Проектирование технологического процесса обработки детали (шпангоута)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Проектирование технологического процесса обработки детали (шпангоута)

Ивойлов Д.О.

Оглавление

Аннотация

Введение

1. Функциональное назначение и техническая характеристика сборочной единицы (изделия), содержащая заданную деталь

1.1 Функциональное назначение и техническая характеристика

2. Функциональное назначение и техническая характеристика детали

2.1 Назначение и характеристика изделия

2.2 Функциональное назначение детали и её отдельных поверхностей

2.3 Условия функционирования детали в изделии

2.4 Анализ технологичности детали

2.5 Обоснование требований к точности размеров, формы, взаимного расположения и шероховатости поверхностей детали

3. Выбор способа получения заготовки и разработка ее формы

3.1 Выбор способа получения заготовки для заданной детали

3.2 Коэффициент использования материала

4. Проектирование технологического процесса механической обработки детали

4.1 Разработка маршрута технологического процесса

4.2 Размерный анализ проектируемого технологического процесса

4.2.1 Запись маршрутов и уравнений размерных цепей

4.2.2 Определение порядка решения уравнений

4.3 Расчет режимов резания для операции 020 Токарная

5. Разработка технологической документации

Заключение

Библиографический список

Аннотация

Ивойлов Д.О.

"Проектирование технологического процесса обработки детали (шпангоута)".

Челябинск: ЮУрГУ,

Аэрокосмический факультет, 2012 г.

Целью данного курсового проекта является приобретение практических навыков решения различных технологических задач подготовки производства деталей машин и разработка технологической документации. механический сборочный деталь поверхность

В курсовом проекте разрабатывается технологический процесс механической обработки детали, который проектируется для условий массового производства.

Введение

Машиностроение - одна из самых металлоемких отраслей, поэтому задача экономии металла стала очень актуальной, особенно на сегодняшний день. Задача экономии металла в машиностроении может решаться по двум направлениям. Первое - его можно назвать конструкторским - должно преследовать цель проектирования и создание машины, имеющих максимальную надежность и долговечность при минимальной металлоёмкости. Суть второго технологического направления в том, чтобы внедряемые технологические процессы обладали большей надежностью, гарантировали высокое качество изделий и обеспечивали возможность изготовления деталей с минимальными припусками, т.е. наименьшим расходом металла.

Качество изготовления продукции определяется совокупностью свойств процесса ее изготовления, соответствием этого процесса и его результатов установленным требованиям.

Основным производственными факторами являются качество оборудования и инструмента, физико-химические, механические и другие свойства исходных материалов и заготовок, совершенство разработанного технологического процесса и качества выполнения обработки и контроля. В машиностроении показатели качества изделий весьма тесно связаны с точностью обработки деталей машин. Полученные при обработке размер, форма и расположение элементарных поверхностей определяют качество деталей, надежность и экономические показатели производства и эксплуатации.

Конструктивные допуски и технические требования на изготовление деталей назначают с учетом условий работы деталей в машине. Эти требования обеспечиваются финишными переходами обработки.

Однако важно обязательное соблюдение технологического регламента изготовления детали и на всех предшествующих переходах обработки, так как результаты финишных переходов обработки существенно зависят от качества выполнения предшествующих переходов обработки.

Для того чтобы заготовка превратилась в качественную готовую деталь, она должна пройти многие операции, на которых меняются её размеры, точностные характеристики, свойства.

1. Функциональное назначение и техническая характеристика сборочной единицы (изделия), содержащая заданную деталь

1.1 Функциональное назначение и техническая характеристика

Переходная часть является составной частью корпуса летательного аппарата. Она предназначена для закрепления аппаратуры летательного аппарата, а так же для соединения с другими частями корпуса. В состав переходной части входит три шпангоута и две обечайки, которые соединены между собой сваркой. Наружная поверхность переходной части корпуса выполнена в виде цилиндра для обеспечения лучших аэродинамических характеристик летательного аппарата. В переходной части имеются отверстия Ш90, Ш120, Ш150 для установки люков, предназначенных для доступа к элементам аппаратуры при проведении регламентных работ. Отверстия Ш30 предназначены для установки резьбовых втулок, через которые крепятся наружные элементы летательного аппарата. Расчетная масса переходной части 31 кг.

Рисунок 1. 3D модель сборочной единицы.

2. Функциональное назначение и техническая характеристика детали

2.1 Назначение и характеристика изделия

Шпангоут -- элемент жёсткости корпуса летательного аппарата. Шпангоуты обеспечивают сохранение поперечного сечения корпуса летательного аппарата, а также служат для крепления аппаратуры внутри корпуса летательного аппарата.

Рисунок 2. 3D модель шпангоута.

Шпангоут выполнен из титанового сплава марки ОТ4. Химический Состав сплава приведен в таблице 1.

Таблица 1. Усредненный химический состав (%).

• Механические свойства приведены в таблице 2.

• Таблица 2. Механические свойства.

Марка сплава
	Временное сопротивле-ние разрыву, кгс/мм2	Относитель-ное удлинение, %	Попереч-ное сужение, %	Ударная вязкость, кгсм/мм2	Твердость по Бринелю (диаметр отпечатка) 10/3000, мм
		Не менее
ОТ4	70-90	10	30	3,5	3,6-4,2

• 2.2 Функциональное назначение детали и её отдельных поверхностей
• Шпангоуты обеспечивают сохранение поперечного сечения корпуса летательного аппарата, а также служат для крепления аппаратуры внутри корпуса летательного аппарата.
• Посадочный Ш416 предназначен для присоединения ответной части корпуса. Внешняя цилиндрическая поверхность Ш440h9 является основной конструкторской базой. Внутренняя поверхность Ш339 служит для дальнейшего крепления внутренней аппаратуры. Расчетная масса шпангоута 16,48 кг.
• 2.3 Условия функционирования детали в изделии
• Рассматриваемая деталь шпангоут работает под действием знакопеременных динамических нагрузок при относительно высоких скоростях ЛА. Температурный режим характеризуется широким диапазоном температур от -40 до +100?С, так как корпус при работе может нагревается до относительно высоких температур.

• 2.4 Анализ технологичности детали
• Оценка технологичности детали производится по 2-м направлениям: количественная и качественная. Качественная оценка - это сопоставление элементов конструкции с рекомендуемыми. Количественная оценка - это подсчет коэффициентов технологичности конструкции изделий. Количественно технологичность конструкции оценивается по комплексному показателю, определяемому как совокупность частных показателей технологичности с учетом их весовых коэффициентов:
• Где Кт - комплексный показатель технологичности;
• ki - частный показатель технологичности;
• цi - коэффициент весомости частного показателя технологичности;
• n - количество частных показателей технологичности.
• Определение частных показателей технологичности деталей производится на основе поэлементного анализа конструкции деталей с учетом принятого способа их изготовления и вида материала.
• Проведем качественную оценку согласно РД 95 3184-86.
• Преимущества:
• Конструкция детали обеспечивает хорошую доступность измерения элементов.
• Поверхности на одной стороне детали расположены в одной плоскости для возможности обработки их за технологический проход.
• Базы(конструкторские, измерительные и технологические) и простановка размеров выполнены рационально.
• Форма шпангоута простая, все поверхности доступны для механической обработки. Точность размеров, формы и расположения поверхностей, а также требования шероховатости могут быть обеспечены обычными методами обработки. Таким образом, конструкцию шпангоута следует признать технологичной.
• 2.5 Обоснование требований к точности размеров, формы, взаимного расположения и шероховатости поверхностей детали
• Свойства детали характеризуются различными параметрами: геометрическими, прочностными, параметрами надежности, параметрами шероховатости поверхностей и т. п.
• Под геометрическими параметрами в технологии машиностроения обычно понимают значения таких физических величин как длина, ширина, высота, диаметр элементов детали, расстояние между элементами. К геометрическим параметрам также относят допуски размеров, формы, расположения поверхностей и др.
• Предельные отклонения размеров принимаем по ГОСТ 30893.1 - 2002.
• Шероховатость поверхностей регламентируется в зависимости от их назначения, а также от квалитета точности [1, с.346].
• Допуски соосности поверхностей Ш416, Ш376, Ш339 относительно поверхности Ш440h9 предназначены для того, чтобы в дальнейшем точно были установлены внутренние детали корпуса.
• Допуск торцевого биения относительно поверхности Ш440h9 введен для того, чтобы точно были присоединены ответные части корпуса с таким же наружным диаметром.

• 3. Выбор способа получения заготовки и разработка ее формы
• 3.1 Выбор способа получения заготовки для заданной детали
• Для получения заготовки данного шпангоута используют горячую объемную штамповку.
• Объемная штамповка, технологический процесс, заключающийся в изменении простейших объемных заготовок (цилиндрической, призматической и другой формы) в более сложные изделия, форма которых соответствует полости специализированных инструментов - штампов. Объемная штамповка как процесс перераспределения металла заготовки происходит в результате пластической деформации.
• Основные операции объемной штамповки - осадка, высадка, протяжка, выдавливание, гибка, плющение, калибровка, образование выступов, утолщений, углублений, осуществляемые на кузнечно-прессовых машинах - молотах, прессах и машинах специального назначения.
• Горячая объемная штамповка осуществляется с нагревом до температуры 200-1300 С в зависимости от состава сплава и условий обработки. Исходный материал - прокатные прутки, разделенные на мерные заготовки, равные по объему будущей поковке (с учетом неизбежных отходов). Масса получаемых изделий от нескольких г до 6-8 т; точность размеров поковок зависит от их массы и конфигурации и может быть повышена последующей холодной калибровкой; шероховатость поверхности соответствует 3-7-му классам чистоты. Процесс горячей объемной штамповки аналогичен по физической сущности свободной ковке, но осуществляется в штампах. Горячей объемной штамповкой получают поковки, однородные по структуре, сравнительно высокой точности, сложной конфигурации, которой невозможно добиться при свободной ковке. Однако средний коэффициент использования металла при горячей объемной штамповке 0,5-0,6 (то есть до 50-40 % металла идет в отход).
• Общий технологический процесс изготовления поковок горячей объемной штамповкой состоит обычно из следующих этапов:
• отрезки проката на мерные заготовки;
• нагрева;
• штамповки;
• обрезки заусенца и пробивки пленок;
• правки;
• термической обработки;
• очистки поковок от окалины;
• калибровки;
• контроля готовых поковок.
• Рисунок 3. Эскиз паковки заготовки.
• 3.2 Коэффициент использования материала
• Коэффициент использования материала Ким определяется по формуле:
• К_им==0,236.
• По полученному Ким можно сделать вывод, что способ получения заготовки выбран не технологично. Технологичнее было бы выбрать способ получения заготовки литьем.

• 4. Проектирование технологического процесса механической обработки детали
• 4.1 Разработка маршрута технологического процесса
• Таблица 3. Маршрут обработки отдельных поверхностей.

Код поверхности	Наименование поверхности, размер	Параметр шероховатости	Маршрут обработки
19, 29	Внешняя цилиндрическая 440h9, поверхность	Ra 40, Ra 80	Точение, подрезание
139	Внутренняя цилиндрическая 416	Ra 80	Растачивание
149	Внутренняя цилиндрическая 476	Ra 80	Растачивание
69	Поверхность	Ra 20	Подрезание
129, 159	Внешние цилиндрические 339, 420	Ra 80	Растачивание, растачивание

• При разработке маршрутной технологии руководствуются следующими принципами:
• 1. В первую очередь обрабатывают те поверхности, которые являются базовыми при дальнейшей обработке.
• 2. Затем обрабатывают поверхности с наибольшим припуском.
• 3. Далее выполняют обработку поверхностей снятия металла, которая в наименьшей степени влияет на жёсткость детали.
• 4. К началу техпроцесса необходимо относить те операции, на которых можно ожидать появление брака из-за скрытых дефектов (трещины, раковины и т.д.).
• Таблица 4. Маршрут технологического процесса

Номер операции	Наименование операции	Модель оборудования
005	Заготовительная
010	Токарная	Токарно-карусельный станок 1516
015	Контроль	Стол контрольный
020	Токарная с ЧПУ	Токарно-винторезный станок с ЧПУ 16М30Ф3-3141
025	Фрезерная с ЧПУ	Универсально-фрезерный станок с ЧПУ Hermle C30
030	Слесарная	Напильник 2820-0017 ГОСТ 1465-80; Р28.178 шабер
035	Измерительный контроль	Машина измерительная MIDI-130V
040	Контроль	Стол контрольный

Разработку схем технологического процесса выполняем, используя заготовку максимально приближенную к форме детали. На каждой схеме изображаем обрабатываемою заготовку в том виде, который она приобретает после выполнения данной операции и в таком положении в каком ее видит оператор станка, указываем обозначение установочных и зажимных элементов приспособлений, обозначаем обработанные поверхности жирными линиями.

4.2 Размерный анализ проектируемого технологического процесса

Размерный анализ (РА) технологических процессов (ТП) включает построение схем размерных связей, возникающих по ходу ТП изготовления детали, а также методы расчёта численных значений этих связей путём решения технологических размерных цепей.

Целью выполнения РА является прогнозирование качества.

Можно выделить РА проектируемого ТП и действующего ТП, отличающихся по своим исходным данным и задачам.

В данном курсовом проекте рассмотрен РА действующего ТП. Известны номинальные значения и допуски размеров исходной заготовки, операционных размеров и размеров изделия. Задачей РА является проверка рациональности и качества ТП. Эта задача решается путём расчёта фактических значений замыкающих звеньев, которыми являются те размеры и отклонения, которые непосредственно не выполняются при механической обработке.

Сравнение расчётных предельных значений замыкающих звеньев - размеров изделия - с регламентированными значениями позволяет сделать вывод о наличии брака по окончательным размерам. Если их значения выходят за пределы регламентированных значений, то брак возможен. Наличие слишком больших значений припусков свидетельствует о нерациональном использовании материала.

В связи с многовариантностью и трудоёмкостью выполнения РА в полном размере может быть выполнен только на ЭВМ.

Порядок выполнения РА должен быть следующим:

изучение и проверка корректности чертежа изделия;

изучение действующего ТП и разработка нового ТП;

построение схем размерных связей ТП;

кодирование размерных связей ТП;

анализ результатов расчёта, при необходимости - коррекция кодированных данных и повторение расчёта до получения качественного ТП.

4.2.1Запись маршрутов и уравнений размерных цепей

Рисунок 5. Преобразованный чертеж детали в направлении L.

Рисунок 6. Преобразованный чертеж детали в направлении R.

Ниже записаны маршруты, уравнения в кодах и уравнения в символах для каждого замыкающего звена. В направлении L:

10=11>60<10=

[10=11]=+(11>60)-(60<10)

А0=А1-А2

60=61<11>60=

[60=61]=-(61<11)+(11>60)

Б0=-Б1+Б2

В направлении R:

110=111>8111<110=

[110=111]=+(111>8111)-(8111<110)

В₀=В₁-В₂

150=151>8151<150=

[150=151]=+(151>8151)-(8151<150)

Г₀=Г₁-Г₂

4.2.2 Определение порядка решения уравнений

При размерном анализе проектируемого технологического процесса количество уравнений, используемых для решений проектных задач, должно равняться количеству звеньев с неизвестными номинальными размерами.

Решение начинаем с последнего уравнения. Найденное значение номинального размера подставляем в другие уравнения, в которые входит данный размер. Далее вновь находим по списку уравнение с одним неизвестным, решаем его, находим неизвестное значение номинального размера определяемого звена, подставляем его в другие уравнения, и повторяем этот процесс до тех пор, пока не будут решены все уравнения.

цепь А: 10=11>60<10=; (4)

цепь Б: 60=61<11>60=; (3)

цепь В: 110=111>8111<110=; (2)

цепь Г: 150=151>8151<150=. (1)

Проверка наличия запасов по допуску замыкающего звена

При размерном анализе проектируемого технологического процесса необходимо, чтобы при двухсторонней регламентации размеров замыкающего звена поле рассеяния каждого замыкающего звена находилось в пределах его поля допуска.

Для обеспечения этого требования при расчете номинальных размеров определяемых звеньев без округления достаточно выполнить

, где  - запас по допуску замыкающего звена, определяемый по формуле

.

Замыкающее звено
символ	группа	коды границ
	3	10-11	4,2	1	3,2
	3	60-61	0,7	0,5	0,2
	3	110=111	4.2	0.0775	4.12
	3	150=151	4.7	0.18	4.52

Определение операционных размеров

В курсовом проекте выполнено определение операционных размеров путем расчета технологических размерных цепей вручную.

Цепь А:

1. 10=11>60<10=

2. [10=11]=+(11>60)-(60<10)

3. А0=А1-А2

где ,

,

.

4. Половина поля рассеяния замыкающего звена:

5.

6.

7.

8. Средний фактический размер замыкающего звена:

9. Наименьший фактический размер замыкающего звена:

10. Наибольший фактический размер замыкающего звена:

11. Допуск замыкающего звена:

12. Запас по допуску замыкающего звена:

13. Запас по нижней границе поля допуска замыкающего звена:

14. Запас по верхней границе поля допуска замыкающего звена:

Таким образом, в результате расчета были получены следующие данные:

Цепь Б:

1. 60=61<11>60=

2. [60=61]=-(61<11)+(11>60)

3. Б0=-Б1+Б2

где ,

,

4. Половина поля рассеяния

замыкающего звена:

5.

6.

7.

8. Средний фактический размер замыкающего звена:

9. Наименьший фактический размер замыкающего звена:

10. Наибольший фактический размер замыкающего звена:

11. Допуск замыкающего звена:



12. Запас по допуску замыкающего звена:

13. Запас по нижней границе поля допуска замыкающего звена:

14. Запас по верхней границе поля допуска замыкающего звена:

Таким образом, в результате расчета были получены следующие данные:

Цепь В:

1. 110=111>8111<110=

2. [110=111]=+(111>8111)-(8111<110)

3. В0=В1-В2

где ,

,

4. Половина поля рассеяния замыкающего звена:

5.

6.

7.

8. Средний фактический размер замыкающего звена:

9. Наименьший фактический размер замыкающего звена:

10. Наибольший фактический размер замыкающего звена:

11. Допуск замыкающего звена:

12. Запас по допуску замыкающего звена:

13. Запас по нижней границе поля допуска замыкающего звена:

14. Запас по верхней границе поля допуска замыкающего звена:

Таким образом, в результате расчета были получены следующие данные:

Цепь Г:

1. 150=151>8151<150=

2. [150=151]=+(151>8151)-(8151<150)

3. Г0=Г1-Г2

где ,

,

4. Половина поля рассеяния замыкающего звена:

5.

6.

7.

8. Средний фактический размер замыкающего звена:

9. Наименьший фактический размер замыкающего звена:

10. Наибольший фактический размер замыкающего звена:

11. Допуск замыкающего звена:

12. Запас по допуску замыкающего звена:

13. Запас по нижней границе поля допуска замыкающего звена:

14. Запас по верхней границе поля допуска замыкающего звена:

Таким образом, в результате расчета были получены следующие данные:

Вывод: в результате проведённого анализа были вычислены габариты заготовки, отвечающие требованиям проведения качественной технологической обработки.



4.3 Расчет режимов резания для операции 020 Токарная

На станке с ЧПУ подрезаются торцы заготовки. Припуск на обработку (на сторону) h=3 мм. Параметр шероховатости обработанной поверхности Ra 12.5. Материал заготовки ОТ4 твердостью 2070НВ. Система станок - приспособление - инструмент - заготовка жесткая. Эскиз обработки показан на рисунке.

Выбираем резец и устанавливаем его геометрические элементы. Принимаем токарный проходной резец отогнутый правый. Материал рабочей части - пластины - твердый сплав ВК6; материал корпус резца - сталь 45; сечение корпуса резца 16х25 мм; длина резца 150 мм.

Геометрические элементы резца:

Форма передней поверхности - плоская с фаской, типа IIб.

Назначаем режим резания.

Устанавливаем глубину резания. При снятии припуска за один проход t =h= 3 мм.

Назначаем подачу. Подачу при черновом точении выбираем S = 1 мм/об.

Назначаем период стойкости резца. Принимаем Т = 45 мин.

Определяем скорость главного движения резания:

где С_V, x, y, m - табличные значения коэффициентов, учитывающих вид

обработки, материал режущей части резца и подачу.

С_V=243, х=0,15, у=0,4, m=0,2.

Т-период стойкости инструмента.

Коэффициент K_V является произведением коэффициентов, учитывающих влияние материала заготовки К_MV, состояния поверхности К_ПV, материала инструмента K_ИV.

Для титана коэффициент, учитывающий влияние физико-механических свойств обрабатываемого материала на скорость резания, равен:

где НВ=2070, nV=1.

К_MV=0,36;К_ПV=1;K_ИV=0,1. K_V=0,36.

Частота вращения шпинделя:

Действительная скорость главного движения резания

1. Мощность, затрачиваемая на резание:

Силу резания Н принято раскладывать на составляющие силы, направленные по осям координат станка (тангенциальную Рz, радиальную Рy и осевую Рx). При наружном продольном и поперечном точении, растачивании эти составляющие рассчитывают по формуле:

где С_р, x, y, n - коэффициенты зависящие от конкретных условий работы.

Поправочный коэффициент Кр представляет собой произведение ряда коэффициентов (Кр=КмрКцрКгрКлрКrр), учитывающих фактические условия резания.

Для титана поправочный коэффициент, учитывающий влияние качества обрабатываемого материала на силовые зависимости:

К_мр==

Поправочные коэффициенты, учитывающие влияние геометрических параметров режущей части инструмента на составляющие силы резания при обработке стали:

при главном угле в плане ц=450 для твёрдого сплава режущей части инструмента Кцр=1,0;

при предельном угле г=120 для твёрдого сплава режущей части инструмента Кгр=1,0;

при угле наклона главного лезвия л=00 для твёрдого сплава режущей части инструмента Клр=1,0;

при радиусе при вершине r=1Кrр=1.

К_р=2,76*1,0*1,0*1,0*1,0=2,26.

Для нашего расчётного случая:

Для нашего расчётного случая:



5. Разработка технологической документации

Разработка технологической карты на 1 операцию с картой эскизов

005 Заготовительная

010 Токарная. Установ А. Проход 1-2

015 Токарная. Установ А. Проход 3-4

020 Токарная. Установ А. Проход 5-6

025 Токарная. Установ Б. Проход 7-8

030 Токарная. Установ Б. Проход 9-10

035 Токарная. Установ Б. Проход 11

040 Токарная. Установ Б. Проход 12



Заключение

В данном курсовом проекте на основании материала, собранного за время производственной практики, было рассмотрено и описано функциональное назначение и техническая характеристика детали - шпангоута. Разработан технологический процесс изготовления детали в соответствии с конструкторскими требованиями к точности размеров, формы и взаимного расположения, и шероховатости поверхностей детали, а также требованиями технологичности и экономичности процесса. Проведен размерный анализ проектируемого технологического процесса с целью обеспечения выполнения всех размеров и отклонений расположения поверхностей, заданных конструктором.?



Библиографический список

М.М.Тверской, Л.Л.Зайончик, Ю.Н.Свиридов. Технологические процессы машиностроительного производства. Учебное пособие к курсовому проекту.Челябинск: Издательство ЮУрГУ, 2003.

Нефедов Н.А., Осипов К.А. Сборник задач и примеров по резанию металлов и режущиму инструменту. 5-е издание, переработанное и дополненное. Москва: Машиностроение, 1990.

Справочник технолога - машиностроителя. Том 2/А.М.Дальский, А.Г.Свиридов, И.Н.Жестакова и др./ Под ред. А.М.Дальский, А.Г.Косиловой. Изд.5-е. Москва: Машиностроение, 2003.

5 Справочник нормировщика-машиностроителя/ Под ред. Е. И. Стружестрах - М.: Машиностроение, 1961, 638 с.

6. Справочник технолога машиностроителя в двух томах. Изд. 3-е, переработанное. Том 2. Под ред. Заслуженного деятеля науки и техники РСФСР д-ра техн. наук проф. А. Н. Малова. М., "Машиностроение", 1972.

7. Справочник металлиста. Под ред. Рахштадта А.Г., Брострема В. А., Москва, 1987 г.

8. М.Ф. Медовой " Расчёт калибров " 1984. 218с.

9. Маталин А. А. Технология машиностроения: Учебник для машиностроительных вузов по специальности "Технология машиностроения, металлорежущие станки и инструменты". - Л.: Машиностроение. Ленинградскоеотд-ние 1985, 496 с.

10. Режимы резания металлов. Справочник/ Под ред. Ю. В. Барановского - М: Машиностроение. 1973, 407 с.

11. А. К. Горошкин Приспособления для металлорежущих станков: Справочник. - 7-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1979, 303 с.

Размещено на Allbest.ru