Проектирование технологии изготовления корпуса катода

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

I часть - ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ

1.1 Введение и актуальность выбранного проекта

1.2 Анализ технологичности и назначения детали

1.3 Определение типа производства

1.4 Обоснование метода получения заготовки

1.5 Разработка маршрута обработки детали

1.6 Выбор схем базирования

1.7 Выбор оборудования и технологической оснастки

1.8 Расчет межоперационных припусков

1.9 Расчет режимов резания

1.10 Нормирование операций

II часть - КОНСТРУКТОРСКАЯ

2.1 Назначение, устройство и принцип работы приспособления

2.2 Расчет усилия зажима

2.3 Оценка ожидаемой точности проектируемого приспособления

2.4 Расчет специального режущего инструмента

III часть - ЭКОНОМИЧЕСКАЯ

3.1 Себестоимость технологической операции

Заключение

Список использованной литературы

ПРИЛОЖЕНИЕ

I часть - ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ

1.1 Введение и актуальность выбранного проекта

Машиностроение является главной отраслью народного хозяйства, которая определяет возможности развития других отраслей.

Машиностроительная отрасль развивается и совершенствуется, и одним из такие изобретений является плазменный метод напыления и обработки различных материалов.

Деталь - корпуса катода является сборочной единицей для приспособления плазмотрон, который является источником низкотемпературной плазмы.

В промышленности применяется плазменный переплав и наплавка различных материалов на рабочие поверхности деталей, для уменьшения трения, повышения износостойкости, повышения химической стойкости, антикоррозионные покрытия и т.д.

Плазменная струя применяется так же для механической обработки детали: плазменная фрезеровка, плазменная фасонная резка листового материала толщиной свыше 500 мм.

Целью данного курсового проекта является разработка технологии изготовления корпуса катода. Разработка технологического процесса изготовления с применением современного оборудования - станков с ЧПУ.

Для этого нужно решить следующие задачи: провести анализ технологичности и назначения корпуса катода, определить тип производства и метод получения заготовки, разработать маршрут обработки детали, выбрать оборудование и технологическую оснастку, рассчитать межоперационные припуски и режимы резания, провести нормирование операций, так же сконструировать специальное приспособление и специальные режущий инструмент.

Поэтому актуально совершенствовать и оптимизировать существующие и разрабатывать новые энерго- и материалосберегающих ТП изготовления деталей машиностроения, а также новых наукоемких комбинированных методов обработки заготовок.

1.2 Анализ технологичности и назначения детали

Деталь - корпус катода, которая является одной из основных частей плазмотрона (в корпус устанавливается катод), так как работа приспособления ведется при больших мощностях, то катод разогревается до больших температур, что может привести к аварийной ситуации, чтобы устранить перегрев в корпусе предусмотрены полости и канавки для протока охлаждающей жидкости - воды. При пропускании охлаждающей жидкости около катода повышается КПД плазмотрона и уменьшаются энергетические затраты. Так же в корпусе предусмотрены отверстия для прохождения порошка (выполненные операцией прожига) и магистрали для подвода плазмообразующего газа - аргона.

В корпусе имеются и отверстия крепежного назначения для крепления корпуса катода с остальными сборочными единицами.

Для устранения электропроводности и закарачивания с остальными деталями деталь подвергают твердому анодированию, что приводит к повышению качества всей поверхности до шероховатости Rz 20.

Деталь - корпус катода изготавливается из сплава алюминия АМг6 ГОСТ 4784-97, это относительно не твердый материал обработку которого можно производить при больших скоростях подачи и рабочего хода инструмента, так же возможно применения нового оборудования: обрабатывающих центров, станков с ЧПУ, автоматических линий. Так как годовой объем выпуска составляет 1330 штук, то экономически целесообразней применять станки с ЧПУ.

Так как материал детали с легкостью подвергается пластическим деформациям, следовательно заготовку можно получать штамповкой, ковкой, прокатом или другими способами. При получении заготовки штамповкой ей можно придать форму близкую к форме детали, тем самым снизить до минимума коэффициент использования материала, а при получении заготовки из калиброванного прутка коэффициент возрастает.

В качестве баз при обработке заготовки используются наружные поверхности: торец заготовки и наружная цилиндрическая поверхность. Закрепления производится в трехкулачковом самоцентрирующемся патроне. С точки зрения механической обработки необходимые технологические параметры - чистота поверхностей и точность изготовления корпуса катода вполне допустимы и затруднений при обработке не вызывают.

Из анализа технологичности и конструкции детали можно сделать вывод, что деталь технологична и процесс ее изготовления возможен при применении станков с ЧПУ.

1.3 Определение типа производства

В машиностроении различают условно три основных типа производства: массовое, серийное и единичное. При массовом производстве изделия изготовляются непрерывно в течение нескольких лет. Характерным признаком массового производства является выполнение на большинстве рабочих мест только одной закрепленной операции. При серийном производстве изготовляют серию изделий, регулярно повторяющихся через определенные промежутки времени. Характерный признак серийного производства выполнение на рабочих местах нескольких повторяющихся операций. При единичном производстве выполняются изделия широкой номенклатуры в малых количествах, которые либо не повторяются совершенно, либо повторяются через неопределенное время.

Тип производства зависит от двух факторов, а именно: заданной программы и трудоемкости изготовления изделия. На основании заданной программы рассчитывается такт выпуска изделия tв, а трудоемкость определяется средним штучным временем Тшт по операциям. Отношение этих величин называется коэффициентом серийности:

kc = tв / Tшт,

где tв - величина такта выпуска, мин/шт;

Tшт - среднее штучное время, мин.

Величина такта выпуска рассчитывается по формуле:

tв = Fд·60 / N,

где Fд - действительный годовой фонд работы оборудования в 2 смены, ч/см;

N - годовая программа выпуска деталей.

Годовая программа выпуска N = 1330 шт., действительный годовой фонд работы оборудования Fд = 4015 ч/см.

tв = 4015·60 / 1330 = 181,13 мин / шт.

Штучное время вычисляем по формуле:

Тшт = УТшт i / n,

где Тшт i - штучное время на каждой операции, мин;

n - число операций.

Штучное время, полученное по укрупненному нормированию для операций механической обработки:

Тшт010 = 14,36 мин.;

Тшт015 = 3,5 мин.;

Тшт020 = 12,3 мин.;

Тшт025 = 23,25 мин.;

Тшт035 = 4,6 мин.;

Тшт040 = 3,4 мин;

Тшт050 = 7,6 мин.;

УТшт = 69,01 мин.

Тшт = 69,01 / 7 = 9,86 мин.

kc = 181,13 / 9,86 = 18,37.

Значение kc =18,37 соответствует среднесерийному производству.

Количество деталей в партии для одновременного запуска в производство:

n = N·а / F,

где N - годовая программа выпуска деталей, шт;

а - число дней, на которое необходимо иметь запас деталей, шт;

F - количество рабочих дней в году, шт.

n = 1330·4 / 253 = 21 шт.

1.4 Обоснование метода получения заготовки

На основании анализа конструкции детали, изучения прогрессивных методов получения заготовок следует выбрать наиболее рациональный способ получения заготовки, который будет экономически оправдан и не потребует дополнительных капитальных вложений в производство. При выборе метода получения заготовки необходимо стремиться к максимальному приближению формы и размеров заготовки к размерам и форме готовой детали, что приводит к снижению трудоемкости операций механической обработки. В конкретном случае возможны методы получения заготовок, такие как штамповка на молотах и прессах и заготовка из сортового проката.

Окончательное решение о выборе конкретного способа получения заготовки принимаем после определения и сравнения себестоимости для каждого из возможных способов по [15, с. 66-70].

Предварительно масса заготовки определяется по формуле:

где GД - масса детали, кг;

КВТ - коэффициент весовой точности заготовки.

Себестоимость производства заготовки, без учёта затрат на предварительную механическую обработку:

где С - базовая стоимость 1 тонны заготовок, руб / т;

КТ.О - коэффициент доплаты за термическую обработку и очистку, руб. / т;

GЗАГ - масса заготовки, кг;

КТ - коэффициент, учитывающий точностные характеристики заготовки;

КС - коэффициент, учитывающий серийность выпуска заготовки;

GД - масса детали, кг;

SОТХ - стоимость 1 тонны отходов (стружки), руб.;

КФ - коэффициент, учитывающий инфляцию (по отношению к 1991 г.).

Анализ заготовок из проката

Заготовки из сортового проката получают отрезанием от горячекатаных и холоднотянутых прутков и сразу подвергают механической обработке. При механической обработке валов на настроенных и автоматизированных станках приобретает большое значение точность заготовки. Сортовой прокат можно применять при использовании метода радиального обжатия. Сущность метода заключается в периодическом обжатии и вытягивании по уступам отрезанной из прутка цилиндрической заготовки путем большого числа последовательных и быстрых ударов несколькими специальными матрицами. Вследствие такого обжатия материал пластически деформируется и течет в осевом направлении, уменьшая поперечное сечение заготовки и придавая ей нужную форму.

Масса прокатной заготовки:

кг

Себестоимость производства заготовки - прокатом:

руб

Анализ штампованных заготовок

На прессах можно штамповать детали весом до 200 кг типа плоских поковок (штампуемых в торец), шестерен, крестовин с круглой ступицей, круглых и квадратных фланцев со ступицами, ступенчатых валов, валов-шестерен, поворотных кулаков, рычагов, шатунов, коленчатых валов и т. д.

Штамповка на прессах в 2 - 3 раза производительнее, припуски и допуски на 20 - 30% ниже по сравнению со штамповкой на молотах, расход металла на поковки снижается на 10 - 15%.

Масса штамповки:

кг

Себестоимость производства заготовки - штамповки:

руб

Таким образом, наиболее выгодной является заготовка, полученная штамповкой. Для условий закрепления в трехкулачковом самоцентрирующемся патроне следует проектировать штамповку 2 - 5 класса точности. Так как деталь, рассмотренная в данном курсовом проекте, обрабатывается по всей поверхности, необходимо выбирать прокат 5-го класса точности, как более дешёвый.

1.5 Разработка маршрута обработки детали

Конструкция корпуса катода, его размеры и жесткость, технические требования, программа выпуска - основные факторы, определяющие технологию изготовления и применяемое оборудование.

При проектировании маршрута механической обработки основных поверхностей заготовки, необходимо придерживаться рекомендациями перечисленными ниже.

Первыми необходимо обрабатывать поверхности, которые будут являться базами для последующей обработки. Затем следует обрабатывать поверхности, имеющие максимальные припуски. Далее обработку поверхностей следует производить в зависимости от заданной точности размеров. Чем точнее размер, тем позднее он должен обрабатываться. Также следует исключить возможность повреждения обработанных поверхностей в результате последующей обработки других поверхностей.

При обработке заготовок в качестве технологических баз используют торец и наружная поверхность, которые позволяют обрабатывать почти все поверхности корпуса при закреплении трухкулачковом самоцентрирующемся патроне.

В соответствии с указанными требованиями по геометрической точности, служебным назначением детали и функциональным назначением поверхностей в табл. 1 представлен технологический маршрут механической обработки заготовки.

Таблица 1

№ оп.	Наименование и краткое содержание операций	Базы	Оборудование
005	Заготовительная. Штамповка.
010	Фрезерно-центровальная. Фрезеровать торцы, первый торец с уступами в размер Ш28 и Ш14мм на глубину 6 и 1мм соответственно. Второй торец в размер Ш48 и Ш70мм на глубину 10 и 22мм соответственно. Центровать с двух сторон одновременно	наружная поверхность и торец	Вертикальный сверлильно-фрезерно-расточной с ЧПУ 2254ВМФ4
015	Сверлильная. Сверлить центральное отверстие в размер Ш10.	наружная поверхность и торец	Вертикальный сверлильно-фрезерно-расточной с ЧПУ 2254ВМФ4
020	Токарная с ЧПУ. Точить центральный конус, канавку Ш12 и нарезать резьбу М42х1,5 и точение круговых канавок глубиной 4 и 1мм Ш 40 и Ш 42,4 соответственно, предварительно с припуском под чистовое точение. Точить поверхности начисто. База: поверхности центрованных отверстий.	наружная поверхность и торец	Вертикальный сверлильно-фрезерно-расточной с ЧПУ 2254ВМФ4
025	Сверлильная. Сверлить 4 ступенчатых отверстия Ш10/Ш6.	наружная поверхность и торец	Вертикальный сверлильно-фрезерно-расточной с ЧПУ 2254ВМФ4
030	Сверлильная. Сверлить технологические отверстия размером Ш2,9мм, так же сверлить отверстия Ш3 (4отв), Ш6 (4отв), Ш6,2, Ш4, Ш8 (2отв). Со стороны второго торца сверлить отверстия Ш5, Ш8, Ш3,5 (4отв), и отверстия перпендикулярные оси Ш5 (2отв) и Ш4.	наружная поверхность и торец	Вертикальный сверлильно-фрезерно-расточной с ЧПУ 2254ВМФ4
035	Прожиг. Прожечь перемычки шириной 7мм. И прожечь отверстия Ш5 (Д) не допуская при этом прорыва кольцевых полок Е.
040	Химическая. Твердое анодирование.
045	Слесарная. Зачистить заусенцы.
050	Моечная: промывка детали.		Моечная машина
055	Контрольная. Контроль детали.
060	Упаковочная.

1.6 Выбор схем базирования

Число и расположение базовых поверхностей должно быть выбрано так, чтобы создать достаточную и надежную установку обрабатываемой детали относительно направления движения режущих инструментов. Этого можно достичь, если лишить заготовку всех 6 степеней свободы (3 поступательных и 3 вращательных движения).

При выборе баз необходимо повышать технологичность конструкции с точки зрения механической обработки.

При обработке корпуса катода необходимо соблюдать соосность всех выполняемых элементов при перестановки детали и смены станка, это очень легко соблюсти при закреплении заготовки в трехкулачковом самоцентрирующемся патроне.

Базирование в трехкулачковом самоцентрирующемся патроне лишает деталь шести степеней свободы (рис 1).



Рисунок 1. Схема базирования в трехкулачковом самоцентрирующемся патроне

1.7 Выбор оборудования и технологической оснастки

В условиях среднесерийного производства целесообразно применять специальные приспособления, предназначенные для выполнения одной или нескольких технологических операций.

Для большей производительности и простоты работы для обработки и изготовления данной детали учитывая масштабы производства (среднесерийное производство), габаритные размеры детали (Ш70х42) целесообразно применять следующее оборудование: много целевой вертикальный станок.

Вертикально-сверлильно-фрезерно-расточной с ЧПУ 2254ВМФ4:

· точность позиционирования 0,012

· вместимость инструментального магазина 30

· время смены инструмента, с 5

· частота вращения шпинделя, об/мин 40…2500

· рабочая подача по осям X, Y, Z, мм/мин 1…10000

· скорость быстрого перемещения по осям X, Y, Z, мм/мин 10000

· наибольшее усилие подачи по осям X, Y, Z, кН 10

· мощность электродвигателя привода гл. движ., кВт 6,3

· масса, кг 6500

· габариты 4300х3500х3800

1.8 Расчет межоперационных припусков

Расчёт припусков на механическую обработку производится после выбора оптимального для данных условий технологического маршрута и выбора метода получения заготовки.

Припуск - слой материала, удаляемый с поверхности заготовки в целях достижения заданных свойств обрабатываемой поверхности детали. Припуск на обработку поверхностей может быть назначен по справочным таблицам или на основе расчётно-аналитического метода.

Расчётной величиной припуска является минимальный припуск на обработку, достаточный для устранения на выполняемом переходе погрешностей обработки и дефектов поверхностного слоя, полученных на предшествующем переходе, и для компенсации погрешностей, возникающих на выполняемом переходе.

Расчёт припусков производится расчётно-аналитическим методом по [15, с. 121-127].

Расчет припусков на механическую обработку отверстия Ш 10 Н5

Рассчитаем припуски на обработку и промежуточные предельные размеры этой поверхности. Результаты расчёта припусков и операционных размеров заносятся в таблицу 2.

Таблица 2 - Результаты расчета припусков на обработку и предельных размеров по технологическим переходам

Маршрут обработки поверхности Ш10Н5()	Элементы припуска, мкм	Расчетный	Доп. на разм мкм	Принятые размеры по переходам, мм	Предельный припуск, мкм
	Rz	h	Д?	е	Припуск 2Zi, мкм	Миним. , мм		Наиб.	Наим.	Zmax	Zmin
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Сверление:
черновое	40	60	6	10	111,66	10,088	150	10,238	10,1	-	-
чистовое	32	40	0,24	10	82	10,006	58	10,064	10,0	0,192	0,1
Анодирование	10	10	100	0	-	-	-	-

Вся указанная обработка выполняется с установкой в самоцентрирующемся трехкулачковом патроне.

Заносим маршрут обработки в графу 1 табл. 2. Данные для заполнения граф 2, 3 для заготовки [15, с. 242]; для механической обработки [15, с. 241]. Данные графы 8 для заготовки [13, с. 259], а для механической обработки [15, с. 228].

Минимальный припуск при обработке поверхностей вращения в центрах:

,

где Rzi-1 -- высота неровностей профиля по десяти точкам на предшествующем переходе;

hi-1 -- глубина дефектного поверхностного слоя на предшествующем переходе;

i-1 -- суммарное отклонение расположения поверхности (отклонение от параллельности, перпендикулярности, соосности) на предшествующем переходе;

еi2 - погрешность установки заготовки на выполняемом переходе.

Отклонение расположения поверхностей ДУк для штампованной заготовки при обработке в трех кулачковом самоцентрирующемся патроне определяют по табл. 4 [13, с. 327].

ДУ = ,

где Диз - изогнутость оси на 1 мм длины, мкм;

Дсм - смещение оси, мм.

ДУ = = 120 мкм.

Величина остаточных пространственных отклонений определяем по формуле:

ДУ = Ку·ДУ-1,

где Ку - коэффициент уточнения по прил.14 [15, с. 235].

ДУ-1 - отклонение расположения поверхностей на предшествующем переходе.

Величина остаточных пространственных отклонений для предварительного рассверливания отверстий:

ДУ = 120 · 0,05 = 6 мкм.

Величина остаточных пространственных отклонений для последующего сверления:

ДУ = 6 · 0,04 = 0,24 мкм.

Расчетные величины отклонений расположения поверхностей заносятся в графу 4 табл. 2.

Минимальные припуски на диаметральные размеры для каждого перехода рассчитываются по формуле минимального припуска при обработке поверхностей в самоцентрирующемся трехкулачковом патроне.

Черновое сверление:

мкм

Чистовое сверление:

мкм

Расчетные значения припусков заносятся в графу 6 табл. 2.

Расчёт наименьших размеров по технологическим переходам начинается с наименьшего размера детали по чертежу и производится в зависимости di+1 = di + Zi min в последовательности:

dчистов.сверл. = 10,0 + 0,006 = 10,006 мм;

dчерн. сверл. = 10,006 + 0,082 = 10,088 мм;

Наименьшие расчетные размеры заносятся в графу 7 табл. 2. Наименьшие предельные размеры (округленные) - в графу 10 табл. 2.

Наибольшие предельные размеры по переходам рассчитывается по зависимости di max = di min + Td i в последовательности:

dчист. сверлен. = 10,006 + 0,058 = 10,064 мм;

dчерн. сверл. = 10,088 + 0,150 = 10,238 мм;

Результаты расчетов вносятся в графу 9 табл. 2.

Фактические минимальные и максимальные припуски по переходам:

Максимальные припуски: Минимальные припуски:

10,238 - 10,064 = 0,192 10,1 - 10,0 = 0,1

Результаты расчетов заносятся в графы 11 и 12 табл.2.

Расчёт общего наибольшего припуска производится по формуле:

Z0max = УZmax,

Z0max = 0,192мм.

Размер общего наименьшего припуска рассчитывается по формуле:

Z0min = УZmin,

Z0min = 0,1 мм.

Проверка правильности расчётов припусков проводится по формуле:

Z0max - Z0min = Tз - Тд,

0,192 - 0,1 = 0,150 - 0,058 = 0,092 мм.

Таким образом, в результате расчетов назначаются межоперационные припуски на механическую обработку.

Расчет припусков на механическую обработку при фрезеровании торцовой ступенчатой поверхности глубиной 6+0,1 мм.

Рассчитаем припуски на обработку и промежуточные предельные размеры при фрезеровании торцевых поверхностей корпуса катода с выдерживанием размера Ш28-70 мм с длиной 36 мм и глубиной 6+0,1. Результаты расчёта припусков и операционных размеров заносятся в таблицу 3.

Таблица 3 - Результаты расчета припусков на обработку и предельных размеров по технологическим переходам

Маршрут обработки плоской поверхности	Элементы припуска, мкм	Расчетные величины	Доп. на разм мкм	Принятые размеры по переходам, мм	Предельный припуск, мм
	Rz	h		е	Припуск 2Zi, мкм	Максим. разм, мм		Наиб.	Наим.	Zmax	Zmin
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Штамповка	80	150	18	-		6,358	2000	8,358	6,4
Фрезерование	32	50	0,72	10	258	6,1	120	6,220	6,1	2,18	0,3

Маршрут обработки заносится в графу 1. Данные для заполнения граф 2, 3 для штамповки взяты из табл. 1 [13, с. 335], для механической обработки - из табл. 5 [13, с. 336]. Данные графы 8 для заготовки взяты из табл. 77 [13, с. 336], а данные для обработки резанием - из прил. 2 [15, с. 228].

Минимальный припуск при последовательной обработке противоположных поверхностей (односторонний припуск):

Величину отклонений расположения поверхностей ДУ для определяют по табл. 4 [13, с. 327].

Д = 300 мкм

Фрезерование. Величина остаточных пространственных отклонений определяется по формуле:

Д фрез. = Ку·ДУ,

где Ку - коэффициент уточнения.

Ку выбирается по табл. 29 [13, с. 338].

Д фрез = 0,06·300 = 18 мкм

Расчёт минимальных припусков на линейные размеры для перехода производим по формуле минимального припуска.

Фрезерование:

Zi min = (80 + 150 + 18 + 10) = 258 мкм

Расчетные значения припусков заносятся в графу 6 табл. 3.

Расчёт наибольших расчётных размеров по технологическим переходам производится, прибавлением значения величины припуска на выполняемый переход к наибольшим предельным размерам:

Dпрокат = 6,1 + 0,258 = 6,358 мм.

Наибольшие расчетные размеры заносятся в графу 7 табл. 3. Наибольшие предельные размеры (округленные) заносятся в графу 10 табл. 3.

Затем определяются наименьшие предельные размеры по переходам:

Dфрез = 6,1 + 0,120 = 6,220 мм;

Dштамп = 6,358 +2,0 = 8,358 мм;

Результаты расчетов вносятся в графу 9 табл. 3.

Расчёт фактических максимальных и минимальных припусков по переходам производится, вычитанием соответственно значения наибольших и наименьших предельных размеров, соответствующих выполняемому и предшествующему технологическим переходам.

Максимальные припуски:

Zmax фрез = 8,358 - 6,220 = 2,18 мм;

Минимальные припуски:

Zmin фрез = 6,4 - 6,1 = 0,3 мм.

Расчёт общего наибольшего припуска производится по формуле:

Z0max = УZmax,

Z0max = 2,18 мм.

Размер общего наименьшего припуска рассчитывается по формуле:

Z0min = УZmin,

Z0min = 0,3 мм.

Проверка правильности расчётов припусков проводится по формуле:

Z0max - Z0min = Tз - Тд,

2,0 - 0,120 = 2,18 - 0,3 = 1,88 мм.

Таким образом, в результате расчетов назначаются межоперационные припуски на механическую обработку.

1.9 Расчет режимов резания

корпус катод заготовка патрон

Расчёт режимов резания ведётся одновременно с заполнением операционных или маршрутных карт технологического процесса. Совмещение этих работ исключает необходимость дублирования одних и тех же сведений в различных документах, так как в операционных картах должны быть записаны данные по оборудованию, способу обработки, характеристики обрабатываемой детали и др., которые используются для расчётов режимов резания и не должны вторично записываться как исходные данные для выполнения расчёта.

Чистовое сверление отверстия Ш10

Расчет режимов резания для сверления производится по [14, с. 381-401].

Обработка производится на вертикально-сверлильно-фрезерно-расточном станке с ЧПУ модели 2254ВМФ4, сверлом из быстрорежущей стали Р6М5, обрабатываемый материал - алюминий АМг6.

Глубина резания t, мм, при сверлении принимается 0,5D и равна t = 5,0 мм.

Подача s, мм/об, при сверлении принимается исходя из материала сверла, материала заготовки и составляет 0,5 мм/об.

Скорость резания v при сверлении, м/мин:

где Cv - коэффициент, зависящий от вида обработки, материала режущей части и характеристики подачи, 40,7;

q, y, m - показатели степени, зависящие от вида обработки, материала режущей части и характеристики подачи, 0,25, 0,40, 0,125;

T - средний период стойкости сверла, 35 мин;

t - глубина резания, 5,0 мм;

s - подача, 0,5 мм/об;

Kv - общий поправочный коэффициент на скорость резания, учитывающий влияние материала заготовки.

где Kмv - коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала, 0,1;

Kиv - коэффициент на инструментальный материал, 1,0;

Kiv - коэффициент, учитывающий глубину сверления, 1,0.

Скорость сверления:

Частоту вращения шпинделя находим по формуле:

где d - диаметр отверстия, 10 мм.

мин-1

мин-1



Крутящий момент, Нм, и осевую силу, Н, рассчитываем по формуле:

Для Мкр: для Ро:

См = 0,005 Ср = 9,8

q = 2,0 q = 1.0

x = - x = -

y = 0,8 y = 0,7

Нм

Н

Мощность резания, кВт

Вт

Выбранные режимы резания по мощности приемлемы к данной модели станка, ( 9,10 Вт).

Фрезерование торцевой поверхности Ш28/Ш70 с глубиной 6 мм

Расчет режимов резания при фрезеровании производится по [14, с. 402-413].

Обработка производится на вертикально-сверлильно-фрезерно-расточном станке с ЧПУ модели 2254ВМФ4, сверлом из быстрорежущей стали Р6М5 с охлаждением, обрабатываемый материал - алюминий АМг6.

Глубина фрезерования t, мм, определяется продолжительностью контакта зуба фрезы с заготовкой. Для данного случая t = 0,5 мм.

Ширина фрезерования В, мм, равна ширине. В = 21 мм.

Подача на один зуб фрезы при фрезеровании sz = 0,10 мм.

Скорость резания v, м/мин - окружная скорость фрезы:

где Cv - коэффициент, зависящий от вида обработки, материала режущей части фрезы и характеристики подачи, 64,7;

q, x, y, u, p, m - показатели степени, зависящие от вида обработки, материала режущей части фрезы и характеристики подачи, 0,25; 0,1; 0,2; 0,15; 0; 0,2;

T - средний период стойкости фрезы, 90 мин;

D - диаметр фрезы, 21 мм;

t - глубина фрезерования, 0,5 мм;

В - ширина фрезерования, 21 мм;

z - число зубьев фрезы, 8 шт;

sz - подача на один зуб фрезы, 0,1 мм/зуб;

Kv - общий поправочный коэффициент на скорость резания, учитывающий влияние материала заготовки.

где Kмv - коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала, 0,1;

Kпv - коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки, 1,0;

Kиv - коэффициент, учитывающий материал инструмента, 1,0.

Скорость резания:

м/мин.

Частота вращения шпинделя определяется по формуле:

где D - диаметр фрезы, мм.

мин-1.

мин-1.

Главная составляющая силы резания при фрезеровании - окружная сила, Н

где Cp - коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала, материала режущей части и вида обработки, 82,5;

x, y, n, q, w - показатели степени, зависящие от обрабатываемого материала, материала режущей части и вида обработки, 0,95; 0,8; 1,1; 1,1; 0;

t - глубина резания, 0,5 мм;

B - ширина фрезерования, 21 мм;

z - число зубьев фрезы, 8 шт;

sz - подача, 0,1 мм/зуб;

D - диаметр фрезы, 21 мм;

n - частота вращения фрезы, 950 мин-1;

Kmp - поправочный коэффициент на качество обрабатываемого материала, 1,0.

Окружная составляющая силы резания при фрезеровании:

Н

Крутящий момент, Н·м, на шпинделе

Н·м

Мощность резания, кВт:

Вт

Мощность резания эффективная с учётом потерь, кВт:

NЭ = Ne·µ,

где µ - потери мощности на валах и подшипниках.

NЭ = 6,3 · 0,85 = 5,4 кВт

N < NЭ;

0,069 кВт < 5,4 кВт

Условие по мощности оборудования выполняется.

1.10 Нормирование операций

Рассчитываем нормы времени для операции 010 фрезерная

Основное время обработки при фрезеровании, когда инструмент движется по окружности:

L = 2 р R

где R - радиус окружности;

где L - длина рабочего хода инструмента, мм;

i - число рабочих ходов;

sм - минутная подача инструмента, мм/мин.

Фрезерование первой торцевой поверхности с Ш 28 и глубиной 1мм:

мин

Фрезерование первой торцевой поверхности с Ш 70 и глубиной 6 мм:

мин

Фрезерование второй торцевой поверхности с Ш 48 и глубиной 10мм:

мин

Фрезерование первой торцевой поверхности с Ш 70 и глубиной 22 мм:

мин

Суммарное основное время на выполнение операции:

То = 0,116 + 1,74 + 1,97 + 2,89 = 6,7 мин

Определяем штучное время:

где То -- основное (технологическое) время, мин;

Тв -- вспомогательное время, мин;

Тус -- время установки и снятия заготовки;

Тпер -- время, связанное с выполнением перехода (или операции);

Тизм -- время на измерения.

Рассчитываем подготовительно-заключительное время:

Тпз = 17 мин

Тпз состоит из:

1. Получение наряда, чертежа, технологической документации;

2. Получение режущего и вспомогательного инструмента, приспособления, заготовки;

3. Ознакомление с работой, чертежом, технологической документацией, осмотр заготовки;

4. Инструктаж мастера.

Критерием оценки трудоемкости является норма штучно-калькуляционного (Тшк) или штучного (Тш) времени.

,

где Тп.з.- подготовительно-заключительное время, мин, на партию запуска заготовок в производство nз, шт.

Основное технологическое время на операцию 010 То = 6,7 мин., штучное время Тшт = 25,26 мин., штучно-калькуляционное время Тш.к. = 30,93 мин.

Рассчитываем нормы времени для операции 025 сверления

Основное время обработки при сверлении:

где L - длина пути, проходимого инструментом в направлении подачи при обработке, мм;

V - скорость сверления, мм/мин

Сверление ступенчатого отверстия Ш6/Ш10:

мин

Суммарное основное время на выполнение операции:

То = 0,36 мин

Определяем штучное время:

где То -- основное (технологическое) время, мин;

Тв -- вспомогательное время, мин;

Тус -- время установки и снятия заготовки;

Тпер -- время, связанное с выполнением перехода (или операции);

Тизм -- время на измерения.

Рассчитываем подготовительно-заключительное время:

Тпз = 10 мин

Тпз состоит из:

1. Получение наряда, чертежа, технологической документации;

2. Получение режущего и вспомогательного инструмента, приспособления, заготовки;

3. Ознакомление с работой, чертежом, технологической документацией, осмотр заготовки;

4. Инструктаж мастера.

Критерием оценки трудоемкости является норма штучно-калькуляционного (Тшк) или штучного (Тш) времени.

,

где Тп.з.- подготовительно-заключительное время, мин, на партию запуска заготовок в производство nз, шт.

Основное технологическое время на операцию 010 То = 0,36 мин., штучное время Тшт = 5,2 мин., штучно-калькуляционное время Тш.к. = 8,5 мин.

Провели анализ технологичности и назначения корпуса катода, определили тип производства и метод получения заготовки, разработали маршрут обработки детали, выбрали оборудование и технологическую оснастку, рассчитали межоперационные припуски и режимы резания, провели нормирование операций.

II часть - КОНСТРУКТОРСКАЯ

2.1 Назначение, устройство и принцип работы приспособления

Трехкулачковый самоцентрирующийся патрон предназначен для закрепления заготовки в процессе механической обработки.

Этот патрон наиболее удобен и надежен для закрепления деталей цилиндрической формы. Они выполняется с ручным приводами для шпинделей с резьбовыми концами.

Самоцентрирующися ключевой трехкулачковый патрон выполняются спирально-реечного типа со сборными кулачками. Ключевой спирально-реечный патрон с плоской (Архимедовой) спиралью и конической зубчатой передачей к спиральному диску. Конструкция трехкулачкового спирально-реечного самоцентрирующиго токарного патрона для шпинделей с резьбовым концом показан на рисунке 2.

Рисунок 2. Конструкция трехкулачкового спирально-реечного самоцентрирующиго токарного патрона для шпинделей с резьбовым концом

В стальной корпус 1 патрона установлен спиральный диск 2, находящийся в зацеплении с рейками 3. Во время вращения диска рейки перемещаются в Т-образных пазах корпуса. Диск 2 приводится во вращение при помощи одного из трех конических колес 6, вмонтированных в радиальные отверстия корпуса и законтренных в нем штифтами 8. Крышка 7 удерживает спиральный диск 2 от перемещения в осевом направлении и одновременно служит для защиты от попадания грязи и мелкой стружки в патрон. В крестообразном пазу реек 3 устанавливаются и закрепляются винтами 4 прямые или обратные накладные кулачки 5. В ряде случаев патроны изготовляются с цельными прямыми и обратными кулачками с нарезанными на их основаниях рейками для непосредственного сопряжения со спиральным диском 2.

Три винта в этих патронах связаны общей конической передачей, приводимой в действие ключом посредством червячной пары. Кулачки являются полугайками и при вращении винтов осуществляют радиальное перемещение и зажим деталей.

Преимущества патронов с винтовым центрирующим механизмом заключаются в следующем.

1. Контакт винтовых-поверхностей, осуществляемый по всей ширине кулачка (который работает как полугайка) обусловливает пониженные давления в сопряжении и повышенную износоустойчивость.

2. Возможность закаливать и шлифовать резьбу винтовой пары на обычном резьбошлифовальном станке.

3. Возможность пользоваться одним комплектом переворачиваемых кулачков.

Патроны этой конструкции обеспечивают большую силу зажима, а при качественном изготовлении и высокую точность центрирования (до 0,02 мм); в условиях нормальной эксплуатации точность центрирования должна сохраняться в течение длительного периода времени.

2.2 Расчет усилия зажима

На заготовку, закрепленную в трехкулачковом патроне, действует момент резания Мрез. Заготовка удерживается от проворота моментом трения между кулачком и заготовкой. Условия равновесия записаны в виде уровнени:

где К - гарантируемый коэффициент запаса;

Мрез - момент резания;

f1 - коэффициент трения, f1 = 0,16;

R1 - диаметр закрепляемой заготовки, R1 = 70 мм.

где Ко - коэффициент гарантированного запаса, Ко =1,5;

К1 - коэффициент учитывающий увеличение сил резания из-за случайных неровностей на обрабатываемых поверхностях, К1 =1,0;

К2 - коэффициент характеризующий увеличение сил резания вследствие затупления режущего инструмента, К2 =1,2;

К3 - коэффициент, учитывающий увеличение сил резания при прерывистом резании, при прерывистом растачивании К3 =1,0;

К4 - коэффициент характеризующий постоянство силы закрепления в зажимном механизме приспособления, К4 =1,3;

К5 - коэффициент характеризующий эргономику ручных зажимных механизмов приспособления К5 =1,0;

К6 - коэффициент учитывающий расположение опорных точек, К6 =1,0.

<2,5

Принимаем коэффициент запаса К = 2,5

По зависимости:

Условие закрепления выполняется.

2.3 Оценка ожидаемой точности проектируемого приспособления

Погрешность установки еу, как одна из составляющих общей погрешности выполняемого размера, суммируется из следующих погрешностей: базирования , закрепления и погрешности положения заготовки, вызываемой не точностью приспособления . По своему физическому смыслу величина выражает погрешность положения заготовки.

Погрешностью базирования называют отклонение фактического положения от требуемого. Она возникает при не совмещении измерительной и технологической баз заготовки.

Погрешность базирования , так как технологическая база, относительно которой настроен инструмент на диаметр10 Н5 , совпадает с измерительной базой этого размера.

Для расчёта точности изготовления приспособления используем формулу:

где д1 - допуск выполняемого при обработке размера заготовки, мкм.;

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

Кт1 - коэффициент, учитывающий уменьшение предельного значения погрешности базирования при работе на настроенных станках: Кт1 = 0,8…0,85;

Кт2 - коэффициент, учитывающий долю погрешности обработки в суммарной погрешности, вызываемой факторами, не зависящими от приспособления: Кт2 = 0,6…0,8;

щ -экономическая точность обработки;

еб - погрешность базирования заготовки в приспособлении, мкм;

ез- погрешность закрепления заготовки, возникающая в результате действия сил зажима, мкм;

еу - погрешность установки приспособления на станке, мкм;

еи - погрешность положения заготовки, возникающая в результате изнашивания элементов приспособления, мкм;

еп - погрешность от перекоса инструмента, мкм.

Величина износа:

еи=2N

где N - число контактов заготовки с опорой в год;

2 - постоянная, 2 =

еu =

еи =133мкм

Погрешность закрепления заготовки представляет собой разность наибольшей и наименьшей проекции смещения измерительной базы на направлении выполняемого размера при приложении к заготовке силы закрепления. , так как измерительная база перемещается при зажиме заготовки в собственной плоскости .

Составляющая еу выражает погрешность установки приспособления на станке. Так как осуществляется надежный контакт установочной плоскости приспособления, еу = 0 мкм.

Величины еу, и это расстояния между предельными проекциями измерительной базы обрабатываемых заготовок на направлении выполняемого размера. Для указанных значений величин найдем погрешность приспособления.

Подставив в формулу числовые значения, получим:

мм

Погрешность установки как суммарное поле случайных величин:

Для принятой схемы установки условие выполняется, допустимое отклонение от параллельности при точении наружной поверхности Ш70+0,2 больше погрешности установки: 65 < 200.

2.4 Расчет специального режущего инструмента

Для сверления ступенчатого отверстия при механической обработки корпуса катода используется специальный металлорежущий инструмент - ступенчатое перовое сверло. Сверла данного типа изготавливаются из быстрорежущей стали Р6М5.

Первый диаметр D1 = 6 мм

Второй диаметр D2 = 10 мм

Диаметр державки D3 = 12 мм

Длина режущей части l1 = 10 мм

Длина режущей части l2 = 10 мм

Общая длина сверла L = 100 мм

Угол заточки 2ц = 118

Геометрические параметры режущей части сверла выбираем по рекомендациям при обработке алюминия.

Задний угол б = 10

Задний угол б1 = 6

Задний угол б2 = 15

Таким образом, выбраны геометрические параметры режущего инструмента.

Расчёт на прочность режущего инструмента

Напряжение на кручение:

где - момент сопротивления кручению

здесь - полярный момент инерции

- радиус кручения

Момент сопротивления для рассматриваемого случая:

где - первый диаметр сверла

- диаметр посадочного отверстия



Должно выполняться условие:

Условие на прочность выполнено.

Сконструировали и рассчитали специальное приспособление - трехкулачковый самоцентрирующийся патрон и так же сконструировали и произвели расчет на прочность специального режущего инструмента - ступенчатого перового сверла.

III часть - ЭКОНОМИЧЕСКАЯ

Себестоимость технологической операции

Технологическая себестоимость выполнения операции определяется:

,

где Зо и Зв.р - заработная плата соответственно станочника (основного рабочего) и наладчика(вспомогательного рабочего);

Ао - амортизационные отчисления от оборудования;

Ат.о - амортизационные отчисления от технологического оснащения;

Ро - затраты на ремонт и обслуживание оборудования;

И - затраты на инструмент;

Ло - затраты на силовую электроэнергию;

Пл - затраты на амортизацию и содержание производственных площадей;

Ппр - затраты на подготовку и эксплуатацию управляющих программ (для станков с ЧПУ).

Заработная плата станочника с учетом всех видов доплат и начислений

,

где Но.ч. - норматив часовой заработной платы станочника соответствующего разряда, Но.ч = 1,78 руб/ч;

tш.к. =8,5 мин;

Км - коэффициент, учитывающий оплату основного рабочего при многостаночном обслуживании, определяется в зависимости от обслуживаемых станков, Км =1;

Кц1 = 8.

Заработная плата наладчика

где Нн.г. - норматив годовой заработной платы наладчика соответствующего разряда, Нн.г. = 2939 руб/год;

m - число смен работы станка, m = 2 смены;

Ко.н. - число станков, обслуживаемых наладчиком в смену, Ко.н. = 1;

Fд - действительный годовой фонд времени оборудования, Fд = 3805 ч.

Амортизационные отчисления от стоимости оборудования

где Ф - стоимость оборудования с учетом затрат на трансформирование и монтаж станка;

Ц - оптовая цена оборудования, Ц = 1562340 руб;

Кц2 =8;

На - общая норма амортизационных отчислений, На = 14,1%

Амортизационные отчисления от технологического оснащения, приходящиеся на одну деталь при сроке службы оснастки 2 года

где Фт.о. - стоимость технологического оснащения, Фт.о. = 30 руб.;

Nг - годовая программа выпуска деталей.

Затраты на ремонт и обслуживание оборудования

где Нм, Нэ - нормативы годовых затрат на ремонт соответственно механической и электрической частей оборудования;

Нм = 30,8 руб/год;

Нэ = 7,3 руб/год;

Кн, Кэ - категория сложности ремонта механической и электрической частей оборудования, Км = 14, Кэ = 24;

Кт - коэффициент, зависящий от класса точности оборудования, Кт = 1;

Кц3 = 10

руб

Затраты на инструмент

где 1.4 - коэффициент, учитывающий затраты на переточки инструмента;

Фи - цена единицы инструмента, Фи = 310 руб.;

зм - коэффициент машинного времени;

Тсл.и. - срок службы инструмента до полного износа, Тсл.и.= 200 мин.

,

Затраты на силовую электроэнергию

где Цэ- цена электроэнергии, Цэ = 1,50 руб за 1кВт;

Nэ - установленная мощность электродвигателя станка, Nэ = 6,3 кВт;

зз.о. - общий коэффициент загрузки электродвигателя станка, зз.о. = 0,5;

Кц5 = 40

Затраты на содержание и амортизацию производственных площадей

где Нп - норматив издержек, приходящийся на 1 м2 производственной площади, Нп = 10 руб./м2, при 2-х сменной работе;

Пу - удельная площадь, приходящаяся на станок и равная габаритной площади станка, умноженная на коэффициент, учитывающий добавочную стоимость;

Кс.у. - коэффициент, учитывающий площадь для систем управления станков с ЧПУ, Кс.у. = 1,5…2,0;

Кц6 = 8.

Затраты на подготовку и эксплуатацию управляющих программ

где ч - стоимость программы, ч = 36 руб;

КВ - коэффициент, учитывающий потребность в восстановлении программоносителя, КВ = 1,1;

Тд - срок выпуска данной детали, Тд = 1 год;

Кц7 =8.

Рассчитали себестоимость технологической операции для всей годовой программы выпуска, определили экономическую целесообразность выполнения данной операции.

Заключение

В ходе проделанной работы был произведён анализ технологичности детали, выбран наиболее экономически выгодный способ получения заготовки, разработан технологический маршрут механической обработки литого корпуса катода, произведены расчёты припусков и оптимальных режимов резания, спроектирован специальный режущий инструмент, а также рассчитано и сконструировано специальное станочное приспособление. В экономической части проекта рассчитывается себестоимость технологической операции.

Список использованной литературы

1. Добрыднев И.С. Курсовое проектирование по технологии машиностроения.-М.:Машиностроение,1985. - 184 с.

2. Горбацевич А.Ф., Шкред В.А. Курсовое проектирование по технологии машиностроения. - Минск: Высшая школа, 1975 . 289 с.

3. Гжиров Р.И. Краткий справочник конструктора: Справочник.- Л.: Машиностроение, 1983.- 464 с.

4. Справочник инструментальщика. Ординарцев И.А. и др. - Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1987.846 с.

5. Общемашиностроительные нормативы времени и режимов резания для нормирования работ, выполняемых на универсальных и многоцелевых станках с числовым программным управлением. Ч.1. Нормативы времени.- М.: Экономика, 1990.- 207 с.

6. Справочник металлиста в 5-ти томах, Т.3. Болотин Х.Л. - М.: Машиностроение.

7. Металлорежущие инструменты: Учебник для вузов / Г.Н. Сахаров, О.Б. Арбузов, Ю.Л. Боровой и др. - М.: Машиностроение, 1989. - 328 с.: ил.

8. Справочник молодого инструментальщика по режущему инструменту / Гладилин А.Н., Малевский Н.П. Для проф. - техн. учебн. заведений. М., «Высшая школа», 1973. 320 с. ил.

9. Курсовое проектирование по технологии машиностроения: учеб. Пособие/ С.К.Сысоев, В.А Левко, Д.Б. Скороделов, З.С. Дроздова. - Красноярск.: САА, 1995.- 64 с.

10. Схиртладзе А.Г., Новиков В.Ю. Станочные приспособления: Учеб. Пособие для вузов. - М.: Высш. Шк.,2001. - 110 с.: ил.

11. Технология машиностроения: В 2 т. Т.1 Основы технологии машиностроения: Учебник для вузов/ В.М. Бурцев, А.С. Васильев, А.М. Дальский и др.; Под ред. А. М. Дальского.- М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1999.- 564 с., ил.

12. Технология машиностроения: В 2 т. Т.2 Основы технологии машиностроения: Учебник для вузов/ В.М. Бурцев, А.С. Васильев, О.М. Деев и др.; Под ред. Г.Н. Мельникова.- М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001.- 640 с., ил.

13. Справочник технолога - машиностроителя. В 2-х т. Т.1 / Под ред. А.М. Дальского, А.Г. Косиловой, Р.К. Мещерякова, А.Г. Суслова.- 5-е изд., исправл. - М.: Машиностроение - ,2003 г.. 912 с., ил.

14. Справочник технолога - машиностроителя. В 2-х т. Т.2 / Под ред. А.М. Дальского, А.Г. Косиловой, Р.К. Мещерякова, А.Г. Суслова.- 5-е изд., исправл. - М.: Машиностроение - ,2003 г.. 944 с., ил.

15. Технология машиностроения: Сборник задач и упражнений: Учеб. Пособие / В.И. Аверченков и др.; Под общ. ред. В.И. Аверченкова и Е.А. Польского. - 2-е изд., перераб. И доп. - М.: ИНФРА - М, 2005. - 288 с. - (Высшее образование).

16. Обработка металлов резанием: Справочник технолога / А.А. Панов, В.В. Аникин, Н.Г. Бойм и др.; Под общ. ред. А.А. Панова. 2 - е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 2004. - 784 с.: ил.

17. Корсаков В.С. Основы конструирования приспособлений: Учеб. Для вузов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1983. - 277 с., ил.

18. Горошкин А.К. Приспособления для металлорежущих станков. Справочник. Изд. 6-е. М.: Машиностроение, 1971. с.384.

19. Станочные приспособления: справочник / Под ред. Б.Н. Вардашкина. Т. 1. - М.: Машиностроение, 1984. - 592 с.

20. Иноземцев Г.Г. Проектирование металлорежущих инструментов: Учеб. Пособие для втузов. - М.: Машиностроение, 1984. - 272 с., ил.

21. Кудинов В.В., Бобров Г.В. Нанесение покрытий напылением. Теория, технология и оборудование. Учебник для вузов. -М.: Металлургия, 1992. -432 с.

Размещено на Allbest.ru

...