Разработка технологического процесса изготовления детали Гайка ходовая Часть 2

1 2

---

2.Технологическии раздел

 

— назначаю специальное покрытие — Хим. Окс. прп.;

— регламентирую неуказанные допуски на размеры по H14, h14, IT/2;

— назначаю требование на ошибку шага резьбы в пределах одного витка и на всей длине резьбы не более 0,01 мм;

— регламентирую отклонение от параллельности боковых стенок пазов относительно оси центрального отверстия, база Ж;

— регламентирую отклонение от перпендикулярности фланцев и биения внутреннего отверстия оси посадочного отверстия, база Д.

Для проведения анализа обработки разобьем деталь на элементарные поверхности, данное разбиение представлено на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 — Поверхности на детали

Для каждой поверхности на чертеже детали задан размер и его поле допуска, а так же чистота обработки данной поверхности. Согласно этим данным и литературе [3], назначим технологические переходы для их обработки и приведем их в таблице 2.5.

Таблица 2.5 – Методы обработки поверхностей

Согласно данному анализу поверхность резьбы придется нарезать и потом обработать резьбошлифованием, для получения заданной чистоты.

 

2.4 Выбор заготовки и его обоснование

Материалом деталей является сталь 20Х ГОСТ 4543-71. Сталь 20Х обладает высокой прочностью, износостойкостью, при полной прокаливаемости имеет хорошие механические свойства, особенно сопротивляемость хрупкому разрушению.

Выбор технологического процесса получения заготовки и метода её формообразования определяется следующими факторами:

— технологическими свойствами материала;

— конструктивными формами и размерами детали;

— условиями работы детали;

— объемом программы выпуска.

В условиях средне- и крупносерийного производства возможно изготовление заготовок различными способами. Рассмотрим наиболее распространенные из них.

Заготовка из проката

Коэффициент использования материала из круглого проката:

kим = ,

где  q – масса детали, кг;

Q  – масса заготовки, кг.

kим =  =0,52

Стоимость заготовки, полученной прокатом, рассчитывается по формуле:

Sзаг=M+ΣCо.з.,

где  M – затраты на материал заготовки, руб.;

ΣCо.з. – технологическая себестоимость операций правки, калибрования  прутков, разрезки их на штучные заготовки,

Со.з. =  ,

где  Cп.з. – приведенные затраты на рабочем месте;

 Tшт.(ш·к) – штучно-калькуляционное   время    выполнения заготовительной операции (правки, калибрования, резки и другое).

Затраты на материал, в свою очередь, рассчитываем по формуле:

М = Q·S-(Q—q)· ,

где  Q – масса заготовки, кг;

 S – цена 1 кг материала заготовки, кг;

 q – масса готовой детали, кг;

Sотх – цена 1 т отходов, руб.

В качестве поставляемого материала примем прокат «Пруток круглый» по цене 40 руб./кг.  Производим правку и отрезку:

ΣCо.з.=Cо.з.1+Cо.з.2.,

Стоимость заготовки:

Sзаг = Q·S-(Q-q)· +

Поскольку данный метод расчета себестоимости является приблизительным, то считаем, что при одном и другом способе масса отходов будет одинакова. Тогда в обоих расчетах при сравнении можно не учитывать постоянное слагаемое

(Q—q)·

По [9, с. 30] находим, что Cп.з.1=175 руб./ч, Cо.з.2=210 руб./ч, примем Tшт1=3,5 мин и Tшт2=2,8 мин.

В результате получим:

Sзаг = (40·50) – (5,0-2,6)· = 187 руб./шт.

2. Получение заготовки методом горячей объемной штамповки

Этот метод отличается высокой производительностью, хорошей структурой при производстве из стали (зерна меньше и имеют приплюснутую форму), что хорошо влияет на механические свойства. Также к достоинствам этого метода можно отнести относительно небольшие припуски на механическую обработку и меньшие штамповочные уклоны. Качество заготовки сопоставимо с качеством литой заготовки в кокиль, но штамповочное оборудование дешевле. Использование закрытого штампа уменьшает количество используемого металла, благодаря точной его дозировки, что благоприятно сказывается на коэффициенте использования металла и уменьшению неизбежного облоя при штамповке, что соответственно ведет к удешевлению заготовки.

Вид получения заготовки  – поковка. Материал заготовки Сталь 20Х ГОСТ 4543-2016. Масса заготовки 4,6 кг. Центральное отверстие в поковке получить не возможно, для его прошивки необходимо соблюдение следующего условия отношение диаметра к длине у отверстия примерно равны 1, а в нашем случае  длина заготовки 80мм а диаметр центрального отверстия с учетом припуска на дальнейшую обработку 30мм, следовательно, полученное отношение размеров значительно меньше требуемого. На поковке можно получить только предварительные углубления под центральное отверстие, небольшого размера.

Проведем экономический расчет стоимости заготовки [4, стр. 31]:

(2.7)

где Сi – базовая стоимость 1 т. заготовки, руб.;

kT – коэффициент, зависящий от класса точности заготовки;

kС – коэффициент, зависящий от группы сложности заготовки;

kВ – коэффициент, зависящий от массы заготовки;

kМ – коэффициент, зависящий от марки материала заготовки;

kП – коэффициент, зависящий от объема производства заготовки;

Q – масса заготовки, кг;

q – масса готовой детали, кг;

SОТХ – цена 1 т отходов, руб.

В зависимости от масштаба производства и способа производства выбирается класс точности заготовки. Согласно [4, таблица 19, стр. 28] класс точности заготовки – Т4.

Расчёт стоимости заготовки полученной на ГКМ:

Q – масса заготовки полученной на ГКМ.

Кт, Кс, Кв, Км, Кп – коэффициенты зависящие от класса точности и группы сложности, массы, марки материала и объёма производства.

Кт =1,05; Кс =0,84; Кв =0,87; Км =1,1; Кп =1,1;

Qш = q Kp стоимость килограмма поковки класса точности Т4 – 130руб (примерна по данным ПАО ЧАЗ)

где, Кр – расчётный коэффициент устанавливаемый в соответствии с характеристикой детали по ГОСТ 7505-89, Кр = 1,5

Sзаг = ((130∙4,6∙1,05∙0,84∙0,87∙1,1∙1,1) — (4,6 – 2,6) ∙(8000/1000) = 586 руб.

Коэффициент использования материала.

Ки.м. = 2,6 / 4,6 = 0,565

Исходя из данных расчетов остановим свой выбор на прокате так как его стоимость в три раза ниже, а коэффициенты использования материала почти равны.

 

2.5 Выбор технологических баз

Заготовка получается из прутка, на которой есть припуск под механообработку.  Для изготовления детали используют фрезерные, токарные, сверлильные и шлифовальные операции.

Так как на детали есть несколько участков, обработка которых нетехнологична: обработки внутренней резьбы достаточно сложной формы (заход и выход), расположенной на радиусных поверхностях, то придется все это отразить в технологическом процессе.

В связи с этим базирование детали при обработке на токарных операциях будет следующим: – по плоскости с упором в торец и зажимом. Схемы базирования на первой токарной, фрезерной, сверлильной и шлифовальной операциях приведены на рисунках 2.2 — 2.5.

После получения заготовки деталь базируется на первой токарной операции по упору в торец – опорная база и по диаметральной поверхности большей, чем 0,8×Ø D, что лишает деталь четырех степеней свободы – двойная направляющая база.

Рисунок 2.2 – Схема базирования на первой токарной  операции

На последующих токарных операциях деталь зажимают за небольшую длину диаметральной поверхности (<0,8×Ø D), что лишает ее двух степеней свободы – направляющая база; упирают в проточку в кулачках торцом детали – установочная база, три степени свободы. Последней шестой степени деталь лишается за счет сил трения, возникающих в местах приложения силы зажима трехкулачковым патроном.

 

а) б)

в)

Рисунок 2.3 а,б,в – Схема базирования на последующих токарных операциях

На первой фрезерной операции деталь устанавливают по длинной диаметральной поверхности диаметром 80 мм, это двойная направляющая база, лишающая деталь 4-х степеней свободы. Деталь упирают торцовой поверхностью, это упорная база – одна степень свободы; придают нужное угловое положение, путем ввода в отверстие диаметром 6мм, срезанного пальца, это так же является упорной базовой поверхностью лишающей деталь одной степени свободы.

Рисунок 2.4 – Схема базирования на фрезерной  операции

Для двух  фрезерных операций базирование проходит по одному и тому же принципу.  Деталь устанавливают по наружной диаметральной поверхности на опору, что лишает ее двух степеней свободы – направляющая база, упирая торцом в ограничитель приспособления, что лишает деталь еще трех степеней свободы – опорная база. Также для ориентации детали в пространстве, вводят палец-ограничитель в отверстие на торце детали, что лишает ее последней шестой степени свободы – упорная база. Это отверстие служит конструкторской базовой поверхностью для обработки других резьбовых поверхностей и расположения заводных пазов во внутреннюю часть детали. Конструктор изделия обозначил ее буквой Ж.

Рисунок 2.5 – Схема базирования на фрезерных  операциях

Установка на шлифовальной операции аналогична установке на токарной операции по нарезанию резьбы и приведена на рисунке 2.6.

 

Рисунок 2.6 – Схема базирования на шлифовальной операции

 

 

 

 

2.6 Разработка последовательности обработки и составление маршрута обработки

Маршрут обработки (таблица 2.6) составляем с точки зрения обеспечения заданного качества и производительности обработки комплексной детали.

Таблица 2.6 — Маршрут обработки детали

 

2.7 Аналитический расчёт припусков

Припуск — слой материала, удаляемый с поверхности заготовки в целях достижения заданных свойств обрабатываемой поверхности детали.

Припуск на обработку поверхностей детали может быть назначен по соответствующим справочным таблицам, ГОСТам или на основе расчетно-аналитического метода определения припусков.

Аналитический расчет припусков на наружную поверхность диаметра Ø90-0,35

Данная поверхность является базовой поверхностью при обработке внутренней резьбы. Поверхность обрабатывается на токарных операциях. Токарные операции производим на токарно-фрезерном станке с ЧПУ Hardinge Talent 8/52. При черновом и чистовом точении выполняем установку детали в самоцентрирующий трехкулачковый патрон.

Расчетный припуск определяем по формуле [6, с. 62]:

где   Rz — шероховатость поверхности, мкм;

Т — глубина дефектного слоя поверхности, мкм;

— суммарное значение пространственных отклонений, мкм;

— погрешность установки, мкм.

По [6, таблица 4.3] определяем качество поверхности заготовки: при диаметре 80… 150 мм Rz = 200 мкм; T= 300 мкм.

Качество поверхностей заготовки после различных технологических переходов определяем по   [6, с. 64].

Для заготовок из сортового проката и принятого способа закрепления суммарное значение пространственных отклонений , мкм, определяется по формуле  [6, с. 69]:

,

где  — допуск на наружный диаметр заготовки, = 2300 мкм.

мкм.

На каждом последующем переходе остаточные значения , мкм, определяем по формуле  [6, с. 73]:

,

где — коэффициент уточнения формы, находим по рекомендациям [6, с. 73];

– суммарное значение пространственных отклонений, мкм.

Находим значения коробления на переходах:

— после чернового обтачивания:

— после получистового обтачивания: .

Погрешность установки определяем по формуле:

,

где  — погрешность базирования,  = 0, поскольку использован патрон самоцентрирующий [20, с. 46, таблица 18];

— погрешность закрепления, [5, таблица 4.10],  = 80;

— погрешность  приспособления, в соответствии с рекомендациями [3, с.40] в данном расчете не учитывается;  = 0.

На основании найденных значений вычисляем припуск по переходам:

— после чернового обтачивания:

мкм

— после получистового обтачивания:

мкм

Расчетный размер dP на каждом переходе рассчитываем как сумму размера на последующей операции и соответствующего расчетного припуска. Таким образом, расчеты ведем от размера диаметр  , то есть снизу вверх по таблице.

Допуски на операции определяем по [20, таблица 4] для соответствующих видов обработки.

Наименьший предельный размер определяем для каждого технологического перехода, округляя расчетные размеры увеличением их значений. Округление производим до того же знака десятичной дроби, с каким дан допуск на размер для каждого перехода. Наибольшие предельные размеры dmax вычисляем прибавлением допуска к округленному наименьшему предельному размеру.

Результаты произведенных расчетов сведены в таблицу 2.7.

Производим проверки расчетов по формулам  [6, с. 86]:

,

где и — предельные значения припусков максимальные и минимальные соответственно на i-й операции, мкм;

и — допуски на операции предыдущую и выполняемую операции соответственно, мкм.

Данные для расчета берем из таблицы 2.7.

Таблица 2.7 – Расчет припусков и предельных размеров по технологическим переходам на  обработку поверхности диаметра  гайки ходовой

 

Производим проверки расчетов

;

мкм.

;

мкм.

Данные проверки выполняются, что подтверждает правильность расчетов. По найденным значениям строим схему расположения припусков (рисунок 2.7).

 

Рисунок 2.7. – Схема расположения припусков и допусков на обработку наружной поверхности  гайки ходовой

 

2.8 Разработка операционного технологического процесса механической обработки

Весь технологический процесс представлен в приложении к данному проекту.

Рассмотрим его по операциям:

— операции 005 – заготовительная операция (рисунок 2.9);

Рисунок 2.9 – Заготовка, получаемая на заготовительной операции

 

— операция 010– токарная предварительная (рисунок 2.10) на Токарном станке СТ16К20. Обрабатывается базовая поверхность детали под последующие токарные операции. Применяемая СОЖ на операции 3-5%-ная эмульсия из BLASOCUT 2000 (3…5%);

Рисунок 2.10 – Заготовка, получаемая на 010 токарной операции

 

— операции 015–020 токарная (рисунки 2.11 и 2.12) на Токарном обрабатывающем центре Hardinge CONCUEST  SV150. Обрабатывается деталь по контуру внутренние поверхности детали, производится несколько сверлений в торец. Применяемая СОЖ на операции 3-5%-ная эмульсия из BLASOCUT 2000 (3…5%);

Рисунок 2.11 – Заготовка, получаемая на 015 токарной операции

Рисунок 2.12 – Заготовка, получаемая на 020 токарной операции

Обработка на 020 операции включает в себя применение осевого приводного инструмента для обработки отверстия диаметром 6,6мм, имеющего глубину превышающую его диаметр более чем в 10 раз, следовательно, и для его обработки применяется цикл глубинного сверления на станке сЧПУ;

— операция 025 токарная (рисунок 2.13) на Токарном обрабатывающем центре Hardinge CONCUEST  SV150. Обрабатывается внутренняя резьба в детали. Применяемая СОЖ на операции 3-5%-ная эмульсия из BLASOCUT 2000 (3…5%);

Рисунок 2.13 – Заготовка, получаемая на 025 токарной операции

— операция 030 – фрезерная (рисунок 2.14) на Широкоуниверсальном фрезерном станке с ЧПУ Chiron FZ08. Обрабатывается лыска на диаметральной поверхности детали. Применяемая СОЖ на операции 3-5%-ная эмульсия из BLASOCUT 2000 (3…5%);

Рисунок 2.14 – Заготовка, получаемая на 030 фрезерной операции

— операция 035 – фрезерная (рисунок 2.15)  на Широкоуниверсальном фрезерном станке с ЧПУ Chiron FZ08. Обрабатывается паз и заход резьбы на торцовой поверхности детали; Применяемая СОЖ на операции 3-5%-ная эмульсия из BLASOCUT 2000 (3…5%);

Рисунок 2.15 – Заготовка, получаемая на 035 фрезерной операции

— операция 040 – фрезерная (рисунок 2.16) на Широкоуниверсальном фрезерном станке с ЧПУ Chiron FZ08. Обрабатывается паз и заход резьбы на второй торцовой поверхности детали. Применяемая СОЖ на операции 3-5%-ная эмульсия из BLASOCUT 2000 (3…5%);

Рисунок 2.16 – Заготовка, получаемая на 040 фрезерной операции

 

— операция 055 – шлифовальная (рисунок 2.17)  на Резьбошлифовальном 3К228В делаем окончательную обработку внутренней резьбы. 5-10%-ный раствор полусинтетический СОЖ Аквол-11 по ТУ 38-40146-77.

Рисунок 2.17 – Заготовка, получаемая на 055 резьбошлифовальной

операции

Выбор методов и средств технического контроля качества деталей

Технический контроль качества изготовления деталей осуществляется пооперационно. Контроль исполнительных размеров выполняется непосредственно на оборудовании.

На фрезерных, токарных операциях применяется универсальное измерительное средство – штангенциркуль ШЦ 160-0.05.

Для контроля более точных исполнительных размеров получаемых на операции шлифования используют – нутромер 50-100 ГОСТ 9244-75.

При токарной обработке и сверлильной так же используют специальные мерители Калибры скоба и пробка. Так же профиль поверхности после чистовой токарной и шлифовальной обработок контролируют специальными шаблонами.

Для контроля размеров радиусных скруглений кромок применяют  «Набор  шаблонов радиусных». Так же для контроля шероховатостей  применяют «Эталон шероховатостей» и проводят контрольное измерение профилометром.

В технологическом процессе введена также специальная контрольная операция, которая осуществляется не на металлорежущем оборудовании, используемом в технологии изготовления, а на измерительном контрольном столе, инструменты используют те же.

Выбор межоперационных транспортных средств

Масса детали не большая – 2,6 кг. Передача от станка к станку таких деталей осуществляется в специальной таре – ящике, в котором может быть уложено от 10  до 40 деталей. Ящик переносят от рабочего места к месту вручную или перевозят на специальной тележке.

Установку и перемещение оборудования на участке осуществляют специальной кран-балкой.

Стружку от оборудования отвозят так же в специальных ящиках, которые устанавливают на ручные тележки.

 

2.9 Выбор оборудования

Все токарные операции выполняются на токарном обрабатывающем центре — Hardinge CONCUEST  SV150. Данный станок оснащается осевым приводным инструментом, для выполнения отверстий и пазов, расположенных не на главной оси детали, а параллельно ей или перпендикулярно. Его технические характеристики и изображение приведены ниже на рисунке 2.18.

Станки этой серии обеспечивают повышенный уровень качества и точности обработки и, помимо указанных выше характеристик, обладают следующими особенностями:

— шпиндель, изготовленный с высокой точностью;

— качество изготовления основных деталей станка подтверждено специальными сертификатами;

— чистота обработки — до 0,20 мкм;

— точность обработки — до 0,5 мкм на всей длине обработки (при любых диаметрах обрабатываемых деталей);

— точность повторяемости операций по всем осям — 0,76 мкм;

— точность повторяемости операций для револьверной инструментальной головки -1,27 мкм;

Опции, ось У:

-инструментальная оснастка;

— противошпиндель;

— ось С для основного шпинделя и/или противошпинделя;

— интерфейс для внешнего компьютера;

— шпиндель с частотой вращения 10000 об/мин;

— обдув воздухом;

— транспортер для удаления стружки;

— возможность выполнения операций фрезерования и сверления в осевом и радиальном направлениях;

— устройство для настройки инструмента;

— приспособление для сбора готовых деталей для основного шпинделя и противошпинделя.

— оснастка для крепления инструмента типа VDI и Т;

— датчик положения детали и др.

Токарные станки с ЧПУ серии CONQUEST

Надежность и качество исполнения, проверенные практикой эксплуатации.

В станках этой серии удачно сочетаются возможности токарной обработки самого высокого уровня качества с надежной проверенной конструкцией. Они позволяют успешно выполнять и черновую обработку с применением жестких режимов, и высококачественную чистовую.

Токарный станок с ЧПУ CONCUESTR  SV150:

— максимальное перемещение по оси X — 353,1 мм;

— мощность привода главного движения — 7,5 кВт;

— частота вращения шпинделя – 1- 5000 об/мин;

— цанговый  патрон 16С для обработки пруткового материала диаметром до 42 мм;

— возможность оснащения кулачковым патроном диаметром 250 мм и шпинделем с большим диаметром внутреннего отверстия;

— задняя бабка типа 3 МТ;

— система ЧПУ Hardinge/GE Fanuc 18-Т с ЖКИ монитором.

Опции: резольверная головка или противошпиндель.

Рисунок 2.18 — Токарный станок с ЧПУ CONCUESTR  SV150

Фрезерно — сверлильная обработка вынесена на Широкоуниверсально- фрезерный станок с ЧПУ Chiron FZ08. Общий вид станка приведен на рисунках 2.19 и 2.20. Технические характеристики станка приведены ниже.

Рисунок 2.19 Широко — универсальный фрезерный станок с ЧПУ

Chiron FZ08

Рисунок 2.20 — Стол Широко — универсального фрезерного станка с

ЧПУ  Chiron FZ08

Размеры перемещений по осям станка:

X 570

Y 360

Z 350

Размер конуса ISO 20

Максимальная частота вращения 8100 об./мин

Максимальный крутящий момент 122 Нм (2000 об./мин)

Максимальная мощность двигателя главного движения 12 кВт

Способ передачи крутящего момента прямой привод

Ускоренные перемещения 18,0 м/мин

Максимальная скорость подачи 12,7 м/мин

Точность позиционирования ±0,005 мм

Вес станка 5023 кг

 

 

2.10 Расчет и определение режимов обработки

Расчет режимов резания для различных операций выполняем аналитическим способом по рекомендациям [14, 15].

Операция 010

Обработка производится на токарно-фрезерном станке Hardinge CONCUEST  SV150. Материал заготовки — сталь 20Х твердостью 179НВ с пределом прочности δв МПа, заготовка — прокат горячекатаный. Система станок — приспособление — инструмент — заготовка жесткая.

Переход 1

1 Подрезается торец цилиндра диаметром D =100 мм. Припуск на обработку (на сторону) h =1,4 мм. Параметр шероховатости обработанной поверхности Ra=20 мкм. Эскиз обработки приведен на рисунке 2.21.

 

Рисунок 2.21 — Эскиз операции 010 (переход 1)

2  Принимаем токарный подрезной резец отогнутый правый. Материал рабочей части — пластины — твердый сплав Т15К6; материал корпуса резца — сталь 45; сечение корпуса резца — 32×25 мм; длина резца 170 мм. Углы резца: α = 0°, γ =10 °, φ=93 °, φ1  =10 °; = 0 °.

3 Назначаем режим резания:

а) устанавливаем глубину резания. При снятии припуска за один проход t = h = 1,4 мм;

б) назначаем  подачу  при  черновом  подрезании  согласно  [14, таблица 11, с. 266]: = 0,5-1,2 мм/об., корректируем подачу по паспорту станка и принимаем = 0,5 мм/об.

4 Определяем скорость главного движения резания V, м/мин,
допускаемую режущими свойствами резца [14, с. 265]:

V = ,

Выписываем  коэффициент  и показатели степени формулы [14, таблица 17, с. 269]: C

 

---

1 2