Разработка группового техпроцесса изготовления кулачков - дипломная работа

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ТОЛЬЯТТИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Институт Автомеханический

Кафедра "Технология машиностроения"

Специальность"Технология машиностроения"

ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ

на тему: "Разработка группового техпроцесса изготовления кулачков

патрона токарного полуавтомата "AMTEK"".

СТУДЕНТ АнанченкоК.С. ________________

РУКОВОДИТЕЛЬ ПРОЕКТА Гордеев А.В. __________________

ЗАВ. КАФЕДРОЙ Солдатов А.А. ________________ _

КОНСУЛЬТАНТЫ:

1. Ульянова В.Е. _____________ ________

2. Зубкова Н.В. ________________ _____

3. Виткалов ________________ _____

РЕЦЕНЗЕНТ: _________________________________ _____________

Тольятти, 2006

Аннотация

УДК 621.91.002 (075)

Ананченко К.С. Групповой технологический процесс изготовления деталей типа "Кулачки". Дипломный проект. - Тольятти, Тольяттинский государственный университет, Автомеханический институт, кафедра "Технология машиностроения", 2005.

С целью использования преимуществ серийного производства предложено организовать техпроцесс обработки деталей типа "Кулачки" по групповой форме организации производства. Однотипные детали объединены в группу, для которой разработан групповой техпроцесс, подобраны средства технологического оснащения. На базе группового техпроцесса разработан техпроцесс обработки детали "Кулачок 02-7016-7704". Спроектирована заготовка, определены припуски на обработку. Выбраны оптимальные методы обработки поверхностей. Разработаны схемы базирования заготовки при обработке. Рассчитаны режимы резания и нормы времени на все операции техпроцесса. Спроектированы специальные приспособления и инструменты. Проведены научные и патентные исследования. Определены меры по охране труда. Определена экономическая эффективность проекта.

Проект состоит из пояснительной записки, включающей в себя 148 с., 13 рис., 27 табл. Графическая часть содержит 10,5 листов чертежей.

Содержание

Введение

1. Анализ исходных данных

1.1 Служебное назначение детали

1.2 Технологичность конструкции детали

1.3 Недостатки базового ТП и задачи проекта

2. Выбор стратегии и определение типа производства

2.1 Определение типа производства

2.2 Выбор стратегии разработки ТП

2.3 Проектирование группового технологического маршрута

2.3.1 Разработка комплексной детали

2.3.2 Выбор методов обработки поверхностей

2.3.3 Разработка технологического маршрута обработки комплексной детали

3. Выбор и проектирование заготовки

3.1 Выбор метода получения заготовки

3.2 Определение методов обработки поверхностей

3.3 Определение припусков на обработку

4. Выбор технологичесих баз. план обработки

4.1 Разработка технологического маршрута обработки кулачка

4.2 Выбор технологических баз

4.3 Назначение операционных технических требований

5. Выбор средств технологического оснащения

5.1 Выбор оборудования

5.2 Выбор приспособлений

5.3 Выбор режущего инструмента

5.4 Выбор средств контроля

6. Разработка технологических операций

6.1 Определение режимов резания

6.2 Расчет норм времени

7. Патентные исследования

7.1 Обоснование необходимости проведения патентных исследований

7.2 Описание объекта исследований

7.3 Цель исследования

7.4 Регламент поиска

7.4.1 Определение ИТР

7.4.2 Определение рубрики МКИ и индекса УДК

7.4.3 Установление ретроспективности глубины поиска

7.4.3 Выбор стран проверки

7.4.4 Определение источников информации

7.5 Патентный поиск

7.5.1 Отбор документации, имеющей отношение к ИТР

7.5.2 Анализ сущности отобранных решений

7.6 Анализ результатов поиска

7.6.1 Определение показателей положительного эффекта

7.6.2 Сопоставительный анализ преимуществ и недостатков ИТР и аналогов

7.7 Описание усовершенствованного объекта

8. Научные исследования

8.1 Обработка результатов эксперимента

8.2 Оптимизация параметров шлифовального круга

8.2.2 Ограничение по температуре

8.2.3 Ограничение по мощности привода главного движения станка

8.2.4 Ограничение по зернистости

8.2.5 Ограничение по глубине лунки

8.2.6 Определение целевой функции

8.3 Оптимизация режимов резания графическим методом

Вывод

9. Выбор и проектирование приспособления

9.1 Сбор исходных данных

9.2 Расчет сил резания

9.3 Расчет усилия зажима

9.4 Расчёт зажимного механизма и силового привода

9.5 Описание приспособления

10. Выбор и проектирование режущего инструмента

10.1 Выбор типа конструкции инструмента

10.3 Выбор геометрических параметров режущей части

10.4. Расчет параметров установки режущего элемента в корпусе инструмента

11. Расчет и проектирование участка механической обработки детали

11.1 Расчет необходимого количества оборудования

11.2 Расчет численности работающих

11.3 Определение площади участка

11.4 Компоновка механического цеха

12. Экономическая эффективность проекта

12.1 Исходные данные для экономического обоснования проекта

12.2 Расчет необходимого количества оборудования и коэффициентов загрузки

12.3 Расчет капитальных вложений (инвестиций)

12.4 Расчет технологической себестоимости операций

12.5 Калькуляция себестоимости обработки детали по проектируемому технологическому процессу

12.6 Расчет показателей экономической эффективности проектируемого варианта техники (технологии)

12.6.1 Ожидаемая прибыль (условно-годовая экономия) предприятия

12.6.2 Налог на прибыль

12.6.3 Чистая ожидаемая прибыль

Вывод

13. Экологичность и безопасность проекта

13.1 Описание рабочего места, оборудования при фрезеровании

13.2 Идентификация ОВПФ при фрезеровании

13.3 Организационно - технические мероприятия по разработке безопасных условий труда, подкрепленные инженерными расчетами

13.4 Расчет искусственного освещения

13.5 Безопасность при аварийных и чрезвычайных ситуациях

13.6 Мероприятия по обеспечению пожарной безопасности

Выводы

Заключение

Список литературы

Приложения

Рецензия

Введение

ЦЕЛЬ ПРОЕКТА.

Деталь "Кулачок 02-7016-7704" относится к типу деталей "Кулачки", для обработки которых разработан групповой ТП. Заданный объем выпуска 2000 деталей в год соответствует мелкосерийному типу производства [2]. Оптимальная стратегия разработки ТП предусматривает для мелкосерийного типа производства универсальное оборудование, низкую степень автоматизации, стандартные приспособления с ручным приводом, малопроизводительный режущий инструмент. Все это не позволяет получить высокую производительность обработки и ведет к существенному повышению себестоимости изготовления деталей.

Такое же положение мы имеем с другими деталями, выпускаемыми цехом, в том числе и с деталями типа "Кулачки":

Кулачок 02-7016-7364 - 1500 дет/год;

Кулачок 02-7016-5216 - 1500 дет/год.

Объемы выпуска перечисленных деталей также соответствуют мелкосерийному типу производства.

Отечественными учеными-технологами разработан способ организации производства, позволяющий применить при разработке ТП деталей малых серий стратегию, характерную для серийного производства. Это так называемая групповая технология. В основе групповой технологии лежит разработка не индивидуальных ТП, а общего группового ТП для деталей, имеющих общие конструктивные признаки, объединенных в группы по максимальному числу этих признаков. Перечисленные выше детали составляют одну группу - детали типа "Кулачки" средних размеров. Общий объем выпуска этих деталей составляет 5000 дет/год, что соответствует среднесерийному типу производству [2]. А для серийного типа производства экономически целесообразно применение высокопроизводительного автоматизированного оборудования, расстановка его на участке по ходу ТП и тем самым сведение к минимуму пересечения потоков деталей, применение программного управления станками, модернизация станков в интересах производства, дифференциация операций и уменьшение коэффициента закрепления операций К_ЗО , применение быстродействующих приспособлений с автоматизированным приводом, быстропереналаживаемой и быстросменной оснастки, специального режущего инструмента и т.п. Уменьшается также объем разрабатываемой документации. Поэтому принимаем решение применить групповую организацию производства, для чего разработать групповой ТП обработки деталей типа "Кулачки".

Цель дипломного проекта - обеспечение заданного выпуска деталей заданной номенклатуры путем разработки группового ТП.

1. Анализ исходных данных

Задача раздела - на базе анализа исходных данных выбрать оптимальную стратегию разработки ТП и сформулировать задачи дипломного проекта, решение которых приведет к достижению цели, указанной во введении.

1.1 Служебное назначение детали

Кулачок 02-7016-7704 к патрону является одной из основных деталей кулачкового патрона и служит для базирования тел вращения по своим рабочим поверхностям. Далее на кулачки патрона от привода подается преобразованное посредством элементарных зажимных механизмов или их сочетания усилие зажима. Таким образом, кулачки служат и для закрепления заготовок. Сами кулачки устанавливаются в патроне посредством шпонки, которая и определяет их положение в приспособлении.

Режим работы кулачков достаточно тяжелый, в связи с работой при постоянных вибрациях системы, работой патрона на зажим-разжим, что может приводить к износу рабочих поверхностей и направляющих элементов кулачков.

Исходя из условий работы кулачка в патроне, в качестве его материала выбрана сталь 19ХГН.

Сталь 19ХГН по ГОСТ 4543-71 относится к классу легированных сталей и содержит:

углерода - 0,16…0,21%;

кремния - 0,17…0,37%;

марганца - 0,7…1,1%;

никеля - 0,8…1,1%;

хрома - 0,8…1,1%;

серы - до 0,035%;

фосфора - до 0,035%.

Исходя из служебного назначения кулачка при разработке технологического процесса его изготовления, особое внимание следует уделить рабочей поверхности, а так же пазам.

1.2 Технологичность конструкции детали

Рабочий чертеж кулачка содержит необходимую графическую информацию для полного представления о его конструкции. Указаны размеры с их отклонениями, проставлена требуемая шероховатость, большинство отклонений расположения поверхностей.

К недостаткам чертежа можно отнести количество видов детали, но это необходимо для лучшего понятия ее конфигурации. Для того чтобы обеспечить сборку необходимо, чтобы расположение отверстий относительно друг друга и относительно паза было выполнено строго по чертежу. Деталь в целом технологична и позволяет применить прогрессивные методы обработки (фрезерование, шлифование и т.д.) с использованием режущего инструмента, оснащенного твердым сплавом.

1.3 Недостатки базового ТП и задачи проекта

За базовый ТП примем индивидуальный ТП обработки кулачка 02-7016-7704 в условиях мелкосерийного производства. Типовой ТП мелкосерийного производства предусматривает применение универсального оборудования с малой степенью автоматизации, с ручным управлением. Оборудование расставлено на участке в соответствии с видами обработки, что вызывает пересечение транспортных потоков. Применяемые универсальные приспособления, имеют ручной привод, являются медленно действующими и вызывают дополнительные погрешности при зажиме заготовки. Точность обработки обеспечивается методом пробных проходов, для контроля точности применяются универсальные измерительные средства с невысокой точностью измерения. Все это ведет к снижению производительности обработки и повышению себестоимости изготовления детали.

Учитывая недостатки базового ТП, сформулируем задачи дипломного проекта:

1) заменить индивидуальный ТП групповым, для чего спроектировать комплексную деталь и разработать групповой технологический маршрут;

2) на базе экономического анализа вариантов получения заготовки выбрать оптимальный, рассчитать припуски на обработку и спроектировать заготовку детали "Кулачок";

3) на базе группового маршрута разработать технологический маршрут обработки детали "Кулачок";

4) выбрать средства технологического оснащения для группового ТП, и в частности для ТП обработки детали "Кулачок";

5) определить режимы резания и нормы времени операций механообработки детали "Кулачок";

6) провести научные и патентные исследования и на их основе повысить производительность лимитирующих операций;

7) спроектировать высокопроизводительные приспособления и инструменты;

8) проанализировать ТП с точки зрения возникновения вредных и опасных факторов, разработать меры по их устранению или защиты от их воздействия;

9) определить экономическую эффективность проекта.

2. Выбор стратегии и определение типа производства

Задача раздела - определить тип производства и выбрать принципиальный подход к определению составляющих ТП.

2.1 Определение типа производства

Тип производства определим исходя из заданного объема выпуска N и трудоемкости изготовления детали, определяемой массой этой детали.

Согласно задаче по проектированию группового ТП, в качестве объема выпуска примем общий объем выпуска группы деталей "Кулачки":

N = 5000 дет/год.

Средняя масса m деталей группы:

m = 3 кг.

Исходя из рекомендаций [2] примем среднесерийный тип производства.

2.2 Выбор стратегии разработки ТП

Стратегия разработки ТП - принципиальный подход к определению его составляющих (показателей ТП), которые определяются в первую очередь типом производства, а также его технологическими возможностями.

Среднесерийному типу производства соответствует следующая стратегия разработки ТП:

1) В области организации ТП.

Вид стратегии - последовательно-циклическая, линейно-разветвленная.

Форма организации ТП - переменно-поточная.

Повторяемость изделий - периодическая.

2) В области выбора и проектирования заготовки.

Метод получения заготовки - прокат или штамповка.

Выбор методов обработки - по таблицам с учетом коэффициентов удельных затрат.

Припуск на обработку - незначительный.

Метод определения припусков - расчет по переходам.

3) В области разработки технологического маршрута.

Степень унификации ТП - групповой ТП на базе типового ТП, далее индивидуальный ТП на базе группового ТП.

Степень детализации разработки ТП - маршрутно-операционный, частично пооперационный.

Принцип формирования маршрута - в основном интенсивная концентрация операций.

Синхронизация операций - достаточно высокая.

Обеспечение точности - работа на настроенном оборудовании с применением активного контроля.

Базирование заготовки - совмещение технологической и измерительной баз, постоянство баз.

4) В области выбора СТО.

Оборудование - универсальное, частично специализированное.

Приспособления - универсальные и специальные.

Режущие инструменты - стандартные и специальные.

Средства контроля - универсальные и специальные.

5) В области проектирования технологических операций.

Содержание операций - преимущественно одновременная обработка нескольких поверхностей.

Загрузка оборудования - периодическая смена деталей на станках.

Коэффициент закрепления операций К_зо = 10…20.

Расстановка оборудования - преимущественно по ходу ТП.

Настройка оборудования - по измерительным приборам и по эталону.

6) В области нормирования ТП.

Определение режимов резания - по эмпирическим формулам, частично аналитически.

Нормирование ТП - детальное пооперационное.

Квалификация рабочих - сравнительно низкая при высокой квалификации наладчиков.

Технологические карты - маршрутно-операционные, частично операционные с детализацией по переходам.

2.3 Проектирование группового технологического маршрута

Задача этапа - разработать комплексную деталь, включающую конструктивные элементы всех деталей группы, систематизировать ее поверхности по назначению, определить методы обработки поверхностей и разработать групповой технологический маршрут.

2.3.1 Разработка комплексной детали

Для разработки группового технологического маршрута необходимо спроектировать комплексную деталь - такую виртуальную деталь, которая содержала бы все конструктивные элементы деталей группы "Кулачки". В нашем случае группа включает 3 детали:

Кулачок 02-7016-7704;

Кулачок 02-7016-7364;

Кулачок 02-7016-5216.

Детали содержат следующие типы поверхностей:

плоские поверхности 14 квалитета, Ra 6,3;

2) пазы, в том числе и шпоночный точностью от 14 до 7 квалитета, шероховатостью Ra от 6,3 до 0,8;

3) отверстия сквозные, в том числе ступенчатые 14 квалитета, Ra 6,3;

4) отверстия глухие с резьбой 14 квалитета, Ra 6,3;

5) цилиндрические поверхности точностью от 14 до 9 квалитета;

6) канавки.

Чертеж комплексной детали представлен на листе графической части проекта.

2.3.2 Выбор методов обработки поверхностей

При выборе оптимальных методов обработки поверхностей кулачка и их последовательности будем руководствоваться методикой [2, 4]. В основу назначения методов обработки положен принцип минимизации суммарных расходов на обработку. Базой для сравнения методов обработки являются коэффициенты удельных затрат по каждому методу, приведенные в [2, 4].

Определим наивыгоднейший вариант обработки одной из самых точных поверхностей 10 Æ130_-0,1 . При этом будем руководствоваться следующими положениями:

1) в результате каждого перехода точность, начиная с 12 квалитета, повышаем не более чем на два квалитета;

2) в результате каждого перехода шероховатость поверхности уменьшается не более чем в 4 раза;

3) обработку до закалки выгоднее выполнять лезвийным инструментом, после закалки - абразивными методами.

В нашем случае возможны следующие варианты обработки:

1) Ф (12, 12,5) - Ф_ч (10, 6,3) - ТО (11, 6,3) - Ш (9, 3,2) - Ш_ч (7, 0,8)

2) СТ (12, 12,5) - Ф_ч (10, 6,3) - ТО (11, 6,3) - Ш (9, 3,2) - Ш_ч (7, 0,8)

Здесь обозначено:

Ф - фрезерование;

СТ - строгание;

Ш - шлифование;

Индексы: ч - чистовое.

В скобках указаны квалитет точности и шероховатость Ra на каждом переходе.

Принимаем следующие значения коэффициентов удельных затрат [2, 4] (серийное производство):

Ф: К_у = 1Ф_ч : К_у = 1,5СТ: К_у = 2

Ш: К_у = 1Ш_ч : К_у = 1,5

Подсчитаем коэффициент К_{у i} для всех вариантов:

1 + 1,5 + 1 + 1,5 = 5

2 + 1,5 + 1 + 1,5 = 6

Видим, что наименьший суммарный коэффициент удельных затрат соответствует варианту 1:

1 переход - Ф (12, 12,5)

2 переход - Ф_ч (10, 6,3)

3 переход - ТО (11, 6,3)

4 переход - Ш (9, 3,2)

5 переход - Ш_ч (7, 0,8)

Заносим принятые методы обработки и их последовательность в графу 5 таблицу 2.1

Таблица 2.1

Методы обработки поверхностей комплексной детали

В табл.2.1 обозначено:

Виды поверхностей: П - плоская, Ф - фаска, К - канавка, Ц - цилиндрическая, ЦВ - цилиндрическая внутренняя, ПВ - плоская внутренняя, КВ - коническая внутренняя, РВ - резьба внутренняя. Методы обработки: Ф - фрезерование черновое, Ф_ч - Фрезерование чистовое, Ш - шлифование черновое, Ш_ч - шлифование чистовое, С - сверление, З - зенкерование, Р - резьбонарезание, ТО - термообработка.

2.3.3 Разработка технологического маршрута обработки комплексной детали

Технологический маршрут обработки комплексной детали (групповой маршрут) будем разрабатывать на базе типового маршрута обработки деталей типа "Кулачки". При этом будем максимально использовать принцип дифференциации, полагая, что в дальнейшем, при разработке ТП конкретных деталей группы их можно будет объединить в различных вариантах.

Групповой технологический маршрут приведен в таблице 2.2 Маршрут включает обработку всех поверхностей комплексной детали, т.е. Всех типов поверхностей деталей группы. Групповой маршрут будет использоваться в качестве базы для разработки технологических маршрутов обработки конкретных деталей, в том числе и кулачка 1.

Групповой технологический маршрут представлен на листе графической части. Здесь же отмечены операции, задействованные в конкретных ТП обработки деталей группы.

Таблица 2.2

Технологический маршрут обработки комплексной детали

3. Выбор и проектирование заготовки

Задача раздела - выбрать оптимальный метод получения заготовки, определить припуски на обработку и спроектировать заготовку.

3.1 Выбор метода получения заготовки

Для детали данного типа, средней сложности, среднесерийного производства в качестве метода получения заготовки целесообразно принять штамповку или прокат. Для окончательного выбора метода получения заготовки выполним сравнительный экономический анализ. В основу анализа положим сравнение стоимостей заготовок, полученных штамповкой и прокатом (С_т1 и С_т2 соответственно), а также сравнение коэффициентов использования материала (К_М1 и К_М2 соответственно для штамповки и проката). Рассмотрим получение заготовки штамповкой на кривошипных горячештамповочных прессах.

1) По таблице 3.1 3 [8] выбираем:

а) Оборудование - пресс с выталкивателем;

б) Штамповочные уклоны: 7°;

в) Радиусы закруглений r = 3мм.

2) По таблице 3.4 [8] назначаем допуски и припуски на обработку на сторону и сводим их в таблицу 3.1

Таблица 3.1

Допуски и припуски на механическую обработку

3) Рассчитаем площадь поковки в плане [8]:

, мм²

4) Определяем толщину мостика для облоя [8]:

, мм

Коэффициент Со принимаем равным 0,016.

5) По таблице 3.2.2 выбираем остальные размеры облойной канавки [1]:

а) Усилие пресса - 10МН;

б) h_o = 1,6 мм;

в) l = 4 мм;

г) h = 6 мм;

д) R₁ = 15 мм.

6) Рассчитать объем заготовки [1]:

V_заг. = V_п + V_у + V_о , мм³ (3.1)

где

а) объем поковки:

, мм³

б) объем угара V_у принимаем равным 0,7% от V_п ;

в) объем облоя:

V_о = ξ^. F_М ^{. (} Р_п + ξ. π. l), мм³ (3.2)

где ξ=2 - коэффициент, учитывающий изменение фактической площади сечения получаемого облоя по сравнению с площадью сечения мостика;

F_M = l. h_o = 4.1,6 = 6,4 мм^{2 -} площадь поперечного сечения мостика;

Р_п = 41,7 + 36,5 + 20,2 +3 2 + 56,6 + 15,4 + 30 + 106,8 + 81,8 + 11,1 + 11,4 + + 11,1 + 62,8 = 517,4 мм - периметр поковки;

V_о = 2.6,4× (517,4+2.3,14.4) = 6944,26мм³ ;

г) объем поковки:

V_заг. =577907,2 ×1,007+6944,26=588896,81мм³ ;

7) Рассчитаем массу поковки:

=588896,81.7,85^.1 0^-6 = 4,6 кг

где γ - плотность материала, г/см³ . Для стали: γ=7,85 г/см³ ;

Vз - объем заготовки, мм³ .

8) Определим коэффициент использования материала:

где m- масса детали, кг; M- масса заготовки, кг.

Рассмотрим получение заготовки прокатом.

Заготовка, полученная прокатом, представляет собой пруток.

1) Назначаем допуски и припуски на обработку на сторону и сводим их в таблицу 3.2

Таблица 3.2. Допуски и припуски на механическую обработку

2) Объем заготовки.

мм^3,

где D- диаметр заготовки, полученной прокатом, мм;

l- длина заготовки, полученной прокатом, мм.

3) Рассчитаем массу заготовки.

кг

4) Определим коэффициент использования материала:

Для окончательного выбора метода получения заготовки, следует провести сравнительный анализ по технологической себестоимости.

Расчет технологической себестоимости заготовки получаемую по первому или второму методу проведем по следующей формуле [1]:

С_т =С_заг. М + C_{мех. (} М-m) - С_{отх. (} M-m), руб. (3.3)

где М - масса заготовки, кг;

m- масса детали, кг;

С_заг - стоимость одного килограмма заготовок, руб. /кг;

C_мех. - стоимость механической обработки, руб. /кг;

С_отх - стоимость одного килограмма отходов, руб. /кг.

Стоимость заготовки, полученной таким методом, как штамповка на кривошипных горячештамповочных прессах, с достаточной для стадии проектирования точностью можно определить по формуле [1]:

С_заг =С_шт . h_T . h_C . h_B . h_M . h_П , руб. /кг, (3.4)

где С_шт - базовая стоимость одного килограмма штампованных заготовок, руб. /кг;

h_T - коэффициент, учитывающий точность заготовки;

h_C - коэффициент, учитывающий сложность заготовки;

h_B - коэффициент, учитывающий массу заготовки;

h_M - коэффициент, учитывающий материал заготовки;

h_П - коэффициент, учитывающий группу серийности.

Таким образом:

h_T =1,05 - 1-ый класс точности;

h_C =0,88 - 2-ая группа сложности получения заготовки;

h_B =0,89- так как масса заготовки находится в пределах 4,0…10,0 кг;

h_M =1,27;

h_П =1;

Базовая стоимость одного килограмма штамповок составляет:

С_шт = 0,315 руб. /кг

С_заг. = 0,315^.1 ,05^.0 ,88^.0 ,89^.1 ,27^.1 = 0,329 руб. /кг

Определяем стоимость механической обработки по формуле:

С_мех. = С_с + Е_н . С_к , руб. /кг (3.5)

где С_с = 0,356 - текущие затраты на один килограмм стружки, руб. /кг [1] ; С_к = 1,035- капитальные затраты на один килограмм стружки, руб. /кг [1];Е_н = 0,15 - нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений выбираем из предела (0,1…0,2) [1].

С_мех. = 0,356 + 0,15.1,035 = 0,511 руб. /кг

Стоимость одного килограмма отходов принимаем равной С_отх. = 0,0298 руб. /кг.

Определяем общую стоимость заготовки, получаемую штамповкой:

С_т = 0,329^.4 ,6 + 0,511. (4,6-2,7) -0,0298^{. (} 4,6-2,7) = 2,43 руб.

Стоимость заготовки, полученной прокатом, определим по следующей формуле [1]:

, (3.6)

где С_пр - цена одного кг материала заготовки, руб.; h_Ф - коэффициент, учитывающий форму заказа металлопроката. Т.о.: h_Ф =1,0 - для проката нормальной длины; С_пр =0,255 руб. /кг

руб. /кг

Определяем общую стоимость заготовки, получаемую прокатом:

С_т = 0,255^.1 0,61 + 0,511. (10,61-2,7) -0,0298^{. (} 10,61-2,7) = 6,51 руб.

Таким образом, по технологической себестоимости наиболее экономичным является вариант изготовления детали из заготовки, полученной штамповкой. Ожидаемая годовая экономия:

Э_год. = (С_Т2 - С_Т1 ). N, руб. (3.7)

где N- годовая программа выпуска деталей, шт.;

Э_год. = (6,51- 2,43).5000 = 20400 руб.

На основании сопоставления технологических себестоимостей по рассматриваемым вариантам делаем вывод о том, что для дальнейшей разработки следует выбрать метод получения заготовки штамповкой. В этом случае годовая экономия составит 20400 рублей.

3.2 Определение методов обработки поверхностей

Методы обработки поверхностей детали "Кулачок 02-7016-7704" и их последовательность в зависимости от квалитета точности и шероховатости поверхностей определяем по табл.2.1., выбирая соответствующие позиции из чертежа детали. Результаты заносим в таблицу 3.3

Таблица 3.3

Методы обработки поверхностей детали "Кулачок"

В табл.3.3 обозначено:

Виды поверхностей: П - плоская, Ф - фаска, К - канавка, Ц - цилиндрическая, ЦВ - цилиндрическая внутренняя, ПВ - плоская внутренняя, КВ - коническая внутренняя, РВ - резьба внутренняя.

Методы обработки: Ф - фрезерование черновое, Ф_ч - Фрезерование чистовое, Ш - шлифование черновое, Ш_ч - шлифование чистовое, С - сверление, З - зенкерование, Р - резьбонарезание, ТО - термообработка.

3.3 Определение припусков на обработку

При выборе метода расчета припуска будем исходить из требований максимальной в реальных пределах точности определения припуска, обеспечивающей минимальную величину припуска при гарантированном обеспечении точности и шероховатости поверхности, с одной стороны, и максимальной простоты расчета, с другой стороны.

Проанализировав известные метода определения припуска, остановили свой выбор на расчетно-аналитическом методе, как на наиболее удовлетворяющим нашим требованиям

Определим расчётно-аналитическим методом припуски на поверхность 10 Æ130_-0,1 , являющуюся одной из наиболее точных.

Качество поверхности после штамповки:

R_z = 160 мкм, h = 300 мкм.

Качество поверхности после механической обработки по данным прил.4 [3] следующие:

Фрезерование черновое R_z = 60 мкм, h = 90мкм;

Фрезерование чистовое R_z = 30 мкм, h = 50 мкм;

Шлифование черновое R_z = 10 мкм, h = 40 мкм;

Шлифование чистовое R_z = 5 мкм, h = 20 мкм

Суммарное пространственное отклонение будем определять по формуле

, мм (3.8)

где - коэффициент уточнения (по табл.3.17 [6]);

D_i-1 - суммарное пространственное отклонение на заготовительной операции (коробление);

после штамповки D_i-1 = 0,5 мм;

после фрезерования чернового D = 0,06 × 0,5= 0,03мм;

после фрезерования чистового D = 0,04 × 0,5= 0,02 мм;

после шлифования чернового D = 0,06 × 0,5= 0,03 мм;

после шлифования чистового D = 0,04 × 0,5= 0,02 мм

Определим значение минимального припуска 2Z_min после каждой операции по формуле:

, мм (3.9)

где R_z ^{i -1} , h^{i -1} - высота неровностей и дефектный слой, образовавшиеся на обрабатываемой поверхности при предыдущей обработке;

D_i-1 - суммарное значение пространственных отклонений с предыдущей операции;

e_{i -} погрешность установки (определяем по табл.1.16 [6] для закрепления в тисках);

При расчете припуска на операции 35-1 внутришлифовальной значение h^{i -1} = 0.

мм;

мм;

мм;

мм.

Определяем предельные размеры для каждого перехода по формулам:

2А_{i -1 min} = 2А_{i min} + 2Z_{i min} , мм (3.8)

2А_{i max} = 2А_{i min} + T2А_i , мм (3.9)

2U¹³⁰ _min = 129,9 мм;

2U¹³⁰ _max = 130 мм;

2U¹²⁰ _min = 2U¹³⁰ _min + = 129,9 + 0,11 = 130,01 мм;

2U¹²⁰ _max = 2U¹²⁰ _min + T2U¹²⁰ = 130,01 + 0,1 = 130,11 мм;

2U⁶⁰ _min = 2U¹²⁰ _min + = 130,01 + 0,17 = 130,18 мм;

2U⁶⁰ _max = 2U⁶⁰ _min + T2U⁶⁰ = 130,18 + 0,25 = 130,43 мм;

2U⁵⁰ _min = 2U⁶⁰ _min + = 130,18 + 0,43 = 130,61 мм;

2U⁵⁰ _max = 2U⁵⁰ _min + T2U⁵⁰ = 130,61 + 0,4 = 131,01 мм;

2U⁰⁰ _min = 2U⁵⁰ _min + = 130,61 + 1,46 = 132,07 мм;

2U⁰⁰ _max = 2U⁰⁰ _min + T2U⁰⁰ = 132,07 + 3,6 = 135,67 мм;

Определим предельные значения припусков по формуле:

, мм (3.9)

мм;

мм;

мм;

мм.

Определение припусков на обработку сведем в таблицу 3.4

Таблица 3.4. Расчет припусков на обработку поверхности 10 Æ130_-0,1

Изобразим на рис.3.1 схему расположения операционных размеров, допусков и припусков.

Графическое изображение припусков и допусков на обработку поверхности 10 Æ130_-0,1

Рис.3.1

4. Выбор технологичесих баз. план обработки

4.1 Разработка технологического маршрута обработки кулачка

Технологический маршрут обработки кулачка будем разрабатывать на базе технологического маршрута обработки комплексной детали, представленного в табл.2.2 Для этого выберем операции задействованные в данном ТП. Результаты заносим в таблицу 4.1

Таблица 4.1. Технологический маршрут обработки кулачка

4.2 Выбор технологических баз

В качестве черновых технологических баз на первой операции выбираем поверхности 1, 21, 23, 15, 16, 25. Шесть поверхностей в качестве баз использованы, поскольку обработка происходит в два установа. На данной операции обрабатываются габаритные размеры детали.

На операции 20 используются чистовые технологические базы. Ими являются поверхности 1, 21, 25, 15, 16, 21. Обработка проводится в два установа.

На операциях 30, 40 фрезерных, а также на операциях 110, 120 шлифовальных в качестве баз использованы поверхности 1, 18, 25, 21, 5, 23. Это связано с обработкой конкретных элементов детали, а также дает возможность получить заданную чертежом детали точность. Обработка на фрезерных операциях проводится в два установа.

На первых четырех операциях соблюдается принцип постоянства баз.

При базировании на фрезерных операциях 50, 60, а так же на 70 - сверлильной и шлифовальных 130, 140 операциях, базами служат поверхности пазов, полученных ранее. Это поверхности 34, 36, 38. Использование данной схемы базирования обеспечивает возможность свободного доступа инструмента к различным поверхностям заготовки, а также дает возможность обеспечения заданного чертежом относительного расположения элементов детали.

На операции 100 в качестве технологических баз используются пов.1, 23, 21, 16, 25. Обработка проводится в два установа. Необходимость использования данных схем базирования обусловлена шлифованием габаритного размера согласно чертежу детали.

Все используемые в качестве технологических баз поверхности являются плоскими. Технологический процесс спроектирован таким образом, что принцип единства баз соблюдается на всех операциях.

Классификация технологических баз представлена в таблице 4.2

Таблица 4.2. Классификация технологических баз

4.3 Назначение операционных технических требований

Технические требования на обработку детали назначаем по таблицам статистической точности размеров и пространственных отклонений [9], исходя из вида обработки, применяемого оборудования, способа обеспечения точности и длины (диаметра) обработки детали.

Технические требования на изготовление исходной заготовки назначаются по ГОСТ 7505 - 89 (поковки стальные штампованные).

5. Выбор средств технологического оснащения

Задача раздела - выбрать для каждой операции ТП такие оборудование, приспособление, режущий инструмент (РИ) и средства контроля, которые бы обеспечили заданный выпуск деталей заданного качества с минимальными затратами.

5.1 Выбор оборудования

При выборе типа и модели металлорежущих станков будем руководствоваться следующими правилами:

1) Производительность, точность, габариты, мощность станка должны быть минимальными достаточными для того, чтобы обеспечить выполнение требований предъявленных к операции.

2) Станок должен обеспечить максимальную концентрацию переходов на операции в целях уменьшения числа операций, количества оборудования, повышения производительности и точности за счет уменьшения числа перестановок заготовки.

3) В случае недостаточной загрузки станка его технические характеристики должны позволять обрабатывать другие детали, выпускаемые данным цехом, участком.

4) Оборудование не должно быть дефицитным, следует отдавать предпочтение отечественным станкам.

5) В мелкосерийном производстве следует применять преимущественно универсальные станки, револьверные станки, станки с ЧПУ, многоцелевые станки (обрабатывающие центры). На каждом станке в месяц должно выполняться не более 40 операций при смене деталей по определенной закономерности.

6) Оборудование должно отвечать требованиям безопасности, эргономики и экологии.

Если для какой-то операции этим требованиям удовлетворяет несколько моделей станков, то для окончательного выбора будем проводить сравнительный экономический анализ.

Выбор оборудования проводим в следующей последовательности:

1) Исходя из формы обрабатываемой поверхности и метода обработки, выбираем группу станков.

2) Исходя из положения обрабатываемой поверхности, выбираем тип станка.

3) Исходя из габаритных размеров заготовки, размеров обработанных поверхностей и точности обработки выбираем типоразмер (модель) станка.

5.2 Выбор приспособлений

При выборе приспособлений будем руководствоваться следующими правилами [5]:

1) Приспособление должно обеспечивать материализацию теоретической схемы базирования на каждой операции с помощью опорных и установочных элементов.

2) Приспособление должно обеспечивать надежные закрепление заготовки обработке.

3) Приспособление должно быть быстродействующим.

4) Зажим заготовки должен осуществляться, как правило, автоматически.

5) Следует отдавать предпочтение стандартным, нормализованным, универсально-сборным приспособлениям, и только при их отсутствии проектировать специальные приспособления.

Исходя из типа и модели станка и метода обработки, выбираем тип приспособления.

Выбор приспособления будем производить в следующем порядке:

1) Исходя из теоретической схемы базирования и формы базовых поверхностей, выбираем вид и форму опорных, зажимных и установочных элементов.

2) Исходя из расположения базовых поверхностей и их состояния (точность, шероховатость), формы заготовки и расположения обрабатываемых поверхностей выбираем конструкцию приспособлений.

3) Исходя из габаритов заготовки и размеров базовых поверхностей, выбираем типоразмер приспособления.

5.3 Выбор режущего инструмента

При выборе РИ будем руководствоваться следующими правилами [5]:

1) Выбор инструментального материала определяется требованиями, с одной стороны, максимальной стойкости, а с другой минимальной стоимости.

2) Следует отдавать предпочтение стандартным и нормализованным инструментам. Специальный инструмент следует проектировать в крупносерийном и массовом производстве, выполнив предварительно сравнительный экономический анализ.

3) При проектировании специального РИ следует руководствоваться рекомендациями по совершенствованию РИ.

Выбор режущего инструмента (РИ) будем производить в следующем порядке:

1) Исходя из типа и модели станка, расположения обрабатываемых поверхностей и метода обработки, определяем вид РИ.

2) Исходя из марки обрабатываемого материала, его состояния и состояния поверхности, выбираем марку инструментального материала.

3) Исходя из формы обрабатываемой поверхности, назначаем геометрические параметры режущей части (форма передней поверхности, углы заточки: g, a, j, j₁ , l; радиус при вершине).

4) Исходя из размеров обрабатываемой поверхности, выбираем конструкцию инструмента, его типоразмер и назначаем период стойкости Т.

5.4 Выбор средств контроля

При выборе средств контроля будем руководствоваться следующими правилами [5]:

1) Точность измерительных инструментов и приспособлений должна быть существенно выше точности измеряемого размера, однако неоправданное повышение точности ведет к резкому удорожанию.

2) В единичном и мелкосерийном производстве следует применять инструменты общего назначения: штангенциркули, микрометры, длинномеры и т.д.

3) В крупносерийном - специальные инструменты.

4) Следует отдавать предпочтение стандартным и нормализованным средствам контроля.

Результаты выбора средств технологического оснащения заносим в таблицу 5.1.

Таблица 5.1. Выбор средств технологического оснащения

6. Разработка технологических операций

Задача раздела - рассчитать такие режимы резания, которые обеспечили бы заданный выпуск деталей заданного качества с минимальными затратами.

6.1 Определение режимов резания

Проведем расчет режимов резания на операцию 30 фрезерную.

На данной операции производится обработка наружных плоскостей, а так же пазов.

Режимы резания на обработку пов.3, 4, 5, 6,7. При обработке данных поверхностей используется торцовая фреза Æ40 мм. Для чернового фрезерования стали 19ХГН материалом фрезы выбираем твердый сплав Т15К6. Расчет режимов резания произведем согласно [5].

Скорость резания.

, м/мин (6.1)

где C_v , q, x, y, m, p,u- коэффициент и показатели степени, зависящие от параметров фрезерования; К_v - общий поправочный коэффициент; Т - период стойкости фрезы, мин.; D- диаметр фрезы, мм; t- глубина резания, мм; В - ширина фрезерования, мм; z- число зубьев фрезы; S^y _z - подача на зуб, мм.

C_V = 332; q = 0,2; x = 0,1; y = 0,4; m = 0,2; u = 0,2; p = 0;

К_V = К_MV К_{П V} К_{И V} ,

где К_MV - коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала;

К_{П V} - коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки;

К_{И V} - коэффициент, учитывающий материал инструмента.

К_V = 1,2.1,0.1,15 = 1,38;

Т = 120 мин.; D = 40мм; t = 1,5мм, В = 33мм; z = 10;

S_z = 0,09 мм,

м/мин.

Окружная сила резания.

, Н (6.2)

где C_р , q, x, y, w, u- коэффициент и показатели степеней, зависящие от параметров фрезерования;

n- частота вращения фрезы.

C_р = 825; q = 1,3; x = 1,0; y = 0,75; w = 0,2; u = 1,1;

Н.

Мощность резания.

, кВт (6.3), кВт.

Режимы резания на обработку пов.17, 18. При обработке данных поверхностей используется двухуглавая фреза Æ80 мм. Для чернового фрезерования стали 19ХГН материалом фрезы выбираем твердый сплав Т15К6.

Скорость резания.

C_V = 390; q = 0,45; x = 0,3; y = 0,2; m = 0,33; u = 0,1; p = 0,1;

К_V = 0,98;

Т = 120 мин.; D = 80 мм; t = 3,5 мм, В = 60 мм; z = 10;

S_z = 0,08 мм,

м/мин.

Окружная сила резания.

C_р = 47; q = 1,1; x = 0,9; y = 0,8; w = 0,1; u = 1,1;

Н.

Мощность резания.

кВт.

Режимы резания на проточку паза с пов.34, 35, 36. При получении данного паза используется шпоночная фреза Æ37,7 мм. Для чернового фрезерования стали 19ХГН материалом фрезы выбираем твердый сплав Т15К6.

Скорость резания.

C_V = 43; q = 0,3; x = 0,3; y = 0,25; m = 0,26; u = 0; p = 0; К_V = 0,98;

Т = 120 мин.; D = 37,7 мм; t = 4 мм, В = 37,7 мм; z = 2; S_z = 0,038 мм,

м/мин.

Окружная сила резания.

C_р = 101; q = 1,1; x = 0,88; y = 0,75; w = 0; u = 1,0;

Н.

Мощность резания.

кВт.

Режимы резания на проточку паза с пов.37, 38, 39. При получении данного паза используется шпоночная фреза Æ13,7 мм. Для чернового фрезерования стали 19ХГН материалом фрезы выбираем твердый сплав Т15К6.

Скорость резания.

C_V = 43; q = 0,3; x = 0,3; y = 0,25; m = 0,26; u = 0; p = 0;

К_V = 0,98;

Т = 120 мин.; D = 13,7 мм; t = 8 мм, В = 13,7 мм; z = 2;

S_z = 0,038 мм,

м/мин.

Окружная сила резания.

C_р = 101; q = 1,1; x = 0,88; y = 0,75; w = 0; u = 1,0;

Н.

Мощность резания.

кВт

Назначим режимы резания на операцию 100 шлифовальную, где производится шлифовка пазов.

Режимы резания на обработку пов.34, 35, 36. При обработке данных поверхностей используется шлифовальная головка Æ45 мм. Назначение режимов резания произведем согласно [5].

Скорость круга.

V_к = 25 м/с.

Скорость заготовки.

V_з = 4 м/с.

Глубина шлифования.

t = 0,02 мм.

Мощность шлифования.

, кВт (6.4)

где b- ширина шлифования, мм;

С_N , r, x, z- коэффициент и показатели степеней, зависящие от показателей шлифования.

С_N = 0,59; r = 0,7; x = 0,5; z = 0,6; b = 45.

кВт.

Режимы резания на обработку пов.37, 38, 39. При обработке данных поверхностей используется шлифовальная головка Æ16 мм.

V_к = 25 м/с; V_з = 4 м/с; t = 0,02 мм; b = 16; С_N = 0,59; r = 0,7; x = 0,5; z = 0,6;

кВт.

6.2 Расчет норм времени

Нормирование ТП - это установление технически обоснованных норм времени на обработку детали. Норма времени - регламентированное время выполнения заданного объема работ в определенных условиях исполнителем заданной квалификации. Время выполнения технологической операции в серийном производстве оценивается штучно-калькуляционным временем, рассчитываем по формуле [3]:

Тш-к = Тп-з/n + Тшт, (6.5)

где Тп-з - подготовительно-заключительное время, мин; Тшт - штучное время обработки, мин; n- размер партии для запуска, дет.

, (6.6)

где a - периодичность запуска деталей, при запуске два раза в месяц а = 24; F - число рабочих дней в году, F=276.

n = 2000∙24/276 = 173 дет.

Тшт = То + Твс + Тт. о + Тот, (6.7)

где То - основное время обработки, мин;

Твс - вспомогательное время, мин;

Тт. о - время технического обслуживания, мин;

Тот - время на отдых и личные надобности.

Основное время обработки определяется:

То = lр. х/Sм, (6.8)

где lр. х - длина рабочего хода, мм;

Sм - минутная подача, мм/мин.

Длина lр. х складывается из длины обрабатываемой поверхности, lн. д - длины недохода, расстояние до начала обработки которое инструмент проходит на рабочей подаче (режет воздух), lc. х - длина схода инструмента (перебег). Данные величины взяты с чертежа наладки, рассчитываемые по схеме обработки и нормативам.

Вспомогательное время складывается из времени на установку, закрепление и снятие заготовки, времени на приемы управления и из времени на измерение детали. Времена Тт. о и Тот. принимаются по нормативам [3].

Определим нормы времени на операции 30 фрезерной. При обработке поверхностей 3, 4, 5, 6, 7:

Т_О = 247,5/900= 0,28 мин.

При обработке поверхностей 18, 17:

Т_О = 55/640= 0,1 мин.

При обработке поверхностей 34, 35, 36:

Т_О = 151/34,2= 4,41мин.

При обработке поверхностей 37, 38, 39:

Т_О = 55/34,2= 1,61мин.

Найдем основное технологическое время на операции:

Т_О = 0,28 + 0,1 + 4,41 + 1,61 = 6,4 мин.

Времена Тт. о и Тотпринимаем равными 8% от T_О .

Т_{т. о} + Т_от = 0,08. Т_О = 6,4.0,08 = 0,51 мин.

Вспомогательное время на детали с подводом инструмента к детали, снятие детали, на приемы управления [3]: Т_вс. = 0,09. Штучное время на операции: Т_шт. = 6,4 + 0,09 + 0,51 = 7 мин. Подготовительно-заключительное время [3]: Т_П-З = 20 мин. Найдем штучно-калькуляционное время на операции:

Т_ш-к = 20/173 + 7 = 7,12 мин.

Нормы времени на остальные операции определим по методике, представленной в [3], где основное технологическое время Т_О и штучное время Т_шт. определяется в зависимости от вида обработки, диаметра и длины обработки, а штучное время Т_шт. зависит от коэффициента j (в зависимости от вида станка: для фрезерных - j = 1,51; для шлифовальных - j = 1,55; для сверлильных - j = 1,3):

Т_шт = j · То (6.9)

1. Нормы времени на операции 10 фрезерной.

Основное технологическое время найдем по формуле:

Т_О = 6. l.10^-3, где l- длина обрабатываемой поверхности.

При обработке поверхности 15:

Т_О = 6.55.10^-3 = 0,33 мин.

При обработке поверхности 16:

Т_О = 6.102.10^-3 = 0,61 мин.

При обработке поверхности 25:

Т_О = 6.151.10^-3 = 0,91 мин.

При обработке поверхности 23:

Т_О = 6.151.10^-3 = 0,91 мин.

При обработке поверхности 21:

Т_О = 6.151.10^-3 = 0,91 мин.

При обработке поверхности 1:

Т_О = 6.37.10^-3 = 0,22 мин.

Найдем основное технологическое время на операции:

Т_О = 0,33 + 0,61 + 0,91 + 0,91 + 0,91 +0,22 = 3,89 мин.

Штучное время на операции:

Т_шт. = 3,89.1,51 = 5,87 мин.

2. Нормы времени на операции 20 фрезерной.

Основное технологическое время найдем по формуле:

Т_О = 4. l.10^-3, где l- длина обрабатываемой поверхности.

При обработке поверхности 15:

Т_О = 4.55.10^-3 = 0,22 мин.

При обработке поверхности 16:

Т_О = 4.102.10^-3 = 0,41 мин.

При обработке поверхности 21:

Т_О = 4.151.10^-3 = 0,6 мин.

При обработке поверхности 1:

Т_О = 4.37.10^-3 = 0,15 мин.

Найдем основное технологическое время на операции:

Т_О = 0,22 + 0,41 +0,6 + 0,15 = 1,38 мин.

Штучное время на операции:

Т_шт. = 1,38.1,51 = 2,08 мин.

3. Нормы времени на операции 40 фрезерной.

Основное технологическое время найдем по формуле:

Т_О = 4. l.10^-3, где l- длина обрабатываемой поверхности.

При обработке поверхностей 3, 4, 5, 6, 7:

Т_О = 4. (4.55 + 0,5^.5 5).10^-3 = 0,99 мин.

При обработке поверхностей 18, 17:

Т_О = 4.55.10^-3 = 0,22 мин.

При обработке поверхностей 34, 35, 36:

Т_О = 4.151.10^-3 = 0,6 мин.

При обработке поверхностей 37, 38, 39:

Т_О = 4.55.10^-3 = 0,22 мин.

Найдем основное технологическое время на операции:

Т_О = 0,99 + 0,22 +0,6 + 0,22 = 2,03 мин.

Штучное время на операции:

Т_шт. = 2,03.1,51 = 3,06 мин.

4. Нормы времени на операции 50 фрезерной.

Основное технологическое время найдем по формуле:

Т_О = 6. l.10^-3 .

При обработке поверхности 10:

Т_О = 6.65.10^-3 = 0,39 мин.

При обработке поверхностей 28, 29, 30, 31:

Т_О = 6.52.10^-3 = 0,31 мин.

При обработке поверхностей 46, 48:

Т_О = 6.27.10^-3 = 0,16 мин.

При обработке поверхностей 61, 62:

Т_О = 6.82.10^-3 = 0,49 мин.

При обработке поверхностей 59, 60:

Т_О = 6.20.10^-3 = 0,12 мин.

Найдем основное технологическое время на операции:

Т_О = 0,39 + 0,31 + 0,16 + 0,49 + 0,12 = 1,47 мин.

Штучное время на операции:

Т_шт. = 1,47.1,51 = 2,22 мин.

5. Нормы времени на операции 60 фрезерной.

Основное технологическое время найдем по формуле:

Т_О = 4. l.10^-3 .

При обработке поверхностей 10:

Т_О = 4.65.10^-3 = 0,26 мин.

При обработке поверхностей 28, 29, 30, 31:

Т_О = 4.52.10^-3 = 0,21 мин.

При обработке поверхностей 46, 48:

Т_О = 4.27.10^-3 = 0,11 мин.

При обработке поверхностей 61, 62:

Т_О = 4.82.10^-3 = 0,33 мин.

При обработке поверхностей 59, 60:

Т_О = 4.20.10^-3 = 0,1 мин.

Найдем основное технологическое время на операции:

Т_О = 0,26 + 0,21 + 0,11 + 0,33 + 0,1 = 1,01 мин.

Штучное время на операции:

Т_шт. = 1,01.1,51 = 1,53 мин.

6. Нормы времени на операции 70 сверлильной.

При сверлении отверстий основное технологическое время найдем по формуле:

Т_О = 0,52. d. l.10^-3, где d- диаметр отверстия;

l- длина обрабатываемой поверхности.

При обработке поверхности 40:

Т_О = 0,52.15.32.10^-3 = 0,25 мин.

При обработке поверхности 43:

Т_О = 0,52.15.43.10^-3 = 0,34 мин.

При обработке поверхности 63:

Т_О = 0,52.5 55.10^-3 = 0,14 мин.

При обработке поверхностей 65, 69, 73:

Т_О = 3 (0,52.3.15.10^-3 ) = 0,1 мин.

При обработке поверхностей 49, 52:

Т_О = 2 (0,52.6 16.10^-3 ) = 0,1 мин.

При зенкеровании отверстий основное технологическое время найдем по формуле:

Т_О = 0,21. d. l.10^-3, где d- диаметр отверстия;

l- длина обрабатываемой поверхности.

При обработке поверхности 42:

Т_О = 0,21.28.17.10^-3 = 0,1 мин.

При обработке поверхности 44:

Т_О = 0,21.30.27.10^-3 = 0,17 мин.

При обработке поверхности 40:

Т_О = 0,21.17.15.10^-3 = 0,05 мин.

При обработке поверхности 43:

Т_О = 0,21.17.18,5.10^-3 = 0,07 мин.

При обработке поверхности 63:

Т_О = 0,21.6 55.10^-3 = 0,07 мин.

При обработке поверхностей 65, 69, 73:

Т_О = 3 (0,21.4 15.10^-3 ) = 0,01 мин.

При обработке поверхностей 50, 53:

Т_О = 2 (0,21.11.8,5.10^-3 ) = 0,04 мин.

При обработке поверхностей 49, 52:

Т_О = 2 (0,21.7 7,5.10^-3 ) = 0,02 мин.

При нарезании резьбы в отверстии основное технологическое время найдем по формуле:

Т_О = 0,4. d. l.10^-3, где d- диаметр резьбы;

l- длина резьбы.

При обработке поверхности 45:

Т_О = 0,4.30.12.10^-3 = 0,14 мин.

При обработке поверхностей 67, 71, 75:

Т_О = 3 (0,4.4.12.10^-3 ) = 0,06 мин.

Найдем основное технологическое время на операции:

Т_О = 0,25 + 0,34 + 0,14 + 0,1 +0,1 +0,1 + 0,17 + 0,05 + 0,07 + 0,07 + 0,01 + 0,04 + 0,02 + 0,14 +0,06 = 1,66 мин.

Штучное время на операции:

Т_шт. = 1,66.1,51 = 2,51 мин.

7. Нормы времени на операции 90 шлифовальной.

Основное технологическое время найдем по формуле:

Т_О = 2,5^. l.10^-3, где l- длина обрабатываемой поверхности.

При обработке поверхности 25:

Т_О = 2,5^.1 51.10^-3 = 0,38

При обработке поверхности 23:

Т_О = 2,5^.1 51.10^-3 = 0,38

Найдем основное технологическое время на операции:

Т_О = 0,38 + 0,38 = 0,76 мин.

Штучное время на операции:

Т_шт. = 0,76.1,51 = 1,15 мин.

8. Нормы времени на операции 100 шлифовальной.

Основное технологическое время найдем по формуле:

Т_О = 2,5^. l.10^-3 .

При обработке поверхностей 34, 35, 36:

Т_О = 2,5.151.10^-3 = 0,38 мин.

При обработке поверхностей 38, 39:

Т_О = 2,5.55.10^-3 = 0,14 мин.

Найдем основное технологическое время на операции:

Т_О = 0,38 + 0,14 = 0,52 мин.

Штучное время на операции:

Т_шт. = 0,52.1,51 = 0,78 мин.

9. Определим нормы времени для операции 110 шлифовальной.

Основное технологическое время найдем по формуле:

Т_О = 2,5^. l.10^-3 .

При обработке поверхностей 34, 35, 36:

Т_О = 2,5.151.10^-3 = 0,38 мин.

При обработке поверхностей 38, 39:

Т_О = 2,5.55.10^-3 = 0,14 мин.

Найдем основное технологическое время на операции:

Т_О = 0,38 + 0,14 = 0,52 мин.

Штучное время на операции: Т_шт. = 0,52.1,51 = 0,78 мин.

10. Нормы времени на операции 120 шлифовальной. Основное технологическое время найдем по формуле: Т_О = 2,5^. l.10^-3 .

При обработке поверхности 10: Т_О = 2,5.65.10^-3 = 0,16 мин.

При обработке поверхностей 59, 60: Т_О = 2,5.55.10^-3 = 0,14 мин.

Найдем основное технологическое время на операции:

Т_О = 0,16 + 0,14 = 0,3 мин.

Штучное время на операции:

Т_шт. = 0,3.1,51 = 0,45 мин.

11. Нормы времени на операции 130 шлифовальной. Основное технологическое время найдем по формуле: Т_О = 2,5^. l.10^-3 .

При обработке поверхности 10: Т_О = 2,5.65.10^-3 = 0,16 мин.

При обработке поверхностей 59, 60: Т_О = 2,5.55.10^-3 = 0,14 мин.

Найдем основное технологическое время на операции:

Т_О = 0,16 + 0,14 = 0,3 мин.

Штучное время на операции:

Т_шт. = 0,3.1,51 = 0,45 мин.

7. Патентные исследования

Цель радела - исследование достигнутого уровня развития вида техники и выбор прогрессивных образцов для разработки усовершенствованного объекта.

7.1 Обоснование необходимости проведения патентных исследований

На операциях 10,20 фрезерных используется торцовая фреза со вставными ножами ГОСТ 24359-80. Ее недостатком является низкая стойкость, что уменьшает производительность фрезерования.

Одним из путей повышения износостойкости и производительности при фрезеровании является усовершенствование фрез. Добиться усовершенствования можно путем использования прогрессивных технических решений (ТР), созданных в последнее время. Выявить прогрессивные ТР, которые могут лечь в основу усовершенствованной фрезы можно в результате патентного исследования уровня вида техники "Фрезы".

7.2 Описание объекта исследований

Торцовая насадная фреза со вставными ножами предназначена для фрезерования плоских деталей, изготовленных из различных материалов с припуском до 4 мм.

Торцовая насадная фреза со вставными ножами состоит из корпуса 1 в котором крепятся вставные ножи 2 с режущими элементами 3, упорного винта 4, пружины 5 и крепежного винта 6. Режущие элементы ножей могут изготовляться из твердого сплава, быстрорежущей стали и композита.

Фрезерование деталей ведется следующим образом: фреза крепится, например, на суппорте фрезерного станка, после чего ей сообщается вращательное движение, далее инструмент доставляется в зону резания и ему сообщается продольная или поперечная подача.

Недостатком данной фрезы является низкая стойкость, что влечет за собой снижение производительности обработки.

На рисунке 7.1 представлен эскиз данной фрезы.

Фреза торцовая насадная со вставными ножами

Рис.7.1.

7.3 Цель исследования

Цель исследования - повышение износостойкости фрезы и производительности обработки путем оптимизации конструкции фрезы.

7.4 Регламент поиска

Задача этапа - определить перечень исследуемых ТР (ИТР), их классификационных индексов, минимальную ретроспективность и широту патентного поиска, а также перечень источников информации, обеспечивающих достаточную полноту и достоверность исследований.

7.4.1 Определение ИТР

Фреза насадная торцовая со вставными ножами имеет следующие технические решения:

а) корпус;

б) конструкция вставных ножей;

в) материал режущей части вставных ножей;

г) форма режущей части вставных ножей;

д) фреза торцовая, общая компоновка.

Для достижения цели исследования - повышение износостойкости фрезы и производительности обработки путем оптимизации конструкции фрезы будем исследовать техническое решение "Фреза торцовая, общая компоновка".

7.4.2 Определение рубрики МКИ и индекса УДК

Для определения рубрики международной классификации изобретений (МКИ) ИТР определяем ключевую фразу: "Фрезы". По [10] определяем предполагаемую рубрику МКИ: В24С. Индекс универсальной десятичной классификации (УДК) определяем по [12]: 621.9 Обработка резанием. 621.9 02 Режущие инструменты.

7.4.3 Установление ретроспективности глубины поиска

Предполагая, что наиболее перспективные технические решения были созданы в последние десять лет, устанавливаем глубину поиска 5 лет.

7.4.3 Выбор стран проверки

Исследования проводим в отношении ведущих стран машиностроения - Российской Федерации (РФ), Германии и Японии.

7.4.4 Определение источников информации

В качестве источников информации принимаем следующую патентную документацию:

описания изобретений к авторским свидетельствам и патентам;

бюллетень изобретений РФ;

реферативный сборник ВНИИПИ "Изобретения стран мира";

реферативный журнал ВИНИТИ 14А - "Резание металлов. Станки и инструменты" (14 "Технология машиностроения);

книги и работы в области токарной обработки, обработки резанием, режущего инструмента.

Данные подпунктов 7.4.1, 7.4.2, 7.4.3, 7.4.4 заносим в таблицу 7.1.

Таблица 7.1. Регламент поиска

7.5 Патентный поиск

Задача этапа - обеспечить достаточную полноту и достоверность исследований путем тщательного отбора и анализа патентно-технической информации.

7.5.1 Отбор документации, имеющей отношение к ИТР

Просматриваем источники информации в соответствии с регламентом. Отбираем такие документы, по названиям которых можно предположить, что они имеют отношение к ИТР "Фреза торцовая, общая компоновка".

По отобранным документам знакомимся с рефератами, формулами изобретений, чертежами. Сведения о ТР, имеющих отношение к ИТР "Фреза торцовая, общая компоновка" заносим в таблицу 7.2.

Таблица 7.2. Отбор патентной документации для анализа

Сущность технических решений и цель их создания.

1) Режущая фреза состоит из корпуса, в отверстиях которого установлены режущие вставки, зафиксированными в промежуточных элементах, контактирующих с упругими элементами, расположенными в замкнутых плоскостях, снабженных нажимными винтами, отличающаяся тем, что с целью повышения стойкости фрез путем обеспечения демпфирования возвратно-поступательных и вращательных колебаний режущих вставок в направлениях соответствующих шести степеням свободы, промежуточные элементы выполнены в виде установленных в отверстии корпуса тонкостенных втулок, внутренние поверхности которых имеют форму гиперболоидов вращения, а наружные поверхности имеют у торцов по два цилиндрических пояска, диаметры которых соответствуют диаметру отверстий корпуса.

2) Фреза, в корпусе которой установлены с возможностью радиального перемещения резцовые узлы, содержащие режущие вставки и плунжеры, отличающаяся тем, что с целью повышения стойкости инструмента путем обеспечения саморегулирования радиального положения вставок по величине силы резания, каждый резцовый узел снабжен упругим элементом и регулировочным винтом, взаимодействующим через упругий элемент с плунжером.

3) Фреза, которая, с целью повышения стойкости путем обеспечения возможности адаптации фрезы к изменяемым условиям резания, снабжена дополнительными плунжерами с упругими элементами, расположенными в корпусе фрезы с возможностью воздействия на режущие вставки в противоположном основным плунжерам направлении, а каждый упругий элемент дополнительных плунжеров соединен посредством выполненных в корпусе каналов с упругим элементом основного плунжера предыдущей режущей вставки.

4) Фреза, содержащая корпус, в котором установлены с возможностью радиального перемещения режущие вставки, взаимодействующие с плунжерами, отличающаяся тем, что с целью повышения стойкости инструмента путем обеспечения саморегулирования вставок по величине силы резания, фреза оснащена тормозными устройствами, охватывающими плунжеры.

5) Сборный режущий инструмент, содержащий режущий элемент и механизм крепления, выполненный в виде упругой части корпуса, выделенной с одной стороны отверстием, имеющим конический участок для взаимодействия с крепежным элементом, и продольной прорезью, пересекающей это отверстие, а с другой стороны - пазом для размещения режущего элемента и продольной прорезью, пересекающей его поверхность, отличающийся тем, что с целью повышения производительности обработки путем обеспечения более надежного закрепления режущего элемента, отверстие, имеющее конический участок, выполнено в поперечном направлении, а продольная прорезь, пересекающая поверхность паза, выполнена пересекающей и поверхность указанного отверстия.

7.5.2 Анализ сущности отобранных решений

Изучаем сущность отобранных ТР по сведениям, содержащимся в патентных описаниях, статьях и т.п. Если ТР решает принципиально другую задачу, чем повышение износостойкости инструмента и производительности обработки, документ исключаем из рассмотрения. Если ТР решает ту же задачу (аналог ИТР), документ включаем в перечень для детального анализа, делая отметку об этом в графе 4 таблице 7.2.

Эскизы аналогов приведены на рисунке 7.2.

Эскизы аналогов "Фреза торцовая, общая компоновка"

Рис.7.2.

7.6 Анализ результатов поиска

Задача этапа - путем сопоставления недостатков и преимуществ ИТР и аналогов установить, какой из аналогов является наиболее прогрессивным.

7.6.1 Определение показателей положительного эффекта

Определим, какие показатели положительного эффекта желательно получить в идеальном усовершенствованном объекте.

Показатели группируем и заносим в таблицу 7.3.

Таблица 7.3.

Оценка преимуществ и недостатков аналогов

7.6.2 Сопоставительный анализ преимуществ и недостатков ИТР и аналогов

Оцениваем обеспечение каждого показателя положительного эффекта в баллах. В графе 4 таблицы 7.3 ИТР по каждому показателю выставим оценку нуль. В графах 5, 6, 7, 8, 9 выставляем оценку аналогам по показателям групп а и б от 0 до 5, а групп в и г - от - 2 до 2. Суммируем оценки по каждому аналогу и заносим результаты в нижнюю строку таблицы 7.3. Видим, что наибольшую сумму баллов имеет аналог "Фреза", авторское свидетельство РФ № 1194602, авторы В.Н. Красников и А.А. Москвитин. Следовательно, данное ТР является наиболее прогрессивным. Принимаем его для использования в качестве усовершенствованной торцовой фрезы со вставными ножами на операции 30 фрезерной ТП изготовления кулачка к патрону.

7.7 Описание усовершенствованного объекта

Торцовая фреза со вставными ножами предназначена для фрезерования плоских деталей, изготовленных из различных материалов.

Фреза торцовая, рис.7.2, в, имеет следующую конструкцию: в корпусе 1 расположены основные плунжеры 2 со вставками 3. Между регулировочными винтами 4 и основными плунжерами расположены дополнительные плунжеры 6 с упругими элементами 7, которые соединены каналами 8 связи с упругими элементами основных плунжеров. Канал связи может быть перекрыт винтом 9.

Работа фрезы зависит от качества ее регулировки. Перед регулировкой системы основной плунжер - вставка - упругий элемент - регулировочный винт задают или рассчитывают составляющую силу резания, действующую вдоль оси основного плунжера. Винтом 9 перекрывают канал связи. В ненагруженном состоянии (без резания) плунжер и вставка находятся в правом (по схеме) положении. Плунжер нагружают заданным значением силы, и вращают при этом регулировочный винт 4. Регулировка упругой системы заканчивается в момент начала перемещения основного плунжера влево, т.е. в момент начала отрыва точки касания вставки и корпуса. Так регулируют все основные плунжеры. После окончания регулировки основных плунжеров винтами 9 открывают каналы связи. Система при этом остается неподвижной. Если дальше нагрузить любой из основных плунжеров, то за счет создания избыточного давления за основным плунжером по каналу связи начинается передача давления на дополнительный плунжер, следующий за нагружаемым основным. Дополнительный плунжер нагружает режущую вставку, следующую за нагруженным основным плунжером. Таким образом, при нагружении предыдущего основного плунжера последующий за ним дополнительный плунжер несколько смещает режущую вставку и тем самым предохраняет ее от перегрузок.

8. Научные исследования

Цель раздела - выбор оптимальных характеристик шлифовального круга на одной из шлифовальных операций. Это необходимо для повышения производительности операции, а также уменьшения расхода материала шлифовального инструмента. Для достижения поставленной цели воспользуемся графическим методом оптимизации.

8.1 Обработка результатов эксперимента

Студентами и сотрудниками ТГУ на базе учебных лабораторий были поставлены эксперименты, входе которых производилось шлифование стали 40ХГНМ со скоростью резания V = 35 м/с, подачей S = 7,2 м/мин, глубиной t = 0,01 мм шлифовальным кругами различной зернистости. Целью эксперимента было определение реальных показателей шлифовального процесса, а также определение зависимостей между этими показателями и параметрами шлифовального круга. Параметрами шлифовального круга в данном случае являются глубина лунки H и зернистость круга Z. Результаты данных экспериментов представлены в табл.8.1.,8.2.

Таблица 8.1.

Показатели шлифования в зависимости от зернистости Z

Таблица 8.2.

Показатели шлифования в зависимости от глубины лунки H

В таблицах приведены:

Z- зернистость круга; Н - глубина лунки; ∆ - некруглость.

Для достижения поставленной цели - нахождения оптимальных значений параметров шлифовального круга Z, Н, необходимо вывести зависимости типа:

, (8.1)

где А - показатели шлифования.

Для нахождения показателей степеней при Z и Н воспользуемся графическим методом, при котором они будут равны тангенсу угла наклона средней линии к оси абсцисс.

1)

Откладываем в логарифмической системе координат соответствующие друг другу значения сил P_y и зернистостей круга Z. Таким образом, получим несколько точек. Далее проводим среднюю линию. Тангенс угла ее наклона к оси абсцисс и есть искомый показатель степени X_Py . Этот процесс представлен на рис.8.1.

Нахождение показателей степеней при Z и H

Рис.8.1.

X_Py = tg (-17,74°) = - 0,32.

Аналогично находятся и другие показатели степени. Они равны:X_Pz = - 0,32; X_T = - 0,34; X_Ra = 0,75; X_D = - 0,2; X_q = 0,25; Y_Py = - 0,75; Y_Pz = - 0,78; Y_T = - 0,89; Y_Ra = 0,65; Y_D = - 0,35; Y_q = 1,67.

Для нахождения коэффициентов в искомых зависимостях воспользуемся опытными данными и полученными показателями степеней. Результаты экспериментов подставляем в формулу 8.1, и находим коэффициенты для каждого отдельного случая.

1)

2)

3)

4)

5)

6)

Получили следующие зависимости:

1) P_y = 749Z^-0,32 H^-0,75

2) P_z = 344Z^-0,32 H^-0,78

3) T= 5005Z^-0,34 H^-0,89

4) Ra= 0,022Z^0,75 H^0,65

5) Δ= 15Z^-0,2 H^-0,35

6) q= 0,004Z^0,25 H^1,67

8.2 Оптимизация параметров шлифовального круга

Оптимизацию абразивного инструмента проводим на операцию 110. На данной операции проводится абразивная обработка паза 45х151 мм. Для этого используется плоскошлифовальный станок 3Г71М с мощностью электродвигателя N = 2,2 кВт. Материал детали сталь 19 ХГН.

Эскиз обработанной детали представлен на рис.8.2.

Эскиз обработанной детали

Рис.8.2.

Приведём процесс шлифования к системе линейных уравнений, описывающей ограничения, налагаемые на данный процесс. Результат решения данной системы представим графически.

Ограничения, налагаемые на процесс:

Ra≤Ra₀ - ограничение по шероховатости;

T≤T₀ - ограничение по температуре;

Nэ≤η∙N- ограничение по мощности привода главного движения станка;

8≤Z≤40 - ограничение по зернистости шлифовального круга;

3≤H≤8 - ограничение по глубине лунки.

Целевая функция:

q→min- износ шлифовального круга должен быть как можно меньше.

8.2.1 Ограничение по шероховатости

Реальная шероховатость должна удовлетворять данному неравенству:

Ra ≤ Ra₀ , (8.2)

где Ra₀ = 0,8 - требуемая шероховатость.

Искомая шероховатость определится из ранее найденной зависимости:

(8.3)

Проведем некоторые преобразования:

;

.

Прологарифмировав, получим:

;

.

Ограничение по шероховатости:

Рис.8.3.

Рис.8.3. позволяет определить допустимую зернистость и глубину лунки в логарифмических координатах по первому ограничению.

8.2.2 Ограничение по температуре

Получаемая в процессе шлифования температура в зоне резания должна быть меньшей или равной допустимой: T ≤ T₀ , (8.4) где Т₀ = 400 - допустимая температура в зоне резания.

Искомая температура определится из ранее найденной зависимости:

(8.5)

Проводим некоторые преобразования:

; .

Прологарифмировав, получим:

;

Ограничение по температуре в зоне шлифования:

Рис.8.4.

Рис.8.4. позволяет определить допустимую зернистость и глубину лунки в логарифмических координатах по второму ограничению.

8.2.3 Ограничение по мощности привода главного движения станка

Эффективная мощность станка определяется из неравенства:

Nэ ≤ η∙N, (8.6)

Также эффективную мощность можно найти по формуле:

N_э = , (8.7)

где - КПД станка;

- паспортная мощность станка;

- скорость круга.

Сила резания P_z определится из ранее найденной зависимости:

(8.8)

Проводим некоторые преобразования:

;

;

.

Прологарифмировав, получим:

; .

Ограничение по мощности привода главного движения станка:

Рис.8.5.

Рис.8.5. позволяет определить допустимую зернистость и глубину лунки в логарифмических координатах по третьему ограничению.

8.2.4 Ограничение по зернистости

Зернистость абразивного инструмента должна находится в пределах, установленных неравенством: 8 ≤ Z ≤ 40 (8.9). Прологарифмировав, получим: lgZ≥lg8; X₁ ≥0,9; lgZ≤lg40; X₁ ≤1,6.

Ограничение по зернистости абразивного инструмента:

Рис.8.6.

Рис.8.6. позволяет определить допустимую зернистость в логарифмических координатах.

8.2.5 Ограничение по глубине лунки

Глубина лунки абразивного инструмента должна находится в пределах, установленных неравенством:

3 ≤ H ≤ 8 (8.10)

Прологарифмировав, получим:

lgН≥lg3;

X₂ ≥0,5;

lgН≤lg8;

X₂ ≤0,9.

Ограничение по глубине лунки абразивного инструмента:

Рис.8.7.

Рис.8.7. позволяет определить допустимую глубину лунки в логарифмических координатах.

8.2.6 Определение целевой функции

Ранее было определено, что целевой функцией является износ шлифовального круга:

q → min (8.11)

Износ шлифовального круга определим по ранее найденной зависимости:

(8.12)

Прологарифмировав, получим:

; .

8.3 Оптимизация режимов резания графическим методом

На рис.8.8. построим ограничение и увидим область оптимальных значений зернистости и глубины лунки шлифовального круга в логарифмических координатах. Область оптимальных значений:

Рис.8.8.

Из графика (рис.8.8) видно, что оптимальными точками из всей области значений являются точки А и Б. Теперь надо узнать, какая из них будет наиболее оптимальной, т.е. износ шлифовального круга будет наименьшим. Очевидно, что это точка А. Найдём её координаты и, тем самым, узнаем оптимальные значения зернистости и глубины лунки шлифовального круга.

Координаты точки А:

X₁ = 0,9; Х₂ = 0,9.

Значит lgZ = 0,9 blgH = 0,9

Z = 10 ^0,9 = 8

H = 10 ^0,9 = 8

Исходя из полученных результатов, делаем вывод, что при данных условиях шлифования оптимальным является круг со следующими характеристиками: зернистость Z=8, глубина лунки Н=8. Этим характеристикам соответствует круг средней твердости со степенью твердости СТ3.

Вывод

Использование специальной литературы и результатов экспериментальных данных, а также применение методов математического моделирования позволили внести в шлифовальную операцию обработки кулачка патрона усовершенствование. Данное усовершенствование позволит подобрать на операцию максимально стойкий к износу шлифовальный круг, что в свою очередь повысит время его работы без правки и, тем самым, снизит затраты времени на обслуживание станка.

9. Выбор и проектирование приспособления

Задача раздела - спроектировать приспособление для базирования и закрепления кулачка на I установе операции 30 при его обработке на горизонтально-фрезерном станке 6Р80Г.

9.1 Сбор исходных данных

Фрезеровать поверхности 3, 4, 5, 6, 7, выдерживая размеры 38_-0,26 , 45_-0,26 , 85_-0,3 , 34_-0,23 , 53_-0,23 , 85_-0,28 , а также поверхности 17, 18, выдерживая размеры 59_-0,26 , 148_-0,28 .

Рис.9.1

Вид и материал заготовки - 19ХГН, s_в = 785 МПа, после фрезерования габаритов. Режущий инструмент - фреза торцовая Æ40 мм, Т15К6, фреза двухугловая Æ80 мм, Т15К6.

Металлорежущий станок - горизонтально-фрезерный станок 6Р80Г.

Режимы резания - подача S_z = 0,09/0,08 мм, V = 460/340 м/мин, n = 1000/800 об/мин.

Тип оснастки - одноместное специализированное безналадочное приспособление (СБП).

9.2 Расчет сил резания

Главная составляющая силы резания - окружная сила P_z для фрез, работающих на 30 операции, была посчитана в предыдущих главах. Рассчитаем остальные составляющие силы резания. Для этого воспользуемся соотношениями сил, представленных в [5]. Для торцовой фрезы: P_z = 1087 Н; P_h = 0,6. P_z = 652,2 Н, P_v = 0,6. P_z = 652,2 Н. Для двухугловой фрезы: P_z = 718,6 Н; P_h = 0,6. P_z = 431,2 Н, P_v = 0,7. P_z = 503 Н.

9.3 Расчет усилия зажима

Схема закрепления заготовки, включающая схему установки заготовки, разработанную на основе теоретической схемы базирования представлена на рисунке 9.2. Исходя из схемы закрепления и руководствуясь [5], усилие зажима в первом случае (Рис.9.2, а) найдем по формулам:

и (9.1)

во втором случае (Рис.9.2, б):

, (9.2)

Схема закрепления заготовки:

а) б)

Рис.9.2

где f_ОП , f_ЗМ - коэффициенты трения при контакте заготовки с опорами и зажимным механизмом. При контакте обработанных поверхностей заготовки с опорами и зажимным механизмом f = 0,16;

-

коэффициент запаса, учитывающий нестабильность силовых воздействий на заготовку.

Коэффициенты: К_о =1,5 - гарантированный коэффициент запаса; К₁ =1,2 - коэффициент, учитывающий увеличение сил резания из-за случайных неровностей на обрабатываемых поверхностях заготовки при черновой обработке; К₂ =1,6 - коэффициент, учитывающий затупление инструмента при черновом торцовом фрезеровании; К₃ =1,2 - коэффициент, учитывающий увеличение сил резания при прерывистом резании; К₄ =1,0 - характеризует постоянство силы, развиваемой пневматическим устройством двустороннего действия; К₅ =1,0 - характеризует эргономику немеханизированного зажимного механизма; К₆ =1,0 - учитывается только при наличии моментов, стремящихся повернуть заготовку, установленную плоской поверхностью.

К = 1,5 ·1,2 ·1,6 ·1,2 ·1,0 ·1,0 ·1,0 = 3,46

При фрезеровании торцовой фрезой сила зажима:

Н;

Н.

При фрезеровании двухугловой фрезой сила зажима:

Н.

Принимаем для дальнейших расчетов наибольшую из полученных сил: W = 7378 Н.

9.4 Расчёт зажимного механизма и силового привода

При расчёте зажимного механизма определяем усилие Q , создаваемое силовым приводом.

Величина усилия Q на штоке силового привода равна:

, (9.3)

где i - передаточное отношение, для рычажного зажимного механизма равное:

, (9.4)

где l_Q - расстояние от опоры зажимного механизма до силы Q;

l_W - расстояние от опоры зажимного механизма до силы P.

.

Q = 7378/2 = 3689 H.

Диаметр поршня пневматического привода рассчитывается по формуле:

, (9.5)

где Р - давление рабочей среды. Примем расчетное давление Р = 0,4МПа.

мм

Исходя из стандартных диаметров поршней пневмоцилиндров, принимаем Д_П = 125 мм.

Вывод: при расчёте зажимного механизма и силового привода было определено усилие W = 7378 Н , создаваемое пневматическим силовым приводом с диаметром поршня Д_П = 125 мм , усилие зажима Q = 3689 H .

9.5 Описание приспособления

Приспособление предназначено для базирования и закрепления заготовки кулачка при ее обработке на горизонтально-фрезерном станке 6Р80Г.

Тиски состоят из корпуса 4 с встроенным пневмоцилиндром 3, штока 1, передающего усилие зажима через качающийся рычаг 2 подвижной губке 5, расположенной на базовой поверхности корпуса тисков, в Т-образных пазах которой установлена неподвижная губка 6 и базовый угольник 7. Тиски устанавливаются на основании 8, которое крепиться болтами к столу станка.

Приспособление работает следующим образом: заготовку устанавливают на базовый угольник 7, совмещая со всеми опорами 17. После этого шток пневмоцилиндра 1 двигает качающийся рычаг 2 вниз, который в свою очередь двигает подвижную губку 5, поджимающую заготовку к опорам 17. Процесс закрепления окончен. После обработки шток 1 пневмоцилиндра двустороннего действия двигает качающийся рычаг 2 вверх. Процесс раскрепления аналогичен процессу закрепления. Как только подвижная губка 5 отойдет от поверхности обработанной детали, она снимается с базового угольника 7. Система принимает исходное положение.

10. Выбор и проектирование режущего инструмента

В качестве объекта проектирования примем торцовую фрезу со вставными ножами, в основу конструкции которой положим результаты проведенных в предыдущих разделах патентных исследований.

Определим исходные данные для проектирования:

обрабатываемый материал: сталь 19 ХГН;

ширина фрезерования: В = 33;

модель станка: 6Р80Г.

10.1 Выбор типа конструкции инструмента

Согласно рекомендациям [20], а также результатам патентных исследований, при черновом фрезеровании стали 19ХГН выбираем сборную насадную торцовую фрезу со вставными ножами.

10.2 Выбор материала режущей части

При выборе материала режущей части будем руководствоваться рекомендациями, представленными в [20].

Для чернового фрезерования стали, в качестве режущей части вставных ножей, выбираем твердый сплав Т15К6.

10.3 Выбор геометрических параметров режущей части

Проведем расчет и выбор и расчет параметров режущей части согласно рекомендациям [20]:

задний угол в плане: a = 11°;

передний угол: g = 8°;

главный угол в плане: j = 60°;

вспомогательный угол в плане: j₁ = 10°;

угол наклона режущей кромки: l = 6°;

Нормальный задний угол фрезы a_N в сечении, перпендикулярном главной режущей кромке равен:

, (10.1)

где a - задний угол в плане;

j - главный угол в плане;

l - угол наклона режущей кромки.

Подставив известные значения в формулу (10.1) получим:

.

Таким образом, нормальный задний угол фрезы:

a_N =10°.

Диаметр фрезы определим по формуле:

, (10.2)

где B- ширина фрезерования, мм;

t = 4 - максимальные глубина фрезерования, мм;

S_z = 0,09 - подача (определено ранее), мм/зуб;

l- расстояние между опорами оправки или вылет фрезы относительно шпинделя, принимаем l=250 мм;

y_max = 0,4 - максимально допустимый прогиб оправки, мм.

Подставив известные значения, получим:

мм.

Выбираем стандартное ближайшее значение по ГОСТ 29116-91:

D= 50 мм.

Найдем диаметр посадочного отверстия:

d = 0,44. D, (10.3)

d = 0,44.50 = 22 мм

Округляем до ближайшего стандартного значения по ГОСТ 9472-90:

d = 22Н7.

Согласно ГОСТу 1092-80 число зубьев для торцовых фрез со вставными ножами диаметром D = 50 мм: z = 5.

10.4. Расчет параметров установки режущего элемента в корпусе инструмента

Для инструмента с механическим креплением вставных ножей задача расчета сводится к определению угла наклона w и смещения паза Е под нож относительно диаметральной плоскости. Для определения этих параметров воспользуемся данными, приведенными в [20].

Угол наклона пазов найдем из формулы:

, (10.4)

где g₁ - значение поперечного переднего угла;

g₁ - значение продольного переднего угла.

Для торцовых фрез, оснащенных ножами с припаянными пластинами из твердого сплава:

, (10.5)

tg g₁ = tg 8° sin 60° + tg 6° cos 60° = 0,17.

, (10.6)

tg g₂ = tg 8° cos 60° - tg 6° sin 60° = - 0,02.

Таким образом, поперечный и продольный передние углы равны:

g₁ = 10°;

g₂ = - 2°.

Угол наклона пазов:

tgw = tg - 2°. cos 10° = - 0,03;

w = - 2°.

Смещение паза относительно диаметральной плоскости:

Е = 0,5. D. sing₁ + L. tgw, (10.7)

где L = 20 - длина ножа, мм;

Е = 0,5.50. sin 10°+ 20. tg - 2° = 3,6 мм.

Остальные элементы конструкции фрезы выбираем по ГОСТ 26596-91 или назначаем из конструктивных соображений.

Допуски на все элементы торцовой фрезы и технические требования к её изготовлению определяем по ГОСТ 26596-91.

По ГОСТ 5808-77 радиальное биение между соседними зубьями не более 0,08 мм. Торцовое биение зубьев не более 0,05.

Чертеж торцовой насадной фрезы со вставными ножами представлен в графической части.

11. Расчет и проектирование участка механической обработки детали

11.1 Расчет необходимого количества оборудования

Деталь - кулачок к патрону является одной из основных деталей кулачкового патрона и служит для базирования и закрепления тел вращения по своим рабочим поверхностям. Работает при постоянных вибрациях системы. Кулачок изготовлен из стали 19ХГН ГОСТ 4543-71. Относится к типу деталей "Кулачки", для обработки которых разработан групповой ТП. Общий объем выпуска этих деталей составляет 5000 дет/год при двухсменном режиме работы. Среднесерийное производство. Чертежи деталей представлены в графической части.

В таблице 11.1 представлено штучное время по операциям ТП.

Таблица 11.1. Определение штучного времени

При определении количества оборудования необходимо определить действительный фонд времени оборудования F_{д. о.} и соответствующий ему такт производства t.

Действительный фонд времени работы оборудования, принимаемый при расчетах для соответствующего режима работы определим по формуле:

, час (11.1)

где Вр - коэффициент потерь времени на ремонт оборудования, Вр=7%;

Фн - номинальный фонд времени работы оборудования, определяемый по формуле:

, час. (11.2)

где Д_к - число календарных дней в году, Д_к = 365;

Пр - число праздничных дней в году, Пр = 7;

Вс - число воскресных дней в году, Вс= 53;

Сб- число субботних дней в году, Сб = 52;

Т_см - длительность рабочей смены, Т_см = 8 ч;

Д_пр - количество предпраздничных дней, Д_пр = 6;

Т_пр - время, на которое сокращается предпраздничный день, Т_пр = 1ч;

С - количество смен в сутки, С = 2.

Найдем номинальный фонд времени работы оборудования:

Фн = [ (365 - 7 - 53 - 26) · 8 - 6 ∙ 1] ∙ 2 = 4452 ч.

Найдем действительный фонд времени работы оборудования:

Фд = 4452. (1 - 0,07) = 4140 ч.

Годовая программа запуска изделий определяется по формуле:

, шт. (11.3)

где Пг - годовая программа выпуска, Пг = 5000 шт.;

Зч - процент деталей, уходящих в запчасти, Зч = 15%;

Бр - процент потерь деталей в брак, Бр = 2%. Таким образом:

Пг. зап=5000. (1 + 0,15). (1+0,02) =5865дет.

Такт выпуска изделий найдем по формуле:

, мин. (11.4)

где Ф_д - действительный фонд времени работы оборудования;

Пг. зап. - годовая программа запуска изделий. Таким образом:

Для расчета количества станков, требуемых для выполнения операций S_расч , необходимо определить станкоемкости этих операций:

t_{c .} = t_шт ,

где t_шт - штучное время;

t_с - станкоемкость.

Рассчитаем количество станков по формуле:

S_расч = t_шт / t, (11.5)

где t - такт выпуска изделий.

Результаты заносим в таблицу 11.2

Таблица 11.2. Число единиц основного оборудования

Полученные малые значения количества станков означают, что их необходимо догрузить другими видами продукции.

Догрузка оборудования находится по формуле:

N_дог = (S_пр - S_расч) · Ф_д · 60/Т_шт · К_у , дет. (11.6)

где К_у =1,05 - коэффициент ужесточения норм.

N_{дог (оп.10)} = (1 - 0,138) · 4140 · 60/ (5,87 · 1,05) = 34740 дет.

N_{дог (оп. 20)} = (1 - 0,049) · 4140 · 60/ (2,08 · 1,05) = 108163 дет.

N_{дог (оп.30)} = (1 - 0,165) · 4140 · 60/ (7 · 1,05) = 28219 дет.

N_{дог (оп.40)} = (1 - 0,072) · 4140 · 60/ (3,06 · 1,05) = 71744 дет.

N_{дог (оп.50)} = (1 - 0,052) · 4140 · 60/ (2,22 · 1,05) = 101022 дет.

N_{дог (оп.60)} = (1 - 0,036) · 4140 · 60/ (1,53 · 1,05) = 149055 дет.

N_{дог (оп.70)} = (1 - 0,059) · 4140 · 60/ (2,51 · 1,05) = 88690 дет.

N_{дог (оп.90)} = (1 - 0,027) · 4140 · 60/1,15 · 1,05) = 200160 дет.

N_{дог (оп.100)} = (1 - 0,018) · 4140 · 60/ (0,78 · 1,05) = 297837 дет.

N_{дог (оп.110)} = (1 - 0,018) · 4140 · 60/ (0,78 · 1,05) = 297837 дет.

N_{дог (оп.120)} = (1 - 0,011) · 4140 · 60/ (0,45 · 1,05) = 519931 дет.

N_{дог (оп.120)} = (1 - 0,011) · 4140 · 60/ (0,45 · 1,05) = 519931 дет.

Проводим перерасчет необходимого количества оборудования по формуле:

S_расч. = Т_шт · (N_г + N_дог ) / Ф_д · К_вн · 60, (11.7)

где К_вн. - коэффициент выполнения нормы, принимаем К_вн. = 1,2.

S_{расч. (оп.10)} = 5,87 · (5000+ 34740) / 4140· 1,2 · 60 = 0,78.

S_{расч. (оп. 20)} = 2,08 · (5000+ 108163) / 4140· 1,2 · 60 = 0,79.

S_{расч. (оп.30)} = 7 · (5000+ 28219) / 4140· 1,2 · 60 = 0,78.

S_{расч. (оп.40)} = 3,06 · (5000+ 71744) / 4140· 1,2 · 60 = 0,79.

S_{расч. (оп.50)} = 2,22 · (5000+ 101022) / 4140· 1,2 · 60 = 0,79.

S_{расч. (оп.60)} = 1,53 · (5000+ 149055) / 4140· 1,2 · 60 = 0,79.

S_{расч. (оп.70)} = 2,51 · (5000+ 88690) / 4140· 1,2 · 60 = 0,79.

S_{расч. (оп.90)} = 1,15 · (5000+ 200160) / 4140· 1,2 · 60 = 0,79.

S_{расч. (оп.100)} = 0,78 · (5000+ 297837) / 4140· 1,2 · 60 = 0,79.

S_{расч. (оп.110)} = 0,78 · (5000+ 297837) / 4140· 1,2 · 60 = 0,79.

S_{расч. (оп.120)} = 0,45 · (5000+ 519931) / 4140· 1,2 · 60 = 0,79.

S_{расч. (оп.120)} = 0,45 · (5000+ 519931) / 4140· 1,2 · 60 = 0,79.

Коэффициент загрузки оборудования определяется как отношение расчётного числа оборудования к принятому:

(11.8)

К_{з. об (оп.10)} = 0,78.100 = 78%

К_{з. об (оп. 20)} = 0,79.100 = 79%

К_{з. об (оп.30)} = 0,78.100 = 78%

К_{з. об (оп.40)} = 0,79.100 = 79%

К_{з. об (оп.50)} = 0,79.100 = 79%

К_{з. об (оп.60)} = 0,79.100 = 79%

К_{з. об (оп.70)} = 0,79.100 = 79%

К_{з. об (оп.90)} = 0,79.100 = 79%

К_{з. об (оп.100)} = 0,79.100 = 79%

К_{з. об (оп.110)} = 0,79.100 = 79%

К_{з. об (оп.120)} = 0,79.100 = 79%

К_{з. об (оп.130)} = 0,79.100 = 79%

Найденные значения нормы догрузки оборудования N_дог., расчетного количества оборудования S_расч. и коэффициента загрузки оборудования К_{з. об.} сводим в таблицу 11.3

Таблица 11.3. Догрузка оборудования

Средний коэффициент загрузки оборудования будет составлять 78,83%.

Число единиц вспомогательного оборудования на участке определяется в зависимости от числа станков основного оборудования и составит 12% от S_общ. .

В таблице 11.4 представлен выбор вспомогательного оборудования.

Таблица 11.4. Вспомогательное оборудование

11.2 Расчет численности работающих

Промышленно - производственный персонал цеха (участка) состоит из производственных и вспомогательных рабочих, инженерно - технических работников (ИТР), служащих и младшего обслуживающего персонала (МОП).

Общее число производственных рабочих определим по формуле:

Р = Т / Ф_р , (11.9)

где Т - трудоемкость годового выпуска изделий в часах;

Ф_р - действительный годовой фонд времени работы рабочего, Ф_р = 1731 час.

Трудоемкость годового выпуска изделий найдем по формуле:

Т = Пг. зап ×åt_шт / 60, час (11.10)

Т = 5865 × (5,87 + 2,08 + 7 +3,06 +2,22 +1,53 + 2,51 + 1,5 + 0,78 + 0,78 + + 0,45 + 0,45 + 0,45) / 60 = 2075 час,

Р = 2075/1731 = 1 чел.

Примем на каждый станок по одному рабочему оператору 4-го разряда. Общее число рабочих операторов на проектном и базовом вариантах будет равно:

Р_общ = Р_расч · (1 + В_о / 100) · С, (11.11)

где В_о = 12% - процент времени, необходимый на отпуск или по причине болезни.

Р_общ = 12 · (1 + 12/100) = 13 чел.

Состав и численность остальных рабочих определим в зависимости от числа производственных рабочих. Данные заносим в табл.11.5

Таблица 11.5. Численность рабочих всех категорий.

11.3 Определение площади участка

Площадь участка по своему назначению подразделяется на производственную и вспомогательную. К производственной относится площадь, отведенная под производственное оборудование, включая места для рабочих, хранения деталей и заготовок, рабочие места для слесарных операций, технического контроля, средств наземного транспорта, проходы и проезды между рядами оборудования.

К вспомогательной площади относится территория участка, занятая вспомогательными службами, а также магистральными и пожарными проездами.

При укрупненном проектировании производственную площадь цеха определяем по удельной площади S_уд., необходимой для размещения станков в зависимости от их массы.

S_пр. = S_уд. ×S_общ., м² (11.12)

S_пр. = 25 × 12 = 300 м²

Размеры вспомогательной площади участка определим, исходя из норм для расчета площадей вспомогательных служб.

помещение ОТК (5% от станочной площади) - 15 м^2;

склад вспомогательных материалов (0,2 м² на один станок) - 2,4 м² ;

склад материалов и заготовок (10% от станочной площади) - 30м² ;

площадь для хранения стружки (0,45 м² на один производственный

станок участка) - 5,4 м² ;

заточное отделение (10 м² на один заточный станок) - 10 м² ;

мастерская по ремонту инструмента и оснастки - 20 м² ;

инструментальная кладовая (0,5 м² на один производственный станок) - 6 м² ;

кладовая приспособлений (0,25 м² на один станок) - 3 м² ;

Итого: общая вспомогательная площадь S_всп =92 м²

Общую площадь участка найдем по формуле:

S_общ. = S_пр. + S_всп., , м² , S_общ. = 300 + 92 = 392 м² . (11.13)

11.4 Компоновка механического цеха

Металлорежущие станки в механических цехах располагаются в порядке последовательности выполнения технологического процесса.

При размещении оборудования необходимо стремиться к соблюдению принципа прямоточности, который обеспечивает кратчайшие пути движения деталей и заготовок и не создает возвратных движений, при которых усложняется передача деталей от станка к станку. Необходимо обеспечить безопасность и удобство работы, и в то же время экономно использовать производственную площадь.

Станки в механических цехах располагают преимущественно вдоль пролета, при этом экономится площадь, удобно использовать подвесной транспорт, мостовые краны. Расстояния между станками должны приниматься с учетом ширины каналов для уборки стружки, транспортных средств, конфигурации и глубины заложения фундаментов колонн, стен, станков, если последние установлены на отдельных фундаментах.

Нормативы расстояний между станками, от стен и колонн здания, а также нормы ширины магистральных проездов приведены в [14].

Компоновка механического участка по обработке данных деталей представлена в графической части.

12. Экономическая эффективность проекта

Цель раздела - рассчитать технико-экономические показатели проектируемого технологического проекта и определить его экономический эффект.

12.1 Исходные данные для экономического обоснования проекта

Исходные данные для экономического обоснования проекта представлены в таблице 12.1

Таблица 12.1. Исходные данные для экономического обоснования проекта