Разработка технологического процесса изготовления детали "блок цилиндров"

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждениевысшего профессионального образования

«МАТИ - Российский государственный технологический университет имени К.Э.Циолковского» (МАТИ)

КАФЕДРА: «Технология проектирования и производства двигателей летательных аппаратов».

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА МАГИСТРА

по направлению 160700.68 «Двигатели летательных аппаратов»

Москва 2015 год



Оглавление

Введение

1. Топливные системы авиационных ГТД

1.1 Основная топливная система

1.2 Топливная система низкого давления

1.3 Топливная система форсажной камеры

2. Плунжерный насос высокого давления НП-176 для турбореактивного двигателя АЛ-41Ф (Изделие 117)

2.1 Общие характеристики двигателя АЛ-41Ф и его плунжерного насоса

2.2 Начало разработки изделия НП-176 для двигателя АЛ-41ФС

3. Разработка технологического процесса модернизированной детали НП-176.050-3 «Блок цилиндров» для изделия НП-176

3.1 Технологическая часть

3.2 Принцип и условия работы плунжерного насоса

3.3 Назначение и анализ конструкции детали

3.4 Анализ технологичности конструкции детали

3.5 Определение типа производства

3.6 Выбор метода получения заготовки

3.7 Разработка маршрута и формирование операций

3.8 Выбор технологических баз

3.9 Выбор металлорежущих станков

3.10 Расчет припусков на обработку

3.11 Расчет режимов резания

3.12 Расчет точности операции

4. Инструментальная часть

4.1 Общие сведения о приспособлениях

4.2 Назначение, устройство и принцип работы приспособления

4.3 Расчёт усилия зажима приспособления

4.4 Расчет и конструирование специального режущего инструмента

4.5 Выбор и описание специального измерительного инструмента

4.6 Определение потребности в основном оборудовании

Заключение

Список используемых источников



Введение

Машиностроение является важнейшей отраслью быта человека, так как обеспечивает технологические процессы средствами производства - машинами и механизмами. Сущностью технологии машиностроения является учение о способах и процессах промышленного производства продукции заданного качества и в требуемом количестве. Современное развитие технологии машиностроения представляет собой совокупность взаимосвязанных процессов совершенствования прежде всего методов обработки материалов, технологического оборудования, обрабатывающего и измерительного инструментов, а также теоретических и практических основ процессов обработки. Оно стимулируется усложнением конструкции изделий, повышением требований к качеству их изготовления и стремлением снизить себестоимость продукции, а также частой сменой объектов производства. Использование много инструментальных станков с ЧПУ, оснащенных средствами механизации и автоматизации, позволяет проектировать технологические процессы обработки деталей с укрупненными насыщенными переходами операциями, уменьшить трудоемкость их изготовления и существенно сократить время технологической подготовки производства при частой смене номенклатуры выпускаемых изделий.

В современном производстве еще достаточно высока доля технологических процессов, не в полной мере удовлетворяющих выше перечисленным требованиям. Поэтому внедрение прогрессивных методов размерной обработки деталей, экономически обоснованное применение высокопроизводительного оборудования, износостойкого комбинированного режущего инструмента, механизированной оснастки и средств автоматизации производственных процессов в механических цехах современных машиностроительных заводов становится весьма актуальным.

Основная задача машиностроения - на базе новейших достижений науки и техники и современных технологий выпускать в необходимом количестве высококачественные машины и орудия производства, отвечающих требованиям и уровню мировых стандартов. Различие машиностроительных производств определяется спецификой выпускаемого оборудования, масштабами его производства. Поэтому создание обобщающих научных трудов по технологии машиностроения сочетается с работами отражающими условия и опыт отдельных машиностроительных производств. Повышение надежности - одна из важнейших задач современности. Еще одной из основных задач машиностроения является обеспечение конкурентоспособности выпускаемых изделий, которая определяется их качеством и ценой. Эти основные показатели конкурентоспособности машин в значительной мере зависят от технологии их изготовления, разработчиком которой является инженер-технолог.

Целью данной выпускной квалификационной работы магистра является: «Разработка технологического процесса изготовления детали «блок цилиндров» НП-176.050-3 для плунжерного насоса высокого давления НП-176 », который в дальнейшем должен будет заменить насос НП-160ВТ, ныне применяемый в топливной системе двигателя АЛ-41ФС.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

На основании анализа, назначений и характеристик детали выбрать способ получения заготовки и спроектировать маршрут её обработки, исходя из серийности её производства; рассчитать припуски и режимы резания для обработки основных поверхностей при механической обработке и т.д.; сформировать операции ТП, выбрать оборудование; спроектировать средства технологического оснащения; осуществить нормирование операций; спроектировать специальный режущий инструмент и специальное приспособление.



1. Топливные системы авиационных ГТД

Топливная система служит для обеспечения перевода авиадвигателя из нерабочего состояния в установившийся режим малого газа, который характеризуется наименьшими оборотами турбины, при которых он может устойчиво работать длительное время, а так же и для дальнейшего поддержания работы двигателя в установившихся режимах, обеспечения переменных режимов, управление положением поворотным входным направляющим аппаратом компрессора низкого давления, направляющие поворотные аппараты компрессора высокого давления, и створок реактивного сопла.

Для запуска газотурбинного двигателя необходимо принудительно, от внешнего источника энергии раскрутить вал турбины компрессора, подать в камеру сгорания определённое количество топлива, воспламенить его. При этом процесс максимально автоматизируется, с целью обеспечения заданной устойчивости протекания процедуры запуска и предотвращения механических и тепловых перегрузок элементов двигателя.

Топливная система - гидромеханическая, с электронным комплексным регулятором двигателя (КРД).

Топливная система выполняет следующие основные функции:

· обеспечивает запуск двигателя на земле и в полете.

· поддерживает режим малого газа в зависимости от внешних условий

· обеспечивает установившиеся дроссельные режимы.

· ограничивает и поддерживает параметры максимального и форсированного режимов в зависимости от внешних условий.

· обеспечивает работу двигателя на режиме “У”

· обеспечивает все виды приемистостей и сбросов газа во всем диапазоне режимов работы двигателя.

· управляет поворотными направляющими аппаратами

· включает форсажную камеру и режим минимального форсажа

· обеспечивает установившиеся форсированные режимы от минимального до полного.

· управляет створками критического сечения реактивного сопла.

· управляет включением охлаждения турбины, противообледенительной системы и других систем.

· обеспечивает защиту двигателя от помпажа при включении ”БК”.

· управляет двигателем от КРД и по электрическим сигналам с борта самолета.

· обеспечивает работу двигателя на резервной системе при отказе КРД.

· сливает топливо из баков самолета в аварийных ситуациях;

· выключает двигатель.

1.1 Основная топливная система

Система осуществляет подачу топлива в основную камеру сгорания (ОКС) и автоматически поддерживает заданный режим работы двигателя.

В систему входят:

1) насос-регулятор (НР) - дозирует топливо в основную камеру сгорания;

2) распределитель топлива (РТ);

3) два датчика температуры (ТДК);

4) комплексный регулятор двигателя (КРД);

5) топливный коллектор первого и второго каскадов с форсунками ОКС;

6) узел управления насоса регулятора и регулятор сопла и форсажа от ручки управления двигателем;

7) трубопроводы и электрожгуты;

8) топливный фильтр (ТФ).

1.2 Топливная система низкого давления

Топливная система низкого давления обеспечивает повышение давления и фильтрацию топлива при подаче его из топливной системы самолета в агрегаты двигателя.

В состав системы входят:

1) проставка 11;

2) топливоподкачивающий центробежный насос;

3) топливный фильтр;

4) трубопроводы.

1.3 Топливная система форсажной камеры

Система подает и распределяет топливо в коллекторы форсажной камеры (ФК).

В топливную систему ФК входят:

1) форсажный насос (ФН);

2) регулятор сопла и форсажа (РСФ);

3) агрегат перестройки рт (АПП);

4) распределитель форсажного топлива (РТФ);

5) воздушный фильтр-редуктор;

6) топливные коллекторы;

7) узел управления насоса регулятора и регулятор сопла и форсажа от ручки управления двигателем;

8) трубопроводы и электрожгуты;

9) регулятор двигателя КРД .



2. Плунжерный насос высокого давления НП-176 для турбореактивного двигателя АЛ-41Ф (Изделие 117)

Истребитель пятого поколения, который должен был поступить на вооружение в середине 90-х гг., планировалось оснастить новым реактивным двигателем, значительно превосходившим своих предшественников по основным параметрам.

Задание на разработку такого двигателя было дано НПО “Сатурн” в 1982 г. В 1986 г. начались полномасштабные работы по ТРДД, который получил название АЛ-41Ф.

Достичь заданных параметров можно было лишь значительным увеличением удельных нагрузок за счет уменьшения числа ступеней при повышении степени сжатия воздуха, увеличения температуры газа перед турбиной, применения новых материалов, использования цифровой системы управления с полной ответственностью (типа FADEC) и гидромеханическим резервом. Характеристики АЛ-41Ф должны были обеспечить самолету длительный полет на сверхзвуковой скорости на бесфорсажном режиме. Для обеспечения сверхманевренности МФИ в двигатель было заложено управление вектором тяги.

Авиационный турбореактивный двухконтурный двигатель с форсажной камерой и управляемым вектором тяги (УВТ) поколения 4++, созданный ОАО «НПО „Сатурн“» по заказу ОАО «ОКБ Сухого» для истребителя Су-35С, является одним из вариантов двигателя «Изделие 117». От «АЛ-41Ф1» двигатель отличается применением старой электромеханической системы управления и сниженной на 500 кгс тягой.

От АЛ-31Ф двигатель АЛ-41Ф1С отличаются увеличенной тягой (14500 кгс против 12500), бомльшим межремонтным ресурсом (4000 часов против 1000), сниженным расходом топлива, управляемым псевдовсеракурсно вектором тяги, а также позволяют самолету развивать сверхзвуковую скорость без использования форсажа, что является одним из основных требований к истребителю пятого поколения.

В феврале 2008 года НПО «Сатурн» сообщило о завершении испытания двигателя АЛ-41Ф1С, что позволило начать лётные испытания самолёта Су-35С.

20 февраля 2008 года прошли успешные испытания истребителя Су-35С с двигателями АЛ-41Ф1С. Первые Су-35С, оснащенные двигателями «Изделие 117С» начнут поступать в российские войска в 2011 году.

Основные отличия двигателя от АЛ-31ФП:

- увеличение тяги до 14,5 т;

- компрессор низкого давления с увеличенным расходом воздуха и сварным ротором;

- турбина повышенной эффективности и надежности ;

- система автоматического управления с цифровым комплексным регулятором.

Рисунок 1 - ТРДДФ АЛ-41Ф1С

2.1 Общие характеристики двигателя АЛ-41Ф и его плунжерного насоса

НП-160Д

Общие технические данные:

1) Тип двигателя - Турбореактивный, двухконтурный, со смешением потоков наружного и внутреннего контуров за турбиной,с форсажной камерой сгорания и поворотным реактивным соплом;

2) Компрессор - осевой, двухкаскадный;

3) Компрессор низкого давления с регулируемыми входным направляющим аппаратом и направляющим аппаратом первой ступени (количество ступеней - 4);

4) Компрессор высокого давления с тремя регулируемыми направляющими аппаратами (входным и первых двух ступеней; количество ступеней -9);

5) Камера сгорания - Кольцевая (Количество форсунок - 28; количество запальных устройств - 2).

6) Турбина - осевая, двухступенчатая;

7) Турбина низкого давления - охлаждаемая (количество ступеней - 1, схема охлаждения рабочих лопаток - радиальная);

8) Турбина высокого давления - охлаждаемая (количество ступеней - 1

схема охлаждения рабочих лопаток - циклонно-вихревая):

9) Форсажная камера: прямоточная, общая для наружного и внутреннего контуров, со смешением потоков на входе во фронтовое

устройство, система охлаждения - воздушная, конвективно-пленочная,

количество коллекторов - 5, тип форсунок струйные.

10) Поворотное реактивное сопло (ПРС) - всережимное, осесимметричное, поворотное. ПРС состоит из модуля поворотного устройства (ПУ) и модуля реактивного сопла (РС). Установочное положение сопла (+ разворот по часовой стрелке; ? разворот против часовой стрелки), град:

? для правого двигателя угол разворота оси шарниров

относительно горизонтальной плоскости (вид сзади) +32°44?,

? для левого двигателя угол разворота оси шарниров

относительно горизонтальной плоскости (вид сзади) ?32°44?,

Предельные углы отклонения: (вверх - / вниз +), град.: ± 15° (от нейтрального положения относительно оси шарниров. Углы ограничиваются мехупорами).

11) Привод ПУ - электро-гидромеханический, с резервной автоматикой

и механической обратной связью.

12) Реактивное сопло (РС) - сверхзвуковое, всережимное, регулируемое.

2.2 Начало разработки изделия НП-176 для двигателя АЛ-41ФС

29 января 2010 года совершил первый вылет самолет пятого поколения Т-50, на котором установлены двигатели АЛ-41Ф, разработанные НТЦ им. А. Люльки. Основным разработчиком топливо регулирующей аппаратуры для этого двигателя является ОАО «НПП «Темп» им. Ф.Короткова», давний сосед и разработчик подавляющего числа агрегатов, изготавливаемых ОАО «ОАО МПО им. И. Румянцева». Впервые в нашей стране САУ разрабатывалась как интегральная система управления силовой установкой, отслеживающая работу двигателя, воздухозаборника, системы управления вектором тяги и д.р.. ОАО «МПО им. И. Румянцева» принимает участие в изготовлении комплекта узлов и деталей плунжерного насоса высокого давления НП-176, обеспечивающего топливопитание двигателя «117» на режиме запуска, а также питание топливом высокого давления агрегатов управления реактивным соплом и вектором тяги.

В данный момент времени плунжерный насос высокого давления НП-176

находится еще на этапе освоения, и в продажу еще не поступил, так как полным ходом идут работы по разработке и модернизации технологического процесса выпуска деталей данного узла с применением современных технологий, который позволят одновременно повысить качество выпускаемого продукта, снизить уровень затрат на выпуск деталей узлов, а так же сэкономить.



3. Разработка технологического процесса модернизированной детали НП-176.050-3 «Блок цилиндров» для изделия НП-176

3.1 Технологическая часть

В технологической части описано создание технологического процесса изготовления блока цилиндров.

Исходные данные:

- программа выпуска - 4000 шт.;

- режим работы оборудования в сутки - 1 смена (8 часов);

- чертеж детали «Блок цилиндров»;

- альбомы технологической оснастки;

- каталоги оборудования и режущего инструмента.

3.2 Принцип и условия работы плунжерного насоса

Так, поршневые насосы могут иметь ручной и механический привод. Насосы, имеющие механический привод подразделяются, в свою очередь, на два вида:

· Приводные насосы, где поршень активируется при помощи

шатунно-кривошипного механизма от двигателя, который располагается отдельно и соединяется с насосом посредством передачи;

· Насосы прямого действия, где поршень совершает возвратно-поступательные движения посредством штока напрямую от поршня бескривошипной паровой машины, являющейся единой системой с насосной установкой.

По виду рабочего органа, который обеспечивает вытеснение жидкости, поршневые насосы бывают:

1) Поршневыми (поршень имеет дискообразную форму);

2) Плунжерными (поршень имеет цилиндрообразную форму);

3) Диафрагмовые (рабочая жидкость отделяется от поршня специальной диафрагмой, а в цилиндре находится масло/эмульсия). Такие насосы используются для перекачки жидкостей, которые содержат различные примеси, химически агрессивных жидкостей, строительных растворов. Диафрагма может активироваться обычным рычагом. Рабочая камера оснащена двумя патрубками, один из которых всасывающий, другой - напорный. Шток двигается возвратно-поступательно и соединяется с диафрагмой. Насосы с диафрагмой используются в составе автомобильных двигателей в качестве бензонасосов.

В соответствии со способом действия поршневые насосы бывают следующих видов:

1.Поршневой насос одинарного действия;

2.Поршневой насос двойного действия. Такой насос более равномерно подает жидкость, если сравнивать его с насосами простого или дифференциального действия, т.к. он оснащен двумя рабочими камерами, располагающимися по обе стороны цилиндра, где находятся нагнетающие и всасывающие клапаны. Благодаря этому, поршень нагнетает жидкость два раза, пока коленчатый вал совершает один оборот. Существенно снижает пульсацию перекачиваемой жидкости воздушный колпак, который соединен с патрубком;

3.Дифференциальные поршневые насосы. Такие насосы являются насосам двустороннего действия и оснащены двумя рабочими камерами, одна из которых не имеет клапанов, а другая имеет всасывающий и рабочий клапан. В связи с тем, что насос нагнетает перекачиваемую жидкость два раза за один оборот вала, подача жидкости в значительной степени выравнивается.

Поршневые насосы классифицируются по расположению (горизонтальные и вертикальные) и количеству цилиндров (оснащенные одним, двумя, тремя и более цилиндрами).

По числу поршней выделяют насосы с одним, двумя и более поршнями. Кроме того, согласно показателю величины подачи различают насосы с большими поршнями (диаметром более 150 мм), средними (диаметром от 50 до 150 мм) и малыми поршнями (диаметр менее 50 мм). В соответствии с тем, насколько быстроходен рабочий орган, выделяют три типа насосов: тихоходные поршневые насосы (от 40 до 80 двойных ходов в минуту), поршневые насосы средней быстроходности (50-80) и быстроходные поршневые насосы (150-350).

Данный вид насосов используется для перекачивания холодной воды (обыкновенный насос), горячей воды (горячий насос), для работы с кислотными веществами (кислотный насос), глинистыми растворами (буровой насос) и т.п.

Согласно уровню рабочего давления различают насосы, создающие высокое, среднее и малое давление.

Поршневые насосы могут быть прямодействующими или вальными по способу движения главного звена. В насосах прямого действия главное звено совершает возвратно-поступательные движения, при этом, в вальных агрегатах (например, кулачковые) ведущее звено вращается. Широкое распространение получили кулачковые и погружные насосы.

Так, кулачковый насос имеет один цилиндр, в котором рабочий орган активируется посредством кулачка, а возвращается в первоначальную позицию посредством пружины. Данный тип насосов неравномерно подает жидкость, но компактен по своей конструкции. В кулачковых насосах цилиндры имеют радиальное расположение, а оси пересекаются в общем центре. Башмаки сокращают контактное давление между вытеснителем и кулачком. Кулачковые насосы способны нагнетать высокое давление и поэтому используется в гидропроводах, при нагнетании жидкости в гидропрессах и как топливные насосы в составе дизельных двигателей.



3.3 Назначение и анализ конструкции детали

Деталь «Блок цилиндров» представляет собой деталь цилиндрической формы с фасонной внешней поверхностью, изготовлена из стали марки 9ХС ГОСТ 5950-73. Масса детали составляет 5,0 кг, следовательно, специальных грузоподъемных устройств для установки и снятия детали со станка не требуется.

Деталь изготавливается из прутка по ГОСТ 5950-2000 «Прутки, полосы и мотки из инструментальной легированной стали». Длина детали 73,3±0,3 мм, по диаметру ш56 k12 имеется 7 отверстий. На торце имеются сфера с размером R140 k4. Основные характеристики материала детали приведены в таблицах 1 - 4.

Таблица 1 Общие сведения.

Заменитель стали: ХВГ, ХВСГ.
Вид поставки: Сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 5950-73, ГОСТ 2590-71, ГОСТ 2591-71. Калиброванный пруток ГОСТ 5950-73, ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78. Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 5950-73, ГОСТ 14955-77. Полоса ГОСТ 5950-73, ГОСТ 4405-75. Поковки и кованые заготовки ГОСТ 5950-73, ГОСТ 1133-71.
Назначение: сверла, развертки, метчики, плашки, гребенки, фрезы, машинные штампели, клейма для холодных работ. Ответственные детали, материал которых должен обладать повышенной износостойкостью, усталостной прочностью при изгибе, кручении, контактном нагружении, а также упругими свойствами.

Таблица 2 Химический состав

Химический элемент	%
Вольфрам (W), не более	0.20
Ванадий (V), не более	0.15
Кремний (Si)	1.20-1.60
Медь (Cu), не более	0.30
Молибден (Mo), не более	0.20
Марганец (Mn)	0.30-0.60
Никель (Ni), не более	0.35
Титан (Ti), не более	0.03
Фосфор (P), не более	0.03
Хром (Cr)	0.95-1.25
Сера (S), не более	0.03

Таблица 3 Механические свойства

Термообработка, состояние поставки	Сечение, мм	s0,2, МПа	sB, МПа	y, %	KCU, Дж/м2	HB	HRCэ
Изотермический отжиг 790-810 °С		295-390	590-690	50-60			197-241
Закалка 870 °С, масло	<40				78	59-63
Закалка 870 °С, масло	<30					46-50

Таблица 4 Твердость

Состояние поставки, режим термообработки	HRCэ поверхности
Закалка 840-860 С, вода. Отпуск 170-200 С	63-64
Закалка 840-860 С, вода. Отпуск 200-300 С	59-63
Закалка 840-860 С, вода. Отпуск 300-400 С	53-59
Закалка 840-860 С, вода. Отпуск 400-500 С	48-53
Закалка 840-860 С, вода. Отпуск 500-600 С	39-48

3.4 Анализ технологичности конструкции детали

В соответствии с ГОСТ 14.205-83, «технологичность конструкции - это совокупность свойств конструкции изделия, определяющих ее приспособленность к достижению оптимальных затрат при производстве, эксплуатации и ремонте для заданных показателей качества, объема выпуска и условий выполнения работ».

Качественная оценка. Деталь изготавливается из проката диаметром ш100 мм. Марка материала, из которого изготавливается данная деталь, не позволяет получать заготовку другой пространственной формы и другими способами, что обусловлено так же и повышенными требованиями к структуре материала.

Постановка размеров на чертеже обеспечивает: совмещение конструкторских, технологических и измерительных баз; надежность и простоту контроля детали; отсутствие необходимости в перерасчете размеров и допусков при изготовлении и контроле; рациональную последовательность в изготовлении детали.

Блок цилиндров состоит из стандартных и унифицированных конструктивных элементов. Деталь изготавливается из стандартной заготовки, что так же свидетельствует о ее технологичности. Размеры и поверхности детали имеют соответственно оптимальные точность и шероховатость. Показатели базовой поверхности детали обеспечивают точность установки, обработки и контроля. Большинство поверхностей можно обрабатывать стандартным инструментом.

С точки зрения механической обработки деталь имеет следующие недостатки в отношении технологичности: на внешней поверхности имеется сфера радиусом 140 предназначенная под шлифовку; 9 отверстий выполненных под углом 25є; форма и углы фасок не являются стандартными, что вызывает необходимость использования нестандартных резцов; представленная деталь имеет большое количество ступенчатых внутренних поверхностей, что делает обработку в центрах невозможной.

Для контроля внутренних диаметральных размеров возможно использование калибров-пробок гладких, что уменьшит время на контроль по сравнению с использование нутромера индикаторного.

Количественная оценка. Количественная оценка технологичности выражается показателем, численное значение которого характеризует степень удовлетворения требований к технологичности.

В качестве количественных показателей технологичности могут рассматриваться:

1. Коэффициент точности :

, где .



Для представленной детали:

2. Коэффициент шероховатости

,

где

Для представленной детали:

3. Коэффициент использования материала

С точки зрения требований предъявленных к точности и чистоте обработки не представляет значительных трудностей.

Таким образом, исходя из проведенного анализа технологичности конструкции детали, можно сделать вывод о том что, в целом данная деталь является технологичной, за исключением специальных сферы и наклонных отверстий, что потребует специального инструмента, и оснастки для изготовления.

3.5 Определение типа производства

Тип производства по ГОСТ 3.1108 характеризуется коэффициентом закрепления операций Кз.о., который показывает отношение всех различных технологических операций выполняемых или подлежащих выполнению подразделением в течении месяца, к числу рабочих мест :

,

где УПо - суммарное число различных операций, Ря - явочное число рабочих подразделения, выполняемых различные операции.

В машиностроении различают три основных типа производства: единичное, серийное и массовое.

Для расчета коэффициента закрепления операций необходимо расчленить технологический процесс на операции и переходы по обработке элементарных поверхностей, определить основное время выполнения каждого перехода и штучно-калькуляционное время для каждой операции. Нормирование переходов и операций выполняется по укрупненным нормам времени [15].

Количество станков на каждую операцию определяем по формуле:

,

где FД - годовой фонд времени работы оборудования и рабочих мест, зз.н - нормативный коэффициент загрузки оборудования. Для расчётов в дипломном проекте нормативный коэффициент загрузки оборудования принимается =0,75.

Для определения действительного годового фонда рабочего времени принимаются следующие исходные данные:

- календарное количество дней в году - 365 дней;

- количество праздничных дней в году - 40 дней;

- количество рабочих смен в сутки - 1 смена;

- количество сокращенных на час рабочих дней - 6 дней;

- количество часов в смену - 8 часов;

- потери от номинального годового фонда рабочего времени - 2%.

; ;

; ;

; ;

Принятое число рабочих мест устанавливают, округляя до ближайшего целого числа полученное значение mР.

Далее для каждой операции вычисляется значение фактического коэффициента загрузки рабочего места:

.

; ; ;

; ; .

Количество операций, выполняемых на рабочем месте, определяется по формуле:

; ; ;

; ; .

Таблица 5 Расчёт коэффициента закрепления операций

Операция	Тшт, мин.	mp	P	з.ф	О
010 Заготовительная	0,43	0,02	1	0,02	37,5
020 Токарная с ЧПУ	14,51	0,668	1	0,668	1,12
030 Токарная с ЧПУ	2,44	0,112	1	0,112	6,7
035 Токарная с ЧПУ	21,62	0,996	1	0,996	0,75
040 Токарная с ЧПУ	8,85	0,408	1	0,408	1,84
055 Шлифовальная	19,6	0,903	1	0,903	0,83
Сумма:			6		48,74

Коэффициент закрепления операций определяем как:

.

Так как значение Кз.о. попадает в интервал от 1 до 10 можно сделать вывод о том, что производство крупносерийное.

При серийном выпуске продукции рассчитывается размер партии деталей, одновременно запускаемых в производство, по формуле [23]:

,

где а - количество дней запаса деталей на складе, а=6; Ф - количество рабочих дней в году, Ф=247 дней.

Тогда:

3.6 Выбор метода получения заготовки

При выборе способа получения заготовки главным образом нужно обеспечить необходимое качество детали при ее минимальной себестоимости. На выбор способа получения заготовки большое влияние оказывают: конфигурация, размеры, масса, марка материала, необходимая точность и качество поверхностей заготовки, тип производства.

Экономическое обоснование ведем по себестоимости, КИМ и материалоемкости. Оптимальными методами получения заготовок являются: прокат и штамповка на молотах и прессах.

1. Коэффициент использования материала

Для проката:

кг;

Для штамповки на молотах и прессах:

кг;



2. Материалоемкость

Для проката:

Для штамповки на молотах и прессах:

3. Произведем расчет себестоимости получения заготовок согласно [7].

Штамповка на ГКМ:

где С - стоимость материала. С=200000,00руб/т;

Q - масса заготовки-штамповки;

kТ - коэффициент, зависящий от класса точности заготовки. Для штамповок нормальной точности kТ=1 [7. с.37];

kс - коэффициент, зависящий от группы сложности штамповки. Для штамповок 3-й группы сложности kс=0.81 [7. с.38];

kв - коэффициент, зависящий от объема производства. kв=1[7. с.38];

kм - коэффициент, зависящий от марки материала. kМ=1,79 [7. с.37];

Sотх- цена 1 т отходов. Принимаем Sотх = 15000,00 руб/т.



руб.

Прокат [7. с.30]:

где М - затраты на материал заготовки, руб;

УСз.о - технологическая себестоимость операции правки, калибрования прутков, резки их на штучные заготовки. Принимаем УСз.о = 610,00 руб. [7. с.30].

Затраты на материал определяются по массе проката, требующегося на изготовление детали и массе сдаваемой стружки:

.

Тогда:

Способ получения заготовки для данной детали. Выбираем прокат, поскольку его использование целесообразнее использования штамповки по материалоемкости, коэффициенту использования материала и себестоимости.

3.7 Разработка маршрута и формирование операций

Основной задачей разработки маршрута является составление общего плана обработки детали, формулировка содержания операций технологического процесса.

При установлении общей последовательности обработки рекомендуется учитывать следующие положения:

- каждая последующая операция должна уменьшать погрешности и улучшать качество поверхности;

- в первую очередь следует обрабатывать поверхность, которая будет служить технологической базой для последующих операций;

- затем следует обрабатывать поверхности, с которых снимается наибольший слой металла, что позволит своевременно обнаружить возможные внутренние дефекты заготовки;

- операции, при которых возможно появление брака из-за внутренних дефектов в заготовке, следует производить вначале;

- обработка остальных поверхностей ведется в последовательности, обратной степени их точности: чем точнее должна быть поверхность, тем позже она обрабатывается;

- заканчивается обработка той поверхностью, которая является наиболее точной и имеет наибольшее значение для эксплуатации детали;

- отверстия нужно сверлить в конце технологического процесса, за исключением тех случаев, когда они служат базами для установки;

- технический контроль намечают после тех этапов обработки, где вероятно повышенное количество брака, перед сложными и дорогостоящими операциями, после законченного цикла, а также в конце обработки детали;

Наименование операций соответствует требованиям классификатора технологических операций в машиностроении.

3.8 Выбор технологических баз

В соответствии с ГОСТ 21495 - 76 базирование, т. е. положение объекта относительно выбранной системы координат, осуществляется с помощью выбранных на объекте баз в виде принадлежащих ему поверхностей, осей, точек или их сочетаний.

В процессе механической обработки при выборе технологических баз необходимо придерживаться следующих рекомендаций:

- при обработке заготовки необработанные поверхности в качестве баз можно использовать только на первых операциях;

- в качестве технологических баз следует принимать поверхности достаточных размеров, что обеспечивает большую точность базирования и закрепления заготовки в приспособлении, эти поверхности должны иметь более высокий класс точности, наименьшую шероховатость, не иметь поверхностных дефектов;

- в качестве баз на первой операции следует принимать поверхности с наименьшими припусками;

- при чистовой обработке рекомендуется соблюдать принцип совмещения баз;

- базы окончательной обработки должны иметь наибольшую точность, наименьшую шероховатость поверхностей.

На первой операции механической обработки необходимо подготовить технологические базы, которые бы использовались на последующих операциях. Для их подготовки, в качестве черновых баз, выбираем необработанные поверхности. Выбранные поверхности должны обладают достаточной протяженностью для закрепления заготовки в призмах, которые обеспечат надежное закрепление и точность подготовки баз при фрезеровании и центровании торцов. На дальнейших этапах обработки в качестве чистовых направляющих баз принимаем поверхности, которые обладают более высоким классом точности и имеют наименьшую шероховатость.

По теоретической схеме базирования, заготовка должна лишаться шести степеней свободы в выбранной системе координат X, Y, Z. Поверхности заготовки, на которые налаживаются шесть геометрических связей, являются базовыми и делятся на установочную базу, направляющую и опорную.

3.9 Выбор металлорежущих станков

При выборе оборудования необходимо учесть следующие факторы:

1. Размер рабочей зоны станка, который должен соответствовать габаритам обрабатываемой детали;

2. Возможность достижения при обработке требуемой точности и шероховатости поверхности.

3. Соответствие мощности, жесткости и кинематических данных;

4. Обеспечение необходимой производительности в соответствии с заданной годовой программой выпуска;

5. Соответствие оборудования при выполнении данного технологического процесса требования безопасности и промышленной санитарии.

В технологическом процессе используются отрезной, фрезерный и шлифовальный станки.

Для заготовительной операций выбираем станок DELTA DT-160 с ЧПУ. Характеристики приведены в таблице 6.

Для токарных операций выбираем вертикальнотокарный обрабатывающий центр SPINNER модели U5-1520 c ЧПУ. Характеристики приведены в таблице 7.

Для шлифовальной операции выбираем универсальный внутришлифовальный полуавтомат высокой точности 3М227ВФ2 с ЧПУ. Характеристики приведены в таблице 8.

Таблица 6 Технические характеристики станка DELTA DT-160

Характеристика	Значение
1	2
Диаметр пильного диска, мм.	Ш480
Толшина диска, мм.	2,8
Размер заготовки, мм.	Ш70 - Ш160
Подача заготовки, мм.	5 - 700
Скорость пильного диска, об\мин.	70 - 110
Привод, лс.	20
Привод гидравлики, лс.	3
Вес, кг.	6000
Габаритные размеры, мм	5506х1482х1322

Таблица 7 Технические характеристики станка SPINNER U5-1520

Характеристика	Значение
1	2
Рабочая поверхность стола, мм	2-х осевой управляемый ЧПУ наклонно-поворотный стол Ш=720мм х 600мм
4, 5 ось	+
Точность позиционирования, мм	0.008
Внутренний конус, мм	SK40
Диапазон частот вращения, об/мин	12000
Инструментальный магазин, ячеек	32
Мощность, кВт	7,5/11
Габаритные размеры, мм	3500х2350х2750
Масса станка, кг	8500

Таблица 8 Технические характеристики станка 3М227ВФ2

Характеристика	Значение
1	2
Диаметр шлифуемых отверстий, мм	20-200
Наибольший угол поворота бабки изделия (при шлифовании конусных отверстий), град.	45
Подача автоматическая непрерывная на диаметр, мм/мин
быстрый ход (max)	120
черновая	0,01-10
чистовая	0,01-10
доводочная	0,001-0,1
Подача периодическая на диаметр, мм/дв. ход
черновая	0,001-1,0
чистовая	0,001-1,0
доводочная	0,001-0,1
Скорость движения стола при шлифовании, м/мин	1-7



3.10 Расчет припусков на обработку

Припуском на обработку называется слой металла, подлежащий удалению с поверхности заготовки в процессе обработки для получения готовой детали.

Размер припуска определяют разностью между размером заготовки и размером детали по рабочему чертежу; припуск задается на сторону.

Припуски подразделяют на общие, т. е. удаляемые в течение всего процесса обработки данной поверхности, и межоперационные, удаляемые при выполнении отдельных операций.

Общий припуск на обработку равен сумме межоперационных припусков по всем технологическим операциям -- от заготовки до размера.

Межоперационный припуск равен сумме припусков, отведённых на черновой, получистовой и чистовой проходы на данной операции.

Понятие двухстороннего припуска чаще всего относится к обработке цилиндрических поверхностей и тогда оно равнозначно понятию припуска на диаметр. С другой стороны, численные значения припуска прямо связаны с режимами резания при обработке (глубиной резания). Поэтому более употребительными и удобными для практического использования считают припуски на сторону.

Назначение припусков на механическую обработку представляет собой важную задачу, поскольку от их численных значений зависит эффективность технологического процесса и качество обрабатываемых поверхностей. В проектировании надо стремиться к тому, чтобы назначенные припуски были минимально необходимыми и достаточными. Из первого условия следует, что припуски не должны быть чрезмерно большими, для того чтобы не удорожать обработку. По второму условию припуски должны гарантировать качественное изготовление деталей по всем параметрам точности и состоянию поверхностного слоя

В технологии машиностроения различают два подхода к назначению припусков на механическую обработку: опытно-статистический и расчётно-аналитический.

Производим расчет припусков для обработки поверхностей ш28H70,2 и ш86h120,35:

Внутренняя поверхность ш28H7+0,2. Способ установки - в трехкулачковом патроне.

Маршрут обработки: заготовка - отверстие предварительно просверлено на ш22H12; растачивание черновое, растачивание чистовое.

При сверлении в заготовке отверстия ш22 мм. сверлом возможно отклонение от формы и размеров Тдi=0,33 мм.

Минимальный припуск на обработку будет равен:

Zmin свер.=Dсвер.

Zmin свер.=22 мм.

Максимальный припуск на сверление можно определить по формуле:

Zmax свер.=Dсвер.+Тдi.

где Dсвер.- диаметр сверла; Тдi- допуск на припуск при сверлении.

Zmax свер.=22+0,33=22,33мм.

Определяем величины Rz и h для растачивания: данные приведены в таблице 9.

Таблица 9 Качество поверхностного слоя по переходам

Технологические операции и переходы обработки элементарных поверхностей	Rz	h
Сверление отверстия ш22H12	40	40
Растачивание черновое после табл. 4.7 [3, с. 65]	30	30
Растачивание чистовое табл. 4.6 [3, с. 65]	10	-

Определяем пространственные отклонения.

Пространственное отклонение - результат коробления детали при консольном закреплении в самоцентрирующихся патронах скор, смешения осей в результате сверления ссм и погрешности зацентровки сц.

Суммарное пространственное отклонения для заготовки-проката определяем, как:

;

Результат коробления детали при консольном закреплении в самоцентрирующихся патронах скор определяем, как:

; [3, табл.4.7 с 68]

где L - длина заготовки. L=80 мм;

Дк - кривизна профиля сортового проката. Дк=0,08мкм

Для проката горячекатаного после правки на прессе обычной точности для диаметра заготовки от 75 до 120 мм Дк=0,08мкм на 1 мм длины [3, табл.4.8. с. 71].

Тогда: .

Смещение осей в результате сверления ссм определяется по табл. 4.7

,

где Со - смешение оси отверстия при сверлении (при растачивании отверстия диаметром 28мм на глубину 11 мм, Со = 10 мкм по табл. 4.9 [3. с. 71]);

Ду - удельный увод сверла (при сверлении отверстия диаметром 28 мм на глубину 11 мм, Ду = 0,5 мкм/мм по табл. 4.9 [3. с. 71]).

Тогда

мкм.

Суммарное пространственное отклонение для заготовки - проката будет равно:

мкм.

Величина остаточной пространственной погрешности определяется:

, [3, с.73]

где - коэффициент уточнения.

После сверления отверстия Ку=0,06 [3. с. 73].

мкм

После однократного растачивания Ку=0,05.

мкм.

3. Определяем погрешности установки.

Наиболее вероятное значение погрешности установки можно определить по формуле [3. с. 73]:

,

где - погрешность базирования;

ез - погрешность закрепления;

епр - погрешность положения заготовки в приспособлении.

Погрешность закрепления складывается из двух составляющих: радиальной еу рад и еу ос осевой и может быть определена по формуле:

При установке заготовки - проката нормальной точности в трехкулачковом самоцентрирующемся патроне по диаметру от 80 до 120 мм, еу =500 мкм, по табл. 4.10 [3. с 75]:

На втором технологическом переходе погрешность установки будет равна:

мкм.

4. Определяем величину расчетного припуска

Величина расчетного припуска определяем по формуле:

Значение 2Zmin по операциям (переходам) обработки составляет:

Растачивание черновое:

мкм = 1,16 мм.

Растачивание чистовое:

мкм = 0,180 мм.

5. Определяем расчетные размеры по операциям (переходам) механической обработки.

Растачивание чистовое: 28,2 мм;

Растачивание черновое: 28,2-0,18=28,02 мм;

Просверленное отверстие: 22,33-2,0= 20,33 мм

6. Определяем наименьшие предельные размеры по переходам механической обработки.

Растачивание однократное: 28,20-0,20=28,0 мм;

Сверление: 27,94-0,20= 27,74 мм;

Заготовка-прокат: 25,94-2,0=23,94 мм.

7. Определяем фактические минимальные и максимальные припуски по переходам механической обработки.

Максимальные припуски:

;

28,0-27,94=0,06 мм;

27,94-25,94=2,0 мм.

Минимальные припуски:

28,2 -27,74=0,46 мм;



27,74-23,94=3,8 мм.

8. Определяем общие припуски.

Общий наименьший припуск:

мм.

Общий наибольший припуск:

мм.

9. Проверка правильности расчетов.

мм.

мм.

Наружная поверхность 86h. Способ установки - в центрах. Маршрут обработки: заготовка - прокат; обтачивание черновое; обтачивание чистовое;

1. Определяем величины Rz и h: данные приведены в таблице 11

Таблица 11 Качество поверхностного слоя по переходам

Технологические операции и переходы обработки элементарных поверхностей	Rz	h
Заготовка-прокат нормального класса точности табл. 4.3 [3, с. 63]	200	300
Обтачивание черновое табл. 4.16 [3, с. 88]	63	60
Обтачивание чистовое табл. 4.16 [3, с. 88]	32	30

2. Определяем пространственные отклонения

Пространственное отклонение - результат коробления детали при консольном закреплении в самоцентрирующихся патронах скор, смешения осей в результате сверления ссм и погрешности зацентровки сц.

Суммарное пространственное отклонения для заготовки-проката определяем, как:

;

Результат коробления детали при консольном закреплении в самоцентрирующихся патронах скор определяем, как:

;

где L - длина заготовки. L=73,3 мм;

Дк - кривизна профиля сортового проката. Дк=0,08мкм

Для проката горячекатаного после правки на прессе обычной точности для диаметра заготовки от 75 до 120 мм Дк=0,08мкм на 1 мм длины по таб.4.8. [3. с. 71].

Тогда:.

Суммарное пространственное отклонение для заготовки - проката будет равно:

мкм

Величина остаточной пространственной погрешности определяется:



,

где Ку - коэффициент уточнения.

После двукратного чернового обтачивания проката Ку=0,02 таблице.

мкм

После двукратного чистового обтачивания проката Ку=0,02 таблице

мкм.

3. Определяем погрешности установки.

Наиболее вероятное значение погрешности установки можно определить по формуле [3, с. 73].:

,

где еб - погрешность базирования;

ез - погрешность закрепления;

епр - точность изготовления и износа опорных элементов приспособлений.

Погрешность закрепления складывается из двух составляющих: радиальной еу рад и еу ос осевой и может быть определена по формуле:



При установке заготовки - проката нормальной точности в центрах по диаметру от 80 до 120 мм еу =500 мкм, по табл. 4.10 (3, с. 75):

На втором технологическом переходе погрешность установки будет равна:

мкм

4. Определяем величину расчетного припуска

Величина расчетного припуска определяем по формуле:

Значение 2Zmin по операциям (переходам) обработки составляет:

Обтачивание черновое:

мкм = 2,0 мм.

Обтачивание чистовое:

мкм = 0,266 мм.

5. Определяем расчетные размеры по операциям (переходам) механической обработки.

Обтачивание чистовое: 85,65 мм;

Обтачивание черновое: 85,65+0,266= 85,916 мм;

Заготовка-прокат: 85,916+2,0=87,916 мм.

6. Определяем наибольший предельные размеры по переходам механической обработки.

Обтачивание чистовое: 85,65+0,35=86,0 мм;

Обтачивание черновое: 85,916+0,10= 86,016мм;

Заготовка-прокат: 87,916+2,3=90,216мм.

7. Определяем фактические минимальные и максимальные припуски по переходам механической обработки.

Минимальные припуски:

;

85,916-85,65=0,266 мм;

87,916 -85,916=2,0 мм.

Максимальные припуски:

86,016-86,00 =0,016 мм;

90,216-86,016=4,2 мм.

8. Определяем общие припуски.

Общий наибольший припуск:

мм.



Общий наименьший припуск:

мм.

9. Проверка правильности расчетов.

мм.

мкм =1,95мм.

3.11 Расчет режимов резания

Расчет режимов резания проводим для всех операций. В записке приведен расчет для одной операции. Результаты расчета режимов резания для других операций приведены в технологическом процессе (приложение 2).

Фрезерная с ЧПУ.

Сверлить отверстие Ш16 на длину 73,3 мм

Глубина резания.

При сверлении глубины резания равна:

,

где D - диаметр отверстия, D=16 мм.

Тогда глубина резания равна:

.



Подача. Подача при сверлении отверстий с ограничивающими факторами определяем как произведение табличной подачи на поправочный коэффициент. Поправочный коэффициент учитывает глубину сверления.

Так как глубина сверления рана 8 мм, , принимаем Kls=1 табл. 35 [19. с 381]. Табличная подача s=0,3 мм/об табл. 35 [19. с 381].

Тогда подача при сверлении отверстия Ш16 на длину 73,3 будет равна:

Скорость резания. Скорость резания при сверлении, мм/мин:

,

где для обрабатываемого материала - сталь, материала режущей части Р6М5 и подачи s>0,2 по табл. 38 [19. с. 383]: Сv=9,8; q=0,4; y=0,5; m=0,2.

Среднее число периода стойкости сверла, материал режущей части - быстрорежущая сталь, обрабатываемый материал - легированная сталь, диаметр сверла Ш16 по табл. 40 [19. с. 384]: T = 70 мин

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

,

где Кмv - коэффициент, учитывающий обрабатываемый материал.

,

где КГ - коэффициент, характеризующий группу стали по обрабатываемости;

Для стали с уВ=1100 МПа коэффициент для инструмента из быстрорежущей стали КГ=1 по табл. 1 [19 с. 359];

nv- показатель степени при обработки. Показатель степени при обработке сверлами из быстрорежущей стали nv=0,9.

Тогда: плунжерный насос деталь заготовка

где Киv - поправочный коэффициент, учитывающий влияние инструментального материала на скорость резания. Принимаем Киv=1;

Кlv- поправочный коэффициент на скорость резания при сверлении, учитывающий глубину обрабатываемого отверстия.

Для отверстия

, Кlv=1.

Тогда:

Скорость резания будет равна:

Частота вращения шпинделя. Частота вращения шпинделя при сверлении:



Определяем паспортную частоту вращения шпинделя [7.с. 94]:

Максимальная частота вращения шпинделя у выбранного станка 2000 об/мин, минимальная 12,5 об/мин, число скоростей 23. Тогда:

, ц=1,26.

Принимаем частоту вращения nф=315 об/мин.

Тогда фактическая скорость резания будет равна:

м/мин.

Крутящий момент. При сверлении крутящий момент равен:

,

где для сверления, материал режущей части - быстрорежущая сталь: См=0,0345; q= 2,0; y=0,8 по табл.42 [19. с. 385].

Коэффициент, учитывающий фактические условия обработки, в данном случае зависит только от материала обрабатываемой заготовки и определяется выражением:



,

где КМР - поправочный коэффициент, учитывающий влияние качества обрабатываемого материала на силовые зависимости.

Для легированной стали

,

где n - показатель степени при сверлении, n = 0,75 по табл.9 [19. с. 362].

Тогда крутящий момент равен:

Осевая сила. Осевая сила определяется для сверления.

,

где для сверления, материал режущей части - быстрорежущая сталь: Ср=143; Q= 1,0; Y=0,7 табл.42 [19. с. 385].

Мощность резания. Мощность резания необходимо рассчитывать для выбора оборудования, величины усилия зажима заготовки при обработке,



(), следовательно, обработка возможна на данном станке.

Точить Ш86-0,35 на длину 73,3 мм.

Глубину резания принимаем равной максимальному припуску t = 2,5мм. Резец подрезной отогнутый 20х20 из твердого сплава Т15К6, Тm=45 мин [7, с. 374], подача S = 0,44 мм/об, [5, с. 380]

Расчетная скорость резания V, м/мин:

,

где - коэффициент, учитывающий вид обработки, материал режущей части резца, подачу;

- стойкость инструмента, мин;

- подача, мм/об;

- припуск на обработку, мм;

- поправочный коэффициент на скорость резания в зависимости от материала заготовки.

Выбираем значение коэффициента = 290 исходя из сплава материала, из которого изготовлен инструмент.

,

где КМV- коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала;

КПV- коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки;

КИV- коэффициент, учитывающий материал инструмента.

Для жаропрочных сплавов . Учитывая способ получения заготовки - поковка штампованная КПV=1. Выбираем KИV=1, так как материал режущей части Т15К6.

Общий поправочный коэффициент на скорость резания

Скорость резания

м/мин.

Частота вращения шпинделя, соответствующая найденной скорости резания:

мин

Вычисляем составляющую P силы резания, Н:

,

Находим постоянную :=204 [7,с. 379]

Поправочный коэффициент находим по формуле:

где - коэффициент, учитывающий влияние качества обрабатываемого материала.

.

Находим поправочные коэффициенты, учитывающие влияние геометрических параметров режущей части инструмента:

.

Н.

Мощность резания рассчитываем по формуле:

кВт.

(),

следовательно, обработка возможна на данном станке.

Расчет норм времени.

При проектиров...