Проектирование участка обработки заготовок

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

• ВВЕДЕНИЕ 9
• 1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 10
• 1.1 Условия работы и конструкция изделия 10
• 1.2 Анализ технических условий на изготовление изделия 18
• 1.3 Определение типа и организационной формы производства 19
• 1.4 Анализ технологичности конструкции изделия 22
• 1.5 Обоснование выбора способа изготовления заготовок; расчет коэффициента использования материала; характеристика материала изделия 23
• 1.6. Анализ базового маршрута обработки изделия 26
• 1.7 Анализ схемы базирования и закрепления детали 35
• 1.8 Обоснование и выбор методов обработки 37
• 1.9 Обоснование и выбор оборудования 45
• 1.10 Обоснование и выбор инструмента; характеристики инструмента 50
• 1.11 Анализ средств и методов контроля заданных чертежом параметров изделия 52
• 1.12. Карта технологического маршрута обработки изделия 55
• 1.13 Припуски на механическую обработку 57
• 1.14 Расчет режимов резания 64
• 1.15 Расчет технических норм времени 78
• 1.16 Сводная операционная карта технологического процесса 82
• 2. КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ 84
• 2.1 Описание конструкции и работы контрольно-измерительного устройства 84
• 2.2 Описание конструкции и работы зажимного приспособления 91
• 3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ УЧАСТКА 93
• 3.1. Определение потребного количества оборудования и рабочих 93
• 3.2 Выбор межоперационного транспорта 94
• 3.3 Выбор средств механизации, сбора и транспортировки металлической стружки 94
• 3.4 Расчет потребной площади участка 94
• 3.5 Описание плана расположения оборудования 96
• 4. РАЗРАБОТКА ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЧАСТИ ДИПЛОМНОГО ПРОЕКТА 98
• 4.1 Организация и планирование технологической подготовки производства 98
• 4.1.1 Технологическая подготовка производства 98
• 4.1.2 Сетевое планирование ТПП 101
• 4.1.3 Расчет основных параметров сетевого графика 109
• 4.1.4 Составление сметы затрат на технологическую подготовку производства 115
• 4.2 Расчет и сравнительный анализ основных технико-экономических показателей производства поршня автомобиля ЗИЛ-4314 117
• 4.2.1 Расчет капитальных вложений 119
• 4.3 Расчет годового экономического эффекта 127
• 4.4 Показатели эффективности вариантов технологии 129
• 5. БЕЗОПАСНОТЬ ЖИЗНИДЕЯТЕЛЬНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ ПРОЕКТА 131
• 5.1 Анализ негативных факторов в процессе производства деталей поршень 131
• 5.2 Экологические установки, применяемые в производстве при изготовлении поршня 134
• 5.2.1 Основные характеристики пылеулавливающих устройств 134
• 5.2.2 Исходные данные для расчета пылеулавливающих установок. 141
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ 147
• СПИСОК ОСНОВНЫХ ИСТОЧНИКОВ ЛИТЕРАТУРЫ 149
• 
• ВВЕДЕНИЕ
• Основным требованием к результатам деятельности современной промышленности являются повышение качества выпускаемой продукции и производительности труда, которые, в основном, определяются технологией производства и степенью применения в ней новейших прогрессивных методов обработки деталей оборудования, средств оснащения, контроля и автоматизации.
• Поэтому одна из основных задач инженеров-машиностроителей - разработка оптимальных технологических процессов обработки и сборки, для чего необходимо обеспечение наиболее полного использования всех новейших достижений науки и техники.
• В нашей стране автомобили используют во всех отраслях народного хозяйства - в промышленности, сельском хозяйстве, торговле и др. Благодаря высокой маневренности, проходимости и приспособленности к работе в различных условиях, автомобильный транспорт стал одним из основных средств перевозки грузов и пассажиров.
• Одной из важных задач на производстве является совершенствование технологических процессов обработки деталей.
• Все вопросы совершенствования маршрутов технологических процессов обработки следует рассматривать в связи со значительным повышением производительности труда. В настоящее время стоят задачи дальнейшего освоения высокопроизводительных методов обработки, повышения качества и снижения себестоимости выпускаемой продукции.
• В данном дипломном проекте рассматривается вопрос повышения точности обработки поршня автомобилей семейства ЗИЛ за счет внедрения бескопирного метода обработки наружного профиля поршня.

• 1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Условия работы и конструкция изделия

Поршни относятся к основным деталям двигателя внутреннего сгорания (ДВС), предопределяющим ресурс его работы. Они работают в наиболее тяжелых условиях - при высокой температуре, больших переменных нагрузках, высоких скоростях возвратно-поступательного движения. Этим определяется необходимость точной обработки основных трущихся поверхностей, обеспечение их высокой износостойкости, снижение массы поршня и улучшение теплоотвода от стенок и торца поршня.

С учетом специфики работы поршней к их материалам предъявляется ряд требований: малая плотность, высокая прочность, низкая склонность к трещинообразованию и усталости, термо-, химико- и износостойкость, высокая теплопроводность, невысокий коэффициент линейного расширения, низкая стоимость материала.

Для изготовления поршней ДВС в основном используют алюминиевые сплавы, реже серый или ковкий чугун, композиционные материалы.

Алюминиевые сплавы имеют малую плотность, что позволяет снизить массу поршня, обладают высокой теплопроводностью, позволяющей иметь меньшие температуры деталей поршневой группы. К положительным качествам алюминиевых сплавов относятся малые значения коэффициента трения в паре с чугунными гильзами цилиндров.

Однако поршням из алюминиевых сплавов присущ ряд недостатков - невысокая усталостная прочность, резко уменьшающаяся при повышении температуры, высокий коэффициент линейного расширения, меньшая, чем у чугунных поршней износостойкость, сравнительно большая стоимость.

Для изготовления поршней используют литейные и ковочные сплавы алюминия с кремнием - силумины с содержанием кремния 11…14 % (доэвтектические) и 17…25 % (заэвтектические).

Увеличение содержания кремния в сплаве приводит к уменьшению коэффициента линейного расширения, к повышению термо- и износостойкости, но при этом ухудшаются его технологические качества, растет стоимость производства.

Для улучшения физико-механических свойств силуминов используются различные легирующие добавки. Введение в сплав до 6 % меди повышает усталостную прочность, увеличивает теплопроводность, улучшает литейные качества. Однако при этом несколько снижается износостойкость поршня. Использование в качестве легирующих добавок натрия, азота, фосфора увеличивает износостойкость сплава. Легирование никелем, хромом, магнием повышает жаропрочность и износостойкость.

Заготовки поршней из алюминиевых сплавов получают путем отливки в кокиль или горячей штамповкой.

Конструктивно поршни представляют собой полый цилиндр с днищем и бобышками, в которых имеется отверстие под поршневой палец (рисунок 1.1.).

Условно поршень разделяют на головку, в которой установлены поршневые кольца, и юбку (нижняя часть поршня).

Заготовки поршней дизельных и некоторых карбюраторных двигателей отливаются со вставкой в зоне первого компрессионного кольца из легированного чугуна со значительно более высокими прочностными свойствами по сравнению с алюминиевыми сплавами.

Основные элементы поршня

изделие маршрут заготовка



1 - головка;

2 - юбка;

3 - днище;

4,5 - огневой и уплотняющий пояса;

6 - бобышки,

7 - вставка.

Рис.1.1

Поршни имеют сплошные юбки в виде стакана или вырезанные. В последнем случае нижняя часть юбки выполнена в виде двух козырьков, расположенных в плоскости, перпендикулярной к оси поршневого пальца.

Конструкция днища поршней определяется типом двигателя и формой камеры сгорания. Поршни с плоским днищем или с небольшой цилиндрической выемкой наиболее распространены в карбюраторных двигателях. Такая конструкция упрощает технологию изготовления поршня. В последних конструкциях карбюраторных двигателей получили распространение поршни с отлитой на торце головки камерой сгорания специальной формы (рисунок 1.2.).

Конструкция головки поршней ВАЗ-2108, 21083, 2110



2

1

1- камера сгорания;

2-занижения под клапаны.

Рис. 1.2

В двухтактных карбюраторных двигателях для образования оптимальной формы камеры сгорания и улучшения продувки цилиндров поршни делают с выпуклыми, вогнутыми или фасонными днищами.

В дизельных двигателях, чаще всего, камера сгорания располагается в головке поршня. Ее геометрические параметры строго согласуются с расположением форсунки, количеством и распределением по объему камеры факелов распыляемого топлива, а объем определяется принятой степенью сжатия. Примеры конструкций головок поршней дизельных двигателей приведены на рисунке 1.3.

Конструкции головок поршней дизельных двигателей



Занижение под клапан

Рис. 1.3

Зазоры между элементами поршня и зеркалом цилиндра при прогретом двигателе являются одним из наиболее важных параметров работоспособности деталей поршневой группы. Проблема стабилизации величины зазоров в сопряжении поршень - цилиндр осложняется тем, что коэффициент линейного расширения поршней из алюминиевых сплавов в 1,5…2 раза превышает этот показатель для чугунных гильз цилиндров. Тепловое состояние поршня на различных режимах работы ДВС существенно варьируется. Его температура изменяется от минимальной при пуске и прогреве холодного двигателя до максимальной на режимах наибольших нагрузок. На фоне относительно стабильного теплового состояния цилиндра это обстоятельство предопределяет существенные изменения величин зазоров при различных режимах работы. Стабилизация зазора в сопряжении юбка поршня - зеркало цилиндра является одной из трудно решаемых технических проблем.

Головке поршня по его образующей (продольное сечение) придается одна из следующих форм: ступенчатая, коническая, бочкообразная. Учитывая характер распределения температуры по высоте головки, такая ее конфигурация позволяет при достижении штатного теплового состояния придать ей цилиндрическую форму.

Юбке поршня в продольном сечении придается бочкообразная форма. Это позволяет избежать кромочного удара торца юбки при перекладке поршней и учесть особенности ее термической деформации вследствие неравномерности распределения температуры по высоте.

В процессе работы двигателя на юбку поршня действует боковая сила в направлении перпендикулярном оси пальца и происходит ее овализация, что является следствием неравномерности распределения нагрузки по ее периметру (зона нагрузки - дуга с углом 80…100°). Это обстоятельство, а также неравномерность деформации поршня от давления газов на днище и при тепловом расширении приводят к тому, что рабочая часть юбки приобретает форму овала с большой осью в направлении оси пальца. Для нейтрализации этого явления юбка поршня в поперечном сечении выполняется овальной формы с малым диаметром по оси поршневого пальца. В этом случае при штатном тепловом состоянии форма юбки приближается к цилиндрической (рисунок 1.4.).

Продольный и поперечный профили поршня

Рис. 1.4

Для уменьшения величины тепловой деформации юбки за счет ограничения поступающих в нее тепловых потоков от головки, в некоторых конструкциях поршней выполняются одна или две симметрично расположенные поперечные прорези в зоне канавки под маслосъемное кольцо (рисунок 1.5. а). Однако при этом затрудняется теплоотвод от головки, а также уменьшается жесткость конструкции поршня.

Термостабилизация зазора между цилиндром и юбкой поршня в ряде конструкций осуществляют вертикальными прорезями, расположенными на той ее стороне, которая не прижимается к цилиндру (рисунок 1.5. а). При этом в холодном состоянии зазор создается достаточно малым, что способствует устранения стуков поршня и шума. По мере прогрева двигателя юбка расширяется, но заклинивания поршня при выборе зазора не происходит, так как увеличение диаметра юбки компенсируется уменьшением ширины прорезей.

Однако это техническое решение снижает механическую прочность конструкции поршня, вследствие чего не применяется в современных форсированных двигателях.

Эффективным средством регулирования теплового расширения юбки является применение специальных терморегулирующих вставок, размещаемых в верхней части юбки (рисунок 1.5. б).

Для ограничения неуравновешенности ДВС лимитируется разновесность поршней, величина которой обычно не превышает 0,5…1,0 %. Подгонку поршней по массе выполняют удалением металла с приливов на внутренней поверхности юбки (рисунок 1.5. а).

В нижней части юбка может иметь радиусные выемки для прохода противовесов коленчатого вала (рисунок 1.5. в).

Для уменьшения работы трения, ускорения процесса приработки, придания юбке поршня хороших антифрикционных и антиизносных качеств, на ее рабочую поверхность наносят различные легкоплавкие покрытия путем лужения, фосфатирования, графитизации.

Примеры конструкции поршней



1

5

а) б) в)

1- поперечная прорезь; 2 - продольная прорезь;

3 - терморегулирующая вставка; 4 - зона выборки для подгонки по массе;

5 - выемка для прохода противовесов коленчатого вала.

Рис. 1.5

Для повышения маслоемкости трущегося сопряжения на наружной поверхности юбки создают микрорельеф (рисунок 1.6.).

Микрорельеф наружной поверхности юбки

0,014 ± 0,003 170°

Рис. 1.6



1.2 Анализ технических условий на изготовление изделия

Поршень является нежесткой, тонкостенной деталью, легкодеформируемой в радиальном направлении, причем наименьшую жесткость имеет юбка. Шероховатость обрабатываемых поверхно-стей юбки поршня, отверстий под поршневой палец и торцовых поверхностей канавок для компрессионных и маслосъемных колец должна быть не более 1,25 мкм. Для поршней, подвергаемых по-крытию, допускается шероховатость до 2,5 мкм. Наиболее важными поверхностями наружный диаметр и отверстие под п/палец. Диаметр отверстия под поршневой палец - . Наружный диаметр - _. Допуск на перпендикулярность оси отверстия пальца к оси поверхности юбки поршня на длине 100 мм не должен превышать 0,04 мм.

Обработанные поршни сортируют на группы по диаметру юб-ки с интервалом 10 мкм. Отверстие под поршневой палец об-рабатывается по третьему квалитету, а иногда и точнее, после чего также применяют селективную сборку с разбивкой на группы по диаметру (через 0,0025 мм). Шероховатость поверхности отвер-стия под палец выдерживается равной 0,6 мкм. Допуски по массе поршней составляют 0,3 ... 1 % массы обработанного поршня.

Исходя из служебного назначения детали, в качестве материала для изготовления поршня выбран алюминиевый сплав Ал-30 ГОСТ 2685-75.

Структура металла должна быть мелкозернистой, плотной, не иметь трещин, свищей без посторонних включений.

Термообработка -100…130 НВ.

Остаточный рост диаметральных размеров поршня не должен превышать - 0,025 мм - 0,05%. Отливка должна быть без трещин, рыхлот, шлаковых засоров - 0,5% (исправление дефектов на отливках заваркой, зачисткой и другими методами не допускается).

Максимальная бочкообразность юбки на сторону 0,042±0,012, овальность на сторону (разность радиусов) составляет 0,201±0,025

Размер от оси отверстия до дна поршня - 5% 54,37 ч53,63

Диаметр отверстия под поршневой палец - ш 25,6 ±0,35 мм - 1% но не менее 5шт.

На бобышках для подгонки по весу допускаются утопающие следы вентиляционных пробок до 2 мм.

На бобышках под поршневой палец допускаются утопающие следы вентиляционных пробок до 1,5 мм.

На ребрах жесткости допускаются следы вентиляционных пробок утопающие до 0,5 мм и выступающие до 1 мм.

На бобышках для подгонки по весу допускаются утяжины до 1 мм, а также наличие внутренних усадочных раковин или рыхлот, обнаруживаемых при разрезке поршня для микрошлифа и при механической обработке.

На необрабатываемых поверхностях поршня допускаются следы стыков составных частей кокиля, выступающие не более чем на 0,75 мм на юбке и не более чем на 1,25 мм головке

Расстояние от внутренней поверхности дня до торца бобышки - мм - 0,5% но не менее 5шт.

Разностенность юбки поршня на участке расточки в диаметрально противоположных местах не более 0,5.

1.3 Определение типа и организационной формы производства

Тип производства в машиностроении определяет содержание, количество и последовательность выполнения операций технологического процесса, обработки детали или сборки, применяемое оборудование, оснастку, режущий и вспомогательный инструмент, средства контроля, автоматизации, а также форму организации этих процессов.

В машиностроении различают три основных типа производства:

1. Массовое;

2. Серийное;

3. Единичное.

При массовом производстве изделия изготавливаются непрерывно в течение нескольких лет. Характерным признаком массового производства является выполнение на всех рабочих местах только одной закреплённой операции. Продукция выпускается в массовом количестве. Себестоимость её более низкая. Массовое производство позволяет широко внедрить поточные методы организации производства.

При серийном производстве выпуск и изготовление детали повторяется через определённый промежуток времени и изделие выпускается сравнительно крупными партиями или сериями. В зависимости от размера серии различают крупносерийное, среднесерийное и мелкосерийное производство. Чем крупнее серия, тем ниже себестоимость единицы продукции (детали или изделия).

При единичном производстве изготовление детали осуществляется в малых количествах, которые либо не повторяются, либо повторяются через неравные промежутки времени. Себестоимость данной продукции очень высокая.

Тип производства определяется многими факторами: годовой программой выпуска, трудоёмкостью, массой изделия.

Для производства поршня автомобилей ЗИЛ 4314 № 130-1004015-А3 выбираем массовый тип производства, так как при массовом типе производства изделия изготавливаются непрерывно в больших количествах в течение достаточно продолжительного времени. Оборудование расположено по ходу технологического процесса, что обуславливает поточный метод производства. Длительность операций приблизительно равна или кратна друг другу. При поточном методе производства темп равен промежутку времени, через который происходит выпуск единицы продукции.

Определяем годовую программу запуска заготовок поршня Nз по формуле:

N_з. = N + N Ч( Б_заг /100 + Б_нал /100 + З/100 ) (1.1.)

где N - годовая программа выпуска поршней в год

Б_заг - брак заготовительных цехов (1…3%).

Б_нал - брак при наладке оборудования (0,5…1,0 %).

При годовой программе выпуска поршней 500000 шт.:

N_з =500000 + 500000Ч( 0,02 + 0,0075 ) = 513750 шт.

Определяем такт выпуска изделий:

ф = 60 Ч F_д / N_з (1.2.)

где ф - такт выпуска деталей в минутах.

F_д - действительный фонд времени работы оборудования при работе в две смены.

N_з - годовая программа выпуска деталей.

ф = 60Ч4015 /513750= 0,469 мин/шт.

Принимаем такт выпуска ф = 0,5 мин/шт.

Определяем коэффициент закрепления операций в соответствии с ГОСТ 3.1108 - 74:

К_з = N_оп / N_раб.м (1.3.)

где К_з - коэффициент закрепления операций.

N_оп - число технологических операций.

N_раб.м - число рабочих мест по техпроцессу.

К_з = 15 / 15 =1.

Коэффициент закрепления операций в соответствии с ГОСТ 3.1108 - 74 для массового производства принимают равным - 1. К_з ? 1, следовательно тип производства массовый.

1.4 Анализ технологичности конструкции изделия

Технологичность изделия является важнейшим параметром организации массового производства и зависит от многих факторов. Чем технологичнее изделие, тем оно более выгодно в производстве.

Как следствие технологичность изделия зависит от технологичности отдельных операций. Так же технологичность определяется себестоимостью операции, коэффициентом использования металла. Если снижаются эти параметры, то технологичность возрастает. Заготовка является технологичной, если имеет достаточное количество поверхностей пригодных для базирования, если её обработка возможна по нескольким техпроцессам.

Производственная технологичность конструкции изделия проявляется в сокращении затрат средств и времени на конструкторскую и технологическую подготовку производства, а так же на изготовление (в том числе на контроль и испытание) изделий.

При анализе учитывают большое число конструктивных признаков изделия: это вид изделия, объём выпуска, тип производства, показатели технологичности конструкции изделия.

Анализируя технологичность конструкции можно сказать, что поверхности детали позволяют использовать стандартный и нормализированный режущий инструмент. Станки и технологическая оснастка, которые применяются при получении детали, также стандартизированы и нормализованы.

Для повышения режимов резания выбранный материал должен обладать хорошей обрабатываемостью. АЛ 30 отвечает этому требованию.

Конструкцией детали предусмотрена возможность удобного и надёжного закрепления заготовки. Деталь имеет основные базы - центровое отверстие со стороны головки и два технологических отверстия ш10 мм и торец выточки со стороны юбки (вспомогательные базы - две шейки диаметром 25 мм), всё это позволяет совместить технологические и измерительные базы, а также выполнить принцип постоянства баз.

Можно сделать вывод, что поршень ЗИЛ 4314 № 130-1004015-А3 по конструкции является технологичным изделием и предусматривает варианты дальнейшего её совершенствования.

1.5 Обоснование выбора способа изготовления заготовок; расчет коэффициента использования материала; характеристика материала изделия

При выборе заготовки для заданной детали назначают метод её получения, определяют конфигурацию, размеры, допуски, припуски на обработку и формируют технические условия на изготовление. Заготовка выбирается исходя из минимальной себестоимости готовой детали для заданного годового выпуска.

При выборе метода получения заготовки необходимо учитывать трудоёмкость изготовления, стоимость механической обработки, сокращение расхода металла, точность получаемой заготовки и так далее. Значительное сокращение расхода металла достигается применением малоотходных методов изготовления заготовок, форма и размер которых максимально приближены к форме и размерам готовой детали. Экономия металла в заготовке достигается путём сокращения припусков под механическую обработку (или полной их отмены), повышения точности размеров и формы заготовки. Механическую обработку заготовок малоотходного производства производят на более высоких режимах резания. Некоторые поверхности не подвергают дополнительной обработке, а в ряде случаев чистовые операции выполняют без предварительной обработки, например чистовое точение без предварительного чернового точения.

Для изготовления поршней автомобиля ЗИЛ 4314 № 130-1004015-А3 применяется алюминиевый сплав Ал30. Порш-ни из этого сплава удовлетворительно работают и сохраняют ста-бильность размеров при температуре до 300є С, хорошо обрабаты-ваются резанием. Указанные сплавы обладают хорошими литей-ными характеристиками и имеют высокую коррозионную стой-кость.

Ниже в таблице 1.1. приведен химический состав, а в таблице 1.2. механические свойства сплава.

Таблица 1.1

Химический состав сплава Ал30

Mn	Cu	Pb	Ni	Zn	Fe	Ti
0,20	0,80…1,50	0,05	0,80…1,30	0,01	0,70	0,20

Таблица 1.2

Физические свойства сплава Ал30

Плотность, с г/смі	2,71
Температура литья, єС	700…730
Линейная усадка, %	1,00
Временное сопротивление ув, МПа	200
Относительное удлинение уо, %	0,50

Заготовки для поршней.. Заготовки алюминиевых поршней получают литьем в кокиль на специальных карусельных кокиль-ных машинах, обеспечивающих высокий уровень точности и ста-бильность процесса.

Перед заливкой алюминиевый сплав очищается от шлаков и включений продувкой азотом.

Сплав должен подвергаться входному контролю согласно утверждённым техническим условиям. Металл запускают в производство только в том случае, если он отвечает установленным требованиям. При входном контроле проверяют: химический состав, микроструктуру, размер зерна, механические свойства металла, прокаливаемость.

Первой операцией изготовления заготовки является получение отливки. Перед заливкой ме-талла все внутренние поверхности формы покрывают краской (ти-па lАФ-2 или 2КМФ), кокиль подогревают до температуры 220 ... 280є С. После сборки кокиля (установка центрального стержня, терморегулирующих пластин и стержня-пальца) заливают сплав под давлением при температуре 730є С.

На второй операции удаляется литниковая система, и зачища-ются заусенцы на опорной части.

Третья операция осуществляется на автоматизированном агре-гатном станке, на котором обрабатывается наружная поверхность, обрезается прибыль, снимаются фаски, протачивается днище и контролируется масса заготовки.

На четвертой операции заготовка термообрабатывается для стабилизации структуры металла и снятия внутренних напряже-ний. Отжиг проводится при температуре 220 ... 350є С в течение 1 часа с последующей выдержкой в течение 5 часов при температуре 220є С.

Твёрдость поршня 100 - 130 НВ

Расчет коэффициента использования металла

В конструкцию изделия заложен минимально необходимый коэффициент использования металла для механической обработки резанием.

Рассчитаем коэффициент использования металла:

К_им =( М_дет / М_заг )Ч100%, (1.4.)

где М_дет - масса готовой детали, кг.

М_заг - масса отливки, кг.

К_им = (0,840 / 1,177 )Ч100% = 71,36 %



1.6 Анализ базового маршрута обработки изделия

В автотракторостроении поршни обрабатывают с использованием многошпиндельных полуавтоматов, агрегатных станков и автома-тических линий. При больших программах выпуска, учитывая ши-рокую унификацию деталей шатунно-поршневой группы, наибо-лее целесообразно создавать заводы-автоматы по производству поршней.

На основании технических требований к детали, требований к механическому процессу обработки назначен технический маршрут обработки.

Операция 010 Токарная. Токарный многорезцовый п/автомат, мод. 1Н713.

Расточить кольцевую выточку ? 94,1ч94,0. зацентровать поршень со стороны головки, выдержав толщину дна 10,0ч9,2; (рис. 1.7.)

Рис. 1.7

Операция 015 Агрегатная. Вертикально-сверлильный станок 2Н150.

Сверлить напроход два технологических отверстия ? 9,5 с образованием 2-х фасок 0,5х45є (одновременно); развернуть напроход два технологических отверстия, выдержав ? 10,016ч10,000 и шероховатость 0,69 (рис. 1.8.)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1.8

Операция 020 Токарная. Токарный многорезцовый п/автомат, мод. 1Н713.

Обточить предварительно с продольного суппорта головку поршня; обточить предварительно с продольного суппорта юбку поршня; подрезать предварительно с поперечного суппорта торец головки; подрезать с поперечного суппорта торец юбки.

Выдержать размеры: 101,5 ч 101,3; 101,7 ч 110,3; ш 102,4 ч 102,17; ш 101,8 ч 101,57 (рис. 1.9.).



Рис. 1.9

Операция 025 Фрезерная. Специальный агрегатный станок ПЗА-С18.

Фрезерование горизонтальных прорезей одновременно с двух сторон до соединения с литейными окнами, шириной 2,75ч2,5 и выдержав размеры 73,6ч73,2 (рис. 1.10.).

Рис. 1.10

Операция 030 Токарная. Токарный многорезцовый п/автомат, мод. 1Н713.

Обточить с продольно суппорта юбку поршня под шлифовку, обточить окончательно головку; подрезать окончательно с заднего суппорта торец дна; проточить с поперечного суппорта 4 канавки; обточит на головке уступ и снять фаски, выдержав размеры: ш 99,20 ч 99,06; ш 88,60 ч 88,37; ш 100,6 ч 100,4 и размеры 2,070 ч 2,045; 5,050 ч 5,020 (рис. 1.11.)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1.11

Операция 035к - Операционный контроль

Операция 040 Расточная (предварительная). Отделочно-расточной станок 2706.

Предварительно расточить в линии два отверстия под поршневой палец с одной стороны, выдержав размеры ш 27,2 ч 27,1 (рис. 1.12.)



Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1.12

Операция 045 Круглошлифовальная. Копировально-шлифовальный станок КШ312Н.

Шлифовать юбку поршня по овалу, с образованием бочкообразного профиля (рис. 1.13.).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1.13

Операция 050 Расточная (окончательная). Спец. отделочно-расточной станок мод. ОСООР1В2243.

Расточить окончательно в линию два отверстия до ш 27,92 ч 27,905 (рис. 1.14.).

Рис. 1.14

Операция 055 Автоматно-линейная. Автоматическая линия ЛА-25.

Расточить в отверстии под п/палец две стопорные канавки; снять 2 фаски в отверстии; цековать бобышку на торце головки заподлицо (рис. 1.15.).

Рис. 1.15

Операция 060 Токарная. Токарный многорезцовый п/автомат, мод. 1А720.

Подрезать весовые бобышки (рис. 1.16.), выдержав вес поршня:

800±5 гр; 815±5гр;

825±5гр; 835±5гр.

Рис. 1.16

Операция 065 Слесарная. Напильник плоский - Притупить острые кромки на внутренней поверхности поршня со стороны торца юбки.

Операция 070 Гальваническая. Агрегат для лужения мод. 4000-0123 - Лудить поршень контактным способом (в три потока).

Операция 075 Развертывание. Установка для развертывания ПЗА-С28.

Развернуть отверстие для поршневого пальца предварительно и окончательно (рис. 1.17.).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1.17

Операция 080 Моечная. Машина моечная мод. МПУ-1400 - Промыть поршень горячей водой нагретой до t = 90є. Обдуть сжатым воздухом.

Операция 085к Приемочный контроль.

Проанализировав базовый технологический процесс изготовления поршня № 130-1004015-А3 сделать следующие выводы:

Для обработки овально-бочкообразного профиля в базовом технологическом процессе используется метод круглого врезного шлифования (абразивный метод), при котором абразивный круг заправлен по соответствующему профилю (бочке) и совершает возвратно-поступательное перемещение с помощью копировального устройства. Этот метод по сравнению с токарным (лезвийным методом) имеет несколько недостатков:

- при шлифовании возможно шаржирование наружной поверхности поршня мелкими абразивными зернами, что приводит к ускоренному износу зеркала цилиндра;

- шлифовальный метод позволяет получать профили только с одним определенным значением овальности, в то время как в современных конструкциях двигателей используются поршни, наружная поверхность которых имеет сложный профиль с несколькими значениями овальности;

- шлифованием невозможно получение поверхности с микропрофилем.

Поэтому, в новом технологическом процессе для обработки овально-бочкообразного профиля выбираем токарный метод обработки. Для этого на токарной операции два станка: токарный многорезцовый полуавтомат модели 1Н713 (2 шт.) и копировально-шлифовальный станок модели ХШ312Н1, заменяются токарным патронно-центровым станком с ЧПУ модели 16А20Ф3 и полуавтоматом специальным для обработки поверхностей поршней модели МК6763Ф3.

Новый маршрут обработки будет следующим:

Операция 010 Токарная - Токарный многорезцовый п/автомат, мод. 1Н713 - Расточить кольцевую выточку ? 94,1ч94,0. зацентровать поршень со стороны головки, выдержав толщину дна 10,0ч9,2;

Операция 015 Агрегатная. Вертикально-сверлильный станок 2Н150 - Сверлить напроход два технологических отверстия ? 9,5 с образованием 2-х фасок 0,5х45є (одновременно); развернуть напроход два технологических отверстия, выдержав ? 10,016ч10,000 и шероховатость 0,69

Операция 020 Токарная - Токарный станок с ЧПУ мод. 16А20Ф3.

Обточка наружного диаметра, предварительная подрезка торца, обточка бобышек, окончательная подрезка торца.

Операция 025 Фрезерная. Специальный агрегатный станок ПЗА-С18 - Фрезерование термостабилизационных прорезей одновременно с двух сторон до соединения с литейными окнами, шириной 2,75ч2,5 и выдержав размеры 73,6ч73,2 -прорезей.

Операция 030 Расточная (предварительная). Отделочно-расточной станок 2706 - Предварительная расточка отверстия под поршневой палец, выдержав размеры ш 27,2 ч 27,1.

Операция 040 Токарная. - Токарный станок с ЧПУ, оснащенный системой бескопирной обработки поршней мод. МК6763Ф3. - Прорезка канавок под кольца с окончательной подрезкой торца, окончательная обточка наружного диаметра головки, предварительная обточка наружного диаметра юбки с образованием фаски, окончательная обточка наружного диаметра юбки

Операция 045 Расточная (окончательная) -. Оделочно-расточной станок мод. ОСООР1В2243 - Окончательная расточка отверстия под поршневой палец до ш 27,92 ч 27,905 (рис. 1.14.).

Операция 050 Автоматно-линейная. Автоматическая линия ЛА-25 - Расточка канавок под стопорные кольца в отверстии под палец, цекование заподлицо бобышки на торце головки.

Операция 055 Токарная. Токарный многорезцовый п/автомат, мод. 1А720 - Подрезка весовых бобышек (подгонка по весу).

Операция 060 Слесарная. Напильник плоский - Притупить острые кромки на внутренней поверхности поршня со стороны торца юбки.

Операция 065 Гальваническая. Агрегат для лужения мод. 4000-0123 - Лужение поршня.

Операция 070 Развертывание. Специальная установка для развертывания ПЗА-С28 - Развертывание отверстия под поршневой палец.

1.7 Анализ схемы базирования и закрепления детали

При разработке технологического процесса механической обработки технолог выбирает комплект базовых поверхностей для изготовления детали, которые определяют точность получения тех или иных размеров детали. Установка заготовки в приспособлении определяет её положение относительно режущего инструмента.

В процессе механической обработки детали должны быть определенным образом ориентированы относительно траекторий формообразующих движений и движений подач, реализуемых механизмами и узлами станков.

Эта задача решается базированием. В общем случае базированием называется придание заготовке требуемого положения относительно выбранной системы координат (ГОСТ 21495-76). Термин "требуемое положение" означает здесь обобщенное понятие, которое может быть определено как такое положение заготовки относительно режущего инструмента, которое обеспечивает реализацию технических требований на размеры и форму поверхности, обработанной на данной операции.

Для обработки поршня используют вспомогательные устано-вочные базы, которые подготовляют на операции предварительной обработки заготовки. При этом у поршней со сплошной юбкой вспомогательной базой являются внутренний поясок юбки и цен-тровое отверстие в бобышке днища поршня. У поршней с выре-занной юбкой для базирования используют вспомогательные базы в виде площадок, выполненных на нижней плоскости приливов бобышек в отверстиях под палец, и два установочных отверстия на этих площадках.

Обработка вспомогательных баз - растачивание пояска на юбке, подрезание торца юбки, подрезание бобышки и центрирова-ние отверстия или обработка плоскостей бобышек и двух устано-вочных отверстий в них - осуществляется обычно на многорез-цовых токарных полуавтоматах или агрегатных станках. Поршень базируют по наружной поверхности головки с упором его днища в приспособление.

Поршни - тонкостенные детали с необрабатываемыми внут-ренними поверхностями, поэтому одним из важных требований при их изготовлении является получение равномерной толщины стенок. Литье в кокиль обеспечивает высокую концентричность наружной и внутренней поверхностей поршней, что дает возмож-ность на первой операции при подготовке вспомогательных баз центрировать поршень по наружной поверхности головки. При обработке заготовок поршней, полученных другими методами и имеющих меньшую точность, базирование на первой операции осуществляют по внутренней поверхности заготовки с поджимом поршня по отверстию под поршневой палец.

За черновую установочную базу принимаем торец и наружный диаметр детали, затем производится обработка промежуточных баз (выточка) и одна из основных баз - центровое отверстие. На следующем этапе обрабатывается вторая основная база - два технологических отверстия.

В итоге на основных операциях технологического процесса основными базами являются два технологических отверстия и центровое отверстие (рис. 1.18.).

Рис. 1.18

1.8 Обоснование и выбор методов обработки

При выборе методов обработки учитывают годовой объем производства, ассортимент производимых изделий, степень повторяемости производственного процесса технологическую сложность готовой продукции (размеры, массу) используемую при сборке технику и технологию.

Если программа выпуска велика, то требуется большое количество производственных площадей, оборудования, оснастки и инструмента, так как каждое рабочее место должно быть оборудовано для выполнения всего комплекса производственных работ.

Характер технологического процесса обработки поршня зависит от требуемой точности, качества поверхности. Учитывая эти факторы, выбираются соответствующие методы обработки.

В таблице 1.3. представлен перечень поверхностей и элементов конструкции поршня и возможные методы их обработки.

Как видно из таблицы, часть поверхностей может быть обработана только одним методом, для обработки другой части возможны два варианта.

Для центрового отверстия и выточки со стороны юбки выбираем токарный метод, при котором возможна их одновременная обработка с использованием серийного оборудования. Для обработки весовых бобышек выбираем также токарный метод.

Для обработки овально-бочкообразного профиля в базовом технологическом процессе используется метод круглого врезного шлифования (абразивный метод), при котором абразивный круг заправлен по соответствующему профилю (бочке) и совершает возвратно-поступательное перемещение с помощью копировального устройства. Этот метод по сравнению с токарным (лезвийным методом) имеет несколько недостатков:

Таблица 1.3

Методы обработки поверхностей поршня

Обрабатываемые поверхности или элементы конструкции поршня	Метод обработки
Наружные поверхности	+
Овально-бочкообразный профиль юбки	+				+
Центровое отверстие	+		+
Выточка со стороны юбки	+	+
Весовые бобышки	+	+
Технологические отверстия ш10,0 +0,016			+
Отверстия под палец		+
Стопорные канавки в отверстиях под палец		+
Термостабилизационные прорези				+

- при шлифовании возможно шаржирование наружной поверхности поршня мелкими абразивными зернами, что приводит к ускоренному износу зеркала цилиндра;

- шлифовальный метод позволяет получать профили только с одним определенным значением овальности, в то время как в современных конструкциях двигателей используются поршни, наружная поверхность которых имеет сложный профиль с несколькими значениями овальности;

- шлифованием невозможно получение поверхности с микропрофилем.

Поэтому, для обработки овально-бочкообразного профиля выбираем токарный метод.

В свою очередь, для обработки овально-бочкообразного профиля применяются несколько методов токарной обработки. Наиболее распространенными из них являются копирный, полукопирный и бескопирный методы обработки.

На рисунке 1.19. представлена кинематическая схема токарно-копировального станка с объемным копиром 2, который имеет в поперечном сечении овальную, а в продольном бочкообразную форму.

Копир устанавливается на шпинделе станка 1 вместе с обрабатываемой деталью 3. На суппорте 4 расположено копировальное устройство 5 с закрепленными на нем щупом 6 и резцом 7. Суппорт совершает продольное перемещение относительно оси шпинделя.

Существуют станки, в которых объемный копир расположен на оси параллельной шпинделю и вращающейся синхронно с ним. Встречается также оборудование, в котором воспроизведение овальной формы и бочкообразного профиля осуществляется раздельными копировальными устройствами.

Копирный метод при различных конструктивных вариантах его реализации имеет следующие недостатки:

- ограничение производительности обработки по ско-рости резания в связи с потерей контакта щупа с копиром, что приводит к рез-кому снижению точности обработки;

- существенное снижение точности обработки в процессе изна-шивания копира;

- влияние погрешности копирной системы на точность обработ-ки;

- трудоемкость и высокая стоимость проектирования и изготов-ления копиров, особенно объемных и с переменным попереч-ным профилем.

Кинематическая схема токарно-копировального станка

1

2

6 5

3

4

S

7

8

1 - шпиндель, 2 - копир, 3 - поршень, 4 - суппорт, 5 - копирное устройство,

6 - щуп, 7 - резец, 8 - ось качания копирного устройства.

Рис. 1.19

В станках, работающих по полукопирному методу, на шпинделе устанавливается цилиндрический копир овальной формы в поперечном сечении, а бочкообразная форма продольного сечения поршня обеспечивается системой ЧПУ станка. Это позволяет применять по сравнению с копирными станками более простые по конструкции и менее трудоемкие в изготовлении цилиндрические копиры. Кроме того, имеется

возможность оперативной корректировки бочкообразного профиля.

Бескопирные станки лишены недостатков, присущих станкам, работающим как по копирному, так и по полукопирному методам.

На рисунке 1.20. представлена кинематическая схема станка для бескопирной обработки овально-бочкообразного профиля поршней.

Кинематическая схема станка для бескопирной обработки овально-бочкообразного профиля поршней



1 10 2 3

6

5

7

8 9 4

1 - шпиндельная бабка, 2 - патрон, 3 - поршень, 4 - суппорт, 5 - резцовая головка,

6 - резец, 7 - датчик углового положения шпинделя, 8 - датчик продольного положения суппорта, 9 - ходовой винт, 10 - электронный блок управления.

Рис. 2.20

На шпинделе станка установлен патрон 2 с закрепленным на нем поршнем 3. На суппорте 4 установлена головка 5 с резцом 6. Электронный блок управления бескопирной системой получает информацию об угловом положении шпинделя и продольном положении суппорта через датчики (оптико-электронные преобразователи угловых перемещений) 7 и 8, связанные соответственно со шпинделем и ходовым винтом. Головка 5 содержит быстродействующий линейный двигатель, приводящий в движение посредством рычажно-пружинного механизма резец 6.

В процессе обработки поршня привод главного движения (вращение шпинделя) и привод продольного перемещения суппорта работают в том же режиме, что и при обычной обточке цилиндрической поверхности заданного диаметра, а привод поперечной подачи выведен в позицию, определяющую указанный диаметр. Для получения овального профиля резец получает от линейного привода быстрые возвратно-поступательные движения перпендикулярно оси поршня - четыре движения за один оборот детали. Одновременно с указанными движениями резец совершает медленные поперечные перемещения для формирования продольного профиля - бочки.

Программа обработки овально-бочкообразного профиля содержится в перепрограммируемых постоянных запоминающих устройствах (микросхемах ППЗУ), расположенных в блоке управления.

Информация для записи в ППЗУ готовится на персональном компьютере на основе конструкторской документации на поршень с помощью пакета прикладных программ.

Программирование нового изделия занимает 15 минут, замена микросхем ППЗУ при переходе на обработку поршня с другим овально-бочкообразным профилем - несколько минут.

Бескопирный метод обработки наружного профиля поршней по сравнению с копирными методами обладает рядом преимуществ.

1. Более высокая производительность, связанная с возможностью использования чисел оборотов шпинделя до 3000 об/мин. При копирном методе максимальное применяемое число оборотов шпинделя составляет 1500 об/мин (в связи с отрывом щупа от копира).

2. Более высокая точность обработки, связанная с отсутствием проблем износа копира и погрешностей копирной системы, возможностью компенсации систематических погрешностей станка.

3. Отсутствие затрат на изготовление копиров.

4. Возможность быстрой переналадки станка на выпуск других поршней, в т.ч. эффективная работа в условиях мелкосерийного производства (гибкость производства).

Учитывая изложенное, выбираем токарный станок для бескопирной обработки.

Для каждой операции выбираем тип и, по возможности, модель оборудования.

Операция 010 - Обработка центрового отверстия и выточки.

Токарный многорезцовый полуавтомат 1Н713.

Операция 015 - Сверление и развертывание двух технологических отверстий.

Вертикально-сверлильный станок 2Н150.

Операция 020-Предварительная обработка наружной поверхности, предварительная и окончательная подрезка торца головки.

Токарный станок с ЧПУ мод. 16А20Ф3.

Операция 025 - Фрезерование термостабилизационных прорезей.

Специальный агрегатный станок. ПЗА-218

Операция 030 - Предварительная расточка отверстия под палец.

Отделочно-расточной станок по типу мод. 2706.

Операция 040 - Предварительная и окончательная обработка наружной поверхности (резцовая головка), прорезка канавок под кольца, обточка фаски на торце юбки.

Токарный станок с ЧПУ, оснащенный системой бескопирной обработки поршней мод. МК6763Ф3.

Операция 045 - Окончательная расточка отверстия под палец.

Отделочно-расточной станок по типу мод. ОСООР1В2243

Операция 050 - Расточка канавок под стопорные кольца в отверстии под палец, цекование заподлицо бобышки на торце головки.

Автоматическая линия по типу мод. ЛА-25.

Операция 055 - Подрезка весовых бобышек (подгонка по весу).

Токарный многорезцовый полуавтомат по типу мод. 1А720.

Операция 065 - Лужение поршня.

Агрегат для лужения по типу мод. 4000-0123.

Операция 070 - Развертывание отверстия под поршневой палец.

Специальная установка для развертывания ПЗА-С28.

1.9 Обоснование и выбор оборудования

Выбор оборудования, прежде всего, определен выполнением технических условий и требований, предъявляемых к обрабатываемой детали, а также необходимо знать следующие положения:

- метод обработки;

- точность и производительность оборудования;

- мощность двигателей станка;

- стоимость оборудования;

- наличие в цехе или на рынке данного оборудования;

- тип производства.

Современное оборудование является эффективным средством повышения производительности, качества, экономичности изготовления, облегчения условий труда и т.д.

Уточнение наименования и содержания операции механической обработки позволяет правильно выбрать станок из имеющегося парка (по паспорту или по каталогу). По виду обработки устанавливаем группу станка. В соответствии с назначением станка, его компоновкой, степенью автоматизации или видом применяемого инструмента определяют тип станка. Выбор типа станка, прежде всего, определяется возможностью обеспечить определенное формообеспечение, выполнение технических требований, предъявляемых к изготовлению данной детали в отношении точности формы, расположения и шероховатости поверхности.

Выбранное оборудование позволяет (табл. 1.4.):

- обеспечить выполнение производственной программы;

- обеспечить заданную чертежом точность и шероховатость обработки.

Таблица 1.4

Оборудование проектированного техпроцесса

№	Наименование станка	Модель станка
1	Токарный многорезцовый полуавтомат	1Н713
2	Вертикально-сверлильный станок	2Н150
3	Токарный патронно-центровой станок с ЧПУ (2 станка)	16А20Ф3
4	Специальный агрегатный станок	ПЗА-218
5	Отделочно-расточной станок	2706
6	Полуавтомат специальный для обработки поршней (2 станка)	МК6763Ф3
7	Отделочно-расточной станок	ОСООР1В2243
8	Автоматическая линия	ЛА-25
9	Токарный многорезцовый полуавтомат	1Н720
10	Агрегат для лужения (2 станка)	4000-0123
11	Установка для развертывания	ПЗА-С28
12	Моечная машина	МПУ-1400

Для нового технологического процесса используется 15 станков

Это оборудование полностью удовлетворяет требованиям для изготовления поршня автомобиля ЗИЛ-4314 № 130-1004015А3, так как является производительным, точным, менее энергоемким по сравнению с базовым техпроцессом.

В настоящее время создан ряд станков, обеспечивающих обработку сложных криволинейных профилей бескопирным методом, В основу мето-да положено воспро-изведение заданного профиля программным методом от линейного привода.

Полуавтомат специальный для обработки поверхностей поршней МК6763Ф.

Станок разработан на базе серийного станка 16А20Ф3 и предназначен для финишной обточки наружного овально-бочкообразного профиля и кольцевых канавок поршней двигателей внутреннего сгорания.

Область применения станка: серийное и массовое производство.

Особенности станка:

- обработка без применения копировальных устройств поршней с любой формы бочки и овальностью, а в том числе, изменяющихся как по амплитуде, так и по форме оси изделия;

- увеличение производительности за счет возможности обтачивания поршней при частоте вращения шпинделя до 2500 мин^-1;

- быстрая переналадка станка на выпуск любой новой конфигурации поршня, эффективная работа при малых партиях изделий.

Особенности конструкции:

- мощный привод главного движения, включая двигатель 7,5кВт;

- простая и жесткая резцедержка;

- термообработанные, шлифованные направляющие станины, обеспечивающие длительный срок службы и повышенную точность

- термообработанные, шлифованные линейные роликовые направляющие верхней ползушки обеспечивают точность обработки изделия;