Проектирование технологического процесса изготовления детали «конической вал-шестерни»

      Sм- минутная подача при разрезании (Sм=50-80 мм/мин);

       φ-коэффициент, показывающий долю вспомогательного времени в штучном производстве (φ=1,84 для крупносерийного производства).

Следовательно

Расчеты затрат на материалы:

М=4,9∙26-(4,9-2,15)∙6=110,9 р.

Стоимость заготовки:

S=110,9+1,84=112,74 р.

 

 

6 Принятый маршрутный и операционный техпроцесс изготовления детали.

Проектирование  технологических процессов (ТП) механической обработки начинается с изучения служебного назначения детали, технических  требований к ней, норм точности и  программы выпуска, анализа возможности  предприятия по обработке данной детали.

Проектирование  ТП представляет собой многовариантную  задачу, правильное решение которой  требует проведения ряда расчетов. В начале проектирования предварительно устанавливаются виды обработки  отдельных поверхностей заготовки  и методы достижения их точности, соответствующие требованиям чертежа, серийности производства и существующего на предприятии оборудования.

При низкой точности исходных заготовок ТП начинается с  черновой обработки поверхности, имеющей  наибольшие припуски. При этом в  самую первую очередь снимается припуск с тех поверхностей, на которых возможны дефекты с целью скорейшего отсеивания брака.

Дальнейший маршрут  строится по принципу обработки сначала  грубых, а затем более точных поверхностей. Наиболее точные поверхности обрабатываются в последнюю очередь.

В конце маршрута выполняются и второстепенные операции (сверление малых отверстий, нарезание  крепежной резьбы, снятие фасок, заусениц и т.д.). Наиболее легко повреждаемые поверхности обрабатываются на заключительной стадии ТП.

Маршрут технологии изготовления вала-шестерни представлен в виде таблицы 1 , где также обозначены технологические базы.

 

Таблица 1

 

Для обработки поверхности  диаметром 40Н6 рассчитаем необходимое количество операций [2, cтр. 19]             

            

Рассчитываем  промежуточные значения уточнений  по формуле [2, стр. 19]               

Полученное  значение eпр  показывает, что при принятом маршруте точность обработки поверхности диаметром 40Н6 обеспечивается.

 

7 Расчет припусков на обработку операционных и исходных размеров заготовки                                                                                                                                                      

Минимальный припуск  на обработку поверхностей вращения определяется по формуле [8, стр. 202]:

                           z_{i min} = 2*(Rz_i-1 + h_i-1 + ),                           (4)

где  Rz_i-1 – шероховатость поверхности на предшествующем переходе или операции, мкм;

     h_i-1 – толщина дефектного поверхностного слоя, полученного на  предшествующем переходе или операции, мкм;

       _i-1 – суммарное пространственное отклонение обрабатываемой поверхности, полученного на  предшествующем переходе или операции, мкм;

        _I - погрешность установки заготовки на выполняемом переходе, мкм.

Минимальный припуск при последовательной обработке поверхностей

z_{i min} = Rz_i-1 + h_i-1 +

Для определения минимальных припусков  первоначально составляем размерные  схемы для линейных и диаметральных  размеров.

Все параметры составляющие величину припусков  выбираем из соответствующих таблиц [2] и [3].

Рис 5. Граф технологических размерных  цепей.

 

 

Расчет  припусков на обработку производим по вышеуказанной формуле (4) и сводим их в таблицу 2.

Расчет  припусков на обработку.                                                               Таблица 2

При определении продольных припусков  в качестве выбираем отклонение от перпендикулярности, торцовое биение.

Продольные  припуски:

Z₁₁=150+150+350=650мкм

Z₂₃=100+100+100=300мкм

Z₂₆=100+100+150=350мкм

Z₃₁=150+150+350=650мкм

Радиальные  припуски:

При определении припуска  Z₁₂ величину кривизны определяем по формуле

Где - удельная кривизна проката.

Z₁₂=2*(

)=1500мкм

При определении Z₁₃ , Z’₃₁ , Z_91, Z_92,в качестве выбираем радиальное биение.

Z₁₃=2*(

)=640мкм

Z’₃₁=2*(

)=640мкм

Z₉₁=2*(

)=640мкм

Z₉₂=2*(

)=640мкм

 

 

8 Расчет точности операций

 

Расчет  точности выполним на примере обработки поверхности диаметром 40Н6. (переход - точить и шлифовать поверхность)

Погрешность настройки станка  на выдерживаемый  размер определим по формуле [2, cтр. 26]:  

Где  e_р- погрешность регулирования инструмента, мкм (выбираем по табл.) 10…20мкм                                                                      [2, cтр. 26] 

e_изм- значение погрешностей измерения, мкм (выбираем по табл.) 10мкм (11.)

        Погрешность установки заготовки на выполняемом переходе ε_у .

Заготовка установлена в трехкулачковом  патроне. На операции возникает погрешность установки (закрепления) заготовки в радиальном направлении ε_у. Для получения при обработке заготовки диаметром Дi ее диаметр перед этим должен составлять Дi-1.

Дi=Дi-1+2ε_у-1                                    [9, cтр. 97]

 

Таким образом, погрешность установки  заготовки должна компенсироваться составляющей минимального припуска на обточку, равной  2εу-1. В процессе механической обработки резанием происходит износ режущих кромок инструмента. Погрешность, обусловленную износом режущего инструмента, рассчитывают по формуле [9, cтр. 98]:

                                                                 

 

Где Uо- относительный износ инструмента, мкм/км

     Относительный износ резца составляет  0,005…0,008мм/км

    l- путь резания, м

Путь резания  при развертывании рассчитывается по формуле [9, cтр. 98]:   

где  D- диаметр обрабатываемой поверхности, мм

        L- расчетная длина обработки с учетом пути врезания и перебега режущего инструмента, мм,

        n-количество деталей в партии, обрабатываемой в период между подналадками станка.

         Sпр- продольная подача инструмента или детали, мм/об

Рассчитаем  погрешность, обусловленную износом режущего инструмента:

Э= 3,6

 

9 Размерный анализ технологического процесса

 

Составляющими звеньями в технологических размерных цепях обычно является технологические размеры, которые указаны в технологической документации (размеры исходной заготовки; все размеры получаемые при механической обработке). Технологические размеры могут совпадать с размерами, указанными на чертеже, т.е. с конструкторскими размерами. В таком случае говорят, что конструкторские размеры выдерживаются непосредственно.

При несовпадении технологического размера с конструкторским необходимо выявить размерную цепь, в которую входит рассматриваемый конструкторский размер и технологические размеры, необходимые для его выполнения. В этом случае замыкающими звеньями в технологических размерных цепях являются конструкторские размеры, но могут быть и припуски на обработку. Мы последовательно рассматриваем размерные цепи с одним неизвестным технологическим размером и рассчитываем номинальный размер и отклонения этого звена

Исходными данными для размерного анализа  являются:

1. Чертеж  детали;

2. Чертеж  исходной заготовки;

3. Технологический  процесс обработки заготовки.

 

Размерный анализ производим в соответствии с  методикой изложенной в [3,стр 5]

Размерные схемы представлены выше. Граф технологических  размерных цепей изображен выше (рис 4). Расчет технологических размеров представлен в виде таблицы 3.

 

Таблица3

 

 

10 Расчет режимов резания

 

Расчет режимов  резания по эмпирическим зависимостям проводим для одного перехода токарной операции, сверлильной, шлифовальной и  фрезерной операции.

Выполняем расчёт для первой операции и первого  перехода (подрезка торца) последовательно по пунктам:

 

Токарная  операция

Станок токарно-винторезный  с ЧПУ 16К20Ф3С5, N=5.5кВт,n=12.5-1600.

1. Глубина  резания: t_1.1 = z_1.1^C = 1,75мм.

2. Поперечная  подача по табл. 11 [2,Т.2,стр.266] для  данной глубины резания 0,3-0,4 мм/об, но с учётом имеющихся подач на станке принимаем:

S= 0,3 мм/об.

3. Скорость  резания определяется по формуле:

              (6)

Период  стойкости инструмента принимаем: Т=60 мин.

Значения  коэффициентов: С_V = 420; m = 0,2; x = 0,15; y = 0,2– определены по табл. 17 [2,Т.2,стр.269].

Коэффициент K_V :

K_V = K_МV *K_ПV *K_ИV,

где K_МV – коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала;

     K_ПV - коэффициент, отражающий состояние поверхности заготовки;

     K_ИV – коэффициент, учитывающий качество материала инструмента.

По  табл. 1,5,6 [2,Т.2,стр.261]:

,

Значение  коэффициента и показатель степени для материала инструмента из твердого сплава при обработке заготовки из стали 40Х берем из табл. 2 [2,Т.2,стр.262]:  , ;

,

K_МV = 0,838;  K_ПV = 1;  K_ИV =1.

K_V = K_МV*K_ПV *K_ИV = 0,838*1*1= 0,838.

 

Скорость  резания,

4. Расчётное число оборотов шпинделя:

n = 1000*V/(

*d) = 1000*181/(3,14*85) = 678 об/мин.

d- диаметр обтачиваемой поверхности

5. Принимаем  фактическое число оборотов, с  учетом типа станка: n_ф =630 об/мин.

6. Фактическая  скорость резания:

V =

*d* n_ф/1000 =3,14*85*630/1000=168 м/мин.

7. Определяем  главную составляющую силы резания  по формуле:

P_z = 10*C_p * t^x * S^y * Vⁿ * K_p,                                    (7)

Значения  коэффициентов: С_p = 300; n = - 0,15; x = 1,0; y = 0,75 – определены по табл. 22 [2,Т.2,стр.273].

Глубина резания в формуле: t= z_{3.1 max} = 2,85мм.

Коэффициент K_p :

K_P = K_МP *K

P *K _P * K _P * K _P,

Коэффициенты, входящие в формулу, учитывают фактические условия резания.  По табл. 9,23 [2,Т.2,стр.264]:

K_МP = 1,1;  K _P 1; K _P = 1,0;  K _P = 1,0;  K _P = 0,93.

K_P = K_МP *K

P *K _P * K _P * K _P = 1,1*1*1,0*1,0*0,93 = 0,93

Главная составляющая силы резания, форм. (7):

P_z = 10*C_p * t^x * S^y * Vⁿ * K_p =10*300 * 2,85 * 0,3^0,75 * 168^-0,15 * 0,93 =1491 Н.

8. Мощность резания:

N= P_z*V/(1000*60) = 1491*168/(1000*60)= 4,17 кВт.

9. Мощность  привода главного движения:

N_пр= N/

=4,17/0,85= 4,91 кВт.

Мощность  электродвигателя станка  – 10 кВт, она достаточна для выполнения операции.

 

Для сверлильной операции

Вертикально-сверлильный  станок 2Н125, N=2,2 кВт, n=45-2000.

1. Глубина  резания: t_2.3= 0,5*D= 0,5*6,8 = 3,4 мм.

где D- диаметр сверла

2. Подача  по табл. 25 [2,Т.2,стр.277]: 0,15-0,20 мм/об

S_2.3= 0.2мм/об.

3. Скорость  резания определяется по формуле:

                                                           (8)

Период  стойкости инструмента принимаем  по табл. 30 [2,Т.2,стр.279]: Т=25мин.

Значения  коэффициентов: С_V = 9,8; q = 0,4; m = 0,2; y = 0,5– определены по табл. 28 [2,Т.2,стр.278].

Коэффициент K_V :

K_V = K_МV *K_lV *K_ИV,

где K_lV - коэффициент, учитывающий глубину сверления;

Коэффициенты K_МV ,K_ИV определены выше. По табл. 31 [2,Т.2,стр.280]: K_lV = 0,75.

K_V = K_МV*K_lV *K_ИV = 0,838*0,75*1 = 0,628.

Скорость  резания, форм. (8):

4. Расчётное  число оборотов шпинделя:

n = 1000*V/(

*D) = 1000*15,57/(3,14*3,4) = 1458 об/мин.

5. Принимаем  фактическое число оборотов, с  учетом типа станка: n_ф =1250  об/мин.