Проектирование изготовления и обработки детали «Основание»

метки: Основание, Нижний, Операция, Деталь, Обработка, Поверхность, Отверстие, Приспособление

1. Анализ конструкции детали с точки зрения технологичности при заданной программе. Расчет такта выпуска, определение типа производства

Деталь «Основание» является базовой и служит основой для закрепления некоторых деталей. Они выполняют свои определенные функции и представляют собой отдельный сборочный узел изделия.

Технологические требования к детали «Основание» состоят в необходимости получить: наружные и внутренние поверхности, используемые при работе данной детали, с требуемой точностью и шероховатостью; точные межосевые расстояния отверстий; точное взаимное расположение отверстий и поверхностей детали.

Деталь «Основание» изготавливается из сплава алюминия АК-8 ГОСТ 1583-89 литьем под давлением, поэтому конфигурация наружного контура и внутренних поверхностей не вызывает значительных трудностей при получении заготовки.

Механическая обработка данной детали затруднений не представляет. Имеются токарные операции (наружное и внутреннее точение), обработка отверстий (сверление, нарезание резьбы) и также операции фрезерования

В целом деталь «Основание» ТПЖА.730000.195 достаточно технологична, допускает использование высокопроизводительных методов обработки, таких как агрегатирование для некоторых операций.

Упрочняющей термообработки деталь не требует, так как заготовка получается литьем, и твердость отливки удовлетворяет требованиям чертежа.

2. Расчет такта выпуска, определение типа производства

Такт выпуска рассчитывается по формуле 1

, (1)

где F — действительный годовой фонд времени работы оборудования, F = 4015 часов;

• N — годовая программа выпуска, N = 30000 штук.

(мин).

Таблица 1 — Расчёт основного и штучного времени:

Операция	Переход	То	ц	Тшт
100	1	1,9	1,35	4,75
	2	0,27
	3	0,24
	4	0,26
	5	0,38
	6	0,33
	7	0,14
110	1	0,13	1,35	5,38
	2	0,52
	3	0,64
	4	0,67
	5	0,68
	6	0,38
	7	0,39
	8	0,46
	9	0,12
120	1	0,11	1,72	1,46
	2	0,01
	3	0,21
	4	0,13
	5	0,05
	6	0,11
	7	0,17
	8	0,06
130	1	0,38	1,51	0,57
140	1	1,38	1,51	2,1
150	1	0,04	1,72	0,28
	2	0,01
	3	0,08
160	1	0,05	1,72	0,3
	2	0,01
	3	0,1

Определяем среднее штучное время:

Далее определяем коэффициент серийности по формуле:

Исходя из значения коэф-та серийности делаем вывод, что производство крупносерийное.

3. Анализ требований к точности и шероховатости обрабатываемых поверхностей детали «Кронштейн»

Качество изготовления продукции определяется совокупностью свойств процесса ее изготовления, соответствием этого процесса и его результатов установленным требованиям. Основными производственными факторами являются качество оборудования и инструмента, физико-химические, механические и другие свойства исходных материалов и заготовок, совершенство разработанного технологического процесса и качество выполнения обработки и контроля.

В машиностроении показатели качества изделий весьма тесно связаны с точностью обработки деталей машин. Полученные при обработке размер, форма и расположение элементарных поверхностей определяют технические параметры продукции, влияющие на ее качество, надежность и экономические показатели производства и эксплуатации.

Производится анализ требований к точности и шероховатости обрабатываемых поверхностей детали «Основание».

На первых операциях технологического процесса помимо прочих, производится обработка поверхностей, используемых в качестве чистовых баз на последующих операциях, а именно обработка базовой поверхности, обработка центрального отверстия и обработка двух отверстий под пальцы. При обработке центрального отверстия необходимо обеспечить шероховатость поверхности Ra = 2,5 мкм. Обработка 2 отверстий под пальцы предполагает сверление, зенкерование и предварительное и окончательное развертывание. Необходимая шероховатость данных поверхностей — Ra = 1,25 мкм. На четвёртой и пятой операциях производится обработка пазов с шероховатостью Rz = 2 0мкм. Также на шестой и седьмой операциях производится обработка отверстий сверлением с последующим нарезанием резьбы. Требования к шероховатости на данных операциях — Ra = 2,5 мкм.

4. Техническое и экономическое обоснование выбора заготовки

Способ получения той или иной заготовки зависит от служебного назначения детали и требований, предъявляемых к ней, от ее конфигурации и размеров, вида материала, типа производства и других факторов.

Для рационального выбора заготовки необходимо учитывать одновременно все вышеперечисленные исходные факторы, так как между ними существует тесная взаимосвязь. Окончательное решение можно принять только после экономического комплексного расчета себестоимости заготовки и механической обработки.

Следовательно, предлагаются два варианта получения заготовок: литье в песчаные формы и литье под давлением.

В общем производстве литых заготовок значительный объем занимает литье в песчано-глинистые формы, что объясняется его технологической универсальностью. Этот способ литья экономически целесообразен при любом характере производства, для деталей любой массы, конфигурации, габаритов, для получения отливок практически из всех литейных сплавов. Изменяя способ формовки, используя различные материалы моделей и составы формовочных смесей, получаются отливки с достаточно точными размерами, не требующие последующей механической обработки по отдельным поверхностям. В общем случае литьем в песчано-глинистые формы можно получать отливки с шероховатостью поверхности Rz = 320 ч 40 мкм и с точностью, соответствующей 17 ч 14 квалитетам.

Литье под давлением является прогрессивным способом получения точных и сложных по форме отливок, в связи с чем оно получило широкое распространение в машиностроении. Данный способ рентабелен: при крупносерийном и массовом производствах сложных и ответственных деталей с высокими требованиями к точности размеров и шероховатости поверхности. Особенно эффективно применение литья под давлением, если требования по чистоте поверхности и точности размеров литых деталей могут быть обеспечены в литом состоянии без последующей механической обработки. Такой способ получения отливок обеспечивает точность до 14 квалитета и параметр шероховатости поверхности Rz= 80 ч 20 мкм.

Сравнивая два способа получения заготовки, выбирается литье под давоением.

5. Черновые и чистовые технологические базы

При механической обработке заготовок на станках требуется определить положение детали, сориентировать ее относительно режущего инструмента и станка. Данная задача решается назначением соответствующих баз, которые делятся на черновые и чистовые базы.

Черновые установочные базы применяются на первой операции, когда деталь устанавливается на поверхности, полученные литьем. При этом учитываются правила:

• черновые установочные базы должны быть использованы только один раз, обеспечивая получение чистовых баз;
• в качестве черновой базы используется поверхность, которая остается в черном виде или с которой требуется снять равномерный минимальный припуск, имеющая наиболее точное расположение в заготовке относительно других поверхностей;
• черновое базирование поверхности должно быть по возможности равным и чистым, не иметь литников, облоя и дефектов.

Чистовые установочные базы применяются для установки детали на всех последующих операциях. При этом учитываются правила:

• в качестве установочной базы должны служить поверхности, от которых координируются размеры — принцип совмещения баз;
• на всех операциях использовать по возможности одни и те же базовые поверхности — принцип постоянства баз;
• в качестве чистовых установочных баз использовать только обработанные поверхности и желательно более точные, которые должны иметь достаточные размеры для обеспечения устойчивой установки детали.

Учитывая эти правила, в качестве чистовых баз используются обработанная поверхность основания, два отверстия для цилиндрического и ромбического пальцев.

Комплекты черновых и чистовых баз показаны на рисунке 1, 2.

Рисунок 1 — Комплект черновых баз

Рисунок 2 — Комплект чистовых баз

6. Обоснование выбора оборудования для каждой операции

Выбор станков производится уже после того, как каждая операция предварительно разработана. Это значит, что намечены, выбраны или определены метод обработки поверхностей, точность и классы чистоты поверхностей, припуски на обработку, режущий инструмент, тип производства.

При изготовлении заданной детали в соответствии с годовой программой выпуска детали необходимо произвести подбор соответствующего оборудования для автоматизации обработки детали.

На первых двух операциях применяются токарные станки, так как этому способствуют конфигурация и форма детали. На четвёртой и пятой операциях применяются фрезерные станки, так как производится обработка пазов операцией фрезерования. На остальных операциях применяются агрегатные станки, так как на этих станках можно одновременно произвести несколько операции. Также при использовании агрегатных станков вспомагательное время на установку и снятие детали перекрывается основным временем.

7. Расчет и назначение межоперационных припусков

Расчет припусков производится для отверстия . Результаты расчета сведены в таблицу 2.

Величина допуска заготовки зависит от выбранного способа ее получения и точности заготовки. Согласно /5/, допуск на данный размер составляет 1 мм, поэтому предельные отклонения на размер составляют ±0,5 мм.

Допуск на черновое растачивание — 740 мкм (H14), допуск на получистовое растачивание — 190 мкм (H11), на чистовое растачивание — 74 мкм (H9).

Качество и шероховатость поверхности заготовки (Rz+h) определяются величиной 500 мкм (/5/).

Черновое растачивание отверстия может быть выполнено с шероховатостью Rz40 мкм, получистовое — с шероховатостью Rz20 мкм. Глубина дефектного слоя, получаемого при механической обработке, крайне мала, и ею пренебрегают, h=0.

Минимальное значение припуска для i-го перехода определяется по формуле (6)

• (6)

Суммарное значение пространственного отклонения определяется по формуле (7)

, (7)

где — смещение оси отверстия, мкм,

• удельное значение увода оси отверстия в процессе обработки, мкм/мм,
• глубина отверстия, мм. (/5/).

мкм.

Величина пространственного отклонения для обрабатываемой поверхности при базировании на наружную поверхность определяется по формуле (8)

, (8)

мкм. (/5/)

Погрешность установки определяется как сумма погрешностей базирования и закрепления, складываемых геометрически. Погрешность базирования . При установке и закреплении детали в патроне погрешность закрепления составляет (/5/).

мкм.

Тогда

мкм,

мкм.

Величина пространственного отклонения (остаточной кривизны) определится как

мкм,

Минимальное значение припуска для сверления отверстия в сплошном материале

мкм.

Минимальное значение припуска для зенкерования отверстия

мкм.

Минимальное значение припуска для развертывания отверстия

мкм.

Номинальный припуск по переходам определяется в соответствии с формулой (9)

(9)

Для первого перехода согласно рисунку 2

мкм,

Для второго перехода

мкм.

Для третьего перехода

мкм

Общий (расчетный) припуск заготовки составляет

мкм.

Определяются номинальные размеры детали по переходам: для готовой детали (после третьего перехода) мм; после третьего перехода (в соответствии с рисунком 3) мм. Полученный размер округляется в сторону уменьшения массы до значения мм. После второго перехода мм, мм. После первого перехода мм, мм.

Определяются предельные размеры для заготовки.

Минимальные и максимальные принятые припуски, определяемые в соответствии с рисунком 3, после получистового растачивания

мм,

мм.

Условие () выполняется, припуска достаточно.

Для чистового растачивания

мм,

мм.

Условие ( ) выполняется.

Таблица 2 — Расчет припусков, операционных размеров и размеров заготовки

Операция	Переход	Наименование перехода	Элементы припуска, мкм	Минимальный припуск z min , мкм	Номинальный припуск z 0 min ,мкм	Предельные размеры, мм (ном. размеры округляются в сторону увеличения массы)	Предельные значения припусков, мкм
			Rz	h					номинальн.	наибольш.	наименьш.	номинальн.	наибольш.	наименьш.
		Загот.	500		755				71,9	72,4	71,4
100	3	Черновая	40	0	42	100	2*1260	2*1260	74,5	75,24	74,5	2600	3840	2100
100	4	Получист	20	0	3	6	2*82	2*452	75,5	75,69	75,5	1000	1190	260
100	5	Чистовая	10	0		0,4	2*23	2*118	76	76,074	76	500	574	310
									4100	5604	2670

Рис.2 — Схема межоперационных припусков

8. Расчет операционных размеров

Производится расчет межоперационных размеров на размер 35 _-0,62 детали «Основание».

Согласно комплекту документов на единичный технологический процесс, обработку данной поверхности можно представить в виде графической схемы, представленной на рисунке 4.

Рисунок 4 — Расчетная схема для определения промежуточных размеров.

Рассматривается две размерных цепи.

Исходные данные для цепи:

мм, мм, мм.

мм,

мм.

мм,

мм.

Исходные данные для цепи:

мм, мм, мм.

мм,

мм.

мм,

мм.

9. Нормирование операций

9.1 Подбор смазывающее-охлаждающих технологических средств

Основы выбора смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) должны базироваться на том, что с одной стороны, формулируются цели, которые необходимо достичь в результате применения СОЖ, а с другой стороны учитываются условия выполнения операций обработки резанием, как создающие предпосылки для реализации физико-химических и функциональных свойств СОЖ.

Основные цели применения СОЖ следующие:

• а) повышение технологических показателей выполнения операций обработки резанием;
• б) повышение экономических показателей выполнения операций обработки резанием;
• в) улучшение условий труда путем уменьшения содержания металлической пыли в атмосфере цеха при обработке деталей, а также улучшение стружкозавивания и стружкоотвода.

При использовании эмульсии стойкость инструмента увеличивается в три раза по сравнению со стойкостью при обработке без СОЖ. Причем распыление СОЖ в зоне резания увеличивает стойкость инструмента в пять раз.

Эмульсия Castrol Syntilo R4 — это активированная, биостабильная, водосмешиваемая смазочно-охлаждающая жидкость, содержащая минеральные масла.

Данная смазывающе-охлаждающая жидкость применяется для всех тяжелых процессов обработки резанием, таких как фрезерование плоскостей, пазов, шлифование, протягивание.

Целый ряд преимуществ делает применение смазочно-охлаждающей жидкости Syntilо R4 особенно благоприятным в экономическом отношении: СОЖ высокоразбавляема, стабильна в течение длительного времени и, благодаря высокой смачивающей и охлаждающей способности, а также наличию ЕР-присадок, обеспечивает высокую стойкость режущего инструмента. Syntilо R4 не повреждает лаковые покрытия.

Castrol Syntilo R4 отвечает требованиям по охране труда и защите окружающей среды.

Типичная концентрация составляет 4 % — 5 %. Для тяжелых условий металлообработки необходимо увеличить концентрацию.

В зависимости от условий обработки срок службы эмульсии составляет до двух лет, при этом не теряет своих свойств, расходуется только на стружку.

9.2 Расчет режимов резания для операции 140.

Рассчитываются режимы резания для сверления отверстия 10,25 (поз. 2).

Скорость резания

, м/мин, (10)

где — постоянные коэффициенты,

• показатели степеней;
• T — стойкость инструмента, мин;
• S — подача, мм/об;
• D — диаметр отверстия после обработки, мм.

м/мин.

Число оборотов шпинделя

, об/мин (11)

об/мин.

Сила резания

, Н (12)

где Ср — постоянный коэффициент;

• Кр -поправочный коэффициент;
• D — диаметр инструмента, мм;
• Т — стойкость инструмента, мин;
• S — подача, мм/об;
• q, x, у — показатели степени.

Н

Крутящий момент

(13)

где — постоянные коэффициенты,

• показатели степеней;
• Н*м.

Мощность резания

, кВт (14)

кВт.

Рассчитываются режимы резания для нарезания резьбы (поз.4).

Скорость резания

м/мин.

Число оборотов шпинделя

об/мин.

Крутящий момент

(15)

где — шаг резьбы,

Н*м.

Мощность резания

кВт.

Расчет режимов резания для других видов обработки назначаем по стандартам и приводим в технологическом процессе.

9.3 Расчет норм времени

Нормирование производится на операцию 160.

Норма штучного времени определяется по формуле (16)

, (16)

где Т _о — основное технологическое время на обработку, мин;

Т _в — вспомогательное технологическое время, мин;

Т _обсл — время на обслуживание рабочего места, мин;

Т _отд — время на отдых и естественные надобности, мин.

Основное время на обработку определяется по формуле

, (17)

где — длина рабочего хода инструмента с учетом врезания и перебега;

• i — число проходов;

S _о — подача инструмента, мм/об;

• n — частота вращения инструмента, об/мин.

Рассчитываем основное время для сверления 10 отверстий.

Для сверления десяти отверстий формула (19) примет вид:

мин.

Рассчитываем основное время для зенкования десяти фасок.

Для зенкования десяти фасок формула (19) примет вид:

мин.

Рассчитываем основное время для нарезания резьбы в десяти отверстиях.

Для нарезания резьбы в десяти отверстиях формула (19) примет вид:

мин.

Так как данная операция является агрегатной, то основное время всей операции принимается равным максимальному основному времени из всех переходов.

мин.

Вспомогательное время на операцию рассчитывается по формуле (20), при этом учитывается только его часть, не перекрываемая машинным временем:

, (18)

где:

Т ₁ — время на измерение детали, Т₁ = 0,35 мин /10/;

Т ₂ — время на смазывание детали и инструмента, Т₂ = 0,04 мин /10/.

Т ₃ — время на включение станка, Т₃ = 0,02 мин /10/.

Т ₄ — время на поворот стола, Т₄ = 0,1 мин /10/;

Соответственно, вспомогательное время на операцию составит:

мин.

Оперативное время определяется как сумма основного и вспомогательного времени на операцию:

, (19)

мин.

Время на обслуживание рабочего места рассчитывается по формуле:

(20)

где _обсл — процент времени, от оперативного времени, на обслуживание рабочего места, _обсл = 7% /11/.

Время на отдых и личные надобности рассчитывается по формуле /11/:

, (21)

где _отд — процент времени, от оперативного времени, на отдых и личные надобности, _отд = 4% /11/.

мин.

Таким образом, штучное время на операцию в соответствии с формулой (16) составит:

мин.

Нормы времени на остальные операции технологического процесса механической обработки выбираем из нормативов и приводим в технологическом процессе.

10. Расчет суммарной погрешности обработки

Оценка ожидаемой погрешности на чистовую обработку центрального отверстия диаметром 76Н9 определится по формуле (10.1)

где — максимальная и минимальная податливости системы;

• минимальная и максимальная силы резания, определяется по формуле (10.4)

где — колебание твердости заготовки, ,

мм,

мм.

кН,

кН.

Максимальная податливость системы (10.5)

где мкм/кН — податливость шпинделя, /4 /,

мкм/кН — податливость револьверной головки, /4/,

основание деталь обработка шероховатость

мкм/кН.

мкм/кН.

Минимальная податливость системы (10.6)

мкм/кН.

мкм.

где мкм/мм, мм — базовая длина и погрешность /4/.

мкм.

Тогда

мкм.

Рассчитываются составляющие из формулы (10.1).

• погрешность, связанная с колебанием упругих отжатий системы;
• мкм.
• погрешность, связанная с износом инструмента

где относительный износ инструмента, мкм/км /12/;

• путь резания, пройденный резцом за период стойкости;
• длина пути начального износа. L _Н 1000 м.

Путь резания за период стойкости Т, мин, определяется по формуле по формуле

где — скорость резания, м/мин;

• Т — период стойкости инструмента, Т = 90 мин /8/.

Отсюда:

м.

мкм.

• погрешность, вызванная тепловой деформацией;
• мкм.

мкм.

где мкм — погрешность смещения центра группирования;

• мкм — погрешность регулировки;
• мкм — погрешность измерения, /4/.

мкм.

мкм.

Определяется ожидаемая суммарная погрешность по формуле

мкм.

Учитывая условие (10.8)

мм,

получается, что при данных условиях получение чертежного размера невозможно

Таким образом, чтобы уменьшить ожидаемую погрешность, необходимо уменьшить погрешность, связанную с износом режущего инструмента. Она оказывает влияние не только непосредственно, но и воздействует на величину некоторых других погрешностей. Для ее уменьшения следует задавать меньшее время стойкости режущего инструмента либо стремиться к уменьшению скорости резания.

11. Определение загрузки станков и требуемого количества оборудования

Коэффициент загрузки станков находим по формуле:

где: — расчётное количество станков

• принятое количество станков.

Расчётное количество станков рассчитываем по формуле:

Найденные значения приведены в таблице 3.

Таблица 3 — Определение загрузки станков

Операция
100	4,75	4,82	0,98	1	0,98
110	5,38		1,2	2	0,6
120	1,46		0,3	1	0,3
120	1,24		0,26	1	0,26
140	2,1		0,44	1	0,44
150	1,96		0,4	1	0,4
160	0,726		0,15	1	0,15

12. Станочное приспособление

12.1 Описание конструкции

Требуется спроектировать станочное приспособление на операцию 130 технологического процесса механической обработки детали. На данной операции производится сверление, зенкерование, предварительное и окончательное развёртывание двух отверстий и также сверление и нарезание резьбы в четырёх отверстиях. Чертеж станочного приспособления представлен в графической части ТПЖА.293000.195 СБ.

Приспособление состоит из литого корпуса, на котором непосредственно устанавливаются остальные детали приспособления. Обрабатываемая деталь базируется следующим образом: устанавливается на четыре пластины, цилиндрическую оправку и проворачивается до упора в штырь. Деталь зажимается двумя Г-образными прихватами с использованием двух встроенных пневмоцилиндров.

Принцип работы приспособления: воздух под давлением 0,6 МПа через штуцер подаётся в верхнюю полость пневмоцилиндра. Под действием давления сжатого воздуха поршень начинает движение вниз вместе с закрепленным на нем штоком. Шток в свою очередь соединен со шпилькой. При движении шпильки вниз осуществляется одновременно поворот прихватов на 90 ^о за счет специального байонетного паза. Прихваты перемещаются внутри втулки, которая установлена в корпусе.

12.2 Силовой расчет станочного приспособления

Для обеспечения надежного закрепления заготовки необходимо произвести расчет необходимой силы зажима, чтобы исключить отрыв и смещение заготовки в процессе обработки, что может привести к повреждению установочных пальцев.

Все силы, приложенные к детали, показаны на рисунке 5.

Рисунок 5 — Силы, приложенные к детали

Рассчитывается осевая сила при сверлении.

Осевая сила

, Н

где Ср — постоянный коэффициент, Ср=9,8;

• Кр — поправочный коэффициент, Кр=0,6;
• D — диаметр инструмента, мм;
• S — подача, мм/об;
• q, у — показатели степени.

Н

Из схемы видно, что сила зажима будет находиться из формулы:

• коэффициент запаса прочности,

Н

Определяется исходное усилие по следующей схеме на рисунке 6.

Рисунок 6 — Схема для расчета исходного усилия

Исходное усилие определится как

, где

L=30 мм, H=30 мм.

Н,

Для корректной и долговечной работы приспособления необходимо подобрать оптимально удовлетворяющий условиям работы привод приспособления. В качестве привода используется пневмоцилиндр двустороннего действия.

Необходимо подобрать пневмоцилиндр, обеспечивающий соответствующую силу зажима.

Рассчитывается предварительно диаметр пневмоцилиндра.

мм.

Выбирается стандартный диаметр цилиндра .

13. Контрольное приспособление

13.1 Описание конструкции контрольного приспособления

Контрольное приспособление предназначено для контроля параллельности двух плоскостей не более 0,1 мм (чертеж которого представлен в графической части ТПЖА.401000.195 СБ).

Контрольное приспособление включает в себя основание. Хвостовик шпинделя, направляется короткой втулкой. Вращение передаётся с шпинделя на планшайбу, которая торцем опирается на шарики, охватываемые сепаратором и перекатывающиеся по калёному кольцу. Сочетание трения скольжения с трением качения обеспечивает высокую точность центрирования и легкость вращения шпинделя. К проверяемой поверхности подводится индикатори в то время, когда деталь вращается, индикатор фиксирует отклонение от параллельности.

Перед контролем отклонения на параллельность сначала производится настройка индикатора ИЧ-5 с ценой деления 0,01мм с помощью эталонной детали. После этого контролируемая деталь устанавливается на планшайбу. Далее происходит замер отклонения от параллельности.

13.2 Точностной расчет контрольного приспособления

Для того, чтобы приспособление работало с достаточной степенью точности, необходимо выполнить его с таким условием, чтобы погрешность самого приспособления составляла не более 30% от контролируемого отклонения. Из этого следует, что погрешность приспособления должна быть не более 0,033 мм.

На погрешность приспособления оказывают влияние следующие составляющие:

Д _инд — погрешность индикатора (Д_инд = 0,02мм) (согласно паспорту индикатора);

Д _эт.дет. — погрешность эталонной детали (Д_эт.дет. =0,002мм);

? _{закр.ст} — погрешность закрепления индикатора к стойке (?_{закр.ст} =0,005мм);

? _плоск — допуск плоскостности установочной поверхности (?_плоск =0,002мм).

Суммарная погрешность контрольного приспособления определяется по формуле

(4.12)

Таким образом, данное приспособление обеспечивает достаточную точность измерения. Данная погрешность удовлетворяет условия обеспечения надежного контроля.

• условие выполняется.