 Определение потребного количества технологического оборудования Проектирование участка механического цеха начинают с расчета потребности в металлорежущем оборудовании. Оборудование механических цехов подразделяется на три категории: основное производственное (расчетное), дополнительное (нерасчетное) и вспомогательное. Потребности в основном оборудовании определяют по формулам, приведенным в [38, 39]. Если при расчете оборудования получается дробное число, то оно округляется до единицы. Расчетное количество станков пой группе оборудования определяется на основании трудоемкости производственной программы и действительного фонда времени работы оборудования.