Совершенствование технологического процесса изготовления шатуна в сборе с крышкой двигателя внутреннего сгорания автомобиля ЗиЛ 4314 за счёт повышения эффективности на операции протягивания торцевых поверхностей и полуокружностей

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

АННОТАЦИЯ

ВВЕДЕНИЕ

1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Условия эксплуатации шатуна в сборе с крышкой двигателя внутреннего сгорания автомобиля ЗиЛ 4314

1.2 Анализ технических условий на изготовление детали

1.3 Определение типа и организационной формы производства

1.4 Анализ технологичности конструкции детали

1.5 Обоснование и выбор метода получения заготовки

1.6 Анализ схем базирования и закрепления детали

1.7 Анализ базового технологического маршрута обработки детали

1.8 Обоснование и выбор методов обработки, оборудования и инструмента

1.9 Расчёт межоперационных припусков и размеров на обработку детали

1.10 Расчёт режимов резания

1.11 Расчёт технической нормы времени

2. КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Устройство и описание зажимного приспособления на операции протягивания боковых поверхностей крышки шатуна

2.2 Устройство и описание приспособления для контроля шатуна

2.3 Специальный вопрос

2.3.1 Анализ применяемости инструментальных материалов

2.3.2 Определение производительности съема металла при лезвийной обработке

2.3.3 Методы и способы обработки поверхностей протягиванием

2.3.4 Описание конструкции и работы сборных протяжек с круглыми твердосплавными пластинами

3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ УЧАСТКА

3.1. Расчёт количества основного технологического оборудования

3.2 Выбор межоперационного транспорта

3.3 Выбор средств механизации сбора и транспортировки металлической стружки

3.4 Расчёт потребной площади участка

4. ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

4.1 Организация технологической подготовки производства шатуна автомобиля мод. ЗиЛ 4314

4.1.1 Сетевой метод планирования

4.1.2 Перечень работ и событий технологической подготовки производства

4.1.3 Построение сетевого графика

4.1.4 Расчёт основных параметров сетевого графика

4.1.5 Составление сметы затрат на технологическую подготовку производства

4.2 Расчёт основных технико-экономических показателей производства шатуна автомобиля мод. ЗиЛ 4314

4.2.1 Расчёт капитальных вложений

4.2.2 Расчёт себестоимости годового выпуска деталей

4.2.3 Расчёт годового экономического эффекта

4.2.4 Показатели эффективности вариантов технологии

5. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

5.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов

5.1.1 Психофизиологические факторы

5.1.2 Химические факторы

5.1.3 Биологические факторы

5.1.4 Физические факторы

5.2 Предлагаемые мероприятия по улучшению условий труда и выполнению требований производственной санитарии и техники безопасности

5.2.1 Требования техники безопасности к оборудованию и технологическим процессам

5.2.2 Мероприятия по обеспечению требуемого состояния пожарной безопасности

5.2.3 Актуальные проблемы по охране окружающей среды

5.2.4 Расчёт и исследование производственного шума

ВЫВОДЫ

ЛИТЕРАТУРА

ПРИЛОЖЕНИЯ

АННОТАЦИЯ

Данный дипломный проект выполнен по теме: “Совершенствование технологического процесса изготовления шатуна в сборе с крышкой двигателя внутреннего сгорания автомобиля ЗИЛ 4314, за счёт повышения эффективности на операции протягивания торцевых поверхностей и полуокружностей”.

Дипломный проект состоит из графической части на 14 листах А1 и расчетно-пояснительной записки на 151 стр. В графической части даны: чертежи шатуна и крышки, а также поковки шатуна и крышки, сборочный узел, схема технологического процесса обработки шатуна, технологические наладки на протягивание полуотверстия и торцев крышки шатуна, фрезерование паза и сверление отверстий под болты, планировка участка, чертежи зажимного и контрольного приспособлений, графики исследований процесса протягивания, схема установки звукопоглощающей облицовки, чертеж к организационно-экономической части. В проекте подробно разработан чертеж протяжки 65,5 с твердосплавными круглыми пластинами.

Пояснительная записка состоит из технологической, конструкторской частей, кроме того, имеется часть по проектированию участка, организационно-экономическая часть и рассмотрены вопросы по улучшению условий труда и выполнению требований производственной санитарии и техники безопасности.

В специальном вопросе выполнен анализ применяемости инструментальных материалов, приведена диаграмма производительности съема металла при лезвийной обработке, рассмотрены схемы способов протягивания. Также была разработана сборная протяжка с твердосплавными пластинами взамен протяжки из БРС, что позволило повысить стойкость инструмента и получить экономический эффект 204653,11 рублей.

ВВЕДЕНИЕ

Совокупность методов и приемов изготовления машин, выработанных в течение длительного времени и используемых в определенной области производства, составляет технологию этой области. В связи с этим возникли понятия: технология литья, технология обработки давлением, технология сварки, технология механической обработки, технология сборки машин. Все эти области производства относятся к технологии машиностроения, охватывающей все этапы процесса изготовления машиностроительной продукции.

Однако под «технологией машиностроения» принято понимать научную дисциплину, изучающую преимущественно процессы механической обработки деталей и сборки машин и попутно затрагивающую вопросы выбора заготовок и методы их изготовления. Это объясняется тем, что в машиностроении заданные формы деталей с требуемой точностью и качеством их поверхностей достигаются в основном путем механической обработки, так как другие способы обработки не всегда могут обеспечить выполнение этих технических требований. В процессе механической обработки деталей машин возникает наибольшее число проблемных вопросов, связанных с необходимостью выполнения технических требований, поставленных конструкторами перед производством. Процесс механической обработки связан с эксплуатацией сложного оборудования -- металлорежущих станков; трудоемкость и себестоимость механической обработки больше, чем на других этапах процесса изготовления машин.

Эти обстоятельства объясняют развитие «технологии машиностроения» как научной дисциплины в первую очередь в направлении изучения вопросов технологии механической обработки и сборки, в наибольшей мере влияющих на производительную деятельность предприятия.

Сложность процесса и физической природы явлений, связанных с механической обработкой, вызвала трудность изучения всего комплекса вопросов в пределах одной технологической дисциплины и обусловила образование нескольких таких дисциплин. Так, явления, происходящие при снятии слоев металла режущим и абразивным инструментом, изучаются в дисциплине «Учение о резании металлов»; изучение конструкций режущих инструментов и материалов для их изготовления относится к дисциплине «Режущие инструменты».

Эти специализированные технологические дисциплины сформировались раньше, чем комплексная дисциплина «Технология машиностроения».

В «Технологии машиностроения» комплексно изучаются вопросы взаимодействия станка, приспособления, режущего инструмента и обрабатываемой детали; пути построения наиболее рациональных, т. е. наиболее производительных и экономичных, технологических процессов обработки деталей машин, включая выбор оборудования и технологической оснастки; методы рационального построения технологических процессов сборки машин.

Таким образом, научная дисциплина «Технология машиностроения» изучает основы и методы производства машин, являющиеся общими для различных отраслей машиностроения.

Вопросы же, характерные для технологии производства специализированных отраслей, изучаются в специальных руководствах, таких, например, как «Технология автотракторостроения», «Технология двигателестроения», «Технология станкостроения» и т. д.

Учение о технологии машиностроения в своем развитии прошло в течение немногих лет путь от простой систематизации производственного опыта механической обработки деталей и сборки машин до создания научно обоснованных положений, разработанных на базе теоретических исследований, научно проведенных экспериментов и обобщения передового опыта машиностроительных заводов.

Технология машиностроения как научная дисциплина создана советскими учеными. Начало формирования этой дисциплины относится к тридцатым годам нашего столетия. Развитие технологии механической обработки и сборки и ее направленность обусловливаются стоящими перед машиностроительной промышленностью задачами совершенствования технологических процессов, изыскания и изучения новых методов производства, дальнейшего развития и внедрения комплексной механизации и автоматизации производственных процессов на базе достижений науки и техники, обеспечивающих наиболее высокую производительность труда при надлежащем качестве и наименьшей себестоимости выпускаемой продукции.

1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Условия эксплуатации шатуна в сборе с крышкой двигателя внутреннего сгорания автомобиля ЗиЛ 4314

Шатуны являются передаточными звеньями шатунно-кривошипных механизмов различных машин, в основном поршневых двигателей внутреннего сгорания. Кривошипно-шатунный механизм участвует в совершении рабочего цикла двигателя и преобразует возвратно-поступательное движение поршня, воспринимающего силу давления расширяющихся газов, во вращательное движение коленчатого вала. Также шатун служит для передачи усилия поршня на шатунную шейку коленчатого вала. Он состоит из следующих деталей: цилиндра, поршня с поршневыми кольцами, поршневого пальца, шатуна с подшипником и коленчатого вала с подшипником и маховиком.

Детали кривошипно-шатунного механизма воспринимают большое давление газов, возникающих при сгорании топлива в камере сгорания (70-80 кН), работают в условиях высоких температур и при большой частоте вращения коленчатого вала, в ряде случаев превышающей 2000 об/мин. Чтобы детали двигателя могли длительное время работать в таких тяжёлых условиях, их изготавливают из прочных металлов и их сплавов, а детали из чёрных металлов (стали и чугуна), кроме того, подвергают специальной термической обработке.

В процессе работы двигателя шатуны подвергаются интенсивным знакопеременным нагрузкам от газовых и инерционных сил и имеют повышенные до 100…120 °С рабочие температуры. Материал и конструкция шатуна должны обеспечивать высокую его усталостную прочность и жёсткость при минимальной конструктивной массе.

1.2 Анализ технических условий на изготовление детали

Шатун двигателя, соединяющий поршень с коленчатым валом, штампуют из стали. Он состоит из верхней и нижней головок и стержня. Верхняя, неразъёмная головка служит для соединения с поршнем, в неё входит поршневой палец. Для уменьшения трения пальца о шатун в верхнюю головку запрессована бронзовая втулка. Нижняя, разъёмная головка шатуна охватывает шейку коленчатого вала. С целью уменьшения трения шатуна о шейку в нижнюю головку устанавливают вкладыши - стальные пластины, рабочая поверхность которых, прилегающая к шейке вала, покрыта тонким слоем свинцовистой бронзы или специальным алюминиевым сплавом. Нижняя головка шатуна и её крышка соединяются шатунными болтами, гайки которых после затяжки шплинтуют.

Шатун совершает сложное движение: верхняя его головка движется прямолинейно вместе с поршнем, а нижняя вращается вместе с шатунной шейкой коленчатого вала. Стержень шатуна работает на продольный изгиб, поэтому его форма в значительной мере определяет жёсткость шатуна. Учитывая требование снижения массы наиболее рациональным является двутавровое сечение стержня. Деформации стержня шатуна в плоскости его сечения и перпендикулярной к ней различны вследствие неодинакового закрепления концов шатуна. Площадь сечения стержня в направлении большой головки увеличивается, что обеспечивает плавный переход и приводит к снижению концентрации напряжений.

К верхней и нижней головкам шатуна подводится масло: к нижней головке - через канал в коленчатом вале, а к верхней - через прорезь. Из нижней головки масло через отверстие выбрызгивается на стенки цилиндров. Технические условия изготовления шатунов подчиняются ГОСТ 845-73. Настоящий стандарт распространяется на стальные шатуны (в сборе) автомобильных дизельных и карбюраторных двигателей. Шатуны и их крышки имеют твёрдость 217…285 НВ.

К точности изготовления элементов шатунов предъявляются следующие требования: 1) отверстия во втулках поршневых головок должны быть обработаны по 1-му классу точности, шероховатость поверхности должна соответствовать 8--10-му классам; 2) отверстия в кривошипных головках необходимо обрабатывать с точностью выше 1-го класса, шероховатость поверхности -- по 8--9-му классам. Конусность и овальность отверстий не должны превышать 0,003--0,005 мм; 3) ось отверстия втулки, запрессованной в поршневую головку, должна лежать в одной плоскости с осью отверстия кривошипной головки, отклонение не должно превышать 0,04--0,05 мм на длине 100 мм. Непараллельность оси отверстия втулки, запрессованной в поршневую головку, с осью отверстия кривошипной головки не должна превышать 0,02--0,04 мм на длине 100 мм; 4) биение торцов кривошипной головки относительно оси отверстия под вкладыши не должно превышать 0,1 мм на длине 100 мм; 5) отверстия под шатунные болты должны быть обработаны по 3--За классу точности; 6) по массе большой и малой головок шатуны сортируют на 4 группы.

Ось отверстия поршневой головки шатуна лежит в одной плоскости с осью отверстия под вкладыши в кривошипной головке шатуна. Отклонение не должно превышать 0,04 мм на длине 100 мм.

Отклонения от цилиндричности по ГОСТ 301-73 отверстия втулки запрессованной в поршневую головку шатуна после окончательной обработки не должны превышать 0,005 мм. Отклонения от цилиндричности отверстия под вкладыши не должны превышать 0,006 мм. Каждый должен быть принят отделом технического контроля предприятия-изготовителя.

Для получения конструктивно предусмотренной уравновешенности двигателя кривошипная и поршневая головки шатунов должны иметь масс в заданных пределах и центры тяжести их должны быть расположены по заданным координатам.

При повышении массы шатуна на одной или на обеих головках с бобышек удаляют часть металла. У поршневой головки бобышка расположена вдоль оси шатуна, а у кривошипной головки - на боковой поверхности. Допускаемое колебание массы каждой головки не должно превышать 5…10 г.

На многих заводах применяют следующий технологический процесс изготовления поковок шатунов: нагретую заготовку в заготовительных ручьях молотового штампа предварительно обжимают. Затем для получения окончательной формы заготовку штампуют в первом формообразующем и втором окончательном ручьях. После обрезания облоя заготовку подогревают и калибруют в калибровочном штампе на другом молоте или прессе.

После обрезания заусенцев производится холодная правка заготовки.

Для обеспечения технических условий на отдельные параметры шатунов все операции, при которых получают окончательные размеры, выполняют после сборки шатунов и крышки; таким образом, эти детали не взаимозаменяемы.

Механическая обработка заготовок шатунов на всех заводах начинается с обработки торцов.

Выбор схемы технологического процесса обработки отверстий в головках зависит от конструкции шатуна.

1.3 Определение типа и организационной формы производства

В зависимости от размера производственной программы, характера продукции, а также технических и экологических условий осуществления производственного процесса все разнообразные производства условно делятся на 3 основных вида производства: единичное, серийное, массовое.

Вид производства и соответствующие ему формы организации работы определяют характер технологического процесса и его построения. Поэтому, прежде чем приступать к проектированию технологического процесса механической обработки деталей, необходимо, исходя из заданной производственной программы и характера, подлежащих обработки деталей, установить вид производства.

Учитывая масштаб производственной программы выпуска шатуна (200000 штук), принимаем массовый вид производства.

Массовое производство - одно из прогрессивных форм организации производства на специальных предприятиях, выпускающих однотипную продукцию ограниченной номенклатуры. Она характеризуется применением специального оборудования и автоматических машин, непрерывного производственного процесса и создает наиболее благоприятные условия для применения точечных методов работы и автоматизированного процесса изготовления продукции.

Фонды времени:

а) номинальный фонд времени работы оборудования:

F_ном,

где D - количество рабочих дней;

S - продолжительность смены;

g - количество смен.

F_ном = час

F_ном = F_д (действительный фонд времени)

б) такт выпуска деталей:

где В_год - годовая программа выпуска, в штуках

Уточнение типа производства проводим по коэффициенту закрепления операций:

,

где П_о - число всех операций выполняемых на участке в течение месяца,

С - число рабочих мест на участке.

Производство является массовым, т.к. К_зо = 1.

1.4 Анализ технологичности конструкции детали

Совокупность свойств изделия, определяющих приспособленность его конструкции к достижению оптимальных затрат ресурсов при производстве и эксплуатации для заданных показателей качества, объема выпуска и условий выполнения работ, представляет собой технологичность конструкции изделия.

Технологичность конструкции изделия выражает не функциональные свойства изделия, а его конструктивные особенности: состав и взаимное расположение его узлов; форму и расположение поверхностей деталей и соединений; их состояние, размеры, материалы и т.д. В свою очередь конструктивное исполнение изделия во многом определяет такие его свойства, как функциональность (способность изделия реализовывать основную функцию для достижения заданного технического эффекта), надежность, экономичность, безопасность, экологичность.

Благодаря двутавровому сечению стержня шатун является достаточно жёстким и устойчивым, что позволяет при обработке применять многоинструментальные наладки и форсированные режимы резания. К основным элементам конструкции, улучшающим её технологичность, относятся значительные по площади необрабатываемые поверхности. Форма этих поверхностей удобна для горячей штамповки - они имеют уклоны и плавные переходы. Шатун изготавливают из стали 40Р методом горячей объёмной штамповки на кривошипных прессах. Этот метод в 2-3 раза производительнее, припуски на 20-35% ниже по сравнению со штамповкой на молотах, расход металла на поковки снижается на 10-15%. Заданная конструкция на всех технологических операциях обеспечивает нормальный подвод и отвод режущего инструмента. Обработка производится стандартизированным инструментом.

На основании всего выше перечисленного можно сделать вывод, что конструкция шатуна технологична.

1.5 Обоснование и выбор метода получения заготовки

В качестве материалов для шатунов применяют конструкционные среднеуглеродистые стали 40, 45 и др. с НВ 210…255. Исходя из расчётов в данном производстве шатун может быть изготовлен из стали 40Р или 40Х с добавлением хрома. Данная сталь (40Х) обладает высокой ударной нагрузкой, стойкостью к температуре. Режимы термообработки стали:

закалка 860°С, отпуск 600°С.

Химический состав:

С - 0,36-0,44%, Si - 0,17-0,37%, Mn - 0,50-0,80%, Cr - 0,80-1,10%,

S и P ? 0,035%, Ni ? 0,30%, Cu ? 0,30%, N ? 0,008%.

Физико-механические свойства:

у_т = 785 МПа - предел текучести, у_в = 980 МПа - предел прочности при растяжении, ш = 45% - относительное сужение после разрыва, с = 7,85 г/см - плотность.

Заготовка - это предмет производства, из которого изменением формы и размеров, свойств материала и шероховатости поверхности изготавливают деталь.

Выбрать заготовку - это значит, определить ее рациональный вид, определяющий конфигурацию заготовки, напуски, уклоны, толщину стенок, размеры отверстий, припуски на обработку, размеры заготовки, допуски на точность их выполнения, назначить технические условия на выполнение заготовки и выбрать оборудование.

В условиях массового производства заготовки шатунов автомобильных двигателей ЗИЛ 4314 получают в открытых штампах на молотах и кривошипных прессах. Штампованные заготовки шатунов и крышек калибруют и чеканят. Калибрование повышает точность формы и размеров заготовок по всему профилю и постоянство их масс. В результате повышается точность установки заготовок и снижается припуск на их механическую обработку, что способствует сокращению трудоёмкости обработки и облегчает получение требуемого качества деталей. Чеканка торцов заготовок позволяет получить расстояние между торцами с отклонением ± (0,08…0,20) мм, следовательно будет возможна большая точность установки заготовок, малые значения припусков, позволяющие сразу производить шлифование. Механической обработке заготовок шатунов и крышек предшествует термическая обработка для получения требуемой твёрдости. Штамповка поковок деталей машин, инструмента и других металлоизделий является древнейшим процессом металлообработки, но и в наше время этот процесс достаточно распространен из-за его высокой производительности, экономичности и качества продукции. Экономическое расходование металла при изготовление поковок заложено в самой идеи пластического формоизменения при обработке давлением, которая состоит в преобразование заготовки простой формы в поковку более сложной формы того же объема. Горячая штамповка является развитием ковки, в которой уже имелись отдельные признаки штамповки при применении фигурных обжимок, при штамповке в подкладных штампах отдельных частей поковки и, наконец, при штамповке в подкладных штампах целых поковок. Применение горячей штамповки обеспечивается рядом преимуществ, выгодно отличающих ее от других способов получения заготовок для машиностроительных деталей, а именно, от ковки и литья:

1. Более высокая производительность по сравнению с ковкой.

2. Возможность получения без напусков поковок более сложной конфигурации, чем при ковке.

3. Поковки имеют значительно меньшие допуски, чем при ковке. Поковки, получаемые штамповкой, подвергают обработке резанием лишь по поверхностям сопряжения со смежными деталями. Остальные поверхности имеют достаточную чистоту.

4. Экономия металла по сравнению с ковкой и литьем.

5. Поковки обладают более высокими и стабильными механическими свойствами материала, чем отливки.

Расчет коэффициента использования материала:

1.6 Анализ схем базирования и закрепления детали

Базирование - придание заготовке или изделию требуемого положения относительно выбранной системы координат. База - поверхность или выполняющее ту же функцию сочетание поверхностей, ось, точка, принадлежащая заготовке или изделию и используемая для базирования. Схема базирования - схема расположения опорных точек на базах. Закрепление - приложение сил и пар сил к заготовке или изделию для обеспечения постоянства их положения, достигнутого при базировании. Установка - базирование и закрепление заготовки или изделия.

Погрешность установки зависит от не совмещения измерительной и технологических баз и равна разности предельных расстояний от измерительной базы обрабатываемой заготовки до технологической базы.

Выбирать технологические базы необходимо с учетом принципа последовательности баз. В качестве технологической базы следует принимать элементы и поверхности обработанной детали, относительно которых наиболее строго задано положение большинства других элементов и поверхностей. Так же при выборе технологических баз нужно обеспечивать хорошую устойчивость заготовки на опорах станочного приспособления.

Для полной ориентации заготовка должна быть лишена всех шести степеней свободы, для частичной ориентации - трех, четырех или пяти, в данном случае заготовка должна быть лишена шести степеней свободы. Так же число основных опор приспособления должно быть равно числу тех степеней свободы, которых нужно лишить заготовку.

Для повышения точности и надежности ориентировки заготовки и детали в качестве установочной базы принимают поверхность с наибольшими размерами, позволяющую расположить три опорные точки, лежащие не на одной прямой, а на значительном расстоянии друг от друга; в качестве направляющей базы с той же целью принимают самую длинную поверхность. Для опорной базы может быть использована поверхность любых (даже самых малых) размеров при условии достаточно хорошего ее состояния и постоянства формы (отсутствие заусенцев, литейных швов, линий разъемов штампов и т.п.).

Технологическая база - это база, используемая для определения положения заготовки или изделия в процессе изготовления или ремонта.

Конструкторская база - это база, используемая для определения положения деталей или сборочной единицы в изделии.

Измерительной базой называется база, используемая для определения относительного положения заготовки или изделия и средств измерения.

На операциях механической обработки шатуна используется следующая схема базирования:

Заготовка устанавливается на плоскость, для того чтобы лишить заготовку вращения вокруг оси ОZ, её фиксируют по торцам площадок под болты. Таким образом, заготовка лишается шести степеней свободы. Погрешность базирования в этом случае будет зависеть от поверхности, которая обрабатывается. В частности при обработке отверстия большой головки шатуна погрешность базирования будет равна:

Е_б = д + s

где д - допуск на размер диаметра отверстия,

s - максимальный зазор принятой посадки детали на палец.

1.7 Анализ базового технологического маршрута обработки детали

Шатун изготавливается в моторном корпусе ЗИЛа. Технологический процесс обработки шатуна из следующих операций:

1. Плоскошлифовальная. Плоскошлифовальный 5-ти шпиндельный мод. Ра-5 фирмы “Джустина”.

2. Протяжная. Вертикально протяжной мод. МП-7А783.

3. Агрегатная. Агрегатный сверлильный мод. 5А-897.

4. Протяжная. Вертикально протяжной мод. МП-7А783.

5. Протяжная. Вертикально протяжной мод. 767 10ДН95.

6. Агрегатная. Агрегатный вертикально-сверлильный мод. 5А-898.

7. Агрегатная. Агрегатный сверлильный мод. 2ХА-1406.

8. Фрезерная. Специальный, вертикально фрезерный мод. 5А-899.

9. Плоскошлифовальная. Плоскошлифовальный мод. 3772.

10. Промывка. Моечная машина конвейерного типа.

11. Операционный контроль. Верстак ОТК.

Анализируя действующий технологический процесс изготовления детали, отметим, что в основном применяется перспективное технологическое оборудование, оснащенное специальной оснасткой. Для обеспечения повышенных режимов резания применяются прогрессивные металлорежущие инструменты.

Анализ базового технологического процесса показал, что для снижения трудоемкости и повышения производительности обработки целесообразно использовать прогрессивное оборудование: агрегатные и специальные станки. Данные изменения обеспечат освобождение производственных площадей, рабочей силы, в результате чего снизится стоимость изготовления детали.

1.8 Обоснование и выбор методов обработки, оборудования и инструмента

При выборе последовательности обработки руководствуемся следующим соображением:

- выполняем операции с наибольшим удалением стружки, т. к. в этом случае легче обнаружить дефекты заготовки, происходит наибольшее перераспределение внутреннего напряжения у деталей, действуют наибольшие силы резания;

- предусматриваем выполнение черновых операций отдельно от чистовых;

- операции, при которых можно ожидать повышенного брака, относим к началу процесса обработки, чтобы не загружать оборудование и рабочих, занятых на обработке;

- отделочные операции относим к концу технологического процесса с тем, чтобы уменьшить возможность повреждения окончательно обработанных поверхностей.

При выборе последовательности переходов для многопозиционных станков руководствуемся следующими соображениями:

- один размер при обработке отверстий должен возрастать к требуемому диаметру;

- один размер при обработке наружной поверхности должен понижаться к требуемому размеру;

- если на одной позиции деталь обрабатывается несколькими инструментами (несколько поверхностей), инструмент не должен пересекаться при обработке;

- при обработке на одном станке, деталь должна быть закреплена один раз на все время обработки;

- не допускать обработку чистовую перед черновой.

Выбор оборудования, прежде всего, определен выполнением технических условий и требований, предъявляемых к обрабатываемой детали, а также необходимо знать следующие положения:

метод обработки; точность и производительность оборудования; мощность двигателей станка; стоимость оборудования; наличие в цехе или на рынке данного оборудования; тип производства.

При выборе режущего инструмента необходимо знать следующие положения:

метод обработки; точность и производительность оборудования; стоимость; наличие в цехе или на рынке данного инструмента; стойкость и ремонтопригодность инструмента; шероховатость обрабатываемой поверхности.

В технологическом процессе механической обработки присутствуют черновые, чистовые и финишные операции. Первой операцией технологического процесса является плоскошлифовальная, на которой обрабатываются боковые поверхности шатуна. Операция осуществляется на плоскошлифовальном станке мод. Ра-5 фирмы «Джустина», в качестве инструмента используются шлифовальный круг. После этой операции следует протяжная, в качестве инструмента используются протяжки как плоские, так и круглая с твердосплавными пластинами. Транспортировка деталей между операциями производится с помощью подвесного конвейера.

На следующей операции (агрегатная) сверлят отверстие в поршневой головке шатуна и зенкеруют отверстие под поршневой палец. Далее происходит развертывание отверстия поршневой головки шатуна. Инструментами являются: сверло, зенкер, развертка. Далее опять производятся протяжные операции, на которых протягиваются плоскости стыка и фаски. Обработка производится на вертикально-протяжном станке. Используется инструмент: протяжка. Следующими операциями являются сверлильные. Сверлят отверстия под болты в кривошипной головке шатуна, обработка ведётся на агрегатном вертикально-сверлильном станке модели 5А-898. Также сверлят отверстия для смазки. Далее фрезеруют паз под вкладыш. Операция производится на специальном вертикально фрезерном станке.

Следующей операцией является плоскошлифовальная, на которой шлифуют плоскость стыка. Инструментом является шлифовальный круг.

Последующей операцией идет промывка шатуна.

Заключительной операцией технологического процесса является операция приёмочного контроля.

1.9 Расчет межоперационных припусков и размеров на обработку детали

Припуск на обработку - слой металла, удаляемый с поверхности заготовки в процессе обработки для обеспечения заданного качества детали.

Общий припуск - слой материала, необходимый для выполнения всей

совокупности технологических переходов, то есть всего техпроцесса

обработки данной поверхности от заготовки до готового изделия.

Величина припуска рассчитывается по формуле (при последовательной обработке противолежащих поверхностей):

Zmin = (Rz_i-1 + h_i-1 + _?i-1 + _i),

где Rz_i-1 - высота микронеровностей профиля на предшествующем переходе, мкм;

h_i-1 - глубина дефектного слоя на предшествующем переходе, мкм;

_?i-1 - суммарные отклонения расположения поверхности, мкм;

_i - погрешность установки заготовки на выполняемом переходе, мкм.

Рассчитаем припуск на обработку торцов малой головки шатуна. Определяем, что для достижения данной шероховатости и в соответствии с точностью размеров по чертежу, обработку указанной поверхности стоит вести в следующей последовательности:

1. Минимальный припуск на черновую шлифовку торцов:

= 40 мкм;

h_i-1 = 0 мкм; (после закалки исключается)

_?i-1 = 70 мкм;

= 0, т.к. базой являются торцы.

2. Минимальный припуск на чистовую шлифовку торцов:

= 8 мкм;

h_i-1 = 0 мкм; (после закалки исключается)

_?i-1 = 32 мкм;

= 0, т.к. базой являются торцы.

1.10 Расчёт режимов резания

Операция 005: Протяжная

Оборудование: вертикально-протяжной станок мод. МП-7А783

Инструмент: протяжки из быстрорежущей стали Р6М5 и протяжка с твердосплавными пластинами Т5К10 65,5

Назначаем режимы резания по справочнику [9].

Скорость резания V=12 м/мин.

Расчёт длины рабочего хода Lр.х. в мм:

Lр.х.1 = Lрез. + l₂ + Lп = 568 + 30 + 40 = 638 мм,

Lр.х.2 = Lрез. + l₂ + Lп = 464 + 30 + 40 = 534 мм,

Lр.х.3 = Lрез. + l₂ + Lп = 600 + 30 + 40 = 670 мм,

Рассчитываем То в минутах:

мин.

мин.

мин.

Определяем силу резания Рz:

F = 475 Н/мм



Zc = 1, Zmax = 2

мм

кН

Определяем необходимую мощность электродвигателя:

кВт

Операция 030: агрегатно-сверлильная.

Оборудование: агрегатный вертикально-сверлильный станок мод. 5А-898.

Инструмент: комбинированное сверло 14, сверло 9.7 и

зенкер 11,75 из быстрорежущей стали Р6М5.

Назначаем режимы резания по справочнику [9].

Расчёт длины рабочего хода Lр.х. в мм:

1. Lр.х. = Lрез. + Lп + Lд = 17 + 2 + 1 = 20 мм,

2. Lр.х. = Lрез. + Lп + Lд = 18 мм

3. Lр.х. = Lрез. + Lп + Lд = 22 мм

Определение стойкости инструмента по нормативам Тр в минутах резания: Тр = 51 мин.

Назначение подачи S_о, мм/об: для комбинированного сверла Ш14 мм = 0,14;

для сверла Ш9,7 мм = 0,2, для зенкера Ш11,75=0,35.

Определение рекомендуемой нормативами скорости резания:

1.V = 17•1•1•1 = 17 м/мин.

2.V = 16•1•1•1 = 16 м/мин.

3.V = 22•1•1•1,1 = 24,5 м/мин.

Расчёт числа оборотов шпинделя, соответствующего рекомендуемой скорости резания, и уточнение его по паспорту станка:

n = 1000V/(рD)

1.n = 387 об/мин

2.n = 525 об/мин

3.n = 664 об/мин

Расчёт минутной подачи: Sм = S_о*n

1. Sм = 54,14 мм/мин

2. Sм = 105 мм/мин

3. Sм = 232,4 мм/мин

Расчёт основного машинного времени обработки tм в мин на комплект (комплект включает все детали, установленные на столе станка):

1.То=0,39 мин

2.То=0,17 мин, 3.То=0,09 мин

Находим мощность затрачиваемую на резание.

Nтаб =1,2 кВт. Учтем поправочный коэффициент Кv_N=1

1.N рез. = Nтаб*Кv_N = 1,2*1= 1,2 кВт.

2.N рез. = Nтаб*Кv_N = 1,13кВт.

2.N рез. = Nтаб*Кv_N *(v/100)= 0,5 кВт.

Операция 040: фрезерная

Оборудование: специальный вертикально-фрезерный станок модели 5А-899

Инструмент: фреза

Назначаем режимы резания по справочнику [9].

Расчёт длины рабочего хода Lр.х. в мм:

Lр.х. = Lрез. + Lп = 14 + 2 = 16 мм,

Выбор величины припуска t= 1,8 мм

S_о = Sz•Z = 0,1•40 = 4 мм/об

Определение стойкости инструмента по нормативам Тр в минутах резания:

Тр=9,12 мин.

Определение рекомендуемой нормативами скорости резания:

V = 31 м/мин.

Расчёт числа оборотов шпинделя, соответствующего рекомендуемой скорости резания, и уточнение его по паспорту станка:

n = 1000V/(рD) =197 = 200 об/мин

Расчёт минутной подачи: Sм = S_о*n

Sм = 800 мм/мин

Расчёт основного машинного времени обработки tм в мин на комплект (комплект включает все детали, установленные на столе станка):

То=0,02 мин

1.11 Расчет технической нормы времени

Технически обоснованной нормой времени называют регламентированное время выполнения технологической операции в определенных организационно-технических условиях, наиболее благоприятных для данного производства. Технически обоснованную норму времени устанавливают на каждую операцию. Для неавтоматизированного производства штучное время (отношение времени выполнения технологической операции к числу изделий, одновременно изготовленных на одном рабочем месте) определяется, как :

t_шт.=t_o+t_всп.+t_то+t_oo+t_п

где t_о - основное ( технологическое ) время,

t_в - вспомогательное время,

t_{орг.обсл} - время организационного обслуживания,

t_т.о - время технического обслуживания.

t_п. - время перерывов

Основное время учитывает изменение состояния продукта производства в процессе обработки. При обработке на станках основное время определяют расчетом для каждого технологического перехода :

где L- длина рабочего хода, мм

S_o- подача, мм/об

n - частота вращения, мин^-1

i - число рабочих ходов в данном переходе

Время действий, сопровождающих выполнение основной работы, относится к вспомогательному. Оно включает время на установку, закрепление и снятие заготовки, подвод и отвод рабочего инструмента, а также измерение обрабатываемой заготовки.

Сумму основного и вспомогательного времени называют оперативным временем: t_осн.+t_всп.= t_оп.

Время технического обслуживания затрачивается на смену затупившегося инструмента, подналадку оборудования, заправку и регулировку инструмента. Его величину берут в процентах ( до 6 %) от оперативного времени:

Время организационного обслуживания рабочего места учитывает затраты времени на подготовку рабочего места к началу работы, уборку рабочего места в конце смены, смазку и чистку станка и т.д. Определяется в процентах от оперативного времени по нормативам 0,6- 8 %:

Время перерывов в работе отводится на отдых и личные надобности рабочего, его берут по нормативам в процентном отношении к оперативному времени (2,5 % )

Результаты нормирования сведены в таблицу 1.1.

Таблица 1.1.

№ операции	Наименование операции	tшт.	tосн	tвсп	tт.о	tо.о	tпер
005	Плоскошлифовальная
010	Протяжная
015	Агрегатная
020	Протяжная
025	Протяжная
030	Агрегатно-сверлильная
035	Агрегатно-сверлильная
040	Фрезерная
045	Плоскошлифовальная

2. КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ

Приспособлением называют вспомогательное устройство для выполнения операций механической обработки, сборки, испытания и контроля. Наибольшую группу (около 70%) составляют приспособления для механической обработки на станках. Применение станочных приспособлений устраняет разметку, повышает производительность труда и точность обработки, снижает себестоимость изделия, повышает безопасность работы и улучшает условия труда. В зависимости от целевого назначения различают станочные приспособления для установки и закрепления заготовок, а также для установки и закрепления инструментов; сборочные приспособления; приспособления для контроля и испытания деталей и узлов. По степени специализации приспособления подразделяются на универсальные, переналаживаемые и специальные.

Универсальные приспособления применяют в индивидуальном и мелкосерийном типах производства. Их изготавливают централизованно специализированными предприятиями: например, патроны для установки заготовок или инструментов, машинные тиски, поворотные столы и т.д. Иногда универсальные приспособления проектируют и изготавливают индивидуально для деталей определённого типа, но разных размеров. Переналаживаемые приспособления применяют в мелко- и среднесерийном типах производства. Специальные приспособления предназначены для выполнения одной технологической операции. Поэтому их целесообразно применять в условиях массового и крупносерийного производства.

К приспособлениям предъявляют ряд требований. Они должны обеспечивать необходимую точность; быть удобными, эффективными и безопасными в работе; обеспечивать необходимую жесткость; быть простыми и удобными при регулировке и ремонте; обеспечивать требуемое положение детали или инструментов относительно рабочих органов.

2.1 Устройство и описание зажимного приспособления на операции протягивания боковых поверхностей крышки шатуна

Основное назначение зажимного устройства - обеспечить надёжный контакт заготовки с установочными элементами и предотвратить в процессе обработки смещение заготовки под действием сил. Основные требования, предъявляемые к зажимным устройствам:

1. простота, надежность, жесткость и износостойкость;

2. постоянная по величине сила закрепления и минимальное время закрепления-открепления заготовки;

3. отсутствие деформации заготовки и её смещения в процессе закрепления.

В дипломном проекте используется зажимное приспособление, которое представлено на листе графической части. Данное приспособление применяется для протягивания боковых поверхностей крышки шатуна.

На рис. 1 дана схема пневматического зажима с комбинированным усилителем, состоящего из однорычажного шарнирного механизма-усилителя 3 с роликом и двуплечего рычага 4. на левом вильчатом конце штока 2 на оси установлены ролик и нижний конец механизма-усилителя 3, последний верхним концом шарнирно связан с двуплечим рычагом 4.

Рис. 1

При подаче сжатого воздуха в бесштоковую полость пневмоцилидра поршень 1 со штоком 2 перемещается влево и через однорычажный шарнирный механизм-усилитель 3 поднимает правое плечо рычага 4, а левое плечо 4, опускаясь, зажимает деталь 5. Во время подачи сжатого воздуха в штоковую полость пневмоцилиндра поршень 1 со штоком 2 перемещается вправо, рычаг 4 поднимается и происходит разжим детали 5.

Сила зажима детали и осевая сила на штокецилиндра:

Здесь - угол наклона рычага усилителя;

- дополнительный угол к углу , учитывающий трение в шарнирах рычагов =arcsin f(d/D); f=0,1 - коэффициент трения;

d - диаметр оси ролика, мм;

D - наружный диаметр ролика, мм;

D₁ - диаметр поршня пневмоцилиндра, мм

,

- коэффициент трения на опорной поверхности ролика;

l и l₁ - длины плеч рычага, мм;

- коэффициент, учитывающий трение в различных трущихся соединениях;

W - сила зажима обрабатываемой детали, Н (кгс);

W₁ - сила действующая на оси рычага, Н (кгс);

Q - исходная сила на штоке пневмоцилиндра, Н (кгс)

1350 кгс

2.2 Устройство и описание приспособления для контроля шатуна

Контрольные приспособления служат для контроля качества выполнения соединения (момента затяжки, силы запрессовки), а также для контроля выходных геометрических параметров соединения (параллельности, перпендикулярности поверхностей), для проверки размеров, формы и взаимного расположения поверхностей деталей и узлов машин. Высокие требования точности обуславливают необходимость применения в контрольных приспособлениях измерительных приборов высокой чувствительности. Точность контрольного приспособления в значительной степени зависит от принятого метода измерения, степени совершенства конструкции приспособления и точности изготовления его элементов.

Для контроля заданных чертежом параметров, таких как непараллельность и пересечение (скрещивание) осей большой и малой головок шатуна, предлагаю использовать контрольный стенд, представленный на 9 листе графической работы. Для того чтобы показать как работает приспособление привожу инструкцию по эксплуатации:

1. Подготовка установки к работе.

1.1. К установке подать воздух давлением 0,4 МПа по манометру узла подготовки воздуха.

1.2. Отрегулировать стабилизаторы давления воздуха на давление 0,15 МПа по манометрам, расположенным на лицевой панели.

1.3. Сопрягаемые поверхности эталонов установочных, пневмокалибров и проверяемых изделий должны быть чистыми.

1.4. Стрелки преобразователей пневмоэлектроконтактных должны совпадать с “0” шкал с точностью 2-х делений.

1.5. Проверка настройки преобразователей.

1.5.1. Поместить на столик приспособления эталон.

1.5.2. Опустить столик приспособления.

1.5.3. Стрелка преобразователя должна совпадать с крайними (левой, правой) красными точками, с точностью 2-х делений.

1.5.4. Снять с приспособления эталон.

2. Работа на установке.

2.1. Поместить на столик приспособления изделие, расположив его технологической бобышкой вниз.

2.2. Опустить столик приспособления и произвести измерения.

2.3. Изделие считается годным, если оно свободно садится на пневматические калибры установки, а стрелка преобразователей будет находиться в пределах зелёного поля допуска.

Примечания: 1. красные точки шкал преобразователей соответствуют действительным размерам эталонов; 2. в случае несовпадения произвести регулировку с помощью винтов узлов регулирования, расположенных под кожухом, за преобразователями.

2.3 Специальный вопрос

2.3.1 Анализ применяемости инструментальных материалов

В механообработке инструмент играет главную роль. Название методов обработки, как правило, происходит от названия инструмента или же словосочетания: инструмент - обрабатываемая поверхность. Не случайно производительность методов обработки напрямую зависит от скорости резания, допустимой инструментом. Взаимосвязь скорости резания и материала инструмента представлена диаграммой на рис. 1, выражающей динамику и историю развития инструментальных материалов.



1 - Инструментальная сталь (1875г., Муше, Франция):

1а - легированные инструментальные стали с хромом, марганцем и т.д.;

2 - Быстрорежущая сталь (1900г., Тейлор, США):

2а - с легирующими элементами: молибден, кобальт, ванадий и т.д.;

2б - полученная по технологии порошковой металлургии.

3 - Твердый сплав (1907г., Хейнес, Германия):

3а - с многослойными покрытиями.

4 - Минералокерамика (1950г., Япония):

4а - керамика с добавками металлов в виде карбидов, нитридов, оксидов вольфрама, титана, молибдена и т.д. - керметы.

5 - Синтетические алмазы (1951г., Швеция, США) - композиты.

6 - Новые инструментальные материалы для сверхскоростного резания V=5000 … 10000 м/мин и более.

Востребованность сверхскоростного резания видимо приведет к созданию новых инструментальных материалов с непредсказуемыми пока свойствами. Большие перспективы в этом у новой науки “Нанотехнология”.

Применяемость инструментальных материалов. Для лезвийных инструментов имеет место следующее соотношение применяемости: 60…70% - БРС; 20…30% - твердые сплавы; 5…10% - остальные материалы. Высокая доля БРС объясняется его высокой прочностью и невысокой стоимостью инструмента, а твердого сплава - высокими режущими свойствами. Причем по объему выполняемых работ (срезаемой стружке) твердый сплав не уступает БРС и более перспективен.

2.3.2 Определение производительности съема металла при лезвийной обработке

На диаграмме (рис. 2) представлена максимально возможная производительность съема металла (г/мин) для черновых методов лезвийной обработки: 1-точение, 2,3,4 - фрезерование торцовой, цилиндрической и

концевой фрезой, соответственно, 5- сверление, 6-зенкерование,

7 - протягивание, 8-строгание, 9- нарезание наружной резьбы многогребёнчатой головкой , 10- зубофрезерование червячной фрезой.

Для каждого метода использовались свои максимально допустимые режимы резания [по справочнику 2], характерные для черновой обработки.

Основной метод 1 лезвийной обработки - точение занимает 3-е место по производительности, которая принята здесь за 100%. Сравнительно высокая производительность объясняется применением жесткого крупногабаритного резца, оснащенного твердым сплавом, а также открытостью рабочей зоны.

Метод 2 фрезерования торцовой фрезой с твердосплавными зубьями характеризуется наивысшей производительностью благодаря крупным габаритам фрезы и соответственно наибольшему числу режущих зубьев, работающих одновременно.



Метод 3 фрезерования цилиндрической фрезой, характеризующийся меньшим числом одновременно работающих зубьев инструмента, в несколько раз уступает по производительности методу фрезерования торцовой фрезой из-за меньшего диаметра фрезы. Но он позволяет обрабатывать за один проход фасонные и ступенчатые поверхности.

Метод 4 фрезерования концевой твердосплавной фрезой характеризуется наименьшей производительностью из-за сложных условий работы и малых размеров фрезы, но он самый универсальный и наиболее приспособлен для сверхскоростного резания.

Метод 5 сверления сверлом из БРС характеризуется невысокой производительностью съема металла из-за малого числа режущих кромок и стесненных условий работы.

Метод 6 зенкерования инструментом с 4-6 твердосплавными зубьями является самым производительным методом при обработке отверстий в условиях ограниченности рабочего пространства.

Метод 7 наружного протягивания плоской многозубой протяжкой из БРС занимает 2-ую позицию по производительности. Но он имеет ограниченные возможности по величине снимаемого припуска и габаритным размерам обрабатываемой поверхности заготовки.

Метод 8 строгания крупногабаритным резцом из БРС широко универсален и характеризуется наибольшей площадью сечения срезаемой стружки (при S до 4 мм/об и t до 20 мм), но для него характерен обратный холостой ход и невысокая скорость резания.

Метод 9 нарезания наружной резьбы многогребенчатой головкой характеризуется малой производительностью из-за сложных условий работы гребёнок, изготовляемых из БРС.

Метод 10 зубофрезерования червячной фрезой из БРС является самым высокопроизводительным методом при обработке сложных поверхностей.

Итак, съем металла черновыми методами лезвийной обработки составляет величину 0,1…6,5 кг/мин; для сравнения максимальная производительность обдирки слитков наружным шлифованием может доходить до 4 кг/мин, но этот процесс является весьма энергоёмким и экологически неблагоприятным.

2.3.3 Методы и способы обработки поверхностей протягиванием

Протягиванием называют обработку многолезвийным инструментом с поступательным движением резания и с прерывистой подачей, заложенной в самой конструкции инструмента, у которого режущие элементы следуют друг за другом с подъемом на толщину среза на каждый зуб - Sz, мм/зуб. Название метода происходит от слова “тянуть”, относящегося к инструменту. V - скорость резания в м/мин, обычно V = 3…12 м/мин, при скоростном протягивании V=20…30 м/мин.

Протяжки являются одними из самых крупногабаритных, многозубых, металлоемких и дорогостоящих инструментов. Их длина доходит до 2 м, вес до 0,5 тонны (БРС), а стоимость достигает стоимости универсального станка.

Протягивание является высокопроизводительным методом механообработки, рекомендуемым для крупносерийного и массового производства; при обработке сложных внутренних поверхностей иногда безальтернативным. Метод имеет ограничения по диапазону обрабатываемых диаметров и длин (D = 5…200 мм и L_max = 150 мм), а также по величине снимаемого припуска (t = 0,2…3 мм).

...