Введение
Технический прогресс вмашиностроении характеризуется не только улучшением конструкций машин, но инепрерывным совершенствованием технологии их производства. В настоящее времяважно качественно, дешево и в заданные плановые сроки с минимальными затратамиживого и материального труда изготовить машину, применив современноевысокопроизводительное оборудование, инструмент, технологическую оснастку,средства механизации и автоматизации производства. От принятой технологиипроизводства во многом зависят долговечность и надёжность работы выпускаемыхмашин, а также экономика их эксплуатации. Совершенствование технологиимашиностроения определяется потребностями производства необходимых обществумашин. Вместе с тем развитие новых прогрессивных технологических методовспособствует конструированию более совершенных машин, снижению их стоимости иуменьшению затрат труда на их изготовление.
Массовыйвыпуск машин стал возможен в связи с развитием высокопроизводительных методов ипроцессов производства, а дальнейшее повышение быстроходности, точности,мощности, рабочих давлений, температур, коэффициента полезного действия,износостойкости и других показателей работы машин было достигнуто в результатеразработки новых технологических методов и процессов. Общая компоновка иконструктивное оформление машины оказывает существенное влияние на технологиюеё производства. Общепризнано, что разработку конструкции машины нельзяпроводить без учёта технологии производства её изготовления.
Окончательное развитиепрогрессивного оборудования — безлюдное производство, что обеспечивает болееточное и качественное изготовление продукции, позволяющее работать смаксимальной производительностью труда.
Одной из главных задачтехнологии машиностроения является изучение закономерностей протеканиятехнологических процессов и выявление тех параметров, воздействие на которыенаиболее эффективно для повышения точности производства.
1. Описаниеизделия
Деталь «Полумуфта» входит в состав компрессора 16ГЦ2-340/25-56.
Компрессор предназначен для сжатия газа до необходимого давления иподачи его в нагнетательный трубопровод.
Компрессор предназначен для установки в газоперекачивающий агрегат типаГПА‑Ц-16. Агрегат представляетсобой блочный, комплектный, автоматизированный агрегат с приводом отсинхронного трёхфазного электродвигателя типа СТДП-6300-2Б-УХЛ4 мощностью 16000кВт. предназначенный для компримирования природного газа.
Центробежный компрессор имеет вертикальный разъем корпуса. Длинакорпуса 2800 мм. В компрессоре установлены масляные уплотнения.
Параметры компрессора приведены в таблице 1.1
Таблица 1.1 – Параметры компрессораНаименование параметра, единица измерения Значение параметра 1 Производительность, приведенная к температуре 293°К (+20°С) и давлению 0,101 МПа (1,033 атм), м3/с, (млн.м3/сутки), не менее 148,52 (12,832) 2 Производительность по условиям всасывания, м3/c (м3/мин), не менее 5,644 (338,64) 3 Давление начальное, номинальное, абсолютное, МПа (кгс/см2) 2,495 (25,43) 4 Конечное давление нагнетания, абсолютное, МПа (кгс/см2) 5,49 (56,0) 5 Отношение давлений, расчетное, не менее 2,2 6 Политропный КПД газового компрессора, %, не менее 80 7 Количество ступеней сжатия 4 8 Температура газа на всасывании К (°С) 288 (15) 9 Повышение температуры газа в газовом компрессоре на номинальном режиме, расчетное, 0С 74 10 Рабочий диапазон частот вращения ротора компрессора, с-1 (об/мин) 60,7 – 91 (3640 — 5460) 11 Масса компрессора, т 33,0
/>
1-кожух; 2-датчик вибрации; 3-подшипник опорный; 4-корпус; 5-крышка; 6-кольцо уплотнительное; 7-уплотнение; 8‑ротор; 9-корпус внутрений; 10-камера; 11-улитка; 12-втулка; 13-крышка; 14,15-кольцо разрезное; 16-шпилька; 17‑подшипник опорно-упорный; 18-датчик осевого сдвига; 19-блок маслонасосов, 20-аппарат входной направляющий, 21‑камера всасывающая.
Рисунок 1.1 – Компрессор 16ГЦ2-340/25-56
Описание компрессора 16ГЦ2-340/25-56
Наружный корпус 4 компрессорапредставляет собой стальной цилиндр. Всасывающий и нагнетательный патрубкирасположены на боковой поверхности цилиндра. К нижней части цилиндра привареныопорные лапы.
С обоих торцов корпус закрыт стальными коваными крышками 5 и 13,которые зафиксированы в корпусе сегментными разрезными кольцами 14 и 15 ишпильками 16. В крышках размещены функциональные масляные и газовые каналы,имеющие выход на наружный торец крышек для подсоединения фланцев трубопроводов.
Герметизация внутренних полостей проточной части обеспечивают концевыеуплотнения 7 вала ротора, расположенные в центральной части крышек и резиновыеуплотнительные кольца 6.
На торцевой крышке 13 закреплены улитка 11 и камера 10. Улитка и камераобразуют совместно с внутренней частью крышки сборную камеру. Сборная камераобеспечивает снижение скорости газового потока, выходящего из диффузора, ирадиальный выход его через нагнетательный патрубок.
Камера всасывающая 21 и аппарат входной направляющий 20 установлены накрышке 5. Камера всасывающая и аппарат входной направляющий обеспечиваютплавный вход газа в колесо первой ступени.
На улитке закреплена втулка 12, образующая с думмисом лабиринтноеуплотнение.
Задуммисная полость А соединена трубопроводом с полостью всасывания В.Это уменьшает величину осевой газодинамической силы.
В корпусе компрессора на двух подшипниках, опорном 3 и опорно-упорном17, установлен ротор 8.
Подшипники закреплены на торцевых крышках 5, 13 и закрыты кожухами,которые образуют подшипниковые камеры с горизонтальным разъемом. Вподшипниковых камерах происходит сбор и организация слива отработанного маслаиз подшипников и уплотнений.
На кожухе опорно-упорного подшипника закреплен блок маслонасосов 19,состоящий из насоса системы смазки и насоса системы уплотнений.
Виброперемещение ротора контролируют датчики вибрации 2. Осевоеперемещение ротора контролирует датчик осевого сдвига 18.
2. Описаниедетали
2.1 Назначение детали
Данная деталь относится кдеталям типа втулка. По конструкции втулки делятся на гладкие, с буртиком, сфланцем, разрезные и т.п. Главное требование, предъявляемое к подобным деталям,состоит в достижении концентричности наружных и внутренних поверхностей втулоки перпендикулярности торцов к оси центрального отверстия. Достижениеконцентричности может быть обеспечено различными способами механическойобработки заготовки, а это, в свою очередь, сказывается на выборе черновых базмеханической обработки и на распределение припусков при проектированиизаготовки.
/>
Рисунок 1.2 – Деталь«Полумуфта»
Деталь «Полумуфта» входитв сборочную единицу «Ротор».
Полумуфтапредназначена для передачи крутящего момента от вала привода на вал роторапосредством зубчатого соединения.
Деталь 1 базируется навалу ротора 2 и фиксируется круглой гайкой 7 и отгибной шайбой 6. Соединениедетали с приводом осуществляется через обойму 3, пальцы 4 и гайки 5 (см.рисунок 1.3)
/>
Рисунок 1.3 – Деталь всборочной единице «Ротор»
Поверхности детали«Полумуфта» предназначены:
— внутренний диаметр Æ115Н7 предназначен для базирования на поверхности валаротора;
— внутренний диаметр Æ132Н7 предназначен для базирования на поверхности валаротора;
— наружный диаметр Æ335js6 и торец Æ405/Æ335js6, l5 предназначен для базирования детали к обойме;
— поверхности зубьев Æ120Н9/Æ131,25Н9 служат дляпередачи крутящего момента от полумуфты к ротору;
— 2 отв. М10 -7Нпредназначены для установки отжимных винтов;
— 18 отв. Æ14Н7 предназначены для прикрепления полумуфты к обоймепальцами и гайками.
Остальные поверхностиявляются свободными, т.е. в процессе работы не контактируют с другими деталями.
2.2 Анализ детали натехнологичность
Показатели технологичностиделятся на качественные и количественные.
К качественным показателямотносятся следующие факторы:
— материал детали;
— базирование и закрепление;
— простановка размеров;
— допуски формы ирасположения;
— взаимозаменяемость;
— нетехнологичныеконструктивные элементы.
К количественным показателямтехнологичности относятся:
— коэффициент использованиязаготовки и материала;
— коэффициент точности;
— коэффициент шероховатости;
— себестоимость;
— коэффициент унификации.
Технологичной считается таконструкция, обработка которой возможна с максимальной производительностьютруда и минимальной себестоимостью.
2.2.1 Качественная оценка технологичности конструкции
Материал детали –углеродистая качественная Сталь40 ГОСТ 1050-88.
Назначение – оси, коленчатыевалы, вал-шестерни, штоки, шестерни, бандажи, детали турбин, детали арматуры,шатуны, шпиндели, звездочки, распределительные валики, болты, головкицилиндров, шпонки, фрикционные диски, плунжеры, крепежные детали котлов итрубопроводов ТЭС и АЭС, паровых и газовых турбин, корпусные детали газовыхтурбин, цельнокованые валы гидравлических турбин.
Заменитель – Сталь35,Сталь45, Сталь40Г.
Химический состав стали [2с.93] см. таблицу 1.2.
Таблица 1.2 — Химическийсостав стали, %C Si Mn S P Cr Ni As N Cu не более 0,37-0,45 0,17-0,37 0,5-0,8 0,040 0,035 0,25 0,30 0,08 0,008 0,30
Механические свойствастали [2 с.94] см. таблицу 1.3.
Таблица 1.3 — Механические свойства сталиs0,2 Н/мм2 sВ Н/мм2 d5 % y % КСU, Дж/см2 НВ 245 470 17 35 34 143 – 179
Технологические свойствастали:
Температура ковки, °С: начала 1250, конца 900. Сечения до350 мм охлаждаются на воздухе.
Свариваемость — ограниченосвариваемая. Способы сварки: РД, РАД, АФ,
МП, ЭШ. Сварныесоединения в зоне термического влияния обладают пониженной стойкостью к МКК иобщей коррозии, поэтому после сварки необходим отпуск при 680-700°С в течении 30-60 мин.
Обрабатываемость резанием- в закаленном и отпущенном состоянии при НВ 170 и, sВ =530Н/мм2; КVтв. сплав=1,2; КVб. ст.=1,05.
Флокеночувствительность –не чувствительна.
Склонность к отпускнойхрупкости – не склонна.
Деталь имеет отношение L/D
На основанииизучения рабочего чертежа детали можно сделать следующий вывод: на чертежедеталь представлена одной проекцией, что является вполне достаточно, т.к.«полумуфта» — представляет собойтело вращения. Чертеж детали имеет достаточное количество видов, разрезов исечений, дающих полное представление о форме детали. Все поверхности деталиобразмерены, указана их точность и шероховатость. Простановкаразмеров правильна и удобна для чтения чертежа. Чертеж детали «полумуфта»соответствует требованиям ЕСКД.
Обеспечение требованийдопусков формы и взаимного расположения достигается на операциях конечнойобработки с соблюдением принципов постоянства и совмещения баз, благодарявыбору высокоточных, прогрессивных станочных приспособлений, сводящихпогрешность установки к минимальным значениям.
На чертеже нет жесткихдопусков расположения отверстий. Допуски радиального и торцового биения, атакже допуск параллельности отверстий относительно внутреннего отверстия 0,02 и0,03 мм достигаются благодаря принципам совмещения и постоянства баз.
Нетехнологичнымиконструктивными элементами данной детали являются конусные поверхности Æ155/Æ170 l68, Æ170/Æ362 l34, R15, а также торцевое углубление Æ320 l15, Æ150 l37 под углом 150, R5, R15.Они получаются с помощью станков с ЧПУ.
2.2.2 Количественнаяоценка технологичности конструкции
Коэффициентыиспользования заготовки и материала для базового и предлагаемого технологическихпроцессов определяются в пункте 4.
Для расчета коэффициенташероховатости и коэффициента точности необходимо составить таблицу, в которойбудет указаны характеристики (параметр шероховатости и квалитет точности)поверхностей детали.
Таблица1.4 — Характеристикаповерхностей деталиНаименование поверхности
Количество
поверхностей
Параметр шероховатости
Ra, мкм Квалитет точности Æ405 1 6,3 14 Æ362 1 6,3 14 Æ335 1 1,6 6 Æ320 1 6,3 14 Æ134 1 6,3 14 Æ132 1 6,3 14 Æ132 1 1,6 7 Æ131,25 1 6,3 9 Æ120 1 1,6 9 Æ115 1 1,6 7 конус Æ150Ð15° 1 6,3 14 конус Æ155/Æ170 L68 1 6,3 14 конус Æ170/Æ362 L34 1 6,3 14 конус L37/ L15 1 6,3 14 торец L125 2 6,3 14 торец L5 1 1,6 14 торец L14 1 6,3 14 торец L20 1 6,3 14 торец L6 1 6,3 14 торец L70 1 6,3 14 торец L10 1 6,3 14 R15 2 6,3 14 R5 1 6,3 14 R2 4 6,3 14 Фаска 1x45° 9 6,3 14 М12 2 3,2 7 отверстие Æ14 18 0,8 7 итого 58 236,7 640
После составления таблицыпо формулам определяются коэффициенты шероховатости и точности.
Коэффициент шероховатостиопределяется по формуле:
/>, (1.1)
где Аср - среднее арифметическое значениешероховатости, по данным таблицы 2.3, Аср=236,7/58=4,08 мкм.
/>= 0,25
Так как коэффициентшероховатости получился меньше, чем 0,32, то значит, что по данному критериюдеталь технологична.
Коэффициент точностиобработки определяется по формуле:
/>, (1.2)
где Бср - среднее арифметическое значениеквалитета точности, по данным таблицы 2.3, Бср=640/58=11,03.
/>= 0,91
Таккак коэффициент точности получился больше, чем 0,8, то значит, что по данномукритерию деталь технологична.
Из анализа детали натехнологичность можно сделать вывод, что она технологична.
полумуфта заготовка резание технологический
3.Характеристика типа производства
Тип производства исоответствующая ему форма организации работ определяет характертехнологического процесса и его построение.
Исходя из годовойпрограммы выпуска N=1400 шт. и массыдетали m=22.5кг определяется типпроизводства, в котором изготавливается деталь — среднесерийный – по [3 стр.24,т.3.1]
Среднесерийноепроизводство характеризуется ограниченной номенклатурой изделий,изготавливаемых или ремонтируемых, периодически повторяющимися партиями исравнительно большим объемом выпуска и является основным типом современногомашиностроительного производства. Предприятиями этого типа выпускается внастоящее время 75-80% всей продукции машиностроения Украины. Потехнологическим и производственным характеристикам среднесерийное производствозанимает промежуточное место между единичным и массовым производством. Всреднесерийном типе производства используются универсальные испециализированные, частично специальные станки, которые располагаются впоследовательности технологического процесса для одной или нескольких деталей,требующих одинакового порядка обработки, в той же последовательности образуетсяи движение деталей.
Производство идетпартиями, причем детали каждой партии могут несколько отличаться одна от другойразмерами или конструкцией, допускающими обработку на одном и том же оборудовании.Производственный процесс ведется таким образом, что после выполнения обработкизаготовок на одной операции производится обработка этой же партии на следующейоперации. При среднесерийном типе производства широко используются станки счисловым программным управлением, обрабатывающие центры, а так же находятприменение гибкие автоматические системы станков с ЧПУ. Переналадка станков,приспособлений и инструментов, а также перестройка производственного процессапри переходе на обработку других разновидностей сходных деталей обеспечиваютсяпредварительной технологической подготовкой. Средняя квалификация рабочих присреднесерийном типе производства выше, чем в массовом производстве, но ниже,чем в единичном. Наряду с рабочими высокой квалификации, работающими на сложныхуниверсальных станках, и наладчиками используются рабочие-операторы невысокойквалификации, работающие на настроенных станках. Технологическая документация итехническое нормирование подробно разрабатываются для наиболее сложных иответственных заготовок при одновременном применении упрощенной документации иопытно-статистического нормирования простейших заготовок.
4.Выбор и технико-экономическое обоснование метода получения заготовки
4.1 Базовый методполучения заготовки
Заводской метод получениязаготовки — поковка кованная на молотах.
Процесс ковки состоит изнескольких этапов: нагрева металла, выполнение кузнечных операций, термическойобработки. При ковке используют универсальный инструмент и оборудованиевозвратно-поступательного периодического действия. Термическая обработка –нормализация, применяется для измельчения зерен, повышения прочности, дляуменьшения внутренних напряжений. Механические свойства будут ниже, авероятность образования закалочных трещин будет меньше.
Ковка на молотеэкономически целесообразна в единичном производстве. При ковке на молотахвозможно регулирование энергии удара, слабые удары могут быть нанесены сповышенной частотой. Деформирование осуществляется за несколько ударов.
Недостатком ковки намолотах является то, что молоты имеют малый кпд (не более 30%). Онинеэкономичны при изготовлении мелких и средних поковок. Высокая стоимостьмолотовых установок связана с использованием котельных или компрессорныхстанций и громоздких фундаментов. Ковку на молотах характеризует невысокаяпроизводительность труда, невысокая точность размеров поковок, большой расходметалла на напуски от штамповочных уклонов.
Для изготовления деталитипа полумуфта принимается тип поковки — втулка с уступом и с отверстием,изготовляемая в подкладных кольцах по
[5 с.5, т.1]. Дляпроверки правильности выбора типа поковки необходимо проверить соотношениеразмеров, показанных на рисунке 1.4. Необходимо выполнение следующихсоотношений (размеры берутся с чертежа детали):
1) h£D1 соотношение выполняется 23
2) h
3) D1-D2³0,2×D1 соотношение выполняется 235>81.
/>
Рисунок 1.4 — Эскиз поковкивтулки с уступом и с отверстием
Так как соотношения размеровправильны, то, следовательно, выбранный тип поковки верный.
Припуски и предельныеотклонения на размеры детали назначаются по [5 с.26, т.12].:
— на диаметр Ø405 мм.припуск и предельное отклонение — 17± 6 мм;
— на диаметр Ø170 мм.припуск и предельное отклонение — 13± 4 мм;
— на диаметр Ø155 мм.припуск и предельное отклонение — 13± 4 мм;
— на диаметр Ø115 мм.припуск и предельное отклонение — 18± 4 мм;
— на общую высоту 125 мм.припуск и предельное отклонение — 12± 3 мм;
— на высоту фланца 23 мм.припуск и предельное отклонение — 12± 3 мм;
Окончательно размеры поковкиопределяются по формуле:
/>, (1.3)
Где: /> - i-й размер заготовки, мм;
/> - i-й размер детали, мм;
/> - припуск насоответствующий i-й размер детали, мм;
/> - предельныеотклонения на соответствующий i-й размер детали, мм.
Расчёт размеровзаготовки выполняется табличным способом, результаты вычислений приведены втаблице 1.5
Так как изпоковки требуется отрезать образец в=20, плюс припуск на отрезку, значит длинапоковки L=125+12+20+11=168 мм, тогда высота фланца l=23+12+20+11=66мм.
Таблица1.5 –Результаты вычислений размеров заготовкиРазмер детали, мм Припуск и предельные отклонения, мм Размер заготовки, мм Ø405 17± 6 Ø422 Ø170 13± 4 Ø183 Ø155 13± 4 Ø168 Ø115 18± 4 Ø97 L125 12± 3 L168 L23 12± 3 L66
Отверстие впоковке выполнимо, т.к. выполняется условие H/d
168/97
Окончательные размерыпоковки с назначенными на нее основными припусками приведены на рисунке 1.5
/>
Рисунок 1.5 — Эскизпоковки кованной на молотах
Масса кованнойзаготовки:
М3=ρVобщ (1.4).
где:
ρ –плотность материала, ρ=7,85 г/см3.
Vобщ – общий объёмзаготовки, см3
Vобщ= (V1+V2+V3)- V4 (1.5)
Объем дляцилиндра:
V=/> (1.6)
V1=/>= 9,227 см3 V4=/>= 1,241 см3
Объем дляусеченного конуса:
V=/> (1.7)
V2=/>=2,57 см3
V3=/>=1,646 см3
По формуле 1.5общий объём детали:
Vобщ=(9.227+2.57+1.646)-1.241=12,202 см3
По формуле 1.4масса кованой заготовки:
М3=/>=95,8кг.
Коэффициент использования заготовки определяется поформуле:
/>, (1.8)
где mД - масса детали, mД=22,5 кг
/>= 0,235
Коэффициент использованияматериала определяется по формуле:
/>, (1.9)
где mОПЗ - масса отходов производствазаготовки, для поковок кованных mОПЗ=1¸3%mЗ, mОПЗ=1,916 кг.
/>= 0,23
4.2 Предлагаемый методполучения заготовки
В зависимости от материаладетали, типа производства, размеров и конфигурации детали предлагаемый методполучения заготовки: поковка штампованная на кривошипном горячештамповочномпрессе (КГШП).
Этот метод отличаетсяболее высокой стоимостью, но приспособлен для высокомеханизированного иавтоматизированного производства поковок, допускает эксцентричное расположениеручьев в штампе, который снабжен верхним и нижним выталкивателем.
При штамповке на КГШПполучают поковки более близкие по форме к готовой детали, с более точными размерамичем при штамповке на молотах. Более совершенная конструкция штамповобеспечивает меньшую величину смещения половин штампа, уменьшения припусков (на20 – 30%), напусков, штамповочных уклонов (в 2 – 3 раза), допусков, и какследствие – увеличение коэффициента использования металла.
Для определения припусковтабличным способом проводятся следующие расчеты по [6]:
Класс точности поковки — Т4 [с.28, т.19, пр.1].
Группа стали – М2 [с.8,т.1].
Коэффициент дляопределения ориентировочной массы поковки КР=1,6 [с.31, т.20, пр.3].
Ориентировочная (расчетная) массапоковки определяется по формуле:
/>, (1.10)
/>= 36 кг.
Дляопределения степени сложности необходимо определить отношение массы GП поковки к массе GФ геометрической фигуры.
Масса геометрическойфигуры (цилиндра) определяется по формуле:
/>, (1.11)
где: D — диаметр цилиндра D=/>=0,425м;
H высота цилиндра, Н=/>=0,131 м.
/>=145,8 кг.
Тогда отношение фигур GП /GФ=36/145,8=0,247.
Степень сложности — С3[с.29, пр.2].
Исходный индекс — 18[с.10, т.2].
Конфигурация поверхностиразъема штампа — П (плоская) [с.8, т. 1].
Зная исходный индекс,размеры поверхностей и параметр шероховатости Ra,который необходимо достичь после механической обработки, определяются основныеприпуски на механическую обработку [с.12, т.3], допуски и допускаемыеотклонения линейных размеров [с.17, т.8].
Основные припуски наразмеры (на сторону), мм:
— на диаметр Ø405мм. и шероховатость поверхности Ra=6,3 мкм – 4,3мм
— на диаметр Ø362мм. и шероховатость поверхности Ra=6,3 мкм – 3,8мм
— на диаметр Ø170мм. и шероховатость поверхности Ra=6,3 мкм – 3,5мм
— на диаметр Ø155мм. и шероховатость поверхности Ra=6,3 мкм – 3,2мм
— на диаметр Ø115мм. и шероховатость поверхности Ra=1,6 мкм – 3,2мм
— на высоту 125 мм. ишероховатость поверхности Ra=6,3 мкм – 3,2мм
— на высоту 23 мм. ишероховатость поверхности Ra=6,3 мкм – 2,7мм
Дополнительные припуски,учитывающие:
— смещение по поверхностиразъема штампа — 0,4 мм [с.14, т.4];
— изогнутость, отклоненияот плоскостности и прямолинейности — 0,5 мм [с.14, т.5];
Расчёт размеровзаготовки выполняется табличным способом, результаты вычислений приведены втаблице 1.6
Так как изпоковки требуется отрезать образец в=20, плюс припуск на отрезку, значит длинапоковки L=125+6,4+20+11=164,2 мм, тогда высота фланца l=23+3,2+2,7+20+11=60,8мм.
Таблица1.6 –Результаты вычислений размеров заготовкиРазмер детали
Основной
припуск
Дополнительный
припуск
Расчетный
размер заготовки
Допуск и предельные
отклонения Принятый размер заготовки Ø405 4,3 0,4;0,5 Ø415,4
/>
Ø415 /> Ø362 3,8 0,4;0,5 Ø371,4
/>
Ø371 /> Ø170 3,5 0,4;0,5 Ø178,8
/>
Ø179 /> Ø155 3,2 0,4;0,5 Ø163,2
/>
Ø163 /> Ø115 3,2 0,4;0,5 Ø106,8
/>
Ø107 /> L125 3,2 0,4;0,5 L164,2
/>
L164 /> L23 2,7 0,4;0,5 L60,8
/>
L61 />
Допускаемая высотаторцового заусенца, образовавшегося по контуру пуансона при штамповке взакрытых штампах — 8 мм [с.22, т.11].
Допускаемое отклонение поизогнутости, от плоскостности и от прямолинейности — 1,0 мм [с.23, т.13].Данная величина не учитывает перепады по высоте, толщине и ширине поковки.
Допускаемое отклонение отконцентричности пробитого отверстия относительно внешнего контура поковки — 1,5мм [с.23, т.12]. Допускаемое отклонение от концентричности пробитого отверстиясоответствует началу пробивки (со стороны входа пуансона в поковку). В концепробивки (со стороны выхода пуансона) это отклонение может быть увеличено на25%.
На поковках,изготовленных на кривошипном горячештамповочном прессе, штамповочный уклон недолжен превышать на наружные поверхности — 5°, на внутренние поверхности — 7°. Радиус закругления наружных углов – 5 мм.
/>
Рисунок 1.6 — Эскиз поковкикованной на КГШП
Массаштампованной заготовки:
По формуле 1.6объем цилиндра
V1=/>= 8,07 см3
V4=/>= 1,48 см3
По формуле 1.7объем усеченного конуса
V2=/>=2,1 см3
V3=/>=1,52 см3
По формуле 1.5общий объём детали:
Vобщ=(8,07+2,1+1,52)-1.48=10,21 см3
По формуле 1.4масса кованой заготовки:
М3=/>=80,1кг.
Коэффициент использования заготовки определяется поформуле (1.8):
/>= 0,28
Коэффициент использования материала определяется поформуле (1.9)
для штамповок на КГШП mОПЗ=2%× mЗ=2%×80,1=1,602 кг
/>= 0,275
Коэффициенты использования заготовки иматериала ниже коэффициентов, предусмотренных стандартом ЕСТП, так как иззаготовки требуется изготовить образец, что влияет на массу получаемой поковки.
Выгодней использовать заготовку — поковкуштампованную на кривошипномгорячештамповочном прессе, чем поковкукованную на молотах, т.к. коэффициенты использования заготовки и материала впервом случае ниже, чем те же коэффициенты во втором случае.
5.Расчет припусков аналитическим методом
Величина припуска влияетна себестоимость изготовления детали. При увеличенном припуске повышаютсязатраты труда, расход материала и другие производственные расходы, а приуменьшенном приходится повышать точность заготовки, что также увеличиваетсебестоимость изготовления детали.
Для получения деталейболее высокого качества необходимо при каждом технологическом переходемеханической обработки заготовки предусматривать производственные погрешности,характеризующие отклонения размеров, геометрические отклонения формыповерхности, микронеровности, отклонения расположения поверхностей. Все этиотклонения должны находиться в пределах поля допуска на размер поверхностизаготовки.
Аналитический методопределения припусков базируется на анализе производственных погрешностей,возникающих при конкретных условиях обработки заготовки.
Согласно заданияпроизводится расчет припусков аналитическим методом для внутренней поверхноститела вращения Ø132Н7. Маршрут обработки данной поверхности выбирается по[7 с.11, т.4] и сводится в таблицу 1.7.
Таблица 1.7 — Маршрутобработки поверхности Ø 132Н7Наименование операции (перехода) Квалитет точности IT Параметр шероховатости Ra, мкм Заготовительная IТ16 50 Растачивание черновое H12 25 Растачивание чистовое H9 6.3 Растачивание тонкое H7 3.2
Величина минимальногоприпуска при обработке наружных и внутренних поверхностей (двустороннийприпуск) определяется по формуле:
/>, (1.12)
где: Rzi-1 - высота микронеровностей профиля на предшествующем переходе(операции), мкм;
hi-1 – глубина дефектного поверхностного слоя напредшествующем переходе (операции) (обезуглероженный или отбеленный слой), мкм;
ri-1 -суммарные значения пространственных отклонений формы на предшествующем переходе(операции), мкм;
eуi – погрешность установки заготовки навыполняемом переходе (операции), мкм.
Высота микронеровностейRz и глубина дефектного слоя h выбираются по таблицам [7]:
— для заготовки [с.186,т.12]: Rz=250 мкм; h=300 мкм;
— по переходам [с. 188,т.25]:
а) для черновогорастачивания: Rz=50 мкм; h=50 мкм;
б) для чистовогорастачивания: Rz=25 мкм; h=25 мкм;
в) для тонкогорастачивания: Rz=5 мкм; h=5 мкм.
Суммарное значениепространственных отклонений формы заготовки при обработке в патроне отверстийопределяется по формуле:
/>, (1.13)
где: rсм - допускаемая погрешность поковки посмещению осей фигур, по [8 с.169, т.6]: rсм=1300 мкм;
rкор - допускаемая погрешность поковки покороблению, по [8 с.169, т.6]: rкор =900 мкм.
/>мкм.
Величина остаточногосуммарного значения пространственных отклонений формы заготовки послевыполнения перехода (операции) определяется по формуле:
/>, (1.14)
где: Ку - коэффициент уточнения
Коэффициент уточнениявыбирается по [8 с.190, т.29]:
— для чернового растачивания:Ку=0,06;
— для чистовогорастачивания: Ку=0,05;
— для тонкогорастачивания: Ку=0,04.
Тогда суммарные значенияпространственных отклонений формы по переходам равны:
/>=95 мкм;/>
/>=79 мкм;/>
/>=63 мкм;/>
Требуемое положениезаготовки в рабочей зоне станка достигается в процессе ее установки. Процессустановки включает базирование и закрепление. Отклонение в положении заготовки,возникающее при базировании, называется погрешностью базирования eб, а при закреплении — погрешностьюзакрепления eз.
Погрешность установки eу определяется по формуле:
/>. (1.15)
При укрупненных расчетахточности обработки погрешность eу, соответствующую формуле (1.15), можно определить потаблицам:
— для заготовки: eу=120 мкм; [7 с.42, т.13]
— для черновогорастачивания: eу=110 мкм; [7с.138, т.5]
— для чистовогорастачивания:: eу=70 мкм;
— для тонкогорастачивания: eу=40 мкм.
Элементы припусказаносятся в таблицу 1.7.
Подставив выбранные (Rz, h и eу) и рассчитанные (r) значения в формулу (1.12)определяются минимальные припуски на соответствующих переходах:
/>=4270 мкм;
/>=436 мкм;
/>= 277 мкм;
Допуск заготовки dзаг определен в п.4,2 и равен dзаг=5,0 мм (ES=1,7 мкм; EI=3,3мкм).
Допуски по переходамопределяются по [9]:
— для растачиваниячернового Н12: dчерн=0,4 мм (ES=0,4мм; EI =0 мм);
— для растачиваниячистового Н9: dчист=0,1 мм (ES=0,1 мм; EI=0 мм);
— для растачиваниятонкого Н7: dтон=0,04 мм (ES=0,04 мм; EI=0 мм);.
Размеры поверхности послетонкого растачивания определяются по формулам:
/> (1.16)
/>=132 мм.
/> (1.17)
/>=132,04 мм.
Номинальныйи максимальный припуски на тонкое растачивание определяются по формулам:
/> (1.18)
/>=0,377 мм.
/> (1.19)
/>=0,417 мм.
Размеры поверхности послечистового растачивания определяются по формулам:
/> (1.20)
/>=131,723 мм.
/> (1.21)
/>=131,623 мм.
Номинальный имаксимальный припуски на чистовое растачивание определяются по формулам:
/> (1.22)
/>=0,836 мм.
/> (1.23)
/>=0,936 мм.
Размеры поверхности послечернового растачивания определяются по формулам:
/> (1.24)
/>=131,187 мм.
/> (1.25)
/>=130,787 мм.
Номинальный имаксимальный припуски на черновое растачивание черновое определяются поформулам:
/> (1.26)
/>=5,97 мм.
/> (1.27)
/>=9,67 мм.
Размеры заготовкиопределяются по формулам:
/> (1.28)
/>=126,517 мм.
/> (1.29)
/>=124,817 мм.
/> (1.30)
/> =121,517 мм.
Рассчитанные значенияноминальных и максимальных припусков и промежуточных размеров сводятся втаблицу 1.8.
Расчет общего припуска наобработку поверхности производится по формуле:
/> (1.31)
где /> - сумма номинальныхмежоперационных припусков, мм.
/> =7,183 мм.
Таблица 1.8 — Исходные ирасчетные данные на заданный размерТехнологические операции (переходы) Элементы припуска, мкм Расчет припусков, мм Расчет размеров, мм Rzi-1 hi-1 ri-1 eуi 2Zmin 2Zном. 2Zmax Dmin Dном. Dmax Заготовительная - - - - - - - 121,517 124,817 126,517
Черновое
растачивание 250 300 1581 110 4,27 5,97 9,67 130,787 130,787 131,187
Чистовое
растачивание 50 50 95 70 0,436 0,836 0,936 131,623 131,623 131,723
Тонкое
растачивание 25 25 79 40 0,277 0,377 0,417 132,0 132,0 132,04 /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />
/>
Рисунок 1.7 — Схемарасположения полей допусков и припусков
Схема расположения полейдопусков и припусков расположена на рисунке 1.7
6.Разработка маршрутного технологического процесса
В настоящее времясуществует много разнообразных технологических способов получения поверхностейзаданного качества, которые обеспечивают одинаковые требования к обрабатываемымповерхностям деталей, но существенно различаются по себестоимости и реализации.
При проектировании однойиз задач является создание такого технологического процесса, которыйобеспечивал бы заданную точность и шероховатость поверхностей детали, нужныефизико-механические качества поверхностного слоя материала при наибольшейпроизводительности и минимальной себестоимости производства.
Таблица 1.9 — Сравнениебазового и предлагаемого технологических процессовБазовый технологический процесс Предлагаемый технологический процесс № опер.
Наименование
операции
Обору-
дование № опер.
Наименование
операции
Обору-
дование 005 Кузнечная - 005 Заготовительная КГШП 010 Термическая 010 Термическая печь 015
Изготовление,
испытание образцов - 015 Контроль ОТК КП 020 Токарная с ЧПУ 1П756Ф3 020
Изготовление,
испытание образцов - 020К Контрольная - 025 Токарная с ЧПУ MDW43 025 Токарная с ЧПУ 1П756Ф3 025К
Контроль на
рабочем месте - 025К Контрольная - 030 Токарная с ЧПУ MDW43 030 Токарная с ЧПУ 1П756Ф3 035 Контроль ОТК КП 035 Контрольная - 040 Токарная с ЧПУ MDW43 040 Шлифовальная 3М194 045 Контроль ОТК КП 045 Контрольная - 050 Круглошлифовальная 3М194 050 Маркировочная - 055 Контроль ОТК КП 055 Зубодолбёжная 5140 060 Зубодолбёжная 5140 060 Координатно- расточная 2421 065 Контроль ОТК КП 065 Контрольная - 070 Слесарная СВ 070 Слесарная - 075 Маркировочная МП 080 Контроль ОТК КП
6.1 Предлагаемые методыобеспечения технических требований в процессе обработки
Точность обработки — соответствие обработанных поверхностей требованиям чертежа. Анализируя этитребования, можно увидеть, что ограничены они четырьмя факторами:
-соблюдение размернойточности;
-соблюдение требованийшероховатости поверхностей;
-соблюдения допусковформы и взаимного расположения поверхностей;
-соблюдение требуемой твердостиповерхности.
Соблюдение размернойточности
Требуемую точностьобрабатываемых поверхностей обеспечивается достаточным количеством стадийобработки:
— поверхности Æ132H7 и Æ115H7 подвергаются черновому, чистовому итонкому растачиванию;
— поверхности отверстий Æ14H7 – сверлению, чистовому и тонкому растачиванию;
— поверхность Æ335js6 – черновому, получистовому, чистовому точению и шлифованию;
— поверхность Æ120H9 – черновому и получистовому точению.
Соблюдение требований пошероховатости поверхностей
Соблюдение требованийшероховатости достигается благодаря правильному выбору оптимальных режимовобработки, правильному подбору геометрии режущего инструмента и СОТС, жесткоститехнологической системы СПИД. Наибольшее влияние на шероховатость оказывает подача.Поэтому выбранная подача проверяется по возможности достижения требуемойшероховатости поверхности.
Соблюдение допусков формыи взаимного расположения поверхностей
Обеспечение требованийдопусков формы и взаимного расположения достигается на операциях конечнойобработки с соблюдением принципов постоянства и совмещения баз, а также выборустаночных приспособлений, сводящих погрешность установки к минимальнымзначениям.
Допуск торцевого биения0,02 и 0,03мм и радиального биения 0,02 и 0,03мм получаем благодаря принципусовмещения и постоянства баз, допуск расположения отверстий 0,03ммобеспечивается благодаря точности приспособления на координатно – расточнойоперации.
Соблюдение требуемойтвердости поверхностей
Достижение требуемой твердостиобеспечивается на операциях термообработки. Для достижения необходимойтвердости Сталь40 подвергается нормализации.
6.2 Анализ заводскоготехнологического процесса и предлагаемые нововведения по оборудованию,технологической оснастке и базированию
В данном пункте курсовогопроекта анализируется базовый (заводской) технологический процесс и вносятся внего коррективы — нововведения по оборудованию, технологической оснастке ибазированию.
005 Заготовительная
В базовом технологическомпроцессе заготовка — поковка кованная на молотах. В связи с тем, что типпроизводства среднесерийный (см. п.1.3), то возникла необходимость изменитьспособ получения заготовки. Заготовкой в предлагаемом технологическом процессеслужит поковка штампованная на кривошипном горячештамповочном прессе.Обоснования выбора способа получения заготовки см. п.1.4.2
010 Термическая
Целью термическойобработки поковки является устранение дефектов, возникших при нагреве иобработке давлением, измельчения зерен, повышения прочности, для уменьшениявнутренних напряжений, улучшения обрабатываемости резанием.
Процесс нормализациизаключается в нагреве стали до 840 – 860°С, выдержке при этой температуре напротяжении 30 – 60 минут и последующим медленным охлаждении на воздухе
015 Изготовление ииспытание образцов
Данный пункттехнологического процесса предусматривает отрезку из поковки заготовки подобразец В=20мм., его дальнейшее фрезерование, шлифование и испытание напрочность.
020 Токарная с ЧПУ
После полученияположительных результатов испытания образцов, заготовка устанавливается в трехкулачковомсамоцентрирующем патроне и обрабатывается согласно эскиза (см. рис. 1.8)
Деталь базируется изакрепляется в трехкулачковом самоцентрирующем патроне Æ500 ГОСТ 2675-80. В целом детальлишена пяти степеней свободы. Имеют место две технологические базы:установочная, лишающая деталь 3 степеней свободы, и двойная опорная, лишающаядвух степеней свободы.
Оборудование:
Токарно-винторезныйстанок с ЧПУ мод. 1П756Ф3
Режущий инструмент:
Резец подрезной PCLNR4040S19 пластина CNM1906ГОСТ26611-85
Резец расточной PCLNR4040S19 пластина CNM1906ГОСТ26611-85
Предлагаемыенововведения: в предлагаемом технологическом процессе на данной операции детальбудет обрабатываться с припуском 2мм на сторону, также будет заменен станок наболее новый мод. MDW43
/>
Рисунок 1.8 – Эскиздетали на операции 020
020К Контроль на рабочемместе
На данной операции нарабочем месте контролируются размеры, полученные на данной операциитехнологического процесса.
Мерительный инструмент:
Штангенциркуль ШЦ – III – 500 – 0,1 ГОСТ 166-80.
Штангенглубиномер ШГ –200 – 0,05 ГОСТ 162-80.
025 Токарная с ЧПУ
На данной операции детальобрабатывается согласно эскиза (см. рис. 1.9)
/>
Рисунок 1.9 – Эскиз детали наоперации 025
Деталь базируется изакрепляется в трехкулачковом самоцентрирующем патроне Æ500 ГОСТ 2675-80. В целом деталь лишена пяти степенейсвободы. Имеют место две технологические базы: установочная, лишающая деталь 3степеней свободы, и двойная опорная, лишающая двух степеней свободы.
Оборудование:
Токарно-винторезный станок сЧПУ мод. 1П756Ф3
Режущий инструмент:
Резец подрезной PCLNR4040S19пластина CNM1906 ГОСТ26611-85
Резец проходной PSSNL4040S19пластина SNM1906 ГОСТ26611-85
Резец с круглой пластиной PRCCN2525M10H1пластина RCM100300
Резец расточной PCLNR4040S19пластина CNM1906 ГОСТ26611-85
Предлагаемые нововведения: впредлагаемом технологическом процессе на данной операции будет заменен станокна более новый мод. MDW43
025К Контроль на рабочемместе
На данной операции на рабочемместе контролируются размеры, полученные на данной операции технологическогопроцесса.
Мерительный инструмент:
Штангенциркуль ШЦ – III –500 – 0,1 ГОСТ 166-80.
Штангенглубиномер ШГ – 200 –0,05 ГОСТ 162-80.
Образцы шероховатости ГОСТ9378-93.
Шаблон специальный наторцевую канавкуÆ320/Æ150
030 Токарная с ЧПУ
Деталь базируется изакрепляется в трехкулачковом самоцентрирующем патроне Æ500 ГОСТ 2675-80. В целом деталь лишена пяти степенейсвободы. Имеют место две технологические базы: установочная, лишающая деталь 3 степенейсвободы, и двойная опорная, лишающая двух степеней свободы.
Оборудование:
Токарно-винторезный станок сЧПУ мод. 1П756Ф3
Режущий инструмент:
Резец подрезной PCLNR4040S19пластина CNM1906 ГОСТ26611-85
Резец расточной PCLNR4040S19пластина CNM1906 ГОСТ26611-85
Резец специальный канавочныйВ=6мм., R=2,0мм., Т5К10
Предлагаемые нововведения: впредлагаемом технологическом процессе на данной операции будет заменен станокна более новый мод. MDW43, а также будут объединены операции: токарная с ЧПУ030, и координатно-расточная 060.
035 Контроль ОТК
На данной операции наконтрольной плите контролируются размеры, полученные на данной операциитехнологического процесса.
Мерительный инструмент:
Штангенциркуль ШЦ – III –500 – 0,1 ГОСТ 166-80.
Штангенглубиномер ШГ – 200 –0,05 ГОСТ 162-80.
Образцы шероховатости ГОСТ9378-93.
Шаблон специальный нанаружный контур М3-01135
Шаблон специальный на канавкуÆ132 х 6мм.
Штихмасы Æ132Н7, Æ120Н9, Æ132Н7 СТП3300-2339-82
040 Круглошлифовальная
На данной операции деталь обрабатываетсясогласно эскиза (см. рис. 1.11)
Деталь базируется изакрепляется в трехкулачковом самоцентрирующем патроне Æ500 ГОСТ 2675-80. В целом деталь лишена пяти степенейсвободы. Имеют место две технологические базы: установочная, лишающая деталь 3степеней свободы, и двойная опорная, лишающая двух степеней свободы.
Оборудование:
Круглошлифовальный станокмод. 3М194
Режущий инструмент:
Круг шлифовальный
Предлагаемые нововведения: наданной операции будет заменен шлифовальный круг.
/>
Рисунок 1.11 – Эскиз деталина операции 040
045 Контроль ОТК
На данной операции наконтрольной плите контролируются размеры, полученные на данной операциитехнологического процесса.
Мерительный инструмент:
Штангенглубиномер ШГ – 200 –0,05 ГОСТ 162-80.
Образцы шероховатости ГОСТ9378-93.
Калибр-скоба Æ335js6
050 Маркировочная
Маркировать марку материала,обозначение чертежа
Вспомогательный инструмент:
Комплект букв русскогоалфавита
Комплект арабских цифр
Молоток
055 Зубодолбежная
На данной операции детальобрабатывается согласно эскиза
(см. рис. 1.12)
Деталь базируется вспециальном приспособлении на оправке с упором в торец. В целом деталь лишенапяти степеней свободы. Имеют место две технологические базы: установочная,лишающая деталь 3 степеней свободы, и двойная опорная, лишающая двух степенейсвободы.
Оборудование:
Зубодолбежный станок мод.5140
Режущий инструмент:
Долбяк чашечный т=2,5
Предлагаемые нововведения:для данной операции будет спроектирован долбяк для обработки зубьев.
/>
Рисунок 1.12 – Эскиз деталина операции 055
060 Координатно-расточная
На данной операции детальобрабатывается согласно эскиза
(см. рис. 1.13)
Деталь базируется вспециальном приспособлении на оправке с упором в торец. В целом деталь лишенапяти степеней свободы. Имеют место две технологические базы: установочная,лишающая деталь 3 степеней свободы, и двойная опорная, лишающая двух степенейсвободы.
Оборудование:
Координатно-расточной станокмод. 2421
Режущий инструмент:
Сверло Æ8,4мм. СТП3300-331-77
Метчик М10
Сверло Æ12мм. СТП3300-331-77
Резец расточной специальныйИБ3-250
Предлагаемые нововведения:данная операция будет производиться на токарном станке операции 030
/>
Рисунок 1.13 – Эскиз деталина операции 060
065 Контроль ОТК
На данной операции наконтрольной плите контролируются размеры, полученные на данной операциитехнологического процесса.
Мерительный инструмент:
Калибр-пробка Æ14Н7 СТП3300-2339-82
070 Слесарная
Зачистить поверхности деталиот заусенцев, которые образовались после механических операций.
Вспомогательный инструмент:
Шкурка наждачная
Напильник
6.3 Краткое описаниепредлагаемого технологического процесса по операциям
005 Заготовительная
Заготовкой в предлагаемомтехнологическом процессе служит поковка штампованная на кривошипномгорячештамповочном прессе. Обоснования выбора способа получения заготовки см.п.1.4.2
010 Термическая
Термообработка –нормализация. Подробнее см. п.1.6.2
015 Контроль ОТК
На данной операции наконтрольной плите контролируются размеры, полученные на заготовительнойоперации технологического процесса.
Мерительный инструмент:
Штангенциркуль ШЦ – III –500 – 0,1 ГОСТ 166-80.
020 Изготовление и испытаниеобразцов
Подробнее см. п.1.6.2
025 Токарная с ЧПУ
После получения положительныхрезультатов испытания образцов, заготовка устанавливается в трехкулачковомсамоцентрирующем патроне и обрабатывается согласно эскиза (см. рис. 1.14)
Деталь базируется изакрепляется в трехкулачковом самоцентрирующем патроне Æ500 В целом деталь лишена пяти степеней свободы. Имеют место две технологические базы:
— установочная, торец детали,лишает деталь трех степеней свободы: перемещений вдоль оси Z и вращений вокругосей X и Y; Обеспечивает все линейные размеры.
— двойная опорная, наружнаяцилиндрическая поверхность Æ415мм, лишает деталь двухстепеней свободы: перемещений вдоль осей X и Y.Обеспечивает все диаметральные размеры, а также соосность обрабатываемыхповерхностей.
Оборудование:
Токарно-винторезный станок сЧПУ мод. MDW43
Вспомогательный инструмент:
Патрон 7100 – 0017 П ГОСТ2675 – 80
Режущий инструмент:
Резец токарный подрезнойупорный с механическим креплением твердосплавной неперетачиваемой пластинки.
Обозначение: Резец PCLNR4040S19пластина CNM1906 Т5К10 ГОСТ26611-85
Резец токарный расточной.
Обозначение: Резец PCLNR4040S19пластина CNM1906 Т5К10 ГОСТ26611-85
/>
Рисунок 1.14 – Эскиз деталина операции 025
Мерительный инструмент:
Штангенциркуль ШЦ – III –500 – 0,1 ГОСТ 166-80.
Штангенглубиномер ШГ – 200 –0,05 ГОСТ 162-80.
025К Контроль на рабочемместе
На данной операции на рабочемместе контролируются размеры, полученные на данной операции технологическогопроцесса.
Мерительный инструмент:
Штангенциркуль ШЦ – III –500 – 0,1 ГОСТ 166-80.
Штангенглубиномер ШГ – 200 –0,05 ГОСТ 162-80.
030 Токарная с ЧПУ
На данной операции детальобрабатывается согласно эскиза (см. рис. 1.15)
/>
Рисунок 1.15 – Эскиз деталина операции 030
Деталь базируется изакрепляется в трехкулачковом самоцентрирующем патроне Æ500 В целом деталь лишена пяти степеней свободы. Имеют место две технологические базы:
— установочная, торец детали,лишает деталь трех степеней свободы: перемещений вдоль оси Z и вращений вокругосей X и Y; Обеспечивает все линейные размеры.
— двойная опорная, внутренняяцилиндрическая поверхность Æ128мм, лишает деталь двухстепеней свободы: перемещений вдоль осей X и Y.Обеспечивает все диаметральные размеры, а также соосность обрабатываемыхповерхностей.
Оборудование:
Токарно-винторезный станок сЧПУ мод. MDW43
Вспомогательный инструмент:
Патрон 7100 – 0017 П ГОСТ2675 – 80
Режущий инструмент:
Резец токарный подрезнойупорный с механическим креплением твердосплавной неперетачиваемой пластинки.
Обозначение: Резец PCLNR4040S19пластина CNM1906 Т5К10 ГОСТ26611-85
Резец токарный проходной смеханическим креплением твердосплавной неперетачиваемой пластинки.
Обозначение: Резец PSSNL4040S19пластина SNM1906 Т5К10 ГОСТ26611-85
Резец токарный круглый смеханическим креплением твердосплавной неперетачиваемой пластинки.
Обозначение: Резец PRCCN2525M10H1пластина RCM100300 Т5К10 ГОСТ26611-85
Резец токарный расточной.
Обозначение: Резец PCLNR4040S19пластина CNM1906 Т5К10 ГОСТ26611-85
Мерительный инструмент:
Штангенциркуль ШЦ – III –500 – 0,1 ГОСТ 166-80.
Штангенглубиномер ШГ – 200 –0,05 ГОСТ 162-80.
Образцы шероховатости ГОСТ9378-93.
Шаблон специальный наторцевую канавкуÆ320/Æ150
035 Контроль ОТК
На данной операции наконтрольной плите контролируются размеры, полученные после двух токарныхопераций технологического процесса.
Мерительный инструмент:
Штангенциркуль ШЦ – III –500 – 0,1 ГОСТ 166-80.
Штангенглубиномер ШГ – 200 –0,05 ГОСТ 162-80.
Образцы шероховатости ГОСТ9378-93.
Шаблон специальный наторцевую канавкуÆ320/Æ150
040 Токарная с ЧПУ
На данной операции детальобрабатывается согласно эскиза (см. рис. 1.16)
Деталь базируется изакрепляется в трехкулачковом самоцентрирующем патроне Æ500 В целом деталь лишена пяти степеней свободы. Имеют место две технологические базы:
— установочная, торец детали,лишает деталь трех степеней свободы: перемещений вдоль оси Z и вращений вокругосей X и Y; Обеспечивает все линейные размеры.
— двойная опорная, внутренняяцилиндрическая поверхность Æ405мм, лишает деталь двухстепеней свободы: перемещений вдоль осей X и Y.Обеспечивает все диаметральные размеры, а также соосность обрабатываемыхповерхностей.
/>
Рисунок 1.16 – Эскиз деталина операции 040
Оборудование:
Токарно-винторезный станок сЧПУ мод. MDW43
Вспомогательный инструмент:
Патрон 7100 – 0017 П ГОСТ2675 – 80
Втулка переходная с наружнымконусом Морзе 4 и внутренним конусом Морзе 1. Обозначение: Втулка 6100 – 0221ГОСТ 13598-85
Режущий инструмент:
Резец токарный подрезнойупорный с механическим креплением твердосплавной неперетачиваемой пластинки.
Обозначение: Резец PCLNR4040S19пластина CNM1906 Т5К10 ГОСТ26611-85
Резец токарный расточной
Обозначение: Резец PDJNR2525M15пластинаDNM1506 Т5К10 ГОСТ26611-85
Резец токарный расточной
Обозначение: Резец PCLNR4040S19пластина CNM1906 Т5К10 ГОСТ26611-85
Резец специальный канавочныйВ=6мм., R=2,0мм., Т5К10 ГОСТ 18884-73
Сверло центровочное сверлоР6М5 2 II ГОСТ14952-75
Сверло удлиненное 2301-4027 Æ8,4мм Р6М5 ГОСТ 2092-77
Метчик 2620-0510 М10 Р6М5ГОСТ 3266-81
Сверло удлиненное 2301-4044 Æ10мм Р6М5 ГОСТ 2092-77
Зенковка 2353-0133 Æ16мм Р6М5 ГОСТ 14953-80
Зенкер 2320-0004 Æ13,9мм Р6М5 ГОСТ 12489-71
Развертка 2363-1047 Æ14мм Р6М5 ГОСТ 1672-80
Мерительный инструмент:
Штангенциркуль ШЦ – III –500 – 0,1 ГОСТ 166-80.
Штангенглубиномер ШГ – 200 –0,05 ГОСТ 162-80.
Образцы шероховатости ГОСТ9378-93.
Шаблон специальный нанаружный контур М3-01135
Шаблон специальный на канавкуÆ132 х 6мм.
Калибр – пробка 8140 – 0006 Æ115Н7 ГОСТ 14820-69
Калибр – пробка 8140 – 0007 Æ120Н9 ГОСТ 14820-69
Калибр – пробка 8133 – 0928 Æ14Н7 ГОСТ 14810-69
Калибр – пробка специальная Æ132Н7 ГОСТ 14820-69
Калибр – пробка резьбовая М10– 7Н ГОСТ 17764-72
045 Контроль ОТК
На данной операции наконтрольной плите контролируются размеры, полученные после токарной операциитехнологического процесса.
Мерительный инструмент: см.пункт выше.
050 Круглошлифовальная
На данной операции детальобрабатывается согласно эскиза (см. рис. 1.17)
Деталь базируется изакрепляется в патроне самоцентрирующем трехкулачковом с креплениемнепосредственно на фланцевые концы шпинделя станка, с цельными кулачками Æ500 мм, класса точности П.
/>
Рисунок 1.17 – Эскиз деталина операции 050
В целом деталь лишена пятистепеней свободы, имеют место две технологические базы:
— установочная, торец детали,лишает деталь трех степеней свободы: перемещений вдоль оси Z и вращений вокругосей X и Y; Обеспечивает линейный размер 5мм.
— двойная опорная, наружнаяцилиндрическая поверхность Æ405 мм, лишает деталь двухстепеней свободы: перемещений вдоль осей X и Y.Обеспечивает диаметральный размерÆ335js6,а также соосность обрабатываемых поверхностей.
Оборудование:
Круглошлифовальный станокмод. 3М194
Режущий инструмент:
Круг шлифовальный прямогопрофиля ПП с белого электрокорунда 24А, зернистостью 40, индексом зерен Н,среднемягкий СМ2, структура круга №5, на керамической связке К8.
Круг ПП 24А 40 Н СМ2 5 К8ГОСТ 2424-83.
Мерительный инструмент:
Калибр-скоба индикаторнаяСИ300 ГОСТ 11098-75
Контрольно-измерительноеприспособление для контроля торцевого биения.
Образцы шероховатости ГОСТ9378-93.
055 Контроль ОТК
На данной операции наконтрольной плите контролируются размеры, полученные после круглошлифовальнойоперации технологического процесса.
Мерительный инструмент: см.пункт выше.
060 Зубодолбежная
На данной операции детальобрабатывается согласно эскиза
(см. рис. 1.18)
/>
Рисунок 1.18 – Эскиз деталина операции 060
Деталь базируется в специальномприспособлении на оправке с упором в торец. В целом деталь лишена пяти степенейсвободы, имеют место две технологические базы:
— установочная, торец детали,лишает деталь трех степеней свободы: перемещений вдоль оси Z и вращений вокругосей X и Y; Обеспечивает линейные размеры операции
— двойная опорная, внутренняяцилиндрическая поверхность Æ115Н7 мм, лишает детальдвух степеней свободы: перемещений вдоль осей X и Y.Обеспечивает диаметральный размер Æ131,25Н9, атакже соосность обрабатываемых поверхностей.
Оборудование:
Зубодолбежный станок мод.5140
Режущий инструмент:
Долбяк чашечный т=2,5 ГОСТ9323-79
Мерительный инструмент:
Микрометр ГОСТ 6507-78 сцифровым отсчётным устройством модели 123
Эвольвентомер КЭУМ
Шагомер БВ-5070 ГОСТ 5368-81
Биениемер Б-10М ГОСТ 8137-81
Зубомер смещения М1(23500) ГОСТ 4446-81
065 Контроль ОТК
На данной операции наконтрольной плите контролируются размеры, полученные после зубодолбежнойоперации технологического процесса.
Мерительный инструмент:см. пункт выше.
070 Слесарная
Зачистить поверхностидетали от заусенцев, которые образовались после механических операций.
Вспомогательныйинструмент:
Шкурка наждачная ГОСТ5009-82.
Напильник ГОСТ 1465-80.
075 Маркировочная
Маркировать маркуматериала, обозначение чертежа
Вспомогательныйинструмент:
Комплект букв русскогоалфавита СТП 3300-2045-85.
Комплект цифр арабскихСТП 3300-2047-81.
Молоток ГОСТ 2310-77.
080 Контроль ОТК
На данной операции наконтрольной плите контролируются размеры, полученные после всех механических операцийтехнологического процесса.
Мерительный инструмент:см. пункт выше.
7.Разработка операционного технологического процесса
7.1 Краткое описаниетраекторий движения режущего инструмента
В данном пунктерассматривается краткое описание траекторий движения режущего инструмента натокарной с ЧПУ операции. Обработка детали ведется на токарном станке модели MDW 43
Исходная точка выбираетсяиз соображений безопасности на расстоянии, чтобы при смене инструмента,инструмент не повредил деталь, и сам не повредился.
Описание траекториидвижения режущего инструмента на операции 025
На данной операциипроизводится черновая обработка детали. Для обработки детали на данной операциииспользуется два режущих инструмента (см. п.1.6.3)
/>
Рисунок 1.19 – Траекториядвижения режущего инструмента №1
И.т.– 1 – на ускоренной подаче резец №1 из исходной точки подходит к детали;
1 – 2 – на подаче 5мм/обрезец подходит к торцу детали Z 0;
2 – 3 – на рабочей подачеподрезается торец начерно;
3 – 4 – отход от деталина 1мм. под 45 градусов;
4 – 5 – подход кконической поверхности;
5 – 6 – на рабочей подачеточится коническая поверхность начерно;
6 – 7 – отход от деталина 1мм. под 45 градусов;
7 – 8 – подход к диаметруØ420мм;
8 – 9 – подход к торцу Z – 104 мм;
9 – 10 – на рабочейподаче подрезается торец начерно в размер 104;
10 – 11 – на рабочейподаче точится диаметр Ø366 начерно;
11 – 12 – на рабочейподаче точится коническая поверхность начерно;
12 – 13 – на рабочейподаче точится радиус 13 начерно;
13 – 14 – отход от деталина 1мм. под 45 градусов;
14 – и.т. – инструмент наускоренной подаче возвращается в исходную точку.
/>
Рисунок 1.20 – Траекториядвижения режущего инструмента №2
И.т. – 15 – на ускореннойподаче резец №2 из исходной точки подходит к детали;
15 – 16 – на подаче5мм/об резец подходит к Ø116мм;
16 – 17 – на рабочейподаче растачивается Ø116мм начерно;
17 – 18 – на рабочейподаче подрезается торец начерно в размер 111;
18 – 19 – на рабочейподаче растачивается Ø111мм начерно;
19 – 20 – отход от деталина 1мм. под 315 градусов;
20 – 21 – выход из деталиZ 1мм;
21 – 22 – подход кдиаметру Ø128мм;
22 – 23 – на рабочейподаче растачивается Ø128мм начерно;
23 – 24 – на рабочейподаче подрезается торец начерно в размер 35;
24 – 25 – выход из деталиZ 1мм;
25 – и.т. – инструмент наускоренной подаче возвращается в исходную точку.
7.2 Выбор режимов резанияи нормирование операций технологического процесса
Выбор режимов резания дляоперации 025 токарная с ЧПУ производится по [12].
Паспортные данные натокарный патронно-центровой станок с ЧПУ модели MDW 43
Станок предназначен длятокарной обработки деталей длиной до 4000 мм и весом до 2000 кг сложнойкриволинейной поверхности, а также сверления, фрезерования и шлифованиянаружных цилиндрических и торцевых поверхностей. На станке возможно нарезаниецилиндрических и конических резьб с шагом 0,001-2000 мм, а также сувеличивающимся или уменьшающимся шагом.
Рабочие диапазоны:
1. Высота центров, мм 471
2. Наибольший диаметр изделия над станиной, мм 830
3. Наибольший диаметризделия над поперечными салазками, мм 640
4. Диаметр обработки надинструментальным кожухом, мм 430 5. Длина обточки, мм 3500
Главный шпиндель:
6. Диаметр шпинделя впереднем подшипнике, мм 230
7. Диаметр отверстия вшпинделе, мм 128
Главный привод:
8. Мощность привода, кВт63
9. Минимальное числооборотов, об/мин 10
10. Максимальное числооборотов, об/мин 710
11. Программируемые числаоборотов бесступенчатые
Приводы подачи:
12. Скорость подачипоперечно/продольной, мм/мин 0,01-3000
13. Скорость подачипоперечно/продольной, мм/об 0,001-50
14. Ускоренный ход,мм/мин 10000
15. Усилие подачипоперечно, Н 8000
16. Усилие подачипродольно, Н 3600
Крестовые салазки:
17. Поперечный ход, мм(по оси X) 560
18. Продольный ход, мм(по оси Z) 3500
Устройство автоматическойсмены инструмента:
19. Количествоинструментов магазин/патрон 46/1
20. Время сменыинструмента, сек 35
Габариты станка(без ЧПУ):
21. Длина, мм 8830
22. Ширина, мм 1900
23. Высота, мм 2700
24. Вес станка(без ЧПУ),кг 19200
/>
Рисунок 1.21 Эскиз деталидля нормирования операции 025
Стадия обработки –черновая для всех поверхностей
Таблица 1.10 – Глубинарезания по поверхностям№ поверхности 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Глубина резания, мм 3 3 6 - 3 3 4,5 - 2 6 -
1. Выбор подачи приточении.
Для поверхности 1,2,6 приточении детали с диаметром до 180 мм и глубиной резания до t=5мм. рекомендуется подача Sот = 0,73 мм/об [с.38, к.3]
Для поверхности 3,4,5соответственно рекомендуется подача Sот = 0,98 мм/об [с.38, к.3].
Поправочные коэффициентына подачу в зависимости от инструментального материала KSИ =1,15 и способа крепления пластины
KSP = 1,0
Поправочные коэффициентына подачу черновой стадии обработки для измененных условий обработки взависимости от:
— сечения державки резца KSД = 0,95;[с.44, к.5]
— прочности режущей частиKSh =1,0;
— механических свойствобрабатываемого материала KSM = 0,9;
— схемы установкизаготовки KSy = 1,2;
— состояния поверхностизаготовки KSп = 1,0;
— геометрическихпараметров резца KSφ = 1,0;
— жесткости станка KSj = 1,1;
— вылета инструмента KSl =1,0.
Окончательно подачачерновой стадии определяется по формуле:
/>(1.32)
для поверхностей 1,2,6:
/>0,95 мм/об;
для поверхностей 3,4,5:
/>1,27 мм/об.
Для черновой стадииобработки, рассчитанные подачи проверяются по осевой /> и радиальной /> составляющим силы резания,допустимые прочностью механизма подачи станка.
/>=4700 Н; />=1460Н[с.98, к.32]
Поправочные коэффициентына силы черновой стадии обработки
КРМ =1,1; КРφ=1; КРТ =1; КРλ =1 [с.99, к.33]
Окончательно силы резанияопределяется по формуле:
/> (1.33)
/>5170 Н
/>1606 Н
Полученные значения силрезания меньше допустимых РХ =8000Н; РY =3600 Н, следовательно обработка возможна.
2. Выбор подачи прирастачивании.
Для поверхности 9 прирастачивании детали с диаметром до 120 мм и глубиной резания до t=5мм. рекомендуется подача Sот = 0,8 мм/об (с.50, к.9)
Для поверхности 7 прирастачивании детали с диаметром до 120 мм и глубиной резания до t=3мм. рекомендуется подача Sот = 0,68 мм/об (с.50, к.9)
Для поверхности 10 прирастачивании детали с диаметром до 180 мм и глубиной резания до t=8мм. рекомендуется подача Sот = 0,52 мм/об [с.50, к.9]
Поправочные коэффициентына подачу в зависимости от механических свойств обрабатываемого материала KSM = 0,9;[с.52, к.11]
— состояния поверхностизаготовки KSп = 1,0;
— вылета инструмента KSl =0,9;
— сечения державки резца KSД = 0,8;
— геометрическихпараметров резца KSφ = 1,0;
— способа крепленияпластины KSP = 1,0;
— KSи =1,15
Окончательно подачачерновой стадии определяется по формуле:
/> (1.34)
для поверхности 9:
/>0,6 мм/об;
дляповерхности 7:
/>0,5 мм/об;
для поверхности 10:
/>0,39 мм/об;
Рассчитанные значенияподач для и черновой стадии обработки заносятся в таблицу 1.12
3. Выбор скорости резания
Для поверхностей 1-6 приточении конструкционной стали без корки с глубиной резания до t=8 мм и подачей до Sо = 1,3мм/об скорость резания Vт =128 м/мин [c.73, к.21].
При растачивании Vт =166 м/мин [c.73, к.21].
Поправочный коэффициентдля черновой стадии обработки в зависимости от инструментального материала KVИ =1,0
Остальные поправочныекоэффициенты на скорость резания при черновой стадии обработки для измененныхусловий в зависимости от:
— группы обрабатываемостиматериала KVc =1,0; [с.82, к.23]
— вида обработки KVo =1,0;
— жесткости станка KVj =1,1;
— механических свойствобрабатываемого материала KVM =0,8;
— геометрическихпараметров резца KVφ =1,0;
— периода стойкостирежущей части KVT =1,0;
— наличие охлаждения KVж =1,0.
Общий поправочныйкоэффициент на скорость резания вычисляется по формуле:
/>, (1.35)
/>0,88
Окончательно скоростьрезания при черновой стадии обработки определяется по формуле:
/>,(1.36)
Для точения:
/>112,64 м/мин.
Для растачивания:
/>146,08 м/мин.
4.Частота вращенияшпинделя определяется по формуле:
/>, (1.37)
При точении наружныхповерхностей:
/> 86,41 об/мин.
Принимаем частотувращения, nф = 80 об/мин.
Фактическая скоростьрезания определяется по формуле:
/>, (1.38)
/>104,25 м/мин.
При растачиванииповерхностей:
/> 363,45 об/мин.
Принимаем частотувращения, nф = 350 об/мин.
Фактическая скоростьрезания определяется по формуле:
/>140,7 м/мин.
Расчет частоты вращенияшпинделя, корректировку ее и расчет фактической скорости резания для остальныхповерхностей проводятся аналогично. Результаты расчетов сведены в таблицу 1.12
5. Проверка выбранныхрежимов по мощности привода главного движения
Для черновой стадииобработки табличная мощность резания определяется по карте 21 аналогичнотабличной скорости резания, т.е. значение /> определяетсяиз той же клетки в карте 21, что и значение />.
При точении мощностьрезания Nт =12 кВт (с.73, к.21)
По карте 24 определяетсяпоправочный коэффициент на мощность в зависимости от твердости обрабатываемогоматериала КN =1,05 (с.75, к.24)
Табличная мощностьрезания корректируется по формуле:
/>, (1.39)
/>11,66 кВт.
По паспортным даннымстанка мод. MDW – 43 мощность электродвигателяпривода станка N=25 кВт; КПД станка h=0,85. Мощность шпинделя станка определяется по формуле:
/>, (1.40)
/>21.25 кВт.
Аналогично рассчитываютсяостальные значения мощности резания. Результаты расчетов занесены в таблицу1.12. Ни одно из рассчитанных значений не превышает мощности привода главногодвижения станка. Следовательно, установленный режим резания по мощностиосуществим.
6. Определение минутной подачи
Минутная подача рассчитывается по формуле:
/>, (1.41)
При черновой стадии обработкиповерхности 1:
/>76 мм/мин.
Значения минутной подачи для остальных поверхностейрассчитываются аналогично и заносятся в таблицу 1.12
7. Определение времени автоматической работы станка попрограмме
Время автоматической работы станка по программе определяетсяпо формуле:
/> (1.42)
/> (1.43)
Расчет производится в табличнойформе, результаты расчета сведены в таблицу 1.11
По формуле 1.42 время автоматической работы станка попрограмме:
/>5,11 мин.
8. Вспомогательное время
Вспомогательное времяопределяется по формуле:
/>, (1.44)
где: /> - время на установку иснятие детали
Вспомогательное время наустановку и снятие детали в самоцентрирующем патроне с креплением ключом />= 1,4 мин. [15 с.32, к.2];
/> - время связанное с операцией, />= 0,32 мин. [15 с.64,к.18];
/> - время на измерения, />= 0,6 мин. [15 с.185, к.86]
По формуле 1.44 вспомогательное время:
/>2,32 мин.
Определение коэффициентана выполнение ручной вспомогательной работы
Кtв =1,0 [15 с.50, к.1]
9.Определение нормы штучного времени
/> (1.45)
где /> - время на организационноеи техническое обслуживание рабочего места 5,5% [15 с.70, к.19], и времяперерывов на отдых и личные надобности 4% [15 с.203, к.88 ].
По формуле 1.45 нормаштучного времени:
/>8,14 мин.
Таблица 1.11 — Определение времени автоматической работы станка
Участок траек
тории Приращение по оси Х, DХ, мм Приращение по оси Z, DZ, мм Длина i-го участка траектории Li, мм
Минутная подача на
i-м участке
SMi, мм/мин
Основное
время
работы станка
ТО, мин Машино-вспомогательное время ТМВ, мин РИ1 - - - - - 0,58 и.т.-1 307,5 195 364,12 10000 - 0,036 1-2 5 5 950 - 0,005 2-3 42,5 42,5 180,5 0,24 - 3-4 1 1 1,41 950 - 0,002 4-5 28,39 28,39 3800 - 0,007 5-6 6,695 60,72 61,09 180,5 0,34 - 6-7 1 1 1,41 950 - 0,002 7-8 122,915 122,915 3800 - 0,032 8-9 45,28 45,28 1600 - 0,028 9-10 27 27 101,6 0,27 - 10-11 4 4 101,6 0,04 - 11-12 88,1 29,37 92,87 101,6 0,91 - 12-13 8,815 10,91 81,64 101,6 0,8 - 13-14 1 1 1,41 950 - 0,002 14-и.т. 312,915 258,72 406,02 10000 - 0,041 РИ2 - - - - - 0,58 и.т.-15 347,5 199 400,45 10000 - 0,04 15-16 5,5 5,5 1750 - 0,003 16-17 112 112 175 0,64 - 17-18 2,5 2,5 175 0,014 - 18-19 22 22 210 0,105 - 19-20 1 1 1,41 1750 - 0,001 20-21 133 133 5250 - 0,025 21-22 9,5 9,5 1750 - 0,005 22-23 36 36 136,5 0,264 - 23-24 7 7 136,5 0,051 - 24-25 36 36 5250 - 0,007 25-и.т. 343 199 396,55 10000 - 0,04 Сумма 3,67 1,44
10. Определение нормывремени на выполнение операции
/> (1.46)
где: Тпз – подготовительно-заключительноевремя на партию, Тпз = 19 мин.[15 с.70, к.19 ];
п – количество деталей вдень.
/> (1.47)
/>56 шт.
Таблица1.12 – Режимы резания и нормы времени на операцию 025Переход Режимы резания Нормы времени Глубина резания t, мм. Подача So, мм/об.
Скорость резания
V м/мин.
Частота вращения
n об/мин. Основное время То мин.
Машино-вспомогательное
время ТМВ мин.
Вспомогательное время
ТВ мин. Штучное время ТШТ, мин.
Подготовительно-
заключительное время ТПЗ, мин.
Штучно-калькуляционное
время ТШТК, мин. Подрезать торец 1 3 0,95 103,8 190 3,67 1,44 2,32 8,14 19 8,48
Точить коническую
поверхность 2 3 0,95 103,8 190 Подрезать торец 3 6 1,27 104,2 80
Точить
поверхность 4 - 1,27 91,9 80
Точить коническую
поверхность 5 3 1,27 91,9 80 Точить радиус 6 3 0,95 103,8 190
Расточить
поверхность 7 4,5 0,5 127,5 350
Расточить
торец 8 - 0,5 127,5 350
Расточить
поверхность 9 2 0,6 122,0 350
Расточить
поверхность 10 6 0,39 140,6 350
Расточить
торец 11 - 0,39 140,6 350
По формуле 1.46 нормавремени на выполнение операции:
/>8,48 мин.
Выборрежимов резания для операции 060 Зубодолбежной производится по [14]
Паспортные данные назубодолбежный полуавтомат модели 5140
1. Наибольший диаметрустанавливаемой заготовки, мм 500
2. Наибольшая ширинанарезаемого венца зубчатого колеса, мм 100
3. Наибольший модульнарезаемого зубчатого колеса 8
4. Номинальный диаметрустанавливаемого долбяка, мм 100
5. Конус Морзе шпинделядля крепления инструмента 5
6. Число двойных ходовинструмента в минуту, дв. ход/мин. 65 450
7. Круговая подача,мм/дв. ход 0,14 – 0,75
8. Радиальная подача,мм/дв. ход 0,02 – 0,1
9. Мощность электродвигателяпривода главного движения, кВт 4
Габариты станка:
10. Длина, мм 1900
11. Ширина, мм 1450
12. Высота, мм 2450
13. Вес станка, кг 4400
1 Круговая подача (подачаобкатки)
Определяемклассификационную группу, к которой по нормативам относится используемыйзубодолбёжный станок. Станок 5140 относится к III группе станков [к.12, с.38], т.к. мощность егоэлектродвигателя 4 кВт.
Для параметрашероховатости обработанной поверхности Ra=3.2, обработки по сплошному металлу круговая подача Sтаб = 0,25 – 0,3 мм/дв. ход [к.13,с.38],
Необходимо учестьпримечания к карте 13.
Поправочный коэффициентна подачу [к.14, с.41], т.к. материал – Сталь 40, то Кмs=1,0
Sкр= Sтаб = 0,25 – 0,3 мм/дв. ход.
ПринимаемSкр = 0,27 мм/дв. ход., так как числозубьев нарезаемого колеса больше 25.
Корректируя подачу поданным станка принимаем Sкр = 0,25 мм/дв. ход
Радиальная подача (подачапри врезании)
Sрад = (0,1 – 0,3) Sкр
Принимаем Sрад=0,2 Sкр
Sрад=/>=0,05мм/дв. ход.
Корректируя по даннымстанка принимаем Sрад = 0,051мм/дв. ход.
2. Период стойкости.
Для чистового долбяка Т =240 мин. [c.161, пр.3].
3. Скорость главногодвижения резания.
Для обработки посплошному металлу, при круговой подаче Sкр = 0,25 мм/дв. ход и модуле т=2,5 скорость Vтаб = 20,5 м/мин. [к.14, с.40].
Поправочный коэффициентна скорость резания [к.14, с.41], т.к. материал – Сталь 40, то Кмv= 1,1
Vи = />=/> = 22,55 м/мин.
Определяем число двойныхходов долбяка в минуту, соответствующее найденной скорости резания:
к = /> (1.48)
где L – длина хода долбяка
L= b+l1 (1.49)
где b – ширина венца, b=70 мм.
l1 – перебег долбяка на две стороны
При ширине венца до 72мм, l1=12 мм. [с.184, пр.14].
По формуле 1.49 длинахода долбяка:
L=70 + 12 = 82 мм.
По формуле 1.48 числодвойных ходов:
к =/>=137,5 дв. ход/мин.
Корректируем числодвойных ходов долбяка по данным станка и устанавливаем действительное числодвойных ходов долбяка кд = 130дв. ход/мин.
Действительная скоростьглавного движения резания
Vд= />=/> = 21,3 м/мин. (1.50)
4. Мощность,затрачиваемая на резание.
Мощность,затрачиваемая на резание при окончательном зубодолблении по сполошному металлупри Sкр = 0,25 мм/дв. ход, Nт = 1,1 кВт. [к.14, с.40].
Поправочный коэффициентна мощность [к.14, с.41], т.к. материал – Сталь 40, то КмN = 1;
Поправочный коэффициентна мощность [к.14, с.41], т.к. число нарезаемых зубьев z=50, то КZN = 1,2
N = />= />= 1,32 кВт.
Мощность на шпинделестанка
Nш = NЭ η = /> = 2,6кВт
Назначенный режим можноосуществить на данном станке так как мощность резания меньше мощности нашпинделе станка (N
(1,32
5. Основное время
То =/> (1.51)
где т – модуль, т=2,5
z – число нарезаемых зубьев, z=50
i – число рабочих ходов, i=1
h – высота нарезаемого зуба, h=5,625 мм.
По формуле 1.51 основноевремя обработки:
То =/>=12,93мин.
6. Вспомогательное время
Вспомогательное времяопределяется по формуле 1.44
Вспомогательное время наустановку и снятие детали специальном приспособлении />= 0,99 мин. [15 с.54,к.16];
/> - время связанное с операцией, />= 0,75 мин. [15 с.155,к.65];
/> - время на измерения, />= 0,18 мин. [15 с.185,к.86]
По формуле 1.44 вспомогательное время:
/>1,92 мин.
7. Определение нормыштучного времени
Штучное время определяетсяпо формуле 1.45
/> - время на организационное итехническое обслуживание рабочего места 4% [15 с.156, к.66], и время перерывовна отдых и личные надобности 4% [15 с.203, к.88 ].
По формуле 1.45 нормаштучного времени:
/>16,03 мин.
8. Определение нормывремени на выполнение операции
Подготовительно-заключительноевремя на партию, Тпз =26мин.[15 с.66, к.26]
По формуле 1.47количество деталей в день:
/>28 шт.
По формуле 1.46 нормавремени на выполнение операции:
/>16,96 мин.
Таблица1.13 – Режимы резания и нормы времени на операцию 060Переход Режимы резания Нормы времени Круговая подача Sкр, мм/дв.ход Радиальная подача Sрад, мм/дв.ход
Скорость резания
V м/мин.
Число двойных ходов
к дв.ход/мин. Основное время То мин.
Вспомогательное время
ТВ мин. Штучное время ТШТ, мин.
Подготовительно-
заключительное время ТПЗ, мин.
Штучно-калькуляционное
время ТШТК, мин. Долбить зубья т=2,5 0,25 0,051 21,3 130 12,93 1,92 16,03 26 16,96
Назначение режимоврезания и нормирование остальных операций производится в табличной форме.
Таблица 1.14 – Режимырезания и нормы времени на операцию 030Переход Режимы резания Нормы времени Глубина резания t, мм. Подача So, мм/об.
Скорость резания
V м/мин.
Частота вращения
n об/мин. Основное время То мин.
Машино-вспомогательное
время ТМВ мин.
Вспомогательное время
ТВ мин. Штучное время ТШТ, мин.
Подготовительно-
заключительное время ТПЗ, мин.
Штучно-калькуляционное
время ТШТК, мин.
Подрезать торец
Ø415/Ø111 3 1,2 104,2 80 21,85 3,84 2,53 30,9 24 32,61 Точить Ø405 5 1,2 101,7 80 Точить фаску 1,5х45 1,5 1,2 101,7 80
Подрезать торец
Ø405/Ø337 4 1,2 101,7 80 Точить Ø337 - 1,2 84,7 80 Точить фаску 1,5х45 1,5 1,2 84,7 80
Выбрать карман
начерно резцом
PSSNL4040S19 4 0,6 113,1 150
Выбрать карман
начерно резцом
PRCCN2525M10 4 0,5 113,1 150
Расточить Ø114,5
получисто 1,75 0,3 125,8 350
Таблица 1.15 – Режимырезания и нормы времени на операцию 040Переход Режимы резания Нормы времени Глубина резания t, мм. Подача So, мм/об.
Скорость резания
V м/мин.
Частота вращения
n об/мин. Основное время То мин.
Машино-вспомогательное
время ТМВ мин.
Вспомогательное время
ТВ мин. Штучное время ТШТ, мин.
Подготовительно-
заключительное время ТПЗ, мин.
Штучно-калькуляционное
время ТШТК, мин.
Подрезать торец
Ø155/Ø128 2 0,6 97,3 200 Точить фаску 1х45 1 0,6 97,3 200
Точить коническую
поверхность Ø155/Ø170 2 0,6 106,8 200 Точить фаску 1х45 1 0,8 114,5 90
Подрезать торец
Ø405/Ø362 2 0,8 114,5 90 Точить Ø362 - 0,8 102,3 90 Точить фаску 1х45 1 0,8 102,3 90
Точить коническую
поверхность Ø362/Ø170 2 0,8 102,3 90 Точить радиус R15 2 0,6 106,8 200 Расточить фаску 1х45 1 0,4 145,1 350
Расточить Ø132Н7
получисто 0,8 0,35 145,1 350 Расточить Ø134 0,35 147,3 350 Расточить R2 2 0,35 147,3 350
Расточить торец
в размер 35 2 0,35 147,3 350 Переход Режимы резания Нормы времени Глубина резания t, мм. Подача So, мм/об.
Скорость резания
V м/мин.
Частота вращения
n об/мин. Основное время То мин.
Машино-вспомогательное
время ТМВ мин.
Вспомогательное время
ТВ мин. Штучное время ТШТ, мин.
Подготовительно-
заключительное время ТПЗ, мин.
Штучно-калькуляционное
время ТШТК, мин. Расточить фаску 1х45 1 0,35 131,9 350
Расточить Ø120Н9
получисто 0,8 0,45 131,9 350
Расточить торец
в размер 111 2 0,45 131,9 350
Расточить Ø115Н7
чисто 0,4 0,45 144,5 400
Прорезать канавку
В=6 мм, R=2 мм. 6 0,1 62,2 150
Расточить Ø132Н7
чисто 0,5 0,3 165,8 400
Расточить Ø120Н9
чисто 0,4 0,25 150,7 400
Расточить Ø115Н7
окончательно 0,3 0,15 162,5 450
Расточить Ø132Н7
окончательно 0,3 0,18 186,5 450
Центровать 20 отв.
Ø4 мм. 2 0,1 11,9 950
Сверлить 2 отв.
Ø8,4 мм. 4,2 0,3 13,2 500 Переход Режимы резания Нормы времени Глубина резания t, мм. Подача So, мм/об.
Скорость резания
V м/мин.
Частота вращения
n об/мин. Основное время То мин.
Машино-вспомогательное
время ТМВ мин.
Вспомогательное время
ТВ мин. Штучное время ТШТ, мин.
Подготовительно-
заключительное время ТПЗ, мин.
Штучно-калькуляционное
время ТШТК, мин.
Сверлить 18 отв.
Ø10 мм. 5 0,3 15,7 500 18,68 7,53 3,14 32,14 30 34,28 Зенкеровать 18 отв. Ø13,9 мм. 1,95 0,8 7,9 180 Зенковать в 18 отв. фаску 1х45 1 0,8 10,1 200 Развернуть 18 отв.Ø14Н7 мм. начисто 0,05 0,5 11,0 250 Нарезать резьбу М10-7Н в 2 отв. 0,8 1,5 4,7 150
Таблица 1.16 – Режимырезания и нормы времени на операцию 050Переход Режимы резания Нормы времени
Частота вращения
шлифовального круга nшк об/мин.
Скорость резания
VSокр м/мин
Радиальная подача
Sх мм/ход станка
Скорость резания
VSпрод м/мин Подача So, мм/об. Основное время То мин.
Вспомогательное время
ТВ мин. Штучное время ТШТ, мин.
Подготовительно-
заключительное время ТПЗ, мин.
Штучно-калькуляционное
время ТШТК, мин.
Шлифовать
Ø335js6 800 31,6 0,005 0,9 30 1,56 2,23 4,31 12 4,42
7.3 Заполнение ККИ
Карты кодирования информации для операций 025, 030, 040представлены в приложениях А, Б, В.
8.Проектирование специальной оснастки
8.1 Проектированиестаночного приспособления
8.1.1 Расчет сил закрепления заготовки
Составляющие силы резанияпри долблении рассчитывают по формулам для точения [11 стр.276]
Расчет режимоврезания см. п.1.7.2
Сила резанияопределяется по формуле:
/> (1.52)
где: Cр – коэффициент силы резания Cр=200 [с. 273, т.22].
x, y, n – показателистепени, x=1.0, y=0.75, n=0 [ c. 273, т.22].
Kр – поправочный коэффициент
/> (1.53)
где: Крм – коэффициент, учитывающий влияниефизико-механических свойств обрабатываемого материала на силу резания
Крм=/> (1.54)
где: sв – предел прочности, для Стали 40 sв =470 Мпа;
n – показательстепени, n=0,75 [с. 264, т.9].
По формуле 1.54
Крм=/>=0,7
Кφр – коэффициент,учитывающий влияние главного угла в плане на силу резания, Кφр =1,08 (с.275,т.23)
Кγр – коэффициент,учитывающий влияние переднего угла на силу резания, Кγр =1,15;
Кλр – коэффициент,учитывающий влияние угла наклона главного лезвия на силу резания, Кλр =1,0;
Кrр – коэффициент, учитывающий влияние радиуса привершине на силу резания, Кrр =0,87
По формуле 1.53поправочный коэффициент на силу резания
/>
По формуле 1.52сила резания при зубодолблении
/>Н
/>
Рисунок 1.22 – Силы при закреплении заготовки
Для достаточного и надежного закрепления заготовки силазакрепления рассчитывается по формуле [16 с.193]
/> (1.55)
где: К- коэффициент запаса
Коэффициент запаса Квводят в формулы при вычислении силы закрепления для обеспечения надежногозакрепления заготовки:
/> (1.56)
где: К0 – гарантированный коэффициентзапаса, К0 =1,5 [17 с.382]
К1 - коэффициент,учитывающий увеличение сил резания из-за случайных неровностей на обрабатываемыхповерхностях заготовок, при чистовой обработке К1 =1;
К2 - коэффициент, учитывающий увеличение сил резания вследствие затуплениярежущего инструмента, К2 =1,0
К3 - коэффициент, учитывающий увеличение сил резанияпри прерывистом резании, К3 =1;
К4 - коэффициент, учитывающий постоянство силы закрепления, при использованиипневмоцилиндра, К4 =1;
К5 - коэффициент, учитывающий удобное расположение рукоятки, К5 =1;
К6 - коэффициент учитывающий наличие моментов,стремящихся повернуть заготовку, К6 =1,0.
Поформуле 1.56 коэффициент запаса
К=1,5.1.1.1.1.1,0=1,5
ПринимаетсяК=2,5
/> (1.57)
где: g –сопротивление пружины, g=0,1РО’;
f — коэффициент трения на направляющей поверхностиГ-образного прихвата, />=0,16 [17 с.384, т.3]
η1 – коэффициентучитывающийпотери от трения в шарнирах коромысла, η1=0,9;
η — коэффициент учитывающий потери от трения в звене верхнего прихвата, η =0,9
/>Н
/>Н
По формуле 1.55сила зажима
/>Н
8.1.2 Выбор ирасчет силового привода.В данном приспособлении в роли силового привода используетсяпневмоцилиндр, для которого усилие на штоке при давлении сжатого воздуха напоршень в бесштоковой полости рассчитывается по формуле:
Q= /> (1.58)
где:D – диаметр пневмоцилиндра;
р– давление сжатого воздуха в системе, р=0,4 Мпа;
η– кпд, учитывающий потери в пневмоцилиндре, η=0,9
D=/>мм (1.59)
Принимаемдиаметр пневмоцилиндра D=125мм, [17 с.432,т.7], тогда диаметр штока d=32 мм.
Действительная сила закрепления
Q= />Н
Действительнаясила зажима заготовки больше необходимой силы, следовательно, приспособлениеобеспечивает фиксированное положение детали при обработке.
8.2 Проектированиережущего инструмента
Зуборезные долбякиделятся на дисковые, чашечные и хвостовые, предназначенные для обработки зубьевпрямозубых и косозубых цилиндрических зубчатых колес с исходным контуром поГОСТ 13755-81, а также для обработки зубьев валов и отверстий шлицевыхсоединений с эвольвентным профилем по ГОСТ 6033-80.
Зуборезные долбякиизготовляют следующих типов:
1-го – дисковыепрямозубые долбяки классов точности АА, А и В для колес 6, 7 и 8-й степенейточности;
2-го – дисковые косозубыеклассов точности А и В для 7 и 8-й степеней точности;
3-го – чашечныепрямозубые – классов точности АА, А и В для колес 6, 7 и 8-й степеней точности;
4-го – хвостовыепрямозубые классов точности А и В для колес 7 и 8-й степеней точности;
5-го – хвостовыекосозубые класса точности В для 8-й степени точности.
Согласно задания нужнорассчитать и сконструировать прямозубый долбяк для обработки зубьев с модулем то =2,5мм., номинальным делительнымдиаметром 125мм. Степень точности нарезаемых зубьев – 7-я. Материал заготовки –Сталь 40.
Основные конструктивные ирасчетные размеры чашечного долбяка принимаем по ГОСТ 9323-79. Для долбяков 3 –го типа, класса точности А:
— диаметр делительнойокружности d0 = 99 мм;
— диаметр окружностивершин зубьев dа0 = 107,3 мм;
— диаметр посадочногоотверстия d1 = 44,45 мм;
— диаметр выточки d2 = 63 мм;
— диаметр ступицы d3 = 80 мм;
— расстояние исходногосечения от передней поверхности А = 6,8 мм;
— ширина ступицы b1 = 12 мм;
— длина зубьев b0 = 20 мм;
— высота долбяка В = 32мм;
— число зубьев z0 =40
Размеры профиля зубьевдолбяка в проекции передней поверхности на плоскость, перпендикулярную к оси:
— высота головки ha0 = 3,875 мм;00
— толщина зубатеоретически делительная S0 = 4,573 мм;
— диаметр основнойокружности db0 = 93,867 мм.
Геометрические элементылезвия при вершине зуба:
— передний уголγ=5°;
— задний угол α=6°.
Технические требования надолбяк чашечный 3-го типа класса А
1. Долбяк должен изготавливаться всоответствии с требованиями ГОСТ 9323-79.
2. Долбяк должен изготавливаться избыстрорежущей стали марок, указанных по ГОСТ 19265-73.
3. Твердость долбяка из быстрорежущейстали – HRC 62… 65
4. На всей поверхности долбяка не должнобыть трещин, забоин, выкрошенных мест, заусенцев и следов коррозии.
5. Конусность и овальность посадочногоотверстия должны быть в пределах половины допуска на диаметр отверстия. Недопускаются завалы краев отверстия, выходящие за пределы допускаемыхотклонений, суммарной длинной более 25% ширины ступицы долбяка.
6. Отклонение профиля рабочей части зубаот теоретического не должна превышать 0,005 мм.
7. Разность соседних окружных шагов неболее 0,006 мм. Накопленное отклонение окружного шага 0,018 мм.
8. H14, h14, IT14/2.
9. Маркировать: модуль, число зубьевдолбяка, угол профиля, обозначение класса точности, марку стали долбяка.
8.3 Проектированиемерительного инструмента
Годность деталей сдопуском от IT6 до IT9 наиболее часто проверяют предельными калибрами. Комплектрабочих предельных калибров для контроля размеров гладких цилиндрическихдеталей состоит из проходного калибра ПР и непроходного калибра НЕ.
Калибры для контроляразмеров отверстия называются пробками, а для контроля размеров вала — скобами.
По назначению калибрыделят на две основные группы: рабочие калибры ПР и НЕ, и контрольные калибры(К-ПР, К-НЕ, К-И).
Рабочие калибрыпредназначены для контроля изделий в процессе их изготовления.
Согласно задания нужнорассчитать калибр – пробку для контроля отверстия Æ132Н7.
Определяем предельныеразмеры калибра – пробки для отверстия диаметром D=132 мм с полем допуска Н7 ( предельные отклонения: ES=0,04 мм., EI=0 мм).
Наибольший и наименьшийразмеры отверстия
Dmin=Dном + EI(1.60)
Dmin=132+0 = 132 мм.
Dmax= Dном+ ES(1.61)
Dmax=132+0,04=132,04 мм.
По [19 с. 39, т.2.3) дляквалитета Н7 и интервала размеров 120¸180 мм. находим данные для расчета размеров калибров –пробок: H=8 мкм; Z=6 мкм; Y=4 мкм.
1. Наибольший и наименьший размерынового проходного калибра – пробки
DmaxПР= Dmin+Z+H/2 (1.62)
DmaxПР=132+0,006+0,004=132,01 мм.
DminПР= Dmin+Z — H/2 (1.63)
DminПР=132+0,006-0,004=132,002 мм.
2. Наибольший и наименьший размерынового непроходного калибра –пробки
DmaxНЕ=Dmax+ H/2 (1.64)
DmaxНЕ=132,04+0,004=132,044 мм.
DminНЕ= Dmax — H/2 (1.65)
DminНЕ=132,04 – 0,004=132,036 мм.
3. Предельный размер изношенного калибра– пробки
Dизн.= Dmin – Y (1.66)
Dизн.=132 – 0,004=131,996 мм.
Схему расположения полейдопусков см. рисунок 1.23
/>
Рисунок 1.23 – Схемарасположения полей допусков
9. Исследовательская часть
Производительность труда и себестоимостьобработки деталей на металлорежущих станках зависят от скорости резания,определяемой главным образом износостойкостью инструмента, и подачи, которая вслучае черновой обработки твердосплавным инструментом обусловливаетсяпреимущественно его прочностью.
Современный инструмент в большинствеслучаев является составным телом, в котором протекают сложные процессыупрочнения и разупрочнения, обусловленные явлениями усталости материалапластинки, ползучести опорной зоны державки и другими причинами. Процессыразрушения являются стохастическими; они в значительно большей мере, чемпроцесс изнашивания, обусловливают случайный характер потери работоспособностиинструмента.
Виды разрушений инструмента
Режущий инструмент может подвергатьсяхрупкому разрушению, пластической деформации и разрушению после пластическойдеформации. При хрупком разрушении макропластическая деформация мала посравнению с упругой. Инструмент может разрушиться под действием силмеханического и термического происхождения. В зависимости от уровня нагрузки,ее характера и температуры в опасных местах возможно разрушение инструмента всвязи с однократной перегрузкой, усталостью, ползучестью и т. д.
Разрушения наблюдаются в различныемоменты периодов стойкости и эксплуатации инструмента. Поэтому разрушенияследует классифицировать по времени их возникновения. Различают разрушенияпериода приработки, нормальной эксплуатации и старения, которые отличаютсястепенью детерминации. Разрушения периода нормальной эксплуатации считают чистослучайными. Наиболее детерминированным и, следовательно, легче прогнозируемымявляется разрушение периода старения.
Разрушению могут подвергаться: а) режущийклин по сечению или его участки; б) режущая пластинка, зуб или вся рабочаячасть цельного инструмента; в) калибрующая или направляющая части; г) паяноесоединение или элементы механического крепления пластинки; д) державка иликорпус у задней поверхности под пластинкой (опорная зона державки); е) державкаили корпус у места крепления инструмента.
В зависимости от размеров и формыотделяемых или деформируемых частей инструмента различают микровыкрашивание,макровыкрашивание, скалывание тонких слоев или отделение слоев значительнойтолщины,, локальное выдавливание материала и т. д.
Работоспособность инструмента — это егоспособность осуществлять процесс резания с заданной производительностью икачеством обработки. Отказ — событие, заключающееся в нарушенииработоспособности. Различают разрушение, требующее обязательного прекращенияпроцесса резания (полный отказ), и разрушение, не требующее прекращенияпроцесса (частичный отказ).
Износ и выкрашивание влияют на разрушениепластинки значительно меньше, чем это принято считать. Направление трещинобычно не совпадает с сечением, по которому разрушается пластинка. Частоинструмент с трещинами заменяют только в связи с износом и даже после переточкион бывает работоспособным, хотя вероятность разрушения пластинки в процессерезания и особенно при заточке возрастает. Разрушение пластинки во многих случаяхследует считать отказом, зависимым от деформации державки или корпуса у заднейповерхности (опорной зоны).
По целесообразности восстановленияработоспособности инструмента отказы делятся на устранимые (рациональновосстановление или перестановка пластинки инструмента) и неустранимые(восстановление нерационально). Неустранимые отказы резко увеличивают расходинструмента, могут быть причиной брака детали; иногда требуется вырубка частицтвердого сплава, внедрившихся в деталь. Неустранимые отказы чаще вызываютпростои оборудования, так как они более других связаны со случайными факторамии поэтому хуже прогнозируются.
Под разрушением или поломкой пластинки (Iвид разрушения) будем понимать отделение материала толщиной, существеннопревышающей длину контакта инструмента с деталью и стружкой. В этом случаеразрушаются припой, державка и прочность инструмента зависит от свойств нетолько пластинки, но и опорной зоны державки, а также зоны их соединения. Подразрушением режущего клина или режущей части (11 вид) будем понимать скалываниеслоев толщиной, близкой к длине зоны контакта; это разрушение мало зависит отсвойств опорной зоны и зоны соединения инструмента. В единичном и мелкосерийномпроизводствах неустранимые отказы из-за разрушения инструмента составляли15—75% общего числа отказов, в серийном производстве на настроенных станках8—50%, в массовом производстве 0—30%.
Некоторые специалисты считают, чтополомки инструмента — результат его неправильной эксплуатации. Статистическиеданные показывают, что количество разрушений зависит главным образом от типапроизводства с комплексом соответствующих условий и, в частности, от требованийк стабильности технологического процесса, качества обрабатываемого материала ивеличины припусков.
При черновом и получистовом точениинаиболее характерным видом разрушения является поломка пластинки. В случаяхнепрерывного точения деталей из конструкционных сталей обычными резцами чащеразрушается пластинка твердого сплава по всей толщине. При увеличенной толщинепластинки или ее расположении вдоль задней поверхности во время резанияматериалов повышенной твердости или прерывистого резания увеличиваетсяколичество случаев разрушения пластинки не на всю толщину. При точении деталейиз труднообрабатываемых материалов резко возрастают отказы в связи свыкрашиванием, которые в некоторых случаях могут превысить количестворазрушений пластинки. На операциях отрезки и глубокой прорезки взаимодействиестружки со стенками канавки вызывает рост напряжений у вспомогательных режущихкромок, что приводит к их выкрашиванию; поэтому относительное количествоконтактных разрушений при отрезке возрастает.
Повышение прочности инструмента путемокругления режущих кромок
При заточке и доводке инструмента режущиекромки не получаются абсолютно острыми. Радиус округления р кромок зависит оттехнологии заточки, материала режущей части, а также от заднего и переднегоуглов. Режущие кромки твердосплавного инструмента, обработанного алмазнымкругом (р = 10—5 мкм), условно будем называть острыми, а дополнительнообработанного с целью получения увеличенного радиуса округления правильнойформы — округленными. Увеличенный радиус округления повышает прочностьинструмента.
С увеличением радиуса округления наопределенном участке передней поверхности передний угол уменьшается доотрицательных значений, что вызывает рост сил на передней поверхностиинструмента. Инструмент с дополнительным округлением режущих кромок имеетбольшую площадь контакта с деталью, в связи с чем возрастает сила и на заднейповерхности. Увеличение сил на передней и задней поверхностях приводит к ростуравнодействующей силы резания и ее составляющих. Так как уменьшение переднегоугла и увеличение площади контакта по задней поверхности больше влияет нарадиальную и осевую составляющие силы резания, то с ростом радиуса округленияэти составляющие увеличиваются более интенсивно, чем сила PZ, поэтому отношениеуказанных составляющих к силе РR возрастает. С увеличением радиуса округленияплощадь контакта передней поверхности со стружкой уменьшается. Это несколькоприближает равнодействующую силу к режущей кромке инструмента, что являетсянеблагоприятным фактором для прочности инструмента. Однако характерраспределения напряжений при увеличении радиуса округления становится болееблагоприятным: как нормальные, так и касательные напряжения на поверхностиконтакта округленного режущего клина изменяются более плавно, чем при остромклине. С ростом радиуса округления усадка стружки при относительно малыхскоростях резания, при которых образуется нарост, увеличивается, а приотносительно больших скоростях падает. Известное значение имеет также снижениепластичности материала вследствие его большего наклепа при предшествующемобороте детали (точение) или инструмента (фрезерование).
Рост усадки стружки для инструментов сокруглением режущей кромки при относительно небольших скоростях резания связанс уменьшением нароста и соответственно фактического переднего угла, чтоподтверждается микрофотографиями корней стружки. Относительно малый коэффициенттрения, а также форма округленного клина не способствуют удержанию нароста напередней поверхности инструмента. Уменьшение нароста повышает стабильностьпроцесса резания и уменьшает колебания сил резания, связанные с периодическимобразованием и удалением нароста. Увеличенное округление затрудняет врезаниеинструмента в обрабатываемый материал по нормали к плоскости резания. Этоуменьшает разницу между силами резания при отталкивании и врезании и должноуменьшать интенсивность колебаний.
Округление режущих кромок не влияет наразмеры режущего клина в том месте, где происходит поломка пластинки, ноизменяет его форму и конструктивную прочность в непосредственной близости откромки. Значение последней особенно велико при резании некоторыхтруднообрабатываемых материалов и прерывистом резании. ления. При округлениирежущих кромок уменьшается их шероховатость.
Прочность и стойкость инструмента сразличными радиусами округления режущих кромок проверялись в широком диапазонеусловий обработки. С увеличением р до определенной величины прочностьинструмента возрастает. Время работы до разрушения при форсированных испытанияхувеличивается в 1,5—10 раз, разрушающая подача — на 10—50%, а в отдельныхслучаях — на 100%. Большой эффект в указанных пределах достигается при тяжелых условияхработы (обработка высокопрочных материалов, прерывистое резание, низкаяжесткость СПИД, ослабленная рабочая часть инструмента).
При определенных радиусах округленияпрочность инструмента становится максимальной. Дальнейшее увеличение округленияснижает прочность, что может быть объяснено как ростом силы резания, так исредних контактных напряжений. Очевидно при больших р действие этих факторовстановится более сильным, чем положительных факторов, тем более что, начиная сопределенного значения р, его влияние на шероховатость кромки инаростообразование ослабевает.
Увеличение округления кромки повышаетстепень наклепа и глубину наклепанного слоя под поверхностью резания иобработанной поверхностью, что может усиливать износ инструмента. Рост площадиконтакта задней поверхности инструмента с деталью и сил резания при увеличениир также способствует повышению интенсивности изнашивания инструмента; внекоторых случаях этому может способствовать и уменьшение нароста.
С ростом радиуса округления кромок начинаюттакже действовать факторы, уменьшающие износ инструмента. К их числу следуетотнести уменьшение коэффициента трения, более благоприятное распределениеконтактных напряжений и их меньшие колебания а также повышение прочности кромоки уменьшение их шероховатости.
Температура резания минимальна приопределенном радиус округления инструмента, что может быть объясненоуменьшением касательных сил, вызванных снижением коэффициента трения усадкистружки. При увеличении р стойкость инструмента сначала будет повышаться всвязи с уменьшением коэффициента трения, температурь резания и другихизменений, а затем будет падать вследствие рост сил, температуры резания инаклепа обрабатываемого материала Максимум стойкости инструмента в зависимостиот условий работы будет соответствовать различным значениям р.
У резца с округленной режущей кромкой втечение длительного времени износ развивается так, что между изношеннымиучастками на задних и передней поверхностях остается округленная поверхность,но в середине или конце периода стойкости участки износа на режущихповерхностях соединяются (рис. 66), причем в последнюю очередь округленнаяповерхность изнашивается у вершины резца. Новый радиус округления инструментаопределяется условиями изнашивания.
Тот факт, что величина округления уинструментов без округления и с округлением режущей кромки к концу периодастойкости становится одинаковой, не исключает эффективности округления вэксплуатации по следующим причинам. Во-первых, большое число поломок происходитв начале работы, когда разница в величине р для острых и округленныхинструментов значительна. Во-вторых, шероховатость специально округленнойкромки меньше, чем кромки, округленной в результате износа.
Во всех случаях увеличенный радиусокругления уменьшает интенсивность отказов в связи с поломками, приводит кросту средней стойкости до разрушения и среднего числа периодов стойкостирезцов.
В условиях благоприятного распределениянапряжений, возникающих в процессе резания, и уменьшенных колебаний сил резанияпри работе инструментом с округлением режущих кромок влияние на прочностьинструмента крупных пор в твердом сплаве, остаточных растягивающих напряжений,полученных при пайке и заточке и других дефектов уменьшается, поэтомуокругление особенно важно для нового инструмента.
Средняя стойкость всех резцов, т. е.время работы до наступления любого из отказов, во всех случаях выше для резцовс округленными режущими кромками, что наряду с увеличенным К привело к резкомуросту суммарной стойкости (в 1,8—2,05 раза).
Особенностью резцов с увеличенным рявляется способность снижать
число и размеры выкрашиваний режущихкромок сходящей стружкой вне зоны резания.
В большинстве случаев радиус округления,обеспечивающий наименьшее число поломок, соответствует и меньшему коэффициентувариации стойкости, что свидетельствует о большей стабильности режущих свойстврезцов с округленными кромками. Стойкость с вероятностью 0,9 увеличивается до 3раз.
Округление режущих кромок значительноуменьшает число поломок и выкрашиваний торцовых фрез и повышает ихизносостойкость. Так, при обработке инструментальных сталей Т увеличивалось с73 до 140 мин (на 92%), К с 2,5 до 3,84 (53%)
Инструментальный и обрабатываемыйматериалы, жесткость системы СПИД и другие факторы, кроме толщины среза,незначительно влияют на радиус округления. Это связано с тем, что при условиях,менее благоприятных с точки зрения вероятности разрушения, следует повышать р,но в этих же случаях обычно применяются меньшие подачи, для чего требуетсяснижать р.
В условиях единичного и мелкосерийногопроизводств применяют резцы, изготовляемые инструментальными заводами. Режущиекромки инструмента при фрезеровании деталей из жаропрочных сталей и другихвысокопластичных труднообрабатываемых материалов округлять не следует.
Размеры и расположение пластинки
Увеличение размеров твердосплавнойпластинки повышает прочность инструмента, причем в большей степени влияеттолщина пластинки и в меньшей — ширина и длина.
С увеличением h растягивающие напряженияво всех сечениях пластинки резко уменьшаются.
Толщина пластинки оказывает наибольшеевлияние на температуру опорной зоны. С ростом h опора отодвигается от наиболеенагретого места инструмента. В связи со значительным уменьшением температурыопоры ее сопротивление сжатию растет.
Увеличение толщины пластинки меньшевлияет на сопротивление рабочей части сжатию от силы Р, а также насопротивление касательным напряжениям, чем нормальным растягивающим напряжениямпри изгибе. Поэтому при некоторой толщине пластинки прочность инструмента неповышается, а при торцовом фрезеровании даже понижается что может быть связанос большей вероятностью появления дефекта в толстой пластинке.
При увеличении ширины пластинки площадьее опорной поверхности возрастает, что повышает жесткость опорной зоны ипрочность паяного соединения. Для отрезных, а также проходных резцов, когдаширина пластинки относительно мала и пластинка разрушается по всей ширине, ростb увеличивает момент инерции пластинки. При увеличении длины пластинки площадьее опорной поверхности также возрастает. Однако увеличение / и Ь повышаетостаточные напряжения растяжения, возникающие при остывании инструмента стемпературы пайки. Пластинками с размерами, рекомендованными нормалямимашиностроения, оснащают инструмент общего назначения, выпускаемый инструментальнымизаводами
При напайке пластинки со стороны заднейповерхности инструмента толщина пластинки увеличивается примерно в 1,8 раза, аширина уменьшается во столько же раз. Наиболее эффективно располагать пластинкивдоль задней поверхности инструмента при точении деталей на тяжелых станках.Разрушающая подача при этом увеличивается примерно в 1,5 раза. Вероятностьразрушения крупных резцов с пластинками, напаянными вдоль задней поверхности,при тех же режимах резания, в среднем в 2 раза меньше, а число периодовстойкости в 1,9 раза больше, чем у обычных резцов. Стоимость заточки ипереточек такого резца возрастает только на 6 к., прочие затраты на инструментне изменяются.
Для пластинки, напаянной со сторонызадней поверхности, при появлении выкрашиваний и большого износа на заднейповерхности, возможен преимущественный изгиб пластинки в направлении действиягоризонтальных составляющих сил резания.
Для облегчения алмазной заточки резцовиногда твердосплавную пластинку напаивают так, что она выступает над державкойна величину А/. Такое свисание вызывает дополнительный момент и увеличиваетнагрузку на опору в опасном для нее месте. При этом растягивающие напряжения впластинке резко возрастают (например, у отрезных резцов, по даннымполяризационно-оптических исследований, — в 2 раза).
При выступании пластинки 1,4 мм резцыимели стойкость в среднем в 2 раза ниже по сравнению с выступанием 0,15 мм.Такая разница вызвана увеличением числа поломок резцов с большим выступаниемпластинки и снижением стойкости до разрушения этих резцов. Таким образом,свисание пластинок не может быть рекомендовано, тем более, что алмазнымикругами можно одновременно обрабатывать твердый сплав и сталь.
Качество опорной поверхности пластинки
Опорная поверхность пластинки твердого сплавапосле спекания покрыта пленкой оксидов, имеющих низкую теплопроводность,например, если коэффициент теплопроводности твердого сплава Т5К10 равен 33ккал/(м-ч-°С), то коэффициент теплопроводности двуокиси титана составляет 5,4ккал/(м-ч-°С), а при 600° С он снижается до 3,0 ккал/(м-ч-°С).
Шлифование или доводка опорнойповерхности пластинки резко активизирует теплоотвод от режущих поверхностейчерез резец. Температура как в зоне резания, так и в опорной зоне уменьшается.Влияние обработки пластинки на температуру опоры увеличивается прииспользовании твердых сплавов с большей теплопроводностью. Например, пришлифовании пластинки из сплава Т15К6 температура опоры снижается на 15—18%, аиз сплава ВК8 — на 25—35%.
Обработка опорной поверхности благодаря активизациитеплоотвода повышает также износостойкость инструмент. Для обеспечения высокогокачества пайки требуется лишь определенная растекаемость припоя. Кроме того, помере снижения шероховатости поверхности уменьшается площадь контактаповерхности твердого сплава с припоем, что снижает прочность соединения. Передпайкой опорную поверхность необходимо обрабатывать с обеспечением шероховатости8-го класса.
При механическом закреплении пластинкивпадины заполнены воздухом, теплопроводность которого на четыре порядка меньшетеплопроводности меди. Поэтому для повышения термической проводимости контакташероховатость поверхности пластинок, закрепляемых механически, должна бытьзначительно более низкой по сравнению с шероховатостью напаиваемых пластинок.Рекомендуется доводка опоры с обеспечением шероховатости 11—12-го класса.
Кривизна контактирующих поверхностейвлияет на жесткость опорной зоны. Значительное влияние обработки большихпластинок, имеющих значительную неплоскостность, на прочность инструмента можетбыть объяснено не только худшими условиями контакта.
При выпуклой пластине силы реакции опорыперераспределяются так, что- их равнодействующая удаляется от заднейповерхности.
Неплоскостность пластинки влияет напрочность инструмента в большей степени, чем шероховатостьи удаление оксидныхлленок.
Эксплуатационные испытания подтвердилицелесообразность обработки опорной поверхности пластинки для повышенияпрочност: и стойкости инструмента. Уменьшение неплоскостности с 0,15 м до 0,03мм может увеличить суммарную стойкость инструмента в 2 раза.
Жесткость державки
Размеры державки, в отличие от размеровпластинки, значительно влияют на надежность инструмента не только черезпрочность и свойства материалов рабочей части, но и через изменение цикланагружения, связанного с виброустойчивостью инструмента. Влияние державки наконструктивную прочность является преобладающим при малом вылете резца изрезцедержателя или ножа из корпуса фрезы, а также при различной высоте кддержавки под пластинкой, но постоянной общей высоте державки.
Применение усиленной державки позволяетрасположить пластинку вдоль задней поверхности не только крупных, но и мелкихрезцов.
Высота державки под пластинкой у отрезныхрезцов может быть также увеличена, если рабочую часть инструмента сделатьнезависимой от гнезда резцедержателя. Ширина державки значительно меньше, чемвысота, влияет на момент инерции, но от нее зависит площадь опоры и площадьпаяного соединения. С ростом В разрушающая подача также увеличивается, хотя и вменьшей степени, чем с ростом Я. Поэтому для черновых операций целесообразноизготовлять резцы с квадратным сечением державок. В процессе резанияинструментом с закаленной державкой на напряженных режимах наблюдаются явленияползучести. Но пластическая деформация в этом случае является менее интенсивнойи охватывает меньшую зону под пластинкой. Закалка державки кроме повышенияжесткости опоры уменьшает также остаточные напряжения, возникающие при пайке.Так как затраты на закалку державок при достаточно большом количестве изготовляемыхинструментов обычно ниже затрат на дополнительную опору и, кроме того, нетребуются дефицитные материалы, то закалку можно рекомендовать для всехчерновых инструментов широкого назначения. Закалку целесообразно выполнять сиспользованием теплоты нагрева под пайку, подстуживая державку до температурыначала закалки (800—850° С для стали 45). Для повышения жесткости опорной зонынеобходимо одновременно увеличивать ее упруго-пластические свойства и радиускривизны опорной поверхности пластинки. При этом обеспечивается особенноинтенсивный рост прочности инструмента.
Для обеспечения высокой стабильноститехнологических процессов инструменты должны иметь повышенную прочность. Такиеинструменты допускают большое число переточек. Поэтому пластинка у них должнабыть расположена вдоль передней поверхности.
Параметры зоны соединения пластинки сдержавкой
Припой как часть опорной зонысопротивляется сжатию. Он удерживает пластинки от поворота, сопротивляясьрастяжению, сдвигу. От свойств припоя зависят также остаточные напряжения втвердосплавной пластинке, возникающие при охлаждении с температуры пайки.Материал припоя значительно влияет на усредненную деформацию державки, припоя итвердого сплава на задней поверхности. Таким образом, припой влияет на прочностьрабочей части инструмента в большей степени вследствие изменения жесткости ипрочности паяного соединения, чем изменения остаточных напряжений. Припойявляется частью опорной зоны, обладающей меньшим модулем упругости и пределомтекучести, чем стальная державка. Поэтому с уменьшением толщины припоя hnжесткость опорной зоны повышается. Кроме того, при тонких слоях припоя жесткиестенки, которые образуют твердый сплав и сталь, блокируют и упрочняют припой.Усредненная деформация зоны соединения на задней поверхности ориентировочнопрямо пропорциональна толщине припоя.
Уменьшение толщины припоя вызывает ростостаточных деформаций в пластинке. Так как толщина припоя оказываетпротивоположное действие на жесткость опоры и остаточные напряжения, зависимостьразрушающей подачи от hn имеет максимум; инструмент наиболее прочный при hn =0,1 мм. С ростом отношения — напряжения в пластинке непрерывно уменьшаются, ноодновременно с этим повышаются остаточные напряжения. Поэтому при резаниимаксимальную разрушающую подачу имеет инструмент, у которого пластинка припаянадо половины высоты.
Увеличение сопротивления взаимномуперемещению «пластинки и державки резца повышает прочность инструмента.Поэтому при одинаковом плече силы резания в пластинке, закрепленной механически,возникают большие напряжения, чем в напаянной пластинке. В связи с меньшейтеплопроводностью стыка температура опоры в случае механического крепленияпластинки выше и ее механические свойства ниже. Резцы с механическим креплениемпластинок на обдирочных операциях использовать не рекомендуется.
При механическом закреплении многогранныхпластинок устраняются остаточные напряжения, возникающие при пайке инеквалифицированной заточке, облегчается эксплуатация инструмента и т. д. Всвязи с этим важно указать способы усовершенствования такого инструмента.
Для повышения прочности в конструкцииинструмента должно быть предусмотрено достаточно жесткое закрепление пластинки.Место закрепления пластинки должно быть возможно ближе к режущей кромке, чтобыуменьшить плечо сил резания. При нагружении модели отрезного резца с напаяннойпластинкой длиной 15 мм и такого же резца с пластинкой, закрепленной сверхуприхватом на расстоянии 5 мм от кромки, в последнем случае растягивающиенапряжения на передней поверхности, например, при h = 5 мм получались на 22%меньше, а при h — 10 мм — полностью отсутствовали). Для черновых резцов смеханическим креплением пластинок следует обязательно применять дополнительнуюопору, причем она должна быть напаяна или наварена, но не закрепленамеханически, так как в последнем случае жесткость опорной зоны резкоуменьшается. Прочность резцов с механически закрепленными пластинками идополнительной опорой даже при неблагоприятном расположении места крепленияпластинки не ниже прочности резцов с напаянными пластинками, но бездополнительной опоры. Требования к неплоскостности и шероховатости опорныхповерхностей дополнительной опоры и режущей пластинки при механическомзакреплении должны быть значительно повышены по сравнению с напайными резцами,причем должен быть предусмотрен своевременный ремонт державки в случае развитияпластической деформации (завала) опоры.