1. Технологический раздел

1. Анализ технологичности изготовления детали

Технологичность - это сово­купность свойств конструкции изделия, определяющих ее при­способленность к достижению оптимальных затрат при производ­стве, эксплуатации и ремонте при заданных показателях качества, объеме выпуска и условиях выполнения работ. Производственная технологичность конструкции детали - это степень ее соответствия требованиям наиболее производительно­го и экономичного изготовления. Чем меньше трудоемкость и се­бестоимость изготовления, тем более технологичной является конструкция детали.

Технологичность конструкции детали анализируют с учетом условий ее производства, рассматривая особенности конструкции и требования качества как технологические задачи изготовления. Оценка технологичности конструкции бывает двух видов: ка­чественная и количественная.

Качественная оценка технологичности является предваритель­ной, обобщенной и характеризуется показаниями: «лучше - хуже», «рекомендуется - не рекомендуется», «технологично - нетехнологично» и т.п.

Технологичной при качественной оценке следует считать такую геометрическую конфигурацию детали и отдельных ее элементов, при которой учтены возможности мини­мального расхода материала и использования, наиболее произво­дительных и экономичных для определенного типа производства методов изготовления.

Деталь «Плита» технологична по следующим параметрам:

- деталь имеет поверхности, удобные для базирования и закрепления на станках на всех этапах механической обработки;

- точность изготовления детали позволяет обработать все поверхности на станках нормальной точности;

- возможность обработки стандартным инструментом;

- материал детали – Сталь 45 ГОСТ 1050-2013 обладает хорошими пластичными свойствам, что очень важно для получения исходной заготовки; хорошо обрабатывается, что позволит использовать традиционные методы обработки детали;

- возможность свободного подвода и вывода режущего инст­румента при обработке цилиндра;

- наличие большого количества унифицированных элементов (диаметров, длин, фасок);

- симметричность конструкции, что увеличивает технологичность детали.

Количественная оценка технологичности выражается показате­лем, численное значение которого характеризует степень удовле­творения требований к технологичности. Количественную оценку технологичности произво­дят по техническим показателям, определение которых возможно из чертежа детали.

В качестве количественных показателей технологичности могут рассматриваться: масса детали, коэффициент использования материала, точность обработки, шероховатость поверхности.

Рассмотрим вспомогательные коэффициенты.

Для удобства расчета коэффициентов составим таблицу 2, в которую внесем данные с чертежа детали, затем сравним полученные результаты коэффициентов со стандартными значениями и сделаем  вывод.

Таблица 2 – Точность и шероховатость поверхностей детали

Коэффициент унификации конструктивных элементов:

       (1)

где  - число унифицированных размеров детали;

 – число конструктивных элементов.

 – параметр детали технологичен.

Коэффициент точности обработки:

Кт = 1– (1/Аср)        (2)

где Аср  - средний квалитет точности.

       (3)

где 1, 2, …, 19 – квалитеты  точности;

n1, n2, …, n14 – количество размеров, соответствующего квалитета точности.

Аср = (14·7+7·3)/11 = 10,8

 - параметр детали технологичен.

Коэффициент шероховатости определяется по формуле:

       (4)

где Бср  - средний класс шероховатости поверхностей с заданным Ra, мкм.

       (5)

где 1, 2, 3, …, 14 – классы шероховатости поверхностей с заданными Ra, мкм;

 – количество поверхностей соответствующего класса шероховатости.

 = 3,13;

 = 0,31.

КШ = 0,31 >0,16 - параметр детали технологичен

В результате анализа технологичности конструкции изделия выясняем, что по всем параметрам деталь технологична.

Сравниваем полученные результаты расчетов коэффициентов Ку.э., Кт.ч., Кш. с базовыми:

Таблица 3 – Нормативные значения коэффициентов технологичности

Деталь технологична по всем показателям.

2. Определение типа производства

Под типом производства понимают комплексную характеристику особенностей организации и технического уровня промышленного производства.

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

Массовое производство – производство большого количества деталей одного и того же типа по неизменным чертежам длительное время.

Серийное производство – изготовление деталей осуществляется по неизменным чертежам партиями, которые повторяются через определенное время. Серийное производство различают: мелкосерийное, среднесерийное и крупносерийное.

Единичное производство – характеризуется изготовлением одинаковых изделий, которые не повторяются.

На данном этапе проектирования тип производства определяется приблизительно по годовому объему выпуска и массе.

Тип производства определяется ориентировочно, в зависимости от массы детали и годовой программы выпуска деталей.

Таблица 3 - Ориентировочная (годовая) программа выпуска деталей по типам производства в механических цехах

Проанализировав конструктивные особенности детали, приходим к выводу: если деталь по массе относится к легким деталям m =  0,85 кг и годовая программа выпуска деталей составляет N = 3000 шт., то по таблице 3 получаем среднесерийный тип производства.

Для данного производства определяем партию запускаемых деталей по формуле [11]

        ,        (6)

где n зап - партия запускаемых деталей;

N - годовая программа;

253 - число рабочих дней в году;

q - число дней запаса, в течение которых должны быть заготовлены детали. Эта величина колеблется в пределах 5...8 дней.

Принимаем nзап = 60 шт.

3. Выбор и обоснование вида заготовки

Одной из основной задачи при разработке технологического процесса является выбор заготовки. При выборе оптимального варианта обычно сравнивают два метода получения заготовки.

В современном производстве используется заготовки с экономическими конструктивными формами, обеспечивающими обработку с наибольшей производительностью и наименьшими отходами металла в стружку.

Правильный выбор заготовки ведёт к снижению трудоёмкости при изготовлении деталей и себестоимости готовой детали.

Основными видами заготовки являются:

1. прокат горячекатаный или калиброванный;
2. поковка кованая или горячештамповочная;
3. отливки;
4. заготовки из пластических масс;
5. и другие.

Рисунок 4 – 3D модель детали.

Критерием выбора заготовки является:

Коэффициент использования материала [3]:

       (7)

где Мдет = 0,85 кг – масса детали;

Мзаг – масса заготовки.

Выполним сравнительный анализ 2х видов заготовок: заготовка из проката и заготовка, полученная штамповкой.

Для изготовления детали из проката выберем

Согласно ГОСТ 19903-2015 по точности изготовления прокат – Б – нормальной точности. По длине – КД – кратной мерной. По плоскостности – ПУ – улучшенной плоскостности. По характеру кромки – О - с обрезной кромкой.

По ГОСТ 19903-74 выбираем сортовой лист толщиной 18 мм. На данный сортамент регламентированы значения предельных отклонений - . Предельные отклонения по ширине проката – 10 мм. Предельные отклонения по длине проката – 20 мм.

ГОСТ 1050-2013 регламентирует химический состав материала. Ранее мы уже привели подробный химический состав сплава.

1. Расчет заготовки из проката

Масса заготовки из проката – 1,58 кг

Коэффициент использования материала заготовки из проката -  = 0,53

Расчет стоимости заготовки из проката:

       (8)

где См = 43000 – цена 1 т проката заданных потребительских свойств, руб./т;

mз - масса заготовки;

mд  - масса детали;

Цотх= 8000 руб./т  – цена 1 т стружки стали;

 = 62,1 руб.

2. Расчет заготовки - поковка

Масса заготовки из поковки -  = 1,19 кг

где  - поправочный коэффициент массы заготовки (поковка) = 1,4.

Коэффициент использования материала заготовки из поковки -  = 0,71

где  – себестоимость изготовления 1 т поковок из стали 45, руб/т.;

Оптовая цена отливки заданных потребительских свойств:

       (9)

где Цм = 48000 руб/т - оптовая цена 1т стали 45;

Доплаты к оптовой цене Цм за потребительские свойства поковки - точность, сложность, вес, материал и серийность:

Кт = 1 - коэффициент, зависящий от  класса точности поковки;

Кс = 1 - коэффициент, зависящий от сложности поковки;

Кв = 1 - коэффициент, зависящий от веса заготовки;

Км = 1,2 - коэффициент, зависящий от материала поковки;

Кп = 1- коэффициент, зависящий от серийности производства.

См = 48000·1·1·1·1,2·1 = 57600 руб.

 = 65,8 руб.

Таблица 4 – Сравнительный анализ методов получения заготовки

Выводы: По результатам выполненных расчетов видно, что штампованная заготовка имеет более высокий коэффициент использование материала, чем заготовка из сортового проката. Также стоит учесть расходы материала на изготовление годовой программы.

По стоимости заготовка из проката обходится дешевле, чем заготовка – поковка. Для изготовления заготовки прокат используется стандартизованный сортамент (прокат).

Для штампованной заготовки необходимо разработать отдельную технологию изготовления. Сюда же необходимо добавить использование дополнительного оборудования (штамповочные машины), и расходы на энергоресурсы. Что в итоге приводит к существенному удорожанию данного вида заготовок.

Как результат, для изготовления данной заготовки выбираем прокат рис 5.

4. Расчет величины общих припусков, размеров и допусков заготовки

Составим сводную таблицу расчета припусков, размеров и допусков заготовки.

Таблица 5 – Величина припусков, размеры поверхностей и допусков заготовки

5. Разработка маршрута обработки детали. Выбор технологических баз

Разработка технологического процесса изготовления детали выполняется в соответствии с ГОСТ 14.301-83.

При разработке технологического процесса решаются следующие задачи:

- устанавливается последовательность операций обработки заготовки;

- выбираются технологические базы, при этом необходимо стремиться к совмещению технологических баз с конструкторскими;

- проводится подбор типов оборудования для всех этапов обработки;

- выбираются приспособления, режущий и мерительный инструмент;

- рассчитываются режимы резания.

Рисунок 5 – Эскиз заготовки.

При разработке технологического процесса в первую очередь учитывается, что все операции механической обработки должны выполняться на оборудовании с использованием приспособлений, режущих инструментов, обеспечивающих наибольшее снижение трудоемкости и себестоимости, и соответствовать назначенному типу производства.

При разработке ТП руководствуются следующими принципами:

- в первую очередь обрабатывают те поверхности, которые являются базовыми при дальнейшей обработке;

- затем обрабатывают поверхности с наибольшим припуском;

- далее выполняют обработку поверхностей, которая в наименьшей степени влияет на жёсткость детали.  

В соответствии с разработанным маршрутом обработки составлен технологический процесс изготовления детали, т.е. определены операции и основные переходы изготовления детали в целом (таблица 6).

Таблица 6 – Технологический процесс обработки детали

Базой называется поверхность или выполняющие ту же функцию сочетание поверхностей, ось принадлежащие заготовке (детали) и используемые для базирования. Различают базы конструкторские, технологические, измерительные.

Конструкторской называют базу, используемую для определения положения детали или сборочной единицы в изделии.

Технологической называют базу, используемую для определения положения детали или сборочной единицы при его изготовлении или сборке.

Измерительной называют базу, предназначенную для определения относительного положения средств измерения и детали или сборочной единицы.

Технологические  базы - черновые, промежуточные и окончательные.

Выбор технологических измерительных баз является одной из сложных задач  проектирования технологического процесса. От правильного выбора технологических баз в значительной мере зависят точность получения заданных размеров, точность взаимного расположения поверхностей, степень сложности технологической оснастки, режущего измерительного инструментов.

Выбор баз делается на основании следующих документов: рабочий чертеж детали; технические требования; вид, форма и чертеж заготовки.

Базовые поверхности выполняют следующие функции: обеспечение устойчивости; обеспечение жесткости установки заготовки. Выбор баз очень тесно связан с маршрутом обработки детали. От того какие поверхности будут выбраны в качестве базовых и будет зависеть весь тех процесс.

Выбор базовых поверхностей влияет: на точность линейных размеров относительно положения поверхностей; выбор режущих и измерительных инструментов; выбор станочных приспособлений.

При выборе технологических баз необходимо руководствоваться общими принципами:

- при обработке заготовок, получаемых литьем или штамповкой, необработанные поверхности можно использовать в качестве баз только на первой операции;

- при обработке у заготовок всех поверхностей в качестве технологических баз для первой операции целесообразно использовать поверхности с наименьшими припусками;

- при прочих равных условиях наибольшая точность обработки достигается при использовании на всех операциях одних и тех же баз (принцип единства баз);

- желательно совмещать технологические базы с конструкторскими;

- при совмещении технологической базы с конструкторской погрешность обработки по заданному от этой базы размеру зависит лишь от возможностей технологической системы;

- при не совмещении технологической и конструкторской баз появляется дополнительная погрешность вследствие не совмещения с конструкторской базой.

Выбор баз должен учитывать конструктивные особенности зажимных устройств станочных приспособлений. При этом необходимо учитывать неизменность положения заготовки в приспособлении.

Анализ выбора поверхности базирования, оценка точности и надежности базирования является обязательным предшествующим этапом перед разработкой технологического процесса. Затем техпроцесс анализируется на соблюдение принципа постоянства баз.

Представим базирование детали на операциях в виде эскизов.

Рисунок 6 – Базирование детали при выполнении операций – 015 и 020.

Рисунок 7 – Базирование детали при выполнении операции 025.

Рисунок 8 – Базирование детали при выполнении операции 035.

Рисунок 9 – Базирование детали при выполнении операции 045.

Рисунок 10 – Базирование детали при выполнении операции 055.

Рисунок 11 – Базирование детали при выполнении операций 065 и 070.

На операциях 065 и 070 деталь устанавливается на поверхность стола шлифовального станка, и прижимается за счет магнитного механизма станка.

6. Разработка технологического процесса изготовления проектируемой детали

2.6.1. Выбор технологического оборудования

Следующим очень важным этапом при проектировании технологических процессов является выбор оборудования.

Технологический процесс механической обработки разработан в соответствии с ЕСТПП и удовлетворен требованиям ГОСТ 14.301 – 83.

От выбора металлорежущих станков зависит точность обработки. Выбор типоразмера станка осуществляется на основании рабочего чертежа детали, в котором указаны основные параметры и требования к поверхностям детали.

Для выполнения фрезерных и сверлильных операций выберем вертикально-фрезерный станок с ЧПУ – DECKEL MAHO DMU50.

Вертикально-фрезерный центр DMU 50 предназначается для 5- осевой обработки небольших деталей сложного профиля из стали, чугуна, труднообрабатываемых цветных металлов, главным образом торцовыми и концевыми фрезами, сверлами.

Таблица 7 – Технические характеристики станка

Для выполнения шлифовальных операций выберем станок – ЗД711АФ.

Плоскошлифовальный станок модели 3Д711АФ предназначен для высокоточной обработки плоских поверхностей заготовок из различных материалов. В случае применения приспособлений для профилирования шлифовального круга плоскошлифовальный станок получает возможность шлифовки профильных поверхностей, пазов, уступов. Возможно шлифование торцом круга.

Таблица 8 – Технические характеристики станка

2.6.2. Выбор станочного приспособления

На операциях 015, 020 и 025 используется приспособление с прижимными элементами и пневмоприводом. В этом случае деталь прижимами сверху надежно прижимается к опорным поверхностям приспособления.

На операциях 035 и 045 деталь устанавливается и зажимается в специальном приспособлении с пневмоприводом.

2.6.3. Выбор и описание режущего и мерительного инструмента

Для выполнения операций по механической обработке детали выберем следующий режущий инструмент:

1) Для обработки поверхности детали используется торцевая фреза с механическим креплением многогранных пластин.

Согласно ГОСТ 26595-85 выбираем следующий инструмент: фреза торцевая диаметром D = 160 мм, праворежущая с механическим креплением 5-гранных пластин из твердого сплава ВК8, исполнения С, с числом зубьев z = 10.

Фреза 2214-0493 ГОСТ 26595-85

2) Фреза концевая с коническим хвостовиком диаметром d = 25 мм, тип 1, праворежущая, исполнение Б.

Фреза 2223-0050 ВК6 ГОСТ 17026-71

3) Сверло для сверления отверстия под нарезание резьбы М5-7Н

Сверло нормальной точности, диаметром d = 4,2 мм, с цилиндрическим хвостовиком, класса точности В1.

Сверло 2300-7551 Р18 ГОСТ 10902-77

4) Сверло нормальной точности диаметром d = 15,5 мм, с нормальным хвостовиком, класс точности В1, конус Морзе 2.

Сверло 2301-0053 Р18 ГОСТ 10903-77

6. Сверло нормальной точности диаметром d = 12,5 мм, с нормальным хвостовиком, класс точности В1, конус Морзе 1.

Сверло 2301-0040 Р18 ГОСТ 10903-77

7. Сверло нормальной точности диаметром d = 13,5 мм, с нормальным хвостовиком, класс точности В1, конус Морзе 1.

Сверло 2301-0044 Р18 ГОСТ 10903-77

8. Метчик для нарезания резьбы М5-7Н

Метчик с проходным хвостовиком для метрической резьбы с номинальным диаметром d = 5 мм, шагом Р = 0,8 мм, длиной L = 58 мм, 2 класса точности исполнения 1, правый.

Метчик 2621-2463 ГОСТ 3266-81

9. Развертка цилиндрическая машинная диаметром D = 13,0 мм, для обработки отверстия с полем допуска по Н7, исполнения 1.

Развертка 2360-0139 ГОСТ 7722-77

10. Развертка цилиндрическая машинная диаметром D = 14,0 мм, для обработки отверстия с полем допуска по Н7, исполнения 1.

Развертка 2360-0140 ГОСТ 7722-77

11. Развертка цилиндрическая машинная диаметром D = 16,0 мм, для обработки отверстия с полем допуска по Н7, исполнения 1.

Развертка 2360-0142 ГОСТ 7722-77

12. Круг шлифовальный тип 5, с наружным диаметром D = 100 мм, высотой H = 40 мм, диаметром посадочного отверстия T = 16 мм, из зеленого карбида кремния марки 64С, зернистости 8-П, степени твердости С1, номер структуры 4, на керамической связке К4 с рабочей скоростью 30 м/с, 1 класса неуравновешенности.

Круг 16х6х13 64С 8-П С1 К4 30 м/с 1 кл ГОСТ 2424-88

Для контроля размеров детали выберем следующий мерительный инструмент:

Штангенциркуль ШЦ-I 125-0,1 ГОСТ 166-89;

Пробка 8133-0256 Н7 ГОСТ 16780-71;

Пробка 8133-0257 Н7 ГОСТ 16780-71;

Пробка 8133-0259 Н7 ГОСТ 16780-71;

Пробка 8221-3027 Н7 ГОСТ 17758-72;

Калибр-скоба 8102-0261 ГОСТ 18356-73;

Калибр-скоба 8102-0158 ГОСТ 18356-73.

2.6.4. Определение припусков и межоперационных размеров

Исходная заготовка отличается от детали тем, что на всех обрабатываемых поверхностях предусмотрены припуски – слои материала, подлежащие удалению с поверхности заготовки в процессе обработки для получения заданной точности и шероховатости.

Припуски на обработку определяются двумя методами:

1) опытно-статистический – при котором значения общих и промежуточных припусков определяют по справочным таблицам, составленным на основе обобщения производственного опыта. Недостаток метода – нет учёта конкретных условий построения ТП. Полученные припуски, как правило, завышены, так как ориентируются на полное отсутствие брака;

2) расчётно-аналитический метод (профессора  В.М. Кована), согласно которому промежуточный припуск должен быть таким, чтобы при его снятии устранялись погрешности обработки и дефекты поверхностного слоя, полученные на предшествующем переходе, а так же погрешности установки на данном переходе.

Рассчитаем припуски на механическую обработку отверстия ш16Н7+0,018 мм расчетно-аналитическим методом. Технологический маршрут обработки отверстия состоит из сверления и развертывания. Заготовка устанавливается в станочном приспособлении с пневмоприводом. Расчет проведем согласно методике, изложенной в [11]. Результаты расчетов занесем в таблицу 9.

Таблица 9 – Расчет припусков и межоперационных размеров для обработки отверстия ⌀16Н7.

где Rz – параметр шероховатости;

Т – глубина дефектного слоя;

ρ - пространственное отклонение.

Исходные данные:

Сверление: 14 квалитет; Rz = 50; T = 70 мкм;

Развертывание: 7 квалитет; Rz = 3,2; T = 5 мкм.

Суммарное значение пространственных погрешностей ρ:

ρ =        (9)

где ρкор – коробление заготовки;

ρсм – погрешность смещения.

Минимальное значение межоперационных припусков определяется по формуле:

2Zmini = 2· [Ri-1 + Ti-1 + (сi2 + еi2)1/2]        (10)

где R i-1  – высота микронеровностей поверхности, оставшаяся после выполнения предшествующего технологического перехода, мкм;

T i-1  – глубина дефектного поверхностного слоя, оставшаяся после выполнения предшествующего технологического перехода, мкм;

сo i-1 – суммарные отклонения расположения, возникшие на предшествующем технологическом переходе, мкм;

еy i – величина погрешностей установки заготовки на выполняемом технологическом переходе, мкм.

Величина минимального припуска:

- под развертывание:  = 240 мкм;

- под сверление:  7750 мкм.

Величины предельных размеров (расчетный минимальный размер) заполняются, начиная с последней строки, куда записываем значение ш16,  дальнейшие строки рассчитываются по формуле:

       (11)

Величины минимального расчетного диаметра:

- под развертывание:  = 15,76 мм;

- под сверление:  = 8,01 мм.

Расчётный размер определяется по формуле:

Dp i = Dmin i+1  - 2Zmin        (12)

Наибольшие предельные размеры определяются по формуле:

Dmах i = Dp + д        (13)

- под развертывание:  = 15,778 мм;

- под сверление:  = 8,44 мм.

Максимальные предельные значения припусков определяем по формуле:

2Zmax i = Dmax i-1– Dmax i        (14)

 где: Dmax i  - предельный максимальный размер последующего перехода, мм;

Dmax i-1 - предельный максимальный размер предыдущего перехода, мм.

Таблица 10 – Расчет припусков и межоперационных размеров для обработки поверхности 15h14.

Исходные данные:

Заготовка: 16 квалитет; Rz = 200; T = 250 мкм;

Фрезерование: 14 квалитет; Rz = 32; T = 70 мкм;

Шлифование: 14 квалитет; Rz = 2,5; T = 10 мкм.

Величины пространственных отклонений:

- заготовка: сзаг = 240 мкм;

- после фрезерования: с1 = 83 мкм;

- после шлифования: с2 = 24 мкм.

Величина минимального припуска:

- под фрезерование:  = 1380 мкм;

- под шлифование:  = 370 мкм.

Для конечного перехода в качестве расчетного размера принимаем наибольший предельный размер детали по чертежу: dp3 = 15,0 мм.

Величины предельных размеров (расчетный минимальный размер):

- под шлифование:  = 15,37 мм;

- под фрезерование:  = 16,75 мм.

Наибольшие предельные размеры определяются по формуле:

dmах i = dpi + д

- под шлифование:  = 15,8 мм;

- под фрезерование:  = 17,18 мм.

Результаты расчетов сведены в табл. 10.

2.6.5. Расчет режимов резания

Выполним расчет режимов резания для обработки отверстия ⌀16Н7. Данная поверхность обрабатывается за 2 перехода: сверление; развертывание.

Переход 1 – Сверление отверстия ⌀15,5.

Режущий инструмент – сверло с коническим хвостовиком ⌀15,5; материал режущей части – Р18. Станок – вертикально-фрезерный центр DECKEL MAHO DMU50.

Глубина резания назначается исходя из припуска на обработку.

 = 7,75 мм

Выбор подачи определяется по табл. согласно виду обработки. В данном случае Sтабл = 0.28…0.33 мм/об. Выбираем  мм/об.

Скорость резания:

  [м/мин]        (15)

где D – диаметр сверла, мм = 15,5;

Т – стойкость инструмента, мин = 45.

Выпишем значения коэффициентов и показатели степени:

; q = 0,4; y = 0,5; m = 0,2.

Далее необходимо учесть все отличия данных условий обработки относительно тех, для которых даны табличные значения. Для этого находят значения поправочных коэффициентов:

         (16)

где - коэффициент на обрабатываемый материал:  = 0,34

 - коэффициент на инструментальный материал = 1;

 - коэффициент, учитывающий глубину сверления = 1.

 

 = 8,82 м/мин

Частота вращения:

181,8 мин-1        (17)

Выбираем значение по паспорту станка. Согласно характеристикам станка принимаем n = 200 мин-1.

Действительная скорость резания:

 м/мин        (18)

Для проверки по мощности определяем крутящий момент:

       (19)

По справочным таблицам [32] определяем параметры: ; y ; q = 2.

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

 = 0,43

 Нм

Осевая сила:

       (20)

Из справочных таблиц определяем значения:  ,  q = 1, y = 0,7. Далее из табл. 1 [32]  определяем:

=

 911 Н

Мощность, затрачиваемая на резание:

кВт

По данным характеристикам находим КПД станка з = 0,8 и определяем расчетную мощность: кВт

С учетом данных станка ) делаем вывод, что обработка возможна, т.к  0,325 кВт  кВт.

Переход 2 – Развертывание отверстия ⌀16Н7.

Обработка – развертывание ш16, IT7, параметр шероховатости – Ra 0,8 мкм.

Материал детали – сталь 45 ГОСТ 1050-2013, предел прочности уВ = 600 МПа.

1. Глубина резания назначается исходя из припуска на обработку. При развертывании  мм

2. Выбор подачи определяется по таблице согласно виду обработки. В данном случае  – развертывание -  Sтабл = 1,1 мм/об. С учетом примечания Sрасчет изменяется на величину Kos = 0,7 и Kus = 0,7:

мм/об. Корректируем подачу по станку: S = 0,5 мм/об.

С учетом данных характеристик станка делаем вывод, что обработка возможна.

3.По табл. 40 [32] время стойкости развертки: Т = 20 мин.

4.Скорость резания:

 

Выпишем значения коэффициентов и показателей степени: ; q = 0,40; y = 1,05; m = 0,85, x = 0,75.

Далее необходимо учесть все отличия данных условий обработки относительно тех, для которых даны табличные значения. Для этого находят значения поправочных коэффициентов: .

Следующим шагом расчета необходимо определиться с обрабатываемым материалом, к какой группе он относится. Отличие заданного обрабатываемого материала от табличного по НВ или ув учитываются соответствующим коэффициентом

 - коэффициент определяется по табл.2 для данных условий. по табл. 6 [32].   по табл. 41 [32]

 

  м/мин

5.Частота вращения:

 мин-1

Выбираем ближайшее меньшее значение по станку. Согласно характеристикам станка принимаем n = 250 мин-1.

6.Действительная скорость резания:

м/мин

7.Для проверки по мощности определяем крутящий момент:

       (21)

По табл. 42 [32] согласно выбранному разделу, определяем параметры:

; ; ; SZ – подача, мм на один зуб инструмента.

 - число зубьев развертки, = 8;

 - подача, мм/об.

 Нм

Мощность, затрачиваемая на резание:

кВт

По данным характеристикам находим КПД станка з = 0,8 и определяем расчетную мощность: кВт.

С учетом данных станка ) делаем вывод, что обработка на данном станке возможна, т.к  0,015 кВт ˂  кВт

Для остальных переходов назначаем режимы резания, используя рекомендации, и занесем их в таблицу (см. таблицу 11).

Таблица 11 – Режимы резания

2.6.6. Техническое нормирование операций

Определение норм времени на операции технологического процесса выполнено согласно нормативов [44] и сведено в таблицу 12.

Штучно-калькуляционное время определяется по формуле:

       (22)

где tо - основное время обработки, мин;

tв - вспомогательное время обработки, мин;

tотд - время на отдых и обслуживание станка, мин;

Тпз - подготовительно-заключительное время, мин;

 - количество изделий в партии, мин.        

 Основное время:

       (23)

Выполним расчет норм времени на обработку отверстий ⌀16Н7.

Переход 1 – Сверление 2х отверстий ⌀15,5.

Основное время:

 = 0,38 мин

На сверление 2х отверстий потребуется = 2·0,38 = 0,76 мин.

где L = l+l1;

l – длина обрабатываемой поверхности, мм;

l1 - величина врезания и перебега режущего инструмента, мм.

Вспомогательное время:

На установку и снятие заготовки

                                          Туст = 0,15 мин.

Время на остановку шпинделя

                                          Тош = 0,05 мин.

Время на подвод-отвод инструмента

                                          Тпо= 0,1 мин.

Включение-выключение станка

                                          Тв = 0,05 мин.

Необходимо учесть, что на данном переходе осуществляется обработка 2х отверстий. Тогда:

Тв = (0,15+0,05+0,1+0,05)·2 = 0,7 мин

Время на перерывы и отдых, а также время на обслуживание рабочего места составляют 4% от оперативного времени.

       (24)

Подготовительно-заключительное время:

- на наладку станка, инструмента и приспособления – Тнал = 20 мин;

- на получение инструмента и его сдачу после обработки партии деталей - Тпол = 7 мин.

Тпз = Тнал+Тпол = 20+7 = 27 мин

Штучно-калькуляционное время:

 = 1,96 мин

Переход 2 – Развертывание 2х отверстий ⌀16Н7.

Основное время:

 = 0,17 мин

На развертывание 2х отверстий потребуется = 2·0,17 = 0,34 мин.

Вспомогательное время:

Тв = (0,15+0,05+0,12+0,12+0,05)·2 = 0,98 мин

Время на перерывы и отдых, а также время на обслуживание рабочего места.

       

Подготовительно-заключительное время:

Тпз = Тнал+Тпол = 20+7 = 27 мин

Штучно-калькуляционное время:

 = 1,82 мин

Составим сводную таблицу 12.

Таблица 12 – Нормы времени на выполнение операций

7. Конструкторская часть

2.7.1. Описание конструкции приспособления

Установка заготовки в приспособлении осуществляется таким образом, чтобы, обеспечивался плотный контакт базовых поверхностей с установочными элементами приспособления. Это достигается и обеспечивается приложением к заготовке соответствующих зажимных сил. Для полной ориентации количество и расположение опор должно быть таким, чтобы при соблюдении условия неотрывности баз от опор (т.е. сохранения плотного контакта между ними) заготовка не могла иметь сдвига и поворота относительно двух координатных осей. При выполнении условия неотрывности заготовка лишается всех степеней свободы.

Количество опор (точек), на которые устанавливается заготовка, должно быть равным шести (правило шести точек).

Помимо основных шести опор, на которые устанавливается заготовка базовыми плоскостями, могут определяться и вводиться дополнительные опоры, к которым заготовка прижимается силой q вспомогательным зажимным устройством. Данные опоры существенно повышают жесткость всей технологической системы, позволяя вести механическую обработку с более производительными режимами резания.

Чаще всего, правило шести точек не выполняется. Как правило, зачастую при проектировании технологического процесса и определении опорных точек базирования заготовки количество точек минимально. Количество опорных точек выбирается минимальным, обеспечивая надежную установку заготовки по базовым поверхностям.

Для обрабатываемой детали Плита спроектируем приспособление. Приспособление будем проектировать и рассчитывать для выполнения операции 050 – Фрезерно-сверлильная с ЧПУ. На данной операции сверлятся и обрабатываются отверстия.

Зажим-отжим детали осуществляется за счет работы пружин. Шток и толкатель приспособления приводят в действие стержень, под действием которого пружины приспособления либо зажимают деталь или отжимают ее.

Помимо этого для более надежного зажима деталь в приспособлении прижимается прихватами. Работа прихватов приспособления также зависит от действия пружин.

Базирование детали осуществляется по наружным поверхностям Вилки. При данном способе базирования достигается максимальная точность обрабатываемых поверхностей; достигается максимальная жесткость установки детали.

Рисунок 12 – Эскиз приспособления.

Данное проектируемое приспособление может быть установлено как на поверхности рабочего стола станка, так на поворотном столе. В пазы стола станка или поворотного стола устанавливаются сухари приспособления, расположенные в нижней части основания. Они обеспечивают необходимую жесткость системы «станок – приспособление», препятствуют смещению приспособления относительно пазов (оси стола станка или поворотного стола).

Принцип работы приспособления:

Деталь устанавливается на опоры приспособления 5 и 3. При этом опора 3 неподвижно фиксируется к основанию приспособления 2. Боковой поверхностью деталь примыкает к опоре 3. С другой стороны деталь зажимается зажимом 31 и в таком положении надежно фиксируется в приспособлении. Рабочему ходу режущих инструментов ничего не мешает.

Значит, деталь установлена на опоры приспособления. Воздух удаляется из полости пневмокамеры. В результате этого пружина 22 начинает разжиматься и тянет за собой шток 30 и толкатель 14. Стержень 11 и шток 9 двигаются в направлении к детали. Деталь зажимается.

В полость пневмокамеры подается воздух под давлением. В результате этого диафрагма 19 начинает перемещаться, сжимает пружину 22, тянет шток 30 и толкатель 14 вперед. В результате этого стержень 11 и шток 9 отжимают деталь под действием разжимающей пружины 10. Деталь отжата.

2.7.2. Определение зажимного усилия и расчет на прочность

Для выполнения расчетов возьмем переход по сверлению отверстий. При данной схеме установки и закреплении детали в приспособлении (рисунок 12) на деталь действуют следующие силы.

Окружная сила:

        (25)

где Cp – коэффициент, характеризующий обрабатываемый материал;

t – глубина резания, мм = 7,75;

D – диаметр сверла, мм = 15,5;

S – подача, мм/об = 0,28;

L – длина обработки, мм = 15,5;

n - число оборотов инструмента, мин-1 = 200;

- коэффициент, зависящий от качества обрабатываемого материала;

, , , ,  - показатели степени.

Коэффициент, зависящий от качества обрабатываемого материала:

 = 1,1

По   справочным   таблицам   выпишем  данные:  Cp = 42;  xp = 0,83;  yp = 0,62;  up = 1;  qp = 0,83; wp = 0.

 = 60,9 Н

Радиальное усилие и усилие подачи:

 = 60,9·0,3 = 18,2 Н

Вертикальное усилие:

 = (0,85…0,95)60,9 = 51,7 Н

Для упрощения расчета при определении необходимой силы зажима, будем исходить из предположения, что на заготовку действует только сила подачи . При этом условии зажимы, действуя нормально к поверхности детали, должны создать силу трения P, превосходящую усилие подачи :

Обычно необходимая сила зажима определяется из соотношения:

,        (26)

где  - общая сила зажима, Н;

 - коэффициент надежности;

 - коэффициент сцепления.

Коэффициент надежности k определяем по формуле:

       (27)

где  – гарантированный коэффициент запаса;

 – учитывающий поверхность заготовки;

 – коэффициент от сил резания износа инструмента;

 – прерывность резания;

 – коэффициент, учитывающий постоянство сил резания;

 – коэффициент, учитывающий эргономичность;

 – коэффициент, учитывающий наличие крутящих моментов.

Принимаем  = 1.

Подставляем принятые значения в формулу (27):

  = 1,5⋅1,2⋅1,1⋅1⋅1,2⋅1⋅1 = 2,38

 = 216 Н

Полученная сила зажима превосходит любую из сил резания, что обеспечивает достаточное фиксирование детали в приспособление.

Помимо этого необходимо выполнить расчет усилий зажима детали от прихватов приспособления. Порядок расчета будет следующим.

Сначала найдем силу зажима W из условия отсутствия продольного пе­ремещения детали при установке (рисунок 10).

f·N1 + f·N2 – Py = 0;

где f = 0,16 – коэффициент трения.

ΣFy = 0;

 59,6 Н

Далее находим силу зажима W из условия отсутствия смещения детали относительно оси.

(1) ΣFx = 0;

(2) ΣFy = 0;

(3) ΣM0 = 0;

 

-0,433N2 + 0,98N1  =  0;

N1  =  0,441N2.

 

 

1,081·N2 - 502,16 = 5421,31 - 1,443·N2;

N2 =   = 2346,85 Н;

N1  =  0,55·N2  =  0,441·2346,85  = 1034,96 Н;

W  = 1,081·N2 - 502,16 = 1,081⋅2346,85 - 502,16 = 2035 Н.

Сила зажима, требуемая по условию смещения больше силы, требуемой по условию перемещения, следовательно, принимаем эту силу в качестве требуемой силы зажима.

W = 2035 H – усилие зажима без учета коэффициента запаса.

Коэффициента запаса зажима рассчитывают по формуле:

       (28)

где k0 – коэффициент, гарантированного запаса, = 1,5;

k1 – коэффици­ент, учитывающий наличие случайных неровностей на поверхности заго­товки, = 1;

k2 – коэффициент, учитывающий увеличение сил резания от затупления режущего инструмента, = 1,3;

k3 – коэффициент = 1,2;

k4 – коэф­фициент, характеризующий постоянство силы, развиваемой зажимным устройством, = 1,0;

 k5 – коэффициент, характеризующий удобство располо­жения рукояток в ручных зажимных устройств, не учитывается, так как приспособление не ручное;

k6 – коэффициент, учитывающий наличии моментов, стремящихся провернуть заготовку, = 1,0.

Тогда, коэффициент запаса зажима:

k = 1,5∙1·1,3∙1,2∙1∙1∙1 = 2,34

Определение параметров и технических характеристик исполнительного механизма зажимного устройства приспособления

Предварительно будем исходить из того условия, что в качестве исполнительного механизма зажимного устройства приспособления будем использовать нормализованную, выпускаемую серийно, пневмокамеру с выпуклой диафрагмой.

Усилие зажима на штоке пневмокамеры Q, Н определяется по формуле:

       (29)

где р – давление воздуха в пневмосистеме, = 6 кг/см2 = 0,588 Н/мм2;

С – коэффициент в зависимости от отношения D/d = 0,55;

D – рабочий диаметр диафрагмы;

d – диаметр шайб, зажимающие эту диафрагму;

m – перемещение штока от исходного положения в долях наибольшей длины хода штока L. Принимаем m = 0,62 из тех соображений, что до конца хода шток не доходит 8-10 мм.

Исходя из расчетного усилия зажима и формулы (29) диаметр диафрагмы Dф, определяется по формуле:

88,2 мм

По данным завода-изготовителя пневмокамер «Каучук» принимаем пневмокамеру с ближайшим большим, наиболее распространенным, диаметром диафрагмы Dфак = 90 мм, с ходом штока Lраб = m∙L = 0,62∙30 = 19 мм.

Фактическое усилие зажима Qфак, будет равно:

 = 99,5 Н

8. Проектирование режущего инструмента

Для сверления отверстия выбираем спиральное цилиндрическое сверло ш15,5 с коническим хвостовиком. Для установки инструмента на станке используется набор конических втулок.

По конструкции сверло будет сварным. Материал режущей части инструмента – Р18. Крепежная часть сверла (хвостовик) – сталь 40Х ГОСТ 4543-2016. Твердость рабочей части HRC 62-64.

Выбор геометрических параметров сверла.

Задний угол б. Величина заднего угла на сверле зависит от положения рассматриваемой точки режущего лезвия. Задний угол имеет наибольшую величину у сердцевины сверла и наименьшую величину - на наружном диаметре. Выбираем: б = 8°.

Передний угол. Также является величиной переменной вдоль режущего лезвия и зависит, кроме того, от угла наклона винтовых канавок щ и угла при вершине 2ц. Передняя поверхность на сверле не затачивается и величина переднего угла на чертеже не проставляется.

Угол при вершине сверла. Принимаем: 2ц = 125°.

Угол наклона винтовых канавок. Угол наклона винтовых канавок определяет жесткость сверла, величину переднего угла, свободу выхода стружки и др. Назначаем щ = 30°.

Угол наклона поперечной кромки. При одном и том же угле ц определенному положению задних поверхностей соответствует вполне определенная величина угла ш и длина поперечной кромки и поэтому угол ш служит до известной степени критерием правильности заточки сверла. Назначаем: ш = 45°.

Расчет, назначение конструктивных размеров сверла.

Спиральные сверла одного и того же диаметра в зависимости от серии бывают различной длины. Длина сверла характеризуется его серией. В связи с тем, что длина рабочей части сверла определяет его стойкость, жесткость, прочность и виброустойчивость, желательно во всех случаях выбирать сверло минимальной длины. Серия сверла должна быть выбрана таким образом, чтобы

lо ГОСТ ≥ lо расч. 

Расчетная длина рабочей части сверла lо, равна расстоянию от вершины сверла до конца стружечной канавки, может быть определена по формуле:

lо = lр + lд + lп + lк + lф        (30)

 где lр - длина режущей части сверла lр = 0,3·dсв = 0,3·15,5 = 4,65 мм;

lд - глубина сверления lд = 15,5 мм;

lп - запас на переточку lп = Д l·(i +1);

Дl - величина, срезаемая за одну переточку, измеренная в направлении оси, Дl = 1 мм;

i - число переточек i = 40;

lп = 1·(40+1) = 41 мм;

lк - величина, характеризующая увеличение длины сверла для возможности свободного выхода стружки при полностью сточенном сверле;

lф - величина, характеризующая уменьшение глубины канавки

lк + lф = 1,5·dсв = 1,5·15,5 = 23,25 мм,

тогда

l0 = 4,65+15,5+41+23,25 = 84,4 мм.

В соответствии с ГОСТ 10903-77 ("Сверла спиральные из быстрорежущей стали с коническим хвостовиком) уточняем значения l0 и общей длины L:

l0 ГОСТ = 120 мм; L = 218 мм.

Положение сварного шва на сверле: lс = l0 + (2...3) = 122…123 мм.

Диаметр сердцевины сверла dс выбирается в зависимости от диаметра сверла и инструментального материала:

dс = 0,15·dсв = 0,15·15,5 = 2,3 мм.

Ширина ленточки fл = (0,45...0,32)·sqrt(dс) = 0,8 мм.

Высота ленточки hл = (0,05...0,025)·dс = 0,77…0,38 мм.

Хвостовик сверла выполняется коническим - конус Морзе №2 АТ8 ГОСТ 2848-75.

Центровые отверстия на сверлах изготовляются в соответствии с ГОСТ 14034-74.

В результате выбираем сверло 2301-0053 ГОСТ 10903-77 ш15,5 мм

Режущие поверхности сверла имеют определенные углы заточки. Режущие поверхности сверла имеют следующий вид рис. 13:

Рисунок 13 – Режущие поверхности сверла.

9. Проектирование измерительного инструмента

Калибры – средства измерительного контроля, предназначенные для проверки соответствия действительных размеров, формы и расположения поверхностей деталей заданным.

По назначению калибры делятся на рабочие и контрольные:

- рабочие калибры предназначены для контроля деталей в процессе их изготовления;

- контрольные для контроля рабочих калибров, т.е. контроль соответствия размеров калибра контролируемым им размерам.

Комплект рабочих предельных калибров включает:

- проходной калибр (ПР), номинальный размер которого равен наибольшему предельному размеру вала или наименьшему предельному размеру отверстия;

- непроходной калибр (НЕ), номинальный размер которого равен наименьшему предельному размеру вала или наибольшему предельному размеру отверстия.

Выполним расчет калибра для контроля отверстия ⌀16Н7.

 

Предельные отклонения: EI = 0 мкм; ES = +18 мкм.

Предельные размеры:

 16,00 мм;

 = 16,018 мм.

Размеры проходного (ПР) и непроходного (НЕ) калибров:

ПР =  16,00 мм;

НЕ =  16,018 мм.

Данные для расчета калибра-пробки по ГОСТ 24853-81:

Z – отклонение середины поля допуска на изготовление проходного калибра для отверстия относительно наименьшего предельного размера отверстия (калибра-пробки): Z = 2,5 мкм;

H – допуск на изготовление калибра для отверстия: Н = 3,0 мкм;

Y – допустимый выход размера изношенного проходного калибра для отверстия за границу поля допуска отверстия: Y = 2,0 мкм.

 = 16,0035 мм;

 = 16,0015 мм.

Исполнительный размер проходной стороны калибра:

 = 16,0005 мм.

Изношенный размер калибра:

= 15,998 мм

Предельные размеры непроходной стороны калибра-пробки:

 = 16,0165 мм;

 = 16,0195 мм.

Исполнительный размер непроходной стороны:

 = 16,0165 мм

Рисунок 14 – Поле допусков калибра-пробки 16Н7.