Дипломная работа: Деталь "корпус поршня"

Дипломная работа: Деталь "корпус поршня"

Содержание.

Введение.

1.                        Общий раздел.

            Описание конструкции и служебное назначение детали.

            Технологический контроль чертежа детали анализ детали на технологичность.

2.Расчетная часть.

2.1Характеристика заданного типа производства.

2.2 Выбор метода и вида получения заготовки.

2.3Разработка маршрута обработки детали.

2.3.1              Анализ существующего технологического процесса

2.3.2              Разработка нового технологического процесса.

2.3.3              3 Характеристика выбранного оборудования

2.3.4              Описание Системы УЧПУ

2.4 Выбор и обоснование технологических баз.

2.5 Определение припусков на механическую обработку.

2.6 Выбор режущего, вспомогательного и мерительного инструментов.

2.7. Расчет режимов резания.

2.8 Расчет норм времени.

2.9 Технико-экономическое сравнение вариантов обработки детали.

Литература.

Приложения.

Введение.

Машиностроение является одной из ведущих отраслей промышленности нашей страны. Непрерывное совершенствование машин характеризуется возрастанием их мощности, а так же повышением их точности и надежности.

В создание Технологии Машиностроения крупный вклад внесли профессора Л.И. Соколовский, А.М. Каширин, Б.С. Балакшин, В.М. Ковал, М.Е. Егоров и другие. Эти ученые разработали теоретические основы технологии машиностроения, вопросы точности обработки деталей и жесткости системы  станок- приспособление- инструмент- деталь, теорию размерных цепей, типизацию Технологического Процесса и другие.

На современном этапе развития технологии трудно сосредоточить всю совокупность расширяющихся знаний во всех областях технологии производства машин в рамках одной специальности как технология машиностроения, технология литейного производства, технология ковки и штамповки и т.п.

В условиях массового и крупносерийного производства должны применяться заготовки экономичных форм с приближением их к формам готовых деталей и прокат специальных профилей, что значительно снизит трудоемкость обработки на металлорежущих станках.

В технологии обработки заготовок повысилось значение отделочных операций. Таким образом, при обработке заготовок  должны преобладать методы обработки поверхности абразивным инструментом, лезвийным инструментом без снятия стружки.

В методах обработок заготовок резанием наметилась и утвердилась замена однолезвийного инструмента многолезвийным.

В области станкостроения на место станков с ручным управлениям пришли станки с Численно Программным Управлением.

Целью данного дипломного проекта является разработка нового прогрессивного технологического процесса механической обработки детали “корпус поршня” с использованием станков с ЧПУ.

1.     Общий раздел.

1.1       Описание конструкции и служебное назначение детали.

Деталь «Корпус Поршня» имеет габаритные размеры ø360х310 и массу 122кг. Изготавливается из легированной стали 20Х ГОСТ 4543-71

Деталь используется в приводе токарного станка, и работает в агрессивной среде со статическими нагрузками, а также испытывает деформации растяжения и сжатия.

Основными поверхностями являются: внутренняя цилиндрическая поверхность ø285 H7 с шероховатостью 0,8 мкм, наружная цилиндрическая поверхность ø360 H11 с шероховатостью мкм(является конструкторской базой).

Вспомогательными поверхностями являются: отверстие ø25 H11с шероховатостью 3,2 мкм, 2 отверстия ø12мм, конусные поверхности ø335 и ø325 мм, внутренний уступ ø350

Остальные поверхности являются свободными.

Технические требования предъявляемые к заготовке:

по твердости HRC 101…143,штамповочные уклоны 5 ,класс точности Т2, группа сталей М2,Степень сложности С2.

Химические и физико-механические свойства представлены в таблицах 1.1.1 и 1.1.2

Таблица 1.1.1

Таблица 1.1.2

1.2       Анализ технологичности детали.

На чертеже даны все размеры, сечения которые дают полное представление о детали, на основные размеры указаны допуски и шероховатости и имеются особые технические требования: HRC 101…143

Деталь технологична, так как поверхности можно обрабатывать проходными резцами, есть свободный доступ инструмента к обрабатываемым поверхностям, способ получения заготовки довольно прост.

Деталь не технологична, так как жесткость детали не достаточна, т.к. она тонкостенная, и ограничивает режимы резания. Так же имеется 2 отверстия, расположенных под углом в 60,закрытый паз так же является недостатком.

Но в целом деталь достаточно технологична.

Количественный анализ технологичности детали.

При количественной оценке технологичности согласно ГОСТ 14.201-73 вычисляются коэффициенты Куэ, Ктч, К­ш, для этого составляют таблицу 1.2

Таблица 1.2

Qэ=16                     Qуэ=13

Коэффициент унификации конструктивных элементов

Ку.э= Qуэ / Qэ=13/16=0.8

По этому показателю деталь технологична, так как Ку.э > 0,6

Коэффициент точности обработки

где ni- число поверхностей детали, точностью соответствующей 1му из 19ти кв.; Аср- средний квалитет точности.

По этому показателю деталь технологична, так как Кт.ч ≥ 0,8

Коэффициент шероховатости поверхности

где Бср-­­ это средняя шероховатость, мкм.; n- количество поверхностей соответствующего качества шероховатости. П–значения параметра шероховатости, Ra ; По этому показателю деталь технологична, так как Кш < 0,32По проведённому анализу можно сделать вывод, что деталь технологична.

2.2 Выбор вида и метода получения заготовки.

Выбор вида и метода получения заготовки определяется: назначением и конструкцией детали, материалом, техническими требованиями, типом производства, а также экономичностью изготовления.

Вид заготовки оказывает существенное влияние на характер технологического процесса, трудоемкость и экономичность ее обработки.

В данном курсовом проекте проведем технико-экономический расчет двух возможных видов получения заготовки.

Выбираем следующие варианты заготовок: прокат и штамповка.

   а)                                                            б)

Рис.2.2 Виды заготовок (а – прокат; б – штамповка).

Для определения более рационального варианта заготовки произведем технико-экономический расчет показателей, коэффициента использования материала Ким, себестоимость изготовления заготовки Sзаг.

Для подсчета показателей определяем массу заготовок по двум вариантам:

;       -прокат; -штамповка

   ,где

d – диаметр, см

L – длина, см

ρ – плотность материала, кг/см3

ρ= 0,00785 кг/см3

 кг.

mшт=144 кг.(из данных чертежа)

Экономический эффект по использованию материала.

 руб.

Sm=28  цена 1 кг материала, руб.

mпр, mшт масса вариантов заготовок, кг.

Экономический эффект изготовления заготовки.

   , где

Sз1,Sз2 себестоимость вариантов заготовки.

 руб.

Q – масса заготовки, кг

S – цена 1кг материала, руб.

q – масса детали, кг.

Sотх цена отходов за тонну, руб.

Км=1              Кт=1.06          Кс=0.7          Кв=0.78              Кп=0.5

руб.

 руб.

Таблица 2.2

Метод получения заготовки штамповкой экономичней, чем заготовка полученная прокатом.

2.3                Разработка маршрута обработки детали.

2.3.1                  Анализ существующего технологического процесса.

Для полноты разработки нового технологического процесса изготовления детали, необходимо проанализировать старый ТП. Основные данные по процессу представлены в таблице 2.3.1

Таблица 2.3.1

Данный ТП имеет некоторые недостатки:

1 Нерациональность выбора заготовки;

2 Нерациональность выбора оборудования, используются устаревшие модели станков, которые не могут высокопроизводительно изготовить деталь и увиливают время на ее изготовление.

3 Неприменимость высокопроизводительных методов обработки.

Их можно устранить, заменив оборудование в 015; 020; 030; 040 и 045 операциях на более производительное. Применение станков с ЧПУ позволит сократить время на обработку и снизить себестоимость изготовления детали.

2.3.2 Разработка нового технологического процесса.

При разработке нового технологического процесса необходимо учесть положительные и отрицательные стороны существующего технологического процесса, то есть в новом технологическом процессе необходимо выбрать более рациональный вид заготовки, использование более нового оборудования и более высокопроизводительных методов обработки.

Предложенный вариант технологического процесса сведем в таблицу 2.3.2

Таблица 2.3.2

2.3.3 Характеристика выбранного оборудования.

В данном технологическом процессе применяются   такие станки как: 16К20Ф3. Он предназначен для точения наружных поверхностей, растачивания отверстий, нарезания резьбы. Его основные технические характеристики:

Наибольший диаметр обрабатываемой заготовки, [мм]:

над станиной                                                                 400

над суппортом                                                              200

Наибольшая длина обрабатываемой заготовки, [мм]         1000

Частота вращения шпинделя, [об/мин]                       35-1600

Мощность электродвигателя, [кВт]                                      10

Габаритные размеры,[ мм]                       3000х1600х1600

Сверлильный станок модели 2Р135Ф2-1 предназначен для сверления, зенкерования, рассверливания, развертывания заготовок различного диаметра.

Технические характеристики станка:

Наибольший диаметр сверления, [мм]                        35

Частота вращения шпинделя, [об/мин]                       45-2000

Мощность электродвигателя, [кВт]                                      3,7

Габаритные размеры, [мм]                                          1800х2170х2700

Вертикально фрезерный станок модели 6Р13 предназначен для фрезерования пазов, окон  и других поверхностей.

Размеры рабочей поверхности стола                                             400х1600

Наибольшее перемещение стола:

Продольное [мм]                                                                                     1000

Поперечное [мм]                                                                                        300

Вертикальное [мм]                                                                                    420

Число скоростей шпинделя                                                                        18

Число подач стола                                                                                      18

Подача стола станка, [мм/мин]

Продольная и поперечная                                                                 25-1250

Вертикальная                                                                                    8,3-416,6

Мощность Электродвигателя привода главного движения [КВт]       11

Габаритные размеры [мм]                                                  2560х2260х2120

Внутришлифовальный станок модели 3К229В предназначен для внутреннего шлифования поверхностей.

Наибольший диаметр устанавливаемой заготовки [мм]                       800

Установленной заготовки в кожухе [мм]                                                630

При наибольшем диаметре обрабатываемого отверстия[мм]              320

Диаметр шлифуемых отверстий [мм]                                              100-400

Частота Вращения Шпинделя [об/мин]                                       3500,4500

Мощность Двигателя [КВт]                                                                      7,5

Габариты [мм]                                                                      4630х2405х2000

2.3.4                  Описание системы Управления ЧПУ.

В новом Технологическом Процессе применятся Оперативная система управления станком на базе устройства “Электроника-НЦ-31”, которая обеспечивает ввод, отладку и редактирование программ обработки непосредственно на станке с помощью клавиатуры. Программа и вводится оператором с чертежа детали или при обработке сложных деталей с бланка подготовленного технологом - программистом.  Контроль программы осуществляется с помощью цифровой индикации, а ее корректировку -непосредственно на станке от клавиатуры на панели управления.

В устройстве “Электроника-НЦ-31” возможна передача программ в кассету внешней памяти (КВП) для хранения вне станка и последующего ввода программы из КВП в систему управления. Устройство ЧПУ - контурное, оперативно управляет следующим: электроприводом подач по двум координатным осям. Интерполяция - линейная и круговая. В память устройства введены стандартные рабочие циклы: точение конусов, обработка любых дуг окружностей, нарезание резьбы, продольное и поперечное точение с разделением величины припуска на рабочие ходы и ввода программы в память устройства. Разрешающая способность по координате Z 0,01mm, по координате X 0,005mm.

2.3       Выбор и обоснование технологических баз.

При разработке технологической операции необходимо особое внимание уделить выбору технологических баз. При этом должны соблюдаться основные правила базирования: 1. правило шести точек; 2. правило совмещения баз; 3. постоянство баз.

Поверхности, выбранные в качестве базовых, указаны на рис. 2.4, а данные по базовым поверхностям сводим в таблицу 2.4. Выбор баз производим в соответствии с ГОСТ 21495-76

Таблица 2.4

2.4       Определение припусков на механическую обработку.

От величины припусков на обработку детали зависит себестоимость ее изготовления. Повышенный припуск ведет к увеличению расхода материала, затратам труда и другим производственным расходам. При заниженном припуске увеличивается возможность получения бракованной детали. Поэтому очень важно правильное назначение общих и межоперационных припусков.

Используя два вида определения припусков, аналитический и статический, определим припуски на несколько поверхностей.

Все данные расчетов заносим в таблицы.

Rz высота микронеровности, оставшейся при выполнении предшествующего технологического перехода, мкм.

Т – глубина дефектного поверхностного слоя, оставшегося при выполнении предшествующего технологического перехода, мкм.

ρо – суммарные отклонения расположения, возникшие на предшествующем технологическом переходе, мкм.

εу – величина погрешностей установки заготовки при выполняемом технологическом переходе, мкм.

2zmin величина промежуточного припуска, мм.

2zmax максимальный припуск на обработку поверхности заготовки, мм.

    , где

ρкор – погрешность заготовки по короблению, мм

ρсм – погрешность заготовки по смещению, мкм

   , где

Δк= 0.5– удельная кривизна заготовки, мкм/мм,

L – длина обрабатываемой поверхности, мм

ρсм = δ=1,2, где             δ допуск на заготовку

ρсмз = 1,2 мм                  мкм

ρо1 = 341х0.06 = 20,46 мкм             ρо2 = 341х0.04 = 13,64мкм

ρо3 = 341х0.02 = 6.82 мкм               ρо4 = 341х0.002 = 0.682мкм

Схема полей расположения припусков и допусков.

Статический метод определения припусков.

Таблица 2.5.2

2.5       Выбор вспомогательного, режущего и мерительного инструментов.

При разработке технологического процесса обработки детали большое значение, для повышения производительности и снижения себестоимости, имеет правильный выбор инструментов для  изготовления детали  и для контроля размеров. При выборе инструментов следует стремиться к применению стандартных инструментов, но если целесообразно, можно применять специальный, комбинированный или фасонный инструмент.

Режущий инструмент выбирают в зависимости от методов обработки, свойств обрабатываемого материала, требуемой точности и качеств поверхности.

Таблица 2.6

2.6       Подробная разработка двух операций технологического процесса.

Этот пункт делается для двух разнохарактерных операций технологического процесса таких, как токарная с ЧПУ и сверлильная. Производят расчет режимов резания аналитическим и табличным методом.

1.                Определение режимов резания на токарную операцию с ЧПУ 025 .Точить ø360 начерно с одновременной подрезкой торца, расточить ø350 начерно с подрезкой торца, расточить ø285 начерно, расточить внутреннюю поверхность на чисто точить, точить конус Δ1:3,расточить внутреннюю поверхностьø295,расточить уступ ø70.

a.               Определение глубины резания.

На черновую обработку

Ø350 t1=6 мм; ø360 t2=4,5 мм; ø285 t3=6 мм; ø70 t4=2; конус Δ1:3 t5=6.

На чистовую обработку

Ø285 t6=0.9 мм.

b.            Определение подачи.

Soчер=0.45 мм/об

Кsд=0,95 коэффициент зависящий от сечения державки резца;

Кsн=1.0 коэффициент зависящий от прочности режущей части;

Кsm=0.9 коэффициент зависящий от механических свойств обрабатываемого материала;

Ksy=0.9 коэффициент зависящий от схемы установки заготовки;

Ksφ=1.0 коэффициент зависящий от геометрических параметров резца;

Ksu=1.0 коэффициент зависящий от материала режущей части;

Ksj=0.7 коэффициент зависящий от жесткости станка;

Ksп=1.0 коэффициент зависящий от состояния поверхности заготовки;

Sо1=0.98x1x1x0.95x1x0.7x1x1x1х0.9=0.58 мм/об,

Sо2=1.13x1x1x0.95x1x0.7x1x1x1х0.9=0.67 мм/об, Sо3=0.98x1x1x0.95x1x0.7x1x1x1х0.9=0.58 мм/об,

Sо4=0.98x1x1x0.95x1x0.7x1x1x1х0.9=0.58 мм/об,

Sо5=0.4x1x1x0.95x1x0.7x1x1x1х0.9=0.77 мм/об,

Чистовая обработка

Кsд=1 Кsн=1 Кsm=1.0 Ksy=0.9 Ksφ=0.6 Ksu=1.0 Ksj=0.7 Kse=1.0

Sо6=0.45x1x1x0.85x0.6х0.8=0.18 мм/об;

c.             Определение скорости резания.

Vчерн=179 м/мн; Vполуч=179 м/мн; Vчист=487 м/мин;

Kvc=1 коэффициент зависящий от группы обрабатываемости материала;

Kvо=1 коэффициент зависящий от вида обработки;

Kvj=0.7 коэффициент зависящий от жесткости станка;

Kvm=0.8 коэффициент зависящий от механических свойств обрабатываемого материала;

Kvφ=1 коэффициент зависящий от геометрических параметров резца;

Kvt=1 коэффициент зависящий от периода стойкости режущей части;

Kvж=1 коэффициент зависящий от наличия охлаждения

Vчерн=179х1х1х0.7х0.8х1х1х1=110 м/мин

Vполуч=179х1х1х0.7х0.8х1х1х1=110 м/мин

Vчист=487х1х1х0.7х0.8х1х1х1=272 м/мин

Vкан=185 м/мин;

Kvu=0.9; Kvp=1.2; Kvm=0.8; Kvt=1.0; Kvж=1.0; Kvc=1.0; Kvot=1.2

Vкан=185x0.9x1.2x0.8x1.0x1.0x1.0x1.2=192 м/мин

Vрез= 114 м/мин

Kvu=1.0; Kvr=1.0; Kvв=1.0; Кvn=0.75

Vрез=114x1.0x1.0x1.0x0.75=131 м/мин.                  [5]

d.            Определение числа оборотов шпинделя.

 об/мин; об/мин; об/мин

 об/мин;  об/мин.

 об/мин.

Корректируем Ч.В.Ш. по паспортным данным станка.

n1=50 об/мин; n2=71 об/мин; n3=71 об/мин; n4=71 об/мин;

 n5= 355 об/мин; n6= 200 об/мин.

e.             Уточняем скорость резания по принятому числу оборотов шпинделя.

f.              Расчет минутной подачи.

Sm=Sxn

Sm1=0.55x50=29 мм/мин, Sm2=0.67x71=47.57 мм/мин,

 Sm3=0.58x71=41.18 мм/мин, Sm4=0.58x71=41.18 мм/мин,

 Sm5=0.77x355=273.35 мм/мин

g.            Определение мощности резания.

Nt=4.5 кВт

Кпи=1.1 – коэффициент зависящий от материала инструмента.

Nрез=4.5x1.1=4.95 кВт.

Nс=Nдхη=10х0.8=8 кВт

 - условия выполнимы.

Сверление

2.                Определение режимов резания на сверлильную операцию с ЧПУ 035 Сверлить последовательно 2 отверстия ø12 мм, сверлить ø25,зенкеровать.

a.               Определение глубины резания.

При сверлении t=1/2 D

На чистовую обработку

Ø25 t3=0.25 мм;

b.            Определение подачи.

Ø12мм

Soт=0.29 мм/об Vт = 21.6 м/мин  Pт  =3755 Н       Nт=1.10 кВТ

Ø25 мм

Soт=0.42 мм/об Vт = 17.6 м/мин  Pт  =10655 Н        Nт=2.5 кВТ

Зенкерование

Soт=0.9 мм/об Vт = 14.5 м/мин  Pт  =1630 Н        Nт=2.8 кВТ

Величины Частот Вращения Шпинделя

Корректируем Подачу So

So= SoтХKsm

So1=0.29х1=0.29 мм/об

So2=0,42Х1=0,42 мм/об

So3=0,9Х1=0,9 мм/об

Корректируем скорость:

V=VtxKvmxKvзxKvжxKvtzKvwxKvuxKi

V1=21,6x1x0,9х1х1х2,2х1х1,15=49.17

V2= 17,6х1х1х1х1х2,2х1х1,32=51,11

V3=14,5х1х1х1х0,85х1,2х1,15=17

Корректируем ЧВШ

Корректируем по Паспортным Данным Станка

  =1000 об/мин  =500 об/мин =200 об/мин

Значение минутной подачи Sm определяют по формуле:

Sm= So X

Sm1=0,29х1304=378 мм/мин

Sm2=0,42х651=273 мм/мин

Sm=0,9х216=194 мм/мин

С учетом П.Д.С. выбираем ближайшее имеюшееся на станке подачи Sф и Ч.В.Ш. фактическое.

Для ø12 =1000  Sф= 315

Для ø25 для сверления=500  Sф= 250  

для зенкерования=200  Sф= 160

Фактическую скорость резания определяют по формуле:

Vф= хDx ф/1000

Для ø12 V=3,14х12х1000/1000=37,7

Для ø25 V=3,14ч25ч200/1000= 39,25   и   V=3,14х25х200х1000=15,7

c.             Определение мощности резания.

Nt=4.5 кВт

Кпи=1.1 – коэффициент зависящий от материала инструмента.

Nрез=4x0,85=3,24 кВт.

 - условия выполнимы.

Литература.

[1] – «Справочник технолога машиностроителя» том 2, под редакцией Косиловой и Мещерекова М. «Машиностроение», 1986г.

[2] – «Общемашиностроительные нормативы времени для технического нормирования станочных работ» М. Машиностроение 1974г.

[3] – «Курсовое проектирование по технологии машиностроения», под редакцией А.Ф. Горбацевича, Минск Высшая школа 1975г.

[4] – «Общемашиностроительные нормативы времени и режимов резания», часть 1, М., Экономика 1990г.

[5] – «Общемашиностроительные нормативы режимов резания для технического нормирования работ на металлорежущих станках ЧПУ» часть 2, М. Экономика 1990г.

[6] – «Режимы резания металлов», справочник под редакцией Ю.В. Барановского, М, Машиностроение 1972г.

[7] – «Обработка металлов резанием» справочник технолога под редакцией А.Л. Панова, М, Машиностроение, 1988г.

[8] – Добрыднев И.С. Курсовое проектирование по предмету технология машиностроения, М Машиностроение 1985г.