Проектирование технологии изготовления вала сетевого насоса

Вал сетевого насоса как деталь, на которую устанавливается зубчатое колесо: рассмотрение способов усовершенствования технологии изготовления. Основные особенности выбора метода получения заготовки. Этапы расчета планируемой погрешности приспособления.

Рубрика Производство и технологии
Вид дипломная работа
Язык русский
Дата добавления 30.01.2013
Размер файла 271,5 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

вал сетевой насос деталь

В условиях рыночных отношений ориентация на потребителя, а также реализация всех принципов менеджмента качества обеспечивают рождение самоорганизующихся и самонастраивающихся производств, способных сохранять в условиях быстрых изменений во внешней среде конкурентоспособность, т. е. устойчивость в своем развитии.

В настоящее время в России и за рубежом широко внедряются принципы всеобщего управления качеством. Вопрос значимости применения этих принципов для решения проблем устойчивого развития трансформируется в вопрос значимости корпоративного менеджмента и, следовательно, устойчивости предприятий вообще. Устойчивость предприятий зависит от многих факторов, приоритетность которых определяется господствующим экономическим укладом, и может существенно меняться во времени.

Благосостояние общества и его положение в мировом сообществе в значительной мере определяются достигнутым уровнем производительности общественного труда. Современные условия характеризуются бурным развитием производства и все более широким использованием высокопроизводительных машин во всех отраслях народного хозяйства.

Это определяет приоритетное значение машиностроения, задачей которого является производство машин, облегчающих труд человека и повышающих его производительность. Производство машин является сложным процессом, в ходе которого из исходного сырья и заготовок изготавливают детали и собирают машины. Для обеспечения производства машин необходимо решить комплекс задач, связанных с технологической подготовкой их производства, и реализовать разработанные ТП в действующих производственных системах - заводах, цехах, участках, обеспечивая при этом требуемое качество изделий на всех этапах ТП в течение всего срока выпуска изделий.

Целью данного курсового проекта является усовершенствование технологии изготовления вала сетевого насоса. Разработка технологического процесса изготовления с применением современного оборудования - станков с ЧПУ.

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

Технологическая часть. Назначение и анализ конструкции детали

Вал предназначен для передачи крутящих моментов и монтажа на него различных деталей и механизмов. Деталь представляют собой ступенчатый вал, сочетающий гладкие посадочные и непосадочные, шпоночные, резьбовые и переходные поверхности. Данный вал в ходе эксплуатации испытывает большие центробежные нагрузки и передает крутящие моменты, раскручивая зубчатые колеса с окружной скоростью до 1500 об / мин.

Вал изготавливают из конструкционной стали 45 ГОСТ 1050-88. Данная конструкционная сталь обладает высокой прочностью, хорошей обрабатываемостью, малой чувствительностью к концентрации напряжений, а для повышения износостойкости подвергается термической обработке.

Вал сетевого насоса представляет собой деталь, на которую устанавливается зубчатое колесо. Сам вал устанавливается в корпус насоса. Точность положения обеспечивается базированием по точным поверхностям, на которые устанавливаются опоры с радиальными подшипниками.

Вал имеет длину 2018 мм и наибольший диаметр 130 мм. Места для посадки подшипников 110 мм имеют поле допуска f7 и шероховатость Ra 1,25 мкм. Ступень O66js6 имеет шероховатость Ra 1,25 мкм. Место для посадки зубчатого колеса O130 имеет поле допуска f6 и качество поверхностного слоя Ra 2,5 мкм. Так же в конструкции вала предусмотрены метрические резьбы М552 - 6h и M1156h. Два шпоночных паза имеют ширину 28 мм и 32 мм соответственно.

Остальные размеры выполнены по 14 квалитету и имеют шероховатость Rz 40.

Анализ технологичности детали

Технологический анализ конструкции обеспечивает улучшение технико-экономических показателей разрабатываемого технологического процесса. Поэтому технологический анализ один из важнейших этапов технологической разработки, в том числе и дипломного проектирования

Основные задачи, решаемые при анализе технологичности конструкции обрабатываемой детали, сводятся к возможному уменьшению трудоемкости и металлоемкости, возможности обработки детали высокопроизводительными методами. Таким образом, улучшение технологичности конструкции позволяет снизить себестоимость ее изготовления без ущерба для служебного назначения.

Анализ чертежа показывает, что к валу предъявляются достаточно высокие требования по точности размеров и качеству поверхности. Деталь - вал изготавливается из стали 45 ГОСТ 1050-88, и проходит термическую обработку. Термическая обработка имеет большое значение в отношении короблений, возможных при нагреве и охлаждении детали. Поэтому материал должен обладать однородной структурой, которая способствует стабильности размеров после термической обработки.

С точки зрения механической обработки нетехнологичным является закрытый паз под шпонку, так как при его обработке необходимо последовательно обрабатывать поверхность и использовать специальную технологическую оснастку. Повышенные требования к точности размеров и качеству поверхностного слоя диктует необходимость финишной обработки при отделочных операциях после термической обработки. Наличие резьбовых поверхностей требует применения низкопроизводительных, многоступенчатых операций нарезания резьбы.

На технологичность изготовления влияют масса, жесткость и размеры вала. Отношение длины детали к среднему диаметру меньше 12, что свидетельствует о недостаточной жесткости изделия. Деталь необходимо обрабатывать на оборудовании, удовлетворяющем требованию по габаритным размерам изготовляемой детали из-за достаточно большой длины вала.

Конструкция вала в целом технологична, обеспечивает свободный доступ инструмента к обрабатываемым поверхностям. Заданные чертежом точность размеров поверхностей, их относительного расположения и параметры качества поверхностных слоев могут быть достаточно экономично обеспечены традиционными методами обработки.

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, ч/см;

N - годовая программа выпуска деталей.

Годовая программа выпуска N = 1000 шт., действительный годовой фонд работы оборудования Fд = 4015 ч/см.

tв = 4015·60 / 1000 = 240,9 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 = 3,233 мин.;

Тшт015 = 37,044 мин.;

Тшт020 = 44,726 мин.;

Тшт025 = 6,462 мин.;

Тшт040 = 34,735 мин.

УТшт = 126,2 мин.

Тшт = 126,2 / 5 = 25,24 мин.

kc = 240,9 / 21,24 = 9,54.

Значение kc =9,54 соответствует крупносерийному 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 = 1000·5 / 253 = 20 шт.

Выбор 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 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.

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 - штамповки:

руб.

Таким образом, наиболее выгодной является заготовка, полученная отрезанием из проката. Для условий цангового зажима следует проектировать холоднотянутый прокат 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.

Выбор схемы 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 вала необходимо соблюдать принципы постоянства и совмещения баз. Это достигается путем базирования вала на многих операциях (токарная, шлифовальная) в центрах. Для фрезерования шпоночного паза необходимо базировать заготовку по наружной цилиндрической поверхности. Для этой цели используются самоцентрирующие тиски с призматическими губками. Призмы стандартизованы по размеру обрабатываемой заготовки.

Базирование в призме лишает деталь четырех степеней свободы, поэтому ее оснащают дополнительно двумя установочными элементами: упорным и предотвращающим поворот детали (вокруг собственной оси).

Разработка маршрута механической обработки детали

Конструкция вала, 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 валов в качестве технологических баз используют центровые отверстия, которые позволяют обрабатывать почти все наружные поверхности вала на единых базах с установкой в центрах.

Маршрут обработки заготовок в центрах включает обычно следующие операции: создание базовых поверхностей; черновое обтачивание; чистовое обтачивание; фрезерование шпоночных пазов; нарезание резьбы; термическая обработка; шлифование; контроль размеров.

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

Оборудование

005

Заготовительная. Отрезание заготовки из прутка.

010

Фрезерно-центровальная. Фрезеровать торцы в размер 2018 мм и центровать с двух сторон одновременно. База: наружная поверхность и торец.

Фрезерно-центровальный полуавтомат 2Г942.08

015

Токарная с ЧПУ. Точить все наружные поверхности предварительно с припуском под чистовое точение. Точить поверхности начисто.

База: поверхности центрованных отверстий.

Токарный обрабатывающий центр с ЧПУ модели СТМ300П150С

020

Фрезерная с ЧПУ. Фрезеровать шпоночные пазы

База: наружная поверхность и торец.

Вертикальный обрабатывающий центр Sigma M-V4050

025

Термическая. Закалка до 250 - 280 НВ. Отпуск.

Бункерная печь

030

Очистка заготовки.

Пескоструйная камера

035

Круглошлифовальная. Шлифовать наружные поверхности.

База: поверхности центрованных отверстий.

Круглошлифовальный полуавтомат 3У144МВ

040

Слесарная. Зачистить заусенцы.

045

Моечная: промывка детали.

Моечная машина

050

Контрольная. Контроль детали.

055

Упаковочная.

Расчет припусков на механическую обработку

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.

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

Маршрут обработки поверхности O130f6()

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

Прокат

200

300

5045

--

--

142,527

2800

144,8

142,0

--

--

Точение:

черновое

63

60

302,7

--

11090

131,437

400

131,9

131,5

12,9

10,5

чистовое

30

30

12,1

--

851,4

130,586

160

130,76

130,6

1,14

0,9

Термообработка

30

30

161

--

162,2

130,424

130,5

Шлифование:

--

предварительное

6,3

12

6,5

--

442

129,982

63

130,063

130,0

0,697

0,6

окончательное

--

--

--

--

49,6

129,932

25

129,957

129,932

0,106

0,068

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 для поверхности O130f6

Рассчитаем припуски на обработку и промежуточные предельные размеры для O130f6 с шероховатостью поверхности Ra 2,5. Результаты расчёта припусков и операционных размеров заносятся в таблицу 2.

Вся указанная обработка выполняется с установкой в центрах.

Заносим маршрут обработки в графу 1 табл. 2. Данные для заполнения граф 2, 3 для заготовки из сортового проката взяты из [15, с. 240]; для механической обработки - из [15, с. 241]. Данные графы 8 для заготовки из [13, с. 290], а для механической обработки взяты из [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.

Отклонение расположения поверхностей ДУк для заготовки из проката при обработке в центрах определяют по табл. 4 [13, с. 327].

ДУк = 2·Дк·lк,

где Дк - удельная кривизна на 1 мм длины, мкм;

lк - длина детали, мм.

Дк = 2,5 мкм., lк = 2018 мм.

ДУк = 2,5·2018 = 5045 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 чернового точения:

ДУ = 5045 · 0,06 = 302,7 мкм.

Величина остаточных пространственных отклонений для чистового точения:

ДУ = 302,7 · 0,04 = 12,1 мкм.

Величина остаточных пространственных отклонений после термообработки берется из табл. 4 [13, с. 328]. ДУ = 161 мкм.

Величина остаточных пространственных отклонений для предварительного шлифования:

ДУ = 161 · 0,04 = 6,5 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 вращения в центрах.

Черновое точение:

2·Zi min = 2·(200 + 300 + 5045) = 11090 мкм.

Чистовое точение:

2·Zi min = 2·(63 + 60 + 30,27) = 851,4 мкм.

Термообработка:

2·Zi min = 2·(30 + 30 + 12,1) = 162,2 мкм.

Предварительное шлифование:

2·Zi min = 2(30 + 30 + 161) = 442 мкм.

Окончательное шлифование:

2·Zi min = 2(6,3 + 12 + 6,5) = 49,6 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:

dпредв. шлиф. = 129,932 + 0,0496 = 129,982 мм;

dчист. обтач. = 129,982 + 0,442 + 0,1622 = 130,586 мм;

dчерн. обтач. = 130,586 + 851,4 = 131,437 мм;

dзаготовка = 131,437 + 11,090 = 142,527 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:

dокончат. шлиф. = 129,932 + 0,025 = 129,957 мм;

dпредв. шлиф. = 130,0 + 0,063 = 130,063 мм;

dчист. обтач. = 130,6 + 0,160 = 130,76 мм;

dчерн. обтач. = 131,5 + 0,400 = 131,9 мм;

dзаготовка = 142,0 + 2,800 = 144,8 мм.

Результаты расчетов вносятся в графу 9 табл. 2.

Фактические минимальные и максимальные припуски по переходам:

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

Расчёт общего наибольшего припуска производится по формуле:

Z0max = УZmax,

Z0max = 0,106 + 0,697 + 1,14 + 12,9 = 14,843 мм.

Размер общего наименьшего припуска рассчитывается по формуле:

Z0min = УZmin,

Z0min = 0,068 + 0,6 + 0,9 + 10,5 = 12,068 мм.

Проверка правильности расчётов припусков проводится по формуле:

Z0max - Z0min = Tз - Тд,

14,843 - 12,068 = 2,8 - 0,025 = 2,775 мм.

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

Расчет припусков на механическую обработку при фрезеровании торцов вала с выдерживанием размера 2018 мм.

Рассчитаем припуски на обработку и промежуточные предельные размеры при фрезеровании торцевых поверхностей вала с выдерживанием размера L = 2018 мм с шероховатостью поверхности Rz 80. 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

Прокат

200

300

783

-

-

2019,766

4400

2020,0

2024,4

-

-

Фрезерование

32

50

47

150

2866

2016,9

1100

2016,9

2018,0

3,1

6,4

Маршрут обработки заносится в графу 1. Данные для заполнения граф 2, 3 для проката взяты из табл. 1 [13, с. 327], для механической обработки - из табл. 5 [13, с. 328]. Данные графы 8 для заготовки взяты из табл. 77 [13, с. 291], а данные для обработки резанием - из прил. 2 [15, с. 228]. Минимальный припуск при одновременной обработке поверхностей (двусторонний припуск):

.

где Дк - кривизна заготовки, мкм;

Дкор - коробление детали, мкм.

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 черн. фрез = 0,06·783 = 47 мкм.

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

Фрезерование:

2Zi min = 2(200 + 300 + 783 + 150) = 2866 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 = 2016,9 + 2,866 = 2019,766 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 = 2016,9 + 1,1 = 2018,0 мм;

Dпрокат = 2020,0 + 4,4 = 2024,4 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 = 2020,0 - 2016,9 = 3,1 мм;

Минимальные припуски:

Zmin фрез = 2024,4 - 2018,0 = 6,4 мм.

Расчёт общего наибольшего припуска производится по формуле:

Z0max = УZmax,

Z0max = 3,1 мм.

Размер общего наименьшего припуска рассчитывается по формуле:

Z0min = УZmin,

Z0min = 6,4 мм.

Проверка правильности расчётов припусков проводится по формуле:

Z0max - Z0min = Tз - Тд,

4,4 - 1,1 = 6,4 - 3,1 = 3,3 мм.

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

Расчет режимов резания

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.

Черновое обтачивание наружной цилиндрической поверхности O130

Расчет режимов резания для точения производится по [14, с. 363-374].

Обработка производится на токарном обрабатывающем центре с ЧПУ модели СТМ300П150С проходным резцом, оснащенным пластиной из твердого сплава Т15К6, обрабатываемый материал - сталь 45.

Глубина резания t, мм, при черновом точении и отсутствии ограничений по мощности и жесткости системы СПИД принимается равной половине припуска на механическую обработку (при условии обработки цилиндрической заготовки). t = 5,0 мм.

Подача s, мм/об, при черновом точении принимается максимально допустимой по мощности оборудования, жесткости системы СПИД, прочности режущей пластины и прочности державки. s = 0,6 мм/об.

Скорость резания v при наружном продольном и поперечном точении рассчитываем по эмпирической формуле, м/мин:

где Cv - коэффициент, зависящий от вида обработки, материала режущей части резца и характеристики подачи, 290;

m, x, y - показатели степени, зависящие от вида обработки, материала режущей части резца и характеристики подачи, 0,2, 0,15, 0,35;

T - средний период стойкости резца, 60 мин;

t - глубина резания, 5,0 мм;

s - подача, 0,6 мм/об;

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

где Kмv - коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала;

Kпv - коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки, 0,9;

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

,

где КГ - коэффициент, характеризующий группу стали по обрабатываемости, 1,0;

nх - показатель степени, 1,0.

Скорость резания при черновом точении O130:

Частоту вращения шпинделя находим по формуле:

где d - диаметр обрабатываемой поверхности, 130 мм.

мин-1.

мин-1.

При точении составляющие силы резания Pz,y,x, Н, рассчитываются по формуле:

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

x, y, n - показатели степени, зависящие от обрабатываемого материала, материала режущей части и вида обработки;

t - глубина резания, мм;

s - подача, мм/об;

v - скорость резания, м/мин;

Kp - поправочный коэффициент, учитывающий влияние качества обрабатываемого материала на силовые зависимости, равный произведению ряда коэффициентов, учитывающих фактические условия резания.

Для тангенциальной составляющей силы резания:

Тангенциальная составляющая силы резания при чистовом точении o270:

Радиальная составляющая силы резания:

Н.

Осевая составляющая силы резания:

Н.

Мощность резания, кВт:

Мощность резания эффективная с учётом потерь на валах и подшипниках станка, кВт:

NЭ = N·µ,

где µ - КПД кинематической цепи.

NЭ = 22 · 0,8 = 17,6 кВт.

N < NЭ;

9,7 кВт < 17,6 кВт.

Обработка при данных режимах возможна.

Проверка державки на изгиб:

Сечение державки ВН = 3535 мм.

Допустимая сила резания:

,

где - допустимое напряжение изгиба, = 20 МПа;

- вылет резца, = 20 мм.

Н.

Условие прочности резца:

,

7154 Н > 4159 Н.

Условие прочности выполнено.

Фрезерование шпоночного паза шириной 32 мм.

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

Обработка производится на вертикальном обрабатывающем центре с ЧПУ Sigma M-V4050 концевой шпоночной фрезой из быстрорежущей стали Р6М5, обрабатываемый материал - сталь 45.

Глубина фрезерования t, мм, определяется продолжительностью контакта зуба фрезы с заготовкой. Фрезерование ведется маятниковым методом при глубине фрезерования на один двойной ход, составляющий часть глубины шпоночного паза. Для данного случая t = 0,5 мм.

Ширина фрезерования В, мм, равна ширине паза. В = 32 мм.

Подача на один зуб фрезы при фрезеровании sz = 0,50 мм.

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

где Cv - коэффициент, зависящий от вида обработки, материала режущей части резца и характеристики подачи, 12;

q, x, y, u, p, m - показатели степени, зависящие от вида обработки, материала режущей части фрезы и характеристики подачи, 0,3, 0,3, 0,25, 0, 0, 0,26;

T - средний период стойкости фрезы, 90 мин;

D - диаметр фрезы, 32 мм;

t - глубина фрезерования, 0,5 мм;

В - ширина фрезерования, 32 мм;

z - число зубьев фрезы, 2 шт;

sz - подача на один зуб фрезы, 0,5 мм/зуб;

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

где Kмv - коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала;

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

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

,

где КГ - коэффициент, характеризующий группу стали по обрабатываемости, 1,0;

nх - показатель степени, 0,9.

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, 68,2;

x, y, n, q, w - показатели степени, зависящие от обрабатываемого материала, материала режущей части и вида обработки, 0,86, 0,72, 1,0, 0,86, 0;

t - глубина резания, 0,5 мм;

B - ширина фрезерования, 32 мм;

z - число зубьев фрезы, 2 шт;

sz - подача, 0,5 мм/зуб;

D - диаметр фрезы, 32 мм;

n - частота вращения фрезы, 200 мин-1;

Kmp - поправочный коэффициент на качество обрабатываемого.

Для окружной составляющей силы резания:

Окружная составляющая силы резания при фрезеровании:

Н.

Крутящий момент, Н·м, на шпинделе

Н·м.

Мощность резания, кВт:

Мощность резания эффективная с учётом потерь, кВт:

NЭ = Ne·µ,

где µ - потери мощности на валах и подшипниках.

NЭ = 4,5 · 0,8 = 3,6 кВт.

N < NЭ;

0,2 кВт < 3,6 кВт.

Условие по мощности оборудования выполняется.

Нормирование операций

Рассчитываем нормы времени для операции 015 токарная (черновая).

Основное время обработки при точении:

,

где L - длина рабочего хода инструмента, мм;

i - число рабочих ходов;

sм - минутная подача инструмента, мм/мин.

Точение наружной поверхности O130 мм:

мин.

Точение наружной поверхности O120 мм:

мин.

Точение наружной поверхности O115 и O110 мм:

мин.

Точение наружной поверхности O90 мм:

мин.

Точение наружной поверхности O66 мм:

мин.

Точение наружной поверхности O56 мм:

мин.

Суммарное основное время на выполнение операции:

То = 0,16 + 0,86 + 1,24 + 5,21 + 8,38 + 9,61 = 25,46 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 015 То = 25,46 мин., штучное время Тшт = 44,16 мин., штучно-калькуляционное время Тш.к. = 45,01 мин.

Конструкторская часть

Проектирование и расчет специального станочного приспособления для фрезерования шпоночного паза

Назначение, устройство и принцип работы приспособления

В конструкции вала сетевого насоса предусмотрены шпоночные паза для установки шпонок. Фрезерование пазов осуществляется на фрезерном станке с использованием специального станочного приспособления - пневматических рычажных тисков. При использовании приспособления базирование заготовки осуществляется наружной цилиндрической поверхностью (двойная направляющая база, опорные точки 1, 2, 3, 4) плоскостью (опорная база, опорная точка 5) и закреплением заготовки силами Р1 и Р2 одновременно. Заготовка устанавливается в приспособлении двойной направляющей базой на две призмы и упирается торцом в торцовую поверхность призмы. Опорная база реализуется после закрепления заготовки. Под действием давления сжатого воздуха, подаваемое в межпоршневое пространство цилиндра, поршни со штоками одновременно расходятся, поворачивая рычаги и осуществляя зажим заготовки. Приспособление компонуется на столе станка из двух одинаковых узлов, каждый из которых состоит из корпуса, установочных призм, спаренного пневмоцилиндра, выполненного в корпусе приспособления, двух штоков и двух рычагов, осуществляющих надежное закрепление заготовки.

Расчет зажимного усилия приспособления

Сила закрепления определяются из условия равновесия заготовки.

Рис. 1. Расчетная схема для вычисления силы закрепления Q

Сила закрепления Q, Н, рассчитывается по формуле

где R1, R2 - составляющие силы резания, Н;

fоп, fзм - коэффициенты трения в местах контакта заготовки с опорами и с зажимными механизмами соответственно;

J1, J2 - жесткость зажимного механизма и опор ( = 0,3 … 0,4; = 0,6 … 0,7);

К - коэффициент запаса.

Коэффициент запаса К, учитывающий нестабильность силовых воздействий на заготовку, вводят при вычислении силы Q для обеспечения надежного закрепления:

К = K0К1К2К3К4К5К6.

Коэффициенты: К0 = 1,5 -- гарантированный коэффициент запаса; К1 учитывает увеличение сил резания из-за случайных неровностей на обрабатываемых поверхностях заготовок, при черновой К1 = 1,2; К2 учитывает увеличение сил резания вследствие затупления режущего инструмента (табл. 2 [19, с. 382]).

Коэффициент К3 учитывает увеличение сил резания при прерывистом резании. При прерывистом точении и торцовом фрезеровании К3 = 1,2.

Коэффициент К4 характеризует постоянство силы, развиваемой зажимным механизмом. Для зажимных механизмов с пневмо- и гидроцилиндрами одностороннего действия К4 = 1,3.

Коэффициент К5 характеризует эргономику немеханизированного зажимного механизма. При неудобном расположении рукоятки и угле ее поворота более 90° К5 = 1,2; при удобном расположении рукоятки и малом угле ее поворота К5 = 1,0.

Коэффициент К6 учитывают только при наличии моментов, стремящихся повернуть заготовку, установленную плоской поверхностью. Если заготовка установлена на призму, то точки контакта расположены неопределенно и К6 = 1,5.

Коэффициент трения f между заготовкой, опорами и зажимным механизмом станочного приспособления по табл. 3. [19, с. 384].

Силу закрепления заготовки рассчитываю для операции чернового фрезерования плоскости разъема, так как при этой операции возникает наибольшая сила резания.

К = 1,5·1,2·1,2·1,2·1,3·1,0·1,5 = 5,05,

Н.

Рассчитанная сила закрепления заготовки является результирующей при закреплении заготовки двумя рычагами.

Н.

В качестве зажимного механизма в приспособлении используется рычажный элемент. Произведем расчет рычажного зажимного механизма.

Исходные данные для расчета:

Н - сила закрепления заготовки;

мм - допуск на размер заготовки.

Схема рычажного механизма представлена на рис. 2.

Рис. 2. Схема рычажного механизма

Ход, мм:

где гар - 0,2 … 0,4 мм;

Jp - 14700 - 24500 кН/м - жесткость рычажного механизма;

Sp(Q) - 0,2 … 0,4 мм.

мм.

Сила на приводе Wp, Н, и ход Sp(Wp), мм, рассчитывается по формулам

,

где l1, l2 - соответственно расстояние от опоры рычажного зажимного механизма до точек приложения сил Q и Wp;

- КПД ( = 0,85 … 0,95).

Н,

мм.

Из уравнения равновесия рычага определяется реакция в опоре рычага:

R = 1538 + 1688,5 = 3226,5 Н.

Ширина рычага В, мм

,

мм.

Пневмоцилиндр используемый в конструкции приспособления развивает необходимую мощность на штоках.

Расчет планируемой погрешности приспособления

Чтобы определить точность приспособления для выдерживаемого на операции размера, необходимо суммировать все составляющие погрешности, влияющие на точность этого размера.

,

где -допуск на соответствующий размер расположения обрабатываемых поверхностей заготовки, заданный по чертежу, мм;

- погрешность базирования заготовки в приспособлении. В данном случае мм;

- погрешность, возникающая в результате деформации заготовки и приспособления при закреплении, мм;

- погрешность установки приспособления на станке;

- погрешность установки и смещения режущего и вспомогательного инструмента на станке, вызываемая неточностью изготовления направляющих инструментов приспособления;

- погрешность, возникающая в результате износа деталей приспособления, мм;

- коэффициент, учитывающий возможное отступление от нормального распределения отдельных составляющих, ;

- коэффициент, принимаемый во внимание в случаях, когда погрешность базирования , ;

- коэффициент, ;

- значение погрешности обработки исходя из экономической точности для данного метода, .

,

где - длина обрабатываемой детали, мм;

- наибольший размер между направляющей шпонкой приспособления и пазом стола станка, мм;

- расстояние между шпонками, мм.

мм,

, т.к. отсутствуют направляющие элементы приспособления.

мм.

Проектирование и расчет режущего инструмента

Для фрезерования шпоночного паза при операциях механической обработки вала сетевого насоса используется специальный металлорежущий инструмент - концевая шпоночная фреза. Фрезы данного типа изготавливаются из быстрорежущей стали Р6М5 и предназначены для фрезерования шпоночных пазов на фрезерных станках с маятниковой подачей.

Диаметр фрезы D = 32 мм.

Длина режущей части l = 70 мм.

Общая длина фрезы L = 230 мм.

Число зубьев z = 2 шт.

Угол наклона винтовых стружечных канавок = 20.

Геометрические параметры режущей части фрезы выбираем по рекомендациям для концевых фрез при обработке стали 45.

Передний угол = 12.

Задний угол = 15.

Радиус закругления головки зуба мм.

Главный угол в плане 1 = 5.

Задний угол в плане 1 = 6.

Ширина заточки f = 1,0 мм.

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 - диаметр впадин зубьев фрезы;

- диаметр посадочного отверстия.

.

.

Должно выполняться условие: .

.

Условие на прочность выполнено.

Экономическая часть. Экономическое обоснование себестоимости технологической операции

Рассчитывается технологическая себестоимость операции 015.

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;

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. =45,01 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 = 4150000 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 = 0.84 руб. за 1кВт;

Nэ - установленная мощность электродвигателя станка, Nэ = 10 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.

Библиографический список

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.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.