Проектирование и производство заготовок в машиностроении

Введение

1. Общий раздел

1.1 Служебное назначение детали

1.2 Анализ базового технологического процесса

1.3 Направления принятые при проектировании

2. Технологический раздел

2.1 Определение типа производства

2.2 Анализ технологичности детали

2.3 Выбор метода получения заготовки и его техническое обоснование

2.4 Расчет межоперационных припусков, допусков и размеров заготовки

2.5 Проектирование заготовки

2.6 Проектирование маршрутного технологического процесса

2.7 Разработка схем базирования

2.8 Проектирование технологических операций

2.8.1 Операция токарно-протяжная 010

2.8.2 Операция автоматно-линейная 035

3. Конструкторский раздел

3.1 Проектирование сверл с внутренней подачей СОЖ для отверстий 7,2, 7,5, 12 и 14,4

3.2 Проектирование патрона для подвода СОЖ в сверло

3.3 Приспособление для автоматно-линейной операции

3.3.1 Назначение, описание конструкции и работы приспособления

3.3.2 Расчет потребного усилия зажима

3.3.3 Определение вида привода, расчет его конструктивных размеров

3.3.4 Точностной расчет (анализ) приспособления

3.4 Протяжка круговая

4. Организационный раздел

4.1 Расчёт программы запуска деталей и типа производства

4.2 Расчёт количества и уровня загрузки оборудования по операциям обработки детали

4.3 Организация контроля

4.4 Организация рабочего места

5. Проектирование автоматической линии

5.1 Технологическая планировка автоматической линии

5.2 Выбор транспортных средств

5.3 Определение размера автоматизированной линии

6. Экономический раздел

7. Охрана труда

8. Охрана окружающей среды

9. Гражданская оборона

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Машиностроение является одним из отраслевых приоритетов России. Состояние машиностроительного комплекса за последние 10 лет можно охарактеризовать как кризисное (темп падения ВНП 23 %).

Причина этого кризиса прежде всего в разбалансированности экономики. Как следствие этого наполовину уменьшается потенциал государства и более чем в 2 раза производительность предприятия. Так же не менее важными причинами кризиса, в том числе и в машиностроении является становление новой системы, т.е. переход от плановой экономики к рыночной, проводимые реформы в машиностроении осуществлялись бессистемно и хаотично.

Резкое крушение систем планов и переходов к рынку, а так же отделения Украины от единой энергетической базы Союза привели к сокращению объёмов выпускаемой продукции, ухудшению качества, а как следствие этого остановка работы многих машиностроительных предприятий. К тому же период «застоя» отбросил Украину на несколько лет назад в плане научно - технического прогресса. В результате чего продукция многих машиностроительных предприятий становится не конкурентоспособной. Так же бурная инфляция во внутри экономической сфере Украины привели к росту цен на отечественные товары машиностроительных заводов. Таким образом, это ещё одно подтверждение не конкурентоспособности продукции многих машиностроительных предприятий на внешнем рынке.

Пути выхода из кризиса в данном случае машиностроительного комплекса можно назвать следующее:

Обеспечение качества как потребительная характеристика товара формируется в процессе непосредственных взаимоотношений потребителя и производителя или через посреднические структуры. Без стимулирования нововведений и технологического обновления производства, создания новых условий для быстрого роста требований к качеству труда невозможны высокие темпы, материалов и т.п.

Разработка новых технологий, материалов и т.п.

Сокращение материальных затрат на выпуск продукции. Использование безотходных технологий.

Разработка технологии производства, связанного с автоматизацией создания робототехнических комплексов с широким использованием вычислительной техники, применением оборудования с ЧПУ.

К экономическим мерам выхода из кризиса машиностроительного комплекса можно отнести:

Льготное налогообложение

Формирование интегрированных региональных и межрегиональных территориально - промышленных комплексов (ТПК): формирование промышленно - финансовых групп - холдингов, корпораций, технополисов т.п.

Возобновление системы планирования хотя бы на уровне предприятия. коленчатый вал привод автоматический

Привлечение инвестиций, в том числе и иностранного капитала.

Осуществление принципов устойчивого развития, и именно возобновиляемость, т.е. потреблять не больше, чем тратить и учёт интересов будущих поколений. Проектирование рационального способа получения заготовок деталей.

Исходя из вышеизложенного целями выпускной работы является:

Совершенствование технологических процессов изготовления деталей.

Проектирование технологических операций и оснастки обеспечивающих более высокий уровень качества и конкурентоспособности полученной продукции, путём разработки технологии производства, связанных с широким использованием вычислительной техники, применением оборудования с ЧПУ, повышением производительности труда, уменьшением вредного воздействия на окружающую среду, сокращением материальных и трудовых затрат на выпуск продукции.

1. Общий раздел

1.1 Служебное назначение детали

Коленчатый вал - вращающееся звено кривошипного механизма, состоящее из пяти соосных коренных шеек, опирающихся на подшипники, и двух колен, каждое из которых составлено из 2 щек и 1 шейки, соединяемой с шатуном.

Коленчатый вал четырехцилиндрового рядного бензинового двигателя по служебному назначению предназначен для преобразования поступательного движения штоков поршней во “вращательное”. По конструкции валы являются относительно не жесткой деталью, в тоже время испытывают большие переменные нагрузки и подвергаются под воздействием возникающих в работе сил кручению и изгибу.

Материал коленчатого вала высокопрочный чугун ВЧ 700-2. Предел прочности чугуна у_в = 700 МПа, относительное удлинение при растяжении у = 2 МПа. Высокопрочный чугун получают из серого путем модифицирования его магнием и цезием (содержание последнего - 0,01…0,03% от массы жидкого металла). Форма графитовых включений - шаровидная.

Коленчатый вал, вращающийся в подшипниках скольжения, обусловливает и повышенные требования к поверхности шеек в отношении их износостойкости и усталостной прочности. Поэтому поверхностная твердость коренных и шатунных шеек, полученных после термической обработки, лежит в пределах HRC 52-62. Коленчатый вал контролируют по 80-90 параметрам. Кроме размеров и формы, контролируют и относительное положение обрабатываемых поверхностей вала. К наиболее важным контролируемым параметрам относятся параллельность оси шеек, положение шатунных шеек по отношению к коренным (радиусы кривошипов), угловое положение шатунных шеек по отношению одна к другой, угловое положение шпоночной канавки по отношению к кривошипам, положение торца фланца к оси коренных шеек.

1.2 Анализ базового технологического процесса

Заготовка (отливка) изготавливается методом литья в землю, имеет большие припуски на обработку, соответственно используется техпроцесс с большим количеством токарных и шлифовальных операций.

Технологический процесс

1.2.1 Анализ механической обработки коленчатого вала

Сложность конструктивной формы коленчатого вала, его недостаточная жесткость, высокие требования к точности обрабатываемых поверхностей вызывают особые требования к выбору методов базирования, закрепления и обработки вала, а также последовательности, сочетания операций и выбору оборудования. Основными базами коленчатого вала являются опорные поверхности коренных шеек. Однако далеко не на всех операциях обработки можно использовать их в качестве технологических. Поэтому в некоторых случаях технологическими базами выбирают поверхности центровых отверстий. В связи со сравнительно небольшой жесткостью вала на ряде операций при обработке его в центрах в качестве дополнительных технологических баз используют наружные поверхности предварительно обработанных шеек.

При обработке шатунных шеек, которые в соответствии с требованиями технических условий должны иметь необходимую угловую координацию, опорной технологической базой являются специально фрезерованные площадки на щеках.

1.2.2 Анализ токарной обработки коренных и шатунных шеек

Коренные шейки, которые в дальнейшем используют в качестве технологических баз для обработки шатунных шеек и других поверхностей, можно обрабатывать на обычных токарных станках, но, так как коленчатый вал является недостаточно жесткой деталью и при обработке имеет тенденцию изгибаться и скручиваться под действием сил резания, особенно при одностороннем приводе токарных станков, то для обработки коренных шеек применяют специализированные станки, у которых для уменьшения изгибающего и скручивающего моментов предусмотрен центральный или двусторонний привод.

Обработку вала начинают со средней коренной шейки и с плоскостей, прилегающих к ней щек. Вал устанавливают в центрах и крепят с двух сторон в гидравлических патронах с осевой фиксацией по переднему торцу. Обработку ведут широкими и фасонными резцами с переднего и заднего суппортов методом врезания. Частота вращения шпинделя станка по мере приближения резцов к оси вращения меняется. За время каждого цикла автоматически меняется и подача суппортов, что имеет важное значение при изменении глубины резания из-за штамповочных уклонов.

Не менее трудоемкой и сложной операцией является обтачивание шатунных шеек, которые должны быть с определенной точностью ориентированны по отношению к коренным шейкам. В качестве технологических баз для этой операции выбирают поверхности уже обработанных коренных шеек и базовые площадки на крайних щеках коленчатого вала, с помощью которых определяется его угловое положение. Шатунные шейки можно обтачивают попарно (по две шейки, лежащие на одной оси вращения). На этой же операции подрезают плоскости, прилегающие к шейкам щек. Используют ранее описанные станки с двухсторонним приводом, однако при этом применяют специальное приспособление, позволяющее совместить оси обрабатываемых шатунных шеек с осью вращения шпинделя, причем ось коренных шеек при установке вала в это приспособление смещается по отношению к оси вращения вала на радиус кривошипа.

1.2.3 Анализ обработки внутренних плоскостей и смазочных каналов

Различные отверстия в шейках и фланцах коленчатого вала обрабатывают на вертикальных и радиально- сверлильных станках и на автоматических линиях. Технологическими базами на этих операциях являются цилиндрические и боковые поверхности опорных шеек и для угловой ориентации базовые площадки шеек, а также наружные поверхности или отверстия соответствующих шатунных шеек.

Отверстия масляных каналов в шейках небольшого диаметра при значительной глубине, поэтому при сверлении их требуется многократные вводы и выводы сверл из отверстий для удаления стружки и охлаждения инструмента.

Сверление смазочных отверстий, сверление и на резание резьбы на шатунных шейках и фрезерование шпоночных пазов в коленчатых валах производят на автоматических линиях, скомпонованных из агрегатных станков. При этом на одних линиях заготовки обрабатывают в приспособлениях-спутниках, на других - в стационарных приспособлениях.

Высокой точности требует обработка отверстия под подшипник первичного вала расположенного со стороны фланца. Кроме того, техническими условиями предъявляются строгое требование перпендикулярности торца поэтому предварительно обработанное отверстие под подшипник подвергают окончательному тонкому растачиванию и для выполнения поставленных технических условий одновременно производят подрезку торца фланца. Для этого применяют специальные инструментальные головки.

1.2.4 Анализ шлифования и отделки шеек

Высокие требования точности шеек коленчатых валов диаметральным размерам, геометрической формы и шероховатости поверхности достигаются шлифовальными и отделочными операциями.

Шлифуют коренные шейки на обычных кругло шлифовальных станках. При шлифовании коренных шеек вал устанавливают в центрах с применением люнетов.

Коренные шейки шлифуют на многокамневых станках, имеющих автоматический цикл врезного шлифования с выхаживанием, правкой круга и прибором активного контроля. Многокамневое шлифование предъявляет большие требования к однородности шлифовальных кругов в комплекте. Круги имеют диаметр 1000-1100 мм и ширину 25-85мм.

Шатунные шейки шлифуют одним кругом поочередно. В качестве технологической базы выбирает поверхность коренных шеек, а для угловой ориентации - отверстия во фланце.

Шлифуют на станках двусторонним приводом, причем при установке в приспособлении ось коренных шеек смещена от оси вращения шпинделя на величину радиуса кривошипа.

Окончательную отделку шеек коленчатого вала производят суперфинишированием, а также наружным хонингованием с полированием шеек тонкой абразивной лентой. Шейки валов, обрабатываемые суперфинишированием, требует очень тщательной обработки в отношении получении предельной геометрической формы на окончательной операции шлифования наружное хонингование, при котором происходит более интенсивный съем металла, чем при суперфинишировании, и поэтому позволяет несколько исправить погрешность формы, предъявляет менее строгие требования к окончательному шлифованию шеек.

Полирование абразивной лентой производят на специальных станках в одну или две операции. Предварительное полирование обычно выполняют лентой с абразивным порошком зернистостью 180-240, а окончательное- с зернистостью 240-300.

Снимаемый припуск лежит в пределах 0,006-0,015 мм. Полирование ведется при скорости вращения вала v=10/20 м/мин. Шероховатость поверхности соответствует 9-10-му классам чистоты.

1.2.5 Балансировка коленчатых валов

Коленчатые валы подвергают балансировке. Эту операцию производят на автоматических балансировочных станках. Коленчатые валы подвергают многократному контролю, как в процессе его обкатки, так и после обкатки.

Обычно проверяют диаметральные размеры шеек, отверстия под подшипник во фланце, длину коренных и шатунных шеек и расстояние от базового торца, радиуса кривошипа, а также биение шеек и торца фланца относительно крайних коренных шеек, взаимное расположение коренных и шатунных шеек по длине и расстояние от базового торца, угловое расположение всех кривошипов, положение установочного отверстия и шпоночной канавки относительно коренных и шатунных шеек.

Для измерения применяют как обще принятые средства (скобы с микро индикаторами, индикаторные приспособления), так и специальные приспособления для комплексного окончательного контроля.

Такие приспособления применяют для комплексного контроля линейных размеров, радиуса кривошипа, положение установочного отверстия и шпонки.

Непараллельность (смешение) оси шатунной шейки относительно коренных шеек проверяют также специальным прибором.

1.3 Направления, принятые при проектировании

В данном дипломном проекте мы должны разработать автоматическую линию в которой технологический процесс изготовления детали, существенно отличался бы от базового техпроцесса выполняемом на базовом предприятии, т.е. усовершенствование, улучшение или создание принципиально нового процесса, начинающийся с получения заготовки и заканчивая готовой деталью. А так же выбор оборудования, станочного приспособления, инструмента.

Основные направления:

- стремление к максимальному сокращению обработки металла резанием путём придания заготовкам деталей наибольшей точности и приближения их по форме, размерам и качеству поверхностей к готовым деталям;

- интенсификация технологического процесса и повышение производительности труда путём применения для механической обработки высокопроизводительного автоматизированного оборудования; путём применения твёрдосплавного и металлотермического инструмента, приспособлений с быстродействующими зажимными устройствами;

- достижения наиболее производительными методами обработки высокой точности размеров и формы деталей, качества их поверхностей, точности сопряжений.

2. Технологический раздел

2.1 Определение типа производства

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

В массовом производстве изделия изготавливаются непрерывно в течение нескольких лет. Характерным признаком массового производства является выполнение на большинстве рабочих мест только одной закреплённой операции.

В серийном производстве изготавливают серию изделий, регулярно повторяющихся через определённые промежутки времени. Характерным признаком серийного производства является выполнение на рабочих местах нескольких повторяющихся операций.

В единичном производстве выполняется изделия широкой номенклатуры в малых количествах, которые либо не повторяются совершенно, либо повторяются через неопределённое время.

При проектировании можно считать, что тип производства зависит от двух факторов, а именно: заданной программы и трудоёмкости изготовления изделия. На основании заданной программы рассчитывается такт выпуска изделий , а трудоёмкость определяется средним штучным временем по операциям действующего на производстве или аналогичного технологического процесса. Отношение этих величин принято называть коэффициентом серийности:

;

Приняты следующие значения коэффициента серийности:

для массового производства ;

для крупносерийного производства

для среднесерийного производства

для мелкосерийного производства

Ориентировочно тип производства выбирается исходя из программы выпуска и веса обрабатываемых деталей, затем после разработки техпроцесса уточняется по .

При программе выпуска N=70000 шт. в год и массе m=10,2 кг ориентировочно тип производства - массовое.

Для массового производства рассчитывается такт выпуска по формуле:

, мин/дет;

где - действительный годовой фонд времени работы оборудования, ч;

3804 ч;

N - годовая программа выпуска деталей, шт.;

N =70000 шт.

мин/дет;

Для массового производства рассчитывается оптимальное количество деталей в партии n для одновременного запуска по формуле:

, шт;

где N - годовая программа выпуска деталей, шт.; N=70000 шт;

а - периодичность запуска, дней; а=3 дней;

F - число рабочих дней в году, дней; F=254 дней;

n шт.

Так как , следовательно, производство крупносерийное.

2.2 Анализ технологичности детали

Цель анализа - выявление недостатков конструкции по сведениям содержащимся в чертежах и технических требованиях, а так же возможные улучшения технологичности рассматриваемой конструкции.

Технологичность конструкции изделия - это совокупность свойств конструкции изделия, проявляемых в возможности оптимальных затрат труда (повышение производительности труда), сокращение времени на проектирование, технологическую подготовку производства.

Оценка показателей технологичности проводится качественно и количественно в соответствии с требованиями ГОСТ 14.201 - 83.

Качественный анализ технологичности:

Деталь представляет собой тело вращения с центровыми отверстиями, шпоночным пазом. Коленчатые валы, вращающиеся в подшипниках скольжения, обусловливают и повышенные требования к поверхности шеек в отношении их износостойкости и усталостной прочности. Также у коленчатого вала имеются коренные и шатунные шейки, на одном конце вала фланец с множеством отверстий. Имеются отверстия четырех смазочных каналов, с резьбой на конце.

Для количественной оценки уровня технологичности детали используются следующие количественные показатели:

Уровень технологичности К₀:

К₀ = К₁*К₂*К₃*К₄*К₅

К₁ - коэффициент унификации конструктивных элементов:

К₁ = Q_уэ/Q_э,

где Q_уэ - число унифицированных конструктивных элементов;

Q_э - количество всех конструктивных элементов.

К₁ = 22/29 = 0,76

К₂ - коэффициент стандартизованных конструктивных элементов:

К₂ = Q_сэ/Q_э,

где Q_сэ - число стандартизованных конструктивных элементов.

К₂ = 9/29 = 0,31

К₃ - коэффициент использования материала:

К₃ = М_д/М_з,

где М_д - масса детали;

М_з - масса заготовки.

К₃ = 10,2/11,45 = 0,89

К₄ - коэффициент шероховатости:

К₄ = 1/Ш_ср,

где Ш_ср - средний код параметра шероховатости.

К₄ =1/20 = 0,05

К₅ - коэффициент точности:

К₅ = 1-1/А_с,

где А_с - средний квалитет точности поверхности детали.

К₅ = 1-1/7 = 0,86

К₀ = 0,76*0,31*0,89*0,05*0,86 = 0,0009

Вывод: так как К<0,05, значит деталь не является технологичной.

2.3 Выбор метода получения заготовки и его техническое обоснование

Заготовка (отливка) изготавливается методом литья в землю, имеет сравнительно большие припуски на обработку, соответственно используется техпроцесс с большим количеством токарных и шлифовальных операций.

Гораздо эффективнее использовать литье в оболочковые формы. Коленчатые валы отливают в оболочковые формы в горизонтальном положении. Полученные методом прецизионного литья (в оболочковых формах) валы по сравнению с литьем в землю имеют ряд преимуществ, в том числе высокий коэффициент использования металла.

Песчано-смолянная формовочная смесь содержит мелкозернистый песок и обладает высокой подвижностью. Это позволяет получить более высокую точность отпечатка и меньшую высоту микронеровностей поверхности отливки. При заливке жидкого металла образуется тонкая газовая рубашка, которая предотвращает пригар формовочной смеси.

Литье в оболочковые формы позволяет уменьшить объем обрубных и очистных работ примерно на 50%, расход металла - на 30-50%, сокращает объем последующей механической обработки на 40-50%, а расход формовочной смеси - в 10-20 раз. Процесс изготовления отливки может быть полностью механизирован.

Сравним стоимость заготовок:

1) литье в землю;

2) литье в оболочковые формы.

Обоснование более экономичного варианта заготовки производим по коэффициенту использования материала (КИМ) и по сравнению стоимости вариантов заготовки (С_заг):

Определение стоимости заготовки:

,[3]

где К_с, К_в, К_п - коэффициенты серийности, массы материала, сложности заготовки;

С_1тонны - стоимость 1 тонны заготовок, грн;

S_отх - цена 1 тонны отходов, грн.

1) для литья в землю

грн

2) для литья в оболочковые формы

грн

Таблица 1. Сравнительная характеристика

Исходя из сопоставления коэффициентов использования материала и стоимости заготовки, делаем вывод: более экономичным вариантом является заготовка, получаемая литьем в оболочковые формы.

2.4 Расчет межоперационных припусков, допусков и размеров заготовки