Секция секционного пуансона

1. Технологическая часть

1.1 Служебное назначение детали

Инструмент 1512-5124 "Пуансон секционный" предназначен для изготовления методом обработки давлением детали 914.45.007-0 "Щека". Поверхность детали "Секция секционного пуансона" образована совокупностью плоскостей и цилиндрических поверхностей (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 - Эскиз детали Секция секционного пуансона.

Основными поверхностями, определяющими положение секции пуансона в пуансонодержателе являются: плоскость 1, группа гладких отверстий 5, паз 7, плоская поверхность 3.

Вспомогательными поверхностями, определяющими положение других деталей, присоединяемых к данной являются резьбовые отверстия 6.

Исполнительными поверхностями, которыми пуансон секционный выполняет своё предназначение, являются: плоская поверхность 2 и контур пуансона 4 10 и 11, образованный совокупностью плоскостей и сегментов цилиндрических поверхностей. 8 и 9 - свободные поверхности.

К основным поверхностям секции пуансона предъявляются высокие требования по точности и шероховатости поверхности - IT7, шероховатость - Ra0.8. Исполнительные поверхности выполнены по IT9, шероховатость поверхности - Ra 6.3. Вспомогательные резьбовые отверстия изготовляются по седьмой степени точности. Свободные поверхности - по IT14 и шероховатость - Rz80/

1.2 Анализ свойств материала детали

Секционный пуансон изготавливается из инструментальной углеродистой стали У8А [1, с.414].

Механические характеристики стали У8А:

предел прочности σ_в=750 МПа;

относительное удлинение при разрыве σ₅=10%

Химический состав материала по ГОСТ 1435-99:

углерод C: 0.75-0.84%

кремний Si: 0.17-0.44%

марганец Mn: 0.17-0.28%

сера S: не более 0.018%

фосфор P: не более 0.025%

хром Cr: 0.12-0.40%

никель Ni: 0.12-0.25%

медь Cu: 0.20-0.25%.

Технологические свойства:

температура ковки: Начала 1180, конца 800. Охлаждение заготовок сечением до 100 мм на воздухе, 101-300 мм - в яме.

свариваемость: не применяется для сварных конструкций. Способ сварки - КТС.

обрабатываемость резанием при НВ 187-227 Ku тв.спл=1.2, Ku б.ст.=1.1.

склонность к отпускной способности: не склонна

флокеночувствительность: не чувствительна

шлифуемость: хорошая.

Физические свойства:

Модуль нормальной упругости, Е: 209 ГПа

Модуль упругости при сдвиге кручением G: 81 ГПа

Плотность, pn: 7839 кг/см³

Коэффициент линейного расширения a: 11.4 10^-6 °С^-1

Удельная теплоемкость С: 477 Дж/(кг · °С)

Для заготовок из стали У8А применяется отжиг с нагревом до 690°C -710°C и последующим охлаждением с печью. При этом материал заготовки приобретёт твёрдость не более 187 HB, улучшится обрабатываемость резанием. После механической обработки - закалка до температуры 780°C - 800°C с последующим охлаждением в воде, что обеспечит твёрдость материала от 62 HRC.

1.3 Выбор типа производства

Предварительно определим тип производства по массе детали и годовой программе выпуска. Масса детали составляет 6.12 килограмма, программа выпуска составляет 950 штук в год. Согласно [2 с. 24, табл. 3.1] это соответствует среднесерийному типу производства.

Серийное производство характеризуется ограниченной номенклатурой изделий, изготовляемых периодически повторяющимися партиями, и сравнительно большим объёмом выпуска, чем в единичном типе производства. При серийном производстве используются универсальные станки, оснащённые как специальными, так и универсальными и универсально-сборными приспособлениями, что позволяет снизить трудоёмкость и себестоимость изготовления изделия. В серийном производстве технологический процесс изготовления изделия преимущественно дифференцирован, то есть, расчленён на отдельные самостоятельные операции, выполняемые на определённых станках. При серийном производстве обычно применяют универсальные, специализированные, агрегатные и другие металлорежущие станки.

1.4 Анализ соответствия технических требований и норм точности служебному назначению детали

Исходя из служебного назначения детали в целом и отдельных поверхностей в частности, установим технические требования (допуски относительного расположения, расстояния) к отдельным поверхностям, которые позволят поверхностям и их сочетаниям выполнять своё назначение.

перпендикулярность отверстий 5 плоскости 1;

расстояние от плоскости 3 до отверстий 5;

перпендикулярность отверстий 6 плоскости 1;

расстояние от плоскости 3 до отверстий 6;

расстояние между плоскостями 1 и 2;

параллельность плоскостей 1 и 2;

расстояния от элементов, образующих контур 4 10 и11, до плоскости 3;

расстояния от осей отверстий 5 до плоскости симметрии пуансона и поверхности 3;

расстояния от отверстий 5 до элементов, образующих контур 4;

-соосность цилиндрических поверхностей 9 с резьбовым отверстие 6;

соосность цилиндрических поверхностей 8 с опверстиями 5;

На чертеже детали указанны расстояние от плоскости 3 до отверстий 5, расстояние от плоскости 3 до отверстий 6, расстояние между плоскостями 1 и 2, расстояния от элементов, образующих контур 4, до плоскости 3.

Следующие технические требования даны в пределах поля допуска на соответствующий размер:

перпендикулярность отверстий 5 плоскости 1;

перпендикулярность отверстий 6 плоскости 1;

параллельность плоскостей 1 и 2.

Расстояния от осей отверстий 5 до осей отверстий 6 и расстояния от отверстий 5 до элементов, образующих контур 4 проставлены не от отверстий 5, а от горизонтальной оси штампа.

Представим технические требования к отдельным поверхностям детали в виде таблицы 1.1, содержащей допуски на размер, относительное расположение, отклонение формы, шероховатость.

Таблица 1.1 - Технические требования к поверхностям по чертежу детали

Номер поверхности	Допуск на размер Ta, мм	Допуск расположения Tр, мм	Допуск формы Tф, мм	Шероховатость Ra, мкм
1	0.1	0.02	0.012	2.5
2	0.1	0.02	0.012	0.63
3	0.03	0.02	0.012	1.25
4	0.052	0.05	0.03	2.5
5	0.018	0.01	0.005	0.8
6	0.018	0.01	0.005	0.8
7	0.018	0.01	0.005	0.8

Все технические требования, указанные на чертеже, достижимы и могут быть получены.

Зададимся нормальным уровнем А геометрической точности. Согласно этому уровню степень точности допусков формы определяют как N-1, где N - квалитет соответствующего размера. Таким образом, согласно [3 с.30 табл. 2, с.40 табл. 3] заданные чертежом допуски формы и относительного расположения соответствуют принятому уровню геометрической точности.

Для уровня А численное значение шероховатости поверхности составляет Ra ≤ 0.05∙Td, где Td - значение допуска на соответствующий размер. Полученное значение необходимо округлить до значения из ряда шероховатостей [1 с.44, табл. 1]. Согласно этой зависимости получаем:

для поверхности 1: 0.05∙0.1 = 0.005 мм = 5 мкм;

для поверхности 2: 0.05∙0.1 = 0.005 мм = 5 мкм;

для поверхности 3: 0.05∙0.03 = 0.0015 мм = 1.25 мкм;

для поверхности 4: 0.05∙0.052 = 0.0026 мм = 2.5 мкм;

для поверхности 5: 0.05∙0.018 = 0.0009 мм = 0.8 мкм;

для поверхности 6: 0.05∙0.018 = 0.0009 мм = 0.8 мкм;

для поверхности 7: 0.05∙0.018 = 0.0009 мм = 0.8 мкм;

для поверхности 8: 0.05∙0.52 = 0.026 мм = 25 мкм;

для поверхности 9: 0.05∙0.52 = 0.026 мм = 25 мкм;

для поверхности 10 и 11 значение шероховатости аналогично поверхности 4.

Таким образом, на поверхности 1, 2 и 3 значения шероховатости по требованиям чертежа назначены более жёсткие, чем значения шероховатости обусловленные допуском на размер.

1.5 Анализ технологичности конструкции детали

Деталь секция секционного пуансона относится к классу корпусных. Конфигурация детали несложная. Секция секционного пуансона представляет собой пластину с двумя группами отверстий, периметр которой очерчен совокупностью плоскостей и секторов цилиндров.

На детали отсутствуют поверхности, к которым затруднён подвод инструмента. При сверлении отверстий врезание и выход сверла будут происходить по плоскости, перпендикулярной оси сверла, что уменьшает вероятность поломки инструмента, предотвращает разбивку отверстий и уменьшает увод сверла. Резьбовые отверстия - сквозные, что облегчает нарезание резьбы. Конфигурация детали позволяет использовать оборудование с ЧПУ. Наиболее точные протяжённые поверхности могут быть обработаны на проход. На детали присутствуют удобные базирующие поверхности в виде протяжённых точных плоскостей, позволяющих выдержать при обработке технические требования перпендикулярности отверстий и контура.

Учитывая ранее приведенные свойства материала детали и её геометрическую форму, наиболее технологичной будет поковка. Такой способ получения заготовок позволит достичь необходимой производительности и уменьшить объём механической обработки, увеличить коэффициент использования металла.

В целом конструкция детали технологична, но сборка двух секций пуансона в пуансонодержателе нетехнологична, так как у секций пуансона отсутствуют поверхности, позволяющие при сборке придавать секциям правильное положение относительно друг друга.

1.6 Выбор способа получения заготовки

С учётом свойств материала заготовки и формы её поверхности проанализируем возможность и целесообразность получения заготовки различными методами. Так как сталь У8А является сталью, обрабатываемой давлением, то составим матрицу влияния факторов, в которую включим методы обработки металлов давлением (таблица 1.2).

Таблица 1.2 - Матрица влияния факторов

Согласно матрице влияния факторов сравним методы ковки и штамповки на КГШП, определив их технико-экономические показатели.

Определим технико-экономические показатели для штамповки на КГШП.

Предварительно найдём массу поковки по формуле 1.1:

_п.п=m_д∙К_р(1.1)

где mд - масса детали, равная 6.12 килограмм;

Кр - расчётный коэффициент, зависящий то формы детали, принимаем Кр = (1.3÷1.7).

Подставив в формулу 1.1 значения, получим:

.12∙(1.3÷1.7)=(7.956÷10.404)≈9 кг

По материалам [2] определяем группу стали - М3, класс точности - Т4. Определим коэффициент сложности:

Где m_ф - масса простой фигуры наименьшего объёма, в которую можно будет вписать поковку. В качестве такой фигуры примем параллелепипед со сторонами 0.12м, 0.22м, 0.05м. Таким образом, коэффициент сложности составит С1.

С учётом предварительной массы поковки, класса точности, коэффициента сложности исходный индекс - 14.

Поверхность разъёма штампа с учётом формы поковки принимаем таким образом, чтобы вся поковка находилась в одной половине штампа.

Так как все отверстия в детали относительно длинные и их диаметр менее 30 миллиметров, их получение или наметка в процессе штамповки нецелесообразна.

Назначим припуски на все механически обрабатываемые поверхности поковки и сведём их в таблицу 1.3.

У размеров 220, 120, 140, 65, 85, 170, 50 припуски увеличивают длину размера, у размеров 60, 115 один припуск увеличивает размер, другой уменьшает.

Штамповочные уклоны на наружные поверхности - 1°;

Минимальный радиус скругления - 2.5мм, принимаем 3мм.

Объём выходной заготовки определяют по формуле 1.2:

(1.2)

Где V_п - объём поковки, мм³;

V_выг - расход металла по выгар, мм³;

V_об - расход металла на облой, мм³;

Таблица 1.3 - Припуски на поверхности поковки

Размер	основной припуск δо	Дополнительный припуск δд	Допуски на размеры, мм		Значение размера с припуском
			T	es/ei
220	2.5	0.5	3,6	+2,4 -1,2
120	2.3	0.5	3,2	+2,1 -1,1
140	2.3	0.5	3,2	+2,1 -1,1
60	2	0.5	2,8	+1,8 -1,0
65	2.2	0.5	2,8	+1,8 -1,0
85	2.2	0.5	2,8	+1,8 -1,0
170	2.5	0.5	3,6	+2,4 -1,2
115	2.3	0.5	3,2	+2,1 -1,1
50	2.2	0.5	2,8	+1,8 -1,0

Затраты металла на выгар определяют по формуле 1.3:

(1.3)

Где k_выг - коэффициент выгара, при нагреве в газовых печах k_выг = 1%. Подставив в формулу объём поковки V_п=1095242 мм³ , получим:

Расход металла на облой определяются по формуле:

(1.4)

Где Пп - периметр поковки в плоскости разъёма штампа, Пп= 1197.38 мм;

Fоб - площадь поперечного сечения облоя, мм² , для прессов находят по формуле (1.5):

(1.5)

Где z - коэффициент, учитывающий заполнение облойной канавки. Для прессовых штампов z=1.5;

F_м - площадь поперечного сечения мостика, мм² ,определяют в зависимости от номера облойной канавки.

Номер облойной канавки определяют в зависимости от необходимой толщины облоя h_o

 

Где S_п.п - площадь поковки в плане, равная 20095.328430 мм² . подставив найденные значения, получим:

В соответствии с толщиной облоя принимаем номер облойной канавки 4 с площадью поперечного сечения F_м=30мм² , тогда площадь поперечного сечения облоя будет равна:

С учётом этого потери на облой составят:

Объём выходной заготовки:

Определим показатели эффективности использования металла:

коэффициент весовой точности

коэффициент выхода готового металла

коэффициент использования металла

Определим себестоимость штампованной поковки по формуле :

(1.6)

Где Sз - базовая себестоимость 1 кг штампованной поковки, грн. Для поковок, получаемых на КГШП Sз=40 грн/кг;

m_вых - масса выходной заготовки, m_вых= 8.564 кг;

N - годовая программа выпуска, N=950;

Кс - коэффициент, учитывающий сложность поковки, принимаем Кс=0.7;

Км - коэффициент, учитывающий материал поковки, принимаем Км=1.6;

Кв - коэффициент, учитывающий массу заготовки, принимаем Кв=1.04;

Sв - себестоимость отходов, принимаем Sв=1 грн/кг.

Подставив величины в формулу 1.6, получим:

Определим технико-экономические показатели для ковки на молотах. Определяем тип поковки. В соответствии с рекомендациями ГОСТ 7829-70 принимаем тип поковки - пластина.

Заготовка технологична, так как имеет простую геометрическую форму, ограниченную совокупностью плоских поверхностей. Отсутствуют такие элементы нетехнологтчности как пересечение нескольких цилиндрических поверхностей, пересечение призматических поверхностей с цилиндрическими, рёбра жёсткости, короткие уступы.

Назначим припуски и допуски на поковку из углеродистой стали, изготавливаемой на молотах по ГОСТ 7829-70.

высота 50: 59±3;

длинна 220: 237±6;

ширина 120: 133±4;

ширина уступа 140: 154±4;

ширина уступа 60: 71±3;

размер 115: 104±4;

размер 65: 77±3;

размер 50: 39±3;

размер 25: 36±3;

В качестве исходной заготовки для поковки выбираем прокат. Необходимый объём металла определяем по формуле:

(1.6)

Где Vп - объём поковки, см³, Определяем, исходя из номинальных размеров поковки с учётом напусков и припусков: Vп=1336.1212 см³;

Vпр, Vд - объёмы прибыльной и донной частей слитка, так как ранее был принят прокат, то Vпр=0, Vд=0;

Vобс - объём отходов на обсечку. Составляет 1-20%. Большие значения соответствуют более сложным поковкам. Принимаем Vобс=200.42 см³;

Vуг - объём отходов на выгар металла при нагреве поковки. Принимаем Vуг=26.72 см³;

Vв - объём выдры. Так как отверстия не могут быть получены в заготовке, принимаем Vв=0. Подставив значения в формулу, получим:

Определим показатели технологичности заготовки:

коэффициент весовой точности:

коэффициент выхода металла:

коэффициент использования металла:

норма расхода материала:

Определим технологическую себестоимость заготовки

(1.7)

Где С - базовая стоимость 1 тонны поковок, принимаем С=5550 грн/т;

kс - коэффициент сложности, зависящий от формы поковки. Принимаем kс=1;

kм - коэффициент, зависящий от материала заготовки, для углеродистых сталей принимаем kм=1;

Sотх - стоимость 1 кг отходов, для углеродистой стали принимаем Sотх=1 грн. Подставив найденные значения в формулу 1.7, получим:

Окончательно принимаем штампованную поковку.

 

1.7 Обоснование выбора технологических баз

Выбор технологических баз. Поверхностью, от которой заданно больше всего технических требований является плоскость 1 (рисунок 1.1). От этой плоскости задан точный размер 50n7, параллельность точной поверхности 2, перпендикулярность групп отверстий 5 и 6, перпендикулярность элементов контура секции пуансона. При установке заготовки на эту поверхность присутствует возможность полной обработки отверстий 5 и 6 с одной установки. Поверхность 1 может быть обработана первой и позволяет устанавливать заготовку на всех последующих операциях, соблюдается принцип единства баз, так как поверхность 1 является основной поверхностью, определяющей положение секции пуансона.

От поверхности 3 заданны расстояния до точно обрабатываемых поверхностей 5 и 6, эта поверхность является основной поверхностью, определяющей положение секции пуансона. Эта поверхность может быть обработана после получения заготовки, может в дальнейшем использоваться как технологическая база для других операций, что позволит соблюсти принцип единства баз.

Группа отверстий 5 является поверхностями, определяющими положение секции пуансона. После окончательной обработки отверстия 5 могут выступать в качестве технологических баз при дальнейшей обработке контура пуансона. Размеры, задающие положение элементов контура секции пуансона задаются от поверхности 3 по одной координате и от оси штампа по другой. На операциях обработки контура возможно использовать поверхность 3 в качестве базы, но невозможно использовать ось штампа. Следовательно, при обработке контура пуансона не будет соблюдаться принцип единства баз.

При несовмещении технологической и конструкторской баз возникает дополнительная погрешность вследствие несовмещения конструкторской базы с соответствующей технологической базой. Величина погрешности несовмещения баз ω_нб в данном случае эта разность равна допуску на размер, связывающий конструкторскую базу с соответствующей технологической. Сумма погрешности технологической системы и погрешность несовмещения баз должны быть меньше допуска на получаемый размер. Величина погрешности технологической системы в данном случае равна средней экономической точности выбранного метода обработки - 30 мкм:

Таким образом, смена баз возможна.

Смена баз также возникает при обработке поверхности 11. Размер 60 при обработке поверхности 11 может быть получен при установке заготовки на контур. Размер 80 не может быть получен, при такой установке реально получается размер 140. Рассмотрим погрешность, возникающую в следствие несовмещения баз. Величина допуска на размер 80 составляет 0,074. Экономическая точность фрезерования размера 140 составляет 0,04мм. Допуск размера 220, соединяющего базу, от которой указан размер 80 с базой, от которой формируется размер 140 составляет 0,072. Если выполняется неравенство Т>ω_ТС+ω_НБ, то смена баз возможна:

>63+72

Так как неравенство не выполняется, смена баз невозможна. Для осуществления смены баз ужесточим допуск на размер 220: 0,046 мм (IT7), применим другой способ получения размера 140 - фрезерование тонкое, которым возможно достижение IT6 (для размера 140 - 0,025мм). Рассмотрим неравенство с учётом изменений планов обработки поверхностей:

>46+25

Таким образом, смена баз возможна.

Последовательность обработки поверхностей заготовки. После получения поковки для уменьшения твёрдости материала, улучшения обрабатываемости и снятия остаточных напряжений необходимо произвести предварительную термическую обработку - отжиг с нагревом до 710°С с последующим охлаждением с печью, после чего материал поковки приобретает твёрдость до 187HB.

После предварительной термообработки происходит предварительная обработка комплекта технологических баз.

Первой обрабатывается поверхность 1, базой при этом служит поверхность 2:

Затем обрабатывается поверхность 3, при этом базами служат поверхности 1 и плоскость контура 4, противоположная поверхности 3:

При обработке поверхности 2 базой служит поверхность 1:

При обработке отверстий 5 в качестве технологических баз выступают поверхности 1, 3 и необработанная поверхность 4.

Отверстия 5 обрабатываются окончательно.

При обработке паза 7 в качестве технологических баз выступают поверхности 1, 3 и необработанная поверхность 4.

Резьбовые отверстия 6 обрабатываются от тех же баз, что и поверхности 7 и 5.

Фрезерование контура 4 осуществляется с применением в качестве баз поверхностей 1, 3 одного из отверстий 5.

При фрезеровании поверхности 10 в качестве баз используются поверхности 1 и контур пуансона 4.

После предварительной механической обработки осуществляют окончательную термическую обработку - закалку с нагревом до температуры 800°С с последующим охлаждением в воде. После термообработки материал секции пуансона приобретёт твёрдость 62-64HRC, что позволит увеличить долговечность пуансона, упростит дальнейшую абразивную обработку.

Окончательная механическая обработка заключается в точной абразивной обработке предварительно обработанных поверхностей.

Поверхность 1 обрабатывается от базы 2.

При обработке поверхности 2 базой служит поверхность 1.

При обработке поверхности 10 в качестве баз используются поверхности 1 и контур пуансона 4.

секционный пуансон деталь сталь

1.8 Выбор способов обработки поверхностей

Маршруты обработки поверхностей секции пуансона приведены в таблице 1.4.

Таблица 1.4 - Маршруты обработки поверхностей

 

1.9 Определение межпереходных припусков и допусков

Назначение припусков аналитическим способом на поверхность 2 (рисунок 1.1). Принимаем заготовку, полученную методом горячей ковки в штампах, тогда по [4 мягков] принимаем точность размеров поковки - IT16, шероховатость поверхности - Rz200.

Установим маршрут обработки поверхности, пользуясь данными [4] и следующими положениями:

при обработке происходит повышение точности на черновых переходах на 3-4 квалитета, на получистовых и чистовых - 1-2 квалитета;

качество поверхности повышается на черновых переходах в 3-4 раза, на чистовых - в 1.5-2 раза;

термическая обработка ухудшает точность размеров примерно на 1 квалитет и качество поверхности - в 2 раза.

Принятый маршрут приведён в таблице 1.2

Таблица 1.2 - Маршрут обработки поверхности 2

Вид обработки	Квалитет	Шероховатость Rz
Горячая объёмная штамповка	16	200
Фрезерование черновое	14	25
Фрезерование чистовое	11	12.5
Термическая обработка	12	25
Шлифование плоское черновое	8	16
Шлифование плоское чистовое	7	4
Шлифование плоское тонкое	7	2.5

Так как в ходе обработки поверхности будет сниматься односторонний припуск, то минимальный операционный (межпереходный) припуск на обработку поверхности можно определить по формуле [5, с.7, формула 1.6]:

(1.8)

где Rz_(i-1) - шероховатость поверхности, достигнутая на предыдущем переходе, мкм;

h_(i-1) - толщина дефектного слоя полученного на предыдущем переходе, мкм;

Δ_(i-1) - суммарные отклонения расположения поверхностей, полученные на предыдущем переходе, мкм;

ε_i - погрешность установки заготовки, полученная на данном переходе, мкм;

Таблица 1.3 - Расчёт припуска на обработку поверхности 2

Если расчёты выполнены верно, должно выполнятся условие:

(1.9)

Подставим в выражение 1.2 необходимые значения:

Так как условие выполняется, припуска назначены верно.

Назначение припусков аналитическим способом на поверхность 5 (рисунок 1.1). Установим маршрут обработки поверхности, пользуясь данными [4]. Принятый маршрут приведён в таблице 1.2

Таблица 1.4 - Маршрут обработки поверхности 2

Вид обработки	Квалитет	Шероховатость Rz
Сверление	14	12,5
Зенкерование	10	6,3
развёртывание точное	7	3,2
развёртывание тонкое	6	1,6

Так как в ходе обработки поверхности будет сниматься двухсторонний припуск, то минимальный операционный (межпереходный) припуск на обработку поверхности можно определить по формуле [5, с.8, формула 1.8]:

(1.10)

Найдём по данным [5, с 17-45] и [6, с. 180-190] значения величин, входящих в формулу 1.1,межпереходные припуски, межпереходные размеры и сведём их в таблицу 1.5.

Если расчёты выполнены верно, должно выполнятся условие 1.9:

Таблица 1.5 - Расчёт припуска на обработку поверхности 5

Так как условие выполняется, припуски назначены верно.

 

1.10 Формирование операций

При обработке секции секционного пуансона на формирование операций технологического процесса влияют факторы, обусловленные принятым ранее среднесерийным типом производства и особенностями формы и технических требований, предъявляемых к детали.

К большинству поверхностей секции пуансона предъявляются высокие требования по точности размеров и качеству поверхности, соответствующие седьмому квалитету, в связи с чем целесообразно произвести разделение операций технологического процесса на предварительные и окончательные. На предварительных операциях будут удалены основные припуски и созданы поверхности, которые невозможно было получить на заготовке. На операциях окончательной обработки будут удаляться меньшие припуски, что позволит уменьшить основное время этих операций, и будут обеспечиваться технические требования, предъявляемые чертежом. Предварительные операции обработки будут осуществляться разнообразным лезвийным инструментом, окончательные операции будут выполнены преимущественно абразивным инструментом. Требования к твёрдости материала детали требуют осуществления термообработки. Поэтому целесообразно предварительные операции выполнить до термообработки, что улучшит условия работы инструмента, позволит назначить более интенсивные режимы резания. Окончательные операции следует выполнять после термообработки, так как термообработка ухудшает качество поверхности, достигнутое на предыдущих операциях, а после термообработки увеличится твёрдость материала детали, что улучшит условия работы абразивного инструмента.

Так как отверстия 5 и 6 (рисунок 1.1) окончательно обрабатываются осевым лезвийным инструментом, то эта обработка должна происходить до термообработки для улучшения условий термообработки. Плоскость 3 служит базой для обработки отверстий 5,6, паза 5 и контура 4 и поэтому должна быть обработана до их обработки.

Так как поверхности 5,6 и 7 обрабатываются от одних и тех - же баз, целесообразно объединить их обработку на одной операции.

Предварительную обработку поверхностей 1 и 2 целесообразно разделить на две операции, так как в противном случае из-за повышенного износа режущего инструмента при обдирке ухудшится качество поверхности и снизится стабильность размеров на последующих переходах.

Учитывая особенности выбранного среднесерийного типа производства выбираем последовательную структуру операции с позиции выполняемых переходов, так как это упростит наладку станков, позволит использовать переналаживаемую оснастку и универсальный инструмент, что позволит применить групповую обработку.

1.11 Выбор технологического оборудования

Для среднесерийного производства следует выбирать универсальное переналаживаемое оборудование, которое позволит применить групповой принцип организации производства, что обеспечит высокую загрузку оборудования.

На операции 005, 010, 015 принимаем горизонтально-фрезерный станок 6Р82.

На операцию 020 принимаем плоскошлифовальный станок 3Б724.

На операции 025 и 030 принимаем вертикально-фрезерный станок 6Н13МФ3-2.

На операции 035 и 040 принимаем вертикально-фрезерный станок 6Р12.

На операции 050 и 055 принимаем плоскошлифовальный станок 3Б724.

В серийном производстве следует стремиться применять переналаживаемую оснастку, если этому не препятствует форма, размеры и другие технические требования детали.

На операциях 010 и 015 следует применять специальное приспособление, которое позволит надёжно закреплять на станке заготовку сложной конфигурации, будет обладать быстродействующим механизмом зажима заготовки, обеспечит удобную установку, съём заготовки и уборку стружки.

На операциях 30 и 35 необходимо применение специальных приспособлений, так как иначе невозможно выдержать технические требования, предъявляемые чертежом.

На операции 020, 040 и 045 принимаем тиски станочные с пневматическим приводом по ГОСТ 1409-80.

1.12 Расчёт режимов резания

Расчёт режимов резания на операцию 001 Горизонтально-фрезерную. Принимаем фрезу цилиндрическую 2200-0209 по ГОСТ 3752-59 тип 2 [7, с. 323]. Диаметр фрезы 100 мм, длинна 160 мм, число зубьев - 12, материал режущей части - Р18. Операция выполняется на станке 6Р12. Назначаем и определяем режимы резания по [6, т2, с.281]:

глубина резания: t=0.8 мм;

подача на зуб фрезы: 0.12 мм;

стойкость фрезы: 180 мин;

ширина фрезерования B=126 мм.

Определим скорость резания по формуле 1.11:

(1.11)

для ранее выбранных и определённых величин найдём значения коэффициентов в формуле:

Cv=35.4

q=0.45

x=0.3

y=0.4

u=0.1

p=0.1

m=0.33

Подставив найденные значения в формулу 1.11 получим:

Скорректируем скорость резания в соответствии с возможностями станка. Найдём число оборотов, соответствующее найденной скорости резания:

Выбранный станок имеет 18 скоростей вращения шпинделя и диапазон 31.5-1600 об/мин. Найдём знаменатель геометрического ряда:

Окончательно примем ближайшую меньшую скорость вращения шпинделя из найденного геометрического ряда ряда n=200 об/мин. Для принятой скорости вращения шпинделя скорость резания составит:

Определим минутную подачу:

Выбранный станок имеет 18 скоростей продольных и поперечных подач и диапазон 25-1250 мм/мин. Найдём знаменатель геометрического ряда:

Окончательно примем ближайшую меньшую скорость подачи из найденного геометрического ряда: Sмин=250м/мин. Для принятой минутной подачи подача на зуб составит:

По приняты данным найдём силу резания Pz по формуле 1.12 [6, т2, с. 282]:

(1.12)

По [6, т2, с. 291, табл. 41] назначим входящие в формулу величины:

Cp=68.2=0.86=0.72=1=0.86=0

Кмр=0.9597

Подставим найденные значения в формулу:

Найдём эффективную мощность резания по формуле 1.13 [6, т2, с. 290]:

(1.13)

подставим в формулу необходимые величины:

Выполнение операции на выбранном станке возможно, так как эффективная мощность меньше мощности электродвигателя главного привода.

Расчёт режимов резания на операцию 015 Вертикално-фрезерную с ЧПУ. Принимаем развёртку машинную из быстрорежущей стали Р18 диаметром 13мм и коническим хвостовиком (Морзе 1) 2360-0119 ГОСТ [7, с. 309]. Число зубьев - 8, материал режущей части - Р18. Операция выполняется на станке 6Р11Ф3-1. Назначаем и определяем режимы резания по [6, т2, с.281]:

глубина резания: t=0.03 мм;

подача: s= 0.63 мм/об;

стойкость развёртки: 40 мин.

Определим скорость резания по формуле 1.14:

(1.14)

для ранее выбранных и определённых величин найдём значения коэффициентов в формуле:

Cv=10.5

q=0.3

x=0.2

y=0.65

m=0.4

Подставив найденные значения в формулу 1.14 получим:

Найдём скорость вращения шпинделя, соответствующую рассчитанной скорости резания:

Скорректируем найденную скорость вращения шпинделя в соответствии и возможностями выбранного станка. Найдём знаменатель геометрического ряда скоростей шпинделя:

Для данного знаменателя геометрического ряда ближайшее меньшее значение скорости вращения составит n=315об/мин. Найдём действительную скорость резания:

Найдём крутящий момент развёртывания по формуле 1.15:

(1.15)

Выберем входящие в формулу величины по [6, т2, с. 273]:

Cp=200;

x=1;

y=0.75;

Подставим найденные значения в формулу:

Найдём мощность резания по формуле 1.16 [6, т2, с. 273]:

(1.16)

Подставив в формулу значения, получим:

Выполнение операции на выбранном станке возможно, так как эффективная мощность резания меньше мощности электродвигателя главного привода.

1.13 Нормирование операций

Рассчитаем нормы времени на операцию 010 Горизонтально-фрезерную. Затраты времени Т_шт на выполнение операции определяются по формуле 1.17 [9]:

(1.17)

Где n - количество деталей в партии, обрабатываемой с одной наладки станка, определяется по формуле 1.18:

(1.18)

Где N_зм - месячная программа запуска деталей, с учётом годовой программы в 950 деталей, принимаем N_зм=80 деталей в месяц;

a - необходимый запас для обеспечения непрерывной работы сборочного цеха, принимаем a=4 дня;

F_эф - эффективный месячный фонд времени работы в днях, F_эф=20 дней.

Подставив значения в формулу, получим:

Т_шт - штучное время определяется по формуле 1.19:

(1.19)

Где Т_о - основное время на выполнение операции, определяется выражением 1.20:

(1.20)

Где Т_оi - основное время на выполнение i-го перехода, для фрезерной обработки определяется по формуле 1.21:

(1.22)

Где l₁ - длинна врезания инструмента, мм;

l₂ - длинна перебега инструмента, мм;

L - длинна обрабатываемой поверхности, мм;

S_M - минутная подача, мм/мин;

i - количество проходов.

Подставив в формулу 1.22 известные величины, получим:

для перехода 2:

-для перехода 3:

Подставив времена в формулу 1.20 получим:

Т_в - вспомогательное время, затрачивается на переходы, сопутствующие процессу обработки, по рекомендациям [9] с учётом специального приспособления и модели станка принимаем Т_в = 1,62 минуты.

Т_об - время обслуживания рабочего места и поддержания его в рабочем состоянии. Согласно [9] принимаем Т_об = 0,43 минуты.

Т_доп - время на отдых и личные надобности. Согласно [9] принимаем Т_об = 0,43 минуты.

Подставив найденные времена в формулу 1.19 получим:

Т_пз - подготовительно-заключительное время, затрачивается на подготовку к изготовлению партии изделий. Время на ознакомление с документацией - 10мин., время на установку и снятие приспособления - 18мин., время на получение и сдачу приспособлений - 7мин., время на дополнительные приёмы - 4мин. Таким образом Т_пз=39мин.

С учётом принятых времён штучно-калькуляционное время составит:

2. Конструкторская часть

2.1 Проектирование станочного приспособления

Техническое задание на проектирование. Проэктируемре приспособление предназначено для фрезерования двух плоскостей 1 и 2 в размер 50.49_-0,19 на горизонтально-фрезерном станке 6Р82 (операция 005).

Проектируемое приспособление должно обеспечить:

надёжное закрепление детали в процессе обработки, так как на операции 005 сконцентрированы черновые переходы со снятием больших припусков и большими силами резания, процесс резания может иметь нестабильный характер;

точную установку заготовки, обеспечивающую оптимальное распределение припусков на последующих операциях;

постоянное во времени положение заготовки относительно стола станка и режущего инструмента с целью получения необходимой точности получаемого размера.

Входные данные про заготовку, поступающую на вертикально-фрезерную операцию 005:

толщина 55.4;

длинна заготовки 125.6;

ширина заготовки 226;

шероховатость Rz 200;

Выходные данные операции 005:

получаемый размер 50.49_-0,19;

шероховатость обработанных поверхностей 1-Ra 2.5, 2-Ra 0.63;

отклонения формы обработанных поверхностей в пределах допуска на размер;

отклонения расположения обработанных поверхностей в пределах допуска на размер;

приспособление обслуживается станочником 3-го разряда.

Характеристика станка 6Р82

Размеры стола, мм..............................1250х320

Число Т-обр. пазов.........................................3

Ширина Т-обр. пазов, мм.:

среднего...............................................18А3

крайних.................................................18А4

Расстояние между Т-обр. пазами, мм.......70(+-0,4)

Расстояние от оси шпинделя до станины, мм..350

Наиб. масса обраб. деталей, кг....................250

Характеристика режущего инструмента:

диаметр цилиндрической фрезы 100;

ширина 160;

материал режущей части Р18;

операция выполняется в 2 перехода.

Разработка принципиальной схемы компоновки приспособления. Так как заготовка откосится к классу корпусных деталей, выбираем для установки на операции комплект баз УНО. Установочной базой заготовки будет являться плоскость 2, а направляющей и опорной базами - плоскости контура секции пуансона (рисунок 2.1). Такая схема установки позволит избежать смены баз при обработке плоскостей секции пуансона, упростит конструкцию приспособления. В качестве установочных элементов выбираем:

установочная база - 3 пластины опорных;

направляющая база - планка упорная;

опорная база - планка упорная.

Рисунок 2.1 - Принципиальная схема приспособления

В качестве ориентирующих элементов для координирования приспособления в рабочей зоне станка выбираем шпонки, c помощью которых приспособление будет ориентироваться в рабочей зоне станка.

Силовой расчёт приспособления. С целью определения силы зажима Q рассмотрим равновесие заготовки под действием сил резания, реакций опорных и зажимных элементов и сил трения.

В выбранной расчётной схеме приспособления возможен сдвиг относительно направляющей базы и отрыв от опорной базы заготовки Коэффициент запаса K определяем по формуле 2.1[8]:

(2.1)

Где K₀=1.5 - гарантированный коэффициент запаса;

K₁ - учитывает увеличение сил резания, при черновой обработке K₁=1.2;

K₂ - учитывает затупление инструмента, принимаем K₂=1,4;

K₃ - учитывает прерывистость резания, K₃=1;

K₄ - учитывает постоянство сил зажимного механизма, принимаем K₄=1;

K₅ - учитывает эргономику приспособления, K₅=1;

K₆ - учитывает характер установочных элементов при наличии моментов резания, K₆=1.

Подставив в формулу значения коэффициентов, получим:

Коэффициент трения между заготовкой, опорами и зажимным механизмом принимаем f=0.16. под действием осевой составляющей Px силы резания. Рассмотрим равновесие заготовки под действием приложенных к ней сил реакций опор, сил трения и составляющей силы резания Px (рисунок 2.2). Найдём суммы проекций сил на координатные оси X и Y:

Откуда:

Рисунок 2.2 - Расчётная схема

Решив последнее уравнение относительно Q, получим:

Подставив в полученное выражение ранее найденные величины, получим:

Расчёт параметров зажимного механизма и привода. Примем в качестве промежуточного механизма рычаг с соотношением плеч l1 к l2 равным 0,5. Тогда для получения на коротком плече рычага зажимного усилия Q, равного 7006.49 Н, к длинному плечу рычага необходимо приложить усилие привода, определяемое выражением:

где η=0.95 - КПД, учитывающий трение в опорах рычага;

l = 80 мм - плечё приложения силы F натяжения пружины

По формуле 2.2 [8] определим диаметр штока пневмоцилиндра:

(2.2)

Где p - давление в пневмосети предприятия, принимаем p = 0.5МПа. Окончательно получим:

По [8] выбираем пневмоцилиндр с диаметром поршня 100 милиметров с креплением на лапах. Исходя из величины допуска 3.6 зажимаемого размера заготовки 226 принимаем длину хода зажимного элемента S_Q равной 10 миллиметров. Тогда Длина хода штока пневмоцилиндра будет равна:

Так как заготовка несимметрична и должна на операции переустанавливаться в приспособлении, принимаем длину меньшего плеча рычага l1 равной 60 миллиметров. С учётом ранее принятого передаточного отношения длинна большего плеча рычага l2 составит 120 миллиметров.

Для предотвращения раскрепления заготовки в случае нарушения подачи воздуха в пневмоцилиндр принимаем запорный клапан, который при снижении давления в пневмосети изолирует безштоковую полость пневмоцилиндра от пневмосети и атмосферы.

Описание работы приспособления. Обрабатываемая заготовка устанавливается плоскостью на пластины опорные и пододвигается до контакта с двумя упорными планками, после чего включается привод приспособления и происходит зажим заготовки. После обработки пневмоцилиндр отключается от пневмосети и под действием пружины происходит возврат рычага в исходное положение и заготовка снимается с приспособления.

Основным органом управления приспособлением является пневмораспределитель, соединённый с пневмоцилиндром гибкой арматурой, что позволяет располагать пневмораспределитель в удобном для рабочего месте.

Приспособление легко очищается от стружки. Для этого предусмотрен доступ к установочным элементам приспособления со стороны рабочего, пластины опорные ориентированны таким образом, чтобы не препятствовать удалению стружки.

2.2 Проектирование контрольного приспособления

Выбор метода измерений определяется соотношением между диапазоном показаний СИ и значением измеряемой величины. Если диапазон показаний меньше измеряемой величины, то используют метод сравнения. Этот метод также наиболее часто применим в серийном производстве. В проектируемом приспособлении в качестве средства измерения примем индикатор часового типа с диапазоном показаний 10 миллиметров, измеряемый размер составляет 50 миллиметров, поэтому следует принять метод сравнения. По степени соответствия стандартным определениям отклонений формы и расположения поверхностей для проектируемого контрольного приспособления следует выбрать метод упрощённого контроля, так как в данном случае нецелесообразно производить измерение во всех точках контролируемой поверхности. Схема контрольного приспособления изображена на рисунке 2.3.

Рисунок 2.3 - Схема контрольного приспособления

Порядок работы с проектируемым приспособлением следующий.

В отверстие консоли 9 необходимо установить индикатор часового типа, зафиксировать винтом 16 и убедится, что измерительный штифт индикатора движется свободно, без заеданий и касается поверхности рычага 7.

Регулировкой болта 12 и гайки 17 необходимо убрать осевой зазор в соединении консоли 9 с шарниром 6 и обеспечить свободное вращение консоли.

Установить на пластину опорную 2 заранее собранный блок концевых мер, открепить шарнир 6 от шпильки 8, установить измерительный конец рычага 7 на блок концевых мер и создать натяг 2-3 миллиметра.

Зафиксировать шарнир 6 на шпильке 8 с помощью винта 16. Установить шкалу индикатора на нулевую отметку. Убрать блок концевых мер.

Отвернуть консоль 9, освободив установочные элементы приспособления, установить измеряемую деталь.

Установить измерительный конец рычага 7 на деталь, поворачивая консоль, произвести измерения, отвернуть консоль 9, снять деталь, установить следующую деталь из партии.

Литература

1: Марочник сталей и сплавов. 2-е тзд., доп. и испр. /А. С. Зубченко, М. М. Колосков, Ю. В. Каширский и др. Под общ. ред. А. С. Зубченко - М.: Машиностроение, 2003. 784 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., ил.

: Справочник контролёра машиностроительного завода. Допуски, посадки, линейные измерения/ А. Н. Воронцов и др. Под ред. А. И. Якушева. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1980. - 527 с., ил. - (Серия справочников для рабочих).

: Допуски и посадки: Справочник. В 2-х ч./В. Д. Мягков, М. А. Палей, А. Б. Романов, В. А. Брагинский. - 6-е изд., перераб. и доп. - Л.: Машиностроение. Ленингр. Отд-ние, 1982. - Ч. 1. 543 с., ил.

: Расчёт припусков и межпереходных размеров в машиностроении: Учеб. пособ. для машиностроит. спец. Вузов/ Я. М. Радкевич, В. А. Тимирязев, А. Г. Схиртладзе, М. С. Островский; под ред. В. А. Тимирязева.

6: Справочник технолога - машиностроителя. В 2-х т. Т. 1/Под ред. А. Г. Косиловой и Р. К. Мещерякова. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1986. 656 с., ил.

: Обработка металлов резанием. Справочник технолога. Изд. 3-е, под ред. Г. А. Монахова. М.: Машиностроение, 1974.

: Станочные приспособления: справочник. В 2-х т. /Под ред. Б. Н. Вардашкина, А. А. Шатилова, 1984 г, 592 с., ил.

. Общемашиностроительные нормативы времени вспомогательного, на обслуживание рабочего места и подготовительно-заключительного для технического нормирования станочных работ. Серийное производство. 2-е изд., перераб. и доп. М.: "Машиностроение", 1974 г.