Комплексный дипломный проект: Проект участка по производству технологических приспособлений для электромеханического восстановления и укрепления поверхностного слоя деталей машин. Цилиндрические поверхности

mxl printed ГОСТ 3.1118-82 Форма 1

mxl printed ГОСТ 3.1118-82 Форма 1б

РЕФЕРАТ

Лищенко А.В. Комплексний дипломний проект

“Проект дiльницi по виробництву технологiчноi оснастки для електромеханичного вiдновлення i змiцнення деталей машин”

Дипломний проект. ХГТУ. 5С. 1999

Пояснювальна записка: 97 стр.; Додаток стр.; Креслення 10 аркушiв формату А1.

В проектi розроблена конструкцiя пристрiiв для электромеханичноi обробки внутреннiх поверхнь обертання. Ряд операцiй виконуется на продуктивному обладнаннi з ЧПУ. Спроектован оригiнальний поводковий патрон, електроконтактний пристрiй та державка для висадження i змiцнення внутренньоi поверхнi.

Запропанованi в проектi технологiчнi, кострукторськi i органiзацiйнi рiшення дозволили отримати економiчний ефект у розмiрi 3629 гр.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время, в условиях все возрастающей напряженности работы машин, связанной с увеличением мощности, скорости, давления, а также с повышенными требованиями к точности их работы, вопросы надежности приобретают исключительно большое значение. На ремонт и восстановление работоспособности машин затрачиваются огромные ресурсы . Это во многом объясняется низкой прочностью поверхностного слоя сопрягаемых деталей машин, который составляет всего долю процента от всей массы деталей. Следовательно, для повышения долговечности машин решающее значение имеет упрочнение трущихся поверхностей деталей в процессе их изготовления и ремонта. Электромеханическая обработка (ЭМО), основана на термическом и силовом воздействии, она существенно изменяет физико-механические показатели поверхностного слоя деталей и позволяет резко повысить их износостойкость, предел выносливости и другие эксплуатационные характеристики деталей. Процесс ЭМО имеет основные разновидности: электромеханическое сглаживание (ЭМС) и электромеханическую высадку металла (ЭМВ). Высадка является основной операцией электромеханического способа восстановления деталей, а поэтому часто под ЭМВ подразумевают сам способ восстановления. Как правило, ЭМС сопровождается упрочнением поверхностного слоя, поэтому в некоторых случаях его называют электромеханическим упрочнением (ЭМУ), а по существу ЭМУ есть следствие ЭМС.

1. ТЕХНОЛОГЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1. Назначение детали и анализ технических условий на изготовление.

Конструируемая деталь представляет собой деталь типа рычаг. В проектируемой державке он является корпусом и служит для крепления на нее сменной головки с твердосплавной пластиной, а так же для передачи усилия на цилиндр через ось.

Рычаг не имеет ответственных поверхностей и поэтому прост в изготовлении. Деталь имеет три отверстия 10 мм, два из которых служат для крепления оси, передающей усилие через сухарь на пружину цилиндра, третья отверстие служит для крепления рычага болтом М10, который является осью вращения рычага. Деталь имеет два отверстия диаметром 6.8 мм для крепления болтами М6 сменной головки с твердосплавной пластиной. Для сопряжения этих поверхностей предусмотрена поверхность длиной 35 мм и шириной 20 мм. Для сопряжения поверхности рычага с поверхностью планки предусмотрена поверхность длиной 50 мм и шириной 20 мм.

Рычаг имеет паз шириной 60 мм для свободного перемещения в нем цилиндра с пружиной. Рычаг имеет отверстие М8 для крепления к нему многожильного провода болтом. Шероховатость обрабатываемых поверхностей при фрезеровании и сверлении по четвертому классу. Для повышения срока службы и придания изделию эстетических качеств деталь подвергают оксидированию.

Материал рычага – сталь 45 ГОСТ 1050-88. Получают данную сталь в конвертерах, мартеновских и электрических печах.

Таблица 1.1

Химический состав стали.

Предельно-допустимая концентрация вредных примесей в стали 45 следующая: S (не более) 0.04% , фосфор (не более) 0.035% (6).

Таблица 1.2

Механические свойства стали 45

Сталь 45 в нормализованном состоянии по сравнению с низкоуглеродистыми сталями имеет более высокую прочность при более низкой пластичности. Хорошо обрабатывается резанием.

1.2. Определение программы запуска и типа производства.

В зависимости от размеров производственной программы, характера производства и выпускаемой продукции, а так же технических и экономических условий осуществления производственного процесса различают три основных типа производства:

• единичное

• серийное

• массовое

Количественной характеристикой типа производства является коэффициент закрепления операций К_з.о., который представляет собой отношение числа различных операций, подлежащих выполнению в течении месяца, к числу рабочих мест. Математически эта зависимость выражается следующей формулой:

К_з.о. = О/Р (1.2.1)

где О – число различных операций, шт.

Р – число рабочих мест, шт.

По таблице типов производств определяем, что выпуск детали массой 2 кг и партией 2000 шт. соответствует среднесерийному производству.

Годовую программу запуска определяем по формуле:

n_з = n_вып (1+/100) шт, (1.2.2)

где n_вып = 200 шт. – заданная годовая программа,

 = 4 – коэффициент технологических потерь.

Подставив известные величины в формулу (1.2.2), получаем:

n_з = 2000(1+4/100) = 2012

1.3. Анализ технологичности конструкции детали.

Технологичность конструкции – это совокупность свойств конструкции изделия, определяющих ее приспособляемость к достижению оптимальных затрат при производстве, эксплуатации и ремонте для заданных показателей качества, объема выпуска и условий выполнения работы.

Важное место среди требований к технико-экономическим показателям промышленных изделий занимают вопросы технологичности конструкции. Технологичность конструкции детали анализируется с учетом условий ее производства, рассматривая особенности конструкции и требования качества как технологические задачи изготовителя.

По ГОСТ 14.205 – 83 технологичность конструкции – это совокупность свойств конструкции изделия, определяющих ее приспособляемость к достижению оптимальных затрат при производстве, эксплуатации и ремонте для заданных показателей качества, объема выпуска и условий выполнения работ.

2.3.1 Количественный метод оценки технологичности.

Для количественного метода оценки техно- логичности конструкции применяют показатели, предусмотренные ГОСТ 14.202 – 73.

Произведем расчет по некоторым из этих показателей.

Коэффициент унификации конструктивных элементов детали:

К_ц.э.= Q_у.э./Q_э (1.3.1)

где Q_у.э. = 8 шт. – число унифицированных элементов детали;

Q_э = 9 шт. – общее число конструктивных элементов.

Подставляя известные величины в формулу (1.3.1), получим:

К_ц.э. = 12/12 =1

При К_ц.э.> 0.6 деталь считается технологичной.

Деталь считается технологичной по точности, если коэффициент точности обработки К_точ. 0.8. Этот коэффициент определяется по формуле:

К_точ. = 1 – 1/А_ср. (1.3.2)

где А_ср. – средний квалитет точности обработки, определяется как:

А_ср. = Аn_i / n_i (1.3.3)

где А – квалитет точности обработки;

n – число размеров соответствующих данному квалитету, шт.

Так как все поверхности по 14’му квалитету, подставляя известные величины в формулу (1.3.3), получим:

А_ср = (14n)/n = 14

Подставляя известные величины в формулу (1.3.2), получим:

К_точ. = 1-1/14 = 0.92

При коэффициент К_точ > 0.8 деталь считается технологичной.

Определим технологичность по коэффициенту шероховатости, который должен стремиться к нулю:

К_ш = Q_ш.н./ Q_ш.о. (1.3.4)

где Q_ш.н. – число поверхностей с необоснованной шероховатостью, шт;

Q_ш.о. – общее число поверхностей подлежащих обработке, шт.

Так как Q_ш.н. = 0 то К_ш = 0 и следовательно деталь может считаться технологичной.

1.3.2 Качественный метод оценки технологичности.

Качественный метод оценки технологичности детали основан на практических рекомендациях. Анализируемая деталь типа вилка имеет простую форму, ограниченную плоскими и цилиндрическими поверхностями. Рычаг имеет паз для точного позиционирования сменной головки с твердосплавной пластиной, и паз для плотного прилегания к планке, что обеспечивает перпендикулярность поверхностей, а в дальнейшем и простоту настройки инструмента на станке. Отверстие с резьбой М8 расположено так, чтобы многожильный привод, крепящийся к рычагу болтом, не попадал в зону работы.

Деталь имеет четыре отверстия диаметром 10 и 6.8 мм, что является технологичным, так как уменьшается количество типа режущего инструмента.

Ко всем обрабатываемым поверхностям обеспечен удобный подход режущих инструментов.

Отсутствуют поверхности с необоснованно высокой точностью обработки. Все неответственные поверхности обрабатываются по 14-му квалитету. При обработке ответственных поверхностей соблюдается принцип единства баз, что снижает количество брака.

Проанализировав все вышеперечисленные факторы, будем считать деталь – технологичной.

1.4. Технико-экономичесике исследования приемлемых методов получения заготовки.

1.4.1. Выбор и обоснование метода получения заготовки.

Учитывая, что деталь имеет простую форму, невысокие требования к чистоте поверхности, а так же, что тип производства – среднесерийный, принимаем метод получения заготовки – горячая ковка на горячештамповочном прессе в закрытом штампе.

1.4.2. Определение параметров заготовки.

Припуски на обработку и допуски размеров на поковки, определяются по ГОСТ 7505 – 89 из, вышеупомянутого источника определяем, что деталь имеет следующие обозначения:

• класс точности – Т3, что соответствует получению заготовки на горячештамповочных прессах в закрытых штампах;

• группа стали – М2, что соответствует стали 45;

• степень сложности заготовки – С3;

• разъем плоскости штампа плоский – П;

• исходный индекс –10.

В соответствие с этими обозначениями рассчитаем припуски на обработку и допуски размеров, которые занесем в таблицу (табл. 1.3).

Таблица 1.3

Припуски и допуски на обработку.

Радиусы закруглений наружный R = 3мм, внутренний r = 9мм. Штамповочные уклоны наружных поверхностей - 7, внутренних - 10.

1.4.3. Стоимостной анализ.

Чтобы окончательно убедиться в правильности выбранного метода получения заготовки, проведем стоимостной анализ двух видов заготовки 

I - поковка

II - листовой прокат H=25 мм.

Прокат  полоса 25x105 ГОСТ 103-79

45 ГОСТ 1050-88.

Численным критерием данного анализа является коэффициент использования материала, который определяется по формуле:

К_и.м. = m_д / m_з (1.4.1)

где m_д – масса детали, кг;

m_г – масса заготовки, кг;

Массу определяем по формуле:

m=V кг, (1.4.2)

где  - плотность материала детали, =7.8 г/см³;

V – объем детали, см³.

Определяем массу заготовки-поковки и заготовки проката. Разбив тело детали на простые геометрические фигуры, определим ее объем:

V_з1 =38421.623.2+45.621.623.3+57.2²-28.6²/223.2+

+30 21.623.2+(51.6²-28.6²)23.2/423.2=241820 мм³

Тогда масса заготовки₁ равна:

m_з1 = 2417.8 = 1879.8 г.

Аналогично определяем объем и массу заготовки₂

V_з.2. = 24125385 = 1010625 мм³

m_з.2. = 7.81011 = 7885г

Из расчета хорошо видно, что коэффициент использования материала при заготовке-поковке значительно выше.

Подставляя известные величины в формулу (1.4.1) , получим:

К_и.м.1 = 1.611.88 = 0.86

К_и.м.2 = 1.617.88 = 0.2

Наглядно видно, что коэффициент использования материала при заготовке поковке значительно выше.

Определим денежный эквивалент экономии материала. Для этого посчитаем разность масс двух видов заготовок:

m_з1 – m_з2 = 7.88 – 1.88 = 6 кг

Умножив полученную разность на стоимость одного килограмма материала (сталь 45) и на годовую программу выпуска детали мы получим полную годовую экономию Э.

Э = 6  2012 = 12072 гр

Проанализировав полученные результаты, принимаем заготовку – поковку, получаемую методом горячей ковки на горячештамповочном прессе в закрытом штампе.

1.5. Проектирование технологического процесса обработки детали.

1.5.1. Разработка и обоснование маршрутного технологического процесса.

Проанализировав конструкцию детали на технологичность, определив тип производства и выбрав вид получения заготовки, разработаем маршрут механической обработки детали.

Так как при обработке большинства поверхностей базой будет служить наиболее развитая поверхность то, соответственно, первой обработаем ее, а так как у нас среднесерийное производство, и предлагается наличие станков с ЧПУ, то обработаем и торцы в размер 380 мм. Для увеличения производительности деталь будем зажимать по две штуки в тисках.

Далее производим обработку на четвертой операции. Зажимаем одну заготовку в тисках и обрабатываем вторую наиболее развитую поверхность в размер 20 мм, фрезеруем паз шириной 35 мм и глубиной 2 мм, а так же паз шириной 60 мм на длину 45 мм с радиусом закругления R30 мм. Базой служит поверхность обработанная на третьей операции.

На пятой операции обрабатываем боковую поверхность детали в размер 20 мм.

Обработку ведем сразу для четырех деталей, закрепляя их в тисках и базируя за обработанные поверхности и нижнюю часть детали.

На шестой операции обрабатываем паз шириной 50 мм. Обработку ведем сразу для четырех деталей. Зажим производим в тисках.

На седьмой операции сверлим отверстие диаметром 10 мм. Восьмая операция сверлильная. На радиально-сверлильном станке сверлим два отверстия диаметром 6.8 мм. Девятая операция сверлильная с ЧПУ, на которой сверлится отверстие диаметром 6.8 мм на длину 20 мм, отверстие зенкуется для нарезания резьбы и нарезается резьба М8, а так как предполагается применение станка с ЧПУ, то вначале зацентруем отверстие. Для увеличения коррозионной стойкости детали на десятой операции оксидирование.

Технологический процесс изготовления детали имеет следующий вид:

005 Заготовительная

010 Контрольная

015 Вертикально-фрезерная

020 Вертикально-фрезерная

025 Вертикально-фрезерная

030 Вертикально-фрезерная

035 Вертикально-сверлильная

040 Вертикально-сверлильная

045 Вертикально-сверлильная

050 Электрохимическая

055 Контрольная

1.5.2. Обоснование выбора чистовых технологических баз.

При выборе технологических баз необходимо руководствоваться принципом единства баз. В данном случае все обрабатываемые поверхности на предыдущей операции, являются базами для последующих. По операциям базы указаны выше.

1.5.3. Выбор и обоснование оборудования

На третьей и четвертой операциях обработка будет вестись на станках с ЧПУ. Учитывая габариты заготовки, а так же количество одновременно обрабатываемых заготовок на станке, размеры зажимных приспособлений выбираем станок с ЧПУ 6Р13РФ3, с шпиндельной головкой и магазином инструментов из 24 шт.

Технические характеристики вертикально-фрезерного станка 6Р13РФ3:

Размеры рабочей поверхности – 1600x400 мм

Наибольшие перемещения станка:

продольное - 1000 мм;

поперечное - 300 мм;

вертикальное - 400 мм;

Наибольшая масса обрабатываемой заготовки – 300 кг

Мощность привода главного движения – 10 кВт

Мощность привода подач – 3 кВт

Число оборотов привода:

главное движение - 1460 мин^-1;

подач - 1430 мин^-1;

Габариты станка:

длина - 2560 мм;

ширина - 2260 мм;

высота - 2250 мм;

Масса станка – 4500 кг.

На пятой и шестой операциях у нас обрабатывается по четыре заготовки одновременно (за один проход). Обработку ведем на предварительно настроенном вертикально-фрезерном станке 6Р13.

Технические характеристики вертикально-фрезерного станка 6Р13:

Размеры рабочей поверхности – 1600x400 мм

Наибольшие перемещения станка:

продольное - 1000 мм;

поперечное - 300 мм;

вертикальное - 400 мм;

Наибольшая масса обрабатываемой заготовки – 300 кг

Мощность привода главного движения – 10 кВт

Мощность привода подач – 3 кВт

Число оборотов привода:

главное движение - 1460 мин^-1;

подач - 1430 мин^-1;

Габариты станка:

длина - 2560 мм;

ширина - 2260 мм;

высота - 2250 мм;

Масса станка – 4200 кг.

На седьмой и восьмой операциях сверлятся 4 отверстия 10 и 6.8 мм. Обработку ведем на заранее настроенном вертикально-сверлильном станке модели 2М55. Технические характеристики вертикально-сверлильного станка модели 2М55:

Наибольший условный диаметр сверления = 50мм.

Вылет шпинделя от образующей колоны:

наибольший – 1600 мм;

наименьший – 375 мм;

Расстояние от торца шпинделя до плиты:

наибольшее – 1600 мм;

наименьшее – 450 мм;

Количество ступеней скоростей шпинделя - 21

Приделы скорости шпинделя – от 20 до 2000 об/мин

Количество ступеней механических подач шпинделя –12

Пределы подач шпинделя – от 0.056 до 2.5 мм/об

Мощность на шпинделе – 4.0 кВт

Габариты станка:

длина - 2665 мм;

ширина - 1020 мм;

высота - 3430 мм;

Масса станка – 4700 кг.

На девятой операции обработка ведется без участия рабочего, кроме установки и снятия детали, это значительно сокращает вспомогательное время. Используем вертикально-сверлильный станок с ЧПУ.

Технические характеристики вертикально – сверлильного станка с ЧПУ модели 2Р135Ф2:

Наибольший условный диаметр сверления = 35мм.

Наибольший диаметр нарезания резьбы = 24мм.

Число шпинделей револьверной головки - 6

Вылет шпинделя от направляющей колоны – 450мм

Расстояние от торца шпинделя до рабочей поверхности стола: наибольшее – 600 мм;

наименьшее – 40 мм;

Количество подач суппорта – 18

Приделы подач суппорта: 10500 мм/мин

Количество скоростей шпинделя - 12

Приделы частот шпинделя – 45  2000 об/мин

Размеры рабочей поверхности стола:

длина - 710 мм;

ширина - 400 мм;

Габариты станка:

длина - 1860 мм;

ширина - 2170 мм;

высота - 2700 мм;

Масса станка – 4700 кг.

1.6. Проектирование технологических операций.

1.6.1 Расчет режимов резания.

Расчет режимов резания можно проводить двумя методами аналитическим и табличным.

1.6.2. Аналитическим методом рассчитаем режимы резания на операцию 020, а именно – фрезерование паза шириной 50 мм и глубиной 2 мм. Для расчета используем (17).

В качестве инструмента выбираем концевую фрезу из быстрорежущей стали Р6М5, с числом зубьев Z=8, диаметром D=50мм. Одновременно обрабатываются четыре заготовки . Глубина резания t=2 мм.

Определим подачу на зуб S_z. Так как концевая фреза – инструмент не жесткий, то выбираем S_z = 0.1 ммзуб.

Скорость резания, допускаемая режущими свойствами фрезы, определяется по формуле

V_n = C_ D^q/ (T^m t^x S^yB^uZ^p)  K_ ммин, (1.7.1)

где Т – среднее значение стойкости, T= 180 мин;

t – глубина резания;

S_z – подача на зуб, ммзуб;

D – диаметр фрезы, мм

B – ширина фрезеруемой поверхности B=50 мм

z – количество зубьев, шт.

Значение коэффициентов C и показателей степеней выбираем из (17. табл.17)

C = 46.7, x = 0.5, y = 0.5, m = 0.33, q=0.45, p=0.1;

К_ - общий поправочный коэффициент на изменение условий обработки.

K_ = K_m K_п K_u (1.7.2)

где K_m - коэффициент учитывающий влияние материала заготовки;

K_п - коэффициент учитывающий состояние поверхности;

K_u - коэффициент учитывающий материал инструмента;

Определим коэффициент K_mv по формуле

K_m= K_r (750/_в)^nv (1.7.3)

где K_r = 1 – коэффициент зависящий от группы стали;

_в = 610 Н/мм² – предел прочности для стали 45.

Приняв K_п = 0.8, K_u = 0.4, nv = -0.9, подставляя известные величины в формулу (1.7.3) , получим:

K_m = 1.0  (750/610)^-0.9 = 0.83

Подставляя известные величины в формулу (1.7.2), получим:

K_v = 0.83  0.8  0.4 = 0.27

Выбрав значения показателей степеней из таблиц и подставляя их величины в формулу (1.7.1), получим:

V_n = 46.750^0.45м(180^0.332^0.50.1^0.550^0.18^0.1)0.27 =

= 17.06 ммин.

Частоту вращения шпинделя определяем по формуле

n = 1000v_u/(D) мин^-1, (1.7.4)

где D – диаметр фрезы.

Подставляя известные величины в формулу (1.7.4), получим:

n = 100017.6/(50) = 108.6 мин^-1

Уточнив по паспорту станка, принимаем частоту вращения шпинделя  n_у = 160мин^-1.

Для данной частоты вращения шпинделя уточняем скорость резания по формуле:

V = Dn_у/1000 м/мин, (1.7.5)

Подставляя известные величины в формулу (1.7.5), получим:

V = 50160/1000 = 25,12 м/мин.

Минутная подача определяется по формуле

S_М = S_zn_уZ мммин, (1.7.6)

Подставляя известные величины в формулу (1.7.6), получим:

S_М = 0.18160 = 128 ммин.

Определим силы резания. Силы резания будут действовать вдоль трех осей координат x, y, z и называются соответственно P_x, P_y, P_z.

Так как основной составляющей сил резания при фрезеровании является сила P_z, то расчет ведем по ней

P_z = 10C_p t^x S_z^y B^uZ/(D^qn^w) Н, (1.7.7)

где C_p = 82 – коэффициент;

x, y, q, w, u - показатели степени, выбираем

x = 0.75; y = 0.6; q = 0.86; w = 0; u = 1.

t - глубина резания, мм

S_zy - уточненная подача на зуб, ммзуб

B - ширина фрезеруемой поверхности, мм

Z - число зубьев фрезы, шт

D - диаметр фрезыёмм.

Подставляя известные величины в формулу (1.7.7), получим:

P_z = 10822^0.750.1^0.650¹8/(60^0.86160⁰) = 4075 H

Мощность потребная на резание определяется как

N_рез = P_zv_у/(102060), Вт (1.7.8)

Подставляя известные величины в