Разработка технологического процесса изготовления корпуса редуктора

Размещено на http://www.allbest.ru/

46

Введение

Целью курсового проектирования является разработка технологического процесса изготовления корпуса редуктора с целью увеличения технологичности и качества детали, применения перспективных материалов, снижения времени цикла обработки.

Исходя из существующих технологических процессов производства авиационных двигателей и агрегатов, можно выделить следующие основные задачи по совершенствованию технологических процессов:

1) увеличение ресурса работы авиационных двигателей;

2) совершенствование техпроцессов при увеличении производительности труда и снижение доли ручного труда;

3) внедрение новых прогрессивных техпроцессов;

4) широкое внедрение автоматических быстропереналаживаемых приспособлений;

5) внедрение прогрессивных методов получения заготовок с минимальным припуском на механическую обработку;

6) использование групповых техпроцессов.

Наряду с этими задачами решается вопрос о лучшем использовании имеющегося металлорежущего оборудования, повышения скоростей резания и производительности путем модернизации.

В предлагаемом на рассмотрение курсовом проекте на основании вышеизложенного, предлагается улучшение техпроцесса на базе использования прогрессивных методов заготовительного производства, применения нового высокопроизводительного оборудования, современной оснастки и специальных режущих и мерительных инструментов при максимально возможной степени автоматизации и механизации как отдельных операций, так и всего технологического цикла.

1. Конструктивно-технологическая проработка объекта производства

1.1 Общая характеристика детали

Объектом производства разрабатываемого технологического процесса является корпус со сложной геометрией и большим числом отверстий под крепежные детали. По обеим сторонам детали расположены фланцы. Выходной фланец редуктора является элементом тела вращения, обработка которого ведется путем точения внешних и обтачивания внутренних поверхностей. Противоположный фланец имеет пять отверстий для крепления валов блока шестерен, в четырех из которых сделаны проточки и отверстия для облегчения суфлирования, а также охлаждения подшипников. Корпус является составной частью редуктора. Рабочая среда корпуса - масляно-воздушная смесь во внутренней полости, набегающий поток воздуха на наружных поверхностях детали. Температурный режим работы - 70°С.

Редуктор входит в состав газотурбинного воздушно-реактивного двигателя ПД-14, который служит для создания тяги и обеспечения электропитания потребителей. Редуктор двигателя предназначен для размещения и привода насоса-регулятора, стартера-генератора и датчика замера числа оборотов двигателя, а также для передачи крутящего момента в процессе запуска двигателя от стартера-генератора к валу турбокомпрессора при работе агрегата стартерном режиме. По своей конструкции редуктор является высокооборотным, цилиндрическим с внешним зацеплением шестерен.

Крутящий момент с ротора двигателя через проставку передается на приводной валик редуктора и через блок шестерен на шестерню привода стартера-генератора с передаточным отношением i=0,5017. С шестерни привода стартера-генератора, через блок индуктора датчика оборотов и промежуточный блок шестерен, вращение передается на шестерню привода насоса-регулятора с передаточным отношением i=0,1331. Вместе с блоком индуктора вращается индуктор датчика, который имеет четыре зуба.

Суфлирование внутренней полости редуктора с атмосферой предусматривает предотвращение повышения давления в полости редуктора. Давление в полости редуктора не должно превышать 0,98 МПа. Для предотвращения вытекания масла из редуктора применены уплотнения; на входном валике - торцевое уплотнение, на выходных валиках - манжетные уплотнения. Для охлаждения редуктора в полете используется набегающий поток воздуха. Задняя стенка редуктора спрофилирована таким образом, чтобы вместе с корпусом воздуховода создать плавный канал для входа воздуха на крыльчатку компрессора.

1.2 Анализ технологичности детали

Технологичность конструкции (детали) - совокупность свойств, обеспечивающих ее высокие эксплуатационные характеристики при наименьшей трудоемкости и стоимости изготовления, а также применения наиболее прогрессивных методов производства.

Анализ технологичности проводят по качественным и количественным показателям.

Качественная оценка характеризует технологичность конструкции обобщенно на основе знаний и опыта конструктора или технолога. Она осуществляется на всех стадиях проектирования, когда производится выбор лучшего конструктивного решения и не требуется определение степени различия технологичности сравниваемых вариантов. В частности выполняется качественная оценка технологичности заготовок получаемых литьем, оценивается технологичность методов механической обработки, нанесения покрытий.

На основе полученных знаний мы можем провести первичную качественную оценку корпуса. Соединительный фланец содержит большое количество глухих одинаковых отверстий под крепеж. На выходном фланце имеется поверхность, образуемая движением резца по дуговой траектории, усложненная труднодоступностью расположения, из чего можно сделать вывод о том, что при обработке, возможно, потребуется специальный инструмент. Эти элементы конструкции являются не технологичными.

В остальном же, можно сказать, что деталь технологична, поскольку более не имеется поверхностей, требующих дополнительных затрат на инструмент и приспособления. Все поверхности расположены в легкой доступности для режущего инструмента.

Количественная оценка технологичности производится по основным и дополнительным показателям. Качественная оценка, как правило, предшествует количественной оценке, но вполне с ней совместима на всех стадиях производства. По причине отсутствия основных, произведем расчет по вспомогательным показателям.

1) Коэффициент использования материала:

, (1.1)

где - масса обработанной детали, - масса заготовки.

.

Деталь технологична, так как КИМ > 0,6.

2) Коэффициент точности обработки:

, (1.2)

где - средний квалитет обработки детали.

, (1.3)

где - квалитет обработки; - число размеров соответствующего квалитета.

.

Деталь технологична, так как > 0,6.

3) Коэффициент шероховатости поверхности:

, (1.4)

где - средняя шероховатость поверхности, определяемая в значениях параметра Rа, мкм.

, (1.5)

Где - параметр шероховатости поверхности; - число поверхностей, для которых задано это значение шероховатости.

Деталь технологична, так как > 0,32.

Проведя качественную оценку и рассчитав количественные показатели технологичности, можно сделать вывод, что корпус редуктора является технологичной деталью.

2. Разработка технологического процесса изготовления

2.1 Анализ базового технологического процесса, определение основных направлений его модификации

Базовый технологический процесс представлен в таблице 2.1.

Таблица 2.1

Номер операции	Наименование операции	Тип применяемого оборудования	Оснастка
5	Заготовительная	Печь каменная	Песчаные формы
10	Обдувка ребер	Установка "ПНТ"	Камера
15	Гидроиспытания	Стенд
20	Промывка	Моечная машина	Ванна
25	Фрезерная	Вертикальный фрезерный станок 6520Ф3-36	Приспособление с пневмоприводом
30	Токарная	Токарный станок 16К20	3-х кулачковый патрон
35	Фрезерная	Вертикальный фрезерный станок 6520Ф3-36	Зажимное приспособление
40	Сверлильная	Вертикальный сверлильный станок 2Н118М	Зажимное приспособление
45	Сверлильная	Вертикальный сверлильный станок 2Н118М	Кондуктор
50	Фрезерная с ЧПУ	Вертикальный фрезерно-расточной станок МА-655СМ80А	Приспособление с гидропластовой втулкой
55	Токарная	Токарный станок 16К20	Планшайба с мех. креплением детали
60	Фрезерная	Вертикальный фрезерный станок 6520Ф3-36	Приспособление с гидропластовой втулкой
65	Слесарная	Стол слесарный	?
70	Промывка	Моечная машина	Ванна
75	Контроль окончательный	Прибор контроля биения поверхности	?
80	Нанесение покрытия	?	Ванна
85	Контроль покрытия	?	?
90	Консервация	?	?

Анализируя существующий техпроцесс, можно выделить его следующие особенности:

1) техпроцесс основан на применении универсального оборудования и универсальной оснастки. Оснастка ручного привода, это приводит к увеличению подготовительно-заключительного времени и применима только в условиях единичного производства, в крупносерийном производстве ее применить нельзя.

2) техпроцесс задействует большое количество различных наименований оборудования, это усложняет их обслуживание и наладку.

Поэтому в проектируемом техпроцессе предлагается провести следующие мероприятия:

1) заменить большую часть оборудования на станок токарно-фрезерно-расточной группы BRETON XCEEDER, что позволит нам избежать использования нескольких металлообрабатывающих станков;

2) существующий технологический процесс содержит большое число операций, поэтому при применении станков с ЧПУ, имеющих магазин инструментов, целесообразно провести концентрацию операций, за счет чего снизить количество переустановов и тем самым повысить точность изготовления корпуса;

3) за счет применения твердосплавного инструмента повысить скорость резания до 100…300 м/мин.

Генеральная направленность разрабатываемого техпроцесса заключается в применении нового заготовительного процесса и применении многофункционального, высокоэффективного обрабатывающего центра.

Предложенный выше станок модели «XCEEDER» компании «BRETON» (Италия) является обрабатывающим центром, позволяющим выполнять операции токарной обработки, высокоскоростного фрезерования, сверления, нарезания резьбы. Общий вид станка показан на рис. 2.1.



Рис. 2.1 Общий вид станка

В основном такие станки используются для обработки корпусных деталей, компонентов авиадвигателестроения (импеллеры, моноколеса), агрегатов и узлов общего машиностроения из нержавеющих сталей, алюминиевых, титановых и никелевых сплавов. Отличительные черты:

1) станина изготовлена из специального материала - «металлокварца», обеспечивает высокую жесткость и превосходную демпфирующую способность станка, необходимую для получения высокой точности вместе с требуемой динамикой;

2) наклонно-поворотный стол выполнен в виде жесткой чугунной конструкции с двусторонней опорой для обеспечения наилучшей устойчивости. Стол оснащен прямыми мощными приводами, системой термостабилизации и гидравлической блокировки осей;

3) шпиндельная каретка, изготовленная из литого чугуна, перемещается по направляющим с рециркулирующими роликами;

4) электрошпиндель оснащен системами термостабилизации, воздушно-масляной смазки подшипников, системой подачи СОЖ под высоким и низким давлением;

5) система ЧПУ «Siemens», «Heidenhain», «Fidia»;

6) подвижный инструментальный магазин карусельного типа на 30-100 позиций;

7) линейные оптические шкалы «Heidenhain» с микрометрическим разрешением.

Техническая карта станка представлена в таблице 2.2.

Таблица 2.2

Наименование параметра	Размерные ед.	Числовое значение параметра
Количество осей интерполяции	шт	5
Перемещение по оси Х	мм	900
Перемещение по оси Y	мм	900
Перемещение по оси Z	мм	600
Ускоренная подача по осям X, Y	м/мин	60
Ускоренная подача по оси Z	м/мин	40
Угол вращения оси А	град	-30…+110
Скорость оси А	об/мин	50
Угол вращения оси С	град	непрерывное
Скорость оси С	об/мин	100
Мощность фрезерного шпинделя	кВт	40
Вращающий момент фрезерного шпинделя	Н . м	195
Максимальная скорость вращения фрезерного шпинделя	об/мин	18000
Мощность токарного шпинделя	кВт	40
Вращающий момент токарного шпинделя	Н . м	1525
Максимальная скорость вращения токарного шпинделя	об/мин	2000

2.2 Обоснование выбора заготовки

При выборе заготовки для заданной детали назначаем метод ее получения, определяем конфигурацию, размеры, допуски, припуски на обработку формируем технические условия на изготовление.

Главным при выборе заготовки является обеспечение заданного качества готовой детали при её минимальной себестоимости. Выбор заготовки связан с конкретным технико-экономическом расчетом себестоимости готовой продукции, выполняемым для заданного объема с учетом других условий производства.

Общие требования к заготовкам: они должны подвергаться механической обработке по возможности только по сопрягаемым поверхностям и иметь простую геометрическую форму с плавными переходами между сечениями.

Основные методы получения заготовок:

1) литье;

2) пластическая деформация;

3) металлургия гранул.

Литьё - технологический процесс изготовления заготовок (реже -- готовых деталей), заключающийся в заполнении предварительно изготовленной литейной формы жидким материалом с последующим его затвердеванием.

Известно множество видов литья:

1) в песчаные формы;

2) в оболочковые формы;

3) по выплавляемым моделям;

4) по замораживаемым ртутным моделям;

5) центробежное литье;

6) в кокиль;

7) литье под давлением;

8) вакуумное литье;

9) электрошлаковое литье.

Литье в песчаные формы в настоящее время является универсальным и самым распространенным способом изготовления отливок. Этим способом изготовляют разнообразные по сложности отливки любой массы и размеров из сталей, чугунов и цветных металлов. Отличительными особенностями способа являются малые теплопроводность, теплоемкость и плотность песчаной формы, что позволяет получать отливки с малой толщиной стенки (2,5…5 мм); невысокая интенсивность охлаждения расплава в форме приводит к снижению скорости затвердевания отливки, укрупнению структуры и к появлению в массивных узлах усадочных раковин и пористости; сравнительно низкая огнеупорность материала способствует развитию на поверхности пригара в поверхностном слое отливки.

Литьё металлов в кокиль -- более качественный способ. Изготавливается кокиль -- разборная форма (чаще всего металлическая), в которую производится литьё. После застывания и охлаждения, кокиль раскрывается и из него извлекается изделие. Затем кокиль можно повторно использовать для отливки такой же детали. В отличие от других способов литья в металлические формы (литьё под давлением, центробежное литьё и др.), при литье в кокиль заполнение формы жидким сплавом и его затвердевание происходят без какого-либо внешнего воздействия на жидкий металл, а лишь под действием силы тяжести.

Основные операции и процессы: очистка кокиля от старой облицовки, прогрев его до 200--300°С, покрытие рабочей полости новым слоем облицовки, простановка стержней, закрывание частей кокиля, заливка металла, охлаждение и удаление полученной отливки. Процесс кристаллизации сплава при литье в кокиль ускоряется, что способствует получению отливок с плотным и мелкозернистым строением, а следовательно, с хорошей герметичностью и высокими физико-механическими свойствами. Однако отливки из чугуна из-за образующихся на поверхности карбидов требуют последующего отжига. При многократном использовании кокиль коробится и размеры отливок в направлениях, перпендикулярных плоскости разъёма, увеличиваются.

В кокилях получают отливки из чугуна, стали, алюминиевых, магниевых и др. сплавов. Особенно эффективно применение кокильного литья при изготовлении отливок из алюминиевых и магниевых сплавов. Эти сплавы имеют относительно невысокую температуру плавления, поэтому один кокиль можно использовать до 10000 раз (с простановкой металлических стержней). До 45 % всех отливок из этих сплавов получают в кокилях. При литье в кокиль расширяется диапазон скоростей охлаждения сплавов и образования различных структур. Сталь имеет относительно высокую температуру плавления, стойкость кокилей при получении стальных отливок резко снижается, большинство поверхностей образуют стержни, поэтому метод кокильного литья для стали находит меньшее применение, чем для цветных сплавов. Данный метод широко применяется при серийном и крупносерийном производстве.

Сущность литья в оболочковые формы заключается в изготовлении отливок путем заливки расплавленного металла в разовую тонкостенную разъемную литейную форму, изготовленную из песчано-смоляной смеси с термореактивным связующим по металлической нагреваемой модельной оснастке, с последующим затвердеванием залитого расплава, охлаждением отливки в форме и выбивкой ее.

Отличительными особенностями способа являются малая интенсивность теплообмена между отливкой и формой; использование песчано-смоляной смеси с высокой подвижностью для получения четкого отпечатка модели; использование термореактивных смол в качестве связующих для получения тонкостенных форм с высокой прочностью и повышенной размерной точностью полости формы; использование мелкозернистого огнеупорного материала (кварцевого песка) для получения поверхностного слоя отливок с малой шероховатостью. Заливка форм происходит в вертикальном или горизонтальном положении. Выбивку отливок осуществляют на специальных выбивных или вибрационных установках. При очистке отливок удаляют заусенцы, зачищают на шлифовальных кругах места подвода питателей и затем их подвергают дробеструйной обработке.

Литье в оболочковые формы обеспечивает высокую геометрическую точность отливок, так как формовочная смесь, обладая высокой подвижностью, дает возможность получать четкий отпечаток модели. Точность отпечатка не нарушается потому, что оболочка снимается с модели без расталкивания.

В оболочковых формах изготавливают отливки с толщиной стенки 3…15 мм и массой 0,25…100 кг из чугуна, углеродистых сталей, сплавов цветных металлов.

Сущность литья по выплавляемым моделям сводится к изготовлению отливок заливкой расплавленного металла в разовою тонкостенную неразъемную форму, изготовленную из жидкоподвижной огнеупорной суспензии по моделям разового использования с последующим затвердеванием залитого металла, охлаждением отливки в форме и извлечением ее.

Отличительными особенностями литья по выплавляемым моделям являются низкая теплопроводность и плотность материала формы, и высокая начальная температура формы значительно снижает скорость отвода тепла от залитого металла, что способствует улучшению заполняемости полости формы; малая интенсивность охлаждения расплава приводит к снижению скорости затвердевания отливок, укрупнению кристаллического строения.

После охлаждения отливки форму разрушают. Отливки на обрезных прессах или другими способами отделяют от литников и для окончательной очистки направляют на химическую очистку в 45%-ный водный раствор едкого натрия, нагретый до температуры 150 градусов. После травления отливки промывают проточной водой, сушат, подвергают термической обработке и контролю.

Керамическая суспензия позволяет точно воспроизводить контуры модели, а образование неразъемной литейной формы с малой шероховатостью поверхности способствует получению отливок с высокой точностью геометрических размеров и малой шероховатостью поверхностей, что значительно снижает объем механической обработки отливок. Припуск на механическую обработку составляет 0,2…0,7 мм. Заливка расплавленного металла в горячие формы позволяет получать сложные по конфигурации отливки с толщиной стенки 1…3 мм и массой от нескольких граммов до нескольких десятков килограммов из жаропрочных труднообрабатываемых сплавов, коррозионно-стойких сталей в массовом производстве.

Технологический процесс изготовления отливок по выплавляемым моделям механизирован и автоматизирован. В массовом производстве используют автоматические установки для изготовления моделей, приготовления суспензии, нанесения ее на блоки моделей и обсыпки их кварцевым песком, для прокаливания и заливки форм, объединенные транспортными устройствами в автоматические линии.

Поковкой называют заготовку детали, полученную ковкой или штамповкой. Огромное разнообразие машиностроительных деталей и, соответственно, такое же разнообразие форм и размеров поковок, сплавов, характера производства обуславливают существование различных способов получения поковок.

Масса поковок, которая может быть от сотен грамм до сотен тонн, определяет тип заготовки, вид деформации и схему деформирования. Исходными заготовками для получения поковок являются слитки или сортовой прокат круглого, квадратного или прямоугольного сечения; так как размеры поперечного сечения последнего ограничены, для получения заготовок большой массы используют слитки.

Изготовление поковок может осуществляться по схемам свободного пластического течения между поверхностями инструмента или затекания металла в полость штампа. Для заполнения полости штампа необходимо давление, значительно превышающее давление при свободном пластическом течении металла. Вследствие этого поковки большой массы затруднительно изготовлять штамповкой. Для тяжелых заготовок единственным возможным методом является ковка - вид горячей обработки металлов давлением, при котором деформирование производят последовательно на отдельных участках заготовки. Металл свободно течет в стороны, не ограниченные рабочими поверхностями инструмента, в качестве которого применяются плоские и фигурные бойки, а также различный подкладной инструмент. Таким образом при ковке используют универсальный инструмент, в то время как для штамповки требуется специальный инструмент - штамп, изготовление которого при небольшой партии одинаковых поковок экономически невыгодно. Поэтому в мелкосерийном производстве ковка, обычно, более экономически целесообразна.

К основным операциям ковки относятся осадка, протяжка, прошивка, отрубка и гибка.

Осадка - операция уменьшения высоты заготовки при увеличении площади ее поперечного сечения. Осаживают заготовку между бойками или подкладными плитами.

Протяжка - операция удлинения заготовки или ее части за счет уменьшения площади ее поперечного сечения.

Прошивка - операция получения полостей в заготовке за счет вытеснения металла. Прошивкой можно получить сквозное отверстие или углубление. Инструментом для прошивки служат сплошные и пустотелые прошивни.

Отрубка - операция отделения части заготовки по незамкнутому контуру путем внедрения в заготовку деформирующего инструмента - топора.

Гибка - операция придания заготовки изогнутой формы по заданному контуру. Этой операцией получают угольники, скобы, крючки, кронштейны и т.д. Гибка сопровождается искажением первоначальной формы поперечного сечения заготовки и уменьшением его площади в зоне изгиба, называемым утяжкой.

Металлургия гранул - сравнительно молодой металлургический процесс, заключающийся в получение десятков миллиардов микрослитков (гранул) и соединения этих частиц в условиях горячего изостатического прессования в сплошную заготовку, близкую по форме к готовому изделию. Поскольку во всем мире этот процесс применяют главным образом для создания тяжелонагруженых деталей газовых турбин современных реактивных двигателей, его, по праву можно отнести к высоким мировым технологиям.

Технологический процесс металлургии гранул включает в себя:

1) производство слитков вакуумно-индукционной плавкой;

2) плазменную плавку и центробежное распыление заготовок на гранулы;

3) классификацию (рассев) гранул по крупности;

4) сепарацию их от металлических и не металлических (шлаковых, керамических) частиц;

5) дегазацию гранул в «летящем» потоке и их герметизацию в капсулах повторяющих форму готовых деталей; вакуумное литье;

6) горячее изостатическое прессование;

7) термообработку;

8) проведение многосторонних испытаний компактного материала;

9) механическую обработку заготовок;

10) контроль (ЛЮМ, контроль после макротравления поверхности и компьютеризированный УЗК).

Усовершенствование технологии производства позволило значительно повысить гарантируемые по ТУ механические характеристики изотропного материала из гранул сплава при комнатной температуре по временному сопротивлению разрыву и пределу текучести. Горячее изостатическое прессование следует применять благодаря повышению точности размеров, увеличению КИМ, увеличению производительности, увеличению КПД, снижению себестоимости продукции за счет снижения расхода материала.

В настоящее время для изготовления корпуса применяется литье в песчаные формы при ручной формовке по деревянным моделям.

Особенности данного процесса:

1) применяется в мелкосерийном производстве.

2) процесс дешевый.

3) позволяет получить заготовки любой сложности.

4) требуются большие припуска на механическую обработку, порядка 3…4 мм на сторону.

5) невысокая точность исполнения заготовки.

6) шероховатость получаемых поверхностей тоже невысокая.

В разрабатываемом техпроцессе с высоким уровнем применения станков с ЧПУ заготовительный процесс должен отвечать следующим требованиям:

1) обеспечивать возможность его применения в крупносерийном производстве.

2) процесс должен быть экономически эффективным.

3) позволять получать заготовки требуемой сложности.

4) обеспечивать минимальные припуски на механическую обработку, порядка 1,5…2 мм на сторону.

Для подбора наиболее оптимального варианта литья для изготовления корпуса редуктора воспользуемся методом экспертных оценок.

2.2.1 Подбор наиболее оптимального варианта производства заготовки

На основе анализа конструктивно-технологических характеристик обрабатываемой детали, изучения ее конструкции были предложены несколько вариантов изготовления заготовки.

Для оценки вариантов применим описанную в методическом

указании[15] шкалу 1-9 (см. п. 4).

Сначала аналогично предыдущему - устанавливаются качественные приоритеты рассматриваемых критериев (один относительно другого), а затем - соответствующие балльные оценки в соответствии с той же выбранной шкалой

aj- соответствующие балльные оценки

Kj- значимость критериев в виде относительных оценок

округляя значения k_j так, чтобы их сумма для всех критериев была равна 1: .

Вычисление показателей качества сравниваемых вариантов:

сначала - показатели качества q_ij каждого варианта i(i = А, Б, ...) по каждому критерию j в виде произведения степени удовлетворения (выполнимости) F_i

варианта и значимости критерия k_j:

Далее - комплексного показателя качества Q_i каждого варианта в виде суммы показателей q_ij:

Q_i

Оценки альтернативных вариантов по указанным критериям с учетом значимости последних представлены в табл. 2.3. Под вариантами подразумевалось:

1) А - литье в песчаные формы;

2) Б - литье в оболочковые формы;

3) В - литье в кокиль;

4) Г - литье по выплавляемым моделям;

5) Д - литье под давлением.

Таблица 2.3

Критерий j	Значимость критерия	Степень удовлетворения Fi/ показатели качества qij вариантов i
	aj	kj	А	Б	В	Г	Д
1. КИМ	7	0,19	1/0,19	4/0,76	7/1,32	9/1,7	6/1,14
2. Точность полученной заготовки	5	0,14	2/0,27	3/0,41	7/0,95	9/1,22	7/0,95
3. Себестоимость	9	0,24	9/2,19	6/1,46	6/1,46	1/0,24	5/1,22
4. Шероховатость поверхностей заготовки	3	0,08	2/0,16	5/0,41	5/0,41	9/0,73	7/0,57
5.Пространственные отклонения заготовки	5	0,14	3/0,41	4/0,54	6/0,81	9/1,22	6/0,81
6. Трудоемкость	8	0,22	9/1,95	5/1,08	7/1,51	1/0,22	5/1,08
Комплексный показатель качества Qi	5,16	4,65	6,46	5,32	5,76

Согласно проведенной экспертной оценке наиболее эффективным типом литья будет выступать литье в кокиль. Проектирование технологического процесса будет выполняться из условия принятия этого вывода.

2.3 Выбор технологических баз

При проектировании операций для каждой из них должны быть выбраны базы, приспособления, режущие и измерительные инструменты, назначены допуски на операционные размеры и проставлены отклонения, рассчитаны припуски и операционные размеры, режимы резания и нормы времени.

Назначение технологических баз является одним из самых ответственных этапов проектирования технологического процесса, так как выбор тех или иных поверхностей в качестве баз предопределяет систему простановки размеров, схему и конструкцию приспособлений, возможность выполнение обработки по настройке. К технологическим базам относятся установочные, исходные и измерительные базы: установочные базы служат для координации всей заготовки относительно станка; исходные базы - для координации каждой из обработанных поверхностей; измерительная база - для проверки точности выполненных размеров. Для ориентации устанавливаемой заготовки по каждому из координатных направлений нужна своя установочная база, так что для полной координации заготовки, как пространственного тела, необходим комплект установочных баз (две, три или одну).

При выборе технологических баз следует учитывать следующее:

1) черновая база должна обеспечивать в возможной степени равномерное снятие припуска при последующей обработке заготовки с базированием на чистовую базу (и наиболее точное взаимное положение обработанных и не обработанных поверхностей детали);

2) черновые базовые поверхности должны быть по возможности менее шероховатыми;

3) черновые базы не должны иметь штамповочных и литейных уклонов;

4) на черновых базах не следует размещать литники, прибыли, плоскости разъема литейных форм и штампов;

5) черновая база может быть использована для установки заготовки только один раз;

6) технологическая база должна быть достаточной протяженности, с тем, чтобы не происходило смещения заготовки под действием сил закрепления и сил резания;

7) следует по возможности использовать принципы совмещения баз и постоянства баз.

8) в случае, если принцип совмещения баз не может быть осуществлен, т.е. если технологическая база не совпадает с измерительной базой, то производят проверочный расчет допуска на выдерживаемый размер (см. погрешность базирования);

9) в случае, если постоянство технологической базы не может быть обеспечено, в качестве новой базы выбираю обязательно обработанные, и желательно более точно обработанные поверхности, что обеспечивает наибольшую точность размерной обработки. Выполнение принципа постоянства баз, кроме этого имеет то преимущество, что приспособление для различных операций будут конструктивно подобны, что имеет большое значение в условиях автоматизированного производства;

10) для выполнения принципа постоянства баз иногда на заготовке целесообразно предусматривать вспомогательные базы типа поясков, платиков, бобышек, центовых отверстий и др. или производить обработку всей детали за один установ на базе черных поверхностей заготовки. Последний случай имеет место при обработке деталей и прутка на автоматах, многопозиционных станках, а также при использовании приспособлений-спутников на автоматических линиях;

11) при выборе баз должны быть сформулированы требования по точности и шероховатости их обработки, а также предусмотрена необходимость повторной обработки в целях ликвидации возможных деформаций от действия остаточных напряжений в материале заготовки (обязательно посте термической обработке).

Схема базирования корпуса редуктора показана на рисунке 2.2.

Для чернового базирования мы выбираем поверхности Б и Г. Это позволяет произвести надежную ориентацию заготовки в пространстве, а также обеспечивает принцип совмещения с конструкторскими базами.

Рис. 2.2

Для операции обработки правой стороны детали базами примем поверхность В и отверстие Д, а для обработки левой стороны базами выступят пара отверстий А и Д и торцовая поверхность Б.

2.4 Разработка маршрутного технологического процесса

Предлагаемый технологический процесс представлен в таблице 2.4.

Таблица 2.4

Номер операции	Наименование операции	Тип применяемого оборудования	Оснастка
5	Заготовительная	2-х позиционная машина модель 5944	Кокиль
10	Обдувка ребер	Установка «ПНТ»	Камера
15	Гидроиспытания	Стенд
20	Промывка	Моечная машина	Ванна
25	Токарная с ЧПУ	ОЦ Breton XCEEDER	Приспособление прижимное
30	Комплексная с ЧПУ	ОЦ Breton XCEEDER	3-х кулачковый патрон
35	Комплексная с ЧПУ	ОЦ Breton XCEEDER	Приспособление с гидропластовой втулкой
40	Снятие заусенцев	Установка МА-31	?
45	Промывка	Моечная машина	Ванна
50	Контроль окончательный	Прибор контроля биения поверхности	?
55	Покрытие Ан.Окс.Хр.	?	Ванна
60	Контроль покрытия	?	?
65	Консервация	?	?

2.5 Расчет межоперационных припусков

Рассчитаем межоперационные припуски на вал и отверстие. Для расчета приняты вал Ш и отверстие Ш, приведенные на рис. 2.3.



Рис. 2.3

2.5.1 Расчет припусков на размер Ш

Определяем минимальный припуск для чернового точения

Минимальный припуск определяется по формуле:

, где

- средняя высота шероховатости микронеровностей полученных на предшествующем переходе;

- величина дефектного слоя, полученная на предшествующем переходе;

- векторная сумма пространственных отклонений обработанной детали, полученная на предшествующем переходе;

- погрешность установки.

Находим элементы припуска:

мкм;

мкм;

;

мкм;

мкм (14 кв.).

Определяем минимальный припуск для чистового точения

Элементы припуска:

мкм;

мкм;

;

;

мкм.

Определяем предельные размеры

Минимальный размер:

Чистовое точение:мм;

Черновое точение: мм;

Заготовка: мм.

Максимальный размер:

Чистовое точение:мм;

Черновое точение: мм;

Заготовка: мм.

Определяем максимальный припуск

;

.

2.5.2 Расчет припусков на размер Ш

Определяем минимальный припуск для чернового точения

Элементы припуска:

мкм;

мкм;

;

мкм;

мкм (14 кв.).

Определяем минимальный припуск для чистового точения

Элементы припуска:

мкм;

мкм;

;

;

мкм.

Определяем предельные размеры

Максимальный размер:

Чистовое точение:мм;

Черновое точение: мм;

Заготовка: мм.

Минимальный размер:

Чистовое точение:мм;

Черновое точение: мм;

Заготовка: мм.

Определяем максимальный припуск

;

.

Результаты расчета припусков на механическую обработку и назначенные операционные размеры представлены в табл. 2.5.

Табл. 2.5 Припуски на механическую обработку

N	Наименование операций	Элементы припуска, мкм	Расч. припуск 2Zmin, мкм	Расч. мин. размер, мм	Допуск на изго-товление д, мкм	Принятые размеры, мм	Макс/ припуск на обр., мкм	Операци-онный размер, мм
		Rz	T	с	е				max	min		Rz	Размер
Обработка наружной поверхности ?45
5	Заготовительная	?	?	?	?	?	47,37	620	48	47,38	?	необр	?48
30	Черновое точение	200	100	800	100	2212	45,16	390	45,55	45,16	2450	Rz20	?45,55
55	Чистовое точение	50	50	150	0	500	44,66	340	45	44,66	550	2,5	?45
Обработка внутренней поверхности ?152
5	Заготовительная	?	?	?	?	?	150,03	870	149,87	149	?	необр	?149
30	Черновое точение	200	100	500	100	1620	151,65	540	151,54	151	2000	2,5	?151
55	Чистовое точение	50	50	100	0	400	152,05	50	152,05	152	1000	2,5	?152

2.6 Расчет режимов резания

Операция 25 (токарная с ЧПУ). Растачивание Ш

Операция выполняется на ОЦ BRETON XCEEDER.

- частота вращения токарного шпинделя: ;

- мощность привода токарного шпинделя: N=40кВт.

Режущий инструмент: расточной резец с углом в плане с твердосплавной пластиной ВК6.

Стойкость резца: Т=60 мин.

Для параметра шероховатости Rа 1,25 мкм подача будет равна .

Максимальная глубина резания

Определяем скорость резания:

м/мин.

cv =325, m=0,28; y=0,25; x=0,12 (табл. 29 , стр. 75 [1])

Частота вращения шпинделя:

 об/мин

Максимальная частота вращения по паспорту станка: n=2000об/мин.

Таким образом:

.

Определяем силу резания.

Величина главной силы резания Pz находится по формуле:

,

где коэффициенты найдены по таблице 29 (стр.75 [1]):

Определяем мощность резания:

кВт

Для обеспечения необходимой мощности приводом станка должно выполняться условие . Данный режим резания удовлетворен, т.к.

Операция 35 (комплексная с ЧПУ). Фрезерование торцов.

Операция выполняется на ОЦ BRETON XCEEDER

- частота вращения шпинделя: n=0…18000 об/мин;

- наибольший допустимый крутящий момент на шпинделе:М_кр = 195 Н^.м

Режущий инструмент: концевая фреза d=19 с пластинами из твердого сплав ВК6, число зубьев Z=6.

Стойкость фрезы: Т=90 мин.

Для класса шероховатости Rz 20 мкм подача на один зуб будет равна

.

Максимальная глубина фрезерования

Максимальная ширина фрезерования .

Определяем скорость резания V:

м/мин.

где все коэффициент и показатели степени из формулы на стр. 159 и таблицы 142 стр. 161 [1].

Cv=185,5; ; ; ; ; ; .

Частота вращения шпинделя

об/мин

Определяем силу резания.

где все коэффициент и показатели степени - [2], табл. 41, стр. 291.

Определяем крутящий момент

.

Данный режим резания удовлетворителен т.к.

Операция 35 (комплексная с ЧПУ). Сверление отверстий под резьбу М5.

Операция выполняется на ОЦ BRETON XCEEDER

- частота вращения шпинделя: n=0…18000 об/мин;

- наибольший допустимый крутящий момент на шпинделе: М_кр=195Н^.М.

Режущий инструмент: сверло D=4,2 мм из быстрорежущей стали.

При сверлении глубина резания:

T=0.5D = 2.1 мм

Подача при сверлении отверстий без ограничивающих факторов выбирается максимально допустимая по прочности сверла:

s = 0,25 мм/об, [2, табл. 25, стр 277].

Определяем скорость резания V:

61,3 м/мин.

Определим крутящий момент:

Рассчитаем осевую силу:

Частота вращения инструмента:

об/мин

Мощность резания вычисляется по формуле:

кВт.

Для обеспечения необходимой мощности приводом станка должно выполняться условие . Данный режим резания удовлетворен, т.к.

Операция 35 (комплексная с ЧПУ). Цекование отверстий Ш5,5.

Операция выполняется на ОЦ BRETON XCEEDER

- частота вращения шпинделя: n=0…18000об/мин;

- наибольший допустимый крутящий момент на шпинделе: М_кр=195Н^.М.

Режущий инструмент: зенкер D=5,5 мм из твердого сплава ВК8.

При зенкеровании глубина резания:



Подача при зенкеровании без ограничивающих факторов выбирается максимальной:

s = 0,8мм/об, [2], табл. 26, стр 277.

Определяем скорость резания V:

73,6 м/мин.

Определим крутящий момент:

Рассчитаем осевую силу:

Частота вращения инструмента:

об/мин

Мощность резания вычисляется по формуле:

кВт.

Для обеспечения необходимой мощности приводом станка должно выполняться условие . Данный режим резания удовлетворен, т.к.

Операция 35 (комплексная с ЧПУ). Нарезание резьбы М5.

Операция выполняется на ОЦ BRETON XCEEDER

- частота вращения шпинделя: n=0…18000 об/мин;

- наибольший допустимый крутящий момент на шпинделе: М_кр=195Н^.М.

Режущий инструмент: метчик М5 из твердого сплава ВК8.

Определим скорость резания:

м/мин.

Определим крутящий момент при нарезании резьбы:

Скорость вращения инструмента:

об/мин

Вычислим мощность резания:

кВт.

Для обеспечения необходимой мощности приводом станка должно выполняться условие . Данный режим резания удовлетворен, т.к.

Операция 35 (комплексная с ЧПУ). Развертывание отверстия Ш19Н7.

Операция выполняется на ОЦ BRETON XCEEDER

- частота вращения шпинделя: n=0…18000 об/мин;

- наибольший допустимый крутящий момент на шпинделе: М_кр=195Н^.М.

Режущий инструмент: развертка D=19 мм из твердого сплава ВК8.

При развертывании глубина резания:

Подача при развертывании глухих отверстий:

s = 0,3 мм/об, [2], табл. 27, стр. 278.

Определяем скорость резания V:

63,2 м/мин.

Определим крутящий момент:

Рассчитаем осевую силу:

Частота вращения инструмента:

об/мин

Мощность резания вычисляется по формуле:

кВт.

Для обеспечения необходимой мощности приводом станка должно выполняться условие . Данный режим резания удовлетворен, т.к.

3. Конструкторская часть

3.1 Разработка приспособления для комплексной операции 35

редуктор технологический припуск модификация

3.1.1 Назначение приспособления

В настоящее время для выполнения фрезерно-расточных работ применяется крепление детали к столу станка прижимными планками с выверкой положения детали по индикатору часового типа. В условиях крупносерийного производства такой метод установки и закрепления детали не приемлем, поэтому было спроектировано новое приспособление с гидропластовой оправкой.

Проектируемое приспособление, предназначенное для установки и закрепления детали обработки на операционном центре BRETON XCEEDER Приспособление механизировано, что позволяет быстро устанавливать и снимать деталь.

3.1.2 Описание конструкции и принцип работы приспособления

Проектируемое приспособление состоит из корпуса, который крепится на столе станка и в котором размещается пневмоцилиндр двухстороннего действия, гидропластовой оправки связанной со штоком пневмоцилиндра плунжером. На плоскости корпуса, перпендикулярной оси гидропластовой оправки, установлен срезанный палец, служащий для ориентации детали.

Принцип работы приспособления заключается в следующем: деталь устанавливается на гидропластовую оправку и срезанный палец, после этого в нижнюю полость пневмоцилиндра подается сжатый воздух, шток пневмоцилиндра, поднимаясь вверх, перемещает плунжер, который давит на гидропластмассу и тонкостенная оправка, деформируясь, закрепляет деталь по поверхности базового отверстия. Установка детали производится на два пальца и плоскость.

3.1.3 Проектирование приспособления

Из всех типов самоцентрирующих приспособлений с упругими звеньями гидропластовые являются самыми распространенными. Достоинство их прежде всего состоит в том, что они обеспечивают самую высокую точность центрирования (0,003-0,005) и надежны в работе.

Зажим заготовки осуществляется созданием натяга между заготовкой и сопряженной установочной цилиндрической поверхностью тонкостенной втулки. Втулка деформируется в упругой области под действием гидростатического давления в замкнутой кольцевой полости, создаваемого специальной гидропластмассой, исходное давление на гидропласт передается плунжером, перемещаемым в цилиндрических направляющих усилием ручного или механизированного приводов.

Гидропласт представляет собой полужидкую пластическую массу, обладающую небольшой текучестью. Гидропласт нагревается до температуры 120?С и заливается в нагретый до 150?С корпус, заливочное отверстие глушится.

Рис 3.1. Схема для расчета тонкостенных втулок

При проектировании оправки с гидропластмассой рассчитываются:

- диаметр установочной поверхности центрирующей втулки в мм;

- длина тонкостенной части втулки в мм;

- толщина тонкостенной части втулки в мм;

- ширина опорных поясков втулки в мм;

- толщина опорных поясков в мм;

- допустимая упругая деформация втулки (увеличение или уменьшения диаметра) в ее средней части в мм;

- максимальный зазор между установочной поверхностью втулки и базовой поверхностью зажимаемой детали в свободном состоянии в мм;

- длина контактной зоны, т.е. участка упругой втулки, прилегающего к зажимаемой детали после деформации в мм;

- коэффициент характеризующий длину контактной зоны;

- гидростатическое давление в полости приспособления в кг^.с/см²;

- допустимый крутящий момент, вызванный силой резания, в кг^.с/см, М_кр=Р_z^.r;

- сила резания в кгс;

- плечо силы резания в см.

Из рабочего чертежа определяем диаметр базового отверстия D=, длину контактной зоны берем на 30% больше длины базового размера отверстия:

Тогда допустимая упругая деформация втулки определяется по формуле:

, где

- предел текучести материала, ;

Е - модуль упругости, ;

К - коэффициент запаса прочности, при К=1,4;

.

- условие, при котором механизм центрирует и зажимает деталь.

- максимальный зазор между установочной поверхностью втулки и базовой поверхностью зажимаемой детали в свободном состоянии.

Толщина h тонкостенной втулки при и определяется по формуле:

.

Высота полости под гидропласт Н определяется:

.

Гидростатическое давление p при определяется по формуле:

.

Допустимый крутящий момент определяется по формуле:

, где

i - запас деформации.

см.

Тогда допустимый крутящий момент равен:

.

Определяем крутящий момент от сил резания. Схема для расчета крутящего момента от сил резания показана на рис. 3.2.

Рис.3.2. Схема для расчета крутящего момента от сил резания.

Из соотношения P_h/P_z=0.35 находим силу P_h:

.

Сила P_z определяется при расчете режимов резания.

Приспособление обеспечивает надежное закрепление детали, так как

Определяем обеспечения точного центрирования и надежность зажима из условия

.

Находим отношение h/R=1.06/18.75=0.06 для этой величины , так как , то длина контактной зоны определяется по формуле:

, где

.

.

A - условие точного центрирования и надежного зажима выполняется.

Материал для изготовления втулки - сталь 40Х.

Расчет пневмоцилиндра

Диаметр плунжера для D/2<1<D определяется по формуле:



и принимается ближайший по ГОСТу .

Определяем силу на штоке поршня:

.

Находим диаметр поршня:

, где

- давление сжатого воздуха, .

, по ГОСТу .

Находим ход поршня:

, где

- коэффициент запаса гидропласта в каналах, .

- коэффициент упругости гидропласта при данном гидростатическом давлении.

.



.

Определение оптимального значения b цилиндрического участка, срезанного пальца.

Исходные данные:

- допуск на межцентровое расстояние базовых отверстий, ;

- допуск на межцентровое расстояние установочных пальцев, ;

- минимальный зазор в сопряжении первого отверстия с пальцем, ;

- минимальный зазор в сопряжении второго отверстия с пальцем,

Из условия возможности установки на цилиндрический и срезанный пальцы находим .

+, отсюда

.

При



это нас устраивает, принимаем ширину и диаметр срезанного пальца .

Определяем величину предельного смещения (поворота) детали при установки ее по плоскости и отверстиями на два пальца.

Рис. 3.3. Схема для определения предельного смещения детали при установке на 2 пальца.

.

.

- данная величина соответствует требуемой в технической документации.

Список литературы

1. Гельфгат Ю.И. Сборник задач и упражнений по технологии машиностроения. 2-е изд., перераб. - М.: Высшая школа,1986. - 271с.

2. Масленников С.Б. Жаропрочные стали и сплавы: Справочник - М.: Металлургия, 1983. - 192с.

3. Бальшин М.Ю. Научные основы порошковой металлургии и металлургии волокна. М., 1972. -536 с.

4. Руденко П.А., Харламов Ю.А., Плескач В.М.Проектирование и производство заготовок в машиностроении: Учеб. пособие /; Под общ. ред. Плескача В.М..- К.: Высшая школа, 1991,-247с.

5. Справочник технолога - машиностроителя: В 2 т. /Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. М.: Машиностроение, 1985.- 496с.

Размещено на Allbest.ru