Серийное производство заготовок

Серийное производство заготовок

Введение

Развитие хозяйства страны во многом определяется техническим прогрессом машиностроения. Увеличение выпуска продукции машиностроения и повышения её качества осуществляется преимущественно за счёт интенсификации производства на основе широкого использования достижений науки и техники, применения прогрессивных технологий.

Технический прогресс в машиностроении характеризуется не только улучшением конструкции машин, но и непрерывным совершенствованием технологии их производства. Важно качественно, экономично и в заданные сроки с минимальными затратами труда изготовить машину. Развитие новых прогрессивных технологических процессов обработки способствует конструированию более современных машин и снижению их себестоимости. Актуальна задача повышения качества выпускаемых машин и, в первую очередь, их точности. В машиностроении точность имеет особо важное значение для повышения эксплуатационного качества машин.

Технологический процесс - часть производственного процесса, непосредственно связанного с изменением формы размеров, свойств, внешнего вида поверхности материала или полуфабриката от момента поступления в обработку до получения готового изделия.

Операция - часть технологического процесса обработки заготовки, выполненная на одном рабочем месте. Установка - часть операции, производимая при одном закрепление детали. Позиция - часть операции, выполненная без изменения положения обрабатываемой заготовки относительно станка и зажимного устройства. Переход - часть операции, осуществляемая при обработке одной поверхности одним инструментом не изменяя режима резания. Проход - однократное движение режущего инструмента относительно обрабатываемой заготовки, при котором снимается один слой материала.

1. Описание типа производства

Серийное производство занимает промежуточное положение между единичным и массовым производством. [7, стр.24]

Серийным называют такое производство, при котором изготовление деталей производится партиями или сериями, состоящими из одноименных, однотипных изделий, запускаемых в производство одновременно. В серийном производстве технологический процесс преимущественно дифференцирован, т.е. расчленен на отдельные операции, которые выполняются на отдельном станке.

Применяются разнообразные станки: универсальные, специализированные, агрегатные. При использовании универсальных станков широко применяются специальные приспособления, специальный инструмент (режущий), измерительный инструмент - в виде стандартных и специальных калибров и шаблонов, обеспечивающих взаимозаменяемость обрабатываемых изделий.

Таблица 1 - Таблица показателей типа производства

В серийном производстве в зависимости от количества изделий в серии, их характера и трудоемкости изготовления, частоты повторяемости серии в течение года различают мелкосерийное, среднесерийное и крупносерийное производство. В качестве ориентировочного деления серийного производства на три вида можно принять следующее:

Таблица 2 - Зависимость типа производства от объёма выпуска (шт.) и массы детали

2. Определение типа заготовки

заготовка обработка станок резание

В зависимости от типа производства, конфигурации, размеров и материала детали определяются виды заготовки: прокат в виде прутков круглого, прямоугольного, квадратного сечений (горячекатаная, холоднокатаная, холоднотянутая шлифованная серебрянка), профильный прокат, периодический прокат, толстостенные бесшовные трубы; листы горячекатаные, холоднокатаные и полосы; поковки, полученные методом свободной ковки, ковки в штампах, чеканки, и т.п.; отливки из стали, серого, ковкого и модифицированного чугуна и цветных металлов; сварные заготовки из разнородных сталей (для режущего инструмента), однородных сталей (для корпусных деталей машин, приборов, приспособлений); пластинки из быстрорежущих стали и металлокерамического твердого сплава и т.п.

При выборе вида заготовки следует учитывать как затраты на механическую обработку, так и затраты, связанные с изготовлением заготовки.

Заготовки, формы и размеры которых близки к форме и размерам детали (штамповки, точное литье т.п.) нецелесообразно применять в индивидуальном производстве, т.к. затраты, связанные с изготовлением специальной оснастки не окупаются.

Исходя из конфигурации и размеров детали, а также используемого материала партии целесообразно в качестве заготовки использовать сталь 40 горячекатаную диаметром 22 мм ГОСТ 1051-73.

При выборе заготовки, учтём так же, что форма и размеры детали приближены к форме заготовки.

Предел текучести σm = 80 кгс/мм2

НВ = 163 МПа;

Плотность материала= 0,00785 кг/м3;

Предел прочности σв = 100кгс/мм2

Правильность выбора заготовки оценим по величине коэффициента использования материала: [2,стр.11]

, где

Массу заготовки определим по формуле:

, где

З - масса заготовки, кг.;

r = 0,00785 кг/см3 (7,85 г/см3) - плотность материала заготовки;

V1 - объём заготовки, см3.

V1 = p× r2 × L = 3,14 × 1,21 × 6,08 = 23,1см3

где p× r2 - площадь сечения заготовки;- общая длина, тогда:з = 0,00785 × 23,1 = 0,018 кг

Массу готового изделия определим по формуле:

, где

Г - масса готового изделия, кг;

r = 0,00785 кг/см3 (7,85 г/см3) - плотность материала заготовки;- объём детали, см3.= V1+V2=0,6+10,6=11,2см3=p× r2 × L = 3,14 × 0,42 × 1,2 =0,6см3, где r1=4мм=0,4 см=p× r2 × L= 3,14 × 0,92 × 4,2 = 10,6 см3, где r2=9мм= 0,9смг = 0,00785 × 11,2 = 0,09 кг

Отсюда следует, что:

КИМ = (0,018- 0,09)/0,09 = 1

Выбираем размеры заготовки - прокат: Ø22 мм; длиной L=60,8мм.

Выбираем заготовку горячекатаный прокат, так как коэффициент использования материала равен 1, следовательно производство мелкосерийное.

3. Определение величин припусков на обработку

Общий припуск - слой материала, удаляемый с поверхности черновой заготовки для получения готовой детали. Общий припуск является суммой всех промежуточных припусков.

Рассчитаем припуск на обработку для размера Ø18 мм.

а) Припуск на черновое обтачивание (Rz 40) 4мм, на диаметр заготовки.

Ø заготовки = 18 + 4= 22мм.

По ГОСТ 1050-88 принимаем: Ø = 22 мм.

б) Длина заготовки:

заг = C (Lд + a) + b · k + запас, где

= 15 - количество деталей;д = 5 мм - длина детали;= 3 мм - припуск на подрезку торцов;= 4мм - ширина отрезного резца по (1), стр.496;

к = 4 - количество отрезаний;

Тогда: Lзаг = 15 (55 + 3) + 4·14 + 25 = 913 мм

Принимаем пруток общей длины 913мм на 15 деталей.

4. Выбор станков с указанием паспортных данных

Данная деталь производится серийно. В таком типе производства процесс изготовления детали преимущественно должен быть построен по принципу дифференциации операций. Отдельные операции должны быть закреплены за определённым рабочим местом. Для выполнения технологических операций могут быть использованы как универсальные металлорежущие станки (токарно-винторезные, радиально-сверлильные и др.), оснащённые как универсальными (патронами, тисками), так и универсально-сборными и специальными приспособлениями (кондукторы и др.), где используется нормализованный и специальный режущий инструмент, измерительный инструмент в виде предельных (стандартных и специальных) калибров и шаблонов; так и специальные станки, агрегатные и станки с ЧПУ.

Для производства детали средняя квалификация рабочих может быть ниже, чем в единичном производстве. Наряду с рабочими высокой квалификации, работающими на универсальных станках и наладчиками используются рабочие-операторы, работающие на настроенных станках.

Для отрезки заготовки на операции 0 применяем станок

Фрезерно-отрезной станок 8Г662

Наибольший диаметр заготовки, мм 110

Длина отрезаемой заготовки наибольшая, мм 1500

Диаметр пильного диска, мм 350

Масса станка, кг 3550

Точность Н

Мощность эл. дв. главного движения, кВт 3

Напряжение, В 380

Габариты станка (шир х длина х выс), мм 3375x2050x1680

Подача 6-450

Размеры выбранной заготовки дают право нам применить токарно-винторезный станок 16К20 на операции 10 т.к. обработка на нём позволяет достичь заданного класса шероховатости (Rz 40) и точности обработки (h11).

Параметры станка: [2, стр.70]

Наиб.d обрабат.изделея над станиной 400 над суппором, мм 220

Наиб. длина обрабатыв. изделия, мм 710,1000,1400,2000

Центр в шпинделе Конус Морзе 6

Высота резца в резцедержателе, мм 25

Габариты, мм 4370х1565х1500

Суммарная мощность, кВт 12,97

Пределы частоты вращения шпинделя, об/мин 12,5…1600

Пределы подачи, мм/об -продольные 0,05…2,8

поперечные 0,025…1,4

Высота центров - 215 мм

Мощность двигателя главного привода (Nм)-10кВт.

К.п.д.-0,75

5. Выбор режущего инструмента и его геометрических параметров

. Для операции 0: Пильный диск (дисковая сегментная пила для металлов) ГОСТ 4047-82. Он имеет следующие параметры: диаметр - 350 мм, ширина - 5 мм, число зубьев - 56, по 4 на каждом сегменте. Материал режущей части - быстрорежущая сталь Р18.

. Для токарной обработки операций 10: наружных и внутренних цилиндрических поверхностей применяем резец с пластиной из твёрдого сплава Т5К10,ГОСТ 18877-73. Эту марку твёрдого сплава рекомендуется применять при черновом точении по корке при относительно равномерном сечении среза и непрерывном резании, а также при получистовом и чистовом точении при непрерывном резании. [3, стр.116].

Резец изготовлен из углеродистой стали 50. Выбираем резец токарный проходной отогнутый 2102-0055 ГОСТ 18868-73. Геометрические параметры: Н = 25 мм, В = 16 мм, L = 140 мм.

. для отрезки - резец отрезной 2130-0509 ГОСТ18884-73. Геометрические параметры: Н=25мм, В=16мм, L=140мм.

. для фрезерования - фреза

6. Выбор измерительного инструмента

Использование мерительного инструмента позволяет контролировать деталь по заданному размеру.

Для измерения линейных и диаметральных (внутренних и наружных) размеров выбираем штангенциркуль двусторонний с глубиномером, диапазон измерения 0-125 мм.

Для контроля наружного d 18 - калибр-скоба 8118-0017 ГОСТ 2216-84.

Для контроля наружных фасок - шаблон для визуальной оценки размеров 1,6х450 МН 1416-61

Для контроля отверстия - калибр-пробка 8133-0928 ГОСТ 14810-69.

Для контроля длины - линейка-500 ГОСТ427-75

7. Выбор смазочно-охлаждающей жидкости

При резании металлов в результате затрачиваемой работы, возникает теплота. При воздействии на обрабатываемую деталь теплоты, изменяются размеры обрабатываемой поверхности, размягчается режущий инструмент, всё это снижает точность обработки. Для отвода теплоты от режущего инструмента и заготовки применяют смазочно-охлаждающие жидкости, которые уменьшают трение и облегчают процесс стружкообразования.

При выполнении токарной и фрезерной операций применяем СОЖ следующей марки: 4-5% эмульсия на основе эмульсола

8. Назначение режима резания по справочнику

Токарная операция: Подрезание торца=2мм; S=0,8мм/об

Поправочный коэффициент на материал : 1,65 (2,табл 8.18)=140мм по справочнику (2,табл8.26)р=140 1,65=231м/мин

 об/мин

Корректируем по станку:=1600об/мин

 м/мин

действительная скорость резания

Токарная операция: нарезание резьбы М 8 на станке 16К20

Плашка D = 8 мм. Глубина резания t = 1,5 мм.Т = 0,2 мм/об

Корректируем по станку:

 м/мин

 об/мин

Корректируем по станку:

= 1000 об/мин

 м/мин

Расчёт режимов резания при обработке на токарно-винторезном станке. Определение эффективной мощности. Расчет машинного времени

Назначим режимы резания для обработки поверхности

Ø22мм на токарно-револьверном станке мод.16К20

. Геометрические параметры резца: [3, стр.119]

Тип резца - проходной

Геометрия режущей части: φ =45 γ= -5º. φ1 = -10º m= 5 r = 1 НхВхl = 25х16х140.

. Назначаем режимы резания.

а). Припуск на обработку, удаляемый за 1 проход:

 мм.

б). Назначаем подачу [3, стр.266 т.11]. При обработке заготовок из конструкционной стали, сечением резца 16х25 мм. Диаметр заготовки 60…100 мм и при глубине резания t до 3 мм. S = 0,6…1,2 мм/об. Выбираем 0,6 мм/об, т.к. сечение резца 16х25 мм..

Это значение подачи не превышает допустимого значения Sдоп.=1,2 мм/об для пластины t = 4 мм и r = 1 мм для обработки конструкционной стали при φ=45º. Выбранное значение 0,6 мм/об совпадает с паспортными данными станка.

в). Назначаем период стойкости резца Т = 30…60 мин. [3, стр.268] - принимаем Т=60 мин.

Определяем скорость резания, допускаемую режущими свойствами резца из твёрдого сплава Т15К6 для заданных условий по эмпирическим формулам. При наружном точении скорость резания, допускаемую инструментом, рассчитаем:

Из справочника [3, стр.269 т.17] находим значения коэффициентов и показателей степеней формулы:

при наружном продольном точении с подачей 0,6 мм/об

СV = 227 хV = 0,15 y = 0,35 m = 0,20

Учитывая поправочные коэффициенты на скорость резания [3, стр.261-271, т.1, 2, 5-8, 17, 18]

, где

КMV = 1,15; КUV= 1 ( стр.263 т.6); КNV = 0,86 (стр.263 т.5)

С учётом найденных коэффициентов:

м/мин.

Частота вращения шпинделя, соответствующая найденной скорости резания:

 об/мин.

Корректируем частоту вращения по паспортным данным станка и устанавливаем действительную частоту вращенияд = 1600 об/мин.

Действительная скорость резания:

 м/мин

Определяем мощность резания по эмпирическим формулам.

, где= CРХ · tХрz · SYpz · VNpz · Kpz ; = Кмр · Кj · Кg · Кl · Кr

Выписываем коэффициенты и показатели степени формулы для заданных условий обработки [3, стр.273, т.22]

ХРz = 1 C Рz = 300 y Рz = 0,75 n Рz = -0,15

КМ =1,22 Кj = 1,0; Кg = 1,15; Кl = 1,0; Кr = 0,93

Окончательно получим:

= 300 · 1,51 · 0,50,75 · 110,5-0,15 · 0,93= 22,4кгс.

 кВт

Мощность станка на шпинделе NШП = 7,5 кВт, следовательно 0,4 < 7,5, поэтому обработка возможна.

Определяем машинное время:

, где

- основное машинное время в минутах;

- число проходов (в нашем случае i = 1);Д - действительная частота вращения шпинделя;- величина подачи резца, мм/об;- расчетная длина в мм (путь инструмента в направлении подачи);

L = Y + y + Δ= t. ctgφ = 1,5. 1 = 1,5 мм

Δ = 1 - 2 мм (принимаем Δ = 2 мм)=59мм, т.к 55 обработка поверхности +4 мм.= 59 + 2 + 1,5 = 62,5 мм

9. Расчёт режимов резания при обработке на горизонтально-фрезерном станке. Определение эффективной мощности. Расчет машинного времени

Назначим режимы резания для обработки поверхности

Ø22мм на горизонтально-фрезерном станке мод.6М82Г

. Геометрические параметры фрезы: [3, стр.210]

Тип фрезы - Дисковая трехсторонняя с прямым зубом

Геометрия режущей части: φ =20º γ= -5º α. = 12º φ1 = 5º λ = +5º

. Назначаем режимы резания.

а) Припуск на обработку, удаляемый за 1 проход:

 мм.

б) Назначаем подачу [3, стр.266 т.11]. При обработке заготовок из конструкционной стали. Диаметр заготовки 10…30 мм и при глубине резания t до 3 мм. S = 0,6…1,2 мм/об. Выбираем 0,6 мм/об.

Это значение подачи не превышает допустимого значения Sдоп.=1,2 мм/об для пластины t = 4 мм и r = 1 мм для обработки конструкционной стали при φ=5º. Выбранное значение 0,6 мм/об совпадает с паспортными данными станка.

Определяем скорость резания, допускаемую режущими свойствами резца из твёрдого сплава Т15К6 для заданных условий по эмпирическим формулам. При наружном точении скорость резания, допускаемую инструментом, рассчитаем:

Из справочника [3, стр.269 т.17] находим значения коэффициентов и показателей степеней формулы: при наружном продольном точении с подачей 0,6 мм/об

СV = 227 хV = 0,15 y = 0,35 m = 0,20

Учитывая поправочные коэффициенты на скорость резания [3, стр.261-271, т.1, 2, 5-8, 17, 18]

, где

КMV = 1,66

КUV= 1 (стр.263 т.6); КnV = 0,86 (стр.263 т.5)

С учётом найденных коэффициентов:

 м/мин.

Частота вращения шпинделя, соответствующая найденной скорости резания:

 об/мин.

Корректируем частоту вращения по паспортным данным станка и устанавливаем действительную частоту вращения

д = 1600 об/мин.

Действительная скорость резания:

 м/мин

Определяем мощность резания по эмпирическим формулам.

, где= CРХ · tХрz · SYpz · VNpz · Kpz ; = Кмр · Кj · Кg · Кl · Кr

Выписываем коэффициенты и показатели степени формулы для заданных условий обработки [3, стр.273, т.22]

ХРz = 1 C Рz = 300 y Рz = 0,75 n Рz = -0,15

КМ = ; Кj = 1,0; Кg = 1,0; Кl = 1,0; Кr = 0,93

Окончательно получим:

= 300 · 2,51 · 0,60,75 · 120,6-0,15 · 0,84 · 1 · 1 · 1· 0,93 = 112 кгс.

 кВт

Мощность станка на шпинделе NШП = 7,5 кВт, следовательно 6,4 < 7,5, поэтому обработка возможна.

Определяем машинное время:

, где

- основное машинное время в минутах;

- число проходов (в нашем случае i = 1);Д - действительная частота вращения шпинделя;- величина подачи резца, мм/об;- расчетная длина в мм (путь инструмента в направлении подачи);

L = l + y + Δ= t. ctgφ = 2,5. 1 = 2,5 мм

Δ = 1 - 2 мм (принимаем Δ = 1,5 мм)= 2,5 + 126 + 1,5 = 130 мм

10. Расчёт резца на прочность

Рассчитаем на прочность резец токарный проходной. [2, стр.61]

. В качестве материала для державки резца выбираем углеродистую сталь 50 с [σU] = 65кГс/мм2

. Сила резания при рассматриваемом проходе в операции 10

= 97 кГс.

. Ширина прямоугольного сечения державки резца при условии, что Н = 1,6 · В выразится:

, где

 мм

Принимаем ближайшее значение ширины державки резца по стандарту: В = 12 мм, высота державки резца: Н = 1,6 · 10 = 16 мм, согласно ГОСТу 10224-72 принимаем: В х Н = 12 х 16

Оставляем выбранный ранее резец с размерами державки В х Н = 16 х 25.

. Максимальная нагрузка, допустимая прочностью державки резца, определяется:

 кГс.

. Максимальная нагрузка, допустимая жёсткостью державки:

, где .

 кГс.

Итак, РZ.доп.>РZ>PZ. доп. жёст., т.к. 833,3>97<5859, следовательно, резец обладает достаточной жёсткостью и прочностью, что подтверждает возможность обработки данным инструментом.