Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

деталь технологичность шлифование

Машиностроение - это одна из самых динамично развивающихся отраслей за все время своего существования. В ней сосредоточен большой научно-технический и производственный потенциал. Для нее создается благоприятная обстановка для воплощения на практике мероприятий, способных каким-либо образом повысить объем и качество выпускаемой продукции.

Основным способом повышения производительности в машиностроении является наиболее широкое использование новейших разработок в области технологии, автоматизации и механизации.

На машиностроительных заводах успешное внедрение новой техники зависит от степени его оснащения современной технологической оснасткой. Для всех видов технологической оснастки характерно наличие значительного числа деталей, разнообразной и сложной формы. Большинство деталей в процессе изготовления подвергается различным видам обработки, механической, термической, электрохимической и т.д.

Производительность процесса обработки зависит от режимов резания (скорости, глубины, подачи) а, следовательно, от материала режущей части инструмента и его конструкции, геометрических параметров, лезвий инструмента и т.д.

Современное производство предъявляет повышенные требования к технологической оснастке: точность базирования изделий, жесткость, обеспечивающая полное использование мощности оборудования на черновых операциях и высокую точность обработки на чистовых операциях. Высокая гибкость, сокращающая время на наладку и замену оснастки, универсальность, позволяющая обрабатывать изделия определенного типа размеров с минимальным временем на переналадку, надежность и взаимозаменяемость.

Дипломный проект направляется на разработку и проектирование новых, более совершенных технологических процессов и средств технологического оснащения, обеспечивающих существенное повышение производительности труда, качества продукции, снижение её себестоимости и металлоемкости, а также улучшение условий труда. Значительное внимание должно быть уделено технологическому перевооружению машиностроительного производства, максимальному использованию возможностей техники, в том числе ЭВМ, автоматизированных систем управления, элементов систем автоматизации проектирования и программирования механической обработки с помощью ЭВМ, комплексной механизации и автоматизации технологических процессов, транспортных, погрузочно-разгрузочных, складских и других работ, при выполнении которых затраты ручного труда до сих пор велики, дальнейшей специализации и кооперирования производства, повышению его культуры и экономичности.

В данном дипломном проекте разрабатывается производственный участок и технологический процесс изготовления левого поворотного кулака ЛиАЗ-5256. На основе типового и базового технологического процесса, применяемого на ОАО «Канашский автоагрегатный завод», проектируется наиболее оптимальный технологический процесс изготовления кулака. Рассчитывается площадь участка и необходимое количество производственного оборудования. Решаются проблемы экологии и безопасности жизнедеятельности при изготовлении кулака, для решения которых предлагаются конкретные мероприятия. Производится экономическое обоснование целесообразности мероприятий и усовершенствований предложенных в данном дипломном проекте.



1. Общие вопросы проекта

1.1 Исходная информация для разработки дипломного проекта

Исходной информацией для разработки дипломного проекта является:

- чертеж детали и требования на ее изготовление;

- базовый технологический процесс изготовления левого поворотного кулака;

- заводской метод получения заготовки, чертёж заготовки с техническими требованиями, предъявляемыми к ней.

- годовая программа выпуска деталей с учётом запасных частей и возможного брака

где В-годовая программа выпуска с учетом запасных частей и возможного брака, шт.;

N - годовая программа выпуска, 40000 шт.;

n - количество данных деталей в узле, 1 шт.;

₁ - процент запасных частей, 5 - 20%;

₂ - процент брака, 1 - 3%.

- режим работы цеха - односменный;

- исходные данные для экономических расчетов (стоимость оборудования, технологической оснастки и инструмента, цены на энергоносители и т.д.);

- исходные данные для разработки мероприятий по охране труда и охране окружающей среды.



1.2 Служебное назначение и техническая характеристика детали

Кулак поворотный является ответственной деталью передней оси автобуса ЛиАЗ-5256. Передняя ось предназначена для управления автобусом на дороге. В соответствии с рисунком 1 она состоит из цельной кованой балки (поз. 15) двутаврового сечения с отогнутыми вверх концами. В концевых бобышках балки имеются отверстия под шкворни (поз. 50). Балка концевой бобышкой опирается на подшипник (поз. 1) поворотного кулака (поз. 41) и соединяется с ним при помощи шкворня.

Поворотные кулаки имеют по две проушины с втулками (поз. 52). На поворотном кулаке также располагаются два конических роликовых подшипника (поз. 44 и поз. 45), на которые устанавливается ступица (поз. 43) переднего колеса. На фланце поворотного кулака выполнено 14 резьбовых отверстий для крепления суппорта переднего тормоза. На кулаке также устанавливается поворотный рычаг рулевой трапеции автобуса, который обеспечивает поворот управляемых колес на определенный угол.

Поворотный кулак изготовлен из конструкционной стали 40Х ГОСТ 4543-71.

Химический состав стали представлен в таблице 1. Добавление хрома повышает твердость и прочность стали, увеличивает коррозионную стойкость. Кремний увеличивает упругость, окалиностойкость. Марганец увеличивает твердость, износоустойчивость, стойкость против ударных нагрузок, не уменьшая пластичности. Никель сообщает стали коррозионную стойкость, высокую прочность и пластичность, увеличивает прокаливаемость, оказывает влияние на изменение коэффициента теплового расширения. Медь также увеличивает антикоррозионные свойства стали [1].



Таблица 1 - Химический состав стали

С	Si	Mn	S	P	Cr	Ni	N	Cu
0,41-0,49%	0,17-0,37%	0,50-0,80%	?0,035%	?0,035%	0,80-1,10%	?0,30%	? 0,008%	?0,30%

Механические свойства стали представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Механические свойства стали

Термообработка, состояние поставки	Сечение, мм	у0.2, МПа	уВ, МПа	д, %	ш, %	КСU, Дж/см2	НВ
Поковка. Закалка, отпуск.	100 - 300	490	655	13	40	54	212 - 248

Технологические свойства стали 40Х [1]:

а) свариваемость - трудносвариваемая;

б) обрабатываемость резанием:

1) твердым сплавом коэффициент обрабатываемости К_V = 0,20;

2) быстрорежущей сталью К_V = 0,95;

в) склонность к отпускной хрупкости - склонна;

г) флокеночувствительность - чувствительна.

1.3 Краткая характеристика существующего на базовом предприятии уровня технологии

Действующий технологический процесс производства поворотного кулака состоит из 24 операций.

Маршрут обработки поворотного кулака начинается с подготовки технологических баз - обработки центровых отверстий. Затем сначала обрабатывается хвостовая часть, а затем фланцевая. Последовательность выполнения операций представлена в таблице 3.

Участок механической обработки состоит из трех автоматических линий, агрегатных, специализированных и одного универсального станков. С точки зрения последовательности технологических операций базовый маршрут удовлетворяет изготовлению детали требуемой точности.

Таблица 3 - Технологический маршрут обработки детали

№ операции	Наименование операции	Оборудование
005	Агрегатная	АМ15383
010	Автоматно-линейная	ЛКМВ-359 А
015	Горизонтально-фрезерная	ГФ2487
020	Горизонтально-фрезерная	ГФ2487
025	Горизонтально-фрезерная	ГФ2487
030	Горизонтально-фрезерная	ГФ2487
035	Торцекруглошлифовальная	ХШ-12Н44
040	Торцекруглошлифовальная	ХШ4-12Н46
045	Круглошлифовальная	3М161Е
050	Агрегатная	АМ13608
055	Автоматно-линейная	ЛК0001
060	Автоматно-линейная	ЛК0002
065	Вертикально-протяжная	МП7734
070	Слесарная	Верстак
075	Агрегатная	АМ13609
080	Агрегатная	АМ13610
085	Агрегатная	АМ13611
090	Агрегатная	3ХА5617
095	Торцекруглошлифовальная	ХШ4-12Н45
100	Круглошлифовальная	3М161Е
105	Фрезерная	FD-40V
110	Сверлильная	2Н150
115	Промывка	Машина моечная 220074
120	Контрольная	Стол контрольный

Недостатками существующего технологического процесса является использование универсального вертикально-сверлильного станка 2Н150, обработка на котором составляет 14,6 мин. Поэтому будет целесообразно выполнить фрезерную и сверлильную операцию на более производительном агрегатном пятипозиционном станке, время обработки на котором составит 2,34 мин. Другой недостаток является применение в качество основного транспортного устройства ручного палетного транспортера.

1.4 Общая организационно-техническая характеристика проектируемого участка

Организация технологического процесса на участке имеет поточную форму.

Участок оснащен тремя автоматическими линиями, а также высокопроизводительными агрегатными и специализированными станками. Рабочие места расположены в порядке последовательности выполняемых операций, то есть по ходу технологического процесса обработки деталей. На каждой операции располагается необходимое количество станков. Для облегчения труда и повышения производительности применяются конвейеры, подвесные устройства и склизы.

Транспортирование заготовок со склада металлов и отвоз готовых деталей на участок сборки осуществляется автопогрузчиком БВ2733.

На участке находится технологический контроль, где проводятся измерения с помощью приборов активного контроля, универсальных приспособлений, а также калибров, штангенциркулей, шаблонов.

Режим работы проектируемого участка принимается односменный.

Действительный годовой фонд времени определяется по формуле

где F - действительный годовой фонд времени, мин;

К_р - коэффициент, учитывающий простои оборудования в плановых ремонтах, 0,97;

D_р - количество рабочих дней в 2009 году, 250;

Т_см - продолжительность рабочей смены, 8 ч;

S - количество смен, 1.

 мин

Такт выпуска определяется по формуле

где ф - такт выпуска, мин/шт.



2. Технологическая часть

2.1 Обработка конструкции детали на технологичность

Одной из специфичных деталей конструкции автобуса являются поворотные кулаки, соединяющие в себе требования, предъявляемые к технологии обработки валов (цапф), с одной стороны, и рычагов (фланцевая часть), с другой [2].

В качестве заготовки используется поковка соответствующей формы.

Материал детали хорошо обрабатывается резанием.

Обрабатываемые поверхности представляют собой плоскости, наружные и внутренние цилиндры, конусы. Это позволяет применять высокопроизводительное оборудование.

Размерные соотношения детали позволяют применить многоинструментальную обработку.

При обработке технологическими базами служат центровые отверстия, торец фланца, шейки цапфы. Эти базы позволяют обработать деталь с наибольшей точностью, так как все основные размеры по техническим условиям чертежа заданы относительно осей детали, пересекающихся под углом 11°±15'.

Обработанные поверхности контролируют по тем же технологическим базам, по которым обрабатывают заготовку. Технологические базы совпадают с измерительными, что обеспечивает наибольшую точность обработки и измерения.

Количественной оценкой технологичности конструкции является коэффициент использования материала, который определяется по формуле



где К_и.м. - коэффициент использования материала;

m_д - масса детали, 25 кг;

m_з - масса заготовки, 44 кг.

2.2 Анализ технических условий на деталь

Поворотный кулак относится к деталям класса «круглые стержни».

Специфичным требованием к конструкции кулака является выдерживание точного угла наклона оси хвостовика к оси отверстий под шкворень.

Требования по точности размеров: наружные диаметры под подшипники и ; наружный диаметр ; глубина шпоночного паза 43 _{- 0,16}; ширина паза 10 ^+0,150; радиус закругления при торце R15 _{- 1,0}; внутренний диаметр проушин Ш78,5^+0,046; размер между внутренними торцами проушин 134±0,4; внутренний диаметр выточки Ш87^+0,2; угол наклона оси проушин к оси хвостовика 11^о±15'; линейный размер от торца до пересечения осей хвостовика и проушин 107±0,175; линейный размер от оси до нижней проушины 78±0,2; линейный размер от оси до выточки в верхней проушины 64±0,4; линейный размер 64±0,023; внутренний диаметр отверстия на фланце Ш12,5^+0,027; размеры, предельные отклонения которых на чертеже в явном виде не указаны, выполняются по 14 квалитету.

Погрешности формы: допуск плоскостности наружных поверхностей проушин не более 0,08 мм; допуск плоскостности уступов проушин не более 0,1 мм.

Погрешности взаимного расположения ограничены допуском позиционным 14 отверстий М14Ч1,5-6Н (0,12); допуском позиционным четырех отверстий М20Ч1,5-6Н (0,25); допуском позиционным отверстий М8-6Н (0,16); допуском соосности двух отверстий Ш78,5^+0,046 (0,02); допуском пересечения осей двух отверстий Ш78,5^+0,046 (0,2); допуском перпендикулярности внутренних поверхностей проушин относительно оси проушин (0,15); допуском перпендикулярности плоскостей шипа 64±0,023 (0.1); допуском радиального биения выточки верхней проушины Ш87^+0.2 (0,3); допусками радиального биения шеек хвостовика (0,01); допуском торцового биения (0,04).

Качество поверхностного слоя регламентировано твердостью НВ 212…248 и шероховатостью поверхностей по среднему арифметическому отклонению профиля Ra для шеек хвостовика 0,63 мкм и для проушин 2,5 мкм. Остальные поверхности выполнены по 3, 4 и 5 классам шероховатости.

Исходя из назначения детали и технических требований к ней, можно заключить что: поверхности шеек хвостовика и торца фланца являются основными, так как определяют положение детали в узле; боковой торец верхней и нижней проушин являются исполнительными поверхностями, так как являются местом крепления рычагов; вспомогательными поверхностями являются поверхности отверстия и внутренние торцы проушин, так как определяют положение деталей, присоединяемых к поворотному кулаку. Остальные поверхности детали - свободные.

2.3 Обоснование метода изготовления заготовки

Поворотный кулак является ответственной деталью, к которой предъявляются повышенные требования по механическим свойствам, особенно по ударной вязкости. Такие детали рекомендуется изготавливать из кованных или штампованных заготовок.

Процессы при обработке металлов давлением занимают ведущее положение в заготовительном производстве в силу своей универсальности, высокой производительности, сравнительно низкой себестоимости и положительному влиянию на структуру и механические свойства заготовок.

Материал, применяемый для изготовления поворотных кулаков, должен противостоять действию ударных нагрузок, изгибу и кручению и легко обрабатываться. Сталь 40Х отвечает этим требованиям.

Заготовку получают штампованием на прессе [3] с одним нагревом в следующей последовательности: осадка; предварительное штампование с выдавливание хвостовика вниз и двух бобышек наклонно вверх; окончательное штампование; обрезка заусенцев; горячая правка поковки на кривошипном чеканном прессе; в холодном виде подрезание концов хвостовика до требуемого размера. Затем заготовки подвергают термической обработке. При этом их твердость соответствует НВ 220 - 240.

Поковка имеет следующие характеристики:

- класс точности - Т4;

- степень сложности - С4;

- группа сложности - 4;

- группа стали - М2;

- исходный индекс - 18.

На поковке допускается: остаточный облой не более 3 мм; внешние дефекты глубиной не более 1,5 мм, а на базовых поверхностях до 1,0 мм; смещение по разъему штампов не более 2,0 мм.

2.4 Выбор и обоснование технологических баз

Обработку поворотных кулаков можно подразделить на следующие стадии:

- обработка хвостовика;

- обработка бобышек и отверстий под шкворень;

- обработка мелких отверстий.

При обработке поворотного кулака технологическими базами служат:

- черновые шейки цапфы и торец фланца при сверлении центровых отверстий и подрезки торца;

- центровые отверстия при обработке на токарном и шлифовальном станках;

- шлифовальная шейка цапфы при фрезеровании плоскостей во фланце и сверлении в нем отверстий;

- шлифовальная шейка цапфы и в качестве угловой вспомогательной базы отверстие во фланце при обработке в спутнике отверстий под шкворень и других поверхностей.

Комплекты баз и схемы установки, применяемые на основных этапах обработки шестерни ведущей, представлены в таблице 4.

Таблица 4 - Комплекты баз

№ комплекта баз	Наименование обработки по этапу техпроцесса	Теоретическая схема базирования по ГОСТ 21495-79	Теоретическая схема установки по ГОСТ 3.1107-81
1	Этап 1. Подготовка технологических баз - центровых отверстий с одновременной обработкой торца
		1, 2, 3, 4 - двойная направляющая скрытая база 5 - опорная явная база 6 - опорная скрытая база	1, 2, 3, 4 - самоцентрирующие призмы 5 - упор
2	Этап 2. Токарная обработка фланца	1, 2, 3, 4 - двойная направляющая скрытая база 5 - опорная явная база 6 - опорная скрытая база	1, 2, 3, 4, 5 - центра
3	Этап 3. Фрезерование проушин	1, 2, 3, 4 - двойная направляющая явная база 5 - опорная явная база 6 - опорная явная база	1, 2, 3, 4 - призмы 5 - упор 6 - опора
4	Этап 4. Черновая и чистовая шлифовка шеек цапфы	1, 2, 3, 4 - двойная направляющая скрытая база 5 - опорная явная база 6 - опорная скрытая база	1, 2, 3, 4 - центра 5 - упор
5	Этап 5. Сверление отверстий во фланце	1, 2, 3 - установочная явная база 4, 5 - двойная опорная явная база 6 - опорная явная база	11, 2, 3 - плоскость 4, 5 - втулка 6 - упор
6	Этап 6. Обработка фланцевой части	1, 2, 3 - установочная явная база 4, 5 - двойная опорная явная база 6 - опорная явная база	1, 2, 3 - плоскость 4, 5 - втулка 6 - палец
7	Этап 7. Протягивание	1, 2, 3, 4 - двойная направляющая явная база 5 - опорная явная база 6 - опорная явная база	1, 2, 3, 4 - призмы 5, 6 - пальцы
8	Этап 8. Нарезание резьбы в отверстиях на торце фланца и обработка хвостовика	1, 2, 3 - установочная явная база 4, 5 - двойная опорная явная база 6 - опорная явная база	1, 2, 3 - плоскость 4, 5 - втулка 6 - палец
9	Этап 9. Обработка прилива	1, 2, 3 - установочная явная база 4, 5 - направляющая явная база 6 - опорная явная база	1, 2, 3 - плоскость 4, 5 - подводимая плоскость 6 - упор

2.5 Разработка технологического маршрута

При разработке данного технологического маршрута механической обработки кулака поворотного были использованы базовый маршрут, применяемый на предприятии, и типовой технологический маршрут.

Последовательность операций в данном технологическом маршруте позволяет получить требуемую точность обработки и шероховатость поверхностей, взаимное расположение осей и поверхностей, правильность контура и т.д.

Технологический маршрут начинается с обработки центровых отверстий, которые будут служить технологической базой для последующих операций.

При последующей обработке используется принцип концентрации операций, позволяющий получить высокую производительность. Обработка ведется на агрегатных станках и автоматических линиях, позволяющих за один установ обработать несколько поверхностей. Это ведет к уменьшению погрешностей установки, сокращению времени обработки, повышению качества и точности обработки поверхностей.

В конце технологического маршрута шлифуются торец фланца и шейки цапфы, на которые устанавливаются подшипники. Эти поверхности являются наиболее точными.

Заканчивается маршрут обработкой прилива на агрегатном станке. На этой операции фрезеруется площадка под датчик АБС, сверлится и развертывается отверстие.

Таблица 5 - Технологический маршрут обработки поворотного кулака

№ операции	Наименование операции	Оборудование
005	Агрегатная	Агрегатный двухсторонний сверлильный полуавтомат АМ15383
010	Автоматно-линейная	ЛКМВ-359 А
015	Горизонтально-фрезерная	Специальный горизонтально-фрезерный полуавтомат ГФ2487
020	Горизонтально-фрезерная	Специальный горизонтально-фрезерный полуавтомат ГФ2487
025	Горизонтально-фрезерная	Специальный горизонтально-фрезерный полуавтомат ГФ2487
030	Горизонтально-фрезерная	Специальный горизонтально-фрезерный полуавтомат ГФ2487
035	Торце-круглошлифовальная	Торцекруглошлифовальный врезной полуавтомат ХШ4-12Н45
040	Торце-круглошлифовальная	Торцекруглошлифовальный врезной полуавтомат ХШ4-12Н45
045	Круглошлифовальная	Круглошлифовальный полуавтомат 3М161Е
050	Агрегатная	АМ13608
055	Автоматно-линейная	ЛК0001
060	Автоматно-линейная	ЛК0002
065	Вертикально-протяжная	Вертикально-протяжной полуавтомат для наружного протягивания МП7734
070	Слесарная	Верстак
075	Агрегатная	Агрегатный горизонтально-сверлильный резьбонарезной 18 шпиндельный 4 позиционный полуавтомат АМ13609
080	Агрегатная	Агрегатный горизонтально-сверлильный резьбонарезной 4 позиционный полуавтомат АМ13610
085	Агрегатная	Агрегатный сверлильно - резьбонарезной 4 позиционный 5 шпиндельный полуавтомат АМ13611
090	Агрегатная	Агрегатный сверлильно - резьбонарезной 4 позиционный полуавтомат 3ХА5617
095	Торце-круглошлифовальная	Торцекруглошлифовальный врезной полуавтомат ХШ4-12Н45
100	Круглошлифовальная	Круглошлифовальный полуавтомат 3М161Е
105	Анрегатная	Агрегатный вертикально-сверлильный 5 позиционный полуавтомат АМ13612
110	Промывка	Машина моечная 220074
115	Контрольная	Контрольный стол

2.6 Разработка технологических операций

Разработка технологических операций включает:

- установление рациональной последовательности технологических переходов и рабочих ходов в операции;

- выбор моделей станков;

- выбор инструмента;

- расчет операционных припусков и размеров;

- расчет режимов резания;

- расчет штучного времени.

Выбор моделей оборудования производится с учетом типа производства и станков, используемых в базовом технологическом процессе. Это в основном агрегатные и специализированные станки, а также три автоматические линии.

Обработка ведется в основном унифицированным режущим инструментом. Это торцевые и дисковые фрезы, сверла, метчики, токарные резцы, шлифовальные круги.

Расчет операционных припусков и размеров

Расчет операционных припусков и размеров осуществляется для наиболее ответственных поверхностей, которыми являются шейки цапфы, расчетно-аналитическим методом [4].

Исходные данные:

а) требуемый размер - ;

б) требуемая шероховатость - Ra 0,63;

в) масса заготовки - 44 кг;

г) годовая программа выпуска - 45000 шт.

Для достижения заданной шероховатости обработку следует производить в четыре этапа:

- черновое обтачивание;

- чистовое обтачивание;

- предварительное шлифование;

- чистовое шлифование.

По таблице точности и качества поверхности определяются значения допусков для соответствующих операций. Для окончательной операции значение допуска берется с чертежа детали. Допуск на заготовку четвертого класса точности по таблице составляет 1900 мкм.

Суммарное значение пространственных отклонений для штампованных поковок определяется по формуле



где - пространственное отклонение заготовки, мкм;

- отклонение оси от прямолинейности, 860 мкм;

- погрешность зацентровки, 250 мкм.

мкм

Пространственные отклонения для чернового и чистового точения определяются по формуле

где - остаточное пространственное отклонение, мкм;

- коэффициент уточнения.

мкм

мкм

На операциях шлифования пространственные отклонения малы и не учитываются.

Расчетные значения минимальных припусков при обработке поковок в центрах определяются по формуле

где - минимальный припуск на выполняемой операции, мкм;

- высота микронеровностей на предшествующей операции, мкм;

- глубина дефектного слоя на предшествующей операции, мкм;

- суммарное значение пространственных отклонений на предшествующей операции, мкм.

мкм

мкм

мкм

мкм

Расчетные припуски определяются по формуле

где - расчетный припуск на выполняемой операции, мкм,

- допуск на предшествующей операции, мкм.

мкм

мкм

мкм

мкм

Расчетные размеры определяются по формуле

где - расчетный размер на выполняемой операции, мм;

- расчетный размер с последующей операции, мм;

- расчетный припуск с последующей операции, мм.

 мм

 мм

 мм

 мм

 мм

Наибольшие предельные размеры получаются путем округления в большую сторону соответствующих расчетных размеров.

Наименьшие предельные размеры определяются по формуле



где - наименьший предельный размер на выполняемой операции, мм;

- наибольший предельный размер на выполняемой операции, мм;

- допуск на выполняемой операции, мм.

 мм

 мм

 мм

 мм

 мм

Предельные значения припусков определяются по формулам

где - максимальный предельный припуск на выполняемой операции, мм;

- наибольший предельный размер на предшествующей операции, мм.

 мм

 мм

 мм

 мм

где - минимальный предельный припуск на выполняемой операции, мм;

- наименьший предельный размер на предшествующей операции, мм.

 мм

 мм

 мм

 мм

Предельные значения общих припусков определяется по формулам

где , - предельные значения общих припусков, мм;

, - наибольший и наименьший предельные размеры заготовки, мм;

, - наибольший и наименьший предельные размеры детали, мм.

 мм

 мм

Проверка расчетов осуществляется по следующей формуле

где - допуск заготовки, мм;

- допуск детали, мм.

Размер заготовки .

Все расчеты сводятся в таблицу 6.



Таблица 6 - Расчет припусков на наружный диаметр

Технологические операции и переходы	Элементы припуска, мкм	Минимальный припуск Zmin, мкм	Расчетный припуск Zрасч, мкм	Расчетный размер, мм	Допуск Т, мкм	Предельные значения припусков, мкм	Предельные размеры заготовки, мм
	Rz	П	с							НМ	НБ
Заготовка	320	350	895	-	-	66,374	1900	-	-	64,5	66,4
Точение черновое	80	50	54	3190	5090	61,284	460	3210	5570	60,83	61,29
Точение чистовое	20	25	36	368	828	60,456	190	370	1020	60,27	60,46
Шлифование предварительное	10	20	-	162	352	60,104	74	166	430	60,03	60,104
Шлифование окончательное	2,5	15	-	60	134	59,97	30	60	164	59,94	59,97
	4530	6460

Исходные данные:

а) требуемый размер - ;

б) требуемая шероховатость - Ra 0,63;

в) масса заготовки - 44 кг;

г) годовая программа выпуска - 45000 шт.

Для достижения заданной шероховатости обработку следует производить в четыре этапа:

- черновое обтачивание;

- чистовое обтачивание;

- предварительное шлифование;

- чистовое шлифование.

По таблице точности и качества поверхности определяются значения допусков для соответствующих операций. Для окончательной операции значение допуска берется с чертежа детали. Допуск на заготовку четвертого класса точности по таблице составляет 1900 мкм.

Суммарное значение пространственных отклонений для штампованных поковок определяется по формуле (5)

мкм

Пространственные отклонения для чернового и чистового точения определяются по формуле (6)

мкм

мкм

На операциях шлифования пространственные отклонения малы и не учитываются.

Расчетные значения минимальных припусков при обработке поковок в центрах определяются по формуле (7)

 мм

 мм

мм

 мм

Расчетные припуски определяются по формуле (8)

мкм

мкм

мкм

мкм

Расчетные размеры определяются по формуле (9)

 мм

 мм

 мм

 мм

 мм

Наибольшие предельные размеры получаются путем округления в большую сторону соответствующих расчетных размеров.

Наименьшие предельные размеры определяются по формуле (10)

 мм

 мм

 мм

 мм

 мм

Предельные значения припусков определяются по формулам (11), (12)

 мм

 мм

 мм

 мм

 мм

 мм

 мм

 мм

Предельные значения общих припусков определяется по формулам (13), (14)

 мм

 мм

Проверка расчетов осуществляется по следующей формуле (15)

Размер заготовки .

Все расчеты сводятся в таблицу 7.



Таблица 7 - Расчет припусков на наружный диаметр

Технологические операции и переходы	Элементы припуска, мкм	Минимальный припуск Zmin, мкм	Расчетный припуск Zрасч, мкм	Расчетный размер, мм	Допуск Т, мкм	Предельные значения припусков, мкм	Предельные размеры заготовки, мм
	Rz	П	с							НМ	НБ
Заготовка	320	350	895	-	-	81,374	1900	-	-	79,5	81,4
Точение черновое	80	50	54	3190	5090	76,284	460	3210	5570	75,83	76,29
Точение чистовое	20	25	36	368	828	75,456	190	370	1020	75,27	75,46
Шлифование предварительное	10	20	-	162	352	75,104	74	166	430	75,03	75,104
Шлифование окончательное	2,5	15	-	60	134	74,97	30	60	164	74,94	74,97
	4530	6460

Данный расчёт является теоретическим и не может учитывать всех реальных условий обработки. Поэтому в технологическом процессе изготовления поворотного кулака более рационально назначить операционные припуски и размеры, применяемые на базовом предприятии.

Расчет режимов резания и штучного времени

Расчет режимов резания производится с использованием справочно-нормативных материалов [5].

Операция 010 Автоматно-линейная.

Позиция 1 Подрезать торец фланца и обточить контур цапфы, выдерживая размеры 260±0,65; Ш120_-0,5; 78±0,1; 138±0,1; Ш78^+0,74, Ш63^+0,74, Ш50^+0,74 (рисунок 3).

Исходные данные:

а) оборудование - автоматизированный специальный токарный многорезцовый копировальный станок модели КМ151001;

б) обрабатываемый материал - сталь 40Х;

в) инструмент:

1) резец подрезной, материал режущей части Т5К10;

2) резец проходной, материал режущей части Т5К10;

3) резец проходной, материал режущей части Т5К10;

г) СОЖ - эмульсия.

Определяется длина рабочего хода для каждого инструмента

где - длина рабочего хода, мм;

- длина резания, мм;

- величина подвода, врезания и перебега инструмента, мм;

- дополнительная длина, связанная с конструктивной особенностью наладки, мм.

 мм

 мм

 мм

Длина рабочего хода копировального суппорта определяется по резцу, имеющему наибольшую длину рабочего хода

 мм

 мм

Подачи суппортов выбираются в зависимости от глубины резания

Рекомендуемое значение скорости для лимитирующих инструментов наладки определяется по формуле



где - скорость резания, м/мин;

- табличное значение скорости резания, м/мин;

- коэффициент, зависящий от марки и твердости обрабатываемого материала, 1,1;

- коэффициент, зависящий от группы твердого сплава, 0,75;

- коэффициент, зависящий от стойкости инструмента, 1.

 м/мин

 м/мин

Рекомендуемое число оборотов шпинделя определяется по формуле

где - рекомендуемая частота вращения шпинделя, мин^-1;

D - наибольший обрабатываемый диаметр, мм.

По паспорту станка принимается 200 мин^-1 и 315 мин^-1.

Машинное время определяется по формуле

где - машинное время суппорта, мин.

Машинное время всей позиции определяется по формуле



где - машинное время всей позиции, мин;

- машинное время поперечного суппорта, мин;

- машинное время копировального суппорта, мин.

 мин

Операция 030 Горизонтально-фрезерная.

Фрезеровать проушины в размер 272_-1,3, 130^+1,0, 66_-0,74.

Исходные данные:

а) оборудование - специальный горизонтально-фрезерный станок модели ГФ 2487;

б) обрабатываемый материал - сталь 40Х;

в) инструмент:

1) фреза дисковая праворежущая диаметром Ш450 мм, материал режущей части Т5К10, глубина резания 4 мм;

2) фреза дисковая леворежущая диаметром Ш450 мм, материал режущей части Т5К10, глубина резания 16 мм;

3) фреза дисковая праворежущая диаметром Ш450 мм, материал режущей части Т5К10, глубина резания 16 мм;

4) фреза дисковая леворежущая диаметром Ш450 мм, материал режущей части Т5К10, глубина резания 4 мм;

г) СОЖ - укринол - 1 3-5% ТУ 38-101-197-75.

Длина рабочего хода определяется по формуле (16)

Подачи на зуб фрезы принимается 0,08 мм/зуб.

Подача на оборот шпинделя определяется по формуле



где - подача на оборот шпинделя, мм/об;

- подача на зуб фрезы, 0,08 мм/зуб;

- число зубьев, 24.

Стойкости инструментов определяется по формуле

где - стойкость лимитирующего инструмента, мин;

Т_м - стойкость отдельных фрез, 500 мин;

- коэффициент времени резания, 0,9;

К - коэффициент, учитывающий неравномерность загрузки инструмента, 0,13.

Рекомендуемое значение скорости резания определяется по формуле

где - табличное значение скорости резания, 85 м/мин;

К₁ - коэффициент, зависящий от обрабатываемой стали, 0,9;

К₂ - коэффициент, зависящий от инструментального материала, 1;

К₃ - коэффициент, зависящий от стойкости, 0,85.

Рекомендуемое число оборотов шпинделя определяется по формуле

где - рекомендуемая частота вращения шпинделя, мин^-1;

D - диаметр инструмента, мм.

По паспорту станка принимается 50 мин^-1.

Минутная подача определяется по формуле

где - минутная подача, мм/мин.

По паспорту станка принимается 100 мм/мин.

Машинное время определяется по формуле

где - машинное время, мин.

Штучное время определяется по формуле

где - штучное время, мин;

- вспомогательное время, мин;

- процент от машинного времени на технологическое обслуживание, 2%;

- процент от оперативного времени на организационное обслуживание, 2%;

- процент от оперативного времени на отдых, 6%.

Операция 055 Автоматно-линейная.

Позиция 1

Переход 1 Фрезеровать поверхность, выдерживая размеры 72±0,15; 101±0,15 (рисунок 4).

Исходные данные:

а) оборудование - двухсторонний фрезерно-сверлильный двухшпиндельный станок для встройки в автоматическую линию;

б) обрабатываемый материал - сталь 40Х;

в) инструмент - фреза торцовая диаметром Ш250, материал режущей части Т5К10;

г) СОЖ - укринол - 1 3 - 5% ТУ 38-101-197-75.

Длина рабочего хода определяется по формуле (16)

Подачи на зуб фрезы принимается 0,15 мм/зуб.

Подача на оборот шпинделя определяется по формуле (21)

Рекомендуемое значение скорости резания определяется по формуле (23)

Рекомендуемое число оборотов шпинделя определяется по формуле (24)

По паспорту станка принимается 97 мин^-1.

Минутная подача определяется по формуле (25)

По паспорту станка принимается 200 мм/мин.

Машинное время определяется по формуле (26)

Переход 2 Сверлить отверстие, выдерживая размеры Ш44^+0,62; 72±0,15 (рисунок 4).

Исходные данные:

а) оборудование - двухсторонний фрезерно-сверлильный двухшпиндельный станок для встройки в автоматическую линию;

б) обрабатываемый материал - сталь 40Х;

в) инструмент - сверло диаметром Ш44, материал режущей части Р6М5;

г) СОЖ - укринол - 1 3 - 5% ТУ 38-101-197-75.

Длина рабочего хода определяется по формуле (16)

Подачи на оборот шпинделя принимается 0,52 мм/об.

Рекомендуемое значение скорости резания определяется по формуле (23)

Рекомендуемое число оборотов шпинделя определяется по формуле (24)

По паспорту станка принимается 100 мин^-1.

Минутная подача определяется по формуле

где - минутная подача, мм/мин;

- подача на оборот шпинделя, 0,52 мм/об;

- подача по паспорту станка, 100 мин^-1.

Машинное время определяется по формуле (26)

Так как обработка ведется одновременно двумя инструментами, то в расчете штучного времени позиции используется машинное время лимитирующего инструмента.

Операция 100 Круглошлифовальная.

Шлифовать поверхность в размер .

Исходные данные:

а) оборудование - круглошлифовальный полуавтомат 3М161Е;

б) обрабатываемый материал - сталь 40Х;

в) инструмент - шлифовальный круг ПП 75050305;

г) СОЖ - укринол - 1 3-5% ТУ 38-101-197-75.

Выбор характеристики, формы и геометрических размеров шлифовального круга:

а) материал зерна -24А;

б) зернистость - 40-П;

в) твердость - С1;

г) структура - 6;

д) связка - К5.

Скорость вращения шлифовального круга определяется по формуле

где - скорость вращения круга, м/с;

- диаметр круга, 750 мм;

- частота вращения шлифовального круга по паспорту станка, 1270 мин^-1.

Скорость вращения детали принимается по нормативам 20 м/мин.

Частота вращения детали определяется по формуле

где - рекомендуемая частота вращения детали, мин^-1;

- скорость вращения детали, 20 м/мин;

D - диаметр обработки, 60 мм.

Принимается по паспорту станка110 мин^-1.

Уточняется скорость вращения детали по формуле

где - скорость вращения детали, м/мин;

- частота вращения детали по паспорту, 110 мин^-1.

Поперечная подача определяется по формуле

где - поперечная подача, мм/мин;

- поперечная подача по таблице, 1,60 мм/мин;

- коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала и скорости круга, 1,3;

- коэффициент, зависящий от точности обработки, шероховатости поверхности и припуска на сторону, 0,6;

- коэффициент, зависящий от диаметра шлифовального круга, 1.

Назначение ускоренной подачи по формуле

где - ускоренная подача, мм/мин.

 мм/мин

Длина шлифования на рабочей подаче определяется по формуле

где - длина шлифования на рабочей подаче, мм;

- максимальный припуск на сторону, 0,082 мм;

гарантированный зазор, 0,06 мм.

Длина на ускоренной подаче определяется по формуле

где - длина шлифования на ускоренной подаче, мм.

Машинное время определяется по формуле

где - машинное время, мин;

- время выхаживания, 0,2 мин.

Штучное время определяется по формуле (27)

2.7 Определение потребности в оборудовании

Расчётное количество оборудования поточной линии определяется для каждой операции по формуле

где - расчетное количество оборудования на i-ой операции;

- норма штучного времени i-ой операции, мин;

- такт выпуска, мин/шт.;

количество одновременно обрабатываемых детелей на станке.

Расчётное количество автоматических линий определяется по формуле

где П - количество деталей, обрабатываемых в смену, шт.;

Q - производительность автоматической линии смену, шт.

Полученное расчётное число оборудования может быть дробным, в этом случае оно округляется до ближайшего большего целого числа, чем и определяется принятое количество оборудования для данной операции.

Загрузка оборудования во времени по каждой операции определяется как отношение расчетного к принятому количеству единиц оборудования

Полученные данные сводятся в таблицу 8.

Таблица 8 - Расчёт количества оборудования и его загрузки

	1	0,54
	1	0,86
	1	0,93
	1	0,93
	1	0,93
	1	0,93
	1	0,94
	1	0,90
	1	0,69
	1	0,49
	1	0,69
	1	0,68
	1	0,63
	1	0,59
	1	0,69
	1	0,72
	1	0,61
	1	0,90
	1	0,95
	1	0,68
	1	0,90
	1	0,23

Средний коэффициент загрузки оборудования по участку в целом определяется по формуле

где - средний коэффициент загрузки оборудования по участку;

общее число принятого оборудования,

общее число расчетного оборудования.

2.8 Расчет погрешности базирования

Расчёт погрешности базирования производится для комплекта баз и схемы установки, используемых на этапе фрезерования проушин (см. таблицу 4). Этот этап включает четыре горизонтально-фрезерные операции.

Согласно схеме базирования, представленной на рисунке 5, погрешность базирования для размеров 66_-0,74, 130^+1,0, 272_-1,3 отсутствует, так как точность обеспечивается наладкой инструментов. Для размеров 11°±15' и 76±0,37 погрешность базирования отсутствует, так как конструкторская база (ось детали) совпадает с технологической.

Для размера 69±0,6 погрешность базирования равна допуску на размер 101±0,15: .



3. Научно-исследовательская часть

3.1 Цели и задачи вопроса

Шлифование - один из прогрессивных методов обработки металлов резанием. В процессе шлифования заготовок абразивный инструмент постепенно теряет свои режущие способности в результате затупления, засаливания абразивных зерен и забивание пор отходами обработки. Одновременно искажается и геометрическая форма. Восстановление режущей способности и подготовку рабочей поверхности шлифовального круга к резанию осуществляют путем правки. От качества формированной при правке рабочей поверхности шлифовального круга в значительной степени зависит как производительность шлифования, так и качество шлифуемых деталей.

В настоящее время в связи с увеличением стоимости абразивного инструмента возрос интерес к совершенствованию процесса правки шлифовальных кругов, так как затраты на правку достигают 70% от себестоимости шлифовальных операций. Также на правку расходуется от

46 до 90% полезного объёма шлифовального круга [6-9]. Поэтому весьма актуальной становится задача уменьшения расхода шлифовальных кругов и алмазного правящего инструмента.

Величина снимаемого при правке слоя абразива определяется тремя факторами [6]:

1) некруглостью круга, вызываемой его неравномерным износом или биением вследствие неуравновешенности вращающихся масс;

2) волнистостью круга, вызываемой его неравномерным износом из-за вибраций;

3) затуплением режущих кромок абразивных зёрен круга.

Общая глубина снимаемого слоя абразива при правке хорошо отбалансированного мелкозернистого круга твёрдостью от С1 и выше равна h = (13 - 15) мкм, а при правке на менее жёстком станке крупнозернистого круга твёрдостью СМ1 - М3 h = (70 - 100) мкм, то есть увеличивается в (5 - 7) раз.

Диапазон глубины слоя абразива, удаляемого при правке достаточно широк (0,02 - 0,15) мм, что объясняется различием характеристик и погрешностей формы кругов, уровня их балансировки, жёсткости технологической системы.

Лишние проходы правящего инструмента нежелательны, так как приводят к увеличению расхода шлифовальных кругов, износу правящего инструмента и уменьшению производительности процесса правки, поэтому необходимы дальнейшие исследования по выяснению минимально необходимой глубины h снимаемого при правке слоя абразива.

Для выбора эффективного метода контроля правки шлифовальных кругов использовался патентный поиск. Известные системы контроля состояния режущей способности шлифовальных кругов и процессов правки, например, вибрационные, пневматические и другие, сложны в реализации и неточны. Поэтому они не находят применения в промышленных условиях. Одним из перспективных путей решения этой проблемы является использование в качестве источника информации о режущей способности шлифовальных кругов в ходе правки акустического (звукового) сигнала, генерируемого в зоне правки [10].

Природа возникновения акустического сигнала при правке представляет собой результат дискретного ударного воздействия абразивных зерен и связки круга на правящий инструмент, адекватен процессу шлифования, то есть источником звуковых сигналов являются собственные изгибные колебания торцов круга [10].

Режимы правки в условиях производства выбираются по нормативам [11], а состояние режущей способности шлифовальных кругов определяется только по качеству прошлифованных поверхностей деталей (шероховатости, наличию прижогов и других дефектов), то есть процесс контроля и управления правкой отсутствует, а его качество субъективно зависит от квалификации шлифовщика. Поэтому актуальной становится проблема поиска способов контроля и управления процессами правки шлифовальных кругов для снижения их расходов.

Целью исследования акустического сигнала является разработка математической модели образования звуковых сигналов при правке шлифовальных кругов, проверка её адекватности, создание базы данных для системы автоматического управления процессом правки шлифовальных кругов на операциях круглого наружного шлифования и разработка такой системы.

3.2 Методика проведения исследования

Критерии оценки технологической эффективности процесса правки и шлифования

Критерием оценки процесса правки и шлифования являются:

- глубина снимаемого слоя абразива h, мм;

- информативная частота звуковых колебаний f, Гц;

- амплитудное значение эффективного напряжения исследуемого звукового давления в полосе пропускания A_з.

где амплитудное значение эффективного напряжения, В;

Е - чувствительность микрофона, Вм²/Н;

К_у - коэффициент усиление звукового сигнала;

- шероховатость прошлифованной поверхности заготовки по критерию Ra, мкм.

Контролируемые параметры и средства их измерения, режимы проведения исследования

Для оценки условий взаимодействий шлифовального круга с материалами обрабатываемой заготовки в зоне шлифования, а также с правящим инструментом контролировались следующие параметры:

- скорость шлифовального круга V_кр=50 м/с;

- поперечная подача правящего инструмента S_t=0,005 мм/дв. ход;

- продольная подача правящего инструмента S_пр=0,2 м/мин;

- скорость детали V_д=21 м/мин;

- величина снимаемого припуска z=0,1 мм.

Контроль перечисленных режимов правки и шлифования производили по лимбам станка и с помощью универсальных измерительных средств (тахометр, масштабная линейка, секундомер).

Обрабатываемый материал - сталь 40Х. Правящий инструмент - алмазный карандаш.

Фактический съем обрабатываемого материала определялось при помощи микрометра МК с ценой деления 0,01 мм.

Математическое моделирование зависимости (41) было выполнено для правки круга характеристики 24А40-ПС16К5, для которого коэффициенты

k₁ = k₁ = 1; D = 450 ч 750 мм, d = 305; Н = 20 ч 50 мм. Экспериментальная установка смонтирована на базе круглошлифовального станка 3М161Е.

Экспериментальная установка

Звуковые сигналы, возникающие в зоне контакта шлифовального круга 1 с правящим инструментом 2 и излучаемые торцовыми поверхностями круга, принимали и преобразовывали с помощью первичного преобразователя (микрофона) 3, встроенном в защитном кожухе 4 станка. Далее электрические сигналы поступались в двухканальный аналого-цифровой преобразователь (звуковую карту) 5, встроенную в персональный компьютер 6, где происходила регистрация и обработка звуковых сигналов с помощью оптимизированных пакетов программ.

Исследование звукового поля

Данный способ определения момента правки, при котором регистрируют амплитуду собственных колебаний шлифовального круга, имеющих частоту f, зависящую от геометрических и физико-механических характеристик шлифовального круга, и определяемую как для диска с одной или двумя узловыми окружностями. Колебания с частотами, отличными от f, в расчет не принимаются и исключаются полосовыми фильтрами, что существенно снижает влияние посторонних шумов и колебаний технологической системы на точность определения момента правки. Вследствие повышения точности определения момента правки шлифование может проводиться при более высоких режимах без ухудшения качества обработанной поверхности.

Предлагаемый способ определения момента правки включает регистрацию амплитуды звукового сигнала в течение цикла шлифования. Для определения уставной величины А_Зпр тестовую деталь шлифуют до появления дефекта обработанной поверхности, фиксируя величину амплитуды А_З в момент появления дефекта. Эту величину принимают за уставную, которая определяет момент правки. Для нейтрализации помех, возникающих в технологической системе при шлифовании замеряют амплитуду звукового давления на частоте f информативных колебаний, в качестве которой может быть принята частота собственных колебаний шлифовального круга, определяемая заранее как для диска с одной или двумя узловыми окружностями.

Установлено [9], что основным источником звуковых сигналов являются собственные изгибные колебания торцов шлифовального круга, частоту которых для кругов с наружным диаметром 750 мм можно рассчитать как для диска с двумя узловыми окружностями. Звуковое излучение, возникающие в зоне правки, распространяется в виде упругих волн как по телу колеблющегося шлифовального круга и правящего инструмента, так и в воздухе, окружающем круг и правящий инструмент, и несут полезную текущую информацию для контроля и управления процессами правки. Поэтому должна существовать определенная корреляционная связь между технологическими параметрами процесса правки и параметрами звукового излучения, которую можно использовать в качестве информационного сигнала для контроля и управления процессом правки с целью оптимизации глубины снимаемого слоя абразива, т.е. определения момента начала и окончания процесса правки.

В результате исследования звукового поля при правке на операциях круглого наружного шлифования была уточнена математическая модель звукового давления

где звуковое давления, Па;

с - плотность воздуха, кг/м³;

с - скорость распространения звука в среде (воздухе), м/с;

F(µ) - функция коэффициента Пуассона;

f - информативная частота звуковых колебаний, определяемая по результатам экспериментов, Гц;

G - модуль сдвига шлифовального круга, МПа;

Н - высота круга, м;

k - волновое число, м^-1;

d, D - соответственно внутренний и наружный диаметры круга, м;

Р_П - сила правки, Н;

k₁ и k₂ - поправочные коэффициенты, учитывающие соответственно твёрдость и структуру круга.



где k - волновое число, м^-1;

л_и - длина изгибной волны круга, м.

Силу правки кругов при круглом наружном шлифовании определяется по данным работы [9]

где S_пр - продольная подача, м/мин;

S_t - врезная подача, мм/дв. ход;

N - коэффициент, численно равный номеру зернистости круга;

C_V - показатель степени, численно равный скорости резания, м/с;

C_d - показатель степени, численно равный диаметру смоченного жидкостью пятна на абразиве, мм;

C_E - показатель степени, численно равный величине модуля упругости шлифовального круга, МПа.

Зависимость (42) является математической моделью, связывающей звуковое давление с силой правки Р_П, а значит и с технологическими параметрами процесса правки, с размерами и характеристиками шлифовальных кругов плоского профиля.

Установлено, что в отличие от процесса шлифования заготовок информационная частота звуковых сигналов при правке смещается в область высоких частот f = 3840 ч 3860 Гц, где амплитуда А_з звукового давления увеличивается по сравнению с работой станка на холостом ходу в 3,5 ч 6 раз. Это объясняется тем, что сила правки шлифовального круга заметно меньше, чем сила резания при шлифовании, поэтому чувствительность преобразователя звуковых сигналов смещалась в область высоких частот. Таким образом, в результате анализа спектра звуковых колебаний в качестве информативной частоты была принята частота f=3850 Гц, на которой проводились все дальнейшие измерения звукового давления при исследовании звуковых сигналов, возникающих в процессе правки. Пример регистрации спектра частот звуковых сигналов при правке шлифовального круга приведен на рисунке 8.