Учебное пособие: Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине «Технология машиностроения» для студентов специальности 151001 «Технология машиностроения», очной, вечерней и заочной формы обучения

Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

НОВОУРАЛЬСКИЙ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ

ИНСТИТУТ

Кафедра Технологии машиностроения

Разработка технологических процессов

механической обработки заготовок

Методические указания к выполнению курсового проекта

по дисциплине «Технология машиностроения»

для студентов специальности 151001 - «Технология машиностроения»,

очной, вечерней и заочной формы обучения

НОВОУРАЛЬСК 2011

УДК

МиМ 2.6 .11

Авторы: Закураев В.В к.т.н., доцент

Гацков В.С., к.т.н., доцент

Компьютерный набор и оформление Горбуновой Д.И.,

Рецензенты:

Ашихмин Владимир Николаевич, доцент, к.т.н. кафедры «Технология машиностроения» УГТУ-УПИ

Разработка технологических процессов механической обработки заготовок . Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине «Технология машиностроения» для студентов специальности 151001 - «Технология машиностроения», очной, вечерней и заочной формы обучения.

- Новоуральск: НТИ НИЯУ МИФИ, 2011. - 133 с.

Рассмотрено на заседании кафедры ТМ

2011 г. Протокол №

Зав. кафедрой ТМ

к.т.н., доцент В.В.Закураев

Согласовано:

Председатель методического совета

НТИ НИЯУ МИФИ А.Е. Беляев
Содержание

Предисловие

Курсовой проект по Технологии машиностроения занимает особое место в системе подготовки инженеров по специальности 151001 – Технология машиностроения. Проект выполняется на завершающих этапах теоретического обучения. Последним этапом является дипломное проектирование. При выполнении курсового и дипломного проектов значительная часть времени отводится самостоятельной работе.

Настоящее учебное пособие ставит основными своими задачами обеспечение правильного применения в самостоятельной работе студентами теоретических знаний, полученных в процессе обучения в институте и подготовки к дипломному проектированию.

Особенностью данного пособия является изложение материала в последовательности, характерной для процессов технологического проектирования. Все методические положения, относящимся к разработке технологических процессов механической обработки заготовок и проектированию специальных средств технологического оснащения, рассматриваются в пособии с позиций требований стандартов Единой системы конструкторской документации (ЕСКД), Единой системы технологической документации (ЕСТД), Единой системы технологической подготовки производства (ЕСТПП) и других стандартов, являющихся основой повышения эффективности производства и качества продукции.

Многие положения проиллюстрированы практическими примерами. Для удобства восприятия содержания, примеры в тексте выделены курсивом.

Темы курсовых проектов по технологии машиностроения подбирает и формулирует выпускающая кафедра с учетом возможностей и перспектив развития базовых предприятий, а также на основе тематики и планов НИР выпускающей и смежных кафедр.

Курсовой проект содержит пояснительную записку (ПЗ) и графические материалы. ПЗ является основным документом курсового проекта, в котором приводится исчерпывающая информация о выполненных расчетных, технологических, конструкторских и организованно-экономических разработках. Объем ПЗ, как правило, составляет 40-50 страниц рукописного (машинописного) текста. Общий объем графической части составляет не менее 4 листов формата А1. Состав, содержание и структура курсового проекта, в основном, должна соответствовать данному учебно-методическому пособию.

Образец титульного листа

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

НОВОУРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ

ИНСТИТУТ

Кафедра Технологии машиностроения

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

на тему: Разработка технологического процесса

механической обработки корпуса крана

по дисциплине «Технология машиностроения»

Выполнил:

Студент

группа

Принял:

Преподаватель

Новоуральск 2009

Новоуральский государственный технологический институт

УТВЕРЖДАЮ:

Зав. кафедрой ТМ

« « 200 г.

Задание на курсовой проект

по технологии машиностроения

(специальность 151001)

1. План выполнения

Введение

Во введение следует очень кратко:

- изложить суть задания;

- обосновать выбор прототипа технологического процесса механической обработки;

- определить методы решения поставленной задачи и возможные варианты ее решения;

- оценить возможность использования имеющихся методик и программ (в том числе и машинных), а при необходимости – разработку оригинального решения;

- изложить ожидаемые результаты.

Ориентировочный объем введения: 1-2 страницы.

1 Исходные данные по проекту и их анализ

1.1 Описание и конструкторско-технологический анализ объекта

1.1.1 Назначение детали, краткие сведения

Работу над проектом начинают с изучения чертежа детали. Выданный для работы чертеж имеет наименование, но не имеет обозначения (номера чертежа). Присвоить номер чертежа необходимо по стандарту, в частности по стандарту учебного заведения [1].

Пример обозначения чертежа детали:

ТМ. 151001. КП. 01.02.06. Эта система обозначения изделий максимально приближена по структуре к обозначениям, принятым в ЕСКД.

Что обозначает этот код – приводится ниже.

Чтобы установить назначение детали надо пользоваться заводским описанием машины (изделия), чертежами общего вида или сборочной единицы, в которую входит рассматриваемая деталь (и др. данными).

Код эскизного конструкторского документа

ТМ. 151001. КП. 01.02. 06.

порядковый номер детали

порядковый номер оборочной единицы

код классификационной характеристики работ

(КП – курсовой проект)

код разработчика

(ТМ – наименование кафедры, 151001 – код специальности)

ТМ. 151001. ДП. УСШ. 00.00.00 ПЗ

Вид документа

(пояснительная записка)

Индекс изделия

(Установка сгущения шлама)

ДП – дипломный проект

1.1.2 Конструкция детали .

Описание детали выполняется по рабочему чертежу детали и служит для лучшего усвоения конструкции детали. Краткое первоначальное описание детали по основным конструкторским элементам можно получить путем декодирования конструкторского кода детали (пример 1).

Пример 1. Декодирование конструкторского кода детали, таблица 1.1

Задан чертеж вала (рисунок 1.1); его обозначение ТМ. 151001.КП. 01.02.06. Для декодирования используем источник [2]

Таблица 1.1

Продолжение таблицы 1.1

Вывод:

Отнесение детали к классу тел вращения и к подклассу деталей с относительно большой длиной (сравнительно с диаметром) свидетельствует о необходимости обработки с установкой в центрах. Отсутствие закрытых уступов, наружной резьбы и центрального отверстия свидетельствует об отсутствии в процессе обработки ряда сложных и трудоемких операций и дает возможность создать технологическую базу – центровые отверстия. Наличие пазов требует предусмотреть операции для их изготовления.

Декодирование технологического кода (или кодирование при его отсутствии) следует представить таблицей, аналогичной таблица 1.1. В этой работе нужно подробно отразить влияние каждого признака на технологический процесс изготовления детали.

1.1.3 Материал детали и его свойства, масса детали

В этом подразделе следует привести данные о материале детали: по химическому составу, механическим свойствам (в зависимости от термической обработки). Данные свести в таблицы (таблица 1.2 и 1.3). [3]

Таблица 1.2 - Химический состав (%) углеродистой качественной

конструкционной стали марки 45 (ГОСТ 1050 – 74)

Таблица 1.3 - Механические свойства углеродистой качественной конструк­цион­ной стали 45 2- й категории, прошедшей нормализацию

Масса детали имеет существенное значение при решении вопросов проектирования технологического процесса. Если в задании специально не указана величина массы детали, ее нужно рассчитать и указать в чертеже (в кг).

1.2 Анализ точности детали

Точность детали – это точность размеров, точность геометрической формы и точность относительного расположения поверхностей. Принимается во внимание и величина шероховатости поверхности, как параметр, увязываемый с точностью.

Объект анализа - вал на рисунке 1.1 На рисунке 1.2 дан эскиз вала с нумерацией поверхностей. Результаты анализа приведены в таблица 1.4. Правую графу таблицы следует заполнять при выполнении пункта 2.2 (содержание ПЗ).

В таблице 1.4 заложены точность размера, точность формы и шероховатость поверхности. Относительное расположение поверхностей внести в таблице 1.5.

Графы “ методы и средства” таблица 1.5 заполняются при разработке п. 8

“ Выбор методов и средств технического контроля качества детали”.

Рисунок 1.1 - Чертеж вала

Таблица 1.4

При анализе технических требований (таблица 1.5) рекомендуется использовать ГОСТ 2.308 – 79.

Таблица 1.5

1.3 Анализ конструкции детали на технологичность

Укрупненный технологический анализ детали выполняется путем декодирования конструкторско–технологического кода. Дальнейший технологический анализ детали состоит в определении методов обработки каждой из поверхностей детали, применяемых в технологическом процессе на базовом предприятии. Результат анализа следует вписать в правую графу таблица 1.4.

На основании изучения детали и ее анализа можно провести качественную оценку технологичности конструкции детали. При этом нужно рассмотреть следующие вопросы:

- использование прогрессивных и экономичных видов заготовок;

- доступность поверхностей для обработки;

- жесткость детали с учетом обработки ее высокопроизводительным способом на высоких режимах резания;

- возможность создания оптимальных технологических баз и выдерживания законов выбора их;

- устранение ручных операций;

- особенности обработки сложных, точных поверхностей детали, а также поверхностей с жесткими техническими требованиями.

1.3.1 Определение количественной оценки технологичности детали

Для данной оценки надо рассчитать два коэффициента (показатели по признакам обработки):

- К _{т ч} - коэффициент точности обработки;

- К _ш - коэффициент шероховатости поверхности.

(1.1)

где Т_i - квалитет (точность);

h _i - число поверхностей детали одинакового квалитета.

(1.2)

где m _i - число поверхностей детали с одинаковым параметром шероховатости;

R _{a i} - параметр шероховатости поверхности детали.

Рисунок 1.2 - Вал с нумерацией поверхностей

Рисунок 1.3 - Схема контроля радиального и торцового биения вала

Пример 2 . Определение технологичности конструкции вала.

Пользуемся чертежом (рисунок 1.1), эскизом вала (рис.1.2) и таблица 1.4.

Определение К _{т ч} :

₂₀

К _{т ч} = 1 ₂₃₀ = 0,913

Определение К _ш :

₂₀

К _ш = 1 _147,5 = 0,864

Вывод:

Значение полученных коэффициентов близко к единице, что свидетельствует о невысокой точности большинства поверхностей детали и большой шероховатости их. Это также подтверждается средними значениями квалитета точности и шероховатости.

ПРИМЕР 1

1. Исходные данные по проекту и их анализ

1.1. Описание и конструкторско-технологический анализ объекта

производства

1.1.1. Назначение детали, краткие сведения

Деталь 74530-0-10-01 - корпус вентиля , массой 0.62 кг., с габаритными размерами 84х47х40 мм, является корпусной , несущей и базовой деталью для дроссельного узла .

Назначение детали: передача гидро- или пневмосреды.

На деталь действуют незначительные динамическая объемная нагрузка.

Технические условия на изготовление детали:

· Резьбовые поверхности 3, 15, 23 по 8 квалитету, внутренние присоединительные цилиндрические поверхности 27, 29, 33, 40, 41 по 11 квалитету, а остальные размеры свободные по 13 и 14 квалитетам;

· Твёрдость поверхности составляет 111...156 НВ;

· Радиальное биение поверхности 34 относительно оси поверхности 35 составляет 0.1 мм;

· Зависимый допуск на соосность поверхности 41 с сопрягаемыми поверхностями составляет 0.06 мм;

· Шероховатость пов. 34 составляет Ra 1.6, R а 3.2 у поверхностей 19, 27, 29-30, 35, 39-41, R а 6.3у поверхностей 42, 28, а остальные поверхности с шероховатостью Ra 12.5;

1.1.2. Материал детали и его свойства:

Деталь изготавливается из конструкционной стали - сталь 30, которая применяется для изготовления деталей, выдерживающие средние по значению прочностные нагрузки и т.д.

Таблица 1.6 - Химический состав стали 30, в % по ГОСТ 1050-74

Таблица 1.7 - Механические свойства стали 30, по ГОСТ 8479-70

Сталь 30 хорошо обрабатывается как резанием, так и пластической деформацией при температуре ковки в интервале от 750 ^о С до 1280 ^о С.

1.2. Анализ технологичности детали, предварительное определение типа производства и величены партии запуска деталей

1.2.1 Анализ технологичности детали

Поверхность детали удобна для обработки. Она представляет собой совокупность цилиндрических поверхностей и торцевых поверхностей не требующих сложной формы заготовки и инструмента.

Деталь достаточно жёсткая и удобная для установки и закрепления при обработке. Допуски и шероховатость назначены обоснованно и не являются завышенными.

Рисунок 1.4 - Обозначение поверхностей детали

ПРИМЕР 2

1.4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТИПА ПРОИЗВОДСТВА

На основе годовой программы 70000 штук и массы детали 0,62 кг. необходимо приблизительно установить вид производства.

Исходя из массы детали и годовой программы принимаем серийное производство ( таблица 1.9).

Таблица 1.9

Для серийного производства определяется партия запускаемых деталей :

,

где n _{запуска} - партию запускаемых деталей;

N - годовая программа 70000 штук;

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.

n _{запуска} =1383 шт. , при q =5 дням.

Такт выпуска определим по формуле

t в = F Д * 60 / N ,

где F Д - действительный годовой фонд времени работы оборудования, равное 2030 часов;

N - годовая программа выпуска, равное 70000 шт. .

t в =1,74 мин/шт.

1.4 Определение типа производства

Тип производства согласно ГОСТ 3.1108 – 74 характеризуется коэффициентом закрепления операций за одним рабочим местом или единицей оборудования.

Тип производства определяется коэффициентом:

(1.3)

где Q – число различных операций;

Р _м - число рабочих мест, на которых выполняются данные операции.

Типы производства характеризуются следующими значениями коэффициентов закрепления операций таблица 1.8:

Таблица 1.8

Варианты оформления п.п. 1.1; 1.1.1; 1.1.2; 1.1.3 приведены в примере 1.

В примере 2 приводится вариант оформления содержания п. 1.4.

2 Проектно-технологическая разработка

2.1 Выбор заготовки и метода получения заготовки

При выборе заготовки для заданной детали назначают метод ее получения, определяют конфигурацию, размеры, допуски, припуски на обработку и формируют технические условия на изготовление. Заготовки простой конфигурации дешевле, так как не требуют при изготовлении сложной и дорогой технологической оснастки, однако такие заготовки требуют последующей трудоемкой обработки и повышенного расхода материала.

В действующем производстве учитываются возможности заготовительных цехов (наличие соответствующего оборудования), оказывают влияние плановые сроки подготовки производства (проектные работы, изготовление штампов, моделей, пресс – форм).

Перед отправкой потребителю на заготовки наносят защитные покрытия; они должны иметь клеймо ОТК, номер плавки и марку материала.

При выполнении данной главы курсового проекта рекомендуется пользоваться источниками [4], [5], [6].

Выделяют следующие виды заготовок [2,3]:

1) отливки (заготовки получаемые литьем);

2) кованые штампованные заготовки (заготовки получаемые обработкой давлением);

3) заготовки из проката;

4) сварные и комбинированные заготовки;

5) заготовки из порошковых материалов (получаемые методами порошковой металлургии).

Развитие машиностроения привело к появлению еще одного вида заготовок – получаемых из конструкционной керамики.

Наиболее распространенные в машиностроении методы получения заготовок могут быть реализованы разными способами.

Обычно выбор вида заготовок осуществляют в результате анализа конструкторской документации по отдельным признакам. В таблице 1 приведены основные признаки, наиболее часто используемые при выборе вида заготовки.

Таблица 1 – Основные признаки, используемые при выборе вида заготовки

По каждому признаку из всего множества выбора определяют подмножество приемлемых видов заготовки и при возможности устанавливают их приоритеты. При этом используют эвристические правила (таблица 2). Равноприоритетность видов заготовок по какому-либо признаку позволяет исключить этот признак из рассмотрения.

Таблица 2 - Основные правила выбора вида заготовки

Выбранный вид обладает максимальным приоритетом из рассматриваемых и находится на пересечении указанных подмножеств. Если они не пересекаются, принимается необходимый компромисс.

2.1.1 Обоснование метода изготовления заготовок

На первом этапе выбора заготовки осуществляют предварительную оценку вариантов. Она позволяет отбирать наиболее приемлемые из них. Показатели предварительной оценки следующие: коэффициент использования материала, трудоемкость изготовления детали для нового варианта, снижение материалоемкости, себестоимость изготовления детали.

1) Коэффициент использования материала К_и.м. находят из зависимости

К_и.м. = G_д / G_з , ( 1 )

где G_д и G_з – масса детали и масса заготовки, кг.

Чем выше значение коэффициента использования материала (К_и.м. ≤1), тем технологичнее конструкция заготовки и ниже ее себестоимость.

2) Трудоемкость изготовления t_н детали для нового варианта определяют из соотношения

, мин, ( 2 )

где t_б – трудоемкость изготовления детали по базовому варианту,

G_зн , G_зб – масса заготовок, кг, при новом и базовом вариантах.

3) Снижение материалоемкости, кг, рассчитанную на годовую программу выпуска деталей,

ΔG = (G_зб – G_зн ) N_г , ( 3 )

где N_г – годовая программа выпуска деталей

4) Себестоимость С изготовления деталей.

В структуре себестоимости затраты М_о на основные материалы и заработную плату З_о основных рабочих составляют в машиностроении 80% [1], поэтому сравнение вариантов можно производить по этим двум статьям:

С = М_о +З_о ( 4 )

Стоимость основных материалов

М_о = G_з С_м К_т.з. – g_о С_о ^. 10^-3 , ( 5 )

где С_м – стоимость единицы массы заготовки, руб/кг; К_т.з. – коэффициент, учитывающий транспортно-заготовительные расходы (К_т.з. =1,04…1,08 для черных металлов и К_т.з. =1,0…1,02 для других материалов); g_о – масса отходов на одну деталь, кг;

g_о = G_з – G_д ( 6 )

С_о – стоимость отходов, руб/т

Заработная плата основных рабочих

З_о = К_в.н К_пр 1,25 , руб ( 7 )

где К_в.н – коэффициент, учитывающий средний процент выполнения норм
(К_в.н =1,18);

К_пр – коэффициент, учитывающий премии и другие доплаты, принимается в размере 1,2 – 1,4;

1,25 – коэффициент, учитывающий дополнительную зарплату и отчисления по социальному страхованию;

t_{ш i} штучное время на выполнение i-й операции;

С_{т i} – часовая тарифная ставка работы, выполняемой на i-й операции, руб/час (таблица 3).

Таблица 3 - Тарифные ставки рабочих –сдельщиков машиностроения

Окончательный вывод о целесообразности того или другого варианта делают после сравнения суммарных приведенных затрат, рассчитанных по уравнению

W_пр = С_r + Е_н К, ( 8 )

где С_r - себестоимость изготовления годового объема выпуска деталей;

Е_н – нормативный коэффициент эффективности, равный 0,15;

К – годовые капитальные вложения, руб.

Вариант с наименьшей суммой затрат считается наиболее оптимальным. При отсутствии дополнительных капитальных вложений определяют экономию по себестоимости

ΔС = (С_б – С_н ) Ν_г , руб ( 9 )

где С_б , С_н – себестоимости изготовления деталей из различных заготовок сравниваемых вариантов.

2.1.2 Выбор технологических баз и схем установки заготовок

При выборе технологических баз и схем установки заготовок руководствуются основными принципами базирования, изложенными в [2, 5]

2.1.3 Определение методов и маршрутов обработки отдельных поверхностей и комплектов поверхностей, которые следует обрабатывать с одного установа.

Маршруты обработки отдельных поверхностей определяют исходя из точности и качества поверхности детали и выбранной заготовки. По заданной точности и шероховатости поверхности с учетом размеров, конфигурации детали и типа производства выбирают первый, завершающий и промежуточный методы обработки. Конкретные методы выбирают с помощью таблиц экономической точности [2, 5].

2.2 Обоснование метода получения заготовок

Горячая объемная штамповка – широко распространенный способ получения качественных поковок. Более 65% массы всех поковок и до 20% массы отечественных деталей автомобилей, тракторов, сельскохозяйственных машин, железнодорожных вагонов, самолетов, швейных машин изготавливаются из заготовок, полученных горячей штамповкой.

В отличие от ковки, которая обеспечивает при изготовлении по­ковки фиксированные размеры вдоль одной или двух осей, объемная штамповка обеспечивает заданные размеры по трем осям. Формоиз­менение заготовки происходит в штампе. Штамп представляет собой специальный инструмент с полостью, которая называется ручьем (рис..1). В полость нижней части штампа 5 устанавливают нагре­тую заготовку, которая деформируется при движении верхнего штам­па 1 вниз. Течение металла заготовки встречает сопротивление стенок 2 и сил трения, и металл заполняет объем ручья. Часть металла может вытекать в разъем между штампами (заусенчатую канавку 3), образуя облой. Отштампованная заготовка 4, называемая штампованной поковкой представляет собой копию ручья штампа.

Рис.1 Схема штампов открытой (а) и закрытой (б) штамповки.

В зависимости от оборудования горячую штамповку подразделяют на следующие виды: 1) на молотах; 2) на кривошипных горяче­штамповочных прессах (КГШП); 3) на винтовых прессах; 4) на гидравлических прессах; 5) на горизонтально-ковочных машинах (ГКМ); 6) на специальных машинах.

В зависимости от типа штампа штамповку подразделяют на сле­дующие виды: 1) в открытых штампах; 2) в закрытых штампах; 3) в штампах для выдавливания.

В зависимости от числа ручьев в штампе различают штамповку в одноручьевых и в многоручьевых штампах.

В зависимости от установки заготовки в штампе штамповку под­ разделяют на следующие виды: 1) с направлением деформирующего усилия перпендикулярно оси заготовки (штамповка плашмя); 2) осад­кой в торец (или высадкой).

2.2.1 Классификация штамповочных поковок

Штампованные поковки подразделяют в зависимости:

– от конструктивных характеристик по ковки по точности изго­товления, по группам стали, по степени сложности, по конфигура­ции поверхности разъема штампа;

– от способа производства: молотовые, штампуемые на прессах, штампуемые на ГКМ, получаемые специализированными методами штамповки;

– от типа штампа: изготовляемые в открытых штампах, изготав­ливаемые в закрытых штампах, изготовляемые в штампах для выдавли­вания.

По точности изготовления поковки могут быть пяти классов (от 1-гo класса точности Т1 до 5-го Т5). Класс точности поковки устанавливается в зависимости от технологического процесса и оборудования для ее изготовления (табл. 1), а также исходя из предъявляемых требований к точности размеров поковки. Класс 1 (Т1) - наибольшей точ­ности, соответствует прецизионной штамповке и объемной калибров­ке. Классы Т4 и Т5 – это штамповка на молотах, КГШП и ГКМ. Класс указывают на чертеже поковки.

Допускаются различные классы точности для разных размеров одной и той же поковки. При этом класс точности определяется по преобладающему числу размеров одного класса точности, предусмотрен­ному чертежом поковки.

Таблица 1 – Выбор класса точности поковок (ГОСГ 7505-89)

Группа стали поковок определяется по содержанию углерода и легирующих элементов:

М1 – сталь с массовой долей углерода до 0,35% включительно и суммарной массовой долей легирующих элементов до 2,0% включите­льно;

М2 – сталь с массовой долей углерода свыше 0,35 до 0,65% включительно или суммарной массовой долей легирующих элементов свы­ше 2,0 до 5,0% включительно;

М3 – сталь с массовой долей углерода свыше 0,65% или суммар­н6й массовой долей легирующих элементов свыше 5,0%.

Определяющими легирующими элементами являются Si, Мn, Сг, Ni, Мо, W, V.

Степень сложности С определяют путем вычисления отношения массы (объема) G _п поковки к массе (объему) G _ф геометрической фигуры, в которую вписывается форма поковки

Геометрическая фигура может быть шаром, параллелепипедом, цилиндром с перпендикулярными к его оси торцами или прямой правильной призмой (рис. 2). При вычислении С по этой формуле­ принимают ту из геометрических фигур, масса (объем) которой наи­меньший. При определении размеров описывающей поковку геомет­рической фигуры допускается исходить из увеличения в 1,05 раза габа­ритных линейных размеров детали, определяющих положение ее об­работанных поверхностей.

Рис. 2 Примеры поковок и геометрических фигур, в которые могут быть

вписаны поковки: b , d , l , h – габаритные размеры поковок.

При определении размеров описывающей поковку геометрической фигуры допускается исходить из увеличения в 1,05 раза габаритных линейных размеров детали, определяющих положение ее обработанных поверхностей.

Классификация штампованных поковок по степени сложности приведена в табл. 2. Поковки типа тонких дисков, фланцев и колец с отношением толщины к диаметру h/d ≤ 0,2 относятся к поковкам со степенью сложности С4 (рис..3).

Таблица 2 – Классификация штампованных поковок по степени сложности

Рис. 3 Поковки типа тонких дисков

По конфигурации поверхности разъема используемого штампа различают поковки с плоской П, симметрично ИС и не симметрично ИН изогнутой поверхностью разъема.

2.2.2 Припуски и допуски штампованных поковок

Штамповкой нельзя получить абсолютно точные поковки, поэтому назначаются допуски. Допуски учитывают недоштамповку поковки по высоте, износ ручья штампа, температурные колебания, сдвиг штампов, коробление поковки, поверхностные дефекты материала, колебания объема исходной заготовки, неравномерную усадку мате­риала при охлаждении и другие факторы.

Если чистота поверхности и точность поковки, обусловленная до­пусками, удовлетворяют требованиям, предъявляемым к Готовой дета­ли, то больше никаких припусков не назначают. Если допуски и чис­тота поверхности оказываются неудовлетворительными, то пред­усматривают возможность получения более точных поковок с приме­нением калибровки или обработки резанием. В случае, если и это не дает решения вопроса, то назначают припуски на последующую об­ работку. В припуски входит дефектный слой металла, вмятины от окалины, искривление поковки, обезуглероженный слой, межопера­ционный припуск на механическую обработку, если это необходимо и т. д.

Припуски назначают либо по всей поверхности детали, либо на от­дельные ее элементы, преимущественно поверхности сопряжения с другими деталями. Допускаемые отклонения назначают на все разме­ры поковки, независимо от наличия и назначения припуска.

Избыток металла на поверхности поковки сверх припуска, обусловленный технологическими требованиями упростить конфигура­цию поковки для облегчения условий ее получения, называется куз­нечным напуском. Кузнечные напуски могут быть образованы на по­ковке штамповочными уклонами, радиусами закруглений внутренних углов, непробиваемой перемычкой в отверстиях и невыполнимыми в штамповочных операциях поднутрениями и полостями. В большин­стве случаев напуск удаляется при технической обработке, реже остается в изделии.

Допуски, припуски и кузнечные напуски при горячей объемной штамповке назначают по ГОСТУ 7505-89 [83] для стальных поковок массой до 250 кг и с линейным габаритным размером до 2500 мм. При назначении припусков и допускаемых отклонений размеров необходимо определить исходный индекс. Исходный индекс – это условный показатель, учитывающий в обобщенном виде сумму конструктивных характеристик (класс точности, группу стали, степень сложности, конфигурацию поверхности разъема) и массу поковки.

Расчетная масса поковки определяется исходя из ее номинальных размеров. Ориентировочную величину расчетной массы поковки вы­числяют по формуле

,

где М_п.р. – расчетная масса поковки, кг;

М_д – масса детали, кг;

К_р – расчетный коэффициент, устанавливаемый в соответствии с табл. 3.

Таблица 3– Коэффициент К_р для определения ориентировочной расчетной массы поковки

Для определения исходного индекса по рис. 3.4 в графе «Масса поковки» находят соответствующую данной массе строку и, смещаясь по горизонтам вправо или по утолщенным наклонным линиям вправо вниз до пересечения с вертикальными линиями, соответствующими заданным значениям группы стали М, степени сложности С, класса точности Т, устанавливают исходный индекс.

Пример (см. рис. 4). Поковка массой 1,5 кг, группа стали М3, степень сложности С2, класс точности Т1.

Исходный индекс - 6.

Припуск на механическую обработку включает основной, а также дополнительные припуски, учитывающие отклонения формы поков­ки. Величины припусков следует назначать на одну сторону номина­льного размера поковки.

Основные припуски на механическую обработку поковок в зависи­мости от исходною индекса, линейных размеров и шероховатости по­верхности детали по ГОСТу 2189-73 устанавливаются по табл. 4.

Рисунок 4 - Определение исходного индекса

Дополнительные припуски, учитывающие смещение поковки, изогнутость, отклонения от плоскостности и прямолинейности, межцентрового и межосевого расстояний, угловых размеров, определяют­ся исходя из формы по ковки и технологии ее изготовления по табл. 5 –6. Дополнительные припуски на механическую обработку устанавливаются в зависимости от класса точности Т.

Таблица 5 – Дополнительные припуски, учитывающие смещение по поверхности разъема штампов

Таблица 6 – Дополнительные припуски, учитывающие изогнутость и отклонения от плоскостности и прямолинейности, мм

ПРИМЕР 3

2.1 Выбор вида заготовки и метода ее получения

Рис. 2.1 Заготовка

Неуказанные предельные отклонения размеров: Н14; h 14; IT 14/2.

Деталь – втулка. Материал – сталь 30.

Годовой объем выпуска N =1200 штук/год.

Факторы, определяющие выбор заготовки:

· материал детали – сталь 30 (качественная углеродистая сталь, содержание углерода 0,3%);

· конфигурация детали – втулка с буртиком и сквозным отверстием;

· тип производства – среднесерийное.

Рациональнее при этом типе производства выбрать заготовку, форма которой максимально приближена к форме готовой детали (рис. 2.2). Это сведет к минимуму обработку резанием и отходы в стружку.

Обоснование выбора в источниках [1], [3].

Рис. 2.2 Схема штамповки.

Выбираем метод горячей объемной штамповки в открытых штампах. При соотношении размеров D_max > L штамповка производится на молотах или кривошипных горячештамповочных прессах. Сквозное отверстие в исходных заготовках выполняется при условии, что их диаметр не менее 30 мм. Кроме того, длина отверстия должно быть не более диаметра пробиваемого отверстия. Если последнее условие не выполняется, то может быть выполнена наметка (углубление) глубиной до 0,8 мм их диаметра при изготовлении на молотах и прессах. Если D_max < L , то для деталей типа втулок рациональнее выбрать горячую объемную штамповку на ГКМ. Предельная длина отверстия при штамповке на ГКМ до трех диаметров. С учетом применения газопламенного нагрева класс точности поковки Т5 по ГОСТ 7505 – 89. Отверстия прошиваются, если d ≤ 30 и толщина поковки меньше диаметра отверстия.

Определяем плоскость разъема штампа [2]. Она проходит по участку наибольшего диаметра. Внутри участок выруба плены соответствует наименьшему диаметру отверстия.

Упрощенный эскиз исходной заготовки приведен на рис. 2.3.

Рис. 2.3 Упрощенный эскиз исходной заготовки

2.2 определение припусков на механическую обработку

Определение исходного индекса поковки.

Факторы, определяющие исходный индекс заготовки, который является ключом к нахождению общих припусков и допусков для поковок:

1. Расчетная масса поковки М_п.р. , кг.

2. Группа стали MI, М2, М3.

3. Степень сложности С1, С2, СЗ, С4.

4. Класс точности. для штамповки в открытых штампах Т4 и Т5.

Приведем формулу определения расчетной массы поковки [3].

М_п.р . = М_д ·К_р ,

где М_д – масса детали (определяется по черчежу), кг;

К_р – расходный коэффициент. Для деталей круглых в плане (ступицы, шестерни и т.п.) – К_р = 1,5 – 1,8.

Примем К_р =1,7. Тогда М_п.р. = 2,49·1,7=4,23 кг.

Группы стали определяются по процентному содержанию углерода: М1 - до 0,35%; М2 - (0,35-0,65)%; М3 - 0,65% и более [3]. В нашем случае для стали 30 группа стали будет М1.

Степень сложности определяют, находя отношение объема V_п ­ – поковки к объему V_Ф – элементарной геометрической фигуры, в которую вписывается поковка. Либо можно взять отношение расчетной массы поковки М_п.р. к массе элементарной геометрической фигуры М_ф . Для нашего случая это будет цилиндр. Габаритные размеры детали ( D_max и Н) необходимы при расчете. Будем определять степень сложности по отношениям масс. Ориентировочные размеры элементов фигуры определяется увеличением в 1,05 раза.

Масса элементарной фигуры будет

Степень сложности будет

Это соответствует [3] С2 (диапазон 0,32...0,63).

По диаграмме [3] определяем:

Для М_п.р. = 4,23 кг (3,2-5,6), Мl идем по горизонтали до Cl, далее спускаемся по наклонной до вертикали С2 и снова движемся по горизонтали до Т4 и опять спускаемся по наклонной до вертикали Т5 и по горизонтали выходим на индекс 14.

Определение припусков на механическую обработку.

В таблицах [3] припуски заданы на сторону. Величина припуска будет определяться:

1. Исходным индексом.

2. Размером, связывающим поверхности.

3. Шероховатостью поверхностью готовой детали.

4. Способом формирования поверхностей, связанных линейным размером: в разных половинах штампа или в одной (при штамповке на прессах и молотах). Если формируются в разных половинах штампа, то размер выбирается в строке «ТОЛЩИНА детали». Если формируется в одной половине, то размер выбирается в строке «ДЛИНА, ШИРИНА, ДИАМЕТР, ГЛУБИНА, и ВЫСОТА детали».

Эти же факторы, кроме третьего, будут определять и величину допустимого на размеры отклонения.

Общий припуск на механическую обработку включает в себя основной и дополнительный припуски. Определение основных припусков отражено в табл. 2.1. Дополнительные припуски (табл. 2.2) учитывают смещение поковок, изогнутость, отклонение от плоскостности и прямолинейности. Определение размеров исходной заготовки приведено в табл. 2.3

Таблица 2.1 – Определение основных припусков

Таблица 2.2 – Определение общих припусков и расчетных размеров исходной заготовки

Таблица 2.3 – Назначение допусков, предельных отклонений и определение размеров исходной заготовки.

По таблице определяем исходный индекс поковки. Для группы стали М1, степени сложности С2 и класса точности Т5 с учетом расчетной массы поковки исходный индекс будет 14.

По таблице для исходного индекса 14 с учетом интервалов размеров, в которые попадают L 1 и L 2, с учетом вида размера (толщина или высота) допуски на эти размеры составят TL 1=3,2 ( ) и TL 2=2,8 ( ).

При определении допусков учитывается также вид размера, толщина или высота. Так размер L 1 относится к толщине, а размер L 2 – к высоте.

2.3 Разработка маршрутного технологического процесса обработки
детали и выбор оборудования

Разработка маршрутного технологического процесса механической обработки заготовки является основой всего курсового проекта. От правильности и полноты разработки маршрутного технологического процесса во многом зависят организация производства и дальнейшие технико–экономические расчеты курсового проекта.

В технологической части курсового проекта необходимо дать анализ и обоснование разрабатываемого технологического процесса. Прежде всего необходимо выделить все операции, в которых применяется прогрессивное станочное оборудование, быстродействующее приспособление, специальный режущий и измерительный инструмент. Характер технологического процесса в курсовом проекте определяется типом производства и особыми условиями проектирования, указанными в задании.

Разработка технологического процесса должна быть основана на использовании научно – технических достижений металлообработки и направлена на повышение технического уровня производства, качества продукции и производительности труда.

Для мелкосерийного производства технологический процесс следует разрабатывать по принципу группового метода обработки деталей, дающего возможность эффективно применять на универсальном оборудовании специализированную высокопроизводительную технологическую оснастку и повышать производительность труда. В мелкосерийном производстве нашли широкое применение станки с числовым программным управлением (ЧПУ). Станки с ЧПУ не требуют длительной переналадки при переходе на обработку от одной заготовки на другую, что позволяет на данных станках производить процесс обработки широкой номенклатуры заготовок.

Применение станков с ЧПУ в условиях мелкосерийного производства позволяет увеличить производительность труда, сократить сроки подготовки производства (на 50 – 70 %), снизить себестоимость изготовления деталей, а также использовать труд рабочих более низкой квалификации.

Эффективность использования станков с ЧПУ обеспечивается:

1) отбором номенклатуры заготовок (по сложности конструкции; по возможности концентрации операций; исключением разметочных и слесарных работ; замены дорогостоящего оборудования и технологической оснастки);

2) повышением технологичности конструкций детали;

3) групповым методом обработки деталей (классификацией деталей, поверхностей, группированием деталей).

Особенности методики проектирования технологического процесса обработки деталей на станках с ЧПУ дана в соответствующей учебной и справочной литературе [7], [8].

В серийном производстве следует проектировать технологический процесс, ориентируясь на использование переменно – поточных линий, когда параллельно изготовляются партии деталей разных наименований, что и позволяет использовать преимущества массового производства.

В массовом производстве следует стремиться разрабатывать технологический процесс для непрерывной поточной линии, с использованием высокопроизводительных станков, специальной технологической оснастки и максимальной механизации и автоматизации производства.

Разрабатывая технологический процесс обработки деталей, необходимо выполнить следующие условия:

- наметить базовые поверхности, которые должны быть обработаны в самом начале процесса;

- выполнить операции черновой обработки, при которых снимают наибольшие слои металла, что позволяет сразу выявить дефекты заготовки и освободиться от внутренних напряжений, вызывающих деформации;

- обработать вначале те поверхности, которые не снижают жесткость обрабатываемой детали;

- первыми следует обрабатывать такие поверхности, которые не требуют высокой точности и качества;

- необходимо учитывать целесообразность концентрации (обработка в операции максимально возможного числа поверхностей) или дифференциации (разделение операций на более простые) операций ;

- при выборе технологических баз следует стремиться к соблюдению основных принципов базирования – совмещения и постоянства баз;

- необходимо учитывать, на каких стадиях технологического процесса целесообразно производить механическую обработку, гальванические покрытия, термическую обработку и другие методы обработки в зависимости от требований чертежа;

- отделочные операции следует выносить к концу технологического процесса обработки, за исключением тех случаев, когда поверхности служат базой для последующих операций.

При выборе баз необходимо принимать поверхности, не подлежащие обработке, а если детали имеют несколько необрабатываемых поверхностей, то за базу надо принимать ту из них, которая должна иметь наименьшее смещение относительно своей оси или быть с наименьшим припуском на обработку.

При выборе баз необходимо принимать поверхности, от которых дан размер на чертеже, определяющий положение обрабатываемой поверхности.

Базы должны обеспечить отсутствие недопустимых деформаций детали, а также простоту конструкции станочного приспособления с удобной установкой, креплением и снятием обрабатываемой детали.

Более подробные рекомендации по разработке технологических процессов механической обработки деталей приведены в учебной и справочной технической литературе, а также в стандартах ЕСТД и ЕСТПП [6], [9].

Рекомендуемая форма оформления маршрутного технологического процесса приведена в таблице 2.2.

В примере 4 приводится вариант оформления п.п. 2.3.

Таблица 2.2 - Форма таблицы для оформления маршрутного технологического процесса

ПРИМЕР 4

2.1 Разработка маршрутного технологического

процесса

Маршрут технологического процесса обработки корпуса крана в условиях серийного производства можно представить таблицей (табл. 2.3).

Таблица 2.3 - Маршрутно-операционный технологический процесс

Продолжение таблицы 2.3

Продолжение таблицы 2.3

2.4 Определение промежуточных припусков, технологических размеров и допусков.

Промежуточные припуски имеют очень важное значение в процессе разработки технологических операций механической обработки деталей. Правильное назначение промежуточных припусков на обработку заготовки обеспечивает экономию материальных и трудовых ресурсов, качество выпускаемой продукции, снижает себестоимость изделий.

В массовом и крупносерийном производстве промежуточные припуски рекомендуется рассчитывать аналитическим методом, что позволяет обеспечить экономию материала, электроэнергии и других материальных и трудовых ресурсов производства.

В серийном и единичном производствах используют статистический (табличный) метод определения промежуточных припусков на обработку заготовки, что обеспечивает более быструю подготовку производства по выпуску планируемой продукции и освобождает инженерно – технических работников от трудоемкой работы.

После расчета промежуточных размеров определяют допуски на эти размеры, соответствующие экономической точности данной операции. Промежуточные размеры и допуски на них определяют для каждой обрабатываемой поверхности детали.

Черновые операции обычно следует выполнять с более низкими техническими требованиями на изготовление (12 – 14 квалитет), получистовые – на один – два квалитета ниже и окончательные операции выполняются по требованиям рабочего чертежа детали.

Шероховатость обрабатываемых поверхностей зависит от степени точности и назначается по справочным таблицам [4], [6], [10].

Необоснованное повышение качества поверхности и степени точности обработки повышает себестоимость изготовления детали на данной технологической операции.

2.4.1 Аналитический метод определения припусков

Обычно в заготовках, полученных методом литья, могут содержаться раковины, песочные включения, а в штампованных заготовках имеются обезуглероженный слой, микротрещины и другие дефекты.

Дефектный слой чугунных отливок по деревянным моделям составляет 1 – 6 мм, у поковок 0,5 – 1,5 мм и у горячекатаного проката 0,5 – 1,0 мм. Для более точного определения припуска на обработку и предотвращения перерасхода материала применяют аналитический метод для каждого конкретного случая с учетом всех требований выполнения заготовок и промежуточных операций.

Для получения деталей более высокого качества необходимо при каждом технологическом переходе механической обработки заготовки предусматривать производственные погрешности, характеризующие отклонения размеров, геометрические отклонения формы поверхности, микронеровности, отклонения расположения поверхностей. Все эти отклонения должны находиться в пределах поля допуска на размер поверхности заготовки.

Аналитический метод определения припусков базируется на анализе производственных погрешностей, возникающих при конкретных условиях обработки заготовки.

Величина промежуточного припуска для плоских поверхностей заготовки:

z _min = Rz + T + p_o + ε_у ; (2.1)

для поверхностей типа тел вращения (наружных и внутренних):

2z _min = 2 (Rz + T + ); (2.2)

где Rz – высота микронеровностей поверхности, оставшихся при выполнении предшествующего технологического перехода, мкм;

T – глубина дефектного поверхностного слоя, оставшегося при выполнении предшествующего технологического перехода, мкм;

p_o – суммарные отклонения расположения, возникшие на предшествующем технологическом переходе, мкм;

ε_у – величина погрешностей установки заготовки при выполняемом технологическом переходе, мкм.

Отклонения после чистовой обработки обычно исключают при расчетах из – за их малой величины. Отклонения и погрешности установки определяют в каждом конкретном случае в зависимости от метода получения заготовки.

Максимальный припуск на обработку поверхности заготовки:

для плоских поверхностей: z _max = z _min + δ_п - δ_в ; (2.3)

для поверхностей типа тел вращения: 2 z _max = 2 z _min + δ _{D п} - δ _{D в ,} (2.4)

где δ_п и δ _Dп - допуск на размер на предшествующем переходе, мм;

δ_в и δ _{D в} - допуск на размер на выполняемом переходе, мм.

Допуски и шероховатость поверхности на окончательных технологических переходах (операциях) принимаются по рабочему чертежу.

Для удобства определения промежуточных припусков перед их расчетом исходные и расчетные данные по каждой операции на конкретную обрабатываемую поверхность в технологической последовательности заносят в таблицу (табл. 2.4).

Необходимые данные для определения элементов припуска следует выбирать из [4], [6].

Таблицу рекомендуется заполнять в такой последовательности:

- в графу “ Заготовка и технологическая операция” записывают вид заготовки и операции, установленные на данную обрабатываемую поверхность в технологической последовательности;

- в графу “ Точность заготовки и обрабатываемых поверхностей” записывают степень точности выбранной заготовки и квалитета на промежуточные размеры без предельных отклонений;

- в графу “ Элементы припусков” заносят величину микронеровностей Rz и глубину дефектного поверхностного слоя Т на заготовку и на все операции в технологической последовательности в зависимости от метода обработки, а величину погрешностей установки заготовки на выполняемой операции определяют по таблице или производят расчет по формулам;

- суммарное значение отклонений p рассчитывают аналитическим методом и значения расчета заносят в графу таблицы;

- графу “ Допуски на размер” заполняют значениями допусков на заготовку и промежуточные размеры согласно степени точности заготовки и квалитета установленных на размер по каждой операции [6], [9].

Остальные значения промежуточных припусков и размеров заносят в таблицу после расчетов.

Графы промежуточных размеров D _min и D _mах определяют и заполняют от окончательных промежуточных размеров до размеров заготовки.