Технологічний процес виготовлення деталі "Палець шнека"

ВСТУП

Машинобудування – це найважливіша галузь промисловості. Її продукція це машини різного призначення, які доставляються усім галузям народного господарства. Розвиток машинобудування – це основа техніко-економічної незалежності країни. Провідне місце в рості економіки країни належить тим галузям машинобудування, що забезпечують матеріальну основу технічного прогресу всіх галузей народного господарства. Зараз машинобудування має могутню виробничу базу і випускає більше 4-ї частини всієї промислової продукції країни.

Швидкий ріст машинобудування – важливої гілки промисловості – визначає темпи переоснащення народного господарства новою технікою і викликає необхідність подальшого вдосконалення технології машинобудування.

Однією з головних задач машинобудування являється: вивчення закономірностей протікання технологічних процесів; вплив різних параметрів на них, якими можна інтенсифікувати виробництво, підвищити його точність і якість.

Для вирішення цієї задачі значне місце займають створення та випуск високопродуктивних машин і обладнання великої потужності, застосування нової техніки і матеріалів, прогресивної технології і систематизації машин для комплексної автоматизації і механізації виробництва.

У зв’язку із цим велику увагу необхідно приділяти розробці, освоєнню і застосуванню прогресивних, високоефективних технологічних процесів, композиційних матеріалів, зниженню металоємкості виробів, економії томливо-енергетичних ресурсів, автоматизації технологічних процесів, підвищенню їх надійності та якості.

Одним із показників економічно-раціональної підготовки виробництва є скорочення термінів проведення всього підготовчого та виробничого циклів. Виконання цієї умови в значній мірі залежить від складу і кількості верстатних пристосувань, що знижують трудомісткість виготовлення продукції і підвищують її якість. Знання усіх цих закономірностей являється основною умовою раціонального проектування технологічних процесів і використання електронно-обчислювальних машин.

1. ЗАГАЛЬНИЙ РОЗДІЛ

1.1 Короткі відомості про деталь

Технічні вимоги до виготовлення деталі

Проаналізувавши робоче креслення деталі “Палец шнека”, я визначив, що:

- деталь “Палецьшнека” виготовляється на ВАТ Полтавамаш, номер заводського креслення К7-ФВП-200.04.001;

- деталь відноситься до класу валів;

- деталь по класифікатору має код 715322;

- деталь “Палец шнека” призначена для передачі крутного моменту за рахунок лисок;

- дана деталь витримує слідуючи навантаження в процесі експлуатації:

а) навантаження кручення;

б) навантаження розтягування;

- деталь являється складовою частиною циліндричного редуктора.

Аналіз технологічних умов до виготовлення деталі. Точність розмірів.

Найвищий квалітет точності має зовнішня поверхня шийок валу D=55 з квалітетом точності К6.

Точність геометричної форми: радіальне биття.

Твердість деталі: 45…50 HRC₃ , мають зуб’я.

Найнижча шорсткість поверхонь:Ra=1,6 мкм.

Ескіз деталі “Палецьшнека” з нумерацією поверхонь представлений на рисунку 1.

Характеристика поверхонь деталі “Палецьшнека” представлена в таблиці 1.

Таблиця 1

Характеристика поверхонь деталі “Палецьшнека”

Рисунок 1 – Ескіз деталі “Палецьшнека” з нумерацією поверхонь

1.2 Матеріал деталі і його хімічні та механічні властивості

Деталь “Палець шнека” виготовляється із матеріалу Сталь 40Х13ГОСТ5632-72. Сталь 40Х13 – конструкційна сталь з вмістом вуглецю 0,40 та хрому 0,13. Ця марка сталі призначена для виготовлення деталей загального машинобудування, що витримують високі навантаження. Хімічний склад сталі 40Х13ГОСТ5632-72 і механічні властивості приведені відповідно в таблиці 2 і таблиці 3.

Таблиця 2

Хімічний склад сталі 40Х13ГОСТ5632-72, у %.

Таблиця 3

Механічні властивості сталі 40Х13ГОСТ5632-72.

Обґрунтування вибору матеріалу

Деталь “Палець шнека” витримує важкі навантаження, під час експлуатації працює на скручення, розтягування, тому матеріал, з якого виготовлена ця деталь, повинен відповідати експлуатаційним вимогам, які пред’являються до цієї деталі: стійкість, довго тривалість.

Сталь 40Х13 володіє наступними властивостями: конструкційна сталь призначена для виготовлення важко навантажених деталей загального машинобудування, деталей середніх та крупних розмірів, до яких пред’являються вимоги високої поверхневої твердості та підвищеної зносостійкості. При вимозі підвищеної міцності серцевини виробу (середніх розмірів) матеріали повинні бути покращені перед закалюванням з підігрівом і т.д.

Висновок: матеріал деталі Сталь 40Х13ГОСТ5632-72 відповідає експлуатаційним вимогам, які пред’являються до цієї деталі.

1.3 Аналіз технологічності і конструкції деталі

Аналіз технологічності і конструкції деталі здійснюємо за якісною та кількісною оцінками.

Якісну оцінку проводимо в такій послідовності:

- деталь “Палецьшнека”відноситься до класу валів;

- деталь складається з поверхонь обертання (зовнішніх та внутрішніх), торцевих, фасонних та поверхонь отворів, які не потребують складної форми заготовки;

- для обробки даної деталі потрібні пристосування в невеликій кількості, ріжучий та вимірювальний інструмент.

- деталь “Палецьшнека” має відносно просту форму, міцну і жорстку конструкцію;

- усі поверхні деталі вільно доступні для обробки.

Висновок: за якісною оцінкою деталь можна вважати відносно технологічною.

Кількісну оцінку здійснюють за коефіцієнтом уніфікації, який визначається за формулою (1)

(1)

де Q_уе – кількість уніфікованих елементів конструкції деталі;

Q_ке – кількість конструктивних елементів конструкції деталі.

Кількість уніфікованих елементів конструкції деталі визначається за формулою (2)

Q_ye=Q_ке-Q_нуе (2)

де Q_нуе – кількість не уніфікованих елементів конструкції деталі.

Визначаємо кількість уніфікованих елементів конструкції деталі за робочим кресленням.

Q_уе=22

Не уніфіковані елементи – ті, які обробляються не стандартним інструментом. Q_нуе=1.

Q_уе=22-1=21

Деталь вважається технологічною, коли коефіцієнт уніфікації > 0,6.

К_у>0,6.

Висновок: так як в нашому випадку ця нерівність дотримується, К_у=0,9>0,6, то деталь “Палецьшнека” можна вважати технологічною. Здійснюємо аналіз технологічності і конструкції деталі на точність розмірів і шорсткість поверхні. Так як всі розміри не нижче 6 квалітету. Шорсткість обробляємих поверхонь не потребує оздоблювальних операцій.

Висновок: за кількісною оцінкою деталь “Палецьшнека” можна вважати технологічною.

Висновок кінцевий: на підставі якісної та кількісної оцінок деталь “Палець шнека” вважати технологічною.

палець шнек матеріал конструкція

2. ТЕХНОЛОГІЧНИЙ РОЗДІЛ

2.1 Визначення типу виробництва

Тип виробництва визначається на підставі річного об’єму випуску деталі і маси деталі, користуючись відомостями таблиці 3.1 /1, с.24/. Річний об’єм випуску деталі “Палець шнека” згідно з завданням складає N=25000 шт., а маса деталі за робочим кресленням m=2,46 кг.

На підставі відомостей таблиці 2.1 тип виробництва попередньо є крупносерійним. Після визначення типу виробництва обираємо відповідно цьому типу організаційну форму. Для крупносерійного виробництва визначається такт випуску за формулою (2.1)

(2.1)

де Ч – кількість змін на добу, Ч=1

F_д – ефективний річний фонд випуску деталей, розраховується за формулою (3.2)

F_д=(Д_к-Д_св-Д_в)ĥТ_змĥК₁ĥК₂ (2.2)

Д_к=366 днів

Д_в=98 днів

Д_св=7 днів

Т_зм – тривалість однієї зміни, 8 год.

К₁ – коефіцієнт який враховує витрати часу на ремонт обладнання, К₁=0,93

К₂ – коефіцієнт, який враховує регламентовані перерви, К₂=0,95

N – річний об’єм випуску деталей, N=25000 шт.

F_д=(366-98-7)ĥ8ĥ0,93ĥ0,95=1844,7

2.2 Вибір виду і методу одержання заготовки

Заготовка для деталі “Палецьшнека”на заводі ВАТ “Полтавамаш” одержується з круглого прокату. Для визначення раціонального методу одержання заготовки розглядаємо два варіанти одержання заготовки “Палецьшнека”

1. Прокат

2. Гаряче штампування

Розглянемо перший варіант.

Прокат виготовляють на машинобудівних заводах. Він є найпростішою формою одержання заготовок, але має певні недоліки:

1. Великі припуски на обробку, якщо вал має ступінчасту форму.

2. Багато відходів.

3. Великі витрати металу.

4. Велика трудомісткість при механічній обробці.

Переваги:

1. Простота використання.

2. Простота порізки.

3. Відносна дешевизна.

На мій погляд цей вид заготовки є не економічним, тому я пропоную отримувати заготовку методом гарячого штампування на горизонтально-ковочній машині. Цей метод дає змогу отримувати заготовку максимально наближену за формою до форми деталі, що гарантує:

1. Невеликі припуски на обробку внаслідок високої точності штампування.

2. Низьку трудоємкість при механічній обробці.

3. Крім того структура металу буде покращена за рахунок ущільнення металу, зниження металоємкості, вартість заготовки буде знижено.

Для того, щоб впевнитися у вірності моїх припущень, потрібно здійснити техніко-економічний розрахунок.

2.3 Техніко-економічне обґрунтування вибору заготовки

Техніко-економічне обґрунтування здійснюємо за двома оцінками:

1. За коефіцієнтом використання матеріалу.

2. За собівартістю заготовки.

Розглянемо заготовку за 1 варіантом.

Ескіз заготовки з прокату представлений на рисунку 2.

Рисунок 2 - Ескіз заготовки з прокату

Коефіцієнт використання матеріалу визначаємо за формулою (2.3)

,кг (2.3)

де m_д – маса деталі, кг.

m_з – маса заготовки, кг.

Маса деталі за робочим кресленням складає 2,46 кг, а маса заготовки за технологічним процесом складає 5,6 кг.

Вартість заготовки розраховуємо за формулою (2.4)

В_з1=Цĥm_з-Цĥm_в+В_пор,грн. (2.4)

де Ц – ціна 1 кг сталі 40Х13, Ц=18 грн.

Ц_в – ціна відходів, Ц_в=4,5 грн.

В_пор – вартість порізки, В_пор=0,8 грн.

В_з1=18ĥ15,6-4,5ĥ3,14+0,8=85,87 грн.

Розглянемо заготовку за другим варіантом.

Ескіз заготовки із штампування на ГКМ представлений на рисунку 3.

Рисунок 3 - Ескіз заготовки із штампування на ГКМ

Розраховуємо масу заготовки за 2 варіантом, використовуючи формулу (2.4)

; (2.5)

;

Визначаємо коефіцієнт використання матеріалу за формулою (2.3)

Вартість заготовки розраховуємо за формулою (2.6)

В_з2=Цĥm_з2-Ц_вĥm_в+ĥ1 (3.6)

В_з2=18ĥ3,63-4,5ĥ1,15+ ĥ1=61,03 грн.

Результати розрахунків приведені в таблиці 2.1

Таблиця 2.1

Порівняння варіантів заготовок

Висновок: на підставі проведених розрахунків виявлено, що варіант отримання заготовки методом штампування на ГКМ є більш економічним.

2.4 Розробка технологічного процесу

Базовий технологічний процес (маршрутний) представлений в таблиці 2.2.

Таблиця 2.2

Базовий технологічний (маршрутний) процес виготовлення деталі “Палець шнека”

Проаналізувавши заводський технологічний процес, я прийшов до висновку, що станок 16К20 можна замінити на 1Е730.

2.5 Вибір технологічного обладнання на кожну операцію техпроцесу

Таблиця 2.3

Вибір технологічного обладнання на кожну операцію техпроцесу

2.6 Вибір ріжучого і вимірювального інструменту для кожної операції техпроцесу

Таблиця 2.4

Вибір ріжучого і вимірювального інструменту для кожної операції техпроцесу

2.7 Визначення припусків і встановлення операційних розмірів і допусків на них для поверхні Æ50h6, побудова схеми розташування полів допусків і припусків

Розрахунок припусків на обробку поверхні Æ50h6 здійснюємо в такій послідовності:

1. Вихідна заготовка це штампування на ГКМ.

2. Тип виробництва – масовий.

Заготовка підлягає фрезерно-центрувальній операції. В даному типі виробництва токарну обробку вала виконують на гідро копіювальному верстаті 1Е730, заготовка встановлюється в центрах. Шліфувальна операція виконується на верстаті 3Б161.

Складаємо технологічний маршрут обробки поверхні Æ50h6

Операція 005 Токарна (чорнова обробка)

Операція 010 Токарна (чистова обробка)

Операція 015 Шліфувальна

Для того, щоб було зручно працювати необхідно технологічний процес і розрахунки занести в таблицю 2.7.

Елементи припусків R_ziTвизначаються за таблицею 3.20 /1, с. 63/

Розрахунковий мінімальний припуск на обробку при токарно-чорновій операції визначається за формулою (1)

(2.7)

де R_zi-1 – величина висоти мікро нерівностей, які залишилися після виконання попереднього технологічного переходу.

T_i-1 – глибина дефектного поверхневого шару, який залишився після виконання попереднього технологічного переходу.

r_{0 i-1} – сумарне відхилення розташування, яке виникло на попередньому технологічному переході і вимірюється в мкм.

x_yi – похибка встановлення заготовки при виконуваному переході або операції.

Для визначення елементів припуска r_ом і x_уі із формули (2.7) необхідно виконати наступні дії:

визначити відхилення розташування заготовки в залежності від закріплення деталі в мкм за формулою (2.8)

r_ом = 2DуĥL_k(2.8)

де Dу – величина питомого відхилення розташування (мкм /мм)

L_k – відстань від перерізу для якого визначається величина відхилення розташування до місця закріплення заготовки

Dу вибираємо за таблицею 3.22 /1, с. 64/

Dу = 0,12 мкм/мм

Відстань L_k перерізу для якого визначається кривизна до місця опори при розташуванні в центрах визначається із рівняння (2.9)

L_k£ 0,5 L(2.9)

де L– загальна довжина заготовки. L=245 мм.

L_k=0,5ĥ245=122,5 мм.

r_ом=2ĥ0,12ĥ122,5=29,4 мкм.

величина відхилення розташування заготовки при зацентровці r_ц визначається за формулою (2.10)

(2.10)

де d_з – допуск на діаметр базової заготовки. d_з=0,019 мм.

Сумарне відхилення розташування r₀ визначається за формулою (2.11) в мкм

(2.11)

Похибка встановлення при базуванні в центрах визначається за формулою (2.12)

x_уі = 0,25ĥd_з (3.12)

x_уі=0,25ĥ1000=250

Мінімальний припуск на обробку

Максимальний припуск на чернову обробку визначається за формулою (2.13)

2z_max = 2z_min + d_Dп – d_Dв (3.13)

2z_max=1581+1000-250=2331мкм

Розрахунок мінімального припуска на токарно-чистову обробку.

Величину остатнього сумарного розташування заготовки r_ост в мкм після виконання токарно-чорнової обробки визначаємо за формулою (2.14)

r_ост = К_уĥr_о.з. (2.14)

де К_у – коєфіціент уточнення і визначається за таблицею 3.19 /1,с. 61/

К_у = 0,06

r_ост = 0,06ĥ351,2=21,07 мкм

Розраховуємо x_у за формулою (2.15)

x_уі = К_уĥx_уі-1 (3.15)

x_уі = 0,06ĥ250=15 мкм

Мінімальний припуск на токарно-чистову обробку

Максимальний припуск на токарно-чистову обробку

2z_max =251,6+250-39=512,6 мкм =0,51 мм

Розрахунковий максимальний і мінімальний припуски на шліфування

2z_min = 2(25+25)=100 мкм =0,1 мм

2z_max =100+39-16=123 мкм =0,123мм

Таблиця 2.5

Розрахунок припусків, допусків та між операційних розмірів за технологічними операціями

Рисунок 4 – Схема полів допусків

2.8 Докладна розробка фрезерної операції технологічного процесу, з визначенням режимів обробки аналітичним методом.

Враховуючи, що необхідно досягти шорсткості R_A= 3,2 мкм.

Визначаємо швидкість різання за формулою (2.16) /4,с.285 таблиця 39, 40/

(2.16)

С_u=22,5

q=0,35

x=0,21

y=0,48

u=0,03

p=0,1

m=0,27

T=90

S_z=0,2 мм/зуб

t=3,5

B=20

z=4

D=29

K_u=0,9

Силу різання визначаємо за формулою (2.17)

(2.17)

де z – кількість зубців фрези, z=4

n – частота обертання фрези, об/хв., n=250

С_р=82

x=0,75

y=0,6

u=1

q=0,86

w=0

K_mp=1,04

кН

Визначаємо потужність різання при фрезеруванні за формулою (2.18)

(2.18)

Визначаємо ефективну потужність різання за формулою (2.19)

N_ф=N_різ´h (3.19)

h - коефіцієнт корисної дії, h=0,85

N_різ беремо з паспорта верстата

N_ф=7,5´0,85=6,37 кВт

Висновок: визначивши потужність різання та ефективну потужність різання і порівнявши їх з верстатними даними, ми дійшли висновку, що N_різ<N_ф. Отже, обробка можлива.

2.9 Розрахунок норми часу на фрезерну операцію

При масовому виробництві норма штучного часу в хв. визначається за формулою (2.20)

Т_шт=Т_о+Т_о.о.+Т_від (2.20)

де Т_о – основний технологічний час, частина штучного часу, який витрачається на досягнення основної мети даної роботи або технологічної операції.

Т_о.о. – час організаційного обслуговування верстата, частина штучного часу, який витрачається на обслуговування верстата під час роботи і після її закінчення (прибирання, змащування мастилом)

Т_від – час відпочинку, частина штучного, який витрачається при інтенсивних фізично-навантажених працях.

(2.21)

де L- довжина фрезерування, L=95 мм.

і – кількість заходів, і=1

S_м – подача, S_м=82 мм/об

Т_д=0,37 хв.

Час обслуговування робочого місця (технічного і організаційного) визначається у відсотках до оперативного часу, який в свою чергу визначається за формулою (2.22)

Т_оп=Т_о+Т_доп (3.22)

Т_оп=1,1+0,37=1,47 хв.

Т_обс.=2,5%ĥТ_оп (3.18)

Т_обс.=0,025ĥ1,47=0,036 хв.

Т_від.=4%ĥТ_оп (3.19)

Т_від.=0,04ĥ1,47=0,058 хв.

Т_шт.=1,1+0,036+0,058=1,194 хв.

ЛІТЕРАТУРА

1. Н.А. Силантьева, В.Р. Малиновский Техническое нормирование труда в машиностроении.-М.: Машиностроение, 1990, 256 с.

2. Добрыднев И.С. Курсовое проектирование по предмету “Технология машиностроения”: Учебн. пособие для техникумов по специальности “Обработка металлов резанием”. – М.: Машиностроение, 1985. 184 с.

3. В.В. Данилевский Технология машиностроения. Учебник для техникумов.– М.: Высшая школа, 1988, 415с.

4. Косилова А.Р. Справочник технолога-машиностроителя. Том 2 – М.: Высшая школа, 1986.