Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательноеучреждение высшего профессионального образования
Вятский государственный университет
Кафедра технологииавтоматизированного машиностроенияКонтрольная работа № 2По дисциплине«Технологиямашиностроения»
Киров 2010
Задание на контрольнуюработу №2
Разработкатехнологического процесса механической обработки детали (варианты задания даныв приложении А).
1. Дать краткое описание конструкциидетали, указать материал, его химический состав и механические свойства.
2. Дать анализ технологичностиконструкции детали.
3. Определить такт выпуска и типпроизводства.
4. Разработать технологический процессмеханической обработки детали. Обосновать выбор баз на операциях черновой ичистовой обработки. Выбрать оборудование, приспособления, режущие иизмерительные инструменты, дать их краткую характеристику.
5. В соответствии с правиламиоперационного описания технологического процесса заполнить маршрутную карту, атакже операционные карты и карты эскизов для двух наиболее представительныхопераций (включая первую операцию механической обработки), оформив их набланках технологической документации. Для остальных операций операционныеэскизы привести в пояснительной записке с кратким описанием содержания операции(по правилам маршрутно-операционного описания техпроцесса).
6. Для операций, оформляемых на бланкахоперационных карт, назначить режимы резания по нормативам, указатьприспособления, режущий, вспомогательный и контрольный инструменты. Определитьштучное время. Определить загрузку оборудования.
Таблица1№ варианта Наименование детали Годовая программа выполнения (шт.) № варианта Наименование детали Годовая программа выполнения (шт.) 1 Кронштейн 250 000 6 Стойка 200 000 2 Крышка 250 000 7 Сухарь 250 000 3 Основание 300 000 8 Угольник 300 000 4 Плунжер 200 000 9 Шестерня 200 000 5 Полумуфта 150 000 Шкив 150 000
/>
Рисунок 1 – Эскиз детали
1. Исходные данные
Деталь «Полумуфта» представлена на рисунке 1. Согласнозаданию, она должна быть изготовлена из материала Сталь40Х с упрочняющейтермообработкой.
Таблица 1.1
Химический состав материала Сталь40Х в %Si Mn Cu N S C P Cr 0.17…0.37 0.5…0.8 0…0.3 0…0.008 0…0.035 0.36…0.44 0…0.035 0.8…1.1
Таблица 1.2
Физикомеханические свойства материала Сталь40Х
/>
/>
/>
/>
/>
/> 7850 200 10 45 980 785
Таблица 1.3
Зависимость типапроизводства от объема выпуска (шт.) и массы детали
Масса
детали, кг Тип производства единичное мелкосерийное среднесерийное крупносерийное массовое 20 Годовая программа выполнения – 150000 штук. Масса детали, поданным приложения Компас 3D, G ≈ 0,925кг. Таким образом, согласно данным таблицы 1.3,производство является массовым.
Исходя из названия детали, и принимая во внимание ееконструктивную форму, можно предположить, что плоскость с чистотой обработки Ra1.25 (поверхность К рис.2) являетсяконструкторской базой для детали механизма, находящейся внутри корпуса, стенкакоторого цилиндрической формы центруется отверстием Æ120Н7 и крепится стопорным кольцом.Канавка шириной 2,8+0,3 служит для фиксации стопорного кольца.
Исходя из вышеизложенных предположений, в процессе обработкидетали кроме выполнения допусков размеров и посадок необходимо обеспечитьперпендикулярность плоскости А и поверхности К; симметричность расположенияотверстий Æ8,5относительно оси вращения детали в пределах допуска на размер их межцентровогорасстояния.
Что касается материала, то лучшим вариантом является 40Х,который является достаточно прочным и износостойким для зубчатого зацепления снебольшим модулем, кроме того этот материал подвержен термообработке идостаточно легко обрабатывается резанием.
/>
Рисунок 2 – Расположение поверхностей
2. Анализтехнологичности конструкции детали
2.1 Качественный анализ технологичности
Достоинства:
¾ детальявляется телом вращения и не имеет труднодоступных мест и поверхностей дляобработки;
¾ центральноеотверстие имеет простую цилиндрическую форму;
¾ отверстияП (рис.2) имеют достаточное межцентровое расстояние для обработки их с помощьюмногошпиндельной насадки комбинированным инструментом;
¾ детальпозволяет вести обработку нескольких поверхностей за один установ (намногорезцовых станках);
¾ конструкциядетали обеспечивает свободный подвод и отвод инструмента и СОЖ в зону резания,и отвод стружки;
¾ детальимеет надежные установочные базы, т.е. соблюдается принцип постоянства исовмещения баз;
¾ конструкциядетали достаточно жесткая;
Недостатки:
¾ центральныеотверстия имеют высокий квалитет точности, что потребует двухинструментальнойпоследовательной обработки (черновой и чистовой резец), кроме того, они несквозные, что усложняет обработку;
¾ канавка2,8+0,3 требует обработки специальным резцом;
Вывод: Данная конструкция детали являетсятехнологичной, т.к. удовлетворяет большинству технологических требований.
2.2 Количественныйанализ технологичности
Таблица 2.1
Точность и шероховатостьповерхностей деталиПоверхность Квалитет точности Ra Количество идентичных поверхностей По точности По шероховатости
А
Б
В
Г
Д
Е
Ж
З
И
К
Л
М
Н
О
П(6)
12
12
14
14
7
11
14
8
11
7
12
9
14
8
14
5
10
10
10
1,25
5
40
10
10
1,25
5
10
10
2,5
10
3
3
10
10
2
2
10
2
2
2
3
1
10
2
10
3
13
13
13
2
3
1
13
13
2
3
13
13
1
13
Коэффициент точностирассчитывается по формуле:
/>,(1)
где/>– средняя точность;
/> – точность />той поверхности;
/> – количество поверхностей сидентичной точностью.
Тогда по формуле (1):
/>
Коэффициент шероховатостирассчитывается по формуле:
/>,(2)
где /> – средняяшероховатость;
/> – шероховатость />той поверхности;
/> – количество поверхностей сидентичной шероховатостью.
Тогда по формуле (2):
/>
Вывод: По двум количественным показателямтехнологичности (при сравнении полученных коэффициентов с единицей) детальможно считать технологичной.
3. Определение такта выпуска и типа производства
При отсутствии данных о производстве (как в данном случае)для определения коэффициента закрепления />тип производства определяетсяприблизительно по таблице согласно [1].
При массе детали по данным приложения Компас 3D, G ≈ 0,925 кг и годовой программе выпуска 150000 штук типпроизводства – массовый.
Такт выпуска для массового производства рассчитывается каквремя между выпуском двух следующих друг за другом деталей. Такт выпуска /> (мин)определяется по формуле:
/>,(3)
где/>– действительныйгодовой фонд времени работы оборудования, />;
/> – годовая программа выпускадеталей, штук.
Действительный годовой фонд времени работы оборудования припятидневной рабочей неделе и двухсменной работе принимается равным />
Тогда по формуле 3 получается:
/>
4. Разработкатехпроцесса механической обработки
4.1 Разработкамаршрута обработки и выбор баз на переходах всех операций
Как указано в первой части контрольной работы, обработканаружных цилиндрических поверхностей, а также плоскостей будет производиться наоперации токарная с ЧПУ на станке токарно-винторезном с ЧПУ 16К20Ф3.
Комплектом черновых баз являются поверхности штампованнойзаготовки соответствующие плоской поверхности детали А и наружной шестиграннойповерхности Ж (в данном подразделе номера поверхностей приведены согласнорисунка 2), поскольку поверхность А имеет наибольший размер и при штамповке взакрытом штампе направление конусности, обеспечивающее надежное закрепление.
На первом переходе будут обработаны наружные цилиндрическиеповерхности В и Д, фаски, торцевые поверхности Б, Г и Е, внутренняяцилиндрическая поверхность М – как настроечная база последующего зубодолбления.
Комплектом баз на следующем переходе операции токарная с ЧПУявляются наружная цилиндрическая поверхность В и торцовая поверхность Б.
На данном переходе будут обработаны торцевая поверхность А,внутренние цилиндрические и торцевые поверхности З, К и И, Л соответственно, атакже канавка Н.
Сверление отверстий производится на вертикально-сверлильномстанке 2Н125 с использованием шестишпиндельной насадки через направляющиекондукторные втулки.
Нарезание внутреннего зубчатого венца (поверхность О) будетпроизводиться на операции зубодолбление на зубодолбежном полуавтомате модели5В12.
На данной операции комплектом баз будут являться внутренняяцилиндрическая поверхность З и торцевая поверхность А. Настроечной базой служитповерхность М.
4.2 Разработка технологическогопроцесса обработки детали
Чистовые (черновые) базы
При выборе чистовых базследует иметь в виду, что наибольшая точность обработки достигается при условиииспользования на всех операциях механической обработки одних и тех же базовыхповерхностей. Используем несколько комплектов чистовых баз для обработки детали(Рисунок 3).
/>
Рисунок 3 – Комплекты баз: 1-й и 2-й для токарной обработки,3-й сверловки отверстий и 4-й для долбежки зубчатого венца
Последовательность производимых операций:
005 – 100 Заготовительная
105 Химико-термическая
На данной операции осуществляется закалка заготовки донеобходимой твердости.
110 – токарная с ЧПУ
На этой операции производитсячерновая и чистовая обработка детали с использованием 1-го комплекта баз.
Точить поверхности В, Д иМ с подрезкой торцов Б, Г и Е предварительно и окончательно, снять фаски.
Приспособления:трехкулачковый патрон, комплект кулачков с проточкой.
Р.И.- Резец проходной(2), резец упорный (2), резец расточной (2) (материал резцов Т5К10 — черновая иТ15К6(Т30К4) – чистовая).
В.И.- Резцедержатель.
Станоктокарно-винторезный с ЧПУ 16К20Ф3.
120 – токарная с ЧПУ
На этой операции производитсячерновая и чистовая обработка детали с использованием 2-го комплекта баз.
Точить поверхности З и Кс подрезкой торцов А, И и Л и проточить канавку Н предварительно иокончательно, снять фаски.
Приспособления:трехкулачковый патрон, комплект кулачков.
Р.И.- Резец проходной(2), резец расточной упорный (2), резец расточной канавочный (материал резцовТ5К10 — черновая и Т15К6(Т30К4) – чистовая).
В.И.- Резцедержатель.
Станоктокарно-винторезный с ЧПУ 16К20Ф3.
130 –Вертикально-сверлильная
На этой операции производится сверление 6-и отверстийØ8,5 с использованием специальной шестишпиндельной насадки.
Приспособления: трехкулачковый патрон, комплект кулачков,упор.
Р.И. – сверло Ø8,5 (6 штук) (Р18, Р9)
В.И. — шестишпиндельная насадка
Станок вертикально-сверлильный 2Н125
140 – Зубодолбежная
На этой операции производится нарезание внутреннего зубчатоговенца (поверхность О).
Приспособления: трехкулачковый патрон, комплект кулачков.
Р.И. – долбяк модуль 1,25 (Р18)
Станок зубодолбежный полуавтомат модели 5В12
150 – моечная
Мойка детали производится вмоечной машине.
160 – контрольная.
Контроль производится на столеконтрольном. Объем контролируемых размеров зависит от важности использованияэтих размеров и от метода их получения. Выбранные объёмы контроля размеров исредства его обеспечения приведены в карте контроля комплекта документов.
4.3 Характеристикаприспособлений, режущих и измерительных инструментов
Токарная обработка в обеих позициях и последующие операциипроизводятся в трехкулачковом самоцентирующемся патроне с гидравлическимзажимом. Для первого перехода операции токарная с ЧПУ применяются специальнопроточенные кулачки с углом внутреннего конуса 5° для зажима за штампованную коническую поверхность.
Режущий инструмент, применяемый на всех операциях токарнойобработки за исключением специального резца для обработки канавки шириной 2,8+0,3,является стандартным, оснащенным сменными напайками из твердого сплава. Начерновых переходах применяются пластинки Т5К10, поскольку при точности поковкипо классу Т2 резание будет непрерывным с относительно равномерным сечениемсреза. Из этого же материала будут пластинки для прорезки канавки. На чистовыхпереходах применяются пластинки Т15К6 либо Т30К4.
При обработке шести отверстия диаметром 8,5 мм будетприменяться материал режущего инструмента – Р18. Он позволит вести обработку сболее высокими скоростями резания по сравнению с дешевым сплавом Р6М5.
Сверление будет осуществляться с использованиемшестишпиндельной насадки через направляющие кондукторные втулки, что позволяетвести сверление без специального перехода предварительного центрования.
Нарезание внутреннего зубчатого венца (поверхность О) будетпроизводиться на зубодолбежном полуавтомате модели 5В12 стандартным долбяком изматериала Р18.
Измерительные инструменты в массовом производстве этоисключительно калибры для измерения наружных размеров и пробки для измерениявнутренних цилиндрических поверхностей. Кроме того, специальные калибрыприменяются для контроля размеров фасок и глубины расположения поверхностей.
5. Разработкатехнологической документации
Согласно последовательности операций и переходов, приведеннойв разделе 4 составляется маршрутная карта механической обработки детали«Полумуфта».
Операционные карты и карты эскизов будут составлены дляопераций 110 и 120 токарная с ЧПУ.
Для операции 130 вертикально-сверлильная операционный эскизпредставлен на рисунке 4.
/>
Рисунок 4 – Операционный эскиз к операциивертикально-сверлильная
Краткое описание операции вертикально-сверлильная по правиламмаршрутно-операционного описания (сокращенная запись перехода):
Содержание перехода — Сверлить 6 отверстий Ø8,5одновременно (совместно).
Технологическая оснастка — ПР – патрон трехкулачковый (1);комплект кулачков (1); шестишпиндельная насадка (1); упор (1); ВИ – втулкапереходная (6); РИ – сверло Ø8,5 с коническим хвостовиком ГОСТ 1336-77 Р18;СИ – калибр пробка Ø8,5Н14; штангенциркуль ШЦ250-0,02.
Для операции 140 зубодолбежная операционный эскиз представленна рисунке 5.
/>
Рисунок 5 – Операционный эскиз к операции зубодолбежная
Краткое описание операции зубодолбежная по правиламмаршрутно-операционного описания:
Содержание перехода — Долбить зубчатый венец.
Технологическая оснастка — ПР – патрон трехкулачковый (1);комплект кулачков (1); РИ – долбяк модуль m=1,25 Р18; СИ – зубомер; шаблон.
6. Назначение режимов резания, определение штучного времении загрузки оборудования
Припуски на обработку поверхностей назначаются по ГОСТ7505-89. Исходный индекс – 9. На основании принятых припусков определяютсяисходные размеры заготовки:
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
Допуски на размеры согласно ГОСТ 7505-89:
Æ/>; Æ/>; Æ/>; Æ/>; Æ/>; />; />; />
(из контрольной работы №1 для справки)
6.1 Назначение режимов резания
1. Режимы резания дляоперации 110 токарная с ЧПУ
Исходные данные:
– материал детали Сталь 40Х ГОСТ4543-74;
– поверхность – см. операционный эскиз;
– твердость 33…39 НRС;
– квалитет точности h7÷h14;
– размер обрабатываемой поверхностиØ110 ÷ Ø138;
– резец проходной упорный Т5К10 (T30K4), j=90°, g=10°; резецрасточной Т5К10 (T30K4), j=60°, g=10°;
резец подрезной Т5К10 (T30K4), j=45°, g=10°
– станок токарно-винторезный с ЧПУ16К20Ф3, Рэл.дв.= 10 кВт.
– СОЖ – эмульсия.
Подрезать торец Б.
Так как на данном переходе производится черновая обработка,то слой металла будет сниматься за один ход режущего инструмента.
Глубина резания будет определяться как t = 1,0 мм
При определении подачинужно учитывать то, что производится черновая обработка, то есть глубинарезания большая. Также при черновой обработке не требуется большой классшероховатости, поэтому выбранному типу резца соответствует подача Sтаб= 0,3 мм/об.
Произведем расчётскорости резания
/>,
где Kv– произведение ряда коэффициентов
/>,
K1–коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала.
K1=0,7.
K2–коэффициент, зависящий от периода стойкости и марки материала резца.
Для материала Т5К10 и периода стойкости 60 мин. К2=0,95.
Для материала Т15К6 и периода стойкости 60 мин. К2=1,5
K3–коэффициент, зависящий от вида обработки:
К3=1,05 –поперечное точение; К3=1 — растачивание.
Скорость резанияопределяется исходя из глубины резания, подачи и главного угла в плане резца. />=110 ÷140 м/мин. [1]
В данной задаче
/>=120 м/мин.
Следовательно
/>
Рассчитаем частотувращения
/>,
При d=132,5 мм.
/>
Округляем до ближайшейстандартной частоты вращения станка:
/>
Тогда фактическая скорость вращения:
/>
/>
Аналогично рассчитываем режимы резания для остальныхповерхностей.
Полученные и рассчитанные результаты заносятся в таблицу 6.1.
Таблица 6.1
Расчет режимов резания операция 110.Операция 110:
/>и др.
/>, мм
/> мм/об
/>, мин
/>, м/мин
/>, об/мин Токарная с ЧПУ: Поверхность Б (черновая) 45 1,0 0,3 60 84 200 Поверхность Б (чистовая) 45 0,3 0,2 60 154 360 Поверхность В,(Г) (окончательная) 90 1,2 0,2 60 84 200 Поверхность Д ,(Е) (черновая) 90 1,2 0,3 60 90 200 Поверхность Д ,(Е) (чистовая) 90 0,2 0,2 60 163 360 Поверхность М (черновая) 60 1,0 0,3 60 86,35 250 Поверхность М (чистовая) 60 0,2 0,2 60 150 450
2. Режимы резания для операции 120 токарная с ЧПУ
Расчет режимов резания для данной операции производитсяаналогично предыдущей операции. Результаты вычислений заносятся в таблицу(6.2).
Таблица 6.2
Расчет режимов резания операция 120.Операция 120:
/>и др.
/>, мм
/> мм/об
/>, мин
/>, м/мин
/>, об/мин Токарная с ЧПУ: Поверхность А (черновая) 45 1,0 0,3 60 84 180 Поверхность А (чистовая) 45 0,3 0,2 60 147 315 Поверхность З,(И) (черновая) 90 1,2 0,3 60 84 200 Поверхность З,(И) (чистовая) 90 0,2 0,2 60 154 360 Поверхность К,(Л) (черновая) 90 1,2 0,3 60 83 200 Поверхность К ,(Л) (чистовая) 90 0,2 0,2 60 145 360 Поверхность Н 90 2,8 0,3 60 76 200
6.2 Определение штучного времени
Операция 110:
Основное время для токарной операции определяется по формуле:
/>,(6)
где/>– длина рабочего хода, мм;
/> – длина обрабатываемойповерхности, мм;
/> и />– расстояние на врезание и перебегсоответственно, мм.
Таблица 6.3
Основное время на переходах операции 110 токарная с ЧПУ.№ п/п Вид обработки поверхности
/>, мм n, об/мин
/>, мм/об
/>, мин
/>, мин
1
2
3
4
5
6
7
8
черновая
чистовая
чистовая
черновая
получистовая
чистовая
черновая
чистовая
ББ
В (Г)
Д (Е)
Д (Е)
Д (Е)
М
М
17
17
22
11
11
11
20
20
200
360
200
200
360
360
250
450
0,3
0,2
0,2
0,3
0,2
0,1
0,3
0,2
0,283
0,236
0,55
0,275
0,153
0,306
0,267
0,22 2,29
Основное время на операции «110» токарная с ЧПУ составляет />.
Для обработки всех переходов на операции токарная с ЧПУ приработе на станке 16К20Ф3 справедлива формула штучного времени:
/>,(7)
где/>– время на приемы управления,мин;
/> – время на техническоеобслуживание рабочего места, мин;
/> – время на организационноеобслуживание рабочего места, мин;
/> – время перерывов на отдых, мин.
Согласно [2], определяются компоненты:
Время на включение станка кнопкой />, время на перемещение каретоксуппортов в продольном направлении равно />, время на смену инструмента(резца) равно 0,04 мин (инструмент меняется 6 раз) тогда:
/>
Тогда вспомогательное время составит
/>
Оперативное время:
/>(8)
Время на техническое обслуживание рабочего времениопределяется по формуле:
/>, (9)
где/>– время на смену инструмента иподналадку станка, />;
/> – стойкость резца.
Время на организационное обслуживание составляет /> оперативноговремени и равно 0,039
Время перерывов на отдых составляет /> от основного времени (0,137).
Тогда штучное время на данной операции по формуле 7 с учетом8 и 9 составляет:
/>
Операция 120:
Основное время для токарной операции определяется по формуле:
/>,
где/>– длина рабочего хода, мм;
/> – длина обрабатываемойповерхности, мм;
/> и />– расстояние на врезание и перебегсоответственно, мм.
Таблица 6.4
Основное время на переходах операции 120 токарная с ЧПУ№ п/п Вид обработки поверхности
/>, мм n, об/мин
/>, мм/об
/>, мин
/>, мин
1
2
3
4
5
6
7
8
9
черновая
чистовая
черновая
получистовая
чистовая
черновая
получистовая
чистовая
чистовая
АА
З (И)
З (И)
З (И)
К (Л)
К (Л)
К (Л)
Н
26
26
8
8
8
16
16
16
5
180
315
200
360
360
200
360
360
200
0,3
0,2
0,3
0,2
0,1
0,3
0,2
0,1
0,3
0,48
0,41
0,13
0,11
0,22
0,27
0,22
0,45
0,09 2,38
Основное время на операции «120» токарная с ЧПУ составляет />.
Для обработки всех переходов на операции токарная с ЧПУ приработе на станке 16К20Ф3 справедлива формула штучного времени:
/>,
Согласно [2], определяются компоненты:
Время на включение станка кнопкой />, время на перемещение каретоксуппортов в продольном направлении равно />, время на смену инструмента(резца) равно 0,04 мин (инструмент меняется 5 раз) тогда:
/>
Тогда вспомогательное время составит />
Оперативное время:
/>
Время на техническое обслуживание рабочего времениопределяется по формуле:
/>,
где/>– время на смену инструмента иподналадку станка, />;
/> – стойкость резца.
/>
Время на организационное обслуживание составляет /> оперативноговремени и равно 0,04
Время перерывов на отдых составляет /> от основного времени (0,143).
Тогда штучное время на данной операции по формуле 7 с учетом8 и 9 составляет:
/>
6.3 Определение загрузки оборудования
Загрузка станков /> (токарного станка 16К20Ф3) будетопределена по формуле:
/> (10)
Тогда по формуле 10 загрузка токарного станка 16К20Ф3(операция 110):
/>
Операция 120 составит:
/>
Отсюда следует вывод, что для производства данного количествадеталей и равномерной загрузки оборудования необходимо использовать пятьстанков, причем один станок будет задействован на обеих операциях.
Библиографический список
1. Ю.И. Кувалдин, В.Д. Перевощиков, А.Ю.Вылегжанин. / Технология машиностроения: Методические указания для выполненияконтрольных работ. – Киров: Изд-во ВятГУ, 2004. — 64 с.
2. Горбацевич А.Ф., Шкред В.А. /Курсовоепроектирование по технологии машиностроения: Учебное пособие длямашиностроительных специальностей вузов. — 4-е изд., перераб. и доп. — Мн.:Высш. Школа, 1983. — 256 с., ил.
3. Справочник технолога-машиностроителя.В 2-х т. Т. 1 /Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. 4-е изд., перераб. идоп. – М.: Машиностроение, 1985. 656 с., ил.
4. Справочник технолога-машиностроителя.В 2-х т. Т. 2 /Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. 4-е изд., перераб. идоп. – М.: Машиностроение, 1986. 496 с., ил.