Разработка технологических процессов механической обработки и конструирования специальной технологической оснастки на примере изготовления детали "Кронштейн"

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Технология машиностроения - это совокупность методов, средств, способов и процессов создания машин, элементов и систем машин. Технология машиностроения основана на знаниях, полученных человечеством в процессе его эволюции. Непосредственные цели - описание, объяснение и предсказание (проектирование) технологических процессов и явлений. Способы изготовления орудий, машин, элементов машин создавались, накапливались, передавались из поколения в поколения человечеством с самого начала его рождения. Накопленные знания, т.е. технологии, являются одним из основных богатств человечества.

Машиностроение является важнейшей отраслью промышленности. В начале XVII в. началось производство транспортных средств, вооружения и текстильных машин. Их надежное функционирование зависело от точности изготовления их деталей. Высокую точность изготовления обеспечивала лишь обработка резанием.

Для получения детали, отвечающей требованиям чертежа необходимо учитывать порядок обработки детали, техническое состояние станков, квалификацию рабочих - все это работа технолога.

Целью данного курсового проектирования является расширение и закрепление знаний, полученных при слушании лекционной части курсов «Технология машиностроения» и приобретение практических навыков разработки технологических процессов механической обработки и конструирования специальной технологической оснастки на примере изготовления детали «Кронштейн» в серийном производстве.

1. Описание и технологический анализ проектируемого изделия

Данная деталь относится к крепежным деталям.

К данной детали предъявляются повышенные технические требования по точности и чистоте поверхности. Проанализируем последовательно эти требования с точки зрения их обоснованности и соответствия служебному назначению детали:

- кронштейн изготовляют из литейной стали 20Л по ГОСТ 977-80 литьем в кокиль. Характеристики данного материала позволяют использовать деталь в условиях сильного трения, износа и вибраций:

Табл. 1. Химический состав литейной стали (по ГОСТ 977-88)

Марка	Содержание элементов в %
	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Ti	Cu
20Л	0,17-0,25	0,2-0,52	0,49-0,9	0-0.05	до 0.045	0-0.3	0-0.3	-	-
25Л	0,22-0,3	0,2-0,52	0,45-0,9	0-0,04		0-0,3		-	0-0,3

- точность взаимного расположения задается допусками: параллельности 0,08мм относительно базы А, соосности 0,01 мм;

- позиционный допуск осей 3-х отверстий Ш 0.4 мм (допуск зависимый);

- шероховатость сопрягаемой внутренней цилиндрической поверхности (Ш25Н7) Ra = 1.25 мкм (расточка), торцовых поверхностей отверстия Ш25, а также поверхности прилегания Rz = 20 мкм (черновое и чистовое фрезерование), так как они участвуют во взаимодействии с другими элементами, а шероховатость остальных поверхностей остается в состоянии, обеспеченном пескоструйной обработкой, так как они не участвуют во взаимодействии;

- Острые кромки притупить, скруглить по радиусу 0.5 мм.

2. Выбор типа производства

Для определения типа производства нужно найти объем детали и умножив, его на его плотность детали получим массу детали.

Деталь состоит их трех пластин:

Первая пластина с размерами: толщина 6 мм, высота 30 мм, длина 50 мм. Тогда объем пластины равен а*в*с=6*30*50=7200 мм3

Рис. 1

Вторая пластина имеет размеры: толщина 6 мм, высота 72 мм, длина 50 мм. Тогда объем пластины равен 6*72*50=21600 мм3.

Рис. 2

Третья пластина имеет размеры: толщина 6 мм, высота 24 мм, длина 70 мм. Тогда объем пластины равен 6*70*24=10080 мм3

Рис. 3

Теперь вычитаем отверстие из третьей пластины: Отверстие имеет форму цилиндра, объем цилиндра 6*62 =216 мм3.

теперь другие 6 отверстия: 6*92 =486 мм3.

Теперь найдем общий объем детали: (7200-486*2)+(21600-486*4)+(10080-216)=6228+19656+9864=35748 мм3 =0,000035 м3.

Умножив объем детали на плотность металла, мы получим массу детали:

0,000035*7*103 =2,5 кг.

Так как объем выпуска деталей составляет 9000 штук в год (см. задание на курсовое проектирование), масса одного изделия равняется 2,5 кг, его габариты 50, 30, 72 мм, то данное производство считаем средне серийным (таблица 3). Одной из основных характеристик типа производства является коэффициент закрепления операций Кз.о..

Табл. 2. Выбор типа производства по программе выпуска

Тип производства	Количество обрабатываемых в год деталей (изделий) одного наименования и типоразмера
	крупные (тяжелые)	средние	мелкие (легкие)
Единичное	До 5	До 10	До 100
Серийное	Св.5 до 1000	Св.10 до 5000	Св.100 до 50000
Массовое	Св.1000	Св.5000	Св.50000

Коэффициент Кз.о. показывает отношение числа всех операций, выполняемых или подлежащих выполнению в цехе (на участке) в течение месяца, к числу рабочих мест, т.е. характеризует число операций, приходящихся в среднем на одно рабочее место в месяц, или степень специализации рабочих мест. В данном случае Кз.о.= 1.

Массовое производство характеризуется узкой номенклатурой и большим объемом выпуска изделий, непрерывно изготавливаемых или ремонтируемых в течение продолжительного времени. На каждом рабочем месте выполняют, как правило, по одной закрепленной за рабочим операцией. Такое производство оснащают преимущественно специальным и специализированным оборудованием, располагающимся в порядке выполнения технологических операций, в форме поточных линий. Применяют высокопроизводительные специальные инструменты и приспособления. Широко внедряются средства механизации и автоматизации: конвейера роторные и автоматические линии, в том числе переменно-поточные автоматические линии, составленные из робототехнических комплексов, управляемых ЭВМ, и др. Характерны высокий уровень организации труда и ритмичность выпуска изделий с фиксированным тактом.

Под темпом при поточном методе работы понимают расчётный промежуток времени, через который с поточной линии должна выпускаться единица продукции. Темп существенно влияет на построение технологического процесса, т.к. необходимо привести штучное время каждой операции к величине, равной или кратной темпу.

3. Технико-экономическое обоснование выбора заготовки

Одним из факторов, существенно влияющих на характер технологических процессов, является технологичность конструкции изделия.

В соответствии с ГОСТ 14.205--83 технологичность -- это совокупность свойств конструкции изделия, определяющих ее приспособленность к достижению оптимальных затрат при производстве, эксплуатации и ремонте при заданных показателях качества, объеме выпуска и условиях выполнения работ. При конструировании деталей необходимо достичь удовлетворения не только эксплуатационных требований, но также и требований наиболее рационального и экономического изготовления изделия. Чем меньше трудоемкость и себестоимость изготовления, тем более технологичной является конструкция детали. В этом и состоит принцип технологичности конструкции.

Данную деталь (кронштейн) можно считать достаточно технологичной. Она имеет хорошие базовые поверхности для первоначальной обработки, рациональной формы с легкодоступными для обработки поверхностями и достаточной жесткостью (НВ = 190) с целью уменьшения трудоемкости и себестоимости механической обработки (необходимая жесткость позволяет обрабатывать детали на станках с наиболее производительными режимами резания); не наблюдается резких переходов тонкостенных частей в толстостенные; в торцовых местах предусмотрены фаски.

Заготовительное производство является неотъемлемой начальной фазой любого машиностроительного производства. Рациональный выбор заготовки позволяет снизить трудоемкость изготовления детали и сократить производственные расходы. Рассматриваемая в данном проекте деталь имеет профиль простой формы, небольшие массу и габаритные размеры.

4. Разработка и обоснование проектируемого технологического процесса изготовления детали

С точки зрения механической обработки деталь считается технологичной, если , полученное значение входит в данные пределы, следовательно по данному показателю деталь является технологичной.

Коэффициент шероховатости рассчитывается по формуле:

,

литейный припуск технологичность

где - средняя шероховатость поверхностей, подлежащих обработке, рассчитывается по формуле:

,

где - шероховатость поверхностей

- количество поверхностей соответствующей шероховатости.

Табл. 3. Исходные данные для расчета коэффициента шероховатости

12.5	10	125
6.3	6	37,8
3.2	7	22,4
1.6	2	3,2
Итого	26	213,4

Деталь считается технологичной, если , полученное значение входит в данные пределы, следовательно деталь технологична по данному признаку.

Провед анализ технологичности конструкции детали, делаем вывод, что по большинству показателей деталь технологична.

5. Расчет промежуточных припусков, размеров и допусков на одну две обрабатываемые поверхности аналитическим методом

Припуск - слой материала, удаляемый с поверхности заготовки в целях достижения заданных свойств обрабатываемой поверхности детали. Расчет припусков на механическую обработку ведется при помощи размерного анализа. За счет него предусматривается согласование чертежных размеров детали со всеми операционными размерами, припусками, размерами заготовки и др. Именно на этом этапе (этапе проектирования) предусматривается обеспечение надежности технологического процесса:

· геометрической формы детали;

· точности собственно поверхностей и точности расположения их относительно других элементов детали;

· необходимых и достаточных операционных припусков;

· соответствия требуемых точностных параметров детали выбранным методам обработки;

Общая длина заготовки (габариты): Нижняя пластина:

Вторая пластина:

Третья пластина:



Общие габариты заготовки 72 мм, 56 мм, 50 мм.

Расчет заготовки делаем по ГОСТ 7829-70 «ПОКОВКИ ИЗ УГЛЕРОДИСТОЙ И ЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ, ИЗГОТОВЛЯЕМЫЕ КОВКОЙ». Исходя из размеров готовой делали производим расчет припусков. - номинальный припуск на размер H;

мм

мм

мм м

Hmin - наименьший размер поковки:

мм

мм

мм

H - номинальный (расчетный) размер поковки:

мм

мм

мм

Hmax - наибольший размер поковки:

мм

мм

мм

- поле предельных отклонений размера поковки:

мм

мм

мм

Припуском на обработку называется слой металла, подлежащий удалению с поверхности заготовки в процессе обработки резанием для получения готовой детали. Припуск на обработку поверхностей детали может быть назначен по соответствующим справочным таблицам, ГОСТам или на основе расчетно-аналитического метода определения припусков. Размер припуска определяют разность между размером заготовки и размером детали по рабочему чертежу.

Припуски разделяют на общие, то есть удаляемые в течении всего процесса обработки данной поверхности, и межоперационные, удаляемые при выполнении отдельных операций. Величина межоперационного припуска определяется разностью размеров, полученных на предыдущих и на последующих операциях.

Расчет припусков ведется по формулам:

Минимальный припуск:

Zmin = Rzi-1 +hi-1+сi-1+еi

Максимальный припуск:

Zmax = Zmini+Tdi-1-Tdi

где: Rzi-1 - шероховатость поверхности после предшествующего перехода.

Hi-1 - глубина дефектного слоя после предшествующего перехода.

Pi-1 - пространственное отклонение после предшествующего перехода.

Ei - погрешность базирования на данном переходе.

Tdi-1 - допуск на размер до предшествующего перехода.

Tdi - допуск на размер после перехода.

Табл. 4. Аналитический метод

№	Переходы	Квалитет	Допуск на размер Т, мкм	Элементы припуска, мкм
				Rz	h
0	Штамповка		+1300 -700	160	200
1	Фрезерование чернов.	16	750	250	240
2	Фрезерование чистов.	11	75	40	40

0 - пространственное отклонение

0= /11 таб.28,стр.

см- смещение штампов =0,25=0,25= 500 мм

к- коробление =L = 295= 236 мм

К - кривизна заготовки на 1мм длины = 0,8 мм

L - длина заготовки, мм

0=== 553 мм

Ку - коэффициент уточнения; Ку1=0,06; Ку2= 0,04

1=Ку10 =0,06 553 =33 мм

2=Ку21 =0,0433 =1,32 мм

Определяем погрешность базирования

(6.6.)

146 мкм=0,146 мм

Определяем минимальные припуски

Zimin= (6.7.)

Rzi-1 - высота неровностей профиля на предшествующем переходе.

hi-1 - глубина дефектного поверхностного слоя на предшествующем переходе. i - погрешность установки заготовки на выполняемом переходе.

Zmin1= 250+240+0,55+146=636,5 мкм=0,64 мм

Zmin2=40+40+0,33+146= 226 мкм=0,23 мм

Определяем номинальные припуска

=

=226+750 =976 мкм 1,0 мм

=636+2000 =2636 мкм 2,6 мм

Определяем общий припуск

Zобщ =Zmin1+ Zmin2=1,0+2,6 =3,6 мм 4 мм

Табличный метод:

4 + 3,6 = 7,6

Выбираем размер 8, разницу между принятым и расчетным размером равную 0,4мм добавляем к черновому припуску. Определяем промежуточные размеры с предельными отклонениями.

Табл. 5

переход	Промежуточный размер	припуск
2 1	4 4.976	0.976 3.036 (2.636+0.4)
переход	Промежуточный размер	припуск
2 1	4 4.976	0.976 3.036 (2.636+0.4)

Расчетный размер заготовки 8.012 мм округляем 8мм

6. Проектирование маршрутного плана

Табл. 6

№ операции	Наименование	Станок
005	Фрезерование Фрезеровать поверхность, выдержав.	Вертикально-фрезерный станок 6Р12
010	Сверление Сверление 4-х отверстий.	Сверлильно-фрезерно-расточной станок 2254ВМФ4.
015	Комбинированная Фрезеровать уступ, зенкеровать отверстие.	Сверлильно-фрезерно-расточной станок 2254ВМФ4.
020	Сверлильная Сверлить отверстия 2 шт.	Вертикально-сверлильный станок 2Н150

Проектирование технологических операций:

005 Фрезерная:

Чистовое фрезерование поверхностей от 9,5 мм до 6 мм.

010 Сверлильная:

Чистовое сверление 6 отверстий Ш 18 мм.

015 Комбинированная

Фрезерование уступов R 8 мм. на основании детали.

Зенкерование отверстий.

020 Сверлильная:

Чистовое сверление отверстия Ш 12 мм. на поперечном ребре детали.

7. Расчет режимов резания аналитическим методом.

Расчет режимов резания при сверлении.

Обработка отверстий (8). Расчетная длина резания 6 мм. В качестве оборудования используем станок вертикально-сверлильный, мощность электродвигателя привода основного движения 2,2 кВт. Приспособление - трехкулачковый зажимной патрон. Инструмент - спиральное сверло нормальной серии с цилиндрическим хвостовиком из твердого сплава Т5К10 ГОСТ 22735-77 с углом при вершине сверла 2ц=116є, задним углом б=10є, передним углом г=40є. Длина рабочей части 100 мм.

Глубина резания

,

мм

Подача s=0,2 мм. Учитывая поправку на инструментальный материал (КИS=0,6), имеем s=0,2*0,6=0,12 мм.

Скорость резания



Общий поправочный коэффициент на скорость резания, учитывающий фактические условия резания:

где - коэффициент на обрабатываемый материал,

, (1.9.5),

- коэффициент на инструментальный материал (=1),

- коэффициент, учитывающий глубину сверления (=1).

м/мин

Крутящий момент

Коэффициент, учитывающий фактические условия обработки зависит только от материала обрабатываемо заготовки.

, (1.9.7)

Н*м

Осевая сила

Н

Мощность резания:

где n - частота вращения инструмента

об/мин

кВт

Видно, что потребная мощность меньше располагаемой (1,2 < 2,2), и ничего в спроектированном техпроцессе изменять не нужно.

Основное технологическое время определяется по формуле:

,

где S - подача (мм/об),

n - частота вращения инструмента (об/мин),

l - расстояние, которое прошел инструмент при обработке (мм),

мин

Вспомогательное и подготовительно-заключительное время мы определяем статистическим методом и берем их равными: мин, мин

Тогда штучное время будет равно:

(1.9.12)

мин

Штучно-калькуляционное время, определяется следующим образом:

(1.9.13)

мин

Расчет режимов резания при фрезеровании.

Обработка поверхности (4). Расчетная длина резания 70 мм. Станок вертикально-фрезерный, мощность главного привода 5,5 кВт. Используется электромеханическое приспособление для зажима инструмента. Инструмент - концевая фреза с коническим хвостовиком, оснащенная прямыми пластинами из твердого сплава Т15К6 ТУ 2-035-591-77 со следующими параметрами: длина рабочей части l=16мм, длина всего инструмента L=105мм, диаметр D=16мм, число зубьев z=4.

Подача на зуб sz=0,06 мм/зуб

Скорость резания

(1.9.14)

Общий поправочный коэффициент на скорость резания, учитывающий фактические условия резания

(1.9.3)

где - коэффициент на обрабатываемый материал,

, (1.9.3)

.

- коэффициент на инструментальный материал (=1),

- коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки (=1).

м/мин

Число оборотов шпинделя станка:

,

об/мин

Принимаем число оборотов равным n=1600 об/мин, тогда действительная скорость резания будет равна

, м/мин

Сила резания:

.

Поправочный коэффициент на качество обрабатываемого материала:

, (1.9.17)

Н

Радиальная составляющая силы резания:

, (1.9.18)

Н

Составляющая по которой рассчитывают оправку на изгиб:

, (1.9.19)

Н

Крутящий момент:

, (1.9.20)

Н·м

Мощность резания:

,

кВт

Видно, что потребная мощность значительно меньше располагаемой (0,5 < 5,5), и ничего в спроектированном техпроцессе изменять не нужно.

Основное технологическое время определяется по формуле:

,

где S - подача (мм/об), n - частота вращения инструмента (об/мин), l - расстояние, которое прошел инструмент при обработке (мм),

мин

Вспомогательное и подготовительно-заключительное время мы определяем статистическим методом и берем их равными: мин, мин. Тогда штучное время будет равно:

мин

Штучно-калькуляционное время, определяется следующим образом:

мин

Размещено на Allbest.ru

...