Анализ технологичности конструкции детали

2. Анализ технологичности конструкции детали

Деталь имеет простую конструкцию. Обеспечивается свободный доступ инструмента ко всем обрабатываемым поверхностям, деталь является достаточно жесткой. Деталь имеет совокупность поверхностей, которые могут быть использованы в качестве технологических баз.

Предварительную обработку наружных и внутренних поверхностей предполагается делать на токарном станке, окончательную – на шлифовальном. Форма детали удобна для изготовления и автоматического контроля, но требует разных приспособлений при обработке внутренней поверхностей. Конфигурация детали обеспечивает легкое удаление стружки. Для обработки торцов с требованием низкой шероховатости применяем резцы оснащенные режущей керамикой в качестве замены шлифования.

С учетом вышесказанного конструкция детали является технологичной.

3. Выбор исходной заготовки

Деталь имеет небольшие перепады диаметров и ценральное отверстие. С учетом технологических свойств материала детали , её габаритов и массы, требований к механическим свойствам (особых требований нет), а также типом производства (единичное) выбираем в качестве исходной заготовки – прокат.

4. Разработка маршрута технологии изготовления корпуса

Выбор технологических баз и применяемого оборудования

Проектирование технологических процессов (ТП) механической обработки начинается с изучения служебного назначения детали, технических требований к ней, норм точности и программы выпуска, анализа возможности предприятия по обработке данной детали.

Проектирование ТП представляет собой многовариантную задачу, правильное решение которой требует проведения ряда расчетов. В начале проектирования предварительно устанавливаются виды обработки отдельных поверхностей заготовки и методы достижения их точности, соответствующие требованиям чертежа, серийности производства и существующего на предприятии оборудования.

При низкой точности исходных заготовок ТП начинается с черновой обработки поверхности, имеющей наибольшие припуски. При этом в самую первую очередь снимается припуск с тех поверхностей, на которых возможны дефекты с целью скорейшего отсеивания брака.

Дальнейший маршрут строится по принципу обработки сначала грубых, а затем более точных поверхностей. Наиболее точные поверхности обрабатываются в последнюю очередь.

В конце маршрута выполняются и второстепенные операции (сверление малых отверстий, нарезание крепежной резьбы, снятие фасок, заусениц и т.д.). Наиболее легко повреждаемые поверхности обрабатываются на заключительной стадии ТП.

Маршрут технологии изготовления корпуса представлен в виде таблицы 1 где также обозначены технологические базы.

5. Расчет припусков и технологических размеров

5.1 Расчет припусков

Минимальный припуск на обработку поверхностей вращения определяется по формуле:

2*zi min = 2*(Rzi-1 + hi-1 + ), (4)

где Rzi-1 – шероховатость поверхности на предшествующем переходе или операции, мкм;

hi-1 – толщина дефектного поверхностного слоя, полученного на предшествующем переходе или операции, мкм;

i-1 – суммарное пространственное отклонение обрабатываемой поверхности, полученного на предшествующем переходе или операции, мкм;

I - погрешность установки заготовки на выполняемом переходе, мкм.

Минимальный припуск при последовательной обработке поверхностей

zi min = Rzi-1 + hi-1 +

Для определения минимальных припусков первоначально составляем размерные схемы для линейных и диаметральных размеров.

Все параметры составляющие величину припусков выбираем из соответствующих таблиц[2]и [3].

Расчет припусков на обработку производим по вышеуказанной формуле (4) и сводим их в таблицу 2.

Таблица 2 Расчет припусков на обработку

5.2 Размерный анализ технологического процесса

Составляющими звеньями в технологических размерных цепях обычно является технологические размеры, которые указаны в технологической документации (размеры исходной заготовки; все размеры получаемые при механической обработке). Технологические размеры могут совпадать с размерами, указанными на чертеже, т.е. с конструкторскими размерами. В таком случае говорят, что конструкторские размеры выдерживаются непосредственно.

При несовпадении технологического размера с конструкторским необходимо выявить размерную цепь, в которую входит рассматриваемый конструкторский размер и технологические размеры, необходимые для его выполнения. В этом случае замыкающими звеньями в технологических размерных цепях являются конструкторские размеры, но могут быть и припуски на обработку. Так как для конструкторского размера заданы номинальный размер и отклонения, то такие замыкающие размеры называются исходными, т.е. исходя из них требуется рассчитать номинальные размеры и отклонения технологических размеров. Мы последовательно рассматриваем размерные цепи с одним неизвестным технологическим размером и рассчитываем номинальный размер и отклонения этого звена

Исходными данными для размерного анализа являются:

1. Чертеж детали;

2. Чертеж исходной заготовки;

3. Технологический процесс обработки заготовки.

Размерный анализ производим в соответствии с методикой изложенной в [3,стр 5] Размерные схемы представлены выше. Граф технологических размерных цепей изображен на рис 5. Расчет технологических размеров представлен в виде таблицы 3.

Рис 5. Граф технологических размерных цепей.

Таблица 3

6. Расчет режимов резания

Расчет режимов резания по эмпирическим зависимостям проводим для одного перехода токарной операции, сверлильной, фрезерной и шлифовальной операции.

Выполняем расчёт для первой операции и третьего перехода (обтачивание наружной поверхности) последовательно по пунктам:

Токарная операция

Станок токарно-винторезный с ЧПУ 16К20Ф3С5, N=10кВт,n=12.5-1600.

1. Глубина резания: t2.1= z2.1C = 1 мм.

2. Поперечная подача по табл. 11 [2,Т.2,стр.266] для данной глубины резания

0,6-1,2 мм/об, принимаем:

S1.1= 1 мм/об.

3. Скорость резания определяется по формуле:

 (6)

Период стойкости инструмента принимаем: Т=60 мин.

Значения коэффициентов: СV 420; m = 0,2; x = 0,15; y = 0,2– определены по табл. 17 [2,Т.2,стр.269].

Коэффициент KV :

KV = KМV *KПV *KИV,

где KМV – коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала;

KПV - коэффициент, отражающий состояние поверхности заготовки;

KИV – коэффициент, учитывающий качество материала инструмента.

По табл. 1,5,6 [2,Т.2,стр.261]:

,

Значение коэффициента  и показатель степени  для материала инструмента из твердого сплава при обработке заготовки из стали 9ХС берем

из табл. 2 [2,Т.2,стр.262]: , ;

,

KМV = 0,838; KПV = 1; KИV =1.

KV = KМV*KПV *KИV = 0,838*1*1= 0,838.

Скорость резания,

4. Расчётное число оборотов шпинделя:

n = 1000*V/(*d) = 1000*155/(3,14*62) = 799 об/мин.

5. Принимаем фактическое число оборотов, с учетом типа станка:

nф =750 об/мин.

6. Фактическая скорость резания:

V = *d* nф/1000 =3,14*62*750/1000=146м/мин.

7. Определяем главную составляющую силы резания по формуле:

Pz = 10*Cp * tx * Sy * Vn * Kp, (7)

Значения коэффициентов: Сp = 300; n = - 0,15; x = 1,0; y = 0,75 – определены по табл. 22 [2,Т.2,стр.273].

Глубина резания в формуле: t1.1= z2.1 max = 1,5мм.

Коэффициент Kp :

KP = KМP *KP *KP * KP * KP,

Коэффициенты, входящие в формулу, учитывают фактические условия резания.

По табл. 9,23 [2,Т.2,стр.264]:

KМP = 1,1; KP 1; KP = 1,0; KP = 1,0; KP = 0,93.

KP = KМP *KP *KP * KP * KP = 1,1*1*1,0*1,0*0,93 = 0,93

Главная составляющая силы резания, форм. (7):

Pz = 10*Cp * tx * Sy * Vn * Kp =10*300 * 1,5 1 * 10,75 * 146-0,15 * 0,93 = 1966 Н.

8. Мощность резания:

N= Pz*V/(1000*60) = 1966*146/(1000*60)= 4,7 кВт.

9. Мощность привода главного движения:

Nпр= N/ =4,7/0,85= 5,6 кВт.

Мощность электродвигателя станка – 10кВт, она достаточна для выполнения операции.

Для сверлильной операции:

Вертикально-сверлильный станок 2H125, N=2.2 кВт, n=45-2000.

1. Глубина резания: t2.3= 0,5*D= 0,5*5 = 2.5 мм.

2. Подача по табл. 25 [2,Т.2,стр.277] : 0,08-0,1 мм/об

S2.3= 0.1мм/об.

3. Скорость резания определяется по формуле:

 (8)

Период стойкости инструмента принимаем по табл. 30 [2,Т.2,стр.279]: Т=15мин.

Значения коэффициентов: СV = 7; q = 0,4; m = 0,2; y = 0,7– определены по табл. 28 [2,Т.2,стр.278].

Коэффициент KV :

KV = KМV *KlV *KИV,

где KlV - коэффициент, учитывающий глубину сверления;

Коэффициенты KМV ,KИV определены выше.

По табл. 31 [2,Т.2,стр.280]: KlV = 0,75.

KV = KМV*KlV *KИV = 0,838*0,75*1 = 0,628.

Скорость резания ,форм. (8):

4. Расчётное число оборотов шпинделя:

n = 1000*V/(*D) = 1000*19.5/(3,14*5) = 1248 об/мин.

5. Принимаем фактическое число оборотов, с учетом типа станка:

nф =1200 об/мин.

6. Фактическая скорость резания:

V = *D* nф/1000 = 3,14*5* 1200/1000 = 18.8м/мин.

7. Определяем крутящий момент по формуле:

Мкр = 10*CМ *Dq * Sy * Kp, (9)

Значения коэффициентов: СM = 0,0345; q = 2,0; y = 0,8 – определены по табл. 32 [2,Т.2,стр.281].

Коэффициент Kp : KP = KМP = 1,1.

Крутящий момент, форм. (9):

Мкр = 10*CМ *Dq * Sy * Kp=10*0,0345 *52 * 0,10,8 * 1,1= 1.49 Н*м.

8. Определяем осевую силу по формуле:

Ро = 10*Cp *Dq * Sy * Kp,

Значения коэффициентов: Сp = 68; q = 1; y = 0,7 – определены по

табл. 32 [2,Т.2,стр.281].

Осевая сила:

Ро = 10*Cp *Dq * Sy * Kp=10*68 *5 * 0,10,7 * 1,1 = 744 Н.

8. Мощность резания:

N= Мкр * nф /9750 = 1.49*1200/9750 = 0.18 кВт.

9. Мощность привода главного движения:

Nпр= N/ =0.18/0,85= 0.21 кВт.

Мощность электродвигателя станка 3,7 кВт, она достаточна для выполнения операции.

Фрезерная операция (фрезерование , лысок)

Горизонтальный консольно-фрезерный станок 6Р83 SM=25-1250 мм/мин,

n=31.5-1600 об/мин

Глубина фрезерования t=5

Ширина фрезерования B=12 мм

Подача s=0.09-0.18 при мощности станка N5-10 квт, фрезы с пластинами из твердого сплава. Принимаем по табл.33 (2,том 2,стр 283). С учетом типа станка SM=1250 мм/мин

Скорость резания принимаем по формуле

Из таблиц 39,40 [2.том 2, стр286]

Сv=443 q=0.17 x=0.38 y=0.28 u=-0.05 m=0.33 p=0.1

Общий поправочный коэффициент на скорость резания

Коэффициенты определены выше

KV = KМV*KПV *KИV = 0,838*1*1= 0,838.

5. Расчётное число оборотов шпинделя:

n = 1000*V/(*D) = 1000*137,7/(3,14*50) = 877 об/мин.

6. Принимаем фактическое число оборотов, с учетом типа станка:

n=800 об/мин

7. Фактическая скорость резания:

V = *D* nф/1000 = 3,14*50*800/1000 = 125,6м/мин.

8. Окружная сила

Коэффициенты выбираем из табл.41 [2.том 2, стр291]

Сp=101 x=0.88 y=0.75 u=1 q=0.87 w=0

9. Крутящий момент на шпинделе

10. Мощность резания (эффективная)

11. Мощность привода главного движения:

Мощность станка 11кВт,что достаточно для выполнения операции.

Внутришлифовальная операция

Внутришлифовальный станок 3К227В, N=4 кВт, nЗ=60-120об/мин,

nШП=9000,12000,18000,22000 об/мин.

S=0.05-5м/мин

Скорость вращательного движения заготовки, скорость круга, глубину, радиальную подачу выбираем в соответствии с табл.55[2.том 2,стр 301].

VЗ=35 м/мин

VК=35 м/с(18000 об/мин)

t=0.005-0.02 мм

s=(0.4-0.7)B

Принимаем S=2 м/мин=5 мм/об

Dкр=15 мм h=30 мм

Эффективная мощность

Значения коэффициентов и показателей степени выбираем из табл.56[2.том 2. стр303]

СN=0.36 r=0.35 x=0.4 y=0.4 q=0.3

3. Мощность привода главного движения:

Круглошлифовальная операция

Круглошлифовальный станок 3М161Е, N=18,5 кВт, nЗ=50-620об/мин,

nШП=1270 об/мин.

S=0.05-5м/мин

Скорость вращательного движения заготовки, скорость круга, глубину, радиальную подачу выбираем в соответствии с табл.55[2.том 2,стр 301].

VЗ=25 м/мин

VК=35 м/с

sP=0.005 мм/об

Dкр=150 мм h=50 мм

Эффективная мощность

Значения коэффициентов и показателей степени выбираем из табл.56[2.том 2. стр303]

СN=0.14 r=0.8 x=0.8 y=0.55 q=0.2 z=1

3. Мощность привода главного движения:

7. Расчет основного времени

Основное время определяем по формуле:

t0 = L*i/(n*S), мин

где L – расчётная длина обработки, мм;

i - число рабочих ходов;

n – частота вращения шпинделя, об/мин;

S – подача, мм/об (мм/мин).

Расчётная длина обработки:

L = l + lВ + lСХ

где l – размер детали на данном переходе, мм;

lВ - величина врезания инструмента, мм;

lПБ– величина перебега инструмента, мм;

Принимаем: lПБ = 1 мм.

Тогда окончательная формула для определения основного времени:

t0 = (l+ lВ + lПБ)*i/(n*S),

Величины врезания на операциях определяем из соответствующих таблиц 2-12 [1, стр621]

Основное время для заготовительной операции

Переход 1 :

t0 = L/SM=8+65/100=0.73 мин.

Основное время для первой токарной операции:

переход 1:

t0 =(l+ lВ +lПБ )*i/(n*S)= (32,5+5+1)*1/(750*1) = 0,05 мин.

переход 2:

t0 =(l+ lВ +lПБ )*i/(n*S)= (32,5+5+1)*1/(750*1) = 0,05 мин.

переход 3:

t0 = l* i/(n*S) = 40*6/(750*1)=0,32мин.

переход 4:

t0 = l* i/(n*S) = 40*1/(750*1)=0,05мин..

переход 5:

t0 = (l)*i/(n*S) = 14*1/(400*1)=0,035мин.

переход 6:

t0 = (l + lВ +lПБ)*i/(n*S) = (63+8)*1/(200*0,35)=1.04мин.

переход 7:

t0 = (l + lВ +lПБ)*i/(n*S) = (63+2)*1/(750*1)=0.086мин.

переход 8:

t0 = (l)*i/(n*S) = 1.6*1/(750*1)=0,002мин.

Основное время для второй токарной операции:

переход 1:

t0 =(l+ lВ +lПБ )*i/(n*S)= (32,5+5+1)*1/(750*1) = 0,05 мин.

переход 2:

t0 =(l+ lВ +lПБ )*i/(n*S)= (32,5+5+1)*1/(750*1) = 0,05 мин.

переход 3:

t0 =(l+ lВ +lПБ )*i/(n*S)= (21+2+1)*1/(750*1) = 0,032 мин.

переход 4:

t0 =(l+ lВ +lПБ )*i/(n*S)= (21+2+1)*1/(750*1) = 0,032 мин.

переход 5:

t0 =l*i/(n*S)=14*5/(750*1) = 0,093 мин.

переход 6:

t0 =l*i/(n*S)=14*1/(750*1) = 0,018 мин.

переход 7:

t0 =l*i/(n*S)=11*1/(750*1) = 0,015 мин.

Основное время для третьей фрезерной операции:

переход1 :

t0 = (l + lВ +lПБ)*i/(n*S) = (37+17)*1/(800*1,2)=0,056мин.

Основное время для пятой сверлильной операции:

переход 1

t0 = 3(l + lВ +lПБ)*i/(n*S) = 3(8+2,5)*1/(1200*0,1)=0,26мин.

Основное время для седьмой внутришлифовальной операции:

переход 1

t0 = l*K *i/(n*S) =48*1.5*8/(400*5)=0.29мин.

Основное время для восьмой круглошлифовальной операции:

Переход 1 :

T0=LK/nдSр=0.29*1.5/300*0.005=0.29 мин

Список использованной литературы

1. Обработка металлов резанием Справочник технолога А.А. Панов, В.В. Аникин, Н.Г. Бойн и др. Под общ. Редакцией А.А.Панова. 2-е издание, перераб. И доп.- Машиностроение, 2004.- 784 с.. ил.- ISBN 5-94275-049-1

2. Справочник технолога машиностроителя .В 2-х томах Под редакцией А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова.4-е издание, преработанное и доп.-машиностроение, 1985,496 с.,илл

3. Скворцов В.Ф. Основы размерного анализа технологических процессов изготовления деталей. Учебное пособие . Томск изд ТПУ 2006,100с.

4. Справочник инструментальщика /И.А. Ординарцев, Г.В. Филлипов, А.Н. Шевченко и др., Под общей редакцией И.А.Ординарцева.-Л.: Машиностроение. Ленингр. Отделение .1987.-846 с .: илл

5. Горбацевич А. Ф., Шкред В. А. Курсовое проектирование по технологии машиностроения.: Учеб. пособие для машиностроительных специальностей вузов.-Москва: Высшая школа, 2007.-256 с.