Технологический процесс изготовления корпуса клиноплунжерного патрона

1. Анализ состояния вопроса

2. Выбор типа производства и стратегии производственного процесса

3. Выбор и проектирование заготовки

4. Разработка технологического маршрута и плана изготовления

5. Выбор средств технологического оснащения

6. Разработка технологических операций

7. Экономическая эффективность проекта Заключения Список литературы Приложения

Цель квалификационного проектирования по технологии машиностроения — научится правильно применять теоретические знания, полученные в процессе учебы, использовать свой практический опыт работы на машиностроительных предприятиях для решения профессиональных технологических и конструкторских задач.

Целью данной работы является снижение трудоемкости изготовления вала путем разработки прогрессивного технологического процесса, базирующегося на современных достижениях в области станкостроения и инструментального производства.

К мероприятиям по разработке новых прогрессивных технологических процессов относится и автоматизация, на ее основе применения высокопроизводительного технологического оборудования, применения режущего инструмента, быстродействующими средствами.

В квалификационной работе должна отображаться экономия затрат труда, материала, энергии. Решение этих вопросов возможно на основе наиболее полного использования возможностей прогрессивного технологического оборудования и оснастки, создания гибких технологий.

1. Анализ состояния вопроса

1.1 Служебное назначение детали

Корпус предназначен для установки на нем деталей, из которых состоит клиноплунжерный патрон. Поверхность 13 (рисунку 1- эскиз детали) служит для базирования заготовок, а именно фланцев крепления карданного вала к валу привода переднего моста. На эту же поверхность устанавливается контрольная оправка. Фиксирование заготовки производится посредством 3-х кулачков, которые перемещаются по пазам в патроне, посредством перемещения штока, на котором выполнены специальные пазы. Сам шток перемещается по поверхности 34, он фиксируется сегментной шпонкой, которая перемещается по пазу поверхность 39. Перемещение штока производится посредством соединения винт-гайка.

Клиноплунжерный патрон работает с довольно большими нагрузками и изгибающими моментами и, поэтому, требует специальной термообработки. Следует учитывать трение скольжения на поверхностях детали.

На рисунке 1 представлен эскиз детали, а в таблице 1 классификация ее поверхностей.

Таблица 1 — Классификация поверхностей детали

Материал корпуса — сталь 19ХГН по по ТУ 14−1-261−72, имеющая следующий химический состав: углерода С= 0,16…0,21%, кремния Si= 0,17…0,37%, марганца Mn= 0,7 … 1,1%, хрома Cr= 0,8…1,1%, никеля Ni=0,8…1,1%.

Механические свойства при Т=20 ^oС материала 19ХГН: ув =1180−1520МПа, ут =930МПа, НRC_э после цементации 59…63, обрабатываемость резанием — хорошая, Кv = 1,0. Исходя из служебного назначения корпуса при разработке технологического процесса ее изготовления, особое внимание следует уделить исполнительным поверхностям Ш25(пов.13), торцу (пов.6), а также к основным конструкторским базам: торцу (пов.1), конусной поверхности Ш82,563 (пов.29), отверстию Ш18 (пов.34) и отверстию Ш12Н7 (пов.36).

1.2 Технологичность конструкции детали

Рабочий чертеж корпуса содержит необходимую графическую информацию для полного представления о конструкции. Указаны размеры с их отклонениями, проставлена требуемая шероховатость, большинство отклонений от правильных геометрических форм.

К недостаткам чертежа можно отнести допуск размера Ш82_-0,2, для того чтобы в последствии использовать эту поверхность в качестве базы, назначаем новый допуск под шлифовальную операцию Ш82_-0,01.

В основном деталь технологична и позволяет применить прогрессивные методы обработки (точение, шлифование и т. д.) с использованием режущего инструмента, оснащенного твердым сплавом.

2. Выбор типа производства и стратегии производственного процесса

Тип производства зависит от годовой программы выпуска деталей и их трудоемкости. По таблице 3.2 при массе детали до 5 кг (масса корпуса 4 кг) и программе 10 000 деталей в год (N= 10 000 дет/год — проектная) тип производства — крупносерийное.

Для серийного производства рекомендуется групповая форма организации производства, когда запуск деталей осуществляется партиями [3]:

(2.1)

где aпериодичность запуска деталей, при запуске раз в месяц, а = 24;

Fчисло рабочих дней в году, F=254.

n = 10 000•24/254 = 945дет.

С учетом типа производства предполагаем применение универсальных станков и станков с ЧПУ, универсальных и специализированных приспособлений с механизированными силовыми приводами, режущих инструментов, оснащенных сменными многогранными режущими пластинами.

3. Выбор и проектирование заготовки.

3.1 Экономическое обоснование метода получения заготовки

Заготовку данной детали можно получить штамповкой и прокатом. Метод получения исходной заготовки выбирают по сравнительному анализу себестоимости нескольких вариантов. В данном случае с учетом того, что производство мелкосерийное, будет экономически не выгодно изготавливать дорогостоящие штампы или литейный формы, поэтому производим расчет только для проката (по ВАЗовской технологии).

Стоимость заготовки определяется по формуле [3]:

Sзаг= Q? Ci/1000 — (Q-q) • SОТХ/1000 + ?Cо.з, (3.1.2)

где Ciбазовая стоимость 1 тонны заготовок, руб;

Qмасса заготовки, кг;

SОТХстоимость отходов (стружки), руб/тонна;

Cо.з — стоимость отрезки штучной заготовки дисковой сегментной пилой при Тшт=3мин.

Для нашего случая:

Сi= 12 000 руб/тонна — круг диаметром 140 мм (По данным ВАЗа);

Q= 15,6 кг;

SОТХ= 400 р/тонна — по данным ВАЗа;

q= 3,6 кг;

После подстановки в формулу 3.1.2.

Sзаг1 = 182,4 руб.

В качестве метода получения заготовки принимаем — прокат, ГОСТ 2590–88.

3.2 Разработка рабочего чертежа заготовки

Деталь — корпус (чертеж 06.М.15.17.10.000);

Метод получения заготовки — прокат;

Материал — сталь 19ХГН.

Масса детали — 3,6 кг.

3.2.1 Исходные данные для расчета

Масса заготовки Q= 15,6 кг;

Класс точности — Т3 (приложение 1);

Группа стали — М1 (табл.1) при средней весовой доли углерода до 0,45%, суммарной массовой доли легирующих элементов до 2%;

Группа сложности — С3 (приложение 2). Расчет: размеры описывающей фигуры (цилиндр),

диаметр — 133 мм, длина — 126 мм, масса Gцил= 15,6 кг при соотношении Gдет/Gцил= 3,6/15,6= 0,23, степень сложности — С3 при соотношении в пределах 0,16…0,32.

3.2.2 Припуски на механическую обработку

Диаметр заготовки выбираем по номинальному диаметру проката, табл.2.

Припуск на боковую поверхность оставляем по 2,5 мм (по ВАЗовской технологии).

Допускаемые отклонения размеров:

диаметры: Ш140 _-2^+0,8, табл. 2 [22];

длины: 131 _-2, табл. 50.

Качество наружной поверхности назначаем с учетом рекомендаций — Rz=100, Т=150мкм.

Рабочий чертеж корпуса клиноплунжерного патрона представлен на листе 1 проекта, чертеж заготовки не прилагается, т.к. заготовкой является прокат.

4. Разработка технологического маршрута и плана изготовления

4.1 Выбор методов обработки поверхностей корпуса

Выбор методов обработки поверхностей детали резанием выполним по типовым таблицам обработки и результаты выбора сведем в таблицу 4.1 проекта. Номера поверхностей взяты с технологического чертежа корпуса (рисунок 1).

Таблица 2 — Методы обработки поверхностей корпуса

Данные методы реализованы при разработке маршрута изготовления детали.

4.2 Разработка технологического маршрута изготовления корпуса

При разработке маршрута в мелкосерийном производстве придерживались следующих правил:

1.Технологические операции разрабатывали по принципу концентрации технологических переходов, т. е. как можно больше поверхностей обрабатывать с одного установа заготовки.

2.Отдавали предпочтение универсальным, координатным, станкам с ЧПУ, обеспечивающие необходимую гибкость производства.

3.Старались шире применять режущий инструмент со сменными многогранными пластинами (СМП) из твердого сплава. Для цельного инструмента (сверл и др.) рекомендуем быстрорежущую сталь Р6М5.

4.Станочные приспособления применяли со сменными установочными элементами и механизированными зажимными устройствами.

Технологический маршрут обработки представлен в таблице 3.

Таблица 3 — Технологический маршрут изготовления корпуса

4.3 Выбор технологических баз

Теоретическая схема базирования выбирается в зависимости от типа детали. Для нашего случая тип детали — диск. Выбирается двойная опорная база, которая лишает заготовку 2 степеней свободы, опорная база — упор, лишающий заготовку ещё одной степени свободы и установочная база, лишающая заготовку 3 степеней свободы. Для обоснования выбранных баз составим таблицу 4.3, в которой покажем по операциям, какие базы используются на операциях.

Таблица 4 — Технологические базы

Примечание: в таблице 4 двойная направляющая база обозначается буквами ДН, опорная — О, установочная — буквами Уст, двойная опорная — ДО.

В качестве черновых технологических баз на первой операции ТП выбираем цилиндрическую поверхность 2 и торец 1, т.к. для обеспечения точности диаметральных размеров и взаимного расположения цилиндрических поверхностей поверхность 2 подходит лучше всех благодаря своим линейным размерам, обеспечивая устойчивое положение заготовки в приспособлении в радиальном направлении. В дальнейшем она будет обработана согласно требованиям чертежа.

Чистовыми базами на токарных операциях 010А, 035 служат:

скрытая технологическая база — ось пов.5, реализуемая при установке заготовки поверхностью 5 в самоцентрирующее устройство;

явная базаторец 6, реализуемая при его контакте с установочным элементом приспособления.

Чистовыми базами на токарных операциях 010Б служат:

скрытая технологическая база — ось пов.29, реализуемая при установке заготовки поверхностью 29 в самоцентрирующее устройство;

явная базаторец 1, реализуемая при его контакте с установочным элементом приспособления.

При фрезеровании детали базами являются:

скрытая технологическая база — ось пов.29, реализуемая при установке заготовки поверхностью 29 в самоцентрирующее устройство;

явная база — торец 1, реализуемая при его контакте с установочным элементом приспособления (такие же, что и на токарной операции).

При растачивании детали, операция 030А, базами являются:

скрытая технологическая база — ось пов.10, реализуемая при установке заготовки поверхностью 10 в самоцентрирующее устройство;

явная база — торец 21, реализуемая при его контакте с установочным элементом приспособления.

При растачивании детали, операция 030Б, базами являются:

скрытая технологическая база — ось пов.29, реализуемая при установке заготовки поверхностью 29 в самоцентрирующее устройство;

явная базаторец 1, реализуемая при его контакте с установочным элементом приспособления.

При шлифовании детали базами являются:

скрытая технологическая база — ось пов.5(29), реализуемая при установке заготовки поверхностью 5(29) в самоцентрирующее устройство;

явная база — торец 6(1), реализуемая при его контакте с установочным элементом приспособления (такие же, что и на токарной операции).

На долбежной операции 075 чистовыми базами служат:

скрытая технологическая база — ось пов.5, реализуемая при установке заготовки поверхностью 5 в самоцентрирующее устройство;

явная база — торец 6, реализуемая при его контакте с установочным элементом приспособления (такие же, что и на токарной операции).

Такой выбор баз наряду с точностью изготовления корпуса обеспечивает требования взаимного расположения его поверхностей.

Условные обозначения принятых черновых и чистовых технологических баз в теоретических схемах базирования на различных операциях ТП изготовления корпуса приведены в плане изготовления (лист 2).

4.4 Назначение операционных технических требований

Технические требования на обработку детали назначаем по таблицам статистической точности размеров и пространственных отклонений [4], исходя из вида обработки, применяемого оборудования, способа обеспечения точности и длины (диаметра) обработки детали.

Технические требования на выполнение технологических операций включают в себя требования к шероховатости, технологические допуски на размеры, форму и расположение поверхностей.

При этом необходимо соблюдать условие:

TA^ОП? _cтА^ОП, (4.4.3)

где TA^ОП — операционный операционный допуск на параметр А;

_cтА^ОП — величина погрешности параметра А, которая может

возникнуть на данной операции при нормальном состоянии

технологической системы (статистическая погрешность).

При назначении операционных допусков на размеры необходимо придерживаться следующих правил:

1) допуск на размер между измерительной базой и обработанной поверхностью ТА^ОП складывается из статистической погрешности получения размера А^оп_ст, пространственных отклонений измерительной базы и погрешности базирования е_БА от несовпадения технологической и измерительной баз (в случае несовпадения баз):

TA^ОП = _cтА^ОП+ + е_БА, (4.4.4)

2) допуск на размер между поверхностями, обработанными с одного установа включает в себя только одну величину статической погрешности.

3) операционные допуски на размеры замкнутых поверхностей складываются из статических погрешностей выполняемых размеров.

Технические требования вносим в графу 4 плана изготовления.

4.5 Оформление технологической документации

Технологическая документация представлена в приложении.

5. Выбор средств технологического оснащения

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) В серийном 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.

При выборе приспособлений будем руководствоваться следующими правилами :

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

б) Приспособление должно обеспечивать надежное закрепление заготовки при обработке.

в) Приспособление должно быть быстродействующим.

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

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

При выборе РИ будем руководствоваться следующими правилами:

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

2) Следует отдавать предпочтение стандартным и нормализованным инструментам.

При выборе средств контроля будем руководствоваться следующими правилами:

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

В серийном производстве следует применять инструменты общего назначения: штангенциркули, микрометры, длинномеры и т. д, реже — специального назначения.

Следует отдавать предпочтение стандартным и нормализованным средствам контроля.

Результаты выбора средств технологического оснащения заносим в таблицу 5.

Таблица 5 — Выбор СТО

6. Разработка технологических операций

Разработка универсально-фрезерной операции

6.1 Выбор станка

Окончательно принимаем широкоуниверсальный инструментальный фрезерный станок 676 [5], с универсальной делительной головкой УДГ-Д-250.

Размер рабочей поверхности стола — 250×630 мм;

Пределы частоты вращения шпинделей, об/мин :

горизонтального — 50…1630

вертикального — 63…2040

Конус отверстия шпинделей — 40;

Габаритные размеры стола — 1200×1225×1758 мм;

Мощность главного электродвигателя — 2,2 квт;

6.2 Выбор последовательности позиций

1. Фрезеровать 1, 2, 3 пазы 20^+0,2 (пов. 14, 19), выдерживая размер 4,4 ^+0,08 (пов. 40, 41). 3 позиции.

2. Фрезеровать пов. ш20,5_-0,1*30 мм (пов. 24), выдерживая размер 4,5_-0,12 (пов. 42, 43 и пов. 40, 41). 6 позиций.

6.3 Выбор режущего инструмента

Вид и размеры режущего инструмента определим по справочнику [5]:

Т1 — шпоночная фреза из быстрорежущей стали, с цилиндрическим хвостовиком, ГОСТ 9140– — 68, Р6М5, Ш4 мм.

Т2 — полукруглая вогнутая фреза из быстрорежущей стали, ГОСТ 9305– — 69, Р6М5, Ш40 мм.

6.4 Расчет режимов резания

Режимы резания рассчитаем по методике.

Переход 1.

Позиции 1−3 .Фрезерование паза 20? 4,4? 6,5 мм (l? b? h).

Глубина резания t= 3 мм.

Подача на один зуб Sz = 0,1 мм/зуб, S = 0,1•2=0,2 мм/об.

Скорость резания:

V=(Cv•D^qv/T^m•t^xv•S_z^yv•B^uv•z^pv)•Kv, (6.1)

где Cv, q, m, y, x, y, u, p — коэффициент и показатели степени, зависящие от условий обработки. При фрезеровании стали с ув= 1180 — 1520МПа фрезой из стали Р6М5, Cv= 46,7, q= 0,45, х=0,5, y=0,5, u=0,1, р=0,1, m=0,33

[5, стр. 442, табл.37];

D — диаметр инструмента;

Т — стойкость инструмента;

S — подача, мм/зуб.

Коэффициент Kv рассчитывается:

Kv= Kмv• Knv• Kuv, (6.2)

где Kмv= С_м(750/ув)^nv= 1(750/1350)^0,9= 0,6 — учитывает качество обрабатываемого материала;

Knv — учитывает состояние поверхности заготовки,

Knv= 0,9;

Kuv — учитывает инструментальный материал;

Kuv= 0,3;

Kv= 0,6• 0,9• 0,3= 0,162.

V= 46,7• 4^0,45 •0,162/60^0,33 •3^0,5•0,1^0,5•4^0,1• 2^0,1= 5,42 м/мин.

Частота вращения шпинделя:

n= 1000•V/ р•d= 1000• 1,4/ 3,14•4= 432 об/мин, по станку n_ст= 450об/мин, Vф= 6 м/мин, Sм= 150мм/мин.

Мощность резания определяют по формуле[5]:

(6.3)

где P_z — сила резания, который рассчитывают по формулам:

(6.4)

здесь S_Z — подача на один зуб инструмента, равная s/z, где z — число зубьев фрезы;

При фрезеровании стали ув= 1350МПа фрезой из стали Р6М5 Cр = 68,2, х=0,86, y=0,72, u=1, w=0, q= 0,86 [5, стр. 444, табл.39];

Примечание: на операции используется СОЖ Афтокат Ф-40 или ВЕЛС1, ВЕЛС 1 М (4…5%).

Переход 2.

Позиции 1−6 .Фрезерование поверхности 32 мм.

Глубина резания t= 2,25 мм.

Подача на один зуб Sz = 0,12 мм/зуб, S = 0,12•15=1,8 мм/об.

Скорость резания:

V=(Cv•D^qv/T^m•t^xv•S_z^yv•B^uv•z^pv)•Kv, (6.1)

где Cv, q, m, y, x, y, u, p — коэффициент и показатели степени, зависящие от условий обработки. При фрезеровании стали с ув= 1180 — 1520МПа фрезой из стали Р6М5, Cv= 44, q= 0,45, х=0,3, y=0,2, u=0,1, р=0,1, m=0,33

[5, стр. 442, табл.37];

D — диаметр инструмента;

Т — стойкость инструмента;

S — подача, мм/зуб.

Коэффициент Kv рассчитывается:

Kv= Kмv• Knv• Kuv, (6.2)

где Kмv= С_м(750/ув)^nv= 1(750/1350)^0,9= 0,6 — учитывает качество обрабатываемого материала;

Knv — учитывает состояние поверхности заготовки,

Knv= 0,9;

Kuv — учитывает инструментальный материал;

Kuv= 0,3;

Kv= 0,6• 0,9• 0,3= 0,162.

V= 44•40^0,45 •0,162/ 60^0,33 •2,25^0,3•0,12^0,2•8,5^0,1• 15^0,1= 7,2 м/мин.

Частота вращения шпинделя:

n= 1000•V/ р•d= 1000• 7,2/ 3,14•4= 573 об/мин, по станку n_ст= 600об/мин, Vф= 8 м/мин, Sм= 200мм/мин.

Мощность резания определяют по формуле[5]:

(6.3)

где P_z — сила резания, который рассчитывают по формулам:

(6.4)

здесь S_Z — подача на один зуб инструмента, равная s/z, где z — число зубьев фрезы;

При фрезеровании стали ув= 1350МПа фрезой из стали Р6М5 Cр = 47, х=0,86, y=0,72, u=1, w=0, q= 0,86 [5, стр. 445, табл.39];

Примечание: на операции используется СОЖ Афтокат Ф-40 или ВЕЛС1, ВЕЛС 1 М (4…5%).

6.5 Расчет норм времени

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;

n — размер партии для запуска (см. раздел 1);

Тшт — штучное время обработки, мин.

Тшт = То + Твс + Тт. о + Тот, (6.6)

где-То — основное время обработки в 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, (6.7)

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 (по нормативам), времени индексации (для агрегатных операций) и из времени холостого хода (по чертежу наладки).

Сумма времен То + Твс называется временем цикла или оперативным:

Топ = То + Твс. (6.8)

Времена Тт. о и Тот по нормативам принимается 7% от Топ.

Расчет:

Переход 1

1−3 позиции: То =3* lр. х/Sм = 3*43/100 =1,29мин, Твс =3*(0,15 + 0,2) = 1,05мин;

Переход 2

1−6 позиции: То =6* lр. х/Sм = 6*36/200 = 1,08мин, Твс = 6*(0,2 + 0,2) = 2,4мин;

Оперативным временем операции считается наибольшее из оперативных времен на каждой позиции.

Переход 1

Переход 2

Основное время на операции: То^опер = 2,37 мин.

Вспомогательное время на операции: Твс = 3,5мин.

Время на техническое обслуживание и отдых будет составлять Тт. о + Тот = 0,07•(То+ Твс) = 0,07•5,87 = 0,41мин.

Штучно-калькуляционное время будет равно

Тп.з = 20мин, n= 47шт/месяц, Тшт = 6,28мин.

Тш.к = Тп. з /n + Тшт = 40/47 + 6,28 = 7,13мин.

Принимаем Тш. к = 7,1мин.

Результаты расчетов представлены на чертеже наладки и операционной карте (см. приложение).

7. Экономическая эффективность проекта

7.1 Исходные данные для экономического обоснования сравниваемых вариантов по всему технологическому процессу

Структуру штучного времени по операциям технологического процесса представим в виде (табл. 7.9; 7.10).

Таблица 6 — Структура штучного времени по операциям технологического процесса

Таблица 7 — Структура штучного времени по операциям технологического процесса (проектный вариант)

Исходные данные по оборудованию, оснастке и инструменту представим в виде (таблица 8; 9).

Таблица 8 — Исходные данные по оборудованию, оснастке и инструменту (базовый вариант)

Таблица 9 — Исходные данные по оборудованию, оснастке и инструменту (проектный вариант)

Исходные данные для экономического обоснования сравниваемых вариантов сносим в таблицу 10.

Таблица 10

7.2 Расчет необходимого количества оборудования и коэффициентов его загрузки

Расчет необходимого количества оборудования проводим в виде таблицы 11.

Расчетное количество основного технологического оборудования по операциям технологического процесса Таблица 11

Дополнительные исходные данные для станков с ЧПУ Среднесуточный запуск деталей

П_сут = П_г/360, шт Базовый и проектный варианты:

П_сут = 10 000/360 = 1,39 >2

7.3 Расчет капитальных вложений (инвестиций)

Таблица 12

7.5 Расчет технологической себестоимости по каждому из вариантов технологического процесса

Таблица 13