Проектирование участка по производству и механообработке дисков роторно-лопастной группы

Обоснование выбора материала

Одним из основных и главных моментов является выбор материала. Неверный выбор материала может привести к преждевременному изнашиванию или же к разрушению.

Для проверки материалов проводились исследования в программе SolidWorks 2009, где была создана модель детали с приложением сил и закреплением.

Рис. 2 Схема приложения сил

Рис. 3 Эпюра напряжений.

Для изготовления детали «Диск» используется сталь 60С2А. Предел текучести стали 60С2А у=1570 МПа, с учетом испытаний при температурах до 300°С, после проведения анализа, выяснилось, что под действием нагрузок, максимальная текучесть равна 557 МПа. Запас текучести более 500.

Рис. 4 Эпюра деформаций

Анализ напряжений показал, что эпюра выдерживает приложенные нагрузки.

Рис. 5 Эпюра запаса прочности

Проведенные расчеты показывают, что минимальный запас прочности равен 1,3.

Рис. 6 Эпюра перемещений

Перемещение диска под действием приложенных нагрузок, не выходит за пределы допустимого.

Проведенный анализ позволил выявить годность выбранного материла.

Недостатки данного материала:

ґ Данному материалу необходима термообработка

ґ Необходимо шлифование внутренней поверхности шлицев

Вследствие этого был найдено два варианта материала, годных к использованию в данной детали:

ь Сталь 30ХЗМФ

ь Сталь 38Х2МЮА

Сталь 38Х2МЮА

проектирование исходной заготовки

Заготовку для данной детали можно получить из листового проката либо штамповать на КГШП, либо получить заготовку литьем. Выберем получение из проката. Выбор способа можно объяснить следующими факторами:

ґ Выбранный материал не относится к литейным сталям

ґ Штамповкой получить заготовку возможно, но ввиду тонкого сечения диска - 10 мм заготовку будет коробить и останутся большие внутренние напряжения.

ґ Прокат может применяться в качестве заготовки для непосредственного изготовления деталей либо в качестве исходной заготовки при пластическом деформировании.

ґ Прокат применяется в условиях массового или крупносерийного производства, что в значительной степени снижает припуски и объем механической обработки.

Заготовку можно получить вырезкой гидроабразивным методом, а затем согнуть на прессе, чтобы получить заготовку максимально приближенную по форме к готовой детали.

Из-за появлений напряжений после операции сгибания необходима нормализация.

Таким же способом можно вырезать заготовку при помощи плазменной резки, но, в этом случае нужен больший припуск на механическую обработку для удаления оплавленного металла после резки, что приводит к увеличению времени обработки резанием.

Кроме того гидроабразивная вырезка позволяет получить достаточно чистые поверхности у заготовки без заусенцев с минимальными припусками.

Поэтому, делаем вывод, что наиболее благоприятный вариант получения заготовки будет гидроабразивная вырезка из листового проката толщиной 25 мм по ГОСТ 19903 - 74.

Экономическую целесообразность выбора рассмотрим в следующем разделе.

Расчет себестоимости изготовления заготовки

Расчет себестоимости будем производить по 2 вариантам:

1) При вырезке с помощью гидроабразивной установки из листового проката толщиной 25 мм по ГОСТ 19903 - 74. [4]

где: - стоимость материала

- стоимость операций правки и разрезки

где: - масса заготовки ()

- цена одного килограмма материала заготовки (Сталь 38Х2МЮА - 56,9 руб.) [5]

- масса готовой детали ()

- стоимость отходов (6500 руб./т) [6]

где: приведённые затраты на рабочем месте,

- штучное или штучно-калькуляционное время выполнения заготовительной операции.

коэффициент выполнения норм

где: - нормативный коэффициент экономической эффективности капитальных вложений;

- основная и дополнительная зарплата с начислениями,

где:коэффициент, учитывающий дополнительную зарплату, начисления на социальное страхование и приработок к основной зарплате в результате перевыполнения норм ();

- часовая тарифная ставка станочника-сдельщика соответствующего разряда, руб./час;

,

где средняя заработная плата станочника-сдельщика, (40000руб.);

кол-во часов работы в месяц, (176 ч.);

,

 - коэффициент, учитывающий зарплату наладчика;- коэффициент, учитывающий оплату рабочего при многостаночном обслуживании

где: коэффициент, показывающий, во сколько раз затраты, связанные с работой данного станка, больше, чем у аналогичные расходы у базового станка (1,3) [ссылка] ; практические часовые затраты на базовом рабочем месте;

удельные часовые капитальные вложения в станок, руб./час;

,

где: балансовая стоимость станка (16 000 000 руб.);

годовой фонд времени работы станка (;

коэффициент загрузки станка (при серийном производстве - 0,8) [ссылка]

;

удельные часовые капитальные вложения в здание, руб./час.

,

где: производственная площадь, занимаемая станком с учетом проходов,

,

площадь станка в плане ();

коэффициент, учитывающий дополнительную производственную площадь проездов, проходов и др. (в зависимости от площади станка - 2);

годовой фонд времени работы станка (; коэффициент загрузки станка (при серийном производстве - 0,8) [ссылка]

;

- штучно-калькуляционное время (мин)

где - подача при обработке, в мм/мин. (85 мм/мин)

Рис. 13 Длина обрабатываемого контура

- длина вырезаемого контура (1160мм.);

Таким образом, стоимость заготовки будет равна:

Технологическая себестоимость получения одной заготовки при гидрообразивной резке с учетом затрат на сопла:

Время работы сопла - 240 часов; стоимость одного сопла - 1000 € = 40000 руб.

Расчитаем стоимость работы сопла при вырезе одной детали:240 час. - 40000 руб.

0,23 час. руб.

1) Число заготовок, получаемых с учетом полного износа сопла:

2) Количество сопел, нужное для получения 20000 шт.

В итоге необходимо 20 сопел.

Общая технологическая себестоимость получения одной заготовки из листового проката при гидрообразивной резке:

Вывод: Общая стоимость изготовления заготовки из листового проката при гидроабразивной резке - 568,67 руб. с учетом затрат на сопла

Разработка схем базирования и закрепления заготовки по операциям

Исходя из анализа точности и технологичности разделов 1.1.5-1.1.6 предлагаются следующие схемы базирования по операциям.

Операция 015 1 установ.

Базирование осуществляется в трехкулачковом самоцентрирующемся патроне, с дополнительными опорами, что позволяет обработать торец и расточить центральное отверстие. Трехкулачковый самоцентрирующийся патрон обеспечивает достаточную точность для перечисленных выше обработок.

Рис. 14 Базирование на 1 установе

При такой схеме базирования получаемые поверхности для базирования во втором установе не имеют радиальных и торцевых биений друг относительно друга.

Операция 015, 2 установ.

Базирование осуществляется по уже обработанной поверхности на первом установе. Обрабатываемый торец диска будет параллелен базовому. Погрешность базирования на выдерживаемый размер при этом способе зависит от оснастки станка.

Необходимо учесть, что понадобятся кулачки меньшего размера, для обработки фаски центрального отверстия.

Рис.15 Базирование на 2 установе

Данная схема базирования позволяет согласно требованиям чертежа добиться требований по взаимному расположению поверхностей:

Є допуск перпендикулярности плоскостей диска относительно центральной оси - 0,01 мм;

Є допуск плоскостности поверхностей диска - 0,01 мм на всей длине;

Є допуск перпендикулярности поверхностей крепления поршней относительно центральной оси - 0,01 мм;

Є допуск перпендикулярности оси отверстий для крепления поршней, относительно соответствующих поверхностей кронштейнов - 0,01 мм.

Операция 020

Вертикальное протягивание исключает погрешность обработки отклонением протяжки от оси отверстия под действием силы тяжести. Ось отверстия совмещается с осью протяжки заходным конусом.

В данном установе важна ориентация детали, поэтому добавим дополнительную ориентацию к базированию:

Рис. 16 Базирование на протягивании

Так как для изготовления детали диск используется многооперационный станок, позволяющий проводить фрезерные операции не снимая деталь, использование фрезерного станка не целесообразно и вносит лишние затраты на оборудование. Так же т.к. данный станок высокоточный и позволяет обработать отверстия с требуемой точностью, можно обойтись без использования сверлильного станка.

Оборудование [5]

Токарные и фрезерные обработки - выбираем центр обрабатывающий токарно-фрезерный GMX 200 S Linear. [20]

Многооперационные токарные станки позволяют:

- снизить количество операций;

- сократить время обработки за счет быстрой смены инструмента;

- повысить точность обработки поверхностей;

- увеличить производительность труда;

- увеличение срока службы;

- повышение эффективности за счет исключения человека из производственного процесса;

- улучшение условий труда, освобождение человека от тяжелых условий труда;

- обеспечение ритма работы.

Рис.17 Центр обрабатывающий токарно-фрезерный GMX 200 S linear

GMX 200 S linear располагает всеми основными моментами, присущими токарно-фрезерным центрам. Неоспоримым преимуществом здесь служит впервые проведенная адаптация новой системы управления Siemens SolutionLine-Steuerung с встроенной системой программирования ShopTurn-Programmiersystem. GMX 200 S linear открывает область подготовки управляющих программ у действующего оборудования с графической поддержкой для токарно-фрезерных центров. Чтобы программировать также просто и надежно на универсальном станке, как и на токарно-фрезерном центре, имеется упрощенный выбор требуемых циклов, включая 3-D симуляцию заготовки всех токарно-фрезерных операций вплоть до В-осевого контура. Т.о. оператору легче и быстрее получить готовую деталь. Не последнюю роль в новом GMX 200 S linear играет ShopTurn feature, делая его высокопроизводительным в среднесерийном производстве, а также гибким и универсальным центром от мелкосерийного до единичного производства, где комплектность заготовок неограниченна.

Оснащение новым дисковым магазином на 36 инструментов и эргономичной фронтальной загрузкой инструментов, а также защищённой сменой инструментов.

Будь то токарная обработка, сверление или фрезерование деталей типа втулок, прутка и валов с новым GMX 200 linear серия GMX linear уже хорошо оснащена для больших заданий по обработке. Линейный привод, крестовидные салазки с осями Y и B и высокодинамичный токарный и фрезерный шпиндель с 100 Нм и макс. 12.000 об/мин комбинируют характеристики Highend-токарного станка с силой высокотехнологичного обрабатывающего центра. Число оборотов и синхронная по углам передача инструмента, а также интегрированные шпиндельные моторы гарантируют как при версии с контршпинделем так и с задней бабкой кратчайшие процессы.

Благодаря большому запасу инструментов и возможности наладки параллельно основному времени, возможно, экономичное производство малых партий. Новый станок GMX 200 linear расширяет серию токарно-фрезерных центров GILDEMEISTER в зоне с диаметром до 560 мм и превращает эту серию в обширнейшую программу 6-сторонней полной обработки с линейной технологией.

Использование обрабатывающих центров GMX 200 S Linear позволяет снизить количество используемых станков, сократить время обработки, а так же добиваться высокой точности обработки.

Гидроабразивная установка - Системы водоструйной резки фирмы "Water Jet Sweden AB"

Под гидроабразивной резкой подразумевается резка высокоскоростной струёй воды или струёй воды, смешанной с абразивом (гидроабразивная резка). Принцип действия этого метода заключается в том, что поток воды, проходя через отверстие диаметром 0,2 … 0,4 мм, разгоняется до скорости порядка 900 м/мин и направляется на разрезаемую поверхность. При гидроабразивной резке в поток воды добавляется абразив. Во время столкновения с разрезаемым материалом кинетическая энергия струи преобразуется в механическую энергию микроразрушения обрабатываемого материала, и происходит резание.

Преимущества гидроабразивной резки:

· метод гидроабразивной резки может быть применён абсолютно к любым материалам

· разрезаемый материал не подвергается термическому воздействию (холодное резание);

· отсутствие пыли и вредных газов (поток струи воды уносит пыль с собой);

· инструмент резки (струя воды или вода + абразив) не нуждается в переточке;

· низкое тангенциальное усилие резания на деталь (в общем случае даже не требуется зажима разрезаемого материала);

· небольшая, порядка 1 мм, ширина реза (уменьшение отходов и улучшение экономичности раскроя);

· высокая скорость резания;

· возможность резки сложных контуров по фасонным поверхностям;

· рациональный расход материалов;

· быстрое реагирование на нужды производства.

Water Jet Sweden AB (Швеция) является европейским лидером по производству высокотехнологичных прецизионныхустановок гидроабразивной/водной резки. Специалисты компании имеют более чем 30-летний опыт в проектировании и производстве таких станков с применением ЧПУ.

Чрезвычайно высокая механическая точность приводов, использующих прецизионные шарико-винтовые пары BOSCH или линейные двигатели, собственный всемирно известный патент на встроенную систему направляющих, а также совместная работа с ведущим поставщиком систем управления FANUC, позволила Water Jet Sweden производить установки гидроабразивной резки с крупногабаритной поперечной балкой, которая быстро и легко перемещается и работает с максимальной точностью.

Для своих машин компания Water Jet Sweden использует только высококачественные комплектующие, увеличивающие срок службы установок гидроабразивной резки. Первая машина, созданная основателем компании, господином Я. Ридом, в 1975 году для компании "Forlaget Karnan", до сих пор используется в производственных условиях, сохраняя заданную точность. Компания заявляет, что номинальный срок службы машины Water Jet Sweden составляет не менее 20 лет.

Основные технические характеристики некоторых установок гидроабразивной резки Water Jet Sweden приведены в таблице 1.

Таблица 1. Технические характеристики некоторых установок гидроабразивной резки Water Jet Sweden

В создании прецизионных установок с крупногабаритным столом компания является абсолютным мировым лидером. В 2006 году Water Jet Sweden выпустила установку гидроабразивной резки с размерами рабочей зоны 4 м х 18 м.

Для повышения производительности установки гидроабразивной резки Water Jet Sweden могут быть оборудованы несколькими режущими головками, расположенными либо независимо друг от друга на одном портале либо на одном широком суппорте.

CNC-управляемые оси X, Y, Z - стандарт для всех установок гидроабразивной резки Water Jet Sweden. Кроме того, компания выпускает установки с 4-мя и 5-тью управляемыми осями, позволяющими осуществлять сложную резку деталей из листового материала; например, вырезку деталей с внутренними и наружными фасками по любым криволинейным поверхностям, вырезку наклонных отверстий любого профиля с прямолинейной образующей и обработку сложных криволинейных пазов.

Помимо 4-х и 5-ти координатной резки деталей из листового материала, реализуемых с помощью режущей головки Beveljet, Water Jet Sweden выпускает станки для объёмной 5-ти координатной гидроабразивной резки, имеющей возможность направлять гидроабразивную струю под любым углом к поверхности стола, в том числе горизонтально.

Разработка новых компонентов и программного обеспечения для станков водной резки осуществляется в г. Роннеби, Швеция совместно с поставщиком CAD/CAM IGEMS. Water Jet Sweden осуществляет программу постоянного совершенствования функций гидроабразивной резки, которые требуются заказчикам.

Помимо изготовления машин для гидроабразивной обработки, компания Water Jet Sweden занимается модернизацией, разработкой и применением собственных передовых технологий гидроабразивной резки.

В силу огромного опыта работы в области гидроабразивной резки Water Jet Sweden обладает оборудованием, технологией и программным обеспечением, которые обеспечивают исключение образования конусности при 3-х координатной обработке.

Скорости резания некоторых материалов, достигаемых с помощью систем Water Jet Sweden, приведены на рис.1. При этом толщина разрезаемого материала может достигать порядка 300 мм.

Рис.19 Скорость резания некоторых материалов.

Производство станков находится в новых фабричных помещениях в Роннеби, Швеция, где выполняется окончательная сборка и тестирование оборудования перед поставкой, а также проводится обучение персонала заказчика. Установка оборудования на заводе клиента и продолжение обучения специалистов клиента осуществляются высококвалифицированным персоналом.

Официальным представителем фирмы Water Jet Sweden в России является компания Росмарк-Сталь, осуществляющая весь комплекс сервисного обслуживания, поставку запасных частей и расходных материалов непосредственно со склада в Санкт-Петербурге.

Для протягивания шлицев - Полуавтомат протяжной вертикальный для внутреннего протягивания 7Б64

Для обработки протягиванием сквозных отверстий различной конфигурации: круглых, шлицевых, прямоугольных со шпоночными пазами.

Для низкотемпературного азотирования - Шахтная печь для каталитического газового азотирования

Инструмент [19]

Весь инструмент используемый для обработки вала выбирается из каталога Sandvik Coromant. [7]

Инструмент выбирается в зависимости от типа обработки:

1. Для черновых операций используются:

Сверло CoroDrill CoroDrill® Delta-C 2Размещено на http://www.allbest.ru/

70

? 3 x Dc

Концевая фреза Размещено на http://www.allbest.ru/

70

CoroMill Plura

Сверло CoroDrill Delta-C Размещено на http://www.allbest.ru/

70

R841-0675-30-A1A 1220

2. Для чистовой обработки:

Резец токарный проходной Размещено на http://www.allbest.ru/

70

CoroTurn RC SNMG 12 04 08-PR

Концевая Размещено на http://www.allbest.ru/

70

фреза CoroMill Plura

Концевая фреза Размещено на http://www.allbest.ru/

70

CoroMill Plura

Резьбофреза Размещено на http://www.allbest.ru/

70

CoroMill Plura

Разработка технологического процесса изготовления детали

Назначение маршрута обработки отдельных поверхностей

Для того чтобы назначить маршрут обработки отдельной поверхности воспользуемся таблицами средне-экономической точности обработки. Одна и та же поверхность может иметь несколько вариантов обработки. Средне-экономическая точность это точность, обеспечивающая на станке нормальной точности рабочим средней квалификации на средних режимах.

Рис.22 Обрабатываемые поверхности детали

По требованиям точности для поверхностей назначаем маршруты обработки и заносим все данные в таблицу 1.

Таблица 1. Назначение маршрута обработки отдельных поверхностей детали

Маршрут обработки

Технологический процесс

Так как данная деталь имеет высокие требования по точности и допускам расположения форм: допуск плоскостности - 0,01 мм, допуск цилиндричности внутреннего отверстия шлицев - 0,01мм, допуск радиального биения внутреннего отверстия шлицев - 0,025 мм, толщина диска - мм, кроме того фасонную торовую поверхность - мм, что обуславливает использование оборудования с ЧПУ.

Исходя из этого, составляем для данной детали технологический процесс с использованием оборудования, оснащенного ЧПУ.

005 Заготовительная

Вырезать заготовку из листа согласно чертежу

010 Штамповочная

Гнуть заготовку из листа согласно чертежу

015 Термическая

Нормализовать заготовку, для снятия внутренних напряжений

020 Токарная многооперационная

Установ А

1) Точить торец Ш169,92, выдержав размер 17,5 мм

Точить поверхность Ш112

Точить фаску 1Ч45°/ Ш112

2) Фрезеровать начисто боковую поверхность справа

Фрезеровать начисто боковую поверхность кронштейнов, выдерживая угол , справа

Фрезеровать начисто поверхость 40, справа

Фрезеровать начисто поверхость слева

Фрезеровать начисто боковую поверхность кронштейнов, выдерживая угол , слева

Фрезеровать начисто поверхость 40, слева

3) Фрезеровать начисто поверхость кронштейнов, выдерживая угол и скругление R8,32 справа

Фрезеровать начисто поверхость кронштейнов, выдерживая угол и скругление R8,32 слева

Установ Б

1) Точить торец Ш172,84, выдержав размер 10 мм

Точить фаску 1Ч45°/ Ш112

2) Фрезеровать начисто поверхость кронштейнов, выдерживая угол и скругление R8,32 справа

Фрезеровать начисто поверхость кронштейнов, выдерживая угол и скругление R8,32 слева

3) Фрезеровать торовую поверхность начерно

Фрезеровать торовую поверхность начисто

4) Центровать отверстие Ш5 , выдержав угол справа

Центровать отверстие Ш5 , выдержав угол слева

5) Центровать отверстие Ш5 , выдержав угол справа

Центровать отверстие Ш5 , выдержав угол слева

6) Сверлить отверстие Ш6,7 , выдержав глубину 12 мм справа

Сверлить отверстие Ш6,7, выдержав глубину 12 мм слева

7) Сверлить отверстие Ш6,7 , выдержав глубину 12 мм справа

Сверлить отверстие Ш6,7, выдержав глубину 12 мм слева

8) Нарезать резьбу М8-7Н, выдержав глубину 10мм справа

Нарезать резьбу М8-7Н, выдержав глубину 10мм слева

9) Нарезать резьбу М8-7Н, выдержав глубину 10мм справа

Нарезать резьбу М8-7Н, выдержав глубину 10мм слева

025 Протяжная

Протянуть внутренние шлицы согласно чертежу

030 Термическая

Азотировать всю деталь в течение 40 часов

035 Моечная

Промывка деталей на моечной машине

040 Контрольная

Контроль заданных размеров и отклонений формы поверхностей и их взаимного расположения

Технологические расчеты

Расчет припусков на механическую обработку

Аналитический расчёт припусков на диаметральный размер

Рассчитываем припуск на обработку и промежуточные предельные размеры на поверхность ?112Н10. Технологический маршрут обработки поверхности ?112Н10 состоит из гидроабразивной вырезки и однократного растачивания.

Технологический маршрут записывается в таблицу 2, также в таблицу заносятся соответствующие заготовке и каждому технологическому переходу значения элементов припуска.

Суммарное пространственное отклонение Д в данном случае будет равно: погрешности позиционирования режущей головки гидроабразивной установки ±0,1 мм на 1000 мм длины, т.е. 0,2 мм или 200 мкм и погрешности растачивания.

Находим остаточную величину пространственного отклонения после растачивания:

при закрепление в патроне

?см = 0 мкм

- величина коробления обрабатываемой поверхности,

Таким образом, получим:

мкм. при закрепление в патроне

Погрешность установки:

 мкм.

где е_б=10 мкм. погрешность базирования;

е_з=70 мкм. погрешность закрепления.

Остаточная погрешность установки:

,

Рассчитанные величины занесем в таблицу.

Величина расчетного припуска:

- при закрепление в патроне

Рассчитанные величины занесем в таблицу.

Таким образом, минимальный припуск под растачивание:

Зная расчетный размер после растачивания, находим размер для гидроабразивной вырезки:

Зная допуски на получаемые размеры, находим предельные значения размеров:

- для гидроабразивной вырезки:

- для растачивания:

Определим максимальное и минимальное значения припуска под растачивание:

Общий припуск на обработку равен:

Общий номинальный припуск с учетом несимметричного расположения поля допуска:

Находим номинальный размер заготовки:

Производим проверку правильности выполнения расчетов по формуле:

На основании данных расчета строим схему графического расположения припусков и допусков при обработке поверхности ?112Н10.

Рис.23 Схема графического расположения припусков и допусков при обработке поверхности ?112Н10

Аналитический расчёт припусков на линейный размер

Рассчитываем припуск на обработку и промежуточные предельные размеры на поверхность . Технологический маршрут обработки поверхности состоит из чернового, п/чистового,чистового и тонкого точений за 2 установа. В качестве заготовки используется лист толщиной 25 мм по ГОСТ 7350- 77. Допуск и отклонения разделим на две стороны заготовки поровну.

Технологический маршрут записывается в таблицу 3, также в таблицу заносятся соответствующие заготовке и каждому технологическому переходу значения элементов припуска.

Суммарное пространственное отклонение Д в данном случае будет равно кривизне проката на длине заготовки.

Находим остаточную величину пространственного отклонения:

- после черного точения

- после п/чистового точения

- после шлифования

При закреплении по необработанной поверхности погрешность закрепления равна

При закреплении по обработанной начисто поверхности погрешность закрепления равна

Далее эта величина будет определять погрешностью станка при перемещении инструмента (е = 5 мкм) при точении и не плоскостностью магнитной плиты шлифовального станка.

Расчет минимального значения припуска производим, пользуясь формулой:

Таким образом, минимальный припуск под черновое точение на первом установе: