Подготовка к проектированию технологического процесса механической обработки детали

Содержание

Содержание

Введение4

1. Подготовка к проектированию технологического процесса механиче-ской обработки детали5

1.1. Служебное назначение и конструкция детали5

1.2. Анализ технологичности конструкции детали7

1.3. Определение типа и организационной формы производства.9

1.4. Выбор метода получения исходной заготовки11

2. Проектирование технологических операций механической

обработки12

2.1. Выбор технологических баз и обоснование выбора

технологического процесса12

2.2. Выбор оборудования и технологической оснастки20

2.2. Расчет и назначение операционных припусков на механическую

обработку.24

2.3. Расчет режимов резания28

2.4. Нормирование операций технологического процесса48

3. Проектирование контрольно-измерительного приспособления51

Введение

Технологический процесс в машиностроении характеризуется непре-рывным совершенствованием конструкции и технологии изготовления ма-шин. Задача машиностроения состоит в том, чтобы основной прирост про-дукции получать за счет увеличения производительности труда.

Труд многих людей, вкладываемый в изготовление машины, окажется рационально израсходованным только в том случае, если он будет направлен четкой, глубоко и правильно разработанной технологией. Поэтому на техно-лога, участвующего в разработке технологического процесса изготовления машины, ложится большая ответственность за построение технологического процесса, являющегося в конечном счете результатом расходования ресурсов человеческого труда.

Разработка технологического процесса не должна сводиться к формаль-ному установлению последовательности соединения отдельных деталей и уз-лов, последовательности обработки поверхностей деталей, выбору оборудо-вания и режимов обработки. Эта работа требует творческого подхода. Только на основе такого подхода можно обеспечить согласованность всех этапов по-строения машины и достигнуть требуемого качества с наименьшими затра-тами труда

Основная задача курсового проекта заключается в том, чтобы просле-дить и проанализировать механизм усовершенствования технологического процесса, организации производства детали. Курсовое проектирование должно научить студента пользоваться справочной литературой, ГОСТами, таблицами, нормативными документами и расценками, умело сочетая спра-вочные данные с теоретическими знаниями, полученными в процессе изуче-ния курса.

1. Подготовка к проектированию технологического процесса меха-нической обработки детали

1.1. Служебное назначение и конструкция детали

Деталь относится к классу втулок и конструктивно является односто-ронним двухступеначатым телом вращения с диаметрами ступеней  36 и 50f9. Со стороны ступени  50 выполнено глухое ступенчатое отверстие с закрытой выточкой. В отверстии также выполнен сквозной шпоночный паз с выходом в выточку. В ступенях перпендикулярно основной оси детали вы-полнены три резьбовых отверстия М6-7g с выходом в осевое отверстие.

Материал детали сталь 40Х13. Это жаропрочная коррозионно-стойкая легированная сталь мартенситного класса, применяемая для изготов-ления пружин, карбюраторных игл, клапанных пластин компрессоров и дру-гих деталей, работающих при температуре до 400-450 °С, а также деталей, работающие в коррозионных средах. Хорошая полируемость стали в сочета-нии с коррозионной стойкостью создают для этого материала высокие деко-ративные свойства, поэтому сталь 40Х13 широко применяется для изготов-ления предметов домашнего обихода. Те же свойства в сочетании с высокой прочностью и упругостью делают сталь 40Х13 материалом первого выбора при изготовлении холодного оружия.

Заменителем стали 40Х13 является сталь 30Х13.

Видами поставки стали являются: сортовой прокат, в том числе фасон-ный: ГОСТ 5949-75, ГОСТ 2590-71, ГОСТ 2591-71, ГОСТ 2879-69. Калибро-ванный пруток ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78. Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 14955-77, ГОСТ 18907-73. Лист тонкий ГОСТ 5582-75. Проволока ГОСТ 18143-72. Полоса ГОСТ 4405-75, ГОСТ 103-76, ГОСТ 18968-73. Поковки и кованые заготовки ГОСТ 1133-71.[9]

Химический состав стали 40Х13 дан в табл. 1, а ее физические свойства в табл. 2.

Таблица 1

Химический состав стали 40Х13 [9]

Химический элемент%

Кремний (Si), не более0.8

Марганец (Mn), не более0.8

Медь (Cu), не более0.30

Никель (Ni), не более0.6

Сера (S), не более0.025

Титан (Ti), не более0.2

Углерод (C)0.36-0.45

Фосфор (P), не более0.030

Хром (Cr)12.0-14.0

Таблица 2.

Механические и физические свойства стали 40Х13 [9]

Механические свойстваФизические свойства

в,

Мпаs,

%НВ, г/см3, Вт/мс

590-81010143-2297,6525

где  плотность;

теплопроводность;

в временное сопротивление разрыву;

s относительное удлинение;

НВ твердость по Бринеллю.

1.2. Анализ технологичности конструкции детали

Конструкция детали считается технологичной, если она полностью удовлетворяет требованиям изготовления, эксплуатации и ремонта наиболее производительными и экономичными способами при заданных условиях производства.

Анализ конструкции и технических требований для изготовления детали Втулка показали, что:

конструкция детали состоит из унифицированных конструктивных элементов;

деталь может изготавливаться из стандартных (прокат) заготовок;

размеры и поверхности детали имеют точность и шероховатость, со-ответствующие их функциональному назначению. Высшая точность обработки 7 квалитет применяется для изготовления отверстия  20Н7. Шероховатость этой поверхности Ra 1.25.

следует отметить, что шероховатость поверхности  50f9 Ra 0.63 не соответствует квалитету. Это значит, что в составе технологического маршрута должны быть предусмотрены операции, обеспечивающие только получение данной шероховатости. Это снижает технологич-ность детали.

форма, размеры, марка материала детали хорошо соответствуют тре-бованиям технологии изготовления и дальнейшей эксплуатации;

базовыми поверхностями являются наружные и внутренняя цилинд-рические поверхности (50,  36, 20), торцы детали, а также боко-вая поверхность паза. Это позволяет произвести обработку с мини-мальным количеством установов;

конструкция детали простая, большинство обрабатываемых поверх-ности легкодоступно для режущего инструмента. Исключение со-ставляет закрытая выточка  36 b=8, трудность доступа к которой обусловлена малым диаметром отверстия, поэтому при обработке данной поверхности потребуется применение специального инстру-мента. К малотехнологичным следует отнести и внутренний паз, об-работка которого возможна только одним способом долблением.

при изготовлении детали хорошо применимы типовые и стандартные технологические процессы

По результатам качественного анализа можно сделать вывод о том, что деталь технологична.

Количественный анализ технологичности детали производится при по-мощи ряда коэффициентов:

коэффициент использования материала

,

где Qдет масса детали (Qдет=0,114 кг);

Qдет масса заготовки (Qзаг=0,149 кг).

Ки.м. = 0,114 / 0,149 = 0,765

Уровень технологичности по точности обработки

где Кб.тч., Ктч соответственно базовый и достигнутый коэффициенты точ-ности обработки.

Коэффициент точности обработки Ктч определяется по формуле [1]

,

где средний квалитет точности обработки изделия;

Т квалитет точности обработки;

ni число размеров соответствующего квалитета.

Ктч = 1- 18/(7*1 + 9*2 + 14*15) = 0,92

Уровень технологичности по шероховатости поверхности

где Кв.ш, Кш соответственно базовый и достигнутый коэффициенты шеро-ховатости поверхности.

Коэффициент шероховатости поверхности Кш определяется по формуле

Кш = 1- (1/Шср) = ,

где средняя шероховатость поверхности изделия;

Ш шероховатость поверхности;

ni число поверхностей соответствующей шероховатости.

Ктч = 1- 1/((0,63*1+1,25*1+2,5*4+5*3+10*15)/24) = 0,86

Коэффициенты точности и шероховатости свидетельствуют о техноло-гичности детали, так как их значения больше 0,7.

1.3. Определение типа и организационной формы производства.

1.3.1. Определение типа производства и его характеристика

Тип производства согласно ГОСТ 3.1108-74 характеризуется коэффици-ентом закрепления операций за одним рабочим местом или единицей обору-дования. Программа выпуска деталей может быть определена по формуле [4]:

шт,

где N1 = 4000 шт программа производства основных изделий;

m = 1 шт количество деталей в изделии;

= 5% процент запасных частей

Действительный годовой фонд рабочего времени для двухсменного ре-жима работы составляет Fд = 2030 ч.

Коэффициент серийности равен:

,

где

— такт выпуска.

— среднее штучное время.

Tв = 4015 * 60 / 4200 = 57,36 мин/шт

По данным нормирования, штучное время по операциям равно:

Операция 005. Заготовительная Tшт = 4,198 мин

Операция 010. Фрезерно-центровальная Tшт = 1,857 мин

Операция 015. Токарно-револьверная Tшт = 4,216 мин

Операция 020. Долбежная Tшт = 5,149 мин

Операция 025. Вертикально-сверлильная Tшт = 2,924 мин

Операция 035. Внутришлифовальная Tшт = 2,815 мин

Операция 040. Круглошлифовальная Tшт = 1,170 мин

Тш.ср = (4,198 + 1,857 + 4,216 + 5,149 + 2,924 + 2,815+ 1,170) / 7 = 3,19

Кс = 57,36 / 3,19 = 17,98

По данным [4, c. 20], тип производства относится к среднесерийному, так как 10 20.

Серийное производство характеризуется партиями деталей, запускае-мыми в производство через определенные промежутки времени. На одном рабочем месте обрабатывается несколько наименований деталей. Применяе-мое оборудование универсальные станки, станки с ЧПУ. Метод получения заготовки не всегда оптимизируется.

Величина партии запуска рассчитывается по формуле:

,

где а количество дней, на которое необходимо иметь запас деталей (а = 5);

F количество рабочих дней в году (F = 255).

П = 4200*5/255 = 82 шт.

1.4. Выбор метода получения исходной заготовки

Материал детали предполагает возможность получения заготовки мето-дом проката или штамповкой. Предварительный анализ показывает, что ос-новная механическая обработка приходится на внутренние поверхности, ко-торые невозможно получить штамповкой, так как отверстие с диаметром ме-нее 20 мм и длиной более 40 мм в штампованных заготовках не выполняют. Наружная обработка предполагает выполнение двух цилиндрических ступе-ней с перепадом диаметров 50-36 = 14 мм. Длина меньшей ступени 70 мм. Такой перепад диаметров может быть обеспечен черновым обтачиванием шейки за один проход режущего инструмента. То есть разница в механиче-ской обработке вариантов заготовки будет проявляться только в одном тех-нологическом переходе черновой обработке ступени  36. При этих усло-виях представляется более предпочтительным вариант исполнения заготовки из проката.

2. Проектирование технологических операций механической обработки

2.1. Выбор технологических баз и обоснование выбора технологиче-ского процесса

Выбор технологических баз производим руководствуясь принципами единства (совмещения) баз и постоянства баз.

В соответствии с этими принципами необходимо:

в качестве технологических баз использовать поверхности, которые являются измерительными и конструкторскими базами;

стремиться к использованию одних и тех же баз;

черновую базу следует выбирать так, чтобы при первой операции бы-ли получены поверхности, которые в дальнейшем будут являться технологи-ческими базами; Черновая база должна использоваться только один раз на первой операции;

в качестве черновых баз должны выбираться наиболее точные и наи-менее шероховатые поверхности;

черновой базой следует выбирать поверхности с наименьшими при-пусками.

В соответствии с этими правилами принимаем:

Для заготовки из проката черновой базой является наружная цилиндри-ческая поверхность прутка. На первой операции производится подрезка тор-цов и обтачивание шейки 36h9. Эти поверхности в дальнейшем будут ис-пользоваться в качестве базовых для обработки остальных поверхностей.

При токарной обработке ступени  50, а также внутренних поверхно-стей базами будут являться поверхность  36 и торец заготовки.

При долблении паза в качестве направляющей базы предлагается ис-пользовать  50,2h9, так как имеется требование по симметричности паза относительно оси поверхности  50

Выдержка из текста

2.2. Выбор оборудования и технологической оснастки

Операция 005

Оборудоване: Пила механическая 8А725

Оснастка: приспособление зажимное при станке тисочного типа с приз-матическими губками

Инструмент: Полотно ножовочное, У18.

Операция 010

Оборудование: Фрезерно-центровальный 2Г942.04:

Технические характеристики:

Длины обрабатываемых деталей, мм: 100-500

Пределы диаметров устанавливаемых в тисках деталей, мм: 20-160

Наибольший диаметр сверления, мм 16

Наибольший диаметр фрезерования, мм 150

Наибольший диаметр устанавливаемой фрезы, мм: 160

Наибольший диаметр подрезаемого торца, мм 50

Наибольший диаметр обточки шеек, мм 100

Наибольший диаметр растачиваемых отверстий, мм 100

Длина обточек шеек, мм до 100

Количество шпинделей 4

Пределы частот вращения шпинделей об/мин

Сверлильного 159-1588

Фрезерного 130-740

Пределы бесступенчатых передач сверлильного шпинделя, мм/мин 20.. 2000

Пределы бесступенчатых подач фрезерного шпинделя, мм/мин 20.. 2000

Габарит полуавтомата, мм: 3970 х 5470 х 1750

Максимальная мощность:

Фрезерные бабки, кВт (каждая)11

Сверлильные бабки, кВт (каждая)4

Оснастка: Приспособление призматическое на станке

Инструмент:

1. Фреза торцевая 01.2.0200.000-00 по ТУ 2-035-874-82 100, Т15К6;

2. Сверло центровочное  6,3 ГОСТ 1452-75, Р6М5;

3. Головка многорезцовая специальная с резцами, оснащенными твердо-сплавными пластинами Т15К6.

Операция 015

Оборудование: Токарно-револьверный 1П456Ф3;

Технические характеристики:

Максимальные размеры заготовки, диаметр х длина, мм250 х 200;

Диапазон частот вращения шпинделя (бесступенчатое регулирование), мин-1 80-2500

Диапазон рабочих подач (бесступенчатое регулирование), мм/об 5-1200

Мощность привода главного движения, кВт18,5

Габариты станка, мм 3560×1450×2500

Оснастка: Трехкулачковый самоцентрирующий патрон;

Инструмент:

1. Резец проходной PCLNR 2020K12 ТУ 2-035-892-82, с ромбической пластиной по ГОСТ 19059-80, Т15К6;

2. Резец канавочный 035-2126-1179 ОСТ 2И10-7-84 с пластиной по ГОСТ 25416-82, Т15К6;

3. Сверло спиральное 035-2301-1042 16 по ОСТ 2И20-2-80, Р6М5;

4. Резец расточной упорный К.01.4980.000-00 ТУ 2-035-1040-86 с трех-гранной пластиной по ТУ 19-4206-95-83, Т15К6;

5. Резец расточной канавочный специальный, Т15К6.

Операция 020.

Оборудование: Вертикально-долбежный ГД200

Технические характеристики:

Номинальный ход долбяка (мм) 200/20

Угол наклона долбяка (град) 0-5

Диаметр рабочей поверхности стола (мм) 500

Наиб. перемещение стола вдоль/поперёк (мм) 500/400

Наиб.сечение державки для резца (мм) 25х16

Пределы чисел двойных ходов долбяка (ход/мин) 32-202

Мощность (кВт) 4,7

Габариты (мм) 1900х1270х2175

Оснастка: Трехкулачковый самоцентрирующий патрон;

Инструмент: Долбяк, Р6М5

Операция 025.

Оборудование: Вертикально-сверлильный 2Н118

Технические характеристики:

Наибольший условный диаметр сверления в стали 45 по ГОСТ 1050-88 мм 18

Размеры рабочей поверхности плиты, мм 320х320

Размеры рабочей поверхности стола, мм 300х420

Наибольшее вертикальное перемещение стола, не менее, мм 680

Наибольшее перемещение шпинделя, мм 150

Частоты вращения, об/мин 90, 125, 180, 250, 345, 480, 678, 950, 1400;

Подачи, мм/об: 0,08, 0,11, 0,15, 0,21, 0,3, 0,43, 0,6, 0,85, 1,1, 1,5

Мощность, кВт 1.3

Габаритные размеры станка, мм 800х500х2050

Оснастка: Кондукторное приспособление с быстросъемными кондук-торными втулками

Инструмент:

1. Сверло 035-2300-1222 4,8 по ОСТ 2И20-2-80, Р6М5;

2. Сверло 035-2300-1273 10 по ОСТ 2И20-1-80 с заточкой на 90°, Р6М5;

3. Метчик М6х0,5, ГОСТ 3266-81, Р6М5.

Операция 035.

Оборудование: Универсальный шлифовальный 3С120В.

Оснастка: Патрон поводковый, задняя оправка специальная.

Инструмент: шлифовальная головка AW12х25 24А25-НСТ1КА 35 м/с ГОСТ 2447-82

Технические характеристики:

Размеры устанавливаемой заготовки, max, мм:

— в центрах: диаметр / длина 125/400

— в патроне: диаметр / длина 125/250

Размеры шлифования, max, мм

-в центрах: диаметр / длина 125/360

-в патроне при наружном шлифовании: диаметр/длина 125/150

-в патроне при внутреннем шлифовании: диаметр/длина 50/75

Масса устанавливаемой заготовки, max, кг: в центрах / в патроне 15/8

Класс точности по ГОСТ 8 В

Точность цилиндрических поверхностей образца, мкм:

— круглость в центрах 1

— круглость в патроне 1.6

Шероховатость обработанных поверхностей образцов-изделий, Ra:

— цилиндрической наружной 0.16

— цилиндрической внутренней 0.32

— плоской торцовой 0.63

Размеры шлифовального круга, max, мм

для наружного шлифования:

-основной круг-наружный диам/высота 350/40

-вспомог.круг-наружный диам/высота —

для внутреннего шлифования:

-наружный диаметр / высота 32/25

Окружная скорость вращения шлиф. круга, не более, м/с 35

Мощность эл/двигател., кВт 5,18

Габаритные размеры с отдельно расположенным оборудованием, мм:

— длина 2020

— ширина 1900

— высота 1600

Оснастка: Патрон трехкулачковый самоцентрирующий.

Инструмент: Круг шлифовальный 16

Операция 040

Оборудование: Универсальный шлифовальный 3С120В.

Оснастка: Патрон поводковый, задняя оправка специальная.

Инструмент: Круг шлифовальный 24А40С1 6К 350х40 ГОСТ 2424-83

2.2. Расчет и назначение операционных припусков на механическую обработку.

Исходные данные для расчета:

Вид заготовки прокат;

Размер поверхности по чертежу детали 20Н7(+0,021);

Маршрут обработки: сверление, растачивание получистовое, раста-чивание чистовое, шлифование. Допуски по переходам принимаем по таб-лице допусков в соответствии со степенью точности:

сверление 12 квалитет;

растачивание получистовое 9 квалитет;

растачивание чистовое 8 квалитет;

шлифование 7 квалитет;

Расчет предельных значений припуска производится по формулам [1]

,

,

где Rzi-1 шероховатость поверхности после предшествующего перехода;

hi-1 величина дефектного слоя материала на предшествующем переходе;

Тi-1 величина дефектного слоя, оставшаяся после предшествующего пере-хода;

i-1 суммарные отклонения расположения поверхности и формы на предше-ствующем переходе;

i погрешность закрепления на текущем переходе.

Rz, h и  выбираем по таблицам 1-5 [1, с.180- 182].

После сверления шероховатость Rz = 80 мкм, h = 50 мкм; после полу-чистового растачивания Rz = 20 мкм, h = 10 мкм; после чистового растачива-ния Rz = 10 мкм, h = 5 мкм. После шлифования Rz = 5 мкм, h = 1 мкм

Увод сверла от оси при сверлении равен 1,3 мкм на 1 мм длины отвер-стия [1. табл. 28, с. 190].

1 = 1,3 * 45 = 58,5 мкм.

Смещение оси отверстия относительно номинального положения не учитывается, так как заготовка предварительно была зацентрована.

В соответствии с коэффициентом уточнения погрешность формы будет уменьшаться по переходам:

2 = 1 * kу= 58,5 * 0,06 = 3,51 мкм.

3 = 1 * kу= 3,51 * 0,04 = 0,14 мкм.

После третьего перехода выполняется термообработка, в результате ко-торой происходит коробление заготовки. Величина коробления равна:

то = 0,5 * k * l= 3,51 * 0,04 = 0,14 мкм.

где k удельное коробление на 1 мм длины, лежащее в пределах 0,3-1 мкм/мм. Принимаем k =0,5 мкм/мм, тогда

то = 0,5 * 0,5 * 45= 3,51 * 0,04 = 11,3 мкм.

4 = то * kу= 11,3 * 0,04 = 0,45 мкм.

Величины погрешностей менее 1 мкм обычно можно не учитывать в практических расчетах.

Погрешность установки и закрепления учитывается только для тех пере-ходов, где выполняется переустановка заготовки. Это первый переход, когда заготовка устанавливается в трехкулачковом патроне для токарной обработ-ки и последний переход, на котором заготовка также устанавливается в трех-кулачковом патроне.

Погрешность закрепления в трехкулачковом патроне предварительно обработанной заготовки равна 80 мкм, чисто обработанной 40 мкм [4, табл. 37, с. 79]. Погрешность установки в радиальном направлении всегда близка к 0.

Заносим промежуточные значения в табл. 2.1. и рассчитываем величину припусков

Рассчитаем минимальный припуск:

2Zmin 4 = 2* (10 + 5 + ) = 113 мкм;

2Zmin 3 = 2* (20 + 10 + 3,5) = 67 мкм;

2Zmin 2 = 2* (80 + 50 + 58,5) = 377 мкм;

Максимальный припуск:

2Zmах 4 = 113-21+33 = 125 мкм;

2Zmах3 = 67-33+52 = 86 мкм;

2Zmах2 = 377-52+210 = 535 мкм;

Предельные размеры по переходам для отверстия считаются по форму-лам:

Dmin i-1 = Dmin i 2Zmax i

Dmax i-1 = Dmax i 2Zmin i

Расчет ведем в обратном порядке от поверхности детали к заготовке.

Dmin3 = 20 0,125 = 19,875

Dmin2 = 19,875 0,086 = 19,789

Dmin1 = 19,789 0,535 = 19,254

Dmax3 = 20,021 0,113 = 19,908

Dmax2 = 19,908 0,067 = 19,841

Dmax1 = 19,841 0,377 = 19,464

Список использованной литературы

1.Справочник технолога машиностроителя. В 2-х т. Т.1/ Под ред. А.Г. Коси-ловой и Р.К. Мещерякова. М.: Машиностроение 2003. 656 с.

2.Справочник технолога машиностроителя. В 2-х т. Т.2/ Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. М.: Машиностроение 2003. 496 с.

3.Обработка металлов резанием: Справочник технолога/ А.А. Панов, В.В. Аникин и др.; под общ. ред. А.А.Панова. М.: Машиностроение 2002. 736 с.

4.Горбацевич А.Ф. Курсовое проектирование по технологии машиностроения. Минск: Высшая школа 2000, 288 с.

5.Белкин И.М. Справочник по допускам и посадкам для рабочего-машиностроителя. М.: Машиностроение 1985. 320 с.

6.Общемашиностроительные нормативы времени и режимов резания на работы, выполняемые на металлорежущих станках с программным управлением. М.: Экономика 2004, 448 с.

7.Кузнецов Ю.И., Маслов А.Р., Байков, А.Н. Оснастка для станков с ЧПУ. Спра-вочник. М.: Машиностроение 2003. 359 с.

8.Приспособления для контроля точности деталей. Л.: ЛМЗ-Втуз.

9. Марочник сталей и сплавов / Под ред. В.Г. Сорокина. М.: Машиностроение, 1989, 639 с.