Проектування ділянки для виробництва деталі турбонасоса

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вступ

Машинобудування, поставляє нову техніку всім галузям народного господарства, визначає технічний прогрес країни і робить вирішальний вплив на створення матеріальної бази суспільства. У зв'язку з цим його розвитку завжди надавалося і надається першорядне значення.

Технологія машинобудування - це наука про виготовлення машин потрібної якості в установленій виробничою програмою кількості і в заданий термін при найменших трудозатратах, тобто при найменшій собівартості.

Розробляються методи оптимізації технологічних процесів з досягненням мінімальних похибок, максимальної продуктивності і економності виготовлення при забезпеченні високих експлуатаційних якостей і надійності роботи машини.

У даному дипломному проекті на основі базового технологічного процесу обробки деталі «Корпус» розроблено згідно завдання новий технологічний процес, який дозволив би зменшити матеріальні затрати та затрати часу на виготовлення деталі при досягненні максимальної точності та відповідності технічним вимогам.

Також згідно завдання було спроектовано спеціальне верстатне пристосування, ріжучий та вимірювальний інструмент, план дільниці механічної обробки деталі. У дипломному проекті розраховано економічний ефект від впровадження запропонованого технологічного процесу.

Дипломний проект складається з пояснювальної записки та графічної частини. До пояснювальної записки входять: технологічна, організаційна, економічна та результуюча частини, специфікації та альбом технологічної документації. Графічна частина складається з креслення деталі загального виду, креслення заготовки, маршрутно-технологічного процесу, розрахунково-технологічної карти, карт наладок, креслення спеціального верстатного пристосування, креслення ріжучого і вимірювального інструменту та план дільниці механічної обробки.

1. Технологічна частина

1.1 Стислий опис виробу

виготовлення деталь технічний точність

Деталь «Корпус», обрана мною для дипломного проектування, знаходиться у вузлі торцевого ущільнення, що є частиною гідротурбінного вертикального насоса ГВП-2000.

Даний гідротурбінний насос призначений для нагнітання води в нафтоносні пласти для збільшення тиску в них, і, як наслідок, збільшення об'ємів видобутку нафти із свердловини.

Використовується на віддалених або окремо розташованих нафтових свердловин, де застосування блочної компресорно-насосної станції неефективне. До складу агрегата входить власне насос, електродвигун, та високонапірний модуль.

Насос ГВП-2000 призначений для експлуатації в вибухо- та пожежобезпечних середовищах. Призначений для перекачування води середньої забрудненості.

Характеристики насоса:

Подача: 6 м3/год.

Напір: 2000 м.вод.ст.

Потужність: 55 кВт.

Швидкість обертання вала: 3000 об/хв.

Маса: 900 кг.

Габарити: 560х17000.

Умовні позначення:

ГВП - гідротурбінний вертикальної подачі

2000 - напір насоса, у метрах водяного стовпа.

Даний насос повинен експлуатуватися для перекачування води незабрудненої або мало забрудненої механічними включеннями. Також вихід насоса повинен буди обладнаний зворотнім клапаном, для запобігання зворотної подачі рідини.

1.2 Опис деталі

Креслення деталі «Корпус» приведене на рисунку 1.1.

Рисунок 1.1 - Загальне креслення деталі

Корпус виготовляється із корозійностійкої сталі 20Х13 ГОСТ 5632-72. Замінниками даної сталі є 12Х13 та 14Х17Н2. Хімічний склад сталі 20Х13 приведений у таблиці 1.1.

Таблиця 1.1 - Хімічний склад сталі 20Х13 (у відсотках).

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr
0,16-0,25	До 0,6	До 0,6	До 0,6	До 0,025	До 0,03	12-14

Технологічні властивості:

Оброблюваність різанням - добра.

Зварюваність - обмежена. Задовільно зварюється ручною та автоматичною ЕДЗ та АДЗ. Також рекомендовано проводити відпуск після зварювання.

Флокеночутливість - не чутлива.

Схильність до відпускної крихкості - схильна.

Механічні властивості:

Ударна в'язкість

Відносне видовження ш = 14%.

Відносне звуження д = 40%.

Межа міцності ув = 630 МПа.

Межа текучості ут = 400 МПа.

Твердість 197-248 НВ.

Аналіз технологічності деталі.

Технологічність деталі можна оцінити за кількісними та якісними показниками. Виконую аналіз технологічності за якісними показниками.

1. Матеріал деталі. Корпус виготовляється зі сталі 20Х13. Ця сталь не є дуже рідкісною або дуже дорогою, вона має замінники (12Х13 та 14Х17Н2), добре оброблюється, дає змогу отримати заготовку різними методами, тому за цим пунктом деталь вважаю технологічною.

2. Базування та закріплення деталі. На токарних операціях деталь можна закріплювати в трьохкулачковому патроні, але на свердлувальних та фрезерній операції може знадобитися розробка спеціального верстатного пристосування, що не є технологічним.

3. Простановка розмірів. Всі розміри на кресленні проставлені зручно, дають змогу без додаткових перерахунків виготовляти деталь. Зовнішні та внутрішні розміри можна контролювати штангенциркулями, розміри з точними допусками та квалітетами - за допомогою мікрометрів або нутромірів, отвір ?3Н8 - гладким калібром-пробкою, різьбу М10-6Н - різьбовим калібром-пробкою. За цим пунктом деталь є технологічною, бо розміри проставлені зручно.

4. Наявність жорстких вимог. На кресленні наявні малі допуски майже до всіх розмірів, допуски форми та допуск взаємного розташування.

Допуск торцевого биття поверхні L = 15 мм становить 0,02 ммвідносно бази Б.

Допуск торцевого биття торцевої канавки ?82 становить 0,02 мм. відносно бази Б.

Позиційний допуск отворів ?12 мм. становить 0,5 мм. відносно бази Б.

Деякі поверхні мають виготовлятися з низькою шорхністю, Ra1,6. Всі інші поверхні виготовляються з шорхністю Ra6,3.

З точки зору цього пункту деталь не є технологічною, оскільки є велика кількість жорстких допусків, низький параметр шорхності деяких поверхонь.

5. Нетехнологічні конструктивні елементи. До нетехнологічних елементів даної деталі відносяться: внутрішні канавки, торцева канавка, паз в центральному отворі, шо перетинається з іншим отвором, отвір малого діаметру з високою точністю, отвори малого діаметру на циліндричній поверхні.

Виконую аналіз технологічності за кількісними показниками.

1. Коефіцієнт використання заготовки:

(1.1)

Мд = 1,79 кг.

Мз = 2,22 кг.

Коефіцієнт використання заготовки більший мінімального допустимого, тому деталь є технологічною за цим показником.

2. Коефіцієнт використання матеріалу.

(1.2)

Мввз = (3%...20%) •Мз = 0,1 • 2,22 = 0,222 кг.

Коефіцієнт використання матеріалу більший мінімального допустимого значення, тому деталь є технологічною за цим показником.

3. Коефіцієнт точності.

(1.3)

Розрахунок коефіцієнта точності - див. таблицю 1.2.

4. Коефіцієнт шорхності.

(1.4)

Розрахунок коефіцієнта шорхності - див. таблицю 1.2.

Технічні вимоги до виготовлення деталі:

1. Н12; h12; ±IT12/2.

2. Невказані допуски форми і розташування поверхонь за ГОСТ 25069-81. Забезпечити інструментом.

3. Кромки притупити фаскою 0,5х450.

4. * Розміри забезпечити інструментом.

Таблиця 1.2 - Розрахунок коефіцієнта точності та шорхності

Характер та розмір поверхні	Кількість	Квалітет	Параметр шорхності, Ra.
Зовнішні циліндричні
?60	1	h12	6,3
?50	1	h12	6,3
?73	1	g6	1,6
?130	1	h12	6,3
Внутрішні циліндричні
?82	1	Н12	1,6
?68	1	Н12	6,3
?66	1	Н12	1,6
?69,5	1	Н12	6,3
?58,3	1	Н12	1,6
?12	2	Н12	6,3
?3	1	Н8	6,3
?40	1	Н12	6,3
?2	2	Н12	6,3
Лінійні
L27	2	ІТ12/2	6,3
L12	1	ІТ12/2	1,6
L6	2	ІТ12/2	6,3
L7	2	ІТ12/2	6,3
L13	1	ІТ12/2	1,6
L96	2	ІТ12/2	6,3
	25	Асер = 8,72	Бсер = 3,66

Коефіцієнт точності більший мінімально допустимого значення, отже, за цим показником деталь технологічна.

Коефіцієнт шорхності менший за максимально допустиме значення, отже, деталь є технологічною за цим показником.

Як висновок до вищевказаного можна сказати, що дана деталь технологічна за багатьма показниками, але має ряд нетехнологічних конструктивних елементів. Також, креслення деталі виконане за старими ГОСТ-ами, які на даний момент вже не діють, що також є нетехнологічним.

1.3 Характеристика заданого типу виробництва

У машинобудуванні в залежності від програми випуску виробів і характеру продукції, що виготовляється розрізняють три типи виробництва: одиничне, серійне і масове. Серійне виробництво у свою чергу підрозділяється на дрібно -, середньо-і великосерійне виробництво.

Кожен тип виробництва має відповідні йому форми організації робіт, що впливає на побудову маршрутів технологічних процесів виготовлення деталей, вибір обладнання та оснащення, це впливає на трудомісткість і собівартість виготовлення.

Виходячи з річної програми випуску N=1000 шт. та маси деталі 1,79 кг, визначаю, що тип виробництва буде середньосерійним

Серійним називається таке виробництво, при якому виготовлення виробів ведеться партіями або серіями, повторюваними через певні проміжки часу. Цей тип виробництва допускає найбільш трудомісткі і складні операції виділяти в окремі і закріплювати за певним робочим місцем, застосовуючи при цьому спеціальні верстати, пристосування і інструмент. Можливо поряд з універсальним обладнанням застосовувати спеціальні верстати, а також верстати з ЧПУ. Застосовуються швидкодіючі пристосування і механізми, а також механізація трудомістких ручних робіт.

Ріжучі та вимірювальні інструменти застосовуються в основному універсальні, але можливо в разі необхідності застосування спеціальних. Використовуються кондуктори та копіри, що забезпечують якість і взаємозамінність деталей. У серійному виробництві запуск виробів у виробництво здійснюється партіями.

1.4 Вибір та техніко-економічне обґрунтування способу отримання заготовки

Враховуючи тип деталі, її масу та конфігурацію поверхонь, приймаю заготовку - відливка в кокіль.

Згідно ГОСТ 26645-85 визначаю припуски на механічну обробку.

Клас розмірної точності заготовки - 8.

Ступінь короблення заготовки - 3.

Ступінь точності поверхонь - 9

Шорхність поверхні заготовки - Ra10,0

Таблиця 1.3 - Розрахунок припусків за ГОСТ 26645-85

Розмір деталі	Розрахунок припуску	Розмір заготовки
?130	2•(1,6+0,24+0,32)	?134,4±1,6
?50	2•(1,2+0,2+0,32)	?46,6±1,2
L96	2•(1,4+0,2+0,32)	L100±1,6
L27	2•(1,0+0,2+0,34)	L30±1,1

Ескіз заготовки приведений на рисунку 1.2.

Рисунок 1.2 - Ескіз заготовки

Тоді маса заготовки буде дорівнювати:

1.5 Розрахунок припусків аналітичним методом для ?73g6

Для розрахунку припусків аналітичним методом складаю маршрут обробки даної поверхні та заношу його в таблицю.

Таблиця 1.4 - Маршрут обробки поверхні ?73g6

Стадія	Квалітет	Шорхність
Заготовка	ІТ15	10
Точіння чорнове		6,3
Точіння чистове		3,2
Точіння тонке		1,6

Будую схему розташування полів допусків (див. рисунок 1.3)

Рисунок 1.3 - Схема розташування полів допусків

Величина мінімального припуску визначається за формулою:

(1.5)

де Rzi-1 -параметр шорсткості на попередньому переході;

Ti-1 - глибина дефектного шару на попередньому переході;

сi-1 - величина просторових відхилень на попередньому переході;

Ei - похибка встановлення заготовки на даному переході.

для заготовки: Rz=200 мкм; Т=250 мкм;

точіння чорнове : Rz=40 мкм; Т=50 мкм;

точіння чистове Rz=20 мкм; Т=20 мкм.

Знаходжу величину просторових відхилень при обробці:

(1.6)

Де сдеф - величина деформації відливки

св. - величина відхилення при відливці заготовки.

Деформація відливки:

(1.7)

де Ддеф.п - питома деформація відливки, мкм/мм:

Lз - загальна довжина заготовки, мм.

сдеф було вибрано за ГОСТ-ом у пункті 1.4 пояснювальної записки. Ця величина складає 0,32 мм.

св. приймаю рівною допуску на номінальний розмір, 2,2 мм.

Тоді величина просторових відхилень складе:

Розраховую похибку встановлення заготовки:

(1.8)

де еб - похибка базування заготовки; при встановлення в трикулачковому патроні з закріпленням в торець на діаметрі 130 рівна 120 мкм.

е3 - похибка закріплення заготовки, рівна 300 мкм.

При напівчистовому точінні в трикулачковому патроні заготовка закріплюється за попередньо-оброблену поверхню ?160

Тому величину залишкових просторових відхилень розраховую за формулою:

0.з - величина просторових відхилень заготовки.

для точіння чорнового: Ку=0,06.

для точіння чистового: Ку=0,04.

= 13 мкм.

= 8,8 мкм.

Погрішність установки:

для точіння чорнового Уy=120 мкм;

для точіння чистового Уy=100 мкм;

для точіння тонкого Уy=80 мкм.

Розраховую припуски та діаметри для всіх етапів обробки.

Тонке точіння:

2Znom = 2Zmin + eiчист = 240,9 + 16 = 256,9мкм.

2Zmax = 2Znom + esтонк = 136,5 + 2,9 = 243,8мкм.

Dnom = 73 мм.

Dmax = Dnom - eiтонк = 73 - 0,01 = 72,99 мм.

Dmin = Dnom - esтонк = 73 - 0,029 = 72,971 мм.

Чистове точіння:

2Znom = 2Zmin + eiчист = 381,7 + 16 = 397,7 мкм.

2Zmax = 2Znom + eiчорн = 397,7 + 63 = 460,7 мкм.

Dnom = Dmin = Dmaxтонк + 2Zminтонк = 72,99 + 0,241 = 73,231 мм.

Dmax = Dnom + eiчист = 73,231 + 0,16 = 73,391 мм.

Чорнове точіння:

2Znom = 2Zmin + eiчорн + esзаг = 1401,2 + 63 + 40 = 1504,2 мкм.

2Zmax = 2Znom + eiзаг = 1504,2 + 80 = 1584,2 мкм.

Dmin = Dnom = Dmaxчист + 2Zminчист = 73,391 + 0,3817 = 73,7727 мм.

Dmax = Dnom + eiчорн = 73,7727 + 0,63 = 74,4027 мм.

Заготовка:

Dmin = Dmaxчорн + 2Zminчорн = 74,4027 + 1,4012 = 75,804 мм.

Dnom = Dmin + esзаг = 75,8039 + 0,4 = 76,204мм.

Dmax = Dnom + eiзаг = 76,2039 + 0,8 = 77,004мм.

Отже, загальний припуск на обробку становить

2Zзаг = Dmaxзаг - Dminтонк - 77,0039 -72,971 = 4,0329 мм., приймаю 4,1 мм.

Розраховані дані зводжу до таблиці.



Таблиця 1.5 - Розрахунок припусків на механічну обробку

Етап обробки	Елементи припуску, мкм	Розрахований припуск, мкм	Розмір, мм
	Rz	T	с	Уy	2Zmin	2Znom	2Zmax	Dmin	Dnom	Dmax
Заготовка	200	250	220	-	-	-	-	75,804	76,204	77,004
Точіння чорнове	40	50	13	120	1401,2	1504,2	1584,2	73,7727	73,7727	74,4027
Точіння чистове	20	20	8,8	100	381,7	397,7	460,7	73,231	73,231	73,391
Точіння тонке	-	-	-	80	240,9	256,9	243,8	72,971	73	72,99

1.6 Розробка технологічного процесу обробки деталі

Базовий та запропонований технологічні процеси обробки деталі наведені у таблиці 1.6.

Таблиця 1.6 - Порівняння базового та запропонованого технологічних процесів обробки деталі

Базовий технологічний процес	Запропонований технологічний процес
№ операції	Назва операції	Обладнання	№ операції	Назва операції	Обладнання
005	Заготівельна	Лиття в кокіль	005	Заготівельна	Лиття в кокіль
010	Контроль ВТК	Штангенциркуль ШЦ-ІІ	010	Контроль ВТК	Штангенциркуль ШЦ-ІІ
015	Токарно-гвинторізна	16А20	015	Токарно-гвинторізна	16А20
015к	Контроль на робочому місці	Штангенциркуль ШЦ-І-150-0,1-2 ГОСТ 166-89 Мікрометр гладкий типу МК 125-150 ГОСТ 6507-90	020	Фрезерувальна	6Р13
020	Фрезерувальна	6Р13	025	Контроль ВТК	Штангенциркуль ШЦ-І-150-0,1-2 ГОСТ 166-89
025	Координатно-розточна	Свердло ?12, ?2,8 ГОСТ 10902-77, розгортка чорн. ?2,9 мм, розгортка чист. ?3 мм.	030	Багатоцільова	PUMA MX 2600ST
030	Розмічальна	Чертилка, кернер, штангенрейсмус	035	Контроль ВТК	Набір КІ
035	Свердлувальна	Свердло ?8,5, ?2 ГОСТ 10902-77,	040	Фрезерувальна	6Р13
040	Слюсарна	Мітчик М10	045	Контроль ВТК	Набір КІ
045	Фрезерувальна	Фреза дискова d = 40 мм.
050	Контроль ВТК	Штангенциркуль ШЦ-І-150-0,1-2 ГОСТ 166-89 Мікрометр гладкий типу МК 125-150 ГОСТ 6507-90 Зразки шорхності ГОСТ 9378-93

1.6.1 Запропоновані методи забезпечення технічних вимог до деталі в процесі обробки

Забезпечення заданої точності деталі - основна вимога до технологічного процесу. Під точністю обробки розуміють відповідність виготовленої деталі вимогам креслення і технічним умовам.

Точність деталі складається з точності дотримання розмірів, форми, взаємного розташування поверхонь деталі і шорсткості поверхонь. При розробці технологічного процесу виготовлення деталі для забезпечення необхідної точності обробки доводиться враховувати причини, що викликають погрішність обробки. Основними причинами погрішностей обробки є:

-недостатня точність і жорсткість верстата; неточність виготовлення інедостатня жорсткість ріжучого і допоміжного інструменту;

- погрішність установки заготовки на верстаті та її деформація при затиску або під дією сил різання і нагріву, погрішності в процесі вимірювання та ін.

Дотримання розмірної точності

Дотримання вимог розмірної точності поверхонь досягається завдяки призначенню достатньої кількості стадій обробки, грамотному підбору устаткування, ріжучого інструменту, жорсткому закріпленню деталей. За ступенем точності поверхні даної деталі можна розділити на три групи:

1) Точні поверхні - поверхні з квалітетом до 8:

- точність обробки поверхні d73g6 досягається за рахунок трьох стадій обробки: точіння чорнове, точіння чистове та точіння тонке.

- точність обробки поверхні D3H8 досягається за рахунок 3 стадій обробки: свердлування, розгортання чорнове та розгортання чистове.

2) Грубі поверхні - поверхні з квалітетом ІТ12-ІТ14 - можуть отримуватися за одну стадію обробки - чорнову, але оскільки пред'явлені високі вимоги до параметра шорхності поверхонь, необхідно призначати додаткові чистові стадії обробки.

Дотримання вимог шорхності поверхні

Встановлено 14 класів шорсткості поверхні. Чим менша шорхність, тім вище клас шорхності.. Класи шорсткості з першого по п'ятий , а також класи 13-й та 14-й визначаються параметром Rz, всі інші класи (з 6-го по 12-й включно) визначаються параметром Rа.

Шорсткість поверхні забезпечується правильним вибором режимів різання, призначенням достатньої кількості стадій обробки, використанням справного, добре загостреного ріжучого інструменту та ЗОР. Значний вплив на значення параметрашорхностімає подача та швидкість різання. Зменшення подачі та збільшення глибини різання при невеликій глибині різання дає змогу отримати низьке значення параметра шорхності.

Дотримання допусків форми та взаємного розташування поверхні

Забезпечення необхідних допусків форми та взаємного розташування поверхні досягається на операціях кінцевої обробки з дотриманням принципів постійності та сумісності баз, завдяки вибору високоточних, прогресивних верстатних пристосувань, що зводять погрішність установки до мінімальних значень.

1.6.2 Аналіз базового технологічного процесу та пропоновані корективи до нього з урахуванням серійності виробництва деталі та міркувань зменшення трудомісткості та затрат часу

Операція 005 Заготівельна.

Отримати заготовку для виготовлення деталі «Корпус» згідно креслення методом лиття в кокіль.

Операція 010 Контроль ВТК.

Перевірити відповідність заготовки пред'явленим вимогам, контролювати дотримання розмірної точності та відсутність дефектів.

Операція 015 Токарно-гвинторізна.

Підрізати торці.

Точити зовнішню поверхню ?130 мм.

Точити внутрішні поверхні згідно креслення.

Точити зовнішню поверхню ?73g6

Точити торцеву канавку ?82 мм.

Вимірювальний інструмент:

Штангенциркуль ШЦ-І-150-0,1-2 ГОСТ 166-89

Мікрометр гладкий типу МК 125-150 ГОСТ 6507-90

Зразки шорхності ГОСТ 9378-93

Операція 015к Контроль на робочому місці.

Перевірити дотримання розмірної точності та параметра шорхності.

Операція 020 Фрезерувальна.

Фрезерувати лиски L = 96 мм.

Фрезерувати зовнішній паз h = 22 мм.

Операція 025 Координатно-розточна.

Свердлувати 2 отвори ?12 мм.

Свердлувати, зенкерувати та розгортати отвір ?3 мм.

Операція 030 Розмічальна.

Розмітити отвір у зовнішньому пазі згідно креслення

Розмітити отвір на зовнішній циліндричній поверхні ?73 мм.

Операція 035 Радіально-свердлувальна

Свердлувати отвір ?8,5 мм L = 50 мм.

Свердлувати отвір ?2 мм.

Операція 040 Слюсарна

Нарізати різьбу М10 L = 12 мм.

Операція 045 Фрезерувальна

Фрезерувати на внутрішній поверхні ?60 вибірку R20 мм.

Операція 050 Контроль ВТК.

Перевірити дотримання розмірів та допусків форми і розташування.

Оскільки тип виробництва на заводі - одиничний, а у моїй дипломній роботі - середньосерійний, то пропоную деякі операції, що виконуються на універсальному обладнанні, виконувати на багатоцільовому токарно-фрезерному обробляючому центрі. Це дасть змогу підвищити точність обробки, зменшити шорхність поверхонь та знизити трудомісткість і затрати часу на обробку.

1.6.3 Опис пропонованого маршрутно-технологічного процесу

У таблиці 1.7 наведено пропонований мною технологічний процес виготовлення деталі з урахуванням вищезазначених пропозицій по оптимізації процесу обробки.

Таблиця 1.7 - Пропонований маршрутно-технологічний процес.

№ операції	Назва	Обладнання
005	Заготівельна	Лиття в кокіль
010	Контроль ВТК	Штангенциркуль ШЦ-ІІ
015	Токарно-гвинторізна	16А20
020	Фрезерувальна	6Р13
025	Контроль ВТК	Штангенциркуль ШЦ-І-150-0,1-2 ГОСТ 166-89
030	Багатоцільова з ЧПК	PUMA MX 2600ST
035	Контроль ВТК	Штангенциркуль ШЦ-І-150-0,1-2 ГОСТ 166-89 Мікрометр гладкий типу МК 125-150 ГОСТ 6507-90 Зразки шорхності ГОСТ 9378-93
040	Фрезерувальна	6Р13
045	Контроль ВТК	Штангенциркуль ШЦ-І-150-0,1-2 ГОСТ 166-89 Мікрометр гладкий типу МК 125-150 ГОСТ 6507-90 Зразки шорхності ГОСТ 9378-93

Операція 005 Заготівельна.

Отримати заготовку способом лиття в кокіль.

Операція 010 Контроль ВТК.

Перевірити на відповідність вимогам розмірної точності та відсутність дефектів.

Операція 015 Токарно-гвинторізна.

Підрізати торці.

Точити зовнішню поверхню ?130 мм.

Розточувати начорно отвір під ?47

Точити начорно зовнішню поверхню ?73 мм

Ріжучий інструмент:

Різець прохідний PCDNR2525Q12, матеріал пластини - ВК8.

Різець упорний PSANR2525Q12, матеріал пластини - ВК8.

Різець розточний S16H-PCLNRC, матеріал пластини - ВК8.

Вимірювальний інструмент:

Штангенциркуль ШЦ-І-150-0,1-2 ГОСТ 166-89

Зразки шорхності ГОСТ 9378-93

Операція 020 Фрезерувальна.

Фрезерувати лиски L = 96 мм.

Ріжучий інструмент:

Фреза торцева 2214-0351 ГОСТ 26595-85

Вимірювальний інструмент:

Штангенциркуль ШЦ-І-150-0,1-2 ГОСТ 166-89

Операція 025 Контроль ВТК

Контролювати дотримання розмірної точності на токарній та фрезерній операціях.

Вимірювальний інструмент:

Штангенциркуль ШЦ-І-150-0,1-2 ГОСТ 166-89

Операція 030 Багатоцільова з ЧПК

Операція виконується на багатоосьовому токарно-фрезерному оброблюючому центрі PUMA MX 2600ST. Технічні характеристики верстата - див. таблицю 1.8.

Точити начисто зовнішню поверхню ?73g6 мм.

Точити торцеву канавку ?82 мм.

Розточувати отвір ?50 мм.

Точити внутрішню канавку ?60 мм.

Розточувати отвір ?58,3 мм L = 13 мм.

Розточувати отвір ?68 та фаски ?200.

Точити внутрішню канавку ?69,5 мм.

Свердлувати 2 отвори ?12 мм.

Свердлувати, розгортати начорно та начисто отвір ?3 мм.

Фрезерувати зовнішній паз.

Свердлувати отвір ?8,5 мм.

Нарізувати різьбу М10-6Н L = 12 мм. у отворі ?8,5 мм.

Ріжучий інструмент:

РІ1 - Різець упорний чорновий PSANR2525Q12, матеріал пластини - ВК8.

РІ2 - Різець правий прохідний чистовий PVHBR252516, матеріал пластини - Т30К4.

РІ3 - Різець для торцевих канавок спеціальний, ВК8.

РІ4 - Різець розточний S16H-PDLBRD, ВК8

РІ5 - Різець канавочний S20H-PSFHRS, ВК8.

РІ6 - Сверд

ло спіральне з конічним хвостовиком ?12 мм, Р6М5, ГОСТ 10903.

РІ7 - Свердло спіральне з циліндричним хвостовиком ?2,9 мм, Р6М5, ГОСТ 4010-77.

РІ8 - Свердло спіральне з конічним хвостовиком ?8,5 мм, Р6М5, ГОСТ 10903.

РІ9 - Розгортка машинна цільна з циліндричним хвостовиком 2363-0043 Н8 ГОСТ 1672-80, ?3 мм, Р6М5.

РІ10 - Фреза кінцева 2223-0091 ГОСТ 17026-71.

РІ11 - Мітчик М10-6Н 2621-2561 ГОСТ 3266-81.

Операція 035 Контроль ВТК

Контролювати дотримання вимог розмірної точності, параметрів шорхності та допусків форми і розташування на багатоцільовій операції.

Вимірювальний інструмент:

Штангенциркуль ШЦ-І-150-0,1-2 ГОСТ 166-89

Мікрометр гладкий типу МК 125-150 ГОСТ 6507-90

Зразки шорхності ГОСТ 9378-93

Операція 040 Фрезерувальна

Фрезерувати внутрішню вибірку R20 у отворі ?60 мм.

Ріжучий інструмент:

Фреза дискова, Р6М5, ?40 мм, 2254-0786 5 ГОСТ 2679-93

Операція 045 Контроль ВТК.

Контролювати дотримання розмірної точності, параметрів шорхності та допусків форми і розташування.

Вимірювальний інструмент:

Індикатор 1 миг-1 ГОСТ 9696-82

Калібр-пробка різьбовий М10-6Н ГОСТ24997-81.

Штангенциркуль ШЦ-І-150-0,1-2 ГОСТ 166-89.

Зразки шорхності ГОСТ 9378-93.



Таблиця 1.8 - Технічні характеристики верстата Doosan PUMA MX 2600ST.

Параметр	Значення
Швидкість робочого шпинделя, об/хв	12000
Діаметр оброблюваного прутка, мм	76
Максимальна довжина обробки, мм	1540
Максимальний діаметр обробки, мм	760
Кількість інструментів в магазині фрезерної головки, шт.	40
Кількість інструментів у токарному револьвері, шт.	12
Швидкість головного шпинделя, об/хв	4000
Довжина переміщення по осі Y, мм	230
Довжина переміщення по осі B, мм	240
Довжина переміщення по осі X, мм	630
Довжина переміщення по осі Z, мм	1585
Максимальна потужність, кВт	26
Вага, кг	16000
Габарити верстата, мм	2500х1350

1.7 Розробка операційного технологічного процесу

1.7.1 Стислий опис траєкторії руху ріжучих інструментів

В даному пункті розглядається короткий опис траєкторії руху ріжучого інструмента на операції 030 Багатоцільова з ЧПК. Обробка деталі здійснюється на токарно-фрезерному оброблюючому центрі PUMA MX 2600ST фірми Doosan з системою ЧПК WL4.

Системи числового програмного керування родини WL призначені для керування фрезерними та токарними верстатами, оснащеними регульованими та кроковими приводами подач.

Основні характеристики системи ЧПК WL4:

1) Формат керуючої програми:

- формат зі змінною довжиною кадру та слова;

- відкритий механізм циклів і підпрограм;

- макромова з використанням змінних, засобів розгалуження програм.

2) Код носія KOI-8R.

3) Число програмно керованих координат - до 8

4) Число одночасно керованих координат - до 6

5) Способи інтерполяції:

- лінійна;

- кругова (спіральна).

6) Точність інтерполяції - 0,001

7) Максимальне завдання (максимальний хід), максимальний радіус дуги - 9999,99 мм

8) Швидкість робочої подачі - від 0 до 65000 мм/хв.

9) Величина корекції довжини і радіуса інструмента - від -999,999 до 999,999 мм

Описання траєкторії ріжучих інструментів на операції 030.

На даній операції деталь оброблюється на одному установі. Для обробки деталі використовується 11 ріжучих інструментів.

Опис траєкторії руху РІ4

Рисунок 1.4 - Траєкторія руху РІ4

ПТ - 1: Підхід на прискореній подачі.

1 - 2: Обробка поверхні ?58,3 мм. у декілька проходів.

2 - 3: Обробка поверхні ?66 мм. у декілька проходів.

3 - 4: Обробка скруглення радіусом 1,5 мм.

4 - 5: Перехід на прискореній подачі.

5 - 6: Обробка поверхні ?68 мм.

6 - 7: обробка конічної поверхні ?200

7 - ПТ: Відхід на прискореній подачі у початкову точку.

1.7.2 Вибір режимів різання та нормування операцій технологічного процесу

Рисунок 1.5 - Позначення поверхонь, що оброблюються.

Операція 030 Багатоцільова з ЧПК.

Поверхні, що оброблюються на даній операції, позначені на рисунку 1.5 (1-3, 5-13).

Глибина різання на цих поверхнях вказана у таблиці 1.9.

Таблиця 1.9 - Глибини різання на операції 030.

№ поверхні	Глибина різання, мм	№ поверхні	Глибина різання, мм
1	1	8	1
2	1	9	6 (2 отв.)
3	1,5	10	1,5
4	7	11	4,25
5	3	12	-
6	2	13	8,5
7	4,5

На поверхнях 1-7 виконується токарна обробка, поверхні 8-11 - обробка отворів, 12 - нарізання різьби, 13 - фрезерна обробка.

Токарна обробка.

Таблиця 1.10 - Вибір та розрахунок режимів різання для токарної обробки

№ поверхні	Режими різання
	Soт, мм/об	Soр, мм/об	VТ, м/хв	Vр, м/хв	NT, кВт	Nр, кВт	np, об/хв
1	0,1	0,17	295	501,5	-	-	1228
2	0,23	0,39	215	365,5	-	-	1595
3	0,14	0,24	261	443,7	-	-	2826
4	0,18	0,3	220	374	-	-	1985
5	0,1	0,17	266	452,2	-	-	2182
6	0,14	0,24	252	428,4	-	-	1963
7	0,14	0,24	235	399,5	-	-	1551

За картою 4 [1] обираю табличні значення подачі Soт. Потім, за картою 5 [1] обираю поправочні коефіцієнти в залежності від умов обробки. Помноживши табличне значення подачі на поправочний коефіцієнт, отримую розрахункове значення Soр.

Поправочні коефіцієнти в залежності від:

- механічних властивостей оброблюваного матеріалу, KSм=1,25

- схеми встановлення заготовки, KSy=1,2

- способу кріплення пластини, KSp=1

- інструментального матеріалу, KSu=0,8

- перетину державки різця, KSД=1

- міцності ріжучої частини, KSh=1

- стану поверхні заготовки, KSn=1

- геометричних параметрів різця, Ksц=1

- жорсткості верстата, Ksj=1

Загальний поправочний коефіцієнт буде дорівнювати:

К = KSм · KSy · KSp · KSu · KSД · KSh · KSn · Ksц · Ksj = 1,25 · 1,2 · 1 · 0,8 · 1 ·1 · 1 · 1 · 1 = 1,68

Для поверхні 2 таблична подача дорівнює 0,1.

Помноживши дане значення на поправочний коефіцієнт, отримую розрахункове значення подачі:

Soр = 0,1 • 1,68 = 0,17 (мм/об).

Аналогічно обираю та розраховую подачі для інших поверхонь. Для розточування канавок (поверхні 4, 6, 7) подачу обираю за картою 27 [1].

Розраховані значення заношу до таблиці 1.10.

По карті 22 [1] обираю табличні значення швидкості різання.

Знаходжу поправочні коефіцієнти на швидкість різання та визначаю розрахункову швидкість різання за формулою:

(1.9)

Поправочні коефіцієнти в залежності від:

- інструментального матеріалу KVu = 1

- групи оброблюваності матеріалу KVc =1

- виду обробки KVo = 1

- жорсткості верстата KVj = 1

- механічних властивостей матеріалу KVМ = 1,7

- геометричних параметрів різця KVц = 1

- періоду стійкості ріжучої частини KVТ = 1

- наявності охолодження KVж = 1

КV = 1 • 1 • 1 • 1 • 1,7 • 1 • 1 • 1 = 1,7

Знайдені та розраховані швидкості різання заношу до таблиці 1.10.

Знаходжу частоту обертання шпинделя за формулою:

(1.10)

Оскільки верстат має безступінчасте регулювання частоти обертання шпинделя, то коректування цієї величини за паспортом верстата і розрахунок фактичної швидкості різання не потрібен.

Оскільки на цих поверхнях ведеться чистова обробка, то потужність різання не вибирається.

Обробка отворів.

Режими різання для обробки отворів зведені у таблиці 1.11.

Таблиця 1.11 - Режими різання для обробки отворів

№ поверхні	Виконуваний перехід	Режими різання
		Soт, мм/об	VТ, м/хв	NT, кВт	PT, Н
9	Свердлування	0,29	21,6	1,1	3755
10	Свердлування	0,09	27,3	0,19	580
	Розгортання	0,7	12,8	0,5	34
11	Свердлування	0,18	25	0,62	2189
8	Свердлування	0,08	26	0,17	570

Для стадії свердлування знаходжу режими різання по карті 46, для розгортання - по карті 48 [1]. Обрані режими різання заношу до таблиці 1.11.

Для розрахунку фактичної подачі знаходжу поправочний коефіцієнт, який дорівнює 1,04.

Розраховую фактичну подачу:

Для отвору 8:

Sф = 0,08 • 1,04 = 0,083 мм/об.

Для отворів 9:

Sф = 0,29 • 1,04 = 0,3 мм/об.

Для отвору 10:

Sф свердл = 0,09 • 1,04 = 0,094 мм/об.

Sф розг = 0,7 • 1,04 = 0,73 мм/об.

Для отвору 11:

Sф = 0,18 • 1,04 = 0,19 мм/об.

Розраховую фактичну швидкість:

Поправочні коефіцієнти в залежності від:

- механічних властивостей матеріалу KVМ = 1,04

- наявності охолодження KVж = 1

- інструментального матеріалу KVu = 1

- періоду стійкості ріжучої частини KVТ = 1

- стану поверхні КVw = 1

- форми заточки KVз = 1

- довжини робочої частини свердла KVl = 1

- покриття інструментального матеріалу KVп = 1,4.

Загальний поправочний коефіцієнт:

КV = 1,04 • 1 • 1 • 1 • 1 • 1 • 1 •1,4 = 1,46

Для отвору 8:

Vф = 26 • 1,46 = 37,96 м/хв

Для отворів 9:

Vф = 21,6 • 1,46 = 31,54 м/хв

Для отвору 10:

Vф свердл = 27,3 • 1,46 = 39,86 м/хв

Vф розг = 12,8 • 1,46 = 18,69 м/хв

Для отвору 11:

Vф = 25 • 1,46 = 36,5 м/хв

Розраховую фактичну потужність:

Поправочний коефіцієнт КNM = 1,04

Фактична потужність розраховується за формулою:



(1.11)

Для отвору 8:

Для отворів 9:

Для отвору 10:

Для отвору 11:

Розраховую фактичну силу різання за формулою:

(1.12)

Поправочний коефіцієнт дорівнює 1,04.

Для отвору 8:

Для отворів 9:

Для отвору 10:

Для отвору 11:

Розраховую частоту обертання інструмента за формулою:

(1.13)

Для отвору 8 n = 1500 об/хв

Для отворів 9 n = 837 об/хв.

Для отвору 10 nсвердл = 1256 об/хв, nрозг = 1270 об/хв.

Для отвору 11 n = 1376 об/хв.

На верстаті наявне безступінчасте регулювання частоти обертання інструментального шпинделя, тому корекція частоти обертання по паспорту верстата не потрібна.

Розраховую хвилинну подачу за формулою:

Sхв = So • nф(1.14)

Для отвору 8:

Sхв = 0,083 • 1500 = 124,5 мм/хв.

Для отворів 9:

Sхв = 0,3 • 837 = 251,1 мм/хв.

Для отвору 10:

Sхв = 0,094 • 1256 = 118,06 мм/хв.

Sхв = 0,74 • 1270 = 939,8 мм/хв.

Для отвору 11:

Sхв = 0,3 • 837 = 251,1 мм/хв.

Фрезерна обробка.

Фрезерується уступ 13 кінцевою фрезою діаметром 25 мм, з числом зубців 3.

По карті 81 [1] обираю табличну подачу на зуб.

Sz табл = 0,08 мм/зуб.

Вибираю поправочні коефіцієнти

KSM=1,2, KSо=1, KSt=1

Подача з урахуванням цих коефіцієнтів буде дорівнювати 0,08 • 1,2 = 0,096 мм/зуб.

По карті 84 [1] обираю швидкість та потужність різання. Вона рівна 22 м/хв. та 2,75 кВт відповідно.

Поправочні коефіцієнти:

KVМ = 1,15

KNM = 0,9

KVж = KNж=1

KVТ = KNТ=1

KVп = KNп=1

KVu = KNu=1

KVВ = KNВ=1

V = 22 • 1,15 • 1 • 1 • 1 • 1 • 1 = 25,3 м/хв

N = 2,75 • 0,9 • 1 • 1 • 1 • 1 • 1 = 2,5 кВт.

Визначаю частоту обертання за формулою (1.13):

Хвилинна подача дорівнює Sz • z • n = 0,096 • 3 • 322 = 92,7 мм/хв.

Нарізання різьби.

Різьба М10х1,5 нарізується у отворі ?8,5 мм на довжині 12 мм.

За картою 50 [1] обираю режими різання:

Vт = 6,6 м/хв.

Nт = 0,23 кВт.

Pт = 28 Н.

Мкр т = 1,3 Н•м.

Мр т = 4,5 Н•м.

Всі обрані та розраховані режими різання зводжу до таблиці 1.12.

Таблиця 1.12 - Режими різання на операції 030

№ поверхні	Режими різання
	Sо, мм/об	Sхв, мм/хв	Vф, м/хв	nф, об/хв	N, кВт
1	0,17	208,76	501,5	1228	-
2	0,39	622,05	365,5	1595	-
3	0,24	678,24	443,7	2826	-
4	0,3	595,5	374	1985	-
5	0,17	370,94	452,2	2182	-
6	0,24	471,12	428,4	1963	-
7	0,24	372,24	399,5	1551	-
8	0,083	124,5	37,96	1500	0,16
9	0,3	251,1	31,94	837	1,06
10	0,094/0,74	118,06/939,8	39,86/18,69	1256/1270	0,18/0,48
11	0,3	251,1	36,5	1376	0,6
12	1,5	252	6,6	210	0,23
13	0,288	92,7	25,3	322	2,5

Час автоматичної роботи верстата визначаю у таблиці 1.13



Таблиця 1.13 - Визначення часу автоматичної роботи верстата

Ділянка траєкторії	Довжина ділянки, мм	Хвилинна подача, мм/хв	Основний час То, хв.	Допоміжний час, ТМД, хв.
РІ1
ПТ-1	200	3000	-	0,066
1-2 (2 прох.)	70	622,05	0,11	0,023
2-1	14	3000	-	0,005
1-ПТ	190	3000	-	0,063
РІ2
ПТ-1	200	3000	-	0,066
1-2	14	622,05	0,023	-
2-3	30	208,76	0,14	-
3-1	20	3000	-	0,007
1-2	14	622,05	0,023	-
2-1	14	3000	-	0,005
1-ПТ	200	3000	-	0,066
РІ3
ПТ-1	200	3000	-	0,066
1-2	14	208,76	0,067	-
2-3	2,6	372,24	0,007	-
3-1	17	3000	-	0,0056
1-ПТ	200	3000	-	0,066
РІ4
ПТ-1	160	3000	-
1-2	31	678,24	0,046	-
2-1	31	3000	-	0,01
1-3	15	3000	-	0,005
3-4 (3 прох.)	51	370,94	0,14	0,017
4-3	19	3000	-	0,006
3-5	5	3000	-	0,002
5-6 (2 прох.)	26	370,94	0,07	0,009
6-7	16	3000	-	0,005
7-9	7	370,94	0,002	-
9-ПТ	150	3000	-	0,05
РІ5
ПТ-1	150	3000	-	0,05
1-2	25	3000	-	0,008
2-3 (4 прох.)	20	595,5	0,034	0,007
3-4	13	3000	-	0,004
4-5	7	471,12	0,015	-
5-4	7	3000	-	0,002
4-ВТ	155	3000	-	0,052
РІ6
ПТ-1	200	3000	-	0,066
1-2	20	251,1	0,08	-
2-1	20	3000	-	0,007
1-3	108	3000	-	0,036
3-4	20	251,1	0,08	-
4-3	20	3000	-	0,007
3-ПТ	308	3000	-	0,103
РІ7
ПТ-1	254	3000	-	0,085
1-2	7	118,06	0,06	-
2-1	7	3000	-	0,002
1-ПТ	254	3000	-	0,085
РІ9
ПТ-1	254	3000	-	0,085
1-2	7	939,8	0,007	-
2-1	7	3000	-	0,002
1-ПТ	254	3000	-	0,085
РІ8
ПТ-1	250	3000	-	0,08
1-2	56	251,1	0,22	-
2-1	56	3000	-	0,002
1-ПТ	250	3000	-	0,08
РІ10
ПТ-1	250	3000	-	0,08
1-2	20	252	0,08	-
2-ПТ	255	3000	-	0,085
РІ11
ПТ-1	250	3000	-	0,08
1-2	14	92,7	0,15	-
2-1	14	472,5	-	0,03
1-ПТ	250	3000	-	0,08
Разом	1,35	1,45

Визначаю час автоматичної роботи верстата за формулою:

(1.15)

Допоміжний час визначається за формулою:

(1.16)

Де:

ТД уст - час на встановлення та зняття деталі, по [18] с.52, карта 3:

при встановленні деталі в самоцентруючий патрон ТД уст =0,65 хв

ТД.оп - час пов'язаний з виконанням операції, по [18] с.79, карта 14 ТД.оп = 0,56 хв

ТД.вим - час на вимірювання, по [18] с.80, карта 15 ТД.вим =1,3 хв

Визначаю норму штучного часу:

(1.17)

Де - час на організаційно-технічне обслуговування, відпочинок та особисті потреби. Рекомендоване значення - 14%ТОП.

Оперативний час:

ТОП = ТД + ТО(1.18)

ТОП = 2,51 + 1,35 = 3,86 хв.

Норма штучно-калькуляційного часу:

(1.19)

ТПЗ - норма підготовчо-заключного часу, ТПЗ = 17 хв.

n - кількість деталей в партії за одну зміну

(1.20)

Тзм = 480 хв - тривалість зміни.

Обрані та розраховані дані зведено до таблиці 1.14.

Таблиця 1.14 - Режими різання та норми часу на операцію 030 Багатоцільова з ЧПК

Оброблювана поверхня	Режими різання	Норми часу
	t, мм	i	Sхв, мм/хв	V, м/хв	n, об/хв	То, хв	Тца, хв	Тшт, хв	Тшк, хв	Топ, хв	Тд, хв	Тпз, хв
Зовнішня циліндрична ?73	1	2	622,05	365,5	1595	1,35	2,8	6,05	6,27	3,86	1,45	17
Торець на діаметрі 130	1	1	208,76	501,5	1228
Внутрішня циліндрична ?50	1,5	1	678,24	443,7	2826
Внутрішня циліндрична ?58,3	2,08	2	370,94	452,2	2182
Внутрішня канавка ?60	2	4	595,5	374	1985
Внутрішня канавка ?69,5	2	1	471,12	428,4	1963
Зовнішня торцева канавка ?82	4,5	1	372,4	399,5	1551
Отвір ?2 мм	1	1	124,5	37,96	1500
Отвір ? 12 мм (2 отвори)	6	1	251,1	31,94	837
Отвір ?3 мм	1,5	1	118,06	39,86	1256
Зовнішня вибірка	12,5	1	92,7	25,3	322
Отвір ?8,5 мм	4,25	1	251,1	36,5	1376
Різьба М10	-	1	252	6,6	210

Розрахунки норм часу та режимів різання для інших операцій зведено в таблиці нижче.

Таблиця 1.15 - Режими різання та норми часу для операції 015 Токарно-гвинторізна

Оброблювана поверхня	Режими різання	Норми часу
	t, мм	i	Sхв, мм/хв	V, м/хв	n, об/хв	То, хв	Тм, хв	Тшт, хв	Тшк, хв	Топ, хв	Тд, хв	Тпз, хв
Зовнішня циліндрична ?130	2,2	1	94,5	257,2	630	1,51	2,37	5,56	5,78	4,02	2,51	17
Торець на розмірі 27 мм (2 торці)	1,5	1	63	257,2	630
Отвір ?47	0,4	1	164	121,01	820
Поверхня ?73 мм.	1	1	96	195,6	630

Таблиця 1.16 - Режими різання та норми часу для операції 020 Фрезерувальна

Оброблювана поверхня	Режими різання	Норми часу
	t, мм	i	Sхв, мм/хв	V, м/хв	n, об/хв	То, хв	Тм, хв	Тшт, хв	Тшк, хв	Топ, хв	Тд, хв	Тпз, хв
Лиски на L = 96 (2 лиски)	2	1	1520	248	1600	0,13	0,96	3,01	3,23	2,64	2,51	17



Таблиця 1.17 - Режими різання та норми часу для операції 040 Фрезерувальна

Оброблювана поверхня	Режими різання	Норми часу
	t, мм	i	Sхв, мм/хв	V, м/хв	n, об/хв	То, хв	Тм, хв	Тшт, хв	Тшк, хв	Топ, хв	Тд, хв	Тпз, хв
Внутрішня вибірка R20, L = 5 мм.	6	1	98	47	350	0,5	0,7	3,57	3,79	5,515	2,51	17

1.7.3 Заповнення ККІ

На багатоцільову операцію ККІ не складаю, оскільки невідомий алгоритм системи ЧПК на даному верстаті.

1.8 Проектування спеціального оснащення

1.8.1 Проектування верстатного пристосування

Згідно завдання необхідно спроектувати верстатне пристосування для обробки деталі на операції 040 Фрезерувальна. На цій поверхні оброблюється внутрішня вибірка R20 мм. Деталь оброблюється на вертикально-фрезерному верстаті 6Р13, що має наступні характеристики:

Частота обертання шпинделя: 31,5 - 1600.

Діапазони подач, мм/хв:

поперечних: 12,5 - 1600

продольних: 12,5 - 1600

вертикальних: 4,1 - 530

Найбільша маса оброблюваної деталі: 63, кг.

Потужність головного двигуна: 11 кВт.

Габарити верстата: 2570х2252.

Вага верстата: 4300 кг.

Застосування спеціального верстатного пристосування дасть змогу підвищити швидкість та точність обробки, зручність встановлення деталі на верстат. Впровадження розроблюваного пристосування дасть можливість встановлювати деталь на операції без попередньої вивірки, за рахунок використання спеціальних установчих елементів.

Жорсткість пристосування дозволить використовувати максимальну потужність верстата.

Можливість швидкого затиску та розтиску деталі досягається за рахунок використання силових приводів.

Конструкція пристосування забезпечуватиме зручність та безпеку в роботі.

Пристосування працює у нормальних виробничих умовах, а тому може бути виготовлено зі звичайної сталі.

Базовою поверхнею найдоцільніше буде передній торець деталі і 2 отвори ?12 мм. Це забезпечить надійне закріплення деталі за рахунок великої площі контакту. В один отвір надівається на довгу циліндричну оправку, інший - на ромбічну. Деталь притискається двома пневмоциліндрами. Схема встановлення деталі на пристосування приведена на рисунку 1.6.

Рисунок 1.6 - Схема встановлення деталі на операції 040.

Визначаю погрішність базування.

Для отримання достатньої точності обробки деталі необхідне виконання умови:

(1.21)



Де еб і еб доп - дійсна і допустима погрішність базування.

Дійсна погрішність базування визначається за формулою:

(1.22)

Де дд - допуск на зовнішній діаметр деталі, ?12Н12(+0,18).

деп - допуск зовнішнього діаметра елемента пристосування, ?12h6(-0,11).

Допустима погрішність визначається за формулою:

(1.23)

Де д - допуск на розмір деталі, 0,5 мм.

щ - точність обробки деталі, що досягається при виконанні даної операції, 0,05 мм.

Умова виконується (0,145<0,45), отже при встановленні деталі на дане пристосування буде досягнута необхідна точність обробки.

Розрахунок необхідної сили затиску.

Силу затиску необхідно застосувати таку, щоб вона забезпечувала

надійне закріплення деталі підчас обробки і водночас не спричиняла деформації поверхні. Необхідна сила затиску розраховується за формулою:

(1.24)



Де K - коефіцієнт запасу.

fз, fв - коефіцієнт тертя між затискними елементами та деталлю та між установчими елементами да деталлю.

Pz - складова сили різання.

Визначення коефіцієнта запасу:

К0 = 1,5 - коефіцієнт гарантованого запаса.

К1 = 1,0 - коефіцієнт, враховуючий збільшення сил різання.

К2 = 1,0 - коефіцієнт, що характеризує збільшення сил різання внаслідок затуплення ріжучого інструмента

К3 = 1,2 - коефіцієнт, що враховує збільшення сил різання при переривчастому різанні.

К4 = 1,0 - коефіцієнт, що характеризує постійність сил закріплення зажимів механізму

К5 = 1,0 - коефіцієнт, що характеризує ергономіку ручних ЕМ

К6 = 1,0 - коефіцієнт, що враховує дію моментів що намагаються повернути заготовку встановлену плоскою поверхнею на постійні опори.

К = К0 • К1 • К2 • К3 • К4 • К5 • К6(1.25)

К = 1,5 • 1,0 • 1,0 •1,2 • 1,0 • 1,0 • 1,0 = 1,8

fз = 0,25

fв = 0,5

(1.26)

Де Ср - стала для конкретних умов різання, Ср = 68,2 ([3], табл. 41 стор. 291).

х = 0,86, у = 0,72, и = 1,0, q = 0,86, w = 0 - показники ступеня, що залежать від конкретних умов різання ([3], табл. 41 стор. 291).

D - діаметр фрези.

t - глибина фрезерування.

S - подача на зуб.

B - ширина фрезерування.

n - частота обертання фрези.

Kp - поправочний коефіцієнт в залежності від властивостей матеріалу.

z - число зубців фрези.

Розраховую необхідну силу затиску:

В якості силового приводу для затиску деталі обираю пневмоциліндр односторонньої дії, в якому затиск здійснюється силою тиску стиснутого повітря, а розтиск - пружиною. У проектованому пристосуванні деталь затискається за допомогою двох пневмоциліндрів, тому сила, що створюється одним пневмоциліндром, повинна дорівнювати W/2 = 1035,96 Н.

Розраховую діаметр пневмоциліндра за формулою:

(1.26)

Де W - сила затиску

з - коефіцієнт корисної дії пневмоприводу, з = 0,85.

с - тиск повітря в пневмомережі, с = 0,4 МПа.

За ГОСТ 15608-81 приймаю пневмоциліндр діаметром 63 мм з діаметром штока 18 мм.

Дійсна сила затиску буде дорівнювати:

(1.27)

Отже, оскільки Кз > 1, то пневмоциліндр зможе забезпечити надійну фіксацію заготовки при обробці.

1.8.2 Проектування ріжучого інструменту

Згідно завдання, проектованим ріжучим інструментом є різець для обробки торцевих канавок, що застосовується для точіння торцевої канавки ?82 на операції 030 Багатоцільова з ЧПК.

Для виготовлення державки різця обираю вуглецеву сталь 50 з ув = 650 МПа і допустимою напругою на вигин уи = 200 МПа.

Визначаю силу різання, шо виникає при обробці даним різцем.

Оброблюваний матеріал - 20Х13.

Матеріал ріжучої частини - ВК8.

Глибина різання - 4,5 мм.

Подача - 0,24 мм/об.

Швидкість різання - 399,5 м/хв.

Сила різання визначається за формулою:



(1.28)

Де Сpz - постійна, що враховує конкретні умови різання, Сpz = 408 ([3], стор. 273, табл. 22).

хpz = 0,72, уpz = 0,8, пpz = 0 ([3], стор. 273, табл. 22) - показники ступеня для конкретних умов обробки.

Кpz - поправочний коефіцієнт.

Кpz = Крм • Кцр • Кгр • Клр • Кrр(1.29)

Де Крм = 0,86, Кцр = 0,89, Кгр = 1,0, Клр = 1,0, Кrр = 0,87 ([3], стор. 275, табл. 23) - коефіцієнти, що враховують умови різання.

Кpz = 0,86 • 0,89 • 1,0 • 1,0 • 0,87 = 0,67

Отже, сила різання буде дорівнювати:

Визначаю ширину прямокутного перетину державки різця:

(1.30)

Де l = 25 мм - виліт різця;

уид = 20 кгс/мм2 - допустиме напруження на вигин матеріалу державки.

Підставивши числові значення, ширина державки різця буде дорівнювати:

, приймаю 4,5 мм, по ширині ріжучої пластинки.

З умови що , висота буде дорівнювати 4,5 • 1,5 = 6,75, приймаю 7 мм.

Перевірка різця на міцність та жорсткість.

Максимальне навантаження, що допускається міцністю різця:

(1.31)

Максимальне навантаження, що допускається жорсткістю різця:

(1.32)

Де f = 0,1 - максимальний допустимий прогин різця;

Е = 20000 кгс/мм2 - модуль пружності матеріалу різця;

І - момент інерції перетину державки різця.

Оскільки умови міцності виконується (294>253<493,2), то різець має достатню міцність для обробки заданої поверхні.

1.8.3 Проектування вимірювального інструменту

Згідно завдання до дипломної роботи необхідно спроектувати калібр-пробку для контролю отвору ?3Н8. Контроль робочих граничних калібрів для контроля розмірів гладких циліндричних деталей складається із прохідного калібра ПР і не прохідного калібра НЕ .

За призначенням калібри діляться на дві основні групи: робочі калібри ПР та НЕ, та контрольні калібри (К-ПР, К-НЕ,К-И).

Робочі калібри призначені для контроля виробу в процесі виготовлення. Ці калібри використовують робочі та контролери ВТК заводу-виробника, при цьому в останньому випадку використовують частково зношені калібри ПР та нові - НЕ. Контрольні калібри К-ПР, К-НЕ застосовуються для установки регульованих калібрів-скоб і контролю нерегульованих калібрів-скоб. Контрольний калібр К-И є непрохідним та служить для вилучення із експлуатації внаслідок зносу прохідних робочих скоб.

Для розрахунку розмірів калібру-пробки необхідно за ГОСТ 25346-89 «Поля допусків та рекомендовані посадки» визначити величини граничних відхилень діаметра отвору ?3Н8. Верхнє відхилення ES = 0,014мм, та нижнє відхилення EI = 0 мм. На основі результатів знаходжу граничні розміри отворів.

Dmax = D + ES = 3 + 0,014 = 3,014 мм.

Dmin = D + EI = 3 + 0 = 3 мм.

По таблиці 2 ГОСТ 24853 обираю дані для розрахунку калібрів-пробок: Z = 0,002 мм, Y = 0,003 мм, H = 0,002 мм, б = 0.

Параметри калібрів:

Робоча прохідна сторона:

Р-ПРмакс = Dmin + Z + H/2(1.33)

Р-ПРмакс = 3 + 0,002 + 0,001 = 3,003

Р-ПРмін = Dmin + Z - H/2(1.34)



Р-ПРмін = 3 + 0,002 - 0,001 = 3,001

Робоча непрохідна сторона:

Р-НЕмакс = Dmax + Н/2(1.35)

Р-НЕмакс = 3,014 + 0,001 = 3,015

Р-НЕмін = Dmax - Н/2(1.36)

Р-НЕмін = 3,014 - 0,001 = 3,013

Границя зносу:

Изн-р = Dmin - Y(1.37)

Изн-пр = 3 - 0,003 - 2,997

На основі отриманих розрахунків будую схему розташування полів допусків калібра-пробки (див. рисунок 1.7).

Рисунок 1.7 - Схема розташування полів допусків калібра

1.9 Дослідницька частина

Тема дослідницької частини - фінішно-плазмове зміцнення (ФПЗ) ріжучого інструменту.

1.9.1 Технологія ФПЗ

Процес фінішного плазмового зміцнення полягає в нанесенні зносостійкого алмазоподібного нанопокриття при атмосферному тиску. Покриття є продуктом плазмохімічних реакцій парів реагентів, що пройшли через дуговий плазмотрон.

Мета фінішного плазмового зміцнення - виготовлення інструменту, штампів, пресформ, ножів, філь'єр, підшипників, деталей машин і т.д. із спеціальними властивостями поверхні: зносостійкістю, антифрикційністю, корозійностійкістю, жаростійкістю, розгаростійкістю, антисхватуванням, стійкістю проти фретинг-корозії та ін.

Ефект від фінішного плазмового зміцнення досягається за рахунок зміни фізико-механічних властивостей поверхневого шару: збільшення мікротвердості, зменшення коефіцієнта тертя, створення стискаючих напружень, усунення мікродефектів, утворення на поверхні діелектричного і корозійностійкого плівкового покриття з низьким коефіцієнтом теплопровідності, хімічною інертністю і специфічною топографією поверхні.

Технологічний процес фінішного плазмового зміцнення проводиться при атмосферному тиску і складається з операцій попереднього очищення (будь-яким відомим методом) і безпосередньо зміцнення оброблюваної поверхні шляхом взаємного переміщення виробу та плазмотрона. Швидкість переміщення - 1-10 мм/с, відстань між плазмотроном і виробом - 10-15 мм, діаметр плями зміцнення - 12-15 мм, товщина покриття - 0,5-3 мкм. Температура нагріву деталей при ФПЗ не перевищує 100 - 150°С. Параметри шорсткості поверхні після ФПЗ не змінюються. В якості плазмоутворюючого газу використовується аргон, вихідним матеріалом для проходження плазмохімічних реакцій і утворення покриття є спеціальний рідкий двокомпонентний препарат СЕТОЛ. Його витрата не перевищує 0,5 г/год (не більше 0,5 літра в рік).

Контроль якості фінішного плазмового зміцнення здійснюється по наявності і порівнянні колірної гами покриття на обробленій поверхні і еталона, а також іншими методами.

Вимоги безпеки при фінішному плазмовому зміцненні не накладають обмежень для широкого використання і визначаються застосуванням зварювальних джерел нагріву.

1.9.2 Обладнання для ФПЗ

Обладнання для ФПЗ включає в себе джерело струму, блок апаратури з рідинним дозатором, плазмотрон з плазмохімічним генератором. Додатково дане устаткування може комплектуватися маніпулятором, блоком автономного охолодження, мобільною витяжною системою і приладом контролю нанесення покриття. На рисунку 1.8 зображено установку для ФПЗ УФПУ-111.

Рисунок 1.8 - Установка УФПУ-111 для проведення ФПЗ



Технічні характеристики УФПУ-111:

- споживана потужність - не більше 5 кВА (3,5 кВт);

- номінальний струм - 100 А;

- номінальна робоча напруга - не більше 40 В;

- тривалість включення - 100%;

- витрата аргону - не більше 5 л/хв;

- витрата рідкого технологічного препарату Сетол - не більше 0,5 г/год;

- витрата охолоджуючої води - 200-220 л/год;

- габарити - 760х620х1150 мм;

- маса - не більше 130 кг.

Фінішно-плазмове зміцнення застосовується для зміцнення ріжучого інструменту, штампів, ножів, пилок, прес-форм, калібрів, філь'єр, шестерень, підшипників, деталей машин типу валиків, кулачків, напрямних, фіксаторів, притисків, штовхачів і т.д.

Рисунок 1.9 - Процес фінішно-плазмового зміцнення фрези.

1.9.3 Переваги ФПЗ у порівнянні з іншими методами зміцнення

У порівнянні з аналогами - іонно-плазмовим напиленням, лазерним і електроіскровим зміцненням, епіламіруванням, нанесенням кластерних покриттів - даний процес має наступні переваги:

- висока відтворюваність і стабільність зміцнення за рахунок подвійного ефекту - від зносостійкого покриття і структурних змін в тонкому приповерхневому шарі;

- проведення процесу зміцнення на повітрі при температурі навколишнього середовища не вимагає застосування вакуумних або інших камер і ванн;

- внаслідок нанесення тонкоплівкового покриття (товщиною не більше 3 мікрометрів), що вкладається в допуски на розміри деталей, процес зміцнення використовується в якості остаточної фінішної операції;

- відсутність змін параметрів шорсткості поверхні після процесу зміцнення;

- мінімальний нагрів в процесі обробки (не більше 100-120°С) не викликає деформацій деталей, а також дозволяє зміцнювати інструментальні сталі з низькою температурою відпуску;

- можливість зміцнення локальних (по глибині і площі) об'ємів деталей у місцях зносу із збереженням вихідних властивостей матеріалу в іншому об'ємі;

- тонкоплівкове покриття по мікротвердості найближче до алмазоподібного покриття;

- низький коефіцієнт тертя сприяє пригніченню процесів наростоутворення при різанні або налипання при штампуванні і пресуванні;

- формування специфічного мікрорельєфу поверхні сприяє ефективному його заповненню змащувально-охолоджувальною рідиною при експлуатації інструменту і деталей машин;

- утворюване на поверхні тонкоплівкове аморфне (склоподібне) покриття захищає виріб від впливу високої температури (випробування на високотемпературну повітряну корозію протягом 100 годин при температурі 800°С);

- висока продуктивність зміцнення (час обробки, наприклад, крайок вирубного штампа середніх розмірів може становити кілька хвилин);

- простота операцій з очищення та знежирення перед зміцненням (відсутність спеціальної попередньої підготовки);

- можливість зміцнення поверхонь деталей будь-яких габаритів в ручному або автоматичному режимах;

- мінімальне споживання і низька вартість витратних матеріалів;

- низька споживана потужність установки для зміцнення - менше 6 кВт;

- незначна площа, необхідна для обладнання - 1-2 м2;

- малогабаритний плазмотрон для зміцнення (масою близько 1 кг) може бути легко закріплений на маніпуляторі, в руці робота, а також - дозволяє вести обробку вручну;