Технологический процесс изготовления головки для заточки электродов

Министерство образования Российской Федерации

Тольяттинский государственный университет

Факультет Машиностроительный

Кафедра Технология машиностроения

Дипломный проект

На тему:

Технологический процесс изготовления головки для заточки электродов

Тольятти, 2007 г

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время вопрос развития производства в экономике серьёзная и наукоёмкая задача, но без развития производства и вложения в него средств предприятия существовать не могут. В связи с этим АвтоВАЗ ищет возможности и средства для успешной работы и дальнейшего процветания его работников. Сейчас заметно стремление завода максимально снижать себестоимость своей продукции, применять более высокопроизводительное оборудование и оснастку, оснащать станки промышленными роботами.

Темой дипломного проекта является разработка технологического процесса изготовления головки для заточки электродов в условиях среднесерийного производства.

В условиях нынешней экономической ситуации необходимо использовать средства с максимальным эффектом, чтобы они смогли в будущем приносить наибольший доход, это касается всех машиностроительных предприятий.

Таким образом, целью дипломного проекта является разработка совершенно нового технологического процесса изготовления детали, повышение качества обработки, снижение себестоимости изготовления, применение самых новейших разработок в области технологии машиностроения.

1. Анализ материала детали

Головка для заточки электродов имеет достаточно высокие требования к материалу и точности изготовления.

Деталь изготовляют из стали 20ХГНМ ГОСТ 1414-75.

Химический состав и механические свойства стали 20ХГНМ ГОСТ 1414-75 представлены в таблицах 1.1. и 1.2.

Таблица 1.1 Химический состав стали 20ХГНМ

Элемент	C	S	P	Cu	Cr	Mn	Ni	Mo
		Не более
Содержание, %	0,18-0,23	0,035	0,035	0,3	0,4-0,7	0,7-1,1	0,4-0,7	0,15-0,25

Таблица 1.2 Механические свойства стали 20ХГНМ

02	в			KCU	НВ
МПа	МПа	%	%	Дж/см2
930	1180	7	60	59	217

Обозначения в таблице 1.2:

в	- Предел кратковременной прочности, [МПа]
T	- Предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), [МПа]
5	- Относительное удлинение при разрыве, [ % ]
	- Относительное сужение, [ % ]
KCU	- Ударная вязкость, [ Дж /см2]
HB	- Твердость по Бринеллю

Согласно таблицам 1.1. и 1.2. химический состав и механические свойства стали 20ХГНМ вполне соответствуют служебному назначению изготавливаемого из нее головки для заточки электродов.

1.1 Классификация поверхностей детали по служебному назначению

С целью выявления поверхностей, влияющих на выполнение деталью своего служебного назначения, проведём классификацию поверхностей детали (рисунок 1.1), результаты сведем в таблицу 1.3.

Систематизация поверхностей

Рисунок 1.1

Таблица 1.3 Классификация поверхностей детали по служебному назначению

N	Вид поверхностей	Номера поверхностей
1	Исполнительные	16,19,21
2	Основные конструкторские базы (ОКБ)	6,1
3	Вспомогательные конструкторские базы (ВКБ)	3,8,9,10
4	Свободные	остальные

1.2 Анализ технологичности конструкции детали

1.2.1 Количественный анализ технологичности

1.2.1.1 Коэффициент унификации поверхностей

Ку = nу / n, (1.1)

где nу -число унифицированных поверхностей;

n - сумма всех поверхностей.

Ку = 1, т.к все поверхности детали выполняются стандартным инструментом на стандартном универсальном оборудовании с использованием стандартной оснастки.

1.2.1.2 Коэффициент шероховатости поверхностей

Кш =, (1.2)

где Бср - среднее численное значение параметра шероховатости;

Бср = , (1.3)

где Бni - числовое значение параметра шероховатости;

ni - число поверхностей одного значения шероховатости

Бср = (10,63+51,25+153,2)21 = 2,6 мкм

Кш = 1/2,6 = 0,38

Вывод: по данному показателю деталь не технологична, т.к Кш < 0,32, но исходя из того, что максимальные значения шероховатости можно получить шлифовальных станках нормально точности, а шероховатость свободных поверхностей можно получить одно- или двукратной обработкой без последующего шлифования, принимаем что по показателям шероховатости деталь - технологична.

1.2.1.3 Коэффициент точности

КТ = 1- , (1.4)

где Аср - средняя точность изготовления детали

Аср = , (1.5)

где Аni - числовое значение точности

ni - число поверхностей одной точности

Аср = (16+38+29+510+1014)21 = 11,3

КТ = 1- 1/11,3 = 0,91

Вывод: по данному показателю деталь технологична, т.к Кт > 0,85

1.2.2 Качественный анализ технологичности

Анализ технологичности детали выполняем с целью выявления возможности снижения себестоимости обработки детали путем совершенствования ее конструкции.

К критериям технологичности детали относятся:

а) технологичность заготовки,

б) технологичность конструкции детали в целом,

в) технологичность базирования и закрепления,

г) технологичность обрабатываемых поверхностей.

Рассмотрим выполнение этих критериев применительно к заданной детали.

1.2.2.1 Технологичность заготовки

Деталь - головка для заточки электродов изготавливается из стали 20ХГНМ ГОСТ 1414-75 из проката или профильного проката. Конфигурация наружного контура детали не вызывают значительных трудностей при получении заготовки.

Таким образом, заготовку можно считать технологичной.

1.2.2.2 Технологичность конструкции детали в целом

Рабочий чертеж головки для заточки электродов содержит необходимую графическую информацию для полного представления о его конструкции. Указаны все размеры, отклонения от правильности, геометрических форм, проставлены шероховатости поверхностей.

Деталь относится к классу дисков, для которых разработаны типовые ТП. Поскольку деталь не содержит каких-либо конструктивных элементов, отличных от типовых, она может быть обработана непосредственно по типовому ТП.

Форма детали позволяет выполнять обработку всех поверхностей правого конца головки для заточки электродов на одном установе, левого конца - на другом установе. На каждом установе обработку поверхностей можно вести последовательно одним инструментом, либо параллельно несколькими инструментами.

Конфигурация детали позволяет широко использовать механизацию и автоматизацию при ее установке, обработке и транспортировке и не требует специальных СТО. Все поверхности расположены удобно для обработки на обычных универсальных станках с помощью стандартного режущего инструмента.

Все поверхности имеют удобный доступ для обработки и контроля.

Таким образом, с точки зрения общей конфигурации детали ее можно считать технологичной

1.2.2.3 Технологичность базирования и закрепления

Технологичность базирования и закрепления детали характеризуется наличием опорных поверхностей (баз), совпадением технологической и измерительной баз, точностью и шероховатостью базовых поверхностей, возможностью захвата детали роботом.

Анализируя конструкцию детали с точки зрения этих критериев, выясняем, что в качестве баз при обработке правого конца необходимо использовать наружную поверхность 3 с торцем 1; при обработке левого конца - поверхность 6 с торцем 8. При совместном шлифовании пов. 3,6 в качестве баз используют отв. 13 и торец 1.

Таким образом, обработку поверхностей головки для заточки электродов можно вести от одних и тех же баз. При закреплении детали возможно надежно обеспечить ее установочное положение.

На большинстве установов в качестве технологических баз можно использовать измерительные базы.

Базовые поверхности имеют достаточно высокую точность и малую шероховатость, что обеспечивает точность и шероховатость обработанных поверхностей.

Таким образом, с точки зрения базирования и закрепления деталь можно считать технологичной.

1.2.2.4 Технологичность обрабатываемых поверхностей

Поверхности детали имеют квалитеты, степени точности и шероховатости, соответствующие их служебному назначению. Максимальное значение данных параметров следующее:

Квалитета: IT6 - 42g6, пов. 6

Шероховатости: Ra 0,63 на пов. 6

Биение пов. 3,9,10 относительно пов. 6

Следовательно, хотя точность и шероховатость поверхностей детали и заданы достаточно жесткими, тем не менее, позволяют обеспечить их на станках нормальной точности.

Количество и протяженность сопрягаемых поверхностей головки для заточки электродов определяется конструкцией узла и условиями работы детали. Точность поверхностей определяется требованиями работоспособности всего узла. Для нормальной работы детали заданная точность является оптимальной, ее повышение приведет к неоправданному росту затрат на обработку, а снижение приведет к снижению работоспособности. То же самое можно сказать и о требованиях к шероховатости рабочих поверхностей.

Доступ к местам обработки и контроля свободный.

Таким образом, конструкция головки для заточки электродов является технологичной.

1.3 Анализ базового варианта техпроцесса

Задача анализа - выявить недостатки базового техпроцесса (ТП), устранение которых будет содействовать достижению цели ТП.

1.3.1 Технологический маршрут базового техпроцесса

Анализ технологического маршрута базового техпроцесса проводим с целью выявления недостатков последовательности и содержания операций.

Порядок и содержание операций базового маршрута приведены в таблице 1.4.

Таблица 1.4 Характеристика базового техпроцесса

Операция	Средства технического оснащения	Тшт, мин
№ оп	Наименование оп, номера обраб. пов.	Оборудование	Приспособление	Инструмент (материал режущей части)
000	Заготовительная
005	Токарная черновая	Токарно-винторезный 16К20	Патрон 3-х кулачковый	Резец проходной Т5К10 Резец подрезной Т5К10 Сверло спиральное Р6М5 Резец расточной Т5К10	16
010	Токарная чистовая	Токарно-винторезный 16К20	Патрон 3-х кулачковый	Резец проходной Т15К6 Резец подрезной Т15К6 Резец расточной Т15К6	7
015	Плоскош-лифовальная	Плоскошлифовальный станок 3Л722В	Стол магнитный	Шлифовальный круг	3
020	Фрезерная	Вертикально-фрезерный 6Р11МФ3-1	Тиски	Фреза концевая Р6М5	24
025	Сверлильная	Вертикально-сверлильный станок 2Р135	Тиски машинные	Сверло спиральное Р6М5	3
030	Слесарная			Метчик машинный Шлифшкурка	2
035	Моечная	КММ			0,5
040	Контрольная
045	термическая
050	Торцевнутришлифовальная	Внутришлифовальный п/а 3К227В	Патрон мембранный	Шлифовальный круг	6
055	Кругло-лифовальная	Круглош-лифовальный станок 3М152	Патрон цанговый	Шлифовальный круг	6
060	Моечная	КММ			0,5
065	Контрольная

1.4 Задачи проекта. Пути совершенствования техпроцесса

1.4.1 Недостатки базового ТП

Анализ заводского ТП обработки головки для заточки электродов показывает, что базовый техпроцесс пригоден только для единичного и мелкосерийного производства. Применяемое оборудование и оснастка недостаточно производительны в условиях среднесерийного производства.

Анализ базового техпроцесса, сделанный во время производственной практики и подготовки к дипломному проекту, позволил выявить ряд недостатков, сдерживающих повышение производительности обработки резца и снижение себестоимости.

Укажем основные недостатки базового техпроцесса:

1) большое штучное время на токарных операция вследствие большого припуска, неоптимальных режимов резания и применения универсального оборудования.

2) неоптимально выбрано оборудование - универсальные низкопроизводительные станки.

3) большое время тратится на фрезерную операцию, заготовка дважны переустанавливается в универсальных тисках с выверкой.

4) резьба нарезается вручную на слесарной операции

5) большое время тратится на слесарную операцию, где происходит снятие заусенцев по всему контуру детали.

6) низкопроизводительный универсальный инструмент.

7) большое штучное время на операциях вследствие применения универсальной оснастки с ручным зажимом.

1.4.2 Задачи проекта. Пути совершенствования техпроцесса

Учитывая указанные недостатки базового техпроцесса, сформулируем задачи дипломного проекта и пути совершенствования ТП:

1) рассчитать припуск на обработку по более совершенной методике и спроектировать заготовку с минимальными припусками;

2) применить для условий среднесерийного производства наиболее оптимальные высокопроизводительные станки, в основном с ЧПУ или полуавтоматы.

3) применить токарные двухшпиндельные станка с ЧПУ TL-25HE фирмы Haas Automation, Inc, позволяющие в автоматическом цикле обработать деталь за два установа.

4) для фрезерной и сверлильной обработки применить горизонтальный обрабатывающий центр с ЧПУ фирмы Haas Automation, Inc., отличающийся сравнительно небольшой ценой, высокой точностью и наивысшими показателями производительности. Заготовку установить на поворотном столе, что исключит переустановку заготовки и позволит обработать все пазы и отверстия с максимальной точностью.

5) резьбу нарезать на фрезерной операции

6) вместо ручной слесарной операции применить электрохимическую, что позволит существенно снизить штучное время.

7) применить комбинированный режущий инструмент с износостойкими покрытиями, применение которого дает существенное форсирование режимов резания, уменьшения количества переходов и снижение штучного времени;

8) применить специальную и специализированную высокопроизводительную оснастку.

9) повысить производительность лимитирующих операций, проведя для этой цели научные и патентные исследования с применением последних достижений науки и техники;

10) спроектировать патрон 3-х кулачковый самоцентрирующий для откарной операции;

11) спроектировать контрольное приспособление для контроля биения;

12) спроектировать резец токарный сборный.

13) проанализировать ТП с точки зрения возникновения опасных и вредных факторов, принять меры по их устранению или защите от их действия;

14) определить экономическую эффективность изменений, внесенных в техпроцесс.

Решению этих задач посвящены последующие разделы проекта.

2. Выбор стратегии и выбор производства

В зависимости от типа производства будем определять общие подходы к выбору организации технологического процесса, виду заготовки, назначению припусков.

Различные типы производства характеризуются различной величиной коэффициента закрепления операций. Для его расчёта необходимо знать трудоёмкость изготовления детали, последовательность обработки и количество станков.

Тип производства определим упрощенно в зависимости от массы детали и программы выпуска.

По [5, с. 24, табл. 31] при массе детали 0,13 кг и годовой программе выпуска Nг = 20000 шт производство - среднесерийное.

Таблица 2.1 Основные характеристики среднесерийного производства

№	Критерий выбора техпроцесса	Характеристика
1	Форма организации техпроцесса для среднесерийного производства	Переменно-поточная
2	Повторяемость выпуска изделий	Периодическое повторение партий
3	Унификация техпроцесса	Разработка специальных техпроцессов на базе типовых
4	Заготовка	Штамповка, прокат, профильный прокат
5	Припуски	Подробный по переходам от детали до заготовки или по таблицам
6	Оборудование	Универсальное, специализированное
7	Загрузка оборудования	Периодическая смена деталей на станках
8	Расстановка оборудования	С учётом характерного направления грузопотока деталей
9	Настройка станков	По измерительным приборам и инструментам
10	Оснастка	Универсальная и специальная
11	Подробность разработки техпроцесса	Маршрутная карта, Операционная карта, карта эскизов
12	Нормирование	Пооперационное

3. ВЫБОР И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЗАГОТОВКИ

Для данной детали заготовкой может служить прокат. Штамповку для детали таких габаритов и конфигурации применять нетехнологично из-за более высокой стоимости и большего припуска на торцы.

Заготовка из проката

Найдем максимальный диаметр заготовки из проката

На наибольший диаметр головки для заточки электродов примем припуски

При черновом точении припуск на обработку составляет 1,8 мм,

чистовом 0,7 мм, шлифовании 0,4 мм

Расчетный размер заготовки

D = 42+1,8+0,7+0,4 = 44,9 мм

По расчетным данным заготовки выбираем необходимый размер горячекатаного проката обычной точности по ГОСТ 2590-71*

Круг

Припуски на подрезание торцовых поверхностей определяют по [5, табл.3.13]

Припуск на черновую подрезку торца 0,9 мм на сторону, чистовую 0,35 мм, шлифование 0,15 мм.

Общая длина заготовки

Lз = 21+(0,9+0,35+0,15)2 = 23,8 мм

Принимаем длину заготовки 24 мм.

Объем заготовки определяем по плюсовым допускам (45+0,4-0,75)

V = d2 l / 4 = 3,14/445,4224 = 38832 мм3 (3.1)

Массу заготовки определяем по формуле:

mз = VК, (3.2)

где V - объем, мм3;

К - плотность стали, кг/мм3.

mз = 388327,8510-6 = 0,30 кг

Коэффициент использования материала

КИМ = mд / mз = 0,13/0,30 = 0,43 (3.3)

Стоимость заготовки из проката

Sзаг = Сi/1000 mз - (mз.п - mд) (Сотх/1000) (3.4)

Sзаг = 180/10000,3 - (0,3-0,13)(24/1000) = 0,050 руб.

Стоимость заготовки из проката с учетом коэффициента приведения цен 1985 г к ценам 2007 г

Sзаг п = SзагК = 0,050100 = 5 руб

4. Выбор технологических баз. Технологический маршрут и план обработки

4.1 Разработка схем базирования

Установка детали в приспособлении при механической обработке должна отвечать принципам единства и постоянства баз, что необходимо для обеспечения минимальных погрешностей изготовления детали.

Технологичность базирования и закрепления детали характеризуется наличием опорных поверхностей (баз), совпадением технологической и измерительной баз, точностью и шероховатостью базовых поверхностей.

Подготовка баз для механической обработки происходит на заготовительной операции.

На всех операциях технологического процесса изготовления головки для заточки электродов требуется точное базирование заготовки в диаметральном и осевом направлении. Это во многом обеспечивается применением самоцентрирующих зажимных приспособлений, а также рациональным выбором диаметральных и осевых баз.

В процессе изготовления детали от одной операции к другой точность и шероховатость технологических баз постоянно улучшается, что снижает погрешности обработки на последующих операциях.

Анализируя конструкцию детали с точки зрения этих критериев, выясняем, что в качестве баз при обработке правого конца необходимо использовать наружную поверхность 3 с торцем 1; при обработке левого конца - поверхность 6 с торцем 8. При совместном шлифовании пов. 3,6 в качестве баз используют отв. 13 и торец 1.

Условные обозначения принятых черновых и чистовых технологических баз в теоретических схемах базирования на различных операциях технологического процесса изготовления головки для заточки электродов приведены в плане обработки.

4.2 Выбор методов обработки поверхностей

При разработке технологического маршрута обработки детали руководствуемся следующими общими соображениями:

1. В первую очередь обрабатываем поверхности детали, которые являются базами для дальнейшей обработки.

2. Затем обрабатываем поверхности, с которых снимается наиболее толстый слой металла, т.к. при этом легче обнаруживаются внутренние дефекты заготовки.

3. Операции, где существует вероятность брака из-за дефектов в материале или сложности механической обработки, выполняются в начале процесса.

4. Далее последовательность операций устанавливаем в зависимости от требуемой точности поверхности: чем точнее поверхность, тем позднее она должна обрабатываться, т.к. обработка каждой последующей поверхности может вызвать искажение ранее обработанной поверхности; это происходит из-за того, что снятие каждого слоя металла с поверхности детали вызывает перераспределение внутренних напряжений, что и вызывает деформацию детали.

5. Поверхности, которые наиболее точные и с меньшей шероховатостью обрабатываются последними, этим исключается или уменьшается возможность изменения размеров и повреждения окончательно обработанных поверхностей, Если такие поверхности были обработаны ранее и потом выполнялись другие операции, то их обрабатываем повторно для окончательной отделки.

6. Совмещение черновой и чистовой обработки на одном и том же станке может привести к снижению точности обработанной поверхности вследствие влияния значительных сил резания и сил зажатия при черновой обработке и большого износа деталей станка.

В зависимости от точности и шероховатости поверхностей, выбираем маршрут их обработки.

Результаты выбора маршрутов обработки головки для заточки электродов приведены в таблице 4.2, где обозначено:

Т- обтачивание черновое, Тч- обтачивание чистовое,

С- сверление, Рез- резьбонарезание,

Ф- фрезерование черновое, Фч- фрезерование чистовое,

Р- растачивание черновое, Рч- растачивание чистовое,

Ш- шлифование, Шч-шлифование чистовое,

То- термообработка

Таблица 4.2 Последовательность обработки поверхностей

Номер обрабатываемой поверхности	Маршрут обработки	IT	Ra
2,4,5,7	Т, Тч, ТО	14	3,2
3	Т, Тч, Ш, ТО, Шч	8	1,25
6	Т, Тч, Ш, ТО, Шч	6	0,63
1,8	Т, Тч, ТО, Шч	9	1,25
11,14,13,12	С, Р, Рч, ТО	14	3,2
9,10	С, Р, Рч, ТО, Шч	8	1,25
15,20	Ф, ТО	14	3,2
16,17,18	Ф, Фч, ТО	10	3,2
19	Ф, Фч, ТО	9	3,2
21	С, Рез, ТО	10	3,2

Анализируя таблицу 4.2 приходим к выводу, что данные методы обработки и их последовательность обеспечивают обработку поверхностей с заданным качеством.

4.3 Технологический маршрут обработки детали

Таблица 4.3 Технологический маршрут обработки детали

№оп	Наименование операции	№базовых поверхн.	№обраб. поверхн.	IT	Ra
000	Абразивно-отрезная (прокат)	6	1,8	15	20
005	Токарная черновая	6,8	3,5,1,13,12, 11	13 14	6,3 6,3
		1,3	6,8,9,10 11	13 13	6,3 6,3
010	Токарная чистовая	6,8	3,4,5,2,1,14,12 13	10 9	3,2 3,2
		1,3	6,7,8,9,10,11	10	3,2
015	Круглошлифовальная черновая	1,13	3,6	8	1,6
020	Фрезерная	6,8	15,20 16,17,18 19	13 10 9	3,2 3,2 3,2
025	Слесарная
030	Моечная
035	Контрольная
040	Термическая
045	Круглошлифовальная чистовая	1,13	3 6	8 6	1,25 0,63
050	Торцешлифовальная	6,1	8	9	1,25
		6,8	1	9	1,25
055	Торцевнутришлифо-вальная	1,6	9,10	8	1,25
060	Моечная
065	Контрольная

4.4 План обработки детали

План обработки детали ''Головка для заточки электродов'' представлен в графической части дипломного проекта.

5. Выбор средств технологического оснащения

Задача раздела - выбрать для каждой операции технологического процесса такие оборудование, приспособление и инструмент, которые бы обеспечили заданный выпуск деталей заданного качества с минимальными затратами.

5.1 Обоснование выбора оборудования

Выбор станка должен основываться на следующих правилах:

а) Мощность, производительность и точность должны быть минимальными, но достаточными для выполнения требования предоставляемых к операции.

б) Обеспечении концентрации производства с целью уменьшения числа операций, количества оборудования, повышения производительности и точности за счет уменьшения числа перестановок заготовки.

в) В среднесерийном производстве следует применять высокопроизводительные станки-автоматы, агрегатные станки, станки с ЧПУ.

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

Исходя из анализа рынка металлорежущего оборудования, выясняем, что наиболее оптимальными по характеристикам цена-качество для фрезерных и токарных работ являются станки фирмы Haas Automation.

Остальные станки более оптимально применить российского производства

Данные по выбору оборудованию занесены в таблицу 5.1.

Таблица 5.1 Выбор оборудования

№ оп.	Наименование операции	Станок
000	Абразивно-отрезная	Абразивно-отрезной станок 8Г340
005	Токарная черновая	Токарный двухшпиндельный станок с ЧПУ TL-15HE фирмы Haas Automation, Inc.
010	Токарная чистовая	Токарный двухшпиндельный станок с ЧПУ TL-15HE фирмы Haas Automation, Inc.
015	Круглошлифовальная черновая	Круглошлифовальный с ЧПУ 3М151Ф2
020	Фрезерная	Горизонтальный обрабатывающий центр с ЧПУ EC-300НЕ фирмы Haas Automation, Inc.
025	Слесарная	Электрохимический станок для снятия заусенцев 4407
030 060	Моечная	Камерная моечная машина
045	Круглошлифовальная чистовая	Круглошлифовальный с ЧПУ 3М151Ф2
050	Торцешлифовальная	Торцевнутришлифовальный п/а 3К227В
055	Торцевнутришлифовальная	Торцевнутришлифовальный п/а 3К227В

EC-300HE

Горизонтальный обрабатывающий центр; 508 x 457 x 355 мм (xyz), двойная система смены паллет 300 мм, 14,9 кВт, двойной прямой привод (схема соединения обмоток «звезда - треугольник»), 8000 об/мин, конус ISO 40, устройство смены инструмента бокового исполнения на 24 гнезда, одинарная шнековая система для удаления стружки, индексация положения паллеты с ценой деления 45 градусов, 1 Мб программной памяти, флоппи-дисковод 3,5".

Цена € 91,995.00 [13]

EC-300HE



Рисунок 5.1

TL-15HE

Токарный станок с ЧПУ и контршпинделем; 208 мм x 445 мм (максимум). Главный шпиндель: 22,4 кВт, 5000 об/мин, A2-6, патрон 210 мм. Контршпиндель: 6 кВт, 4000 об/мин, A2-5, патрон 135 мм, 1 Мб, внутренний трансформатор, экспортная упаковка, флоппи-дисковод, шнек для удаления стружки, устройство предварительной установки инструмента, макрокоманды, Visual Quick Code, прямое нарезание резьбы метчиками, ориентирование шпинделя, револьверная головка: VDI на 6 позиций/метрическая ВОТ на 6 позиций.

Цена € 75,600.00 [13]

TL-15HE



Рисунок 5.2

5.2 Обоснования выбора приспособлений

При выборе приспособления нужно руководствоваться следующими правилами:

а) Приспособление должно обеспечивать материализацию теоретических баз, быстродействие, надежность.

б) Приспособление должно обеспечивать надежное закрепление заготовки при обработке.

в) Приспособление должно быть быстродействующим.

г) Следует отдавать предпочтение стандартным нормализованным, универсально - сборным приспособлениям, и только при их отсутствии проектировать специальное приспособление.

Данные по выбору приспособления сведены в таблицу 5.2

Таблица 5.2 Выбор приспособлений

№ оп.	Наименование операции	Приспособление
000	Абразивно-отрезная	УНП с призмами ГОСТ 12195-66
005	Токарная черновая	Патрон 3-х кулачковый самоцентрирующий
010	Токарная чистовая	Патрон 3-х кулачковый самоцентрирующий
015	Круглошлифовальная черновая	Патрон цанговый
020	Фрезерная	Приспособление специальное самоцентрирующее. Стол поворотный Haas
045	Круглошлифовальная чистовая	Патрон мембранный
050	Торцешлифовальная	Патрон мембранный
055	Торцевнутришлифовальная	Патрон мембранный

5.3 Обоснование выбора режущего инструмента

При выборе режущего инструмента следует руководствоваться правилами:

а) Режущий инструмент выбирается исходя из метода обработки, оборудования, расположения обрабатываемой поверхности.

б) Следует отдавать стандартным и нормализованным инструментам и только при их отсутствии применять нестандартные.

в) Материал режущего инструмента выбирается исходя из обрабатываемого материала, состояния поверхности и вида обработки.

Результаты выбора инструмента представлены в табл. 5.3

Таблица 5.3 Выбор инструмента

№ оп.	Наименование операции	Режущий инструмент	Мерительный инструмент
000	Абразивно-отрезная	Шлифовальный круг ПП 400х4х32 24А40-НС1-Б2 ГОСТ 2424-8	Шаблон ГОСТ 2534-79
005	Токарная черновая	Резец токарный проходной сборный с механическим креплением твердосплавных пластин. Пластина 3-х гранная, Т5К10, с покрытием (Ti, Zr)CN ц=92?, ц1 =8?, л=0 б=11? h=25 b=25 L=115 Сверло спиральное 10 ГОСТ 10903-77 Р6М5К5, покрытие (Ti, Cr)С Резец токарный расточной сборный с механическим креплением твердосплавных пластин. Пластина 3-х гранная, Т5К10, с покрытием (Ti, Zr)CN ц=93?, ц1 =8?, л=0 б=11? h=12 b=12 L=90	Калибр-скоба ГОСТ 18355-73 Шаблон ГОСТ 2534-79 Калибр-пробка ГОСТ14827-69
010	Токарная чистовая	Резец токарный проходной сборный с механическим креплением твердосплавных пластин. Пластина Т15К6, с покрытием (Ti, Zr)CN ц=93?, ц1 =27?, л= -2? б=11? h=20 b=20 L=115 Резец токарный расточной сборный с механическим креплением твердосплавных пластин. Пластина Т15К6, с покрытием (Ti, Zr)CN ц=93?, ц1 =27?, л= -2? б=11? h=12 b=12 L=90	Калибр-скоба ГОСТ 18355-73 Шаблон ГОСТ 2534-79
015	Круглошлифовальная черновая	Шлифовальный круг ПП 450х15х205 91А40НСМ29К26 А 35 м/с ГОСТ 2424-83	Шаблон ГОСТ 2534-79 Приспособление мерительное с индикатором
020	Фрезерная	Фреза концевая 8 РМ5К5, покрытие (Ti, Cr)С Фреза концевая 8 РМ5К5, покрытие (Ti, Cr)С Сверло спиральное 5 ГОСТ 10903-77 Р6М5К5, покрытие (Ti, Cr)С Метчик машинный М6, Р6М5К5, покрытие (Ti, Cr)С	Шаблон ГОСТ 2534-79
045	Круглошлифовальная чистовая	Шлифовальный круг ПП 450х15х205 91А16НСТ16К7 А 35 м/с ГОСТ 2424-83	Калибр-скоба ГОСТ 18355-73 Приспособление мерительное с индикатором
050	Торцешлифовальная	Шлифовальный круг ЧК 40х20х30 91А16НСТ16К7 А 35 м/с ГОСТ 2424-83	Шаблон ГОСТ 2534-79 Приспособление мерительное с индикатором
055	Торцевнутришлифовальная	Головка шлифовальная FW 12х15 91А16НСТ16К7 А 35 м/с ГОСТ 2424-83	Шаблон ГОСТ 2534-79 Приспособление мерительное с индикатором

6. РАЗРАБОТКА технологических операций

6.1 Расчет промежуточных припусков и операционных размеров

6.1.1 Расчет промежуточных припусков аналитическим методом

Заготовка выполнена из проката

Рассчитаем припуски на наиболее точную цилиндрическую поверхность- шейку 42g6(-0,009-0,025)

Последовательность обработки данной поверхности, оборудование, установка приведены в таблице 6.1.

Таблица 6.1 Последовательность обработки данной поверхности, оборудование, установка

№	Методы обработки поверхности	Код операции	Оборудование	Установка заготовки
1	Точение черновое	005	TL-15HE	В патроне
2	Точение чистовое	010	TL-15HE	В патроне
3	Шлифование черновое	015	3М151Ф2	В патроне
4	Шлифование чистовое	045	3М151Ф2	В патроне

Данные исходных значений допусков, элементов припуска и расчетов припуска приведены в таблице 6.2.

Таблица 6.2 Данные исходных значений допусков, элементов припуска и расчетов припуска

№ пер	Технологический переход	Элементы припуска, мкм	2Z min мкм	Операц допуск Td/JT	di min мм	Предельн. Размеры мм	Предельн. припуски, мм
		Rzi-1	h i-1	i-1	уст i-1
									di min	di max	2Z max	2Z min
1	Прокат	150	150	383	-	-	1150 16	44,256	44,256	45,406	-	-
2	Точить начерно	50	50	23	320	1598	390 13	42,658	42,658	43,048	2,748	1,208
3	Точить начисто	25	25	15	100	405	100 10	42,253	42,253	42,353	0,795	0,305
4	Шлифовать начерно	10	15	8	40	185	39 8	42,068	42,068	42,107	0,285	0,146
5	Шлифовать начисто	5	10	4	20	93	16 6	41.975	41.975	41,991	0,132	0,077

Расчет припусков по переходам. Элементы припуска- величину микронеровностей Rz и глубину дефектного слоя h назначаем по таблицам. [3, с. 66], [5, с. 69]. Определим элементы припуска о и уст

о = (6.1)

где ом - величина отклонения расположения проката

ом = 2кL = 21.021 = 42 мкм (6.2)

где L-длина заготовки

величина отклонения расположения заготовки центровки

ц=0,25, (6.3)

где з - допуск на поверхности, используемые в качестве базовых на первой операции

з = 1,15 мм

ц=0,25= 0,381 мм

суммарное отклонение расположения

о = = 0,383 мм

Погрешность установки при базировании заготовки в кулачковом патроне при черновой токарной обработке уст = 320 мкм, при чистовой уст2 =100 мкм, при шлифовании черновом уст3 = 40 мкм, при шлифовании чистовом уст3 = 20 мкм остаточное суммарное расположение заготовки после черновой обработки

ост =Куо (6.4)

где Ку- коэффициент уточнения [11,с. 190]

для перехода 2 Ку =0,06

для перехода 3 Ку =0,04

для перехода 4 Ку =0,02

для перехода 5 Ку =0,01

тогда

2 = Ку2о = 3830,06 = 23

3 = Ку3о = 3830,04 = 15

4 = Ку4о = 3830,02 = 8

5 = Ку5о = 3830,01 = 4

Минимальный припуск на черновую обработку

2Zmin = 2(Rz+h+2) (6.5)

2Zmin токар черн = 2(150+150+) = 1598 мкм

Минимальный припуск на чистовые операции

2Zmin токар чист = 2 (50+50+) = 405 мкм

2Zmin шлифов черн = 2 (25+25+) = 185 мкм

2Zmin шлифов чист = 2 (10+15+)= 93 мкм

Промежуточные расчетные размеры по обрабатываемым поверхностям

di-1 min = di min +2Zmin, мм (6.6)

d min шлифов чист = 41,975 мм

d min шлифов черн = 41,975+0,093= 42,068 мм

d min токар чист = 42,068+0,185= 42,253 мм

d min токар черн = 42,253+0,405 = 42,658 мм

d min заготов = 42,658+1,598 = 44,256 мм

di max = di min +Tdi , мм (6.7)

d max шлифов чист = 41,975+0,016 = 41,991 мм

d max шлифов черн = 42,068+0,039 = 42,107 мм

d max токар чист = 42,253+0,100 = 42,353 мм

d max токар черн = 42,658+0,39 = 43,048 мм

d max заготов = 44,256+1,15= 45,406 мм

максимальные припуски

2Zmax = di-1 max - di min, мм (6.8)

2Zmax шлифов чист = 42,107-41,975 = 0,132 мм

2Zmax шлифов черн = 42,353-42,068 = 0,285 мм

2Zmax токар чист = 43,048-42,253 = 0,795 мм

2Zmax токар черн = 45,406-42,658= 2,748 мм

минимальные припуски

2Zmin = di-1 min - di max, мм (6.9)

2Zmin шлифов чист = 42,068-41,991= 0,077 мм

2Zmin шлифов черн = 42,253-42,107 = 0,146 мм

2Zmin токар чист = 42,658-42,353= 0,305 мм

2Zmin токар черн = 44,256-43,048= 1,208 мм

проверка результатов расчёта

2Zimax - 2Zimin = TDi + TDi-1 - условие проверки (6.10)

2Z4max - 2Z4min = 0,285-0,146=0,139

TDi + TDi-1 = 0,039+0,100=0,139

2Z4max - 2Z4min = TDi + TDi-1 = 0,139

условие проверки выполнено, значит, расчёт припусков выполнен верно.

6.1.2 Расчет промежуточных припусков табличным методом

Промежуточные припуски на обработку поверхностей табличным методом определяются следующим образом: если поверхность обрабатывается однократно, то припуск определяется вычитанием из размера заготовки размера детали. Если поверхность обрабатывается многократно, от общий припуск определяется так же как и при однократной обработке, а промежуточные припуски определяются по [11, 191]

Результаты расчетов припусков табличным методом приведены в таблице 6.3.

Таблица 6.3 Припуски на обработку поверхностей головки для заточки электродов

№ оп	Наименование оп.	№ обраб. поверхн.	Припуск на сторону, мм
005	Токарная черновая	3,5,13,12 1	2,0 max 1,0
		9,10 6,8	2,0 max 1,0 max
010	Токарная чистовая	3,4,5,2,1,14,12,13	0,35
		6,7,8,9,10,11	0,35
015	Круглошлифовальная	3,6	0,14
045	Круглошлифовальная	3,6	0,06
050	Торцешлифовальная	1,8	0,15
055	Торцевнутришлифо-вальная	9,10	0,15

6.2 Расчет режимов резания аналитическим методом

Расчет режимов резания аналитическим методом проводим на токарную операцию 010, Установ 1.

6.2.1 Исходные данные

- Деталь- головка для заточки электродов

- Материал- сталь АС20ХГНМ ГОСТ 1414-75 ?в =1180 МПа;

- Заготовка- прокат

- Обработка- токарная чистовая

- Тип производства- серийное

- Приспособление- патрон 3-х кулачковый

- Смена детали- ручная

- Жесткость станка - средняя

6.2.2 Структура операции (последовательность переходов)

Оп 10 Токарная чистовая. Установ 1

Содержание операции:

Переход 1: Точить поверхн., выдержать размеры Ш38,4-0,10

Переход 2: Расточить отверстие, выдержать размеры Ш30+0,052

6.2.3 Выбор режущих инструментов

Переход 1: Резец токарный проходной сборный с механическим креплением твердосплавных пластин. Пластина Т15К6, с покрытием (Ti, Zr)CN

ц=93?, ц1 =27?, л= -2? б=11? ; h=20 b=20 L=115

Переход 2: Резец токарный проходной сборный с механическим креплением твердосплавных пластин. Пластина Т15К6, с покрытием (Ti, Zr)CN

ц =93?, ц1 =27?, л= -2? б=11? ; h=12 b=12 L=90

6.2.4 Данные оборудования

Модель- TL-15HE

Мощность 22.4 Квт

Число скоростей шпинделей б/с

Частота вращения шпинделя 0-5000 об/мин

Частота вращения контршпинделя 0-4000 об/мин

Подача суппорта:

Продольная 3-1500 мм/мин

Поперечная 1,5-800 мм/мин

Число ступеней подач: б/с

6.2.5 Расчет режимов резания

6.2.5.1 Глубина резания t, мм

t = 0,35 мм

6.2.5.2 Подача S, мм/об

S = 0.25 мм/об [11 ,с.268].

6.2.5.3 Расчётная скорость резания V, м/мин

V=, (6.11)

где CU - поправочный коэффициент; CU = 420 [11, c.270];

T - стойкость, мин; Т= 60 мин

t - глубина резания, мм;

m ,x ,y - показатели степени; m = 0.2, x = 0.15, y = 0.20, [11, c.270];

KU - поправочный коэффициент, учитывающий фактические условия резания [11,c.282];

, (6.12)

где KMU - коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала [11, c.261];

KПU - коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки; KПU = 1.0 [11, c.263];

KИU - коэффициент, учитывающий материал инструмента; KИU = 1,4 [11, c.263];

, (6.13)

где KГ - коэффициент, характеризующий группу стали по обрабатываемости; KГ = 1.0 [11,c.262];

в - предел прочности;

nU - показатель степени; nU = 1.2 [11,c.262];,

Тогда:

KMU = .

Тогда:

KU = .

Для точения:

Vт = м/мин.

Для расточки

Vраст = Vт 0,9 = 3060,9 = 275,4 м/мин.

6.2.5.4 Частота вращения шпинделя n, мин-1

, (6.14)

где V - расчётная скорость резания, м/мин;

Тогда:

Переход 1: точение Ш 38,4:

n1 = мин-1.

Переход 2: растачивание 30

n2 = мин-1.

6.2.5.5 Корректировка режимов резания по паспортным данным станка:

Фактическая частота вращения шпинделя (бесступенчатое регулирование)

Переход 1: n1 = 2538 мин-1;

Переход 2: n2 = 2924 мин-1;

6.2.5.6 Расчёт сил резания

Главная составляющая силы резания: Pz, Н

Pz = , (6.15)

где CP - поправочный коэффициент; CP = 300 [11,c.273];

x, y, n - показатели степени; x = 1.0, y = 0.75, n = -0.15 [11,c.273];

KP - поправочный коэффициент

Kp = KMрKpKpKpKrр (6.16)

KMP - поправочный коэффициент на качество обрабатываемого материала [11,c.264];

KMP = , (6.17)

где в - предел прочности;

n - показатель степени; n = 0.75 [11,c.264];

Тогда:

KMP = ;

Kp, Kp, Kp, Krр- поправочные коэффициенты, учитывающие влияние геометрических параметров режущей части инструмента на составляющие силы резания

Kp = 0,89 Kp =1,0 Kp =1,0 Krр = 1,0 [11,c.275];

Тогда:

Pz = = 196 Н.

6.2.5.7 Мощность резания N, кВт

= 1,0 кВт (6.89)

Проверяем, достаточна ли мощность привода станка. У станка TL-15HE у шпинделя Nшп = 15 кВт, у контршпинделя Nшп = 6 кВт; 1,0 < 15, т. е. обработка возможна.

6.3 Расчет режимов резания табличным методом

Расчет припусков табличным методом проводим по методике, описанной в [1].

Покажем пример расчета на внутришлифовальную операцию 055

6.3.1 Исходные данные

- Деталь- головка для заточки электродов

- Материал- АС20ХГНМ ГОСТ 1414-75 ?в =1180 МПа;

- Заготовка- прокат

- Обработка- внутришлифовальная

- Тип производства- серийное

- Приспособление- патрон мембранный

- Закрепление заготовки- по наружной поверхности с упором в торец.

- Смена детали- ручная

- Жесткость станка - средняя

6.3.2 Структура операций (последовательность переходов)

Оп 55 Внутришлифовальная

Переход 1: Шлифовать отв., выдерж. разм. Ш 26,72*; 45°±10'; 16,27±0,03; 24,82±0,03; R12,2-0,06

6.3.3 Выбор режущих инструментов

Головка шлифовальная FW 12х15 91А25НС17К11 А 35 м/с ГОСТ 2424-83

6.3.4 Расчет элементов режимов обработки

6.3.4.1 Глубина резания

t = 0,15 мм.

6.3.4.2 Подача минутная продольная

Sм пр= SмК1К2, (6.19)

где Sм - минутная подачи по таблице, мм/мин

К1 - коэффициент, зависящий от припуска и точности;

К2 - коэффициент, зависящий от формы заготовки

Sм = 4000·0,77·1,0 = 3080 мм/мин

Рекомендуемая минутная подача может быть установлена на станке 3К228В с бесступенчатым регулированием в пределах 1000-7000 мм/мин

Принимаем Sм =3000 мм/мин

6.3.4.3 Подача минутная поперечная

Stдв.ход = StК1К2К3К4·К5К6К7 (6.20)

где St - минутная подачи по таблице, мм/дв.ход [1, с. 62];

К1 - коэффициент, зависящий обрабатываемого материала и точности обработки;

К2 - коэффициент, зависящий от припуска;

К3 - коэффициент, зависящий от диаметра шлифовального круга;

К4 - коэффициент, зависящий от способа контроля размеров;

К5 - коэффициент, зависящий от жесткости заготовки и формы поверхности;

К6 - коэффициент, зависящий от жесткости станка и точности обработки;

К7 - коэффициент, зависящий от твердости шлифовального круга.

Sм.ок= 0,005·1,0·0,93·1,0·1,2·1,0·1,0·1,0 = 0,005 мм/дв.ход

6.3.4.4 Скорость круга, м/с

V= 35 м/с

6.3.4.5 Скорость вращения детали, м/мин

V= 45 м/мин

6.3.4.6 Частота вращения шпинделя, мин-1:

n1 = мин-1:

6.3.4.7 Корректировка режимов резания по паспортным данным станка:

Т.к. на шлифовальном станке применяется бесступенчатое регулирование, принимается фактическая частота вращения шпинделя

n1 = 536 об/мин;

6.4 Определение норм времени на все операции

Штучно-калькуляционное время [3]:

Тш-к = Тп-з/n + Тшт (6.21)

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

n - количество деталей в настроечной партии, шт

n = Na/Д, (6.22)

где N - программа

а - периодичность запуска в днях (3,6,12,24 дня)

Д - количество рабочих дней

Принимаем а = 6,

Тогда

n =200006/254 = 472

Определяется норма штучного времени Тшт:

Для всех операций, кроме шлифовальной:

Тшт = То+Твk +Тоб.от (6.23)

Для шлифовальной операции:

Тшт = То+ Твk + Ттех + Торг + Тот, (6.24)

где То - основное время, мин

Тв - вспомогательное время, мин.

Вспомогательное время состоит из затрат времени на отдельные приемы:

Тв = Ту.с+Тз.о+Туп +Тиз; (6.25)

где Ту.с - время на установку и снятие детали, мин

Тз.о - время на закрепление и открепление детали, мин;

Туп - время па приемы управления, мин;

Тиз - время на измерение детали, мин;

K=1,85-коэффициент для среднесерийного производства

Тоб.от - время на обслуживание рабочего места, отдых и личные надобности, мин.

Ттех - время на техническое обслуживание рабочего места

Торг - время на организационное обслуживание

Тот - время перерывов на отдых и личные надобности, мин.

Ттех = Тоtп/Т (6.26)

где tп- время на одну правку шлифовального круга, мин

Т- стойкость круга, мин

Приведем расчет норм времени на две операции. Результаты расчетов норм времени на остальные операции заносим в таблицу 6.5

Расчет норм времени на шлифовальную операцию 15

Основное время

То= (6.27)

где L- длина хода стола.

h- припуск на сторону

St - продольная подача

S - поперечная подача в мм/дв. ход

К- коэффициент точности, учитывающий выхаживание

То == 0,232мин

Тв = (0,1+0,01+0,092•0,2)1,85= 0,270 мин

Топ = 0,232+0,270 = 0,502 мин

Ттех = 1,80,232/20 = 0,021 мин

Торг = 0,0170,502 = 0,008 мин

Тот = 0,060,502 = 0,030 мин

Тп-з = 7 мин

Тшт = 0,502+0,021+0,008+0,030 = 0,561 мин

Тшт-к = 0,561+7/472 = 0,576 мин

Расчет норм времени на внутришлифовальную операцию 060

Основное время

То = (6.28)

где L- длина хода стола.

h - припуск на сторону

St - продольная подача, мм/мин

S - поперечная подача в мм/дв. ход

К- коэффициент точности, учитывающий выхаживание

То == 0,240 мин

Тв = (0,1+0,01+0,092•0,5)1,85 = 0,370 мин

Топ = 0,240+0,370 = 0,610 мин

Ттех = 1,50,240/15 = 0,024 мин

Торг = 0,0170,610 = 0,011 мин

Тот = 0,060,610 = 0,034 мин

Тп-з = 8 мин

Тшт = 0,610+0,024+0,011+0,034 = 0,679 мин

Тшт-к = 0,679+8/472 = 0,696 мин

7. НАУЧНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

7.1 Повышение производительности шлифовальных операций. Абразивные круги для шлифования стали 20ХГНМ

Из конструкционной стали 20ХГНМ изготавливают ряд ответственных деталей автомобиля "Жигули" (первичный, промежуточный и вторичный валы коробки передач, крестовину карданного вала, шестерни коробки передач, а также ответственные детали станков и механизмов в единичном производстве). Значительная роль в механической обработке этих деталей отводится шлифованию. В связи с этим лабораторией резания Тольяттинского политехнического института совместно с лабораторией алмазно-абразивной обработки Волжского автозавода проведены исследования по выявлению оптимальной характеристики (марки абразива, связки и структуры) абразивных кругов для обработки деталей из стали 20ХГНМ.

Были испытаны круги из следующих абразивных материалов: электрокорунда белого 24А, хромистого 34А и титанистого 37А, монокорунда 44А, сложнолегированного электрокорунда 91А и смесей карбида кремния черного 54 С с электрокорундом 24А(1:1), монокорунда 44А с титанистым электрокорундом 37А - со связками (керамическими К1 и К7, керамической боросодержашей К5, керамической бариевой К26 и бакелитовой Б) и структурами 6, 8, 10, 12, 15.

Работоспособность кругов различных характеристик оценивалась по следующим технико-экономическим показателям процесса: производительности (съем металла) Q, нормальному усилию резания Р , температуре шлифования Т и удельному износу круга (отношение количества израсходованного абразива к количеству сошлифованного металла) q. При оптимизации структуры круга исследовалось также её влияние на шероховатость обработанной поверхности Rа

Исследования выполнялись на профилешлифовальном станке ОШ48 кругами ПП200х20. Режимы шлифования: скорость круга 35 м/с, продольная подача изделия 1,5-10 м/мин, поперечная подача круга на врезание 3-30 мкм на двойной ход стола станка. Зернистость абразива в диапазоне 8 - 40.

Для исследования использовались образцы из конструкционной стали 20ХГНМ длиной 40 мм и шириной 23мм, твердостью НRC 58-62. Исследования проводилась по схеме плоского шлифования периферией круга.

Показатели процесса шлифования стали 20ХГНМ кругами из различных абразивов.



Рисунок 7.1

Ниже приводятся результаты исследований зависимости показателей процесса шлифования стали 20ХГНМ от марки абразивного материала, связки и структуры абразивных кругов.

Из данных диаграммы по влиянию марки абразивного материала на показатели процесса шлифования (рис.7.1) видно, что при шлифовании конструкционной стали 20ХГНМ лучшие показатели обеспечивают круги из сложнолегированного электрокорунда 91А. По сравнению с кругами из белого электрокорунда круги 91А увеличивают съем металла на 30-40% и снижают удельный расход абразива на 20%. Силы резания и температура при этом возрастают всего на 5-10%. Это объясняется более высокой твердостью абразивных зерен из этого материала, это позволяет им в течение длительного времени сохранять остроту режущих микрокромок и углов резания.

Показатели процесса шлифования стали 20ХГНМ кругами на различных связках.

Рисунок 7.2

Этот абразивный материал был взят для дальнейших исследований.

Хорошие результаты показали также круги из абразивных смесей. Так, круги из смеси титанистого электрокоруда с монокорундом увеличивают съем металла на 20% и снижают удельный расход абразива на 10%.

Из диаграммы (рис.7.2.), приводящей показатели шлифования кругами на различных связках, следует, что при шлифовании/конструкционной стали 20ХГНМ лучшие показатели обеспечивают круги на керамических боросодержащей К7 и бариевой К26 связках. Круги на связке К26 работают с большей производительностью, чем круги на остальных керамических связках, и в том числе на боросодержащих. Это объясняется лучшей реагентоспособностью с абразивным материалом и, следовательно, лучшим удержанием абразивного зерна в круге. Однако шлифование кругами на связке К26 сопровождается большими температурами в зоне резания, что ограничивает использование кругов с такими связками на чистовых операциях.

Круги на бакелитовой связке имеют несколько меньшую производительность, гораздо меньшую температуру в зоне контакта, но значительно больший износ. Поэтому они могут применяться, в основном, на чистовых операциях при жестких ограничениях по температуре шлифования.

Из диаграммы (рис.8.3), приводящей данные по влиянию структуры абразивных кругов на показатели процесса шлифовании, видно, что при шлифовании конструкционной стали 20ХГНМ лучшие показатели по производительности, силам и температуре обеспечивают круги открытых структур. Это объясняется благоприятным размещением снимаемой стружки в межзерновом пространстве, увеличением расстояний между зернами, лучшей вентиляционной способностью кругов, лучшей удерживающей способностью связки, так как на долю каждого зерна приходится больше связки. Шероховатость же поверхности при шлифовании кругами высоких структур возрастает, что ограничивает их применение при чистовой обработке.

Показатели процесса шлифования стали 40ХГНМ кругами различной структуры.

Рисунок 7.3

Таким образом, при обработке деталей из конструкционной стали 20ХГНМ наилучшие технико-экономические показатели обеспечиваются при шлифовании кругами из сложно-легированного электрокорунда 91А. Причем при черновой обработке показатели выше у кругов на бариевой связке К26 открытых структур, а при чистовой обработке - у кругов на боросодержащей связке К7 средних структур.

7.2 Исследование влияния включений в стали на силы трения и напряжения в резце

В лаборатории резания Волжского автозавода проведены исследования образцов из стали 20ХГНМ с различными неметаллическими включениями при свободном продольном точении. Различие в составе включений достигалось внепечной обработкой металла, а именно дополнительным микролегированием и специальной технологией окончательного раскисления.

Структура матрицы всех образцов была идентичной и характеризовалась пластинчатым и зернистым перлитом и ферритом, твердость НВ 155-170. Некоторые особенности химсостава и характеристика неметаллических включений образцов стали приведены в таблице 7.1.

Таблица 7.1

Обозначение образцов	Содержание элементов. %	Характеристика неметаллических включений
	S	Рb	О2
1-й А (базовая сталь)	0,03	-	-	Оксиды сильно деформированные, сульфиды (2-й тип по Симсу)
2-й АЦ1 (кальциевая 1)	0,058	-	0,0016	Строчечные алюминаты кальция в контакте с сульфидами марганца, иногда крупные сульфиды
3-1 АЦII (кальциевая II)	0,052	-	0,008	Глобулярные алюмосиликаты кальция в оболочке сульфидов кальция и марганца
4-й АС (свинцовистая)	0,03	0,19	-	Оксиды сильно деформированные сульфиды (2-й тип по Симсу) включения свинца

Исследовались величина и закономерность распределения касательных сил и напряжений по площади контакта стружки с передней поверхностью резца. Эксперименты проводили с помощью прибора "разрезной резец", спроектированного на базе динамометра УДМ1200. Высокая жесткость прибора обеспечила достаточно высокую точность замеров сил трения.

На рис.7.4 показаны кривые распределения касательных сил, полученных при точении комплектом резцов из твердого сплава Т5К10 (=0°, =8°. =0°) без охлаждения (V = 2,5 м/с), на длине контакта стружки. Из рисунка видно, что включения в стали приводят к снижению длины контакта стружки и прироста на ней силы трения. Полные силы трения, полученные экстраполяцией на режущую кромку с участка контакта L = 0,1 мм, при точении кальциевых вариантов на 10-20%, а свинцовистой - на 40% ниже по сравнению с базовой сталью.

Кривые распределения касательных сил на длине контакта стружки. Сталь 20ХГНМ, сплав Т5К10, =0°, =8°. =0° V = 2,5 м/с. а = 0,1 мм, всухую.

Рисунок 7.4.

Кривые распределения касательных напряжений на длине контакта стружки, Условия резания те же, что и на рис. 7.4

Рисунок 7.5

Распределение касательных напряжений на длине контакта показано на рис. 7.4-7.5. Напряжения возрастают по мере приближения к режущей кромке. На расстоянии 0,1-0.15 мм они максимальны и у режущей кромки принимают значения о. Меньшие значения напряжений наблюдаются при точении кальциевых и свинцовистого вариантов стали. Это объясняется смазываюшим действием включений в зоне контакта стружки и подтверждается кривыми, представленными на рис.7.5. Наибольшим смазывающим действием обладают включений в стали АС и АЦ II, так как на всей длине контакта коэффициенты С2 и С3 минимальны.

Кривые распределения коэффициентов, характеризующих смазочное действие включений в стали. Условия резания те же, что и на рис 7.4



Рисунок 7.6

Полученные результаты использованы при обработке технологии раскисления стали кальцием. Впервые в стране была создана сталь АЦ20ХГНМ высокой обрабатываемости, которая успешно внедрена при изготовлении вторичного вала коробки передач автомобиля "Жигули"

7.3 Исследование износа резцов при точении кальциевой стали АЦ 20ХГНМ

В лаборатории резания Волжского автозавода исследовали интенсивность и характер развития износа инструмента при продольном точении двух вариантой кальциевой стали АЦ20ХГНМ (ТУ 14-1-2604-79), исходной - базовой стали 20ХГНМ и свинецсодержащего варианта этой же стали АС20ХГНМ (ГОСТ 1414-75). Кальциевые варианты стали отличались морфологией включений, что обеспечивалось различной технологией введения кальция.

Образцы всех вариантов стали были подвергнуты изотермическому отжигу и имели перлито-ферритную структуру. Перлит пластинчатый и зернистый. Твердость составляла НВ 160-165. Условное обозначение вариантов и их основные отличия приведены в таблице.

Эксперименты проводили на токарном станке 16С20А в диапазоне скоростей резания V=1,66-4,2 м/с при подаче S=0,1 мм/об и глубине резания 1=1,0 мм без применения СОЖ. Резцы были оснащены быстросменными пластинами из твердого сплава Т5К10 и имели геометрию: ?????????????=1=450 , =0 z=0,4 мм. Через каждые 10 мин машинного времени на инструментальном микроскопе БМИ--1 изучали характер износа и замеряли его величину

Установлено, что во всех случаях преобладает износ задних поверхностей инструмента. При этом кроме площадки (фаски) равномерного износа вдоль режущей кромки при обработке всех вариантов стали наблюдаются узкие локальные зоны - зоны первоначального зарождения и наиболее интенсивного развития износа. Эти зоны располагаются на главной и вспомогательной задних поверхностях, на участках контакта, наиболее удаленных от вершины (краевой износ).