Технологический процесс изготовления ступицы переднего колеса автомобиля ВАЗ-2123

Аннотация

УДК 621.91.002(075)

Технологический процесс изготовления ступицы переднего колеса автомобиля ВАЗ-2123. Дипломный проект / Антипин Д.А. - Тольятти, ТГУ, 2003.

В проекте рассмотрены вопросы совершенствования технологического процесса изготовления ступицы переднего колеса автомобиля ВАЗ-2123.

Предложен способ получения заготовки методом штамповки на КГШП по результатам экономического анализа. Разработан технологический маршрут изготовления детали для среднесерийного производства. Рассчитаны припуски на обработку с помощью размерного анализа техпроцесса. На одной из токарных операций на основе проведенных научных и патентных исследований оптимизированы режимы резания и усовершенствовано спиральное сверло. Рассчитаны и спроектированы станочное приспособление, контрольное приспособление и режущий инструмент - комбинированная протяжка. Спроектирован участок обработки детали и рассчитаны коэффициенты загрузки применяемого оборудования. Соблюдены безопасность и экологичность проекта. Внедрение предлагаемых мероприятий по совершенствованию техпроцесса позволит получить годовой экономический эффект в размере 240 тыс.руб.

Проект состоит из пояснительной записки, включающей в себя 103 с., 15 рис, 28 табл. Графическая часть содержит 10 листов чертежей формата А1.

Введение

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

Целью данного проекта является снижение трудоемкости изготовления ступицы переднего колеса автомобиля ВАЗ-2123 путем разработки прогрессивного технологического процесса, базирующегося на современных достижениях в области станкостроения и инструментального производства.

К мероприятиям по разработке новых прогрессивных технологических процессов относится и автоматизация, на ее основе проектируется высокопроизводительное технологическое оборудование, осуществляющее рабочие и вспомогательные процессы без непосредственного участия человека.

Для достижения цели решаются следующие задачи:

1.Расширение, углубление, систематизация и закрепление теоретических знаний, и применение их для проектирования прогрессивных технологических процессов сборки изделий и изготовления деталей, включая проектирование средств технологического оснащения.

2.Развитие и закрепление навыков ведения самостоятельной творческой инженерной работы.

3.Овладение методикой теоретико-экспериментальных исследований технологических процессов механосборочного производства.

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

1. Анализ исходных данных

1.1 Служебное назначение детали

Ступица (чертеж 03.М15.023.01) служит для центрирования переднего колеса и диска переднего тормоза в передней подвеске автомобиля и участвует в передаче вращения от вала привода к колесу. Отверстием 16 (рис. 1.1- технологический чертеж вала) ступица с натягом устанавливается на хвостовике корпуса шарнира привода передних колес и крепится в продольном направлении болтом. Шлицевой поверхностью 20 ступица передает крутящий момент колесу с диском переднего тормоза.

На поверхности ступицы устанавливаются: пов.14 - напрессовываются роликоподшипники; пов.12 - напрессовывается втулка сальника; пов.4 - базируется диск переднего тормоза; пов.3 - вставляется центрирующий болт; пов.5 - устанавливается грязеотражательное кольцо; пов.8,9 - вставляется колпак колеса.

Ступица работает с небольшими нагрузками и изгибающими моментами и, поэтому, не требует специальной термообработки. Трение скольжения на поверхностях детали отсутствует.

На рис. 1.1 представлен эскиз детали, а в таблице 1.1 классификация ее поверхностей.

Таблица 1.1

Классификация поверхностей детали

Вид поверхности	Номера поверхностей
Исполнительные поверхности	3, 4, 20, 21
Основные конструкторские базы	14, 16
Вспомогательные конструкторские базы	5, 6, 8, 9, 12, 19, 31
Свободные поверхности	остальные

Материал ступицы - сталь 40ХГНМ по ГОСТ 4543-71, имеющая следующий химический состав: углерода С= 0,36…0,44 %, кремния Si= 0,17…0,37%, марганца Mn= 0,8 … 1,1%, хрома Cr= 0,45…0,75%, никеля Ni=0,7…1,0%, молибдена Мо= 0,2…0,3%. [1].

После нормализации ув =735МПа, ут =590МПа, НВ 255…302, обрабатываемость резанием - хорошая, Кv = 1,0.

Исходя из служебного назначения ступицы при разработке технологического процесса ее изготовления, особое внимание следует уделить исполнительным поверхностям Ш14Н10(пов.3), Ш108h9(пов.4), Ш25,4(пов.20), торцу (пов.31) и конструкторским базам Ш40е6 (пов.14) и Ш28F7(пов.16).

1.2 Технологичность конструкции детали

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

К недостаткам чертежа можно отнести отсутствие допуска на межцентровое расстояние отверстий Ш14Н7 (пов.3) и значения неперпендикулярности их осей по отношению к торцу 28. Для того чтобы обеспечить сборку без доработки отверстий, точность их координат должна составлять ± 0,01 мм, а неперпендикулярность по отношению к торцу 28 не более 0,05 мм. Также нетехнологичным можно считать наличие фаски между поверхностями 3 и 27, т.к. это усложняет конструкцию станка и увеличивает количество переходов на операции. Предлагается использовать зенкер для снятия фасок, так называемый “камертон”, с помощью которого на одном ходе можно обработать сразу две фаски.

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

1.3 Выбор типа производства и формы организации технологического процесса

Тип производства зависит от годовой программы выпуска деталей и их трудоемкости. По таблице 4.1 [2] при массе детали до 2кг ( масса ступицы 1,9 кг ) и программе 500… 5000 деталей в год ( N= 5000 дет/год - проектная ) тип производства - серийное ( среднесерийное ).

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

, (1.1)

где a- периодичность запуска деталей, при запуске раз в месяц а = 24;

F- число рабочих дней в году, F=276.

n = 5000•24/276 = 435дет.

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

2.Выбор и проектирование заготовки

2.1 Экономическое обоснование метода получения заготовки

Заготовку данного вала можно получить штамповкой и литьем [3]. Метод получения исходной заготовки выбирают по сравнительному анализу себестоимости нескольких вариантов. Стоимость заготовки определяется по формуле [3]:

Sзаг= ( Ci/1000?Q?KT?KC?KB?KM?KП)- ( Q-q )• SОТХ/1000 , (2.1)

где Ci- базовая стоимость 1 тонны заготовок, руб;

Q- масса заготовки, кг;

КТ, КС, КВ, КМ, КП- коэффициенты зависящие от точности, группы сложности, массы, марки материала, объема производства;

q- масса детали, кг;

SОТХ- стоимость отходов ( стружки ), руб/тонна.

Расчет для штамповки:

Сi= 3730 руб/тонна - штамповка на КГШП [2] ;

Q= 4,35кг;

KT= 1,05 - точность повышенная ;

KM= 1,18 - легированная сталь 40ХГНМ ;

KC= 1,0 - группа сложности С3 ;

KB= 0,89 - масса 4…10 кг ;

КП= 1,0 - при годовой программе менее 150 тыс./год ;

SОТХ= 400 р/тонна - по данным ВАЗа ;

q= 1,9кг.

Sзаг1 = 14,5руб.

Расчет для отливки:

Сi= 18500 руб/тонна - литье по выплавляемым моделям [2] ;

Q= 4,35кг;

KT= 1,05 - 2-й класс точности;

KM= 1,04 - легированная сталь 40ХГНМ ;

KC= 0,86 - 1-я группа сложности (тело вращения) ;

KB= 0,5 - масса 4…10 кг ;

КП= 1,0 - при годовой программе менее 150 тыс./год ;

SОТХ= 400 р/тонна - по данным ВАЗа;

q= 1,9 кг

Sзаг1 = 34,5руб.

Очевидно, что себестоимость штамповки гораздо меньше, чем отливки, поэтому окончательно принимаем метод получения исходной заготовки ступицы - безоблойной штамповкой в закрытом штампе.

2.2 Разработка рабочего чертежа заготовки

Разработку чертежа штамповки выполним по рекомендациям ГОСТ 7505-89 (приложение 5, пример 8).

Деталь - ступица (чертеж 03.М15.023.00);

Штамповочное оборудование - кривошипный горячештамповочный пресс;

Штамп - закрытый;

Вид штамповки - безоблойная;

Нагрев - пламенный;

Материал - сталь 40ХГНМ ГОСТ 4543-71: 0,36…0,44%C, 0,17…0,37% Si, 0,8…1,1% Mn, 0,45…0,75% Cr, 0,7…1,0% Ni, 0,2…0,3% Mo.

Масса детали - 1,9кг.

2.2.1 Исходные данные для расчета

Масса поковки Q=4,35кг;

Класс точности - Т3 (приложение 1);

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

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

диаметр - 182мм, длина - 98мм, масса Gцил= 20кг при соотношении Gдет/Gцил= 4,35/20= 0,22, степень сложности - С3 при соотношении в пределах 0,16…0,32. Конфигурация плоскости разъема штампа - П ( плоская, табл.1 );

2.2.2 Припуски и кузнечные напуски

Радиальные припуски на обработку подробно определим в разделе 4 ”Размерный анализ ТП”, поэтому размеры на чертеже заготовки будем проставлять позже. Припуск на боковые поверхности оставляем по 2мм (по ВАЗовской технологии).

Допускаемые отклонения размеров (табл.8):

диаметры: Ш184, Ш110, Ш44;

длины: 69, на остальные - .

Смещение по поверхности разъема штампа - 0,7мм (табл.9).

Допускаемая величина остаточного облоя по плоскости разъема - 0,5мм (табл.10).

Допускаемое отклонение по изогнутости - 0,6мм (табл.13).

Допускаемая величина заусенца при безоблойной штамповке - 1,2мм (табл.11).

Штамповочные уклоны на прессе с выталкивателями - 6.

Радиусы скруглений наружных углов R=2мм (табл.17).

Допуски радиусов скруглений - +1,0мм.

Рабочий чертеж ступицы представлен на листе 1 проекта, чертеж поковки - на листе 2.

3. Разработка технологического маршрута. Выбор технологических баз. План изготовления

3.1 Выбор методов обработки поверхностей вала

Выбор методов обработки поверхностей детали резанием выполним по типовым таблицам обработки [2] и результаты выбора сведем в таблицу 3.1 проекта. Номера поверхностей взяты с технологического чертежа вала (рис.1.1).

Таблица 3.1

Методы обработки поверхностей ступицы

№ пов.	Точность (квал.)	Шерохова- тость, Ra(мкм)	Методы обработки
3	10	5	Сверление, зенкерование, развертывание
4	9	2,5	Точение, точение чистовое, шлифование
5,6	11	3,2	Точение, точение чистовое
12,14	6	1,25	Точение, точение чистовое, шлифование
16	7	2,5	Сверление, точение чистовое, точение тонкое
20,21	8	2,5	Сверление, точение чистовое, протягивание
28, 31	14	3,2	Точение, точение чистовое, шлифование
остальные	14	12,5	Точение однократное

Данные методы реализованы при разработке маршрута изготовления детали.

3.2 Разработка технологического маршрута изготовления вала

При разработке маршрута в среднесерийном производстве придерживались следующих правил:

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

2.Отдавали предпочтение многопозиционным, многорезцовым станкам, станкам с ЧПУ.

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

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

Тех.маршрут обработки ступицы представлен в таблице 3.2.

Таблица 3.2

Тех. маршрут изготовления ступицы

№ операции	Наименование операции	Оборудование (тип, модель)	Содержание операции
00	Заготовитель-ная	КГШП	Штамповать заготовку
05	Токарная	Токарно-револьверный 1П371	1.Точить пов. 22, 6, 27, 1 2. Точить пов. 9,26 3. Сверлить пов. 21 предварительно
10	Токарная	Токарный с ЧПУ 16К20РФ3с5	1. Сверлить пов. 16,19 2. Точить пов. 34, 14, 31, 30, 4, 28 3. Точить пов. 5, 29 4. Точить пов. 10,12 5. Точить начисто 14, 15, 31, 30, 4, 28, 2 6. Рассверлить пов. 21 7. Расточить пов. 16 8. Точить начисто пов. 5, 29
15	Токарная	Токарно-револьверный 1П371	1.Расточить пов. 26, 9,19,21 2. Расточить канавку пов.8
20	Протяжная	Вертикально- протяжной 7Б65	Протянуть отв. 21 и шлицы 20,35
25	Расточная	Вертикал. 2-х шпиндел.рас-точной ста-нок”Альфинг”	Установ А: 1. Точить пов. 27, 6, 7 2. Расточить центр.отв. 19 Установ Б: 1. Точить пов. 10,11(12) 2. Расточить центр.отв. 19* и пов.16
30	Слесарная	Стол рабочий	Снять заусенцы
35	Шлифовальная	Торцекругло - шлифовальный 3А110	Шлифовать пов.12,14 и 31
40	Шлифовальная	Торцекругло - шлифовальный 3А110	Шлифовать пов. 4 и 28
45	Агрегатная	Агрегатный ста- нок с горизонт. столом	Поз.1: Загрузить/ Разгрузить Поз.2: Сверлить пять отв. 3 Поз. 3: Контроль за остатками сверла Поз. 4: Зенкеровать пять отв. 3 Поз. 5: Зенкеровать фаски Поз. 6: Развернуть пять отв. 3
50	Накатная	Накатной станок «Медисон»	Накатать в местах, где опасные напряжения (пов. 10, 11, 13, 31)
55	Моечная	Моечная машина	обезжирить, промыть, просушить
60	Контрольная	Контр. стол	контроль размеров, погрешностей формы и расположения

3.3 Выбор технологических баз

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

Таблица 3.3

Технологические базы

№ операции	№ опорных точек	Наименование базы	Характер проявления	Реализация	№ обрабатываемых поверхностей	Операционные размеры	Единство баз	Постоянство баз
			явная	скрытая	естественная	искусственная
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
05	1-4 5 6	ДН О О	+ +	+	+ + +		105 605 905 2105 2205 2605 2705	2А05 2Е05 2И05 2Ф05 Ц05 Ч05 Ь05	+
10	1-4 5 6	ДН О О	+ +	+	+ + +		510 410 210 1210 1410 1510 1610 2110 2810 2910 3010 3110 3410 1010	2Д10 2Г10 2Б10 2М10 2О10 2П10 2Р10 2Ф10 2Ь10 2G10 2Ы10 2L10 2AA10 2BB10	+
15	1-4 5 6	ДН О О	+ +	+	+ + +		815 915 2115 2215 2615	2И15 2З15 2Ф15 ЖЖ15 ЕЕ15	+	+
20	1-4 5 6	ДН О О	+ +	+	+ + +		2020 2120 3520	2У20 2Ф20 2V20	+
25-А	1-4 5 6	ДН О О	+ +	+	+ + +		625 725 1825 2725	2E25 2Ж25 2Т25 Ы25	+
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
25-Б	1-4 5 6	ДН О О	+ +	+	+ + +		1225 1625 1025	2М25 2Р25 Ю25	+	+
35	1-4 5 6	ДН О О	+ +	+	+ +	+	1235 1435 3135	2М35 2О35 Я35	+
40	1-4 5 6	ДН О О	+ +	+	+ +	+	440 2840	2Г40 Э40	+	+
45	1-3 4,5 6	У Н О	+ +	+	+ + +		345 3ц45	2Х45 2В45	+

Примечание: в таблице 3.3 двойная направляющая база обозначается буквами ДН, опорная - О, установочная - буквой У.

В качестве черновых технологических баз на первой операции ТП выбираем коническую поверхность 14 (ОКБ) и торец 28, т.к. для обеспечения точности диаметральных размеров и взаимного расположения цилиндрических поверхностей поверхность 14 подходит лучше всех благодаря своим линейным размерам, обеспечивая устойчивое положение заготовки в приспособлении в радиальном направлении. В дальнейшем она будет обработана согласно требованиям чертежа и будет использоваться в качестве технологической базы на операции 15.

Чистовыми базами на токарных операциях 10(15) служат:

скрытая технологическая база - ось пов.6(14), реализуемая при установке заготовки поверхностью 6(14) в самоцентрирующее устройство;

явная база- торец 27(30), реализуемая при его контакте с установочным элементом приспособления.

По ВАЗовской технологии на этих операциях двойной направляющей базой служит ось пов.1, что является грубой ошибкой, во-первых, потому что это ось свободной поверхности, а во-вторых, длина контакта патрона с поверхностью очень мала.

При обработке центровых отверстий чистовыми технологическими базами служат:

скрытая технологическая база - ось цилиндрического отверстия с диаметром, равным диаметру делительной окружности шлицев 20, реализуемая с помощью беззазорного центрирующего устройства при контакте его установочно-зажимных элементов со шлицами в точках по делительной окружности;

явная(реальная) база- торец 30 на установе А и центровое отверстие 19 на установе Б, реализуемая при установке на опорную поверхность приспособления.

При шлифовании детали базами являются:

скрытая технологическая база - ось центровых отверстий 18, специально выполненных для шлифовальных операций, реализуемая при контакте неподвижного переднего центра и вращающегося заднего центра с поверхностями центровых отверстий 19 и 19*;

явная технологическая база - центровое отверстие 19, реализуемая при его контакте с передним центром.

На агрегатной операции 45 чистовыми базами служат:

скрытая технологическая база - ось пов.4 (контакт центрирующего устройства с поверхностью 4);

явная технологическая база - плоскость торца 28, реализуемая при установке на опорные поверхности приспособления.

Такой выбор баз наряду с точностью изготовления ступицы обеспечивает требования взаимного расположения ее поверхностей.

Условные обозначения принятых черновых и чистовых технологических баз в теоретических схемах базирования на различных операциях ТП изготовления ступицы приведены в плане изготовления (лист№3).

3.4 Назначение операционных технических требований

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

Технические требования на изготовление исходной заготовки назначаются по ГОСТ 7505 - 89 (поковки стальные штампованные). Отклонения от соосности (концентричности) для заготовки определим по методике[4].

Удельную изогнутость ск определим в зависимости от среднего диаметра ступицы:

, (3.1)

где di, li - диаметр и длина ступени соответственно;

l - общая длина детали.

dcp =( 98·14+182·7+108·7+40·61+52·10)/ 98=64мм.

Следовательно, ск = 1,5мкм/мм по приложению 5[4].

Величины изогнутости ?к оси ступицы для различных i-тых участков определяются так:

, (3.2)

где Li - расстояние наиболее удаленной точки i-ой поверхности до измерительной базы;

L - длина детали;

?max - максимальный прогиб оси детали в результате коробления:

?max = ск · L ; (3.3)

R - радиус кривизны оси детали:

. (3.4)

Эти величины можно принять как величины отклонений от соосности участков ступицы относительно крайней точки измерительной базы заготовки, в качестве которой выбирается ось поверхности заготовки, являющейся черновой технологической базой.

?max = 1,5·98 = 147мкм = 0,147мм.

R= (0,147² + 98²) / (2·0,147)= 32666,74мм.

Расчет соосностей:

Е 1,14 = + 0,147 - 32666 ? 0,13мм.

Е 4,14 = Е 5,14 = + 0,147 - 32666 ? 0,11мм.

Е 11,14 = + 0,147 - 32666 ? 0,10мм.

Е 6,14 = Е 9,14 = ?max = 0,147мм ? 0,15 мм.

Технические требования вносим в графу 4 плана изготовления.

4. Выбор средств технологического оснащения

При выборе типа и модели металлорежущих станков будем руководствоваться следующими правилами:

1)Производительность, точность, габариты, мощность станка должны быть минимальными достаточными для того, чтобы обеспечить выполнение требований предъявленных к операции.

2)Станок должен обеспечить максимальную концентрацию переходов на операции в целях уменьшения числа операций, количества оборудования, повышения производительности и точности за счет уменьшения числа перестановок заготовки.

3)В случае недостаточной загрузки станка его технические характеристики должны позволять обрабатывать другие детали, выпускаемые данным цехом, участком.

4)В серийном производстве следует применять преимущественно универсальные станки, револьверные станки, станки с ЧПУ, многоцелевые станки (обрабатывающие центры). На каждом станке в месяц должно выполняться не более 40 операций при смене деталей по определенной закономерности.

При выборе приспособлений будем руководствоваться следующими правилами :

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

2)Приспособление должно обеспечивать надежные закрепление заготовки обработке.

3) Приспособление должно быть быстродействующим.

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

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

При выборе РИ будем руководствоваться следующими правилами:

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

2)Следует отдавать предпочтение стандартным и нормализованным инструментам.

При выборе средств контроля будем руководствоваться следующими правилами:

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

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

Следует отдавать предпочтение стандартным и нормализованным средствам контроля.

Результаты выбора средств технологического оснащения заносим в таблицу 4.1.

Таблица 4.1

Выбор СТО

Операция	Оборудование	Приспособление	РИ	Контроль
1	2	3	4	5
05 Токарная	Токарно-револьверный 1П371	Патрон трехкулачковый самоцентрирующий	Резец проходной, расточной, подрезной со сменными пластинами, сверлоШ23	Пробки, калибры, скобы
10 Токарная	Токарный с ЧПУ 16К20РФ3с5	Патрон трехкулачковый самоцентрирующий	Резец проходной, расточной, подрезной со сменными пластинами, резец фасонный, сверлоШ23, сверлоШ26/30	Пробки, калибры, скобы, шаблоны
15 Токарная	Токарно-револьверный 1П371	Патрон цанговый	Резец проходной, расточной, подрезной со сменными пластинами, резец спец. канавочный.	Пробки, калибры, скобы, шаблоны, приспособление для контроля размеров и непараллельности
20 Протяжная	Вертикально-протяжной 7Б65	Патрон рабочий	Протяжка комбинированная	Калибр проходной, ка-либр с роликами, пробка гладкая
25 Расточная	Вертикал. 2-х шпиндел.расточной станок ”Альфинг”	Специальные приспособления	Резец подрезной, оправки расточные со сменными пластинами, резец фасонный	Пневмокалибр, калибры, скоба гладкая, мерительные приспособления
35 Шлифоваль-ная	Торцекругло - шлифовальный 3А110	Патрон поводковый, центр передний, центр задний	Шлифовальный круг Ш750	Пневмокалибр, мерительные приспособления
40 Шлифоваль-ная	Торцекругло - шлифовальный 3А110	Патрон-поводок, центры передний и задний	Шлифовальный круг	Пневмокалибр, мерительные приспособления
45 Агрегатная	Агрегатный ста- нок с горизонт. столом	Специальное приспособление	Сверло Ш12,5, зенкер Ш13,6, зенкер для фасок, развертка Ш14	Пробка гладкая, калибр
50 Накатная	Накатной станок «Медисон»	Центр передний с поводком, центр задний	Ролик накатной, головка накатная	Скоба гладкая, шаблоны для радиусов

5. Размерный анализ в радиальном направлении

5.1 Размерные цепи и их уравнения

При выполнении этого этапа необходимо выявить размерные контуры для каждого из замыкающих звеньев (припусков, размеров и отклонений от концентричности, получаемых косвенным путем) и составить уравнения операционных размерных цепей в виде уравнений номиналов в общем виде:

, (5.1)

где [A]- номинальное значение замыкающего звена;

Аi- номинальные значения составляющих звеньев;

о i - передаточные отношения, характеризующие расположение звеньев по величине и направлению(о i =1 для увеличивающих звеньев, о i =-1 для уменьшающих звеньев).

После этого проверяем точность изготовления детали и заносим результаты в таблицу 5.1. Проверка размерной корректности путем решения обратной задачи позволяет до начала расчетов размерных цепей убедиться в том, что намеченный вариант технологии изготовления обеспечит получение готовых деталей в соответствии с требованиями рабочего чертежа. Проверка проводится для чертежных размеров и технических требований на расположение поверхностей детали, которые выполнялись косвенно, и являются замыкающими звеньями в размерных цепях. Условие выполнения точности:

ТАчерт ? щ[A] , (5.2)

где ТАчерт - допуск по чертежу размера или пространственного отклонения;

щ[A] - погрешность этого же параметра, возникающая в ходе выполнения техпроцесса.

Величины щ[A] определяются из уравнений погрешностей методом максимума-минимума для условий производства с отсутствием брака по проверяемому параметру Ачерт.

Погрешность (поле рассеяния) замыкающего звена при расчете по методу максимума-минимума можно найти из уравнения [4]

, (5.3)

где щАi - погрешность i-го звена;

n - число составляющих звеньев.

При расчете принимаем щАi=TАi, где ТАi - технологический допуск i-го звена.

После построения размерной схемы в радиальном направлении, получаем следующие уравнения размеров и эксцентриситетов, полученных косвенным путем, и проверяем, обеспечивается ли условие точности (табл. 5.1).

Таблица 5.1.

Проверка условия точности косвенных размеров и эксцентриситетов

Уравнения	Расчетное значение	Допуск по чертежу	Обесп./ не обесп.
	0,015+0,02=0,035	0,05	+
	0,015+0,004=0,019	0,02	+
	0,004+0,006=0,01	0,02	+

Уравнения припусков:

5.2 Расчет припусков

Расчет припусков будем вести в следующем порядке [4]:

1) определяем величины минимальных операционных припусков из условия удаления следов и дефектов предыдущей обработки.

Минимальный радиальный припуск [4]:

, (5.4)

где Rz^i-1 и h^i-1 - высота неровностей и дефектный слой, образовавшиеся на обрабатываемой поверхности при предыдущей обработке. Значения Rz и h берём из приложения 4 [4].

2) рассчитаем величины колебаний операционных припусков щ[Zⁱ] по уравнению погрешностей (5.3) для замыкающих звеньев-припусков:

щ[Z₁⁰⁵]=1,1+0,13+0,06+0,23=1,52 мм

щ[Z₆⁰⁵]=0,9+0,15+0,05+0,18=1,28 мм

щ[Z₉⁰⁵]=0,8+0,05+0,15+0,9=1,28 мм

щ[Z₄^10-1]=0,9+0,11+0,05+0,05+0,18=1,29 мм

щ[Z₅^10-1]=0,18+0,05+0,05+0,11+0,9=1,29 мм

щ[Z₁₄^10-1]=0,8+0,05+0,04+0,13=1,02 мм

щ[Z₄^10-2]=0,18+0,05+0,03+0,07=0,33 мм

щ[Z₅^10-2]=0,07+0,03+0,05+0,18=0,33 мм

щ[Z₁₄^10-2]=0,13+0,04+0,02+0,05=0,24 мм

щ[Z₁₆^10-2]=0,042+0,02+0,04+0,105=0,207 мм

щ[Z₁₂¹⁰]=0,9+0,1+0,05+0,04+0,15=1,24 мм

щ[Z₉¹⁵]=0,07+0,03+0,02+0,05+0,05+0,18=0,4 мм

щ[Z₂₁¹⁵]=0,042+0,02+0,02+0,04+0,105=0,227 мм

щ[Z₂₁²⁰]=0,017+0,005+0,042=0,064 мм

щ[Z₆²⁵]=0,07+0,02+0,005+0,005+0,02+0,02+0,18=0,32 мм

щ[Z₁₂²⁵]=0,06+0,02+0,005+0,005+0,02+0,02+0,04+0,15=0,32 мм

щ[Z₁₆²⁵]=0,0105+0,004+0,005+0,005+0,02+0,02+0,04+0,042=0,147 мм

щ[Z₁₂³⁵]=0,0095+0,006+0,015+0,02+0,06=0,111 мм

щ[Z₁₄³⁵]=0,008+0,005+0,015+0,005+0,005+0,02+0,05=0,108 мм

щ[Z₄⁴⁰]=0,011+0,008+0,015+0,005+0,005+0,02+0,02+0,03+0,07=0,184мм

щ[Z₃^45-2]=0,035+0,006+0,013+0,09=0,144 мм

щ[Z₃^45-3]=0,0135+0,004+0,035=0,053 мм

3) найдём значения максимальных припусков [4]:

Zⁱ_max=Zⁱ_min+щ[Zⁱ] (5.5)

Z₁⁰⁵=0,35+1,52=1,87 мм

Z₆⁰⁵= Z₉⁰⁵=0,35+1,28=1,63 мм

Z₄^10-1= Z₅^10-1=0,35+1,29=1,64 мм

Z₁₄^10-1=0,35+1,02=1,37 мм

Z₄^10-2= Z₅^10-2=0,18+0,33=0,51 мм

Z₁₄^10-2=0,18+0,24=0,42 мм

Z₁₆^10-2=0,15+0,207=0,42 мм

Z₁₂¹⁰=0,35+1,24=1,59 мм

Z₉¹⁵=0,18+0,4=0,58 мм

Z₂₁¹⁵=0,15+0,227=0,377 мм

Z₂₁²⁰=0,04+0,064=0,104 мм

Z₆²⁵=Z₁₂²⁵=0,18+0,32=0,5 мм

Z₁₆²⁵=0,04+0,147=0,187 мм

Z₁₂³⁵=0,04+0,111=0,151 мм

Z₁₄³⁵=0,04+0,108=0,148 мм

Z₄⁴⁰=0,04+0,184=0,224 мм

Z₃^45-2=0,15+0,144=0,3 мм

Z₃^45-3=0,07+0,053=0,123 мм

4) определим величины средних операционных припусков:

(5.6)

Z₁⁰⁵=0,5(0,35+1,87)=1,11 мм

Z₆⁰⁵= Z₉⁰⁵=0,5(0,35+1,63)=0,99 мм

Z₄^10-1= Z₅^10-1=0,5(0,35+1,64)=1,00 мм

Z₁₄^10-1=0,5(0,35+1,37)=0,86 мм

Z₄^10-2= Z₅^10-2=0,5(0,18+0,51)=0,35 мм

Z₁₄^10-2=0,5(0,18+0,42)=0,3 мм

Z₁₆^10-2=0,5(0,15+0,42)=0,254 мм

Z₁₂¹⁰=0,5(0,35+1,59)=0,97 мм

Z₉¹⁵=0,5(0,18+0,58)=0,38 мм

Z₂₁¹⁵=0,5(0,15+0,377)=0,264 мм

Z₂₁²⁰=0,5(0,04+0,104)=0,072 мм

Z₆²⁵=Z₁₂²⁵=0,5(0,18+0,5)=0,34 мм

Z₁₆²⁵=0,5(0,04+0,187)=0,114 мм

Z₁₂³⁵=0,5(0,04+0,151)=0,096 мм

Z₁₄³⁵=0,5(0,04+0,148)=0,094 мм

Z₄⁴⁰=0,5(0,04+0,224)=0,132 мм

Z₃^45-2=0,5(0,15+0,3)=0,23 мм

Z₃^45-3=0,5(0,07+0,123)=0,097 мм

5.3 Расчет операционных размеров с помощью уравнений операционных размерных цепей

Цель расчетов - определить величины номинальных и предельных значений диаметральных операционных размеров. Расчет проведём по способу координат середин полей допусков [4]. Порядок расчёта по этому методу приведён в таблице 5.2.

Таблица 5.2

Алгоритм расчёта технологических размерных цепей

№ этапа	Содержание работы	Расчётная формула
1	Определить координаты середин полей допусков известных составляющих звеньев
2	Определить номинальное значение искомого звена
3	Определить координату середины поля рассеяния искомого звена
4	Определить предельные значения искомого звена
5	Записать технологический операционный размер в требуемой форме

Результаты расчётов сведём в таблицу 5.3

Таблица 5.3

Расчёт технологических размерных цепей

АИ					Операц. размер
	69,85	0	-	-	139,7±0,006
	6,9	0,0175	-	-	13,8±0,035
	6,688	0	-	-	13,0±0,09
	54,132	-0,011	-	-	108,24±0,07
	20,094	-0,009	-	-	40,17±0,05
	26,096	0,006	-	-	52,20±0,06
	13,886	0,01525	-	-	27,803±0,042
	26,442	0	-	-	52,88±0,15
	49,34	-0,095	-	-	98,49±0,175
	12,308	0,0165	-	-	24,2+0,084
	11,836	0,042	-	-	23,5±0,105
	45,62	0,035	-	-	91,31±0,175
	(27,412)	0	55,724	53,924
	13,647	0	-	-	27,294±0,105
	20,385	0	-	-	40,77±0,125
	48,65	-0,035	-	-	97,23±0,175
	54,471	0	-	-	108,942±0,175
	(21,245)	0	43,29	41,69
	(47,615)	0	96,13	94,33
	(55,471)	0	111,84	109,74
	(44,665)	0	90,23	88,42
	(50,235)	0	101,37	99,57
	(92,11)	0	185,32	183,12

6. Проектирование технологических операций

6.1 Разработка агрегатной операции(045)

6.1.1 Выбор станка

Окончательно принимаем специальный шестипозиционный агрегатный сверлильный станок Г1П с поворотным горизонтальным делительным столом УМ4144 (МН 4491 - 63), на котором можно просверлить, прозенкеровать и развернуть пять отверстий [3].

Диаметр планшайбы стола - 900 мм;

Число позиций - 6;

Время поворота на одно деление (индексация): 3,2 - 9,3 сек;

Габаритные размеры стола - 1270х1180х540 мм;

Мощность электродвигателя стола:

повороты - 1,7квт,

фиксации - 0,27квт;

6.1.2 Выбор последовательности позиций

1. Загрузить заготовку / разгрузить деталь.

2. Сверлить пять отверстий ш13+0,18, выдерживая размер ш139,7±0,013.

3. Контролировать остатки свёрл в отверстиях.

4. Зенкеровать пять отверстий ш13,8+0,07, выдерживая размер ш139,7±0,006.

5. Снять фаски сразу с двух сторон одним зенкером.

6. Развернуть пять отверстий ш14+0,027, выдерживая размер ш139,7±0,01.

6.1.3 Выбор режущего инструмента

Вид и размеры режущего инструмента определим [5]:

Т1 - сверло спиральное нормальной длины Ш13Ч100 по ГОСТ 10903 - 77 из стали Р6М5.

Т2 - зенкер цельный с коническим хвостовиком тип 1 ГОСТ 12489 - 71, Р6М5, Ш13,8Ч100мм.

Т3 - зенкер для снятия фасок Ш13,46Ч180 мм из стали 9ХС ГОСТ 5950 - 73.

Т4 - развертка машинная цельная Ш14Ч100, ГОСТ 1672 - 71, Р6М5.

6.1.4 Расчет режимов резания

Режимы резания рассчитаем по методике [5].

Позиция 2. Сверление отверстия в сплошном металле Ш13мм.

Глубина резания t= dсв/2= 13/2= 6,5мм.

Подача при dcв= 12…16мм, НВ255…302, So= 0,28…0,33мм/об, принимаем So= 0,3мм/об (по станку).

Скорость резания:

V= (Cv? D^q/ T^m• S^y)• Kv , (6.1)

где Cv, q, m, y - коэффициент и показатели степени, зависящие от условий обработки. При сверлении стали с ув= 785МПа сверлом из стали Р6М5 и S>0,2мм/об, Cv= 9,8, q= 0,4, y=0,5, m=0,2 [5, стр.278, табл.28];

D - диаметр инструмента;

Т - стойкость инструмента;

S - подача, мм/об.

Коэффициент Kv рассчитывается:

Kv= Kмv• Kuv• Klv , (6.2)

где Kмv= K_ф( 750/ув )^nv= 1( 750/735 )^0,9= 1,02 - учитывает прочностные свойства отожженной стали;

Kuv - учитывает состояние поверхности заготовки,

Kuv= 1,0;

Klv - учитывает глубину сверления, при l/d =0,5;

Klv= 1,0;

Kv= 1,02• 1,0• 1,0= 1,02.

V= 9,8• 13^0,4 •1,02/ 60^0,2 • 0,3^0,5= 22,4м/мин.

Частота вращения шпинделя:

n= 1000•V/ р•d= 1000• 22,4/ 3,14•13= 548об/мин,

по станку n_ст= 500об/мин, Vф= 20,4м/мин, Sм= 150мм/мин.

Мощность резания определяют по формуле[5]:

, (6.3)

где М_КР - крутящий момент, который рассчитывают по формулам:

при сверлении

; (6.4)

при зенкеровании

; (6.5)

при развертывании

 ; (6.6)

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

.

При сверлении стали ув= 785МПа сверлом из стали Р6М5 CМ = 0,0345, q= 2,0, y=0,8 [5, стр.281, табл.32];

Аналогичным образом рассчитаны режимы резания на другие переходы операции 045.

Позиция 4(5): Зенкерование отверстий Ш13,8мм (снятие фасок)

t= 0,4мм

S= 0,6мм/об

V= 16,3•13,8^0,3• 1,02/ 30^0,3• 0,4^0,2 •0,6^0,5= 20,4м/мин,

nст = 400об/мин, Vф= 17,3м/мин, Sм= 240мм/мин.

Позиция 6: Развертывание отверстий ш14мм

t= 0,1мм

S= 0,9·0,7=0,6мм/об

V= 10,5•14^0,3• 1,02/ 40^0,4• 0,1^0,2 •0,6^0,65= 11,9м/мин,

nст = 250об/мин, Vф= 11,0м/мин, Sм= 150мм/мин.

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

6.1.5 Расчет норм времени

Время выполнения технологической операции в серийном производстве оценивается штучно-калькуляционным временем, рассчитываем по формуле [3]:

Тш.к = Тп.з/n + Тшт , (6.7)

где Тп.з - подготовительно-заключительное время, мин;

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

Тшт - штучное время обработки, мин.

Тшт = То + Твс + Тт.о + Тот , (6.8)

где То - основное время обработки в мин;

Твс - вспомогательное время, мин;

Тт.о - время технического обслуживания, мин;

Тот - время на отдых и личные надобности.

Основное время обработки определяется:

То = lр.х/Sм , (6.9)

где lр.х - длина рабочего хода, мм;

Sм - минутная подача, мм/мин.

Длина lр.х складывается из длины обрабатываемой поверхности, lн.д - длины недохода, расстояние до начала обработки которое инструмент проходит на рабочей подаче (режет воздух), lc.х - длина схода инструмента (перебег). Данные величины взяты с чертежа наладки, рассчитываемые по схеме обработки и нормативам.

Вспомогательное время складывается из времени на установку, закрепление и снятие заготовки (по нормативам), времени индексации (для агрегатных операций) и из времени холостого хода (по чертежу наладки).

Сумма времен То + Твс называется временем цикла или оперативным:

Топ = То + Твс. (6.10)

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

Расчет.

1 позиция: Твс = 0,35 + 0,1 + 0,30 = 0,75мин (по нормативам);

2 позиция: То = lр.х/Sм = 12/150 = 0,08мин, Твс = 0,1 + 0,2 = 0,3мин;

3 позиция: То = 0,2(контроль) + 0,15(продувка, если надо) = 0,35мин;

4 позиция: То = 12/240 = 0,05мин, Твс = 0,1 + 0,2 = 0,3мин;

5 позиция: То = 40/240 = 0,17мин, Твс =0,3мин;

6 позиция: То = 12/150 = 0,08мин, Твс =0,3мин;

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

Время на техническое обслуживание и отдых будет составлять

Тт.о + Тот = 0,07•( То+ Твс ) = 0,07•0,75 = 0,06мин.

Штучно-калькуляционное время будет равно

Тп.з = 40мин, n= 435шт/месяц, Тшт = 0,81мин.

Тш.к = Тп.з /n + Тшт = 40/435 + 0,81 = 0,09+ 0,81 = 0,9мин.

Принимаем Тш.к = 0,9мин.

Результаты расчетов представлены на чертеже наладки (лист№9) и в операционной карте (см. приложение к проекту).

6.2 Разработка токарной операции (005)

6.2.1 Выбор оборудования

На токарных операциях 05, 10, 15 окончательно принимаем универсальный токарно-револьверный станок модели 1П371, который в условиях серийного производства позволяет обтачивание наружных контуров деталей типа дисков, коротких валов, обрабатывать осевым инструментом центральное отверстие[7].

Частоты вращения шпинделя n= 34…1080 об/мин;

Подачи

продольная: 0,09 - 2,7мм/об,

поперечная: 0,045 - 1,35мм/об;

Количество граней револьверной головки - 6;

Мощность электродвигателя N=13кВт;

Габариты станка - 3430х1730х1655;

Масса станка - 3900кг.

6.2.2 Выбор последовательности переходов

1. Сверлить поверхность ш23±0,105(пов. 21), выдерживая размер 20^+0,2.

2.Точить поверхности ш98,49±0,175(пов.6) и ш182±0,23(пов.1), выдерживая размеры 8^+0,2 и 14,5^+0,2.

3. Точить поверхность ш91,31±0,175(пов.9), выдерживая размер 7,5^+0,2.

6.2.3 Выбор режущего инструмента

Вид и размеры режущего инструмента определим [8] :

Т1 - сверло спиральное нормальной длины Ш23Ч100 по ГОСТ 10903 - 77 из стали Р6М5

Т2 - резец контурный с ромбической сменной пластиной из Т5К10, ц=95є±5ґ (ТУ 2-035-892-82)

Т3 - резец расточной с ц=93°±5ґ,с ромбической пластиной(е=55°) из твердого сплава Т5К10 (ТУ 2-035-1040-86)

6.2.4 Расчет режимов резания

Переход 2: t=1,1мм

S=0,8мм/об - при черновом наружном точении стали 40ХГНМ, диаметром детали ш182мм и глубине резания до 3мм.

V= (Cv / T^m•t^x· S^y)• Kv , (6.11)

V=(340 / 60^0,2·1,1^0,15·0,8^0,45)·1,02=167м/мин

nст = 250об/мин, Vф= 143м/мин, Sм= 200мм/мин.

Мощность резания при точении рассчитывают по формуле[5]:

, (6.12)

где P_Z - тангенциальная составляющая силы резания, равная:

. (6.13)

Переход 3: t=1,0мм

S=0,2мм/об - при черновом растачивании легированной стали с глубиной резания до 2мм.

V=(420 / 60^0,2·1,1^0,15·0,8^0,2)·1,02·0,9=175м/мин

nст = 600об/мин, Vф= 173м/мин, Sм= 120мм/мин.

Переход 1: t= dсв/2= 23/2= 11,5мм

S=0,3мм/об - при сверлении стали(НВ255…302) сверлом диаметра Ш23мм.

V= (Cv? D^q/ T^m• S^y)• Kv = (9,8·23^0,4 / 50^0,2·0,3^0,5)·1,02 = 29,3м/мин

n= 1000•V/ р•d= 1000• 29,3/ 3,14•23= 405об/мин,

по станку n_ст= 400об/мин, Vф= 28,9м/мин, Sм= 120мм/мин.

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

6.2.5 Расчет норм времени

Установить, закрепить, снять заготовку - Твс =0,65мин [3].

Основное время перехода 2:

То = lр.х/Sм = 70/ 200=0,35мин.

Переход 3:

То =40/120 = 0,33мин.

Переход 1:

То =30/120 =0,25мин.

Основное время на операции: То^опер = 0,93мин.

Суммарная длина холостых ходов по всем переходам составляет 210мм, ускоренная подача на станке Sуск = 300мм/мин, Твс = 210/300 = 0,7мин. С учетом времени на установку и снятие заготовки, пробных измерений принимаем Твс = 1,5мин.

Время на техническое обслуживание и отдых будет составлять

Тт.о + Тот = 0,07•( То+ Твс ) = 0,07•( 0,93 + 1,5) = 0,17мин.

Штучно-калькуляционное время будет равно(Тп.з=40мин, n=435шт/месяц, Тшт = 2,6мин):

Тш.к = Тп.з /n + Тшт = 40/435 + 2,6 = 0,09+ 2,6 = 2,69мин.

Принимаем Тш.к = 2,7мин.

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

Режимы резания и нормы времени на остальные операции определим по методике [3], где основное технологическое время То и штучное время Тшт определяется в зависимости от вида обработки, диаметра и длины обработки и коэффициента цк (в зависимости от вида станка: для токарных - 2,14; для шлифовальных - 2,1), и сведем в таблицу 6.1.

Основное время

1) для черновой обточки за один проход[3]:

То=0,00017dl

2) для чистовой обточки и чистового шлифования[3]:

То=0,00010dl

3) для черновой подрезки торца[3]:

То=0,000037(D²-d²)

4) для чистовой подрезки торца[3]:

То=0,000052(D²-d²)

5) для сверления отверстий[3]:

То=0,00052dl

Штучное время

Тшт= цк · То

Проектный вариант

Операция 10 Токарная

То=0,00052·23·25+0,000037((40²-30²)+(108²-98²)+(182²-108²))+0,00017· ·(40·60 +108·5+98·5)+ 0,00017·52·10+0,0001(40·61+108·5+98·5)+ 0,000052·(182²-98²) +0,00052·23,5·60+0,00018·27,5·18,5 =2,91мин.