Разработка процесса обработки детали 'Гнездо подшипника'

Разработка процесса обработки детали 'Гнездо подшипника'

Введение

В наше время машиностроение служит основой экономики любой страны и играет решающую роль в создании материально-технической базы хозяйства. В современных условиях ему принадлежит исключительно важная роль в ускорении научно-технического прогресса. Выпуская средства производства для разных отраслей народного хозяйства, машиностроение обеспечивает комплексную механизацию и автоматизацию производства.

Цель работы данного курсового проекта является: разработка технологического процесса механической обработки детали “Гнездо подшипника” в условиях серийного производства. Основой для разработки технологического процесса являются: чертеж детали с техническими требованиями на ее изготовление; производственная программа выпуска детали данного наименования. Изучив исходные данные, проанализировав деталь, выбирается такой способ получения заготовки, который обеспечивает изготовление детали (включая полный цикл механической, термической и прочей обработки) по наименьшей себестоимости.

Выбор способа механической обработки определяется комплексом факторов, таких как: габаритные размеры, материал и масса детали, объем выпуска, имеющиеся в распоряжении оборудование и оснастка и др. К главным факторам непременно относятся точность, производительность и рентабельность каждого способа. Параллельно с выбором метода обработки конкретной поверхности решаются вопросы базирования и закрепления заготовки на станке или в приспособлении. Для повышения производительности выбрано универсальное оборудование и стандартная оснастка. Описание каждой операции приведено в технологической документации.

1. Общая часть

.1 Характеристика объекта производства

Деталь “Гнездо подшипника” входит в состав трансмиссии трактора ЮМЗ-6КЛ и является частью подшипникового узла. Деталь размещена в закрытом корпусе и работает в условиях интенсивного смазывания при температуре 60-80 °С, предназначена для установки подшипника в корпусе коробки передач. В процессе работы воспринимает радиальные и частично осевые нагрузки.

В “ Гнезде подшипника ” для крепления в корпусе редуктора предусмотрено четыре отверстия диаметром 11 мм. Крепление производится посредством болтов М10.

Для наружной цилиндрической поверхности диаметром 110 мм принято поле допуска f7, так как посадку Н7/f7 применяют для подвижных соединений и центрирования при относительно невысоких требованиях к соосности.

Для торца, диаметром 128 мм предъявляется требование торцевого биения не больше 0,08 мм относительно поверхности диаметра 110f7 мм.

Метод изготовления изделия - литье.

В технологическом документе предусмотрен материал марки 45Л ГОСТ 977-88, так как деталь испытывает большие статические и динамические нагрузки и данная марка стали характеризируется неплохими литейными и механическими свойствами (приемлемая жидкотекучесть, малая усадка, хорошая обрабатываемость резаньем).

Химический состав стали приведен в таблице 1.

Таблица1 в процентах

Механические свойства стали Л45:

▪ Предел прочности: 55 кг/мм²;

▪ Предел текучести: 36 кг/мм²;

▪ Твердость НВ 149-217.

.2 Установление производственной программы выпуска деталей

Производственная программа выпуска деталей устанавливается в зависимости от годовой потребности изделий.

Годовая производственная программа выпуска детали определяется по формуле:

 (1)

где N_и - годовая программа выпуска изделий, 3000 шт./год;

q - количество деталей данного наименования в одном изделии, 1 шт.;

h - процент деталей, предназначенный на запасные части (3%).

Основным показателем, характеризующих серийное производство, является величина партии деталей, одновременно запускаемых в производство (сериями запускается изделие, состоящее из определенных деталей). Размер партии определяется по формуле:

Величина партии деталей определяется по формуле:

 (2)

где а - периодичность запуска деталей в производство, дней. Возможные значения, 6;

Ф - число рабочих дней в году, 254.

Принятая величина партии составляет 73 штуки.

Такт запуска равняется 43 партиям в годовой программе выпуска деталей.

2. Анализ технологичности

Деталь «Гнездо подшипника» - тело вращения со стенками не более 10 мм, наибольшим диаметром 150 мм, и одновременно является элементом подшипникового узла. Характеристикой, определяющей технологичность конструкции, является жесткость, которую оценивают по величине L/d_пр, где L - длина детали, мм;_пр - приведенный диаметр, определяемый по формуле

(мм), (3)

где d_i - диаметр i-той ступени детали;_i - длина i-той ступени детали;

В данном случае отношение 114, что больше рекомендуемого значения 10.

Следовательно, для эффективной механической обработки без ограничения режимов резания и достижения экономически обоснованной точности, необходимо применять схемы базирования для нежестких деталей.

Основные конструкторские базы - отверстие диаметром 100 мм и левый торец. Повышенные требования точности предъявлены к наружной поверхности диаметром 110 мм и внутренней поверхности диаметром 100 мм с допуском седьмого квалитета. Требования к точности других поверхностей не являются завышенными и не снижают технологичность конструкции.

Применяемый материал сталь 45Л обеспечивает выполнение требований к механическим свойствам поверхностей детали в целом и обладает приемлемыми технологическими характеристиками при обработке резанием. Двухстороннее расположение уступов и соотношение диаметров ступеней благоприятны для производительной токарной обработки и равномерной концентрации операций. Исключением является поверхность диаметром 150 мм, которая имеет сложную геометрическую форму. Соотношение квалитетов и параметров шероховатости обрабатываемых поверхностей является оптимальным.

Таким образом, технологичность конструкции детали «Гнездо подшипника» после качественного анализа можно оценить как хорошую по основным показателям.

3. Выбор заготовки

Исходя из того, что деталь « Гнездо подшипника» имеет сравнительно простую форму и изготавливается из литейной стали, можно сделать вывод, что единственным видом заготовки может быть отливка. Анализируя возможные способы литья, учтем то, что первоочерёдное значение имеет обеспечение требуемой формы заготовки, высокой экономичности и производительности литейного процесса. Все ответственные поверхности подлежат механической обработке, поэтому параметр шероховатости отливки не является определяющим при выборе способа литья. Деталь имеет массу 0,65 кг и габариты 150х32 мм. Требуемая размерная точность -12 квалитет, чистота поверхности - R_a 12,5 мкм.

Для изготовления отливки данной конфигурации используют литьё в облицованный кокиль. Этот способ является наиболее приемлемым, так как он обеспечивает все необходимые качественные и экономические показатели при изготовлении отливок небольшой массы большими партиями.

Для отливок в кокиль характерна более плотная мелкозернистая структура металла, что способствует повышению их механических свойств на 15…30%.

Размеры отливки и их точность определяются исходя из требований ГОСТа 26645-85, который распространяется на отливки из черных и цветных металлов и сплавов и устанавливает допуски размеров, формы, расположения и неровностей поверхности, допуски массы и припуски на обработку. Номинальный размер отливки принимается равным номинальному размеру детали для необрабатываемых поверхностей и общего припуска на обработку для обрабатываемых поверхностей.

Нормы точности устанавливаются на отливку в целом и характеризуются классом размерной точности отливки, степенью коробления, степенью точности поверхностей и классом точности массы. Обязательному применению подлежат классы размерной точности и точности массы отливки.

Рекомендуемые и принятые значения норм точности при получении отливок из термообрабатываемых стальных сплавов при литье в кокиль приведены ниже:

класс размерной точности отливки для термообрабатываемых стальных сплавов при литье в кокиль с наибольшим габаритным размером заготовки 150 мм - 8;

степень точности поверхности отливки для термообрабатываемых стальных сплавов при литье в кокиль с наибольшим габаритным размером заготовки 150 мм - 10;

класс точности массы отливки для термообрабатываемых стальных сплавов в кокиль с песчаными стержнями с номинальной массой отливки до 1кг - 9;

степень коробления элементов отливки с отношением наименьшего к наибольшему размера элемента отливки (32/150) больше 0,2 для многократных форм - 4;

для степени точности поверхности 10 ряд припусков на обработку отливки - 5;

допуск массы отливки для номинальной массы отливки до 1 кг с классом точности массы отливки 10, равен 20%;

допуск неровностей поверхности отливки для степени точности поверхностей отливки 10, равен 0,4 мм.

Таблица 2 Расчет размеров отливки

Рассчитаем коэффициент использования материала:

 (4)

где m_д - масса детали, кг;_з - масса заготовки, кг.

4. Разработка технологического маршрута изготовления детали

При разработке маршрута изготовления детали ориентируемся на вид применяемой заготовки и ее точность. Методы обработки поверхностей определяют количество технологических операций. Перечень обрабатываемых поверхностей и методы их обработки, которые обеспечивают выполнение требований рабочего чертежа, приведены в таблице 3.

Таблица 3

На первой операции осуществляется полная токарная обработка торцевых и наружных цилиндрических поверхностей детали. Технологическими базами детали будут торцевая поверхность и внутренняя цилиндрическая поверхность диаметром 100Н7. Обработку детали на данной операции в условиях серийного производства целесообразно производить на токарно-револьверном станке. Деталь закрепляется по внутренней цилиндрической поверхности в патроне.

Во второй операции выполняется полная токарная обработка внутренних цилиндрических поверхностей. Деталь закрепляется в трехкулачковым самоцентрирующемся патроне по наружной цилиндрической поверхности диаметром 110f7, которая вместе с левой торцевой поверхностью является технологической базой.

В третьей операции производится сверление четырёх отверстий диаметром 11 мм. Деталь закрепляется в специальном приспособлении и базируется по внутренней цилиндрической поверхности диаметром 100Н7

На четвёртой операции осуществляется тонкое растачивание внутренней цилиндрической поверхности диаметром 100Н7 - посадочного места под подшипник. Технологические базы: наружная цилиндрическая поверхность и наружная поверхность фланца. Деталь закрепляется в специальной оправке.

Предлагаемый маршрут обработки детали “Гнездо подшипника” приведен в таблице 4.

Таблица 4

5. Расчет припусков на механическую обработку

Припуски на механическую обработку в значительной мере влияют на технологическую себестоимость изготовления детали. Удаление чрезмерного припуска сопряжено с увеличением машинного времени при черновой обработке, как в случае выполнения дополнительных обдирочных проходов, так и за счет снижения режимов резания в случае значительной глубины резания. При этом повышается расход режущего инструмента и общие затраты на эксплуатацию рабочего места. В данной работе припуски на две поверхности рассчитываются статистическим (табличным) методом. Результаты расчета припусков приведены в таблицах 5 и 6.

Номинальный припуск на обработку наружных поверхностей, который необходим для определения номинальных размеров заготовки при проектировании технологической оснастки, определяем по формуле:

Z_{i ном} = Z_{i min} + |ei_i-1| - |ei_i| (5)

где ei_i-1 и ei_i - нижнее отклонение размеров соответственно предшествующего и выполняемого переходов.

Пример расчета припуска для наружной поверхности Æ 110f7  для 3 переходов:

Z_тонк = 300 + 54 - 35=319 мкм (6)

Z_чист = 1100 +140 - 54=1186 мкм (7)

Z_черн = 3800 + 1600 - 140=5260 мкм (8)

Таблица 5

Таблица 6

6. Детальная разработка технологических операций

Операция 05 "Токарно-револьверная" выполняется на токарно-револьверном станке 1Е340П оснащенном шестипозиционной револьверной головкой с вертикальной осью вращения за шесть технологических переходов.

Деталь базируется в трехкулачковом самоцентрирующемся патроне 7100-0028 ГОСТ 2675-80 по наружной поверхности диаметром 110 мм и внутренней поверхности фланца.

Характеристика станка 1Е340П

Наибольший диаметр обрабатываемой заготовки, мм:

над станиной - 400;

над верхней частью суппорта - 220.

Наибольшее расстояние от торца шпинделя до РГ, мм - 630.

Диаметр отверстия в шпинделе, мм -63.

Наибольшее продольное перемещение РГ, мм - 415.

Ряд частот вращения шпинделя, об/мин:

; 50; 71; 100; 140; 200; 280; 400; 660; 800; 1120; 1600.

Ряд подач РГ, мм/об:

продольные - 0,05; 0,1; 0,2; 0,4; 0,8; 1,6;

поперечные - 0,025; 0,05; 0,1; 0,2; 0,4; 0,8.

Мощность электродвигателя главного привода, кВт - 4,2.

Содержание и оснащение операции приведено в таблице 7.

Таблица 7

Операция 10 "Токарно-револьверная" выполняется на токарно-револьверном станке 1Е340П оснащенном шестипозиционной револьверной головкой с вертикальной осью вращения за шесть технологических переходов.

Деталь базируется в трехкулачковом самоцентрирующемся патроне 7100-0028 ГОСТ 2675-80 по внутренней поверхности диаметром 100 мм и наружной поверхности фланца.

Характеристика станка 1Е340П

Наибольший диаметр обрабатываемой заготовки, мм:

над станиной - 400;

над верхней частью суппорта - 220.

Наибольшее расстояние от торца шпинделя до РГ, мм - 630.

Диаметр отверстия в шпинделе, мм -63.

Наибольшее продольное перемещение РГ, мм - 415.

Ряд частот вращения шпинделя, об/мин:

; 50; 71; 100; 140; 200; 280; 400; 660; 800; 1120; 1600.

Ряд подач РГ, мм/об:

продольные - 0,05; 0,1; 0,2; 0,4; 0,8; 1,6;

поперечные - 0,025; 0,05; 0,1; 0,2; 0,4; 0,8.

Мощность электродвигателя главного привода, кВт - 4,2.

Содержание и оснащение операции приведено в таблице 8.

Таблица 8

Операция 15 “Сверлильная”, выполняется на вертикально-сверлильном станке 2Н125Л. Операция выполняется за один переход. Деталь устанавливается в специальном приспособлении. Используется сверло 2301-3206 ГОСТ12121-77 устанавливаемое в станок при помощи переходной втулки 6100-0142.

Характеристика станка 2Н125Л:

Наибольший диаметр сверления по стали 25 мм.

Размер конуса шпинделя Морзе №3

Наибольший ход шпинделя 150 мм

Вылет шпинделя 250 мм

Расстояние от конца шпинделя до стола:

наибольшее 700 мм

наименьшее 0 мм

Расстояние от конца шпинделя до плиты:

наибольшее 1060 мм;

наименьшее 695 мм.

Частота вращения шпинделя, об/мин:

)        68; 95,5; 135; 190; 267; 380; 476; 668; 950

)        96,5; 136; 196; 270; 380; 540; 676; 950; 1350

)        132; 184; 262; 366; 515; 732; 915; 1288; 180

)        187; 262; 375; 522; 735; 1050; 1305; 1840; 2620

; 0,13; 0,17; 0,22; 0,28; 0,36; 0,48; 0,62; 0,81.

Диаметр рабочей поверхности стола 400 мм,

Длина обработанной поверхности плиты 435 мм,

Ширина обработанной поверхности плиты 560 мм

Наибольшее вертикальное перемещение стола 525 мм

Наибольшее перемещение сверлильной головки 215 мм

Мощность электродвигателя 2,8 кВт.

Габариты станка без приставного оборудования:

длина 1080 мм;

ширина 825 мм;

высота 2295 мм.

Масса станка без выносного оборудования 1025 кг.

Содержание и оснащение операции приведено в таблице 9.

Таблица 9

Расчет режимов резанья для операции 15, “Вертикально-сверлильная” приведен ниже:

1.      Подача

S₀= S_от· К_sl · К_sи· К_sd · К_sж · К_sм

= мм/об (9)

где S_о - табличное значение, равное 0,17 мм/об

К_sl - коэффициент, учитывающий состояние обрабатываемой поверхности, равный 1,0;

К_sи - коэффициент, учитывающий материал инструмента, равный 1,0;

К_sd - коэффициент, учитывающий тип обрабатываемого отверстия, равный 1,0;

К_sж - коэффициент, учитывающий жесткость технологической системы, равный 0,75;

К_sм- коэффициент, учитывающий материал обрабатываемой поверхности, равный 1,0.

2.      Скорость резания

V= Vт · К_vм · К_vи · К_vd · К_vо · К_vт · К_vl

= м/мин (10)

где К_vм - коэффициент, учитывающий марку обрабатываемого материала, равный 1,1;

К_vи - коэффициент, учитывающий свойства материала инструмента, равный 0,91;

К_vd - коэффициент, учитывающий тип отверстия, равный 0,9 ;

К_vо - коэффициент, учитывающий условия обработки, равный 0,8;

К_vт - коэффициент, учитывающий стойкость, равный 1;

К_vl - коэффициент, учитывающий длину сверления, равный 1.

.Частота вращения шпинделя

 об/мин (11)

где D - максимальный диаметр заготовки, мм.

Принимаем по паспорту n=732 об/мин.

. Машинное время

 мин (12)

где L - длина резания, мм.

Операция 25 “Отделочно-расточная”, выполняется на горизонтальном отделочно-расточном станке 2705П. Операция выполняется за 1 технологический переход. Растачивание осуществляется державочным резцом 2142-0148 Т30К4 ГОСТ 9795-84, который устанавливается в оправке 6300-0665 ГОСТ 21222-75. Деталь закрепляется в специальном приспособлении.

Характеристика станка 2705П:

Диаметр обрабатываемых отверстий 8-280 мм

Размеры рабочей поверхности стола 320х500 мм

Ход стола 360 мм

Частота вращения при типоразмере заготовки:

I 5000/4000

II 3150/2500

III 2000/1600

IV 1250/1000

Подача стола 8-800 мм/мин

Габаритные размеры, мм:

длина 1550

ширина 1220

высота 1450

Содержание и оснащение операции приведено в таблице 10.

Таблица 10

Расчет режимов резания для первого перехода операции 20, “Отделочно-расточная” приведен ниже:

1.      Подача

S₀= S_о· К_sп· К_sи· К_sф · К_sж · К_sм

=мм/об (13)

где S_о - табличное значение, равное 0,07мм/об

К_sп - коэффициент, учитывающий состояние обрабатываемой поверхности, равный 1,0;

К_sи - коэффициент, учитывающий материал инструмента, равный 1,0;

К_sф - коэффициент, учитывающий форму обрабатываемой поверхности, равный 1,0;

К_sж - коэффициент, учитывающий жесткость технологической системы, равный 0,87;

К_sж - коэффициент, учитывающий жесткость технологической системы, равный 0,95;

К_sм- коэффициент, учитывающий материал обрабатываемой поверхности, равный 1,07.

.        Скорость резания

V= V · К_vм · К_vφ · К_vи · К_v1 · К_vо

= м/мин

где К_vп - коэффициент, учитывающий состояние обрабатываемой поверхности, равный 0,85;

К_vи - коэффициент, учитывающий свойства материала инструмента, равный 0,83;

К_vφ - коэффициент, учитывающий влияние угла в плане, равный 1,0;

К_v1 - коэффициент, учитывающий вид обработки, равный 1,45;

К_vм - коэффициент обрабатываемости поверхности, равный 1,1;

К_vо - коэффициент, учитывающий влияние СОЖ, равный 0,8.

.        Частота вращения шпинделя

 об/мин (15)

где D - максимальный диаметр заготовки, мм

Принимаем по паспорту n=1000 об/мин.

.        Машинное время

 мин (16)

где L - длина резания, мм.

гнездо подшипник серийный припуск

7. Расчет технической нормы времени

Расчет технической нормы времени на операцию 15 «Вертикально-сверлильная»:

Основное время определяется по формуле

мин

Для серийного производства определяем штучно-калькуляционное время по формуле

где n_зап =43 - величина такта запуска участка

Штучное время на операцию определяется

где Т_оп - время, потраченное на операцию

где Т_о = 0,21 - общее время на операцию, которое состоит с времени на обработку.

Т_в - вспомогательное время на операцию

где Т_уст = 0,2 мин - вспомогательное время на установку и снятие детали вручную гаечным зажимом;

Т_пер = 0,07 мин - вспомогательное время на вывод сверла для удаления стружки;

Т_изм = 0,7 мин - вспомогательное время на контрольные измерения калибр- пробкой

 мин

 мин

Определяем время на обслуживание станка

где а = 3,5 % - процент времени на обслуживание рабочего места

Определяем время на отдых и личные потребности станочника

где b - 4,5 % - процент времени на отдых и личные потребности станочника

 мин

Подготовительно-заключительное время

где Т₁ = 11 мин - время на наладку станка инструмента и приспособления;

Т₂ = 6 мин - время на получение и сдачу инструмента и приспособлений

Т₃ = 0,5 мин - время на изготовление пробной детали.

мин

Штучно-калькуляционное время определяется

мин

Расчет технической нормы времени на операцию 20 «Отделочно-расточная»:

Основное время определяется по формуле

мин

Для серийного производства определяем штучно-калькуляционное время по формуле

где n_зап =43 - величина такта запуска участка

Штучное время на операцию определяется

где Т_оп - время, потраченное на операцию

где Т_о = 0,46 - общее время на операцию, которое состоит с времени на обработку.

Т_в - вспомогательное время на операцию

где Т_уст = 0,2 мин - вспомогательное время на установку и снятие детали вручную гаечным зажимом;

Т_пер = 0,3 мин - вспомогательное время на совмещение оси шпинделя с осью обрабатываемого отверстия заготовки;

Т_изм = 0,9 мин - вспомогательное время на контрольные измерения калибр-пробкой

 мин

 мин

Определяем время на обслуживание станка

где а = 3,5 % - процент времени на обслуживание рабочего места

Определяем время на отдых и личные потребности станочника

где b - 4,5 % - процент времени на отдых и личные потребности станочника

 мин

Подготовительно-заключительное время

где Т₁ = 20 мин - время на наладку станка и приспособления;

Т₂ = 12 мин - время на установку инструмента;

Т₃ = 8 мин - время на получение и сдачу инструмента и приспособлений

Т₄ = 0,5 мин - время на изготовление пробной детали.

мин

Штучно-калькуляционное время определяется

мин

Список литературы

1. Марочник сталей и сплавов / Под ред. В.Г.Сорокина - М.: Машиностроение, 1989.

.Машиностроительные материалы. Краткий справочник /Под ред. В.М. Раскатова - Москва.: Машиностроение, 1980.

. Руденко П.А., Харламов Ю.А. Проектирование и производство заготовок в машиностроении. Киев.: Вища школа, 1991.

. ГОСТ 26645-85 (Справочное пособие по проектированию литых заготовок)

. Горбацевич А.Ф., Шкред В.А. Курсовое проектирование по технологии машиностроения. -Минск.: Вышейшая школа, 1983.

.Справочник технолога-машиностроителя 4-е изд. / Под ред. А.Г.Косиловой и Р.К.Мещерякова. - М.: Машиностроение, 1985. Т.1.

. Комплектность и правила заполнения бланков технологических документов: Методическое пособие для самостоятельной работы/ Сост. С.Г.Пиньковский, В.И.Холоша, Ю.Г.Кравченко - Днепропетровск: НГУ, 2004.

. Кодирование технологической информации: Справочное пособие/ Сост. С.Г.Пиньковский, В.Г.Олейниченко - Днепропетровск: НГУ, 2003.

. Справочное пособие по назначению операционных припусков на механическую обработку табличным методом / Сост.: С.Г. Пиньковский, Ю.Г.Кравченко, В.Г.Олейниченко - Днепропетровск: НГАУ, 2002.

. Обработка металлов резанием. Справочник технолога / Под ред. А.А.Панова. . - М.: Машиностроение, 1988.