3

Министерство образования и науки Российской Федерации

Тольяттинский государственный университет

Механико-технологическое отделение

Кафедра «Технология машиностроения»

Дипломный проект

На тему:

«Групповой технологический процесс изготовления спиральных свёрл из быстрорежущей стали»

Зав. кафедрой: Солдатов А.А.

Руководитель проекта: Бобровский А.В.

Консультанты: 1. Зубкова Н.В.

2. Ульянова В.Е. .

3. Виткалов В.Г.

Рецензент: .

Дипломант: Сывороткина Е. И. .

Группа: М-501 .

Тольятти « 1 » июнь 2006г.

УДК 621.9.048.6

Сывороткина Елена Ивановна. Кафедра «Технология машиностроения» ТГУ, Тольятти 2006 г. Дипломный проект на тему: «Групповой технологический процесс изготовления спиральных сверл из быстрорежущей стали» Тольятти, 2006г. - 192с., 10л. формата А1.

В дипломном проекте разработан групповой технологический процесс изготовления детали, - сверло, спроектирована комплексная деталь для данной группы деталей, выбраны необходимые средства технологического оснащения, используемые для всех деталей данной группы, рассчитаны припуски на механическую обработку комплексной детали и спроектирована для нее заготовка. Произведено нормирование технологического процесса. Рассчитаны и спроектированы станочное и контрольное приспособления, а так же режущий инструмент. Проведено исследование в области повышения износостойкости режущей части сверла из быстрорежущей стали методами радиационно-пучковой обработки (ионная имплантация). Разработка технологического процесса сопровождается экономическим расчётом, отражающим правильность выбора параметров технических решений. Так же обеспечены безопасность и экологичность данного проекта.

ВВЕДЕНИЕ

Основу технологической подготовки производства составляет разработка оптимального технологического процесса (ТП), позволяющего обеспечить выпуск заданного количества изделий заданного качества в установленные сроки с наименьшими затратами времени и ресурсов.

Важной частью разработки ТП обработки детали является разработка технологического маршрута, т.е. определение операций ТП и последовательности их выполнения.

В настоящее время на производстве используются метод типизации ТП и метод групповой обработки детали. Высказано много различных точек зрения относительно типовых и групповых технологических процессов. Иногда считают, что методы типизации технологических процессов и групповой обработки равнозначны. Однако в системе технологической подготовки и организации производства, а также в технологической терминологии нельзя смешивать эти два метода. Принципиальное их различие заключается в том, что типовые процессы характеризуются общностью последовательности и содержания операций (переходов) при обработке однотипных, т.е. однородных деталей, а групповая технология характеризуется общностью оборудования и технологической оснастки при выполнении отдельных операций или при полном изготовлении группы разнотипных деталей. Если при типизации основной является конструкторская классификация (по типам), а технологическая вторична, то при групповом методе основной является технологическая классификация, а конструкторская вторичной. Этим и объясняется разница общих схем классификации при типизации технологических процессов и групповом методе обработки.

Типовые технологические процессы целесообразно применять на заводах крупносерийного и массового производства, а также на заводах серийного производства с устойчивой номенклатурой изделий. Однако при небольших партиях деталей и частой перенастройке оборудования использование типовых процессов не дает ощутимого экономического эффекта по сравнению с обработкой по единичным процессам. В этих условиях групповая обработка является наиболее производительной и экономичной.

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.

Задачей данного проекта является обеспечение выпуска группы деталей «Сверл» заданного качества с наименьшими затратами и минимальной трудоемкостью изготовления путем разработки оптимального технологического маршрута механической обработки комплексной детали, базирующегося на современных достижениях в области станкостроения и инструментального производства. А так же провести исследования в области повышения износостойкости режущей части сверла из быстрорежущей стали методами радиационно-пучковой обработки (ионная имплантация).

Для решения поставленных задач необходимы следующие мероприятия:

1. Расширение, углубление, систематизация и закрепление теоретичес-ких 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;

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

Задача раздела - на базе анализа технических требований к деталям и годового объёма выпуска сформулировать задачи, которые необходимо решить в проекте для достижения цели, сформулированной во введении.

1.1 Анализ служебного назначения и условий работы деталей

Детали - спиральные сверла (лист 06.М15.660.12.01; 06.М15.660.12.02; 06.М15.660.12.03; 06.М15.660.12.04) являются режущим инструментом и предназначены для получения в сплошном материале (конструкционные стали, а также неметаллические материалы) отверстий.

Режущая кромка, лезвие, а также задние поверхности сверла работают в условиях постоянного трения и в зоне высоких температур. Также эти поверхности испытывают деформации, возникающие, по большей мере, за счет снятия неравномерного припуска. Канавки для отвода стружки в процессе резания также подвергаются значительному трению. Стержень самого сверла подвергается скручиванию и сжатию под действием крутящего момента и осевой силы соответственно. Поэтому материал детали должен быть выбран с учётом того, что бы он мог противостоять выкрашиванию, быть износостойким, достаточно пластичным и твердым. А также он должен иметь высокий коэффициент теплопроводности. Для достижения выше перечисленных качеств материал должен подвергаться необходимой термической обработке. В то же время материал детали должен быть экономически целесообразен, т. е. иметь относительно низкую стоимость.

Выше указанным требованиям удовлетворяет материал быстрорежущая сталь Р6М5 по ТУ 14-1-318-72, имеющая следующий химический состав [1] представленный в таблице 1.1 и следующие физико-механические свойства [2] таблица 1.2:

Таблица 1.1

Химический состав быстрорежущей стали Р6М5

Таблица 1.2

Физико-механические свойства быстрорежущей стали Р6М5

1.2 Проектирование комплексной детали

При построении групповых процессов механической обработки за основу берется комплексная деталь. Под комплексной деталью понимается реальная или условная (искусственно созданная) деталь, содержащая в своей конструкции все основные элементы, характерные для деталей данной группы, и являющаяся ее конструкторско-технологическим представителем.

Для тел вращения, например, комплексная деталь, состоит из наружных и внутренних цилиндрических поверхностей, выточек, резьб, фасок и т.д.

Под основными элементами понимаются поверхности, определяющие конфигурацию детали и технологические задачи, решаемые в процессе их обработки. Основные элементы служат главным признаком для отнесения детали к тому или иному классификационному подразделению.

Комплексная деталь также служит основой при разработке группового процесса и групповых оснасток. Под групповой оснасткой понимается совокупность приспособлений и инструментов, обеспечивающая обработку всех деталей данной группы с применением небольших подналадок.

Следовательно, составленный на комплексную деталь технологический процесс с небольшими дополнительными подналадками оборудования должен быть применим при изготовлении любой другой детали данной группы.

Проектирование комплексной детали будем вести в соответствии с рекомендациями [3]. Конструирование условной комплексной детали производится методом наложения, которая заключается в следующем. Просматривая чертежи деталей группы, технолог из ряда подобных деталей выбирает одну, наиболее характерную. Затем рассматриваются детали, отличающиеся от нее наличием других обрабатываемых поверхностей. Эти новые поверхности наносятся на чертеж исходной детали. Таким образом, создается условная комплексная деталь, содержащая все элементы деталей группы. Маршрут обработки поверхностей деталей данной группы и разработка комплексной детали представлены на листе (06.М15.660.08.05). Чертёж комплексной детали представлен на листе (06.М15.660.12.06).

1.3 Систематизация поверхностей комплексной детали

Целью систематизации является выявление тех поверхностей, которые имеют определяющее значение для качественного выполнения деталью своего служебного назначения. Все поверхности комплексной детали на эскизе (рис. 1.1) нумеруем и систематизируем по их назначению. Исполнительные поверхности (И), выполняющие служебные функции. Основные конструкторские базы (ОКБ), определяющие положение детали в узле. Вспомогательные конструкторские базы (ВКБ), определяющие положение присоединяемых деталей. Технологические базы (ТБ), служащие для ориентации заготовки в процессе её механической обработки. Технологические базы по признаку реализации делятся на естественные и искусственные. На эскизе рис. 1.1 обозначены только искусственные технологические базы. Свободные поверхности (С), не сопрягающиеся с другими деталями. Систематизация поверхностей приведена в таблице 1.3.

Таблица 1.3

Методы механической обработки поверхностей комплексной детали и их последовательность назначаем в соответствии с рекомендациями [5], [6] в зависимости от заданного квалитета точности и шероховатости. При выборе оптимального маршрута обработки отдают предпочтение варианту с наименьшим суммарным коэффициентом трудоёмкости. Наиболее предпочтительный маршрут обработки поверхностей данной детали представлен в таблице 3.1.

В таблице 3.1 обозначено: Т - точение черновое; Тч - точение чистовое; ТО - термообработка; Ш - шлифование предварительное; Шч - шлифование чистовое; ЦШ - центрошлифование; С - сверление; Ф - фрезерование; ИИ - ионная имплантация.

4. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО МАРШРУТА И СХЕМ БАЗИРОВАНИЯ

Задача раздела - разработать оптимальный технологический маршрут, т.е. такую последовательность операций, которая обеспечит получение из заготовки готовой детали с наименьшими затратами. При этом необходимо разработать такие схемы базирования заготовки на каждой операции, которые обеспечивают минимальную погрешность обработки.

4.1 Разработка технологического маршрута

При разработке технологического маршрута будем руководствоваться рекомендациями 5, согласно которым:

1) Содержание операций будем планировать по принципу концентрации переходов. Это позволит обрабатывать с одного установа максимальное количество поверхностей, что повысит производительность и точность обработки;

2) На первых операциях будем обрабатывать поверхности заготовки, которые на последующих операциях будут использоваться в качестве технологических баз. Такими поверхностями являются торцы сверла, поверхности 20 и 23, а так же наружные цилиндрические поверхности 3 и 15;

3) Черновые базы исходной заготовки использовать для базирования только на одной установке;

4) Точные поверхности окончательно обрабатывать в конце ТП;

5) Весь ТП разделим на две части: обработка лезвийным инструментом до термообработки и обработка преимущественно абразивным инструментом после термообработки. При обработке лезвийным инструментом следует сформировать контур детали, подготовить технологические базы фрезеровать торцы 20 и 23, сверлить 21 и 22, подрезать торцы 6, 10, 12, 14. Обточить все цилиндрические поверхности сверла. Расточить и проточить все канавки. Фрезеровать лапки 17 и 18. После лезвийной обработки провести термическую обработку согласно рекомендациям [11], [12], [13]. После термообработки шлифовать центра 21 и 22. Шлифовать поверхности 1, 2, 3, 4, 5, 11, 15 и 26. Шлифовать начисто поверхности 1, 2, 3, 5, 11, 15 и 26. Отрезать вспомогательный центр 22, 23. Заточить сверло 1, 27 и затыловать по задней поверхности 2. Далее промыть готовую деталь и отправить на контроль. После методов механической обработки режущую часть инструмента упрочнить методом ионной имплантации для повышения её износостойкости.

Технологический маршрут оформим в виде таблицы, и будем разрабатывать его в следующей последовательности:

1) В первую графу таблицы 4.1 выписываем номера операций числами кратными 5;

2) Во вторую графу таблицы 4.1 вписываем название и марку оборудования;

3) В третью графу таблицы 4.1 заносим название операции исходя из выбранного оборудования;

4) Анализируем маршрут на предмет возможного объединения или разделения операций. Считаем целесообразным, объединить фрезерование торцев 20, 23, а также сверление 21, 22 в одну операцию (фрезерно-центровальная). Есть смысл объединить фрезерование поверхностей 17 и 18 в одну операцию.

5) В четвёртую графу таблицы 4.1 записываем номера обрабатываемых поверхностей.

Таблица 4.1

Задача раздела - выбрать для каждой операции ТП такие оборудование, приспособления, режущий инструмент (РИ) и средства контроля, которые бы обеспечили минимальные затраты на обработку при безусловном выполнении требований к качеству обработки, заданных чертежами деталей.

Групповой метод - это такой метод унификации технологии производства, при котором для групп однородной по тем или иным конструкторско-технологическим признакам продукции устанавливаются однотипные высокопроизводительные методы обработки с использованием однородных и быстропереналаживаемых орудий производства; при этом обеспечиваются экономическая эффективность производства, необходимая быстрота его подготовки и переналадки.

При групповом методе проектировании оснастки и наладка оборудования производится не для отдельной детали, а из расчета обработки группы различных деталей, объединенных общностью конструктивно-технологических признаков. Поэтому вся технологическая оснастка (оборудование, станочное приспособление, режущий инструмент, контрольное приспособление) выбирается, ориентируясь на группу деталей [24]. Это значит, что при небольшой переналадке можно обрабатывать любую деталь данной группы. Также при выборе оснастки следует руководствоваться и общепринятыми рекомендациями [5].

5.1 Выбор оборудования

При выборе типа и модели металлорежущих станков будем руководствоваться следующими рекомендациями 5:

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) Оборудование не должно быть дефицитным, следует отдавать предпочтение отечественным станкам;

5) В серийном производстве следует применять преимущественно универсальные станки, револьверные станки, станки с ЧПУ, многошпиндельные полуавтоматы. На каждом станке в месяц должно выполняться не более 40 операций при смене деталей по определенной закономерности;

6) Оборудование должно отвечать требованиям безопасности, эргономики и экологии.

Если для какой-то операции этим требованиям удовлетворяет несколько моделей станков, то для окончательного выбора будем проводить сравнительный экономический анализ.

Выбор оборудования проводим в следующей последовательности:

1) Исходя из формы обрабатываемой поверхности и метода обработки, выбираем группу станков;

2) Исходя из положения обрабатываемой поверхности, выбираем тип станка;

3) Исходя из габаритных размеров заготовки, размеров обработанных поверхностей и точности обработки выбираем типоразмер (модель) станка.

Данные по выбору оборудования заносим в таблицу 5.1.

5.2 Выбор приспособлений

При выборе приспособлений будем руководствоваться следующими рекомендациями 5:

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

2) Приспособление должно обеспечивать надежное закрепление заготовки при обработке;

3) Приспособление должно быть быстродействующим и удобным в эксплуатации;

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.

Исходя из типа, модели станка и метода обработки, выбираем тип приспособления.

Выбор приспособления будем производить в следующем порядке:

1) Исходя из теоретической схемы базирования и формы базовых поверхностей, выбираем вид и форму опорных, зажимных и установочных элементов;

2) Исходя из расположения базовых поверхностей и их состояния (точность, шероховатость), формы заготовки и расположения обрабатываемых поверхностей выбираем конструкцию приспособлений;

3) Исходя из габаритов заготовки и размеров базовых поверхностей, выбираем типоразмер приспособления.

Данные по выбору приспособлений заносим в таблицу 5.1.

5.3 Выбор режущего инструмента

При выборе режущего инструмента будем руководствоваться следующими рекомендациями 5:

1) Выбор инструментального материала определяется требованиями, с одной стороны, максимальной стойкости, а с другой минимальной стоимости;

2) Следует отдавать предпочтение стандартным и нормализованным инструментам. Специальный инструмент следует проектировать в крупносерийном и массовом производстве, выполнив предварительно сравнительный экономический анализ;

3) При проектировании специального режущего инструмента следует руководствоваться рекомендациями по его совершенствованию;

Выбор режущего инструмента будем производить в следующем порядке:

1) Исходя из типа и модели станка, расположения обрабатываемых поверхностей и метода обработки, определяем вид режущего инструмента;

2) Исходя из марки обрабатываемого материала, его состояния и состояния поверхности, выбираем марку инструментального материала;

3) Исходя из формы обрабатываемой поверхности, назначаем геометрические параметры режущей части (форма передней поверхности, углы заточки: g, a, j, j₁, l; радиус при вершине);

4) Исходя из размеров обрабатываемой поверхности, выбираем конструкцию инструмента, его типоразмер и назначаем период стойкости Т.

Данные по выбору режущего инструмента заносим в таблицу 5.1.

5.4 Выбор средств контроля

При выборе средств контроля будем руководствоваться следующими рекомендациями 5:

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

2) В единичном и мелкосерийном производстве следует применять инструменты общего назначения: штангенциркули, микрометры, длинномеры и т.д., в серийном производстве предпочтение следует отдавать так же и калибрам, в крупносерийном производстве - специальные мерительные инструменты;

3) Следует отдавать предпочтение стандартным и нормализованным средствам контроля.

Данные по выбору средств контроля заносим в таблицу 5.1.

Результаты выбора средств технологического оснащения приведены в таблице 5.1.

Таблица 5.1

6. РАСЧЕТ ПРИПУСКОВ НА ОБРАБОТКУ

Задача раздела определить припуски на обработку одной самой точной поверхности детали и сравнить её размер с ранее выбранными припусками на обработку.

Расчёт припусков состоит в определении толщины слоя материала, удаляемого в процессе обработки заготовки. Припуск должен быть минимальным, чтобы уменьшить количество снимаемого материала и расходы на обработку, и в то же время достаточным, чтобы исключить появление на обработанной поверхности дефектов (шероховатость, чернота, отбеленный слой и т. п.) черновых операций.

Припуск на самую точную поверхность 11 12,07h7 рассчитаем аналитическим методом по переходам [15], [16]. Результаты расчета будем заносить в таблицу 6.1.

1) В графы 1 и 2 заносим номера и содержание переходов по порядку, начиная с получения заготовки и кончая окончательной обработкой; заготовительной операции присваиваем № 00.

2) В графу 3 записываем квалитет точности, получаемый на каждом переходе. По таблице 1.2. [5] определяем величину Td допуска для каждого квалитета и записываем в графу 4.

3) Для каждого перехода определяем составляющие припуска. По таблице 6.1 и 6.2 [5] определяем суммарную величину, = h_д + R_z, где R_z - высота неровностей профиля мм, h_д - глубина дефектного слоя мм. Значение заносим в графу 5 таблицы 6.1.

По формуле = 0,25Td [5] определяем суммарное отклонение формы и расположения поверхностей после обработки на каждом переходе. Значение заносим в графу 6 таблицы 6.1.

Погрешность установки заготовки в приспособлении на каждом переходе, где совпадают технологическая и измерительная база принимаем равной нулю. Для случаев несовпадения баз значения имеются в литературе [15]. Значение заносим в графу 7 таблицы 6.1. Для переходов 00 в графе 7 делаем прочерк.

4) Определяем предельные значения припусков на обработку для каждого перехода, кроме 00.

Минимальное значение припуска определяем по формуле [5]:

. (6.1)

Здесь и далее индекс i относится к данному переходу, i-1 - к предыдущему переходу, i+1 - к последующему переходу.