Технологичность общей конфигурации детали

Технологический процесс изготовления корпуса расточной оправки

Министерство образования и науки Российской Федерации

Тольяттинский государственный университет

Механико-технологическое отделение

Кафедра «Технология машиностроения»

Дипломный проект

На тему:

«Разработка технологического процесса изготовления корпуса расточной оправки»

Зав. кафедрой: Солдатов А. А..

Руководитель проекта: Росторгуев Д. А..

Консультанты:

1. Зубкова Н. В..

2. Ульянова В. Е..

3. Виткалов В. Г..

Рецензент:.

Дипломант: Брагина Е. О..

Группа: ТМ–502.

Тольятти «1» июнь 2007г.

 

УДК 621.9.048.6

Брагина Екатерина Олеговна. Кафедра «Технология машиностроения» ТГУ, Тольятти 2007 г. Дипломный проект на тему: «Разработка технологического процесса изготовления корпуса расточной оправки» Тольятти, 2007 г. – 192с., 10л. формата А1.

В дипломном проекте разработан технологический процесс изготовления детали, – корпус, спроектирована заготовка, выбраны необходимые средства технологического оснащения, используемые для изготовления данной детали, рассчитаны припуски на механическую обработку. Произведено нормирование технологического процесса. Рассчитаны и спроектированы станочное и контрольное приспособления, а так же режущий инструмент. Проведено исследование автоколебаний технологической системы на операции шлифование. Разработка технологического процесса сопровождается экономическим расчётом, отражающим правильность выбора параметров технических решений. Так же обеспечены безопасность и экологичность данного проекта.

 

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ

1.1 Анализ служебного назначения и условий работы деталей

1.2 Систематизация поверхностей детали

1.3 Анализ технологичности

1.3.1 Технологичность заготовки

1.3.2 Технологичность общей конфигурации детали

1.3.3 Технологичность базирования и закрепления

1.3.4. Технологичность обрабатываемых поверхностей детали

1.4 Формулировка задач дипломного проектирования

2. ВЫБОР СТРАТЕГИИ РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

3. ВЫБОР МЕТОДОВ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГОТОВКИ И МАРШРУТОВ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ

3.1 Выбор метода получения заготовки

3.2 Выбор маршрутов обработки поверхностей

4. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО МАРШРУТА И СХЕМ БАЗИРОВАНИЯ

4.1 Разработка технологического маршрута

4.2 Разработка схем базирования

5. ВЫБОР СРЕДСТВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОСНАЩЕНИЯ

5.1 Выбор оборудования

5.2 Выбор приспособлений

5.3 Выбор режущего инструмента

5.4 Выбор средств контроля

6. РАСЧЕТ ПРИПУСКОВ НА ОБРАБОТКУ

7. РАЗМЕРНЫЙ АНАЛИЗ В РАДИАЛЬНОМ НАПРАВЛЕНИИ

7.1 Основные термины, относящиеся к размерному анализу

7.2 Размерные цепи и их уравнения

7.3 Проверка условий точности изготовления детали

7.4 Расчет припусков

7.5 Расчёт операционных размеров

8. НОРМИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

8.1 Определение режимов резания

8.2 Расчет норм времени

9. РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ СТАНОЧНОГО ПРИСПОСОБЛЕНИЯ

9.1 Сбор исходных данных

9.2 Расчёт сил резания

9.3 Расчёт усилия зажима

9.4 Расчёт зажимного механизма патрона

9.5 Расчёт силового привода

9.6 Расчёт погрешности установки заготовки в приспособлении

9.7 Описание работы поводкового патрона

10. РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОНТРОЛЬНОГО ПРИСПОСОБЛЕНИЯ

11.ПРОЕКТИРОВАНИЕ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА

12. НИРС

13. БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ ПРОЕКТА

14. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

ВВЕДЕНИЕ

Основу технологической подготовки производства составляет разработка оптимального технологического процесса (ТП), позволяющего обеспечить выпуск заданного количества изделий заданного качества в установленные сроки с наименьшими затратами времени и ресурсов.

Важной частью разработки ТП обработки детали является разработка технологического маршрута, т.е. определение операций ТП и последовательности их выполнения.

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

Задачей данного проекта является обеспечение выпуска детали «Корпус» заданного качества с наименьшими затратами и минимальной трудоемкостью изготовления путем разработки оптимального технологического маршрута её механической обработки, базирующегося на современных достижениях в области станкостроения и инструментального производства, а так же провести исследования автоколебаний технологической системы на операции шлифование.

Для решения поставленных задач необходимы следующие мероприятия:

1. Расширение, углубление, систематизация и закрепление теоретических

знаний, и применение их для проектирования прогрессивных технологических процессов сборки изделий и изготовления деталей, включая проектирование средств технологического оснащения;

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

3. Овладение методикой теоретико-экспериментальных исследований технологических процессов инструментального производства;

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

 

1. АНАЛИЗ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ

Задача раздела – на базе анализа технических требований к детали и годового объёма выпуска сформулировать задачи, которые необходимо решить в проекте для достижения цели, сформулированной во введении.

1.1 Анализ служебного назначения и условий работы деталей

Деталь – корпус расточной оправки (лист 07.М15.--.10.0000) является частью сборного режущего инструмента – расточной оправки. Расточная оправка предназначена для расточки имеющегося отверстия в сплошном материале (конструкционные стали, а также неметаллические материалы), с целью повышения качества и точности выполняемого отверстия.

Корпус работает в условиях постоянных незначительных вибраций и в зоне высоких температур с воздействием на него агрессивных сред – (СОТС) смазывающе-охлаждающие технологические средства. Также деталь испытывает деформации, возникающие, по большей мере, за счет снятия неравномерного припуска. Наряду с этим, корпус подвергается скручиванию и сжатию под действием крутящего момента и осевой силы соответственно. Поэтому материал детали должен быть выбран с учётом того, что бы он мог противостоять выкрашиванию, быть износостойким, достаточно пластичным и твердым. А также он должен иметь высокий коэффициент теплопроводности. Для достижения выше перечисленных качеств материал должен подвергаться необходимой термической обработке. В то же время материал детали должен быть экономически целесообразен, т. е. иметь относительно низкую стоимость.

Выше указанным требованиям удовлетворяет материал низкоуглеродистая легированная сталь 20Х по ГОСТ 4543-71, имеющая следующий химический состав: углерода С = 0,17…0,25 %, кремния Si = 0,1…0,2 %, хрома Cr» 1,0 %. После цементации и закалки σ_в = 700 МПа, σ_т = 530 МПа, HRC 57…61, обрабатываемость резанием до термообработки – хорошая, Кv = 1,0 [1]. Следовательно, в качестве материала детали выбираем сталь 20Х.

1.2 Систематизация поверхностей детали

Целью систематизации является выявление тех поверхностей, которые имеют определяющее значение для качественного выполнения деталью своего служебного назначения. Все поверхности детали на эскизе (рис. 1.1) нумеруем и систематизируем по их назначению. Исполнительные поверхности (И), выполняющие служебные функции. Основные конструкторские базы (ОКБ), определяющие положение детали в узле. Вспомогательные конструкторские базы (ВКБ), определяющие положение присоединяемых деталей. Технологические базы (ТБ), служащие для ориентации заготовки в процессе её механической обработки. Технологические базы по признаку реализации делятся на естественные и искусственные. На эскизе рис. 1.1 обозначены только искусственные технологические базы. Свободные поверхности (С), не сопрягающиеся с другими деталями. Систематизация поверхностей приведена в таблице 1.1.

Таблица 1.1

Систематизация поверхностей детали

ОКБ	18, 20
ВКБ	10, 11, 12, 28, 29, 32, 33, 42, 43
ИП	34, 36, 38, 39, 40, 41
ТБ	44, 45
С	Все остальные (см рис 1.1)

 

Рис. 1.1. Эскиз детали с нумерацией поверхностей.

1.3 Анализ технологичности

Анализ технологичности конструкции корпуса будем проводить по следующим группам критериев (показателей):

· технологичность заготовки;

· технологичность общей конфигурации детали;

· технологичность базирования и закрепления;

· технологичность обрабатываемых поверхностей детали.

 

1.3.1 Технологичность заготовки

Заготовка для детали корпус изготовлена из низкоуглеродистой легированной стали 20Х ГОСТ 4543-71 с целью того, чтобы создать такую структуру материала, которая бала бы одновременно прочной, износостойкой и при этом пластичной – чтобы гасить вибрации, возникающие в процессе расточки отверстий данной борштангой. После необходимой термо обработки наружные цементированные слои материала детали получаются достаточно твердыми HRC 59, а середина «сырой» (не закалённой). Учитывая годовую программу выпуска, а так же то, что перепад диаметральных размеров значительный, то возможно в качестве получения исходной заготовки целесообразнее принять горячую объемную штамповку [2]. Поэтому получение заготовки данным методом не вызывает значительных затруднений.

Возможно использование унифицированной заготовки (возможность использования одинаковых заготовок для групп деталей), что тоже в свою очередь повышает технологичность заготовки. Таким образом, с точки зрения получения заготовки, деталь можно считать технологичной.

Технологичность общей конфигурации детали

Рабочий чертеж корпуса содержит необходимую графическую и техническую информацию для полного представления его конструкции. Указаны размеры с их отклонениями от номинала, проставлена требуемая шероховатость, большинство отклонений от правильных геометрических форм. Радиусы закруглений и фаски выполняются по ГОСТ 10948-64, форма и размеры канавок – по ГОСТ 8820-69. Такая унификация упростит обработку и контроль этих элементов корпуса. Нетехнологичны в данной детали отверстия под резьбу М6, выполненные под углом 20˚ к вертикали и предназначенные для крепления режущих вставок на корпусе, а так же отверстия под резьбу М5, выполненные в пазах под шпонки и предназначенные для их крепления на корпусе. Следовательно, для обработки этих отверстий необходимо применение инструментов с удлинением, а так же применение кондукторных плит. Эти элементы определяются исходя из конструктивных соображений, и изменить их, по-видимому, затруднительно. В остальном, деталь достаточно технологична, допускает применение высокопроизводительных режимов обработки, имеет хорошие базовые поверхности для первоначальных операций и довольно проста по конструкции. Все поверхности корпуса доступны для контроля. Возможно применение простых средств технического оснащения. Таким образом, с точки зрения общей конфигурации детали, её можно считать технологичной.

1.3.3 Технологичность базирования и закрепления

Черновой базой для установки заготовки на 05 операции служит цилиндрическая поверхность и торец заготовки. В дальнейшем для повышения точности получаемых размеров подготавливаются искусственные технологические базы под вращающиеся центра. За базы на последующих операциях могут быть приняты искусственные технологические базы под вращающиеся центра и наружные цилиндрические поверхности. Так же для повышения точности получаемых размеров нужно придерживаться правила единства (совпадение измерительной и технологической базы) и постоянства баз (постоянство баз на всех операциях). Точность и шероховатость используемых баз обеспечит требуемую точность обработки. Таким образом, с точки зрения базирования и закрепления, деталь следует считать технологичной.

1.3.4 Технологичность обрабатываемых поверхностей детали

Для получения контура детали предполагается обработать все поверхности детали, т.к. заданные точность и шероховатость не позволяют получить их на заготовительных операциях. Всего обрабатывается 45 поверхностей разной конфигурации. То есть, даже при полной обработке число обрабатываемых поверхностей относительно невелико. Протяжённость обрабатываемых поверхностей небольшая. Точность и шероховатость рабочих поверхностей определяются условиями работы корпуса. Поверхности различного назначения разделены, что облегчает их обработку. Таким образом, с точки зрения обрабатываемых поверхностей деталь следует считать технологичной.

Поскольку деталь «Корпус» отвечает требованиям технологичности по всем 4 группам критериев, можно сделать вывод о её достаточно высокой степени технологичности.

1.4 Формулировка задач дипломного проектирования

В результате анализа исходных данных можно сформулировать следующие задачи дипломного проектирования, решить которые необходимо для достижения цели работы, сформулированной во введении – обеспечить заданный выпуск детали «Корпус» заданного качества с наименьшими затратами путём разработки технологического процесса (ТП) её механической обработки:

1) определить тип производства и выбрать стратегию разработки ТП;

2) выбрать оптимальный метод получения заготовки и маршруты обработки поверхностей;

3) разработать технологический маршрут, выбрать схемы базирования заготовки и составить план обработки;

4) выбрать средства технологического оснащения (СТО) оборудование, приспособления, режущие инструменты, средства контроля;

5) рассчитать припуски на обработку и спроектировать заготовку;

6) провести размерную корректность в радиальном направлении;

7) разработать технологические операции – определить их содержание, рассчитать режимы резания и нормы времени;

8) спроектировать станочное приспособление;

9) спроектировать контрольное приспособление;

10) спроектировать режущий инструмент;

11) исследовать автоколебания технологической системы на операции шлифование;

12) провести патентные исследования в данной области науки;

13) оценить безопасность и экологичность проекта;

14) оценить экономическую эффективность проекта;

Решению этих задач посвящены следующие разделы работы.

 

2. ВЫБОР СТРАТЕГИИ РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

Задача раздела – в зависимости от характеристики детали и годового объёма выпуска определить тип производства и на его базе выбрать оптимальную стратегию разработки ТП – принципиальный поход к определению его составляющих (показателей ТП), способствующий обеспечению заданного выпуска деталей заданного качества с наименьшими затратами.

Тип производства – серийное – определен по таблице 2.1 [3] с учётом того, что годовой объём выпуска составляет 5000 штук и масса детали до 8 кг. Согласно рекомендациям [3], [4] принимаем стратегию разработки ТП, которая приведена в таблице 2.1.

Таблица 2.1

Стратегия разработки ТП

Показатель ТП	Тип производства
	серийное
1. Форма организации ТП	Переменно-поточная
2. Повторяемость изделий	Периодическое повторение партий
3. Унификация ТП	Разработка специальных ТП на базе типовых
4. Вид стратегии разработки ТП	Последовательная, линейная, жесткая, циклическая, разветвленная и адаптивная
5. Заготовка	Профильный прокат, литье в кокиль, горячая штамповка
6. Припуск на обработку	Незначительный
7. Расчёт припусков	Подробный по переходам
8. Оборудование	Универсальное, отчасти специализированное
9. Загрузка оборудования	Периодическая смена деталей на станках
10. Коэффициент закрепления операций	Свыше 1 до 40
11. Расстановка оборудования	С учетом характерного направления грузопотоков
12. Настройка станков	По измерительным инструментам и приборам
13. Оснастка	Универсальная и специальная
14. Подробность разработки	Операционные карты
15. Расчёт режимов резания	По отраслевым нормативам и эмпирическим формулам
16. Нормирование	Детальное пооперационное
17. Квалификация рабочих	Различная
18. Использование достижений науки	Значительное

Принятой стратегией мы будем руководствоваться при разработке ТП, разделы 3 – 7.

 

3. ВЫБОР МЕТОДОВ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГОТОВКИ И МАРШРУТОВ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ

Задача раздела — выбрать методы получения заготовки и маршруты обработки поверхностей детали таким образом, чтобы обеспечить минимум суммарных затрат на получение заготовки и ее обработку.

3.1 Выбор метода получения заготовки

По таблице 3.2. [3] определяем, что для детали типа «Вал» очень простой сложности изготовленной из стали для серийного производства целесообразно применять следующие методы получения заготовок: штамповка и прокат. Квалитеты точности, обеспечиваемые каждым из методов, приведены в таблице 3.1 [3]. Для окончательного выбора метода получения заготовки выполним сравнительный экономический анализ характерных методов получения заготовки. С учётом рекомендаций [5], [6] назначаем табличные припуски в соответствии с конкретным методом получения заготовки.

Припуски и напуски на поверхности заготовки, полученной методом штамповки, назначаем в соответствии с ГОСТом 7505-89 [7]. Все данные сводим в таблицу 3.1

Таблица 3.1

Расчет размеров заготовки

Размеры, мм	Допуски, мм	Припуски, мм	Расчет размеров заготовки, мм	Окончательные размеры, мм
Ø40,8	+1,6 -0,8	2,3	Ø40,8+(2.2,3)≈Ø46-0,8+1,6	Ø46-0,8+1,6
Ø59	+1,7 -0,9	2,4	Ø59+(2.2,4)≈Ø64-0,9+1,7	Ø64-0,9+1,7
Ø82	+1,7 -0,9	2,4	Ø82+(2.2,4)≈Ø87-0,9+1,7	Ø87-0,9+1,7
Ø98	+1,7 -0,9	2,4	Ø98+(2.2,4)≈Ø103-0,9+1,7	Ø103-0,9+1,7
Ø45	+1,6 -0,8	2,6	Ø45+(2.2,6)≈Ø50-0,8+1,6	Ø50-0,8+1,6
161	+1,9 -1,0	2,5	161+(2.2,5)≈166-1,0+1,9	166-1,0+1,9
138	+1,7 -0,9	2,6	138+.2,5+2,6≈143-0,9+1,7	143-0,9+1,7
65	+1,7 -0,9	2,4	65+.2,5-2,4≈65-0,9+1,7	65-0,9+1,7
90	+1,7 -0,9	2,4	90+2,5-2,4≈90-0,9+1,7	90-0,9+1,7
23	+1,7 -0,9	2,6	23+2,5-2,6≈23-0,9+1,7	23-0,9+1,7
12	+1,7 -0,9	2,6	12+(2.2,6)≈17-0,9+1,7	17-0,9+1,7
36	+1,7 -0,9	2,6	36+2,4-2,6≈36-0,9+1,7	36-0,9+1,7

 

Рис. 3.1. Эскиз заготовки полученной методом штамповки

1) Штамповочные уклоны назначаем из технических требований и соблюдения единообразия для упрощения изготовления литейной модели и согласно ГОСТ 7505-89 и ГОСТ 8909-88 принимаем штамповочные уклоны не более 7°.

2) Неуказанные радиусы закруглений углов принимаем равными R = 2,0мм.

3) Смещение штампа (СШ) 0,8мм, величина заусенца 1,1мм.

Эскиз заготовки полученной методом штамповки представлен на рисунке 3.1.

Подсчитаем приблизительную массу заготовки, полученной методом штамповки.

Таким образом:

где V_П – объем заготовки, полученной методом штамповки, м³.

Масса поковки равна:

где m_П – масса поковки, кг; ρ_с – плотность стали равная 7800 кг/м³.

Припуски и напуски на поверхности заготовки, полученной методом резки из сортового проката, назначаем в соответствии с ГОСТом 2590-71 [8]. Эскиз заготовки полученной методом резки из сортового проката представлен на рисунке 3.2.

Рис. 3.2. Эскиз заготовки полученной методом резки из сортового проката

Подсчитаем приблизительную массу заготовки, полученной методом резки из сортового проката.

Таким образом:

где V_СП – объем заготовки, полученной методом резки из сортового проката, м³

Масса заготовки равна:

где m_СП – масса заготовки, полученной методом резки из сортового проката, кг; ρ_с – плотность стали равная 7800 кг/м³.

Подсчитаем массу готовой детали:

где V_Д – объем готовой детали, м³.

где m_Д – масса готовой детали, кг; ρ_с – плотность стали равная 7800 кг/м³.

Коэффициент использования материала для серийного типа производства должен быть равен не менее 0,6. Найдём данный коэффициент и проанализируем, насколько рационально используется материал.

(3.1)

Из подсчитанного коэффициента использования материала видно, что при использовании заготовки из проката для данной детали большая часть материала будет уходить в стружку - это свидетельствует о нерациональном использовании материала, что скажется на увеличении себестоимости на изготавливаемую продукцию.

Проведём экономический анализ для двух данных методов получения заготовки.

Стоимость заготовки получаемой методом штамповки рассчитывают по формуле [4]:

(3.2)

где С_i – базовая стоимость одной тонны заготовок С_i = 170 у.е; k_т, k_с, k_в, k_м, k_п – коэффициенты, зависящие от класса точности, группы сложности, массы, марки материала и объёма производства заготовок k_т = 1,0, k_с = 0,87, k_в = 0,89, k_м = 1,13, k_п = 1,0.; Q – масса заготовки, кг; q – масса готовой детали, кг; S_отх – цена одной тонны отходов S_отх = 22,6 у.е.

Стоимость заготовки получаемой методом резки из сортового проката рассчитывают по формуле [4]:

(3.3)

где М – затраты на материал заготовки, у.е; С_о.з – технологическая себестоимость операций правки, калибрования прутков, разрезки их на штучные заготовки:

(3.4)

где С_п.з – приведенные затраты на рабочем месте С_п.з = 211 у.е; Т_шт(ш-к) – штучное или штучно-калькуляционное время выполнения заготовительной операции (правки, калибрования, резки и др.) Т_шт(ш-к) = 1 мин.

Затраты на материал определяются по массе проката, требующегося на изготовление детали, и массе сдаваемой стружки. При этом необходимо учитывать стандартную длину прутков и отходы в результате не кратности длины заготовок этой стандартной длине:

(3.5)

где Q – масса заготовки, кг; q – масса готовой детали, кг; S – цена 1 кг материала заготовки S = 0,17 у.е; S_отх – цена одной тонны отходов S_отх = 22,6 у.е.

Таким образом:

Экономический годовой эффект равен:

Э_э = (S_заг2 – S_заг1)*N = (2,27 – 0,77)*5000 = 7500 у.е. (3.6)

где N – объём выпуска в год, шт; S_заг2, S_заг1 – стоимость сопоставляемых заготовок, у.е.

На основе проведённого экономического расчета, а так же исходя из рационального применения материала, выбираем наиболее целесообразный метод получения заготовки. Таким является метод – штамповка на ГКМ.

 

3.2 Выбор маршрутов обработки поверхностей

Методы механической обработки поверхностей детали и их последовательность назначаем в соответствии с рекомендациями [3], [4] в зависимости от заданного квалитета точности и шероховатости. При выборе оптимального маршрута обработки отдают предпочтение варианту с наименьшим суммарным коэффициентом трудоёмкости. Наиболее предпочтительный маршрут обработки поверхностей данной детали представлен в таблице 3.2.

Таблица 3.2

1234	Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: