Повышение производительности и качества изготовления детали "Стакан" путем совершенствования структуры технологического процесса

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

технологический деталь заготовка

Перед технологами-машиностроителями стоят задачи дальнейшего повышения качества машин, снижения трудоемкости, себестоимости и материалоемкости, внедрения поточных методов работы, механизации и автоматизации производства и сокращения сроков подготовки производства новых объектов.

Постоянно возрастающая интенсивность работы деталей машин, механизмов, металлообрабатывающих инструментов и других изделий при одновременном уменьшении их массы предъявляет все более жесткие требования к качеству и надежности изделий, которые становятся важнейшими факторами технического прогресса. Совершенствование технологических процессов обработки материалов определяет рост эффективности и производства, заключающийся в повышении производительности труда, экономии материальных и энергетических ресурсов, а также качества продукции. Добиться высокого комплекса свойств, определяющих конструкционную прочность материала детали, можно применением специальных материалов, обладающих высокими механическими свойствами, и высокоэффективных методов упрочнения.

Целью настоящего дипломного проектирования является разработка технологии и технологического оснащения для обработки детали корпус тяги; численное проектирование эффективной операционной технологии с составлением программ на ЧПУ; численное обоснование метода изготовления заготовки; численное формирование состава переходов и операций; обоснование необходимости использования программных средств для технологического проектирования.

Для достижения указанной цели необходимо решение ряда технологических задач:

1. Совершенствование маршрутного технологического процесса путем замены традиционных способов механической обработки современными высокопроизводительными способами размерной обработки.

2. Совершенствование операционного технологического процесса за счет концентрации операций с применением специального комбинированного режущего инструмента, специальной оснастки и много инструментальных станков с ЧПУ.

3. Оснащение металлорежущего оборудования специальными высокоточными установочными и контрольными приспособлениями.

4. Проведение организационно-технических мероприятий по перепланировке производственного участка, предназначенного для выпуска детали и оценке последствий его функционирования на экологию окружающей среды и безопасность жизнедеятельности человека. Для практической реализации поставленных целей и задач дипломного проектирования целесообразно выявить новые технические решения в области способов и устройств для комбинированной обработки деталей, оснастки и металлорежущего инструмента, провести их конструкторскую проработку, а также провести технико-экономический анализ целесообразности организации специализированного предметного участка в составе механического цеха.

1. Проектно-конструкторская часть

1.1 Конструктивно технологический анализ узла, составной частью которого являются выбранная для проектирования деталь

Управление вертолетом, т. е. изменение его балансировочного положения относительно трех пространственных осей, производится путем изменения значения и направления силы тяги несущего винта, значения силы тяги рулевого винта.

Управление силами тяги несущего и рулевого винтов осуществляется с помощью системы управления вертолетом.

Система управления включает отдельные самостоятельные цепи продольного, поперечного, путевого управлений и вертикального перемещения. Цепи продольного и поперечного управлений связаны с ручкой управления циклическим шагом несущего винта и автоматом перекоса, цепь путевого управления - с педалями и механизмом изменения шага рулевого винта, цепь вертикального перемещения с ручкой ШАГ-ГАЗ - с двигателями и автоматом перекоса.

В корпусе тяги монтируется механизм, позволяющий изменять вертикальную составляющую для перемещения вертолета по вертикали. Корпус тяги входит в сборочную единицу рукоятки ШАГ-ГАЗ, служащую для изменения положения вертолета по вертикали. Для вертикального перемещения вертолета необходимо изменить вертикальную составляющую, что достигается изменением общего шага несущего винта. Изменение тяги несущего винта по величине достигается при помощи ручки объединенного управления ШАГ-ГАЗ путем одновременного изменения общего шага несущего винта и режима работы двигателей. Наряду с объединенным управлением двигателями с помощью ручки ШАГ-ГАЗ на вертолете имеются рычаги раздельного управления двигателями. Рычаги позволяют производить раздельное опробование двигателей без изменения общего шага несущего винта, а также обеспечивают возможность подбора оптимального режима работы в случае вынужденного полета на одном работающем двигателе.

1.2 Назначение и краткое техническое описание детали

Корпус тяги предназначен для управления движения рукояткой набора высоты с поворотом на определенный градус и перемещения по направляющим одной оси. Корпус тяги имеет множество отверстий и пазов для прохождения сквозь них валов для крепления и связи с другими элементами требуемой конструкции. В связи с небольшими нагрузками и необходимости небольшого веса, для изготовления корпуса тяги зачастую используют цветные сплавы. Корпус тяги (смотри рисунок 1.1) - деталь, к которой предъявляется требование высокой поверхностной твердости при невысокой прочности сердцевины; работающая в условиях износа при трении [4].

Корпус тяги изготавливается из алюминиевого ковочного сплава АМ4 ГОСТ 2858-79. Алюминий АМ4 имеет высокий предел текучести, малую чувствительность к концентраторам напряжений.

Алюминий ковочный обладает хорошей прокаливаемостью и малой чувствительностью к отпускной хрупкости.

Химический состав, механические свойства при Т=20⁰ и физические свойства материала представлеы в таблице 1 [3].

Таблица 1.1. Характеристика материала АМ4

Марка	АМ4
Классификация	Алюминиевый сплав
Применение	Для изготовления сложных штамповок
Химический состав,%: Fe Si Mn Ni Ti Al Cu Mg Zn	до 0,7 0,7-1,2 0,4-0,8 до 0,1 до 0,1 93,3-96,7 1,8-2,6 0,4-0,8 до 0,3
Механические свойства при Т=200С Сортамент Предел кратковременной прочности (Sв, МПа) Предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), (Sт, МПа) Относительное удлинение при разрыве (d5,%) Ударная вязкость (KCU, кДж/м2) Твердость по Бринеллю (НВ, МПа) дв, кг/мм2	отливка 447 378 12,5 190 95-100 42 13
Физические свойства материала Температура, при которой получены данные свойства, (Т, град) Модуль упругости первого рода (Е10-5, МПа) Коэффициент температурного (линейного) расширения, (б106, 1/град) L, Вт/(м*град) R, кг/м3 Удельная теплоемкость материала (С, Дж/(кг*град)) Удельное электросопротивление (R109, Ом*м)	20-100 0,72 21,4 180 2750 838 41

Сплав хорошо деформируется в горячем состоянии, хорошо обрабатывается резанием, удовлетворительно сваривается, склонен к коррозии под напряжением и чувствителен к межкристаллитной коррозии, поэтому детали следует анодировать и защищать лакокрасочными покрытиями.

Термообработка: закалка и искусственное старение.

Чертеж детали является основным источником информации для выполнения дипломного проекта. Размещенные на нем виды и проекции дают полное представление о конструкции детали.

Точность обработки поверхностей детали соответствует 8ч14 квалитетам точности, следовательно, все поверхности детали проходят неоднократную обработку.

Корпус тяги является ответственной корпусной деталью. К надёжности его работы предъявляются высокие требования, поэтому упрощение конструкции детали и замена материала невозможны. Чистота обработки поверхностей варьируется от Ra 1.6 до Ra 6,3, то есть поверхности проходят многократную обработку: черновую, получистовую и чистовую.

Необходимые информационные данные для анализа технических условий представлены на рабочем чертеже детали.

Заготовкой детали является отливка в закрытых штампах, которая проходит закалку и искусственное старение.

Большинство радиусных размеров детали до 6 мм обеспечиваются инструментом.

1.3 Разработка твердотельной 3D модели объекта для проектирования технологичной конструкции детали

Построение твердотельной модели детали ведем в программе Unigrafics NX 4.

Система трехмерного твердотельного моделирования предназначена для создания трехмерных параметрических моделей отдельных деталей и сборочных единиц, содержащих как оригинальные, так и стандартизованные конструктивные элементы.

Подсистема Unigrafics NX 4 предназначена для создания трехмерных параметрических моделей деталей с целью передачи геометрии в расчетные пакеты и в пакеты разработки управляющих программ для оборудования с ЧПУ, а также расчета их геометрических и массо-центровочных характеристик.

В запущенной программе выбираем команду файл \Создать деталь\.

В дереве модели выбираем плоскость XY. На панели «Элемент построения» выбираем пиктограмму эскиз и в поле чертежа с помощью графических примитивов строим наружный контур детали с внутренними отверстиями и пазами, все построения ведутся в мм.

Строим одно из четырех сквозных отверстий. С помощью операции «Массив по концентрической сетке» создаем остальные три отверстия.

Построение 2D модели объекта детали ведем в программе КОМПАС-3D.

Имеет смысл параметризовать чертежи деталей, при модификациях которых изменяются только размеры и не меняется топология изображения. Однажды созданная параметрическая модель детали может быть быстро перестроена простым изменением значений размеров.

Выбираем в меню: Файл\Создать\Чертеж.

Затем выбираем в меню: Вставка\Вид с модели\Стандартные.

Создаем дополнительные виды, разрезы, выноски, образмериваем чертёж, проставляем шероховатости.

1.4 Расчет силовых и деформационных параметров детали в процессе её эксплуатации или изготовления с использованием САЕ

SolidWorks имеет простой в использовании новый инструмент анализа напряжений для пользователей COSMOSXpress. COSMOSXpress может помочь снизить стоимость и сократить время от начального замысла проекта до его внедрения на рынок, выполняя тестирование проектов с помощью компьютера вместо проведения дорогостоящих и долговременных производственных испытаний. Точность результатов анализа зависит от свойств материала, ограничений и нагрузок. Чтобы получить надежные результаты, указанные свойства материала должны точно представлять материал детали, а ограничения и нагрузки должны точно представлять условия эксплуатации детали.

Реакция детали зависит от того, из какого материала она сделана. Программе COSMOSXpress необходимо знать упругие свойства материала, из которого сделана деталь. Материал назначается для детали путем его выбора из библиотеки материалов. Для материалов в SolidWorks существует два набора свойств: видимые и физические (механические). COSMOSXpress использует только физический набор свойств. Библиотека материалов SolidWorks содержит уже заданные свойства материалов

На вкладке Ограничения определяются ограничения. Каждое ограничение может содержать несколько граней. Для ограниченных граней сохраняются взаимосвязи во всех направлениях. Во избежание сбоя анализа из-за движения твердого тела необходимо указать ограничение хотя бы для одной грани детали.

В процессе анализа напряжений или статического анализа на основе материала, ограничений и нагрузок рассчитываются перемещения, нагрузки и напряжения в детали. Материал разрушается, когда напряжение достигнет определенного уровня. Разные материалы разрушаются при различных уровнях напряжения. Для расчета напряжений COSMOSXpress использует линейный статический анализ на основе метода конечных элементов. Чтобы рассчитать напряжения в детали, при линейном статическом анализе делается несколько допущений.

COSMOSXpress составляет уравнения, управляющие поведением каждого элемента и учитывающие его связи с другими элементами. Эти уравнения устанавливают взаимосвязь между перемещениями и известными свойствами материалов, ограничениями и нагрузками.

Затем программа преобразует уравнения в большую систему алгебраических

уравнений. Решающая программа обнаруживает перемещения в направлениях X, Y и Z в каждом узле (смотри рисунок 1.9).

Используя перемещения, программа рассчитывает нагрузки, действующие в различных направлениях. Наконец, программа использует математические выражения для расчета напряжений(смотри рисунки 1.10-1.11).

COSMOSXpress результаты анализа проектирования базируются на линейном статическом анализе, и предполагается изотропный материал.

Линейный статический анализ предполагает, что:

1) поведение материала является линейным согласно закону Гука,

2) вызванные нагрузкой смещения являются достаточно небольшими, чтобы не учитывать изменения жесткости в результате нагрузки, и

3) нагрузки прикладываются медленно, чтобы не учитывать динамические эффекты.



2. Производственно-технологическая часть

2.1 Оценка технологичности детали

Под технологичностью конструкции понимают степень соответствия конструкции изделия оптимальным производственно-технологическим условиям его изготовления при заданном объеме выпуска; технологичной считается та удовлетворяющая эксплуатационным требованиям конструкция, освоение и выпуск которой при заданном объеме производства будет протекать с минимальными производственными издержками - с наименьшей трудоемкостью и материалоемкостью и с кратчайшим производственным циклом.

Корпус тяги является ответственной корпусной деталью. К надёжности его работы предъявляются высокие требования, поэтому упрощение конструкции детали и замена материала невозможны. Все поверхности детали подлежат обработке. Чистота обработки поверхностей варьируется от Ra 1.6 до Ra 6,3, то есть поверхности проходят многократную обработку: черновую, получистовую и чистовую.

Заготовкой детали является отливка в закрытых штампах, которая проходит закалку и искусственное старение.

Выбор наиболее простой формы изготовления корпуса тяги и выбор материала обуславливает наиболее простое и экономичное его изготовление.

В корпусе тяги обрабатываются торцевые поверхности, внутренние поверхности, резьбовые. Имеются сквозные отверстия. Отверстия корпуса можно одновременно обрабатывать на станках либо многошпиндельной головкой, либо на многоцелевых станках с поворотным столом и с горизонтальным расположением оси шпинделя.

Конструкция корпуса тяги обеспечивает свободный доступ инструмента к обрабатываемым поверхностям при его неизменной установке.

При изготовлении корпуса тяги используются станки серийного изготовления. Оснастка достаточно проста. Правильный выбор типа заготовки обуславливает высокий коэффициент использования материала. Использование станков с ЧПУ позволяет повысить производительность изготовления корпуса тяги. Трудоемкость изготовления невысока, так как технологический процесс частично автоматизирован.

За счет литейных работ на стадии заготовительного процесса (изготовление заготовки) уменьшается объем окончательной механической обработки корпуса тяги, что позволяет увеличить выпуск деталей, уменьшить расход металла на единицу изделия.

Большинство радиусных размеров детали до 6 мм обеспечиваются инструментом.

Определим коэффициент сложности конструкции детали:

, (2.1)

где - коэффициенты, определяемые как , - уточняющие коэффициенты.

Коэффициент зависит от количества поверхностей на исходной заготовке, с которых удаляется стружка при изготовлении детали.

, (2.2)

где - количество обрабатываемых резанием и общее количество формообразующих поверхностей детали, соответственно.

Подставляя численные значения требуемых показателей из чертежа детали и технологического процесса обработки детали резанием, находим:

;

.

Коэффициент учитывает общее количество заданных на чертеже данных по обеспечению требуемых точностей формы и взаимного расположения поверхностей в пределах 0,05 мм.

, (2.3)

где - количество поверхностей детали, к которым предъявляются требования по точности формы и их взаимному расположению в пределах 0,05 мм.

Подставляя численные значения требуемых показателей, находим:

;

.

Коэффициент учитывает количество различных видов обработки резанием.

, (2.4)

где - количество различных видов обработки резанием;

- общее количество технологических переходов обработки резанием.

Подставляя численные значения требуемых показателей из карт технологического процесса обработки детали резанием, находим:

.

Коэффициент учитывает соответствие точности и шероховатости поверхностей корпуса оптимальным, экономически и конструктивно обоснованным величинам.

Величина определяется по формуле:

, (2.5)

где - количество зон, на которых параметр для j-ой поверхности отстоит от оптимального сочетания.

Подставляя численные значения требуемых показателей, находим:

.

Коэффициент сложности конструкции детали будет составлять:

.

Коэффициент применяемости унифицированных или стандартных конструктивных элементов детали определяют по формуле:

, (2.6)

где - общее количество конструктивных элементов в детали;

- количество унифицированных конструктивных элементов;

n - количество неунифицированных элементов.

Поскольку все формообразующие поверхности корпуса можно считать унифицированными, то коэффициент применяемости унифицированных или стандартных конструктивных элементов детали принимаем равным .

Коэффициент повторяемости конструктивных элементов детали рассчитывают по формуле

, (2.7)



где - количество повторяющихся конструктивных элементов детали;

- общее количество конструктивных элементов детали.

Подставляя численные значения требуемых показателей, находим:

.

Коэффициент использования материала

, (2.8)

где Мдет - масса детали, кг;

Мзаг - масса заготовки, кг.

;

КИМ = 0,56.

По полученным значениям показателей технологичности можно сделать вывод о среднем уровне технологичности детали.

2.1 Установление типа производства

Общее количество типовых деталей, выпускаемых на участке в течение года, определяется на основе расчета приведенной программы по формуле:

шт/год (2.9)

где F_Д - действительный годовой фонд времени работы оборудования в соответствии с принятым режимом работы участка;

К_з - плановый коэффициент загрузки оборудования, К_з = 0,85;

А - Коэффициент допустимых потерь на переналадку оборудования, А = 0,05;

Т_шт = 2,83 мин. (на операцию №040 по проектному варианту техпроцесса).

F_Д =Д_р (2.10)

где Д_р - число рабочих дней в году, Д_р = 251 дней;

m_см - число рабочих смен в сутки, m_см = 1 смена;

t_cм - продолжительность рабочей смены, ч, t_cм = 8;

k_п - плановые потери времени на ремонт,% (k_п= 5%).

F_Д ==1908 ч.

шт. в год.

Принимаем N_год = 34000 шт. в год.

Количество наименований выпускаемых изделий определяется по формуле:

М_Д = N_год / N (2.11)

программа выпуска деталей равна N = 400 шт.

М_Д = 34000 / 400 = 85 наименований

Принимаем М_Д = 85 наименования.

На основании определенной программы определяется величина такта выпуска изделия.

, шт/мин (2.12)



Такт выпуска 3,4, мин/шт.

Темп - величина, обратная такту производства - количество изделий или заготовок одинакового наименования, выпускаемого в единицу времени (час):

r=60/3,4=17,6 шт/час.

Количество деталей в партии для одновременного запуска n, (шт.) определяется по формуле [8, с. 22]

15,9 шт (2.13)

где F - количество рабочих дней в году равно 251, а - число дней, на которое необходимо иметь запас деталей (периодичность запуска-выпуска, соответствующая потребности в сборке). Для того, что бы в течение месяца было произведено не более 3-4 запусков партии деталей а принимаем равным 10.

Ритм R определяется по формуле

R=t_вn (2.14)

R =3,815,9= 60,42 мин

Тип производства зависит от размера производственной программы, характера продукции, а также технических и экономических условий осуществления производственного процесса или трудоемкости изготовления детали.

Под типом производства понимается совокупность признаков, определяющих организационно-технологическую характеристику производственного процесса. Тип производства во многом предопределяет формы организации производственного процесса. Он определяется с помощью коэффициента серийности:

, (2.15)

где t_в - такт выпуска изделий, - среднее штучное время.

Для разработанного технологического процесса = 2,83 мин.

Значение 1?К_с?10 соответствует серийному типу производства [20].

Серийным называется такое производство, при котором изготовление изделий производится партиями, состоящими из одноименных, однотипных по конструкции и одинаковых по размерам изделий, запускаемых в производство одновременно. В таком производстве технологический процесс дифференцирован, т.е. расчленен на отдельные операции, которые закреплены за определенными станками, а номенклатура изделий - ограничена. Характерно использование специализированного и специального оборудования, станков с ЧПУ, обрабатывающих центров, гибких автоматизированных систем. Оборудование расставляется по технологическим группам с учетом направления основных грузопотоков. В большинстве случаев создается высокопроизводительная специальная оснастка. В качестве заготовок используется горячий и холодный прокат, точные штамповки и прессовки. Требуемая точность достигается методами автоматического получения размеров.

Форма организации производства представляет собой определенное сочетание во времени и в пространстве элементов производственного процесса, выраженное системой устойчивых связей.

Для участков механической обработки деталей наиболее распространенными являются технологическая и предметная формы организации производства.

Технологическая форма организации производства предполагает создание участков, на которых оборудование располагается группами по признаку технологической однородности и размеров. Такая форма организации обеспечивает максимальную загрузку оборудования в условиях мелкосерийного производства и приспособлена к частым изменениям в технологическом процессе. В то же время применение технологической формы имеет ряд отрицательных последствий. Большое количество деталей и их многократное перемещение в процессе обработки приводят к росту объема незавершенного производства и увеличению числа пунктов промежуточного складирования. Значительную часть производственного цикла составляют потери времени, обусловленные сложной межучастковой связью.

При предметной форме организации производства на участке устанавливается, как правило, все оборудование, необходимое для обработки группы деталей с начала и до конца технологического процесса. Если технологический цикл обработки замыкается в пределах участка, то он называется предметнозамкнутым. Предметное построение участков обеспечивает прямоточность и уменьшение длительности производственного цикла изготовления деталей. В сравнении с технологической формой организации предметная позволяет снизить общие расходы на транспортировку деталей, потребность в производственной площади на единицу продукции. Вместе с тем данная форма имеет и недостатки. Главный из них состоит в том, что при определении состава оборудования, устанавливаемого на участке, на первый план выдвигается необходимость выполнения определенных видов обработки, что не всегда обеспечивает полную загрузку оборудования. Кроме того, расширение номенклатуры выпускаемой продукции, ее обновление обуславливает потребность в перепланировке производственных участков, изменении структуры парка оборудования.



2.3 Анализ базового технологического процесса

Анализ заводского технологического процесса является важной стадией проектирования, так как позволяет выявить преимущества и недостатки, присущие базовой технологии [3].

Технологический процесс обработки детали является совокупностью механообрабатывающих операций, в процессе выполнения которых деталь принимает окончательные форму и размеры поверхностей. Построение и содержание технологического процесса обработки заготовки детали определяется в основном выбором баз и размерными связями между различными поверхностями.

На базовом предприятии технологический процесс (ТП) разработан для мелкосерийного производства.

Чертеж на деталь включает все необходимые данные и не имеет ошибок в размерных цепях.

Анализируя базовый технологический процесс механической обработки заготовки, достоинством является минимизированное число операций.

Методы обработки в технологическом процессе приняты правильно. Станки при обработке данных деталей используютcя при мелкосерийном производстве. Недостатком является их износ.

Технологический процесс изготовления обеспечивает высокую долговечность и надёжность корпуса тяги. Но, в тоже время, базовый технологический процесс имеет целый ряд недостатков. Среди которых следует отметить следующие:

- Технологический процесс (ТП) разработан в виде маршрутной карты, нет подробной разбивки технологического процесса на отдельные операции.

- Малая степень автоматизации.

- В нём нет ссылок на специальную оснастку или специальный инструмент.

- Базовая технология плохо представляет особенности эксплуатации данной детали.

2.4 Обоснование и разработка мероприятий по оптимизации базового технологического процесса

При разработке нового технологического процесса механической обработки необходимо учитывать положительные и отрицательные стороны действующего технологического процесса на изготавливаемую деталь.

При анализе технологического процесса необходимо обратить особое внимание на уровень механизации и автоматизации всех производственных процессов изготовления деталей, а также соответствия требованиям ЕСКД, ЕСТД, ЕСТПП [3].

При увеличении программы выпуска базовый технологический процесс перестает удовлетворять технико-экономическим требованиям современного производства, поэтому для его усовершенствования необходимо произвести оптимизацию способа получения заготовки, а также механизировать несколько приспособлений, что значительно сократит трудоёмкость изготовления детали и увеличит производительность [4].

Вывод: проектируемый ТП будет выгодно отличаться от базового. Данный технологический процесс будет более эффективным и технологичным, по сравнению с заводским, т.к. сократится время на токарные операции, сократится количество слесарных операций вследствие чего уменьшатся затраты на оборудование, электроэнергию, амортизацию площади, сократится количество рабочих мест и увеличатся затраты на заработную плату.



2.5 Выбор типа заготовки и предварительное назначение припусков

Деталь имеет неравномерное распределение металла по длине, то есть имеет сложную форму. Исходя из этого, для подробного анализа видов получаемой заготовки, представляется необходимым взять следующие варианты:

Деталь изготавливается методом штамповки.

Расчёт ведём по [2]. Стоимость заготовок, получаемых такими методами литья, как литьё в обычные земляные формы и кокили, литьё по выплавляемым моделям, литьё под давлением, штамповка, можно с достаточной точностью определить по формуле:

Литьё, которое способно обеспечить минимальный необходимый для механической обработки припуск, но это должен быть специальный вид литья, в то же время существенный объём металла будет расходоваться на литниковую систему;

, (2.16)

Где Сi - базовая стоимость 1 тонны заготовок, руб;

- коэффициенты зависящие от класса точности, группы сложности, массы, марки материала и объёма производства заготовок;

Q - масса заготовки, руб;

q - масса готовой детали, кг;

Sот - цена 1 тонны отходов, руб.

Тогда определим стоимость получения заготовки методом литья по формуле (2.16)

Если деталь изготавливается из проката, то затраты на заготовку определяются по весу проката, требующегося на изготовление детали, и весу сдаваемой стружки. При этом принимается во внимание стандартная длина прутков:

, (2.17)

где Q - масса заготовки, кг;

S - цена одного килограмма материала заготовки, руб;

q - масса готовой детали, кг;

- цена одной тонны отходов, руб.

Тогда по формуле (2.17) получим

Количественную оценку точности ведут по методике, изложенной в ЕСКД. При этом коэффициент использования материала (КИМ) определяется по формуле:

, (2.18)

где - масса детали по чертежу, кг;

- масса материала, израсходованного на изготовление детали, кг.

В первом случае масса детали равна 2,35 кг, минимально необходимая масса базовой заготовки составляет 3,1 кг. Во втором случае масса детали равна 2,35 кг, минимально необходимая масса базовой заготовки составляет 5,7 кг.

Тогда по уравнении (1.7) получим

В первом случае

Во втором случае

Из приведённых расчётов видно, что метод штамповки литья под давлением значительно дороже, чем метод получения заготовки литье под давлением. Однако при получении заготовки методом штамповки значительно вырастает коэффициент неиспользованного материала. Для изготовления заготовки выбираем метод литья под давлением, так как его можно автоматизировать, средний коэффициент использования материала, низкую шероховатость, применяют для стали, чугуна и цветных сплавов.

2.6 Выбор технологических базовых поверхностей и оценка точности базирования

Выбор поверхностей, пригодных для использования их в качестве технологических баз, обычно ведут с учётом классификатора способов базирования и конкретной конфигурации поверхностей обрабатываемой детали. Применительно к случаю обработки корпуса заданной конструкции это реализуется следующим образом.

Так как корпус представляет собой симметричное тело, у которого механической обработке резанием подвергаются внутренние поверхности и задняя цилиндрическая поверхность. По этой причине наиболее целесообразным представляется использование передней торцевой поверхности корпуса в качестве первоначальной базовой поверхности, относительно которой следует подрезать торец и расточить поверхность заготовки. Затем, развернув заготовку на 180⁰ и установив в кулачках, выполнить черновое и чистовое точение внутренних поверхностей. Дальнейшая смена баз происходит по мере токарной обработки корпуса.

При расчёте точности обработки учитывались величина возможного рассеивания отклонений заданного параметра.

Положение заготовок в приспособлении зависит от погрешности выполнения базовой поверхности заготовки, неточности изготовления, износа опорных элементов приспособления, нестабильности силы закрепления.

Погрешности установки заготовок в приспособлении ?еу вычисляется с учётом погрешности базирования ?еб, погрешности закрепления ?ез, погрешности изготовления и износа опорных элементов приспособления ?епр. Погрешность установки определяется как предельное поле рассеивания положений измерительной поверхности, относительно поверхности отсчёта, в направлении выдерживаемого размера.

Так как указанные погрешности являются случайными величинами, то погрешность установки определяется по формуле:

, (2.19)

При определении погрешности базирования использованы справочные данные. Так, при установке детали в самоцентрирующемся патроне с упором в торец, погрешность базирования равна нулю, а погрешность закрепления равна 120 мкм.

Тогда результат расчёта суммарной погрешности по формуле (2.19) составляет:

2.7 Разработка плана обработки и маршрута операций технологического процесса обработки детали

Разработка маршрута обработки детали начинается с предварительного выбора видов обработки отдельных поверхностей заготовки и определения методов достижения точности, соответствующей требованиям чертежа.

Построение маршрутной технологии во многом зависит от конструктивно-технологических особенностей детали и требований точности, предъявляемых к ее основным наиболее ответственным поверхностям. Для основных поверхностей с учетом точности выбранной заготовки, назначают число и последовательность переходов, определяют содержание операций. Деление всего объема обработки на операции, выбор оборудования, формирование операций по содержанию зависят от условий производства. В поточном производстве штучное время любой операции должно соответствовать такту выпуска, а для этого в некоторых случаях требуется применять специальные приспособления, инструментальные наладки и станки.

При обработке на универсальных станках стремятся к более полному использованию их возможностей. Наиболее точные станки используют для чистовой и отделочной обработки, выполняемой в отдельные операции.

В маршрутной технологии в процессе обработки предусматривают межоперационный контроль для технологического обеспечения заданных параметров качества обрабатываемой детали. План технологического процесса в виде маршрутной технологии составляют по рабочему чертежу. Планом технологического процесса устанавливаются границы между операциями, последовательность операций, установочные базы, степень концентрации операций, поверхности базирования и способы закрепления детали. При установлении общей последовательности обработки сначала обрабатывают поверхности принятые за технологические базы. Затем обрабатывают оставшиеся поверхности в последовательности повышения степени их точности. Последней обрабатывается наиболее точная поверхность. В таблице 2.1 приведен перечень операций по изготовлению корпуса тяги.



Таблица 2.1. Перечень операций по изготовлению корпуса тяги

Опер.	Наименование операции	Оборудование
005	Заготовительная	Штамп
010	Слесарная	Верстак слесарный
015	Контрольная	Стол контрольный
020	Фрезерная	Станок горизонтально-фрезерная 6Р13РФ-3
025	Фрезерная	Станок горизонтально-фрезерный 6Т13МФ4
030	Фрезерная	Станок горизонтально-фрезерный 6Т13РФ-4
035	Фрезерная	Станок горизонтально-фрезерный 6Т13РФ-4
040	Фрезерная	Станок горизонтально-фрезерный 6Т13РФ-3
045	Контрольная	Стол контрольный
050	Моечная	Машина моечная
055	Покрасочная	Камера окрасочная
060	Контрольная	Стол контрольный

2.8 Выбор моделей оборудования

6Р13РФ3
6Т13МФ4

2.9 Обоснование конструкции и расчёт специальных средств технологического оснащения

Описание и расчет станочного приспособления

Спроектированное приспособление применяется для автоматического закрепления детали при сверлении отверстий. Что значительно сокращает время на установку и закрепление, увеличивает надежность обработки (смотри рисунок 2.1).



Рисунок 2.1. Приспособление специальное

Принцип работы сводится к следующему: деталь устанавливается на плиту нижнюю, а сверху накрывается верхней плитой с втулками. К нижней плите присоединен пневмоцилиндр, который создает условие зажима. Давление из пневмосети подается в верхнюю полость пневмоцилиндра, поршень опускается вниз, зажимая заготовку. Затем просверливаются отверстия через втулки. После завершения операции, сбрасывается давление в пневмосети, пружина поднимает поршень вверх, перемещая коромысло с откидными шпильками и разжимает деталь.

Разработка расчетной схемы и расчет теоретического зажимного усилия.

Для расчёта силы закрепления используем схему (рисунок 2.2).



Рисунок 2.2. Схема действия сил при фрезеровании

(2.20)

М_кр.= С_м · D^q · S^y · K_р; (2.21)

Значения коэффициентов и показателей степеней берём из справочных нормативных таблиц.

С_м = 0,0345; q = 2; y = 0,8; K_р=1; D=30.

Подставив данные в формулу (2.21) получаем:

М_кр.= 18630 Н·мм.

Теоретическое зажимное усилие рассчитывается по формуле:

(2.22)

где f - коэффициент трения (обрабатываемая поверхность контактирует с плоскостью опорного или контактного элемента), f=0,1;

D - диаметр опорной поверхности под шайбой, D=320 мм.

ТD=М_кр.



Подставив имеющиеся значения в формулу (2.8), получаем:

582,2 Н.

Расчет коэффициента запаса зажимного усилия.

(2.23)

где k₁ = 1,5 - гарантированный коэффициент надёжности;

k₂ = 1,2 - коэффициент, учитывающий увеличение сил резания при наличии неровностей на заготовке;

k₃ = 1 - коэффициент непрерывности резания;

k₄ = 1 - коэффициент, учитывающий непостоянство зажимного усилия при механизированном приводе приспособления.

Если значение , то принимаем . Если , то принимаем его значение.

Определяем необходимое зажимное усилие:

(2.24)

С учётом коэффициентов получаем: Q = 1455,5 Н.

Определяем усилие привода: P=Q=1455,5 Н.

Определяем диаметр пневмоцилиндра:

D = , (2.25)

где q - усилие пружины, Н;

р - давление воздуха в пневмосети, р = 0,1 МПа;

з - КПД пневмосети, з = 0,85.

q = 0,15·Р_П = 0,15·1455,5 = 218,3 Н;

;

D = 79,2 мм.

По паспорту выбираем диаметр цилиндра: D_ц = 80 мм. По диаметру цилиндра определяем диаметр штока: d_шт = 25 мм.

Выбор контрольного приспособления

Измерительная головка с одноточечным щупом

2.10 Аналитический расчет технологических параметров

Расчет и назначение припусков

Исходные данные. Деталь «Корпус тяги». Требуется определить межоперационный и общий припуски и размер заготовки на поверхность «отверстие». Окончательные требования - отверстие 46Н8, шероховатость Ra = 1,6 мкм. Материал детали - АМ4. Общая длина детали - 20 мм. Метод получения заготовки - Литье. Обработка производится на вертикально-сверлильном станке.

Назначаем технологический маршрут обработки:

- растачивание предварительное

- растачивание окончательное

- развертывание предварительное

- развертывание окончательное.



Таблица 2.2. Расчет припусков на размер

Маршрут обработки поверхности	Элементы припуска, мкм	Расчетный припуск мкм	Расчетный размер мм	Допуск по переходам в мкм	Предельные размеры мм	Предельные припуски мм
	Rzi-1	Ti-1	сi-1	еi				max мм	min	max	min
Внутренняя пов. Ш46+0,027
Заготовка Литье	50	100	46	-	-	45,225	420	45,225	44,8	-	-
Растачивание предвар.	50	70	3	0	392	45,619	250	45,62	45,37	0,395	0,570
Растачивание оконч.	32	40	0,2	0	246	45,865	100	45,865	45,865	0,245	0,495
Развертывание предварительное	5	10	0	0	144	46,009	62	46,01	45,948	0,145	0,083
Развертывание окончательное	3,2	5	0	0	30	46,039	39	46,039	46	0,029	0,052
?0,819 ?1,2

Проверка:

Аналитический расчет режимов резания

Результаты расчетов режимов резания представлены в картах технологического процесса



2.11 Автоматизированное проектирование технологического процесс изготовления детали и средств технологического оснащения

Проектирование операционной технологии в Компас АВТОПРОЕКТ

Разработка технологических процессов в Компас - АВТОПРОЕКТ осуществляется в режимах:

- проектирование на основе технологического процесса-аналога (автоматический выбор соответствующего ТП из базы данных с последующей его доработкой в диалоговом режиме);

- формирование ТП из отдельных блоков, хранящихся в библиотеке типовых технологических операций и переходов;

- объединение отдельных операций архивных технологий;

- автоматическая доработка типовой технологии на основе данных, переданных с параметризированного чертежа КОМПАС-ГРАФИК (чертежно-конструктор-ского редактора);

- разработка ТП в режиме прямого документирования в диалоговом режиме с помощью специальных процедур к справочным базам данных.

В системе реализована процедура, позволяющая проектировать сквозные технологии, включающие одновременно операции механообработки, штамповки, термообработки, сборки, сварки и т.д.

В комплект разрабатываемой документации входят: титульный лист, карта эскизов, маршрутная, маршрутно-операционная, операционная карты ТП, ведомость оснастки, материалов и другие документы в соответствии с ГОСТ. В базовую поставку системы включены более 60 видов технологических карт. Они выполнены в среде MS Excel. Распечатывать их можно как в горизонтальном, так и вертикальном исполнении. При необходимости пользователь может разрабатывать новые карты, а также вносить изменения в существующие образцы. Эскизы и графическая часть технологических карт выполняются в среде КОМПАС-ГРАФИК и вставляются в листы MS Excel как OLE - объекты.

Для разработки документов произвольной формы используется специальный генератор отчетов, также формирующий технологические карты в среде MS Excel.

Технологические процессы, разработанные в КОМПАС-АВТОПРОЕКТ, помещаются в архив системы в сжатом виде. Оглавление такого архива доступно для ручного просмотра и корректировки. Автоматический поиск ТП в архиве производится либо по коду геометрической формы детали, либо по отдельным характеристикам: тип детали, принадлежность к изделию, вид заготовки, габаритные размеры и т.д. По заданным критериям поиска система находит несколько ТП, оставляя окончательный выбор за технологом.

Оглавлением архива разработанных технологических процессов служит база данных конструкторско-технологических спецификаций (КТС), включающих в себя уровни изделий, узлов и деталей. Система обеспечивает свободное перемещение от одного уровня к другому, позволяя при этом просматривать и редактировать состав изделий, узлов и деталей. Каждый уровень имеет подчиненную таблицу «Документы», записи которой содержат ссылки на документы, созданные в различных приложениях: графические, текстовые файлы, архивные технологи и т.д.

Выбор ТП осуществляется процедурой разархивации, которая извлекает технологический процесс из архива и помещает его в рабочее поле КОМПАС-АВТОПРОЕКТ, доступное для внесения изменений. Информация о текущем технологическом процессе распределяется по уровням: деталь - операция - переход.

Пользователю предоставлена возможность перемещаться по уровням, отслеживать состав переходов по каждой технологической операции, осуществлять необходимую корректировку. При этом технологический процесс, находящийся в архиве, не меняется. Модифицированная технология может быть помещена обратно в архив под прежним или новым именем.

Процедуры обработки КТС позволяют производить выборку деталей по принадлежности к изделиям, сборочным единицам, цехам изготовления и т.д. На их основе формируются сводные нормы, заявки на материал, комплектующие карты и другие технологические документы.

В системе реализованы процедуры, позволяющие глобально корректировать любую информацию в архиве технологических процессов (например, замена устаревших ГОСТов технологической оснастки), рассчитывать суммарную трудоемкость изготовления деталей и сборочных единиц, определять материалоемкость и себестоимость изделия в целом.

Система обеспечивает удобную организацию баз данных и быстрый доступ к требуемой информации. Она обладает хорошо организованным диалоговым интерфейсом, обеспечивающим легкое и наглядное перемещение по всем базам данных. Приемы работы с базами данных идентичны, что упрощает их сопровождение. Программа поддерживает диалоговый доступ к сведениям об оборудовании, инструментах, материалах и т.д. В любой момент эти данные могут быть выведены на экран, скорректированы или пополнены. В информационном пространстве КОМПАС-АВТОПРЕКТ можно создавать новые информационные массивы, корректировать состав и размерность их полей. Взаимодействие между таблицами данных в КОМПАС-АВТОПРОЕКТ построено на динамически формируемых SQL-запросах. Операторы SQL генерируются либо автоматически, либо по шаблону, заданному пользователем. В базовую поставку системы входит около 3000 реляционных таблиц различной структуры и подчиненности.

Работа с базами данных организована в архитектуре клиент-сервер, что исключает дублирование и обеспечивает защиту информации. В качестве SQL - серверов в КОМПАС-АВТОПРОЕКТ могут быть использованы InterBase, MS SQL, Oracle. Данные могут располагаться как на локальной станции, так и на выделенном сервере. Имеющиеся у пользователя информационные массивы легко включаются в состав баз данных системы КОМПАС-АВТОПРЕКТ.

Одним из основных преимуществ КОМПАС-АВТОПРОЕКТ является возможность модернизации системы без участия разработчика самими пользователями. Корректируются состав и структура всех баз данных, настраиваются формы технологических документов, подключаются новые программные модули.

САПР КОМПАС-АВТОПРОЕКТ позволяет повысить производительность труда технолога, сократить сроки и трудоемкость технологической подготовки производства. В состав данного интегрированного программного комплекса входят подсистемы проектирования технологий: механообработки, штамповки, сборки, сварки, термообработки, покрытий, гальваники.

В САПР КОМПАС-АВТОПРОЕКТ реализован механизм, позволяющий отобразить структуру изделия (детали), взаимосвязи между оборудованием, технологической оснасткой и методами обработки. Модель технологического процесса в САПР ТП занимает центральное место. В КОМПАС-АВТОПРОЕКТ - это трехуровневая цепочка связанных реляционных таблиц, записи которых имеют различную логическую структуру. Такая модель является универсальной и настраиваемой. Она позволяет создавать технологии различных переделов и включать в них любые средства технологического оснащения, в том числе и принципиально новые.

Вся информация о текущем технологическом процессе распределена по уровням «Деталь» - «Операция» - «Переход». Пользователю предоставлена возможность перемещаться по уровням, отслеживать состав переходов каждой технологической операции, вносить необходимые изменения на любом из уровней. Особенностью этой модели является наглядная форма представления информации. Записи таблицы «Переходы», содержащие тексты переходов, режущие инструменты, приспособления, режимы резания и др., выводятся на экран одним списком. Такая возможность достигается тем, что физические записи данного уровня имеют различную логическую структуру. Этот же механизм позволяет проектировать технологии, включающие одновременно операции механообработки, штамповки, термообработки, покрытий и т.д. Подключение нового технологического передела производится самим пользователем.

Одним из основных преимуществ КОМПАС-АВТОПРОЕКТ является возможность модернизации системы без участия разработчика. Корректируется состав и структура всех баз данных, настраиваются формы технологических документов, подключаются новые программные модули. Гибкость программного и информационного обеспечения позволяет быстро адаптировать систему к любым производственным условиям.

Разработка технологического процесса изготовления корпуса тяги

Разработка технологического процесса начинается с загрузки в рабочее поле системы режима «Технология» из раздела «Базы данных».

Перед началом разработки нового технологического процесса необходимо очистить поле текущей технологии (рисунок 2.3), произведя двойной щелчок на пиктограмме «Очистка технологии». Затем следует установить курсор на нужной записи и нажатием клавиши <F12> запустить требуемый режим. Во всех таблицах текущей технологии будут удалены все записи.

Рисунок 2.3. Режим очистки содержимого таблиц текущей технологии

Ввод данных начинается с таблицы «Деталь». Процесс ввода и редактирования полей записи на всех уровнях идентичен. Для загрузки формы просмотра и корректировки полей необходимо нажать на инструментальной панели кнопку «Редактирование записи» или клавишу <F4>. Данная форма имеет следующую структуру: слева располагаются имена полей, справа -- их значения.

Данные можно вводить с клавиатуры, установив курсор в заполняемом поле, или копировать из справочной базы данных (БД). Признаком привязки такой БД к определенному полю записи является пиктограмма «Книга» справа от поля ввода данных. Справочные БД могут быть подключены к любому полю. Например, в таблице «Деталь» к соответствующим полям подключены БД по материалам, заготовкам, наименованиям деталей и т.д.

Чтобы скопировать данные из БД, следует подвести курсор к пиктограмме «Книга», щелчком левой кнопки мыши запустить справочную БД, выбрать нужную строку, произвести двойной щелчок мышью или нажать клавишу <F12>. Система вернется в форму редактирования и скопирует информацию в нужные поля.

После того как введены все данные о детали, необходимо выйти из формы редактирования, нажав кнопку «Выход» или комбинацию клавиш <Alt> + <F4>. На уровне Деталь должна появиться запись с данными о детали. Необходимую корректировку можно произвести, не входя в режим редактирования <F4>. Для этого нужно выделить курсором требуемое поле и начать ввод с клавиатуры непосредственно в ячейке таблицы. Отмена ввода -- нажатие клавиши <Esc>. Если к полю привязан справочный массив данных, то в таблице с правой стороны появляется кнопка с пиктограммой «Многоточие».

Переход на уровень Операции осуществляется нажатием кнопки «Переход на следующую таблицу» на инструментальной панели или клавиши <F12>. При начальном вводе таблица Операции не содержит записей. Необходимо зарезервировать нужное количество строк клавишей <Insert>. Затем последовательно в каждую строку ввести информацию об одной технологической операции. Порядок следования операций в технологическом маршруте задается порядком расположения строк в таблице. Режим корректировки полей <F4> осуществляет загрузку формы редактирования (рисунок 2.4), аналогичной использующейся на уровне Деталь.

Рисунок 2.4. Структура записи таблицы «Операции»

После того как введены сведения об операциях, можно вводить данные о переходах. Для этого следует установить курсор на нужную операцию, и нажать клавишу <F12>. Система перейдет к следующему объекту, и в рабочее поле системы будет загружена таблица Переходы.

Поскольку таблицы Операции и Переходы связаны уникальным ключевым полем ID (генерируемым автоматически при каждом вводе новой операции), то каждая строка объекта Операции будет иметь подчиненный список записей в таблице Переходы. При первоначальном вводе она не содержит записей. Нужно зарезервировать необходимое количество пустых записей клавишей <Insert> и войти в режим редактирования первой строки, нажав клавишу <F4>.

Справочная таблица Тип перехода, содержащая список наименований доступных баз данных, представлена на рисунке 2.5.

Рисунок 2.5. Справочные базы данных таблицы «Переходы»

Выделить курсором нужную БД и двойным щелчком поместить ее в рабочее поле системы. Из загруженного справочника выбирать информацию, последовательно нажимая клавишу <F12>. При достижении последнего уровня все необходимые данные будут скопированы, и система вернется в форму редактирования записи таблицы Переходы. В зависимости от вида выбранной информации на форме «Редактирование записи» меняются наименования полей. Так, например, если были выбраны данные о режущем инструменте (рисунок 2.6), поле «Переход» изменит свое название на «Режущий инструмент». Данный механизм реализуется с помощью специальных режимов управления логической структурой данных <F3>.