Страницы 1 2
Актуальность исследования: чтобы разработать технологический процесс изготовления детали «Шестерня» и спланировать организацию производства, необходимо использовать все возможности и преимущества предприятия. Также необходимо внести изменения в структуру производства и использовать наиболее выгодные и производительные технологические процессы. Новые технологии и нововведения ведут к усовершенствованию изготовления детали, которые будут приемлемы по стоимости и станут неотъемлемой частью производственного процесса. Такие решения, как правило, находят в сочетании процессов (механизированная и автоматизированная), используя непосредственно только их достоинства. Данная тема очень актуальна, так как такие автоматизированные производства станут одним из показателей быстрого изготовления детали.
Проблема исследования заключается в том, что нельзя спроектировать технологический процесс механической обработки детали «Шестерня» однозначно. Маршруты обработки могут быть разными. Важно выбрать из массы альтернативных вариантов самый оптимальный технологический процесс, с учетом имеющегося технологического потенциала и возможностей снижения технологической себестоимости изготовления детали.
Цель исследования: спроектировать участок механической обработки детали «Шестерня» с применением автоматизированного производства, при этом разработать технологический процесс изготовления детали с технико-экономическое обоснование проекта.
Объект исследования: проблема повышения эффективности машиностроительного производства за счет технологических инноваций.
Предмет исследования: план механического участка по изготовлению детали типа «Шестерня».
Гипотеза исследования: эффективность машиностроительного производства повысится, если будет спроектирован план механического участка по изготовлению детали типа «Шестерня» с применением автоматизированного производства, который бы отвечал современному технологическому потенциалу предприятия.
Задачи исследования:
- Описать деталь типа «Шестерня», ее служебное назначение и условия ее работы в сборочной единице.
- Произвести анализ технологичности детали.
- Обосновать выбор метода получения заготовки.
- Рассчитать припуски аналитическим методом.
- Составить технологический процесс обработки детали и выполнить расчет режимов резания и норм времени на операции.
- Спроектировать и рассчитать специальное приспособление для токарной операции.
- Спроектировать режущий инструмент для обработки детали.
- Спроектировать измерительный инструмент для контроля параметров детали.
- Разработать управляющую программу обработки детали «Шестерня».
- Обосновать номенклатуры анализируемого объекта (цеха, участка), определить потребность технологического оборудования, рассчитать количество рабочих, определить потребность в основных материалах, спланировать фонд заработной платы, рассчитать себестоимость проектируемого объекта, рентабельность, прибыли и срок окупаемости.
- Определить площадь участка и спроектировать участок (цех).
Методы исследования:
- анализ геометрической формы детали и ее технологичности;
- изучение ее служебного назначения и условий работы;
- расчеты припусков, режимов резания, норм времени на операции;
- расчет режущего инструмента;
- расчет измерительного инструмента;
- расчет специального приспособления;
- расчет потребности технологического оборудования;
- расчет количества рабочих на участке (цехе);
- определение потребности основных материалов;
- планирование фонда заработной платы;
- планирование себестоимости, цены, прибыли и рентабельности
- расчет площади участка (цеха).
Практическая значимость исследования: заключается в том, что спроектированный план участка по обработке детали типа «Шестерня» может быть реализован на любом машиностроительном предприятии, так как он обеспечивает необходимым требованиям при невысокой технологической себестоимости.
Структура работы: соответствует логике исследования и включает в себя введение, главу 1 теоретическая, глава 2 практическая, графическую часть, заключение, список использованных источников, приложения (МК, КЭ, производственная санитария и техника безопасности на предприятии, обоснование технико-экономических показателей участка, обоснование режимов резания и норм времени).
ГЛАВА 1 АНАЛИЗ БАЗОВОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛИ «ШЕСТЕРНЯ»
1.1 Описание оборудования для проектируемого технологического процесса
Оборудования является одной из важнейших задач при разработке технологического процесса механической обработки заготовки. От правильности его выбора зависит производительность изготовления детали, экономичное использование производственных площадей, механизации и автоматизации ручного труда, электроэнергии и в итоге себестоимости изделия. [19,с.151].
Все элементарные поверхности детали (рисунок 3) можно разделить на следующие группы:
- Наружные цилиндрические: 2,4,6,8,10,12;
- Внутренние цилиндрические: 14,15,16;
- Сложнофасонные поверхности: 17,18;
- Торцевые: 1,3,5,7,9,11,13.
Для обработки элементарных поверхностей детали применяют методы точения поверхностей тел вращения, сверление отверстий, фрезерование сложного контура.
Технологические возможности этих методов, вполне соответствуют требованиям по точности и качеству поверхностного слоя. При выборе конкретных моделей оборудования руководствуемся следующими условиями:
- возможность обеспечить заданные режимы резания или режимы, близкие к ним;
- возможность обработки детали на данном станке (т.е. возможность установки детали в приспособление станка, достаточная мощность двигателя станка, достаточное количество инструментов, устанавливаемых на станке и т.д.).
Тип и модели оборудования выбираем по справочным данным. Для токарной и зубофрезерной обработки применяем токарно-обрабатывающий центр 1715С. Протягивание шлиц на протяжном станке модели 7512. Окончательную обработку наружных поверхностей производи на кругло-шлифовальном станке модели 3М151, доводку зубьев на зубошлифовальном станке модели 5831.
Станок 1715C принадлежит к группе токарные обрабатывающие центры. Токарный обрабатывающий центр с ЧПУ предназначен для комплексной обработки деталей типа тел вращения с выполнением наружного точения, растачивания, сверления, развертывания отверстий, нарезания резьб в отверстиях, фрезерования, шлицевой и зубофрезерной обработки [27].
Таблица 1
Технические характеристики 1715C
| Параметр | Значение |
| max диам. устанавливаемой детали, мм | 300 |
| max диам. обработки над суппортом, мм | 210 |
| Диаметр отверстия в шпинделе, мм | 56 |
| max момент на шпинделе, кН/м | 0,1 |
| max усилие резания Pz, кН | 1,38 |
| max вес детали, устанавливаемой на станке в центрах, кг | 300 |
| Шероховатость образцов, мкм | 0,63 |
| max частота вращения шпинделя, об/мин | 4500 |
Опциональные расширения или исполнения:
- Прутковый магазин (L=1200 мм)
- Цанговый патрон с набором цанг
- Опоры клиновые
- Центр вращающийся в пиноль задней бабки
- Исполнение: ТОЦ с дополнительной осью «Y»
- Исполнение: ТОЦ с противошпинделем
- Исполнение: токарный вариант с 12 — ти позиционной револьверной головкой, без привода
- ращения инструмента
- Комплект инструментальных блоков по согласованию с Заказчиком
- УЧПУ и комплектные привода фирм: SIEMENS, FANUC, FAGOR, HEIDENHAIN.
Рисунок 1 – Токарный обрабатывающий центр 1715С
1.2 Служебное назначение, условие работы детали
Деталь представляет собой ступенчатую втулку, имеющую шлицы на внутреннем диаметре детали длинной 20мм и зубья на наибольшем наружном диаметре, оба профиля детали являются рабочие.
Шестерня устанавливается в узле по поверхности Ø16мм и по шлицам и зацепления зубьев по наружному диаметру. Данная поверхность является конструкторской базой детали.
К перечисленным поверхностям детали предъявляются не высокие требования по точности обработки (12-14 квалитет точности), шероховатости Rа=3,2 мкм, точности взаимного расположения поверхностей.
Рабочей поверхностью «Шестерни» является поверхность Ø16мм с шлицами, Ø48,5 с зубьями и 2 торца, поэтому к ним также предъявляются высокие требования по точности обработки, радиальное биение не более 0,02 мм и перпендикулярность торца относительно диаметра 0,03мм.
Поверхности детали имеют достаточно простую геометрическую форму. Это позволяет использовать их в качестве технологических баз при изготовлении детали на завершающей стадии обработки [10, с.104].
Большее число поверхностей на чертеже имеют шероховатость Rа3,2. Технологичность конструкции улучшается за счет следующих факторов: отсутствуют глухие отверстия, в конструкцию введены унифицированные элементы (радиусы перехода, фаски).
При обработке детали предполагается обеспечить заданные параметры взаимного биения обработкой диаметральной поверхности в одной операции. Параметры взаимного биения обеспечиваются обработкой поверхностей в одной операции и, при необходимости, использованием оснастки повышенной точности.
Для деталей, подвергаемых механообработке, в основу квалификации положены конструктивные признаки и сходство деталей по функциональному назначению, предопределяющее сходство технологических процессов их изготовления.
Данная деталь изготавливается из штамповки с последующей обработкой резанием. Деталь, «Шестерня», служит для передачи крутящего момента от основного вала. Наиболее точными поверхностями являются Ø20-0,0015мм, Ø25±0,0065 мм, торец 3,5мм, торец 13,2 и зубья шестерни. Самая точная поверхность – 2 диаметр, выполненный по 1 квалитету (3D модель смотреть рисунок 2).
Анализ рабочего чертежа детали показал, что чертеж выполнен согласно стандартам ГОСТа. Габаритные размеры детали: штамповка Ф54ммх80мм. Все размеры, отклонения, допуски, шероховатости поверхностей, технические требования, необходимые для изготовления данной детали, проставлены. Также на рабочем чертеже присутствует достаточное количество видов (1). Из чертежа видно, что самыми точными и менее технологичными поверхностями являются рабочие поверхности шестерни. Эти поверхности имеют шероховатость 0,63; а также 6 и 1 квалитеты точности соответственно.
Рисунок 2 – 3D модель детали «Шестерня»
В качестве материала конструктор заложил сталь 12Х2Н4А ГОСТ 4543-2016 — сталь конструкционная легированная, хромоникелевая, предназначена для изготовления различных деталей: шестерней, валов, червяков, кулачков муфт и другие, химический состав [30] представлен в таблице 2.
Таблица 2
Химический состав, % (ГОСТ 4543-2016)
| С | Si | Mn | Ni | S | P | Cr |
| до 0,12 | до 0,8 | до 2 | 8-10 | до 0,02 | до 0,035 | 17-19 |
Таблица 3
Механические свойства при Т=20oС материала 12Х2Н4А (ГОСТ 4543-2016)
| Сортамент | Размер | Напр. | σв | σТ | δ5 | ψ | KCU | Термообр. |
| — | мм | — | МПа | МПа | % | % | кДж/м2 | — |
| Пруток, ГОСТ 4543-2016 | Ø 75 | 1130 | 930 | 10 | 50 | 880 | Закалка и отпуск |
1.3 Анализ технологичности детали
Деталь имеет достаточно простую форму основных элементов, что позволяет применять высокопроизводительные методы получения заготовок и универсальное оборудование, режущие инструменты и оснастку при ее механической обработке.
Наиболее целесообразна такая постановка размеров, которая предусматривает совмещение конструкторских и технологических баз. Это исключает ошибки базирования, а также пересчет размеров и связанное с ним ужесточение допусков на составляющие звенья. Таким образом, порядок постановки размеров должен обеспечить их непосредственное получение и измерение. В данном случае обеспечивается технологическая простановка размеров. Простановка координирующих размеров обеспечивает удобство измерения [17, c.78].
По изготовлению деталь является технологичной и не требует специальной оснастки, однако необходим специальный режущий инструмент в виде протяжки шлицевой.
В целом простая форма поверхностей детали позволяет применять стандартные мерительные инструменты при контроле геометрических параметров детали (рисунок 3).
По контроле-пригодности деталь технологична.
Все вышеперечисленное позволяет сделать вывод, что в целом деталь технологична.
Рисунок 3 – Технологический чертеж детали «Шестерня»
1.4 Выбор, проектирование и расчет проектируемой заготовки
Анализ чертежа детали, тип производства позволяют установить вид, способ получения заготовки и точностные характеристики заготовки.
Деталь изготавливается из материала сталь 12Х2Н4А ГОСТ 4546-2016 и более целесообразным методом получения заготовки является ГКМ, но для сравнения рассмотрим получение заготовки — из проката.
Прокат — заготовки из проката используют в тех случаях, когда форма детали наиболее близко соответствует форме какого-либо сотового материала, нет значительной разницы в поперечных сечениях детали и можно для получения окончательной ее формы избежать снятия большого количества металла, а также для получения поковок и штампованных заготовок [7].
Изготовляемые из проката детали, за исключением валов, имеют сравнительно небольшие размеры.
На горизонтально ковочных машинах можно штамповать детали определенной конфигурации [7].
Штамповка на ГКМ имеет следующие преимущества:
- можно легко штамповать детали, которые на другом оборудовании рационально изготовить нельзя;
- достигается экономия металла, так как штамповка производится преимущественно в закрытых штампах, а штамповочные уклоны в ряде случаев отсутствуют;
- макроструктура поковок получается благоприятной и обеспечивает высокое качество деталей;
- возможно применение вставок для ручьев, чем экономится штамповочная сталь;
- работа на ГКМ легко автоматизируется.
К недостаткам штамповки на ГКМ относятся:
- меньшая универсальность по сравнению с молотами и прессами. Номенклатура поковок резко ограниченна;
- низкая стойкость штампов, которая объясняется рядом причин. Штамп закрытый, поэтому возникают перегрузки в полости ручья;
- необходимость очистки нагретого прутка от окалины, так как деформирование происходит за один ход, и вся окалина будет заштампована.
Сравнивая оба варианта получения заготовки, выбираем наиболее экономически выгодный:
I вариант – заготовка, получаемая на горизонтально — ковочных машинах (ГКМ).
Рисунок 4 – заготовка детали «Шестерня» полученная на ГКМ
II вариант – прокат.
Рисунок 5 – заготовка детали «Шестерня», полученная из проката
Стоимость заготовок, получаемых методом ГКМ можно с достаточной точностью определить по формуле [7]:
Sз= ×Gз×kт×kс×kв×kм×kп-( Gз— Gд)× , (1)
где Sз — стоимость получения заготовки;
С – базовая стоимость 1 килограмма заготовки ГКМ С=900 руб;
С – базовая стоимость 1 килограмма заготовки прокат С=79 руб.
Gз — вес ( масса ) заготовки, поступающей в механический цех
GI=0,71 кг, GII=0,67 кг;
Для ГКМ:
kт – коэффициент, зависящий от класса точности заготовки kт=1,05 для 1 кл.тчн. по ОСТ 1.41187-78;
kс – коэффициент, учитывающий группу сложности kс=0,7 [7];
kв — коэффициент, учитывающий вес заготовки kв=1,5 [7];
kм — коэффициент, учитывающий марку материала kм=1,1;
kп – коэффициент, учитывающий объем производства заготовок kп=1.0 [7];
для проката:
kт – коэффициент, зависящий от класса точности заготовки kт=1,03;
kс – коэффициент, учитывающий группу сложности kс=0,87;
kв — коэффициент, учитывающий вес заготовки kв=1,07;
kм — коэффициент, учитывающий марку материала kм=2,2;
kп – коэффициент, учитывающий объем производства заготовок kп=0,77;
Gд – вес ( масса ) готовой детали Gгд=0,264 кг;
Sотх. — цена 1 килограмма отходов Sотх.= 5 руб./кг для штамповки.
Sотх. — цена 1 килограмма отходов Sотх.= 3 руб./кг для проката.
SIГКМ=900·0,802•1,05•0,7•1,5•1,1•1,0-(0,802-0,264)•5= 841,53руб.
SIIПР=79•1,48•1,03•0,87•1,07•2,2•0,77-(1,48-0,264)•3,0 =114,14руб.
Таблица 4
Результаты расчета стоимости заготовки
| Показатели | Ед-ца измер. | I вариант–ГКМ | II вариант – прокат |
| Материал заготовки | — | Сталь 12Х2Н4А | Сталь 12Х2Н4А |
| Gз | кг | 0,802 | 1,48 |
| Gгд | кг | 0,264 | 0,264 |
| Экономия мат-ла на одну заготовку | кг | 1,48-0,802= 0,678 | |
| Экономия мат-ла на годовую партию | кг | 0,678•1200=813,6 | |
| КИЗ | — | 0,33 | 0,18 |
| S | руб. | 841,53 | 114,14 |
| Экономия на одну заготовку | руб. | 841,83-114,14=727,39 | |
| Экономия на годовую партию | руб. | 727,39•1200=872868 | |
Согласно проведенному анализу: стоимость заготовки, получаемой на ГКМ больше, чем стоимость заготовки, получаемой методом проката, однако заготовка на ГКМ в среднесерийном производстве имеет больше преимуществ, чем прокат. Целесообразно выбрать I вариант.
1.5 Определение методов обработки поверхностей
Для выбора способа обработки поверхностей применяют табличный, расчетный и таблично – расчетный методы [18, с.69].
Общее уточнение по каждой поверхности может быть обеспечено различными методами их обработки.
При выборе методов обработки руководствуемся рекомендациями, согласно которым возможно большее количество поверхностей желательно обрабатывать одним способом. Это позволяет совместить наибольшее число переходов во времени, уменьшить количество операций, сократить трудоемкость, цикл и себестоимость обработки [10, с.98].
Приведем расчет общих уточнений для некоторых поверхностей детали. Выбранные методы обработки указанных поверхностей и величины уточнений заносим в таблицу 5.
Таблица 5
Расчет уточнений и методов обработки поверхностей
| № поверхности | Допуск, мм | Уточнение ε общ | Уточнение по операциям | Методы обработки (с указанием межоперационных допусков Т и достигнутой шероховатости Ra) | |
| детали | заготовки | ||||
| 4 | 0,018 | 3,2 | 1. Черновое обтачивание 12кв.: мм; мкм. 2. Чистовое обтачивание 7кв.: мм; мкм.
| ||
1.6 Определения расчета припусков аналитическим методом
Выполняя расчет припусков и операционных размеров результаты сводим в таблицу 6.
Расчет промежуточных размеров для выполнения каждого перехода устанавливаем (таблица 6) из условия выбора переходов — маршрут обработки детали типа «Шестерня»:
а) черновое точение;
б) чистовое точение.
Вся указанная обработка выполняется в 3х кулачковом пневматическом патроне.
Заносим маршрут обработки в графу 1 таблицы 6.
Данные для заполнения граф 2,3 для штамповки взяты из [20, с.192].
Расчет минимальных припусков на Ø48,5мм размер для каждого перехода производится по следующим формулам:
черновое обтачивание: 2Zmin = 2(240+250+500)=1980 мкм;
чистовое обтачивание: 2Zmin = 2(50+50+30)=260 мкм.
Расчетные значения припусков заносим в графу 6 таблицы 6.
Расчет наименьших предельных расчетных размеров по технологическим переходам производим, складывая значения наименьших предельных размеров, соответствующих предшествующему технологическому переходу, с величиной припуска на выполняемый переход:
Ø48,36мм+0,26=48,62мм,
Ø48,62мм+1,98=50,6мм,
Наименьшие расчетные размеры заносим в графу 7 таблицы 6. Наименьшие предельные размеры (округленные) заносим в графу 9 таблицы 6.
Расчет наибольших расчетных размеров по технологическим переходам производится:
Ø48,36мм+0,14=48,5 мм,
Ø48,5мм+0,72=49,22 мм,
Ø49,22мм+1,5=50,72мм,
Полученные данные заносим в графу 10 таблицы 6.
Таблица 6
Результаты расчета припусков на обработку поверхности 6 Ø
| Маршрут обработки поверхности 6 Ø48,5мм | Элементы припуска, мкм | Расчетные величины | Допуск на выполненый размер | Принятые (округл) размеры заготовки по переходам., мм. | |||||
| R2 | T | при-пуск zi, мкм | Min ø | наименьший | Наибольший | ||||
| штамповка | 240 | 250 | 500 | — | — | 50,6 | 1500 | 50,6 | 50,72 |
| точение черновое | 50 | 50 | 30 | 0 | 1980 | 48,62 | 720 | 48,6 | 49,22 |
| точение чистовое | 25 | 25 | 1,2 | 0 | 260 | 48,36 | 140 | 48,36 | 48,5 |
В данной главе был проанализирован базовый технологический процесс изготовления детали, предложено оборудование для обработки наружных цилиндрических поверхностей, сложнофасонных, которое заменит универсальное базовое оборудование, был произведен анализ детали, ее служебное назначение, определена заготовка для изготовления детали, произведен метод обработки поверхностей и рассчитаны припуски на обработку поверхности детали. Данные расчеты помогают мне перейти ко второй практической главе дипломного проекта.
Страницы 1 2