Аннотация

Целью дипломного проекта является разработка технологического процесса изготовления корпуса конечного выключателя в условиях серийного производства.

На основе научных исследований рассмотрены вопросы нового метода обработки - высокоскоростной обработки алюминия. Разработан новый полный технологический процесс изготовления корпуса выключателя.

Эффективность внедрения нового технологического процесса изготовления подтверждена экономическим расчетом.

Введение

Цель дипломного проектирования по технологии машиностроения - научится правильно применять теоретические знания, полученные в процессе учебы, использовать свой практический опыт работы на машиностроительных предприятиях для решения профессиональных технологических и конструкторских задач.

Целью данного проекта является снижение трудоемкости изготовления корпуса выключателя промышленного робота путем разработки прогрессивного технологического процесса, базирующегося на современных достижениях в области станкостроения и инструментального производства.

К мероприятиям по разработке новых прогрессивных технологических процессов относится и автоматизация, на ее основе проектируется высокопроизводительное технологическое оборудование, осуществляющее рабочие и вспомогательные процессы без непосредственного участия человека.

Для достижения цели решаются следующие задачи:

1. Расширение, углубление, систематизация и закрепление теоретических знаний, и применение их для проектирования прогрессивных технологических процессов изготовления деталей, включая проектирование средств технологического оснащения.

2. Развитие и закрепление навыков ведения самостоятельной творческой инженерной работы.

3. Овладение методикой теоретико-экспериментальных исследований технологических процессов механосборочного производства.

В дипломном проекте должна отображаться экономия затрат труда, материала, энергии. Решение этих вопросов возможно на основе наиболее полного использования возможностей прогрессивного технологического оборудования и оснастки, создания гибких технологий.

1. Состояние вопроса

1.1 Анализ служебного назначения детали

Деталь - корпус выключателя универсального промышленного робота ПР 161/60 расположена в корпусе основания руки и предназначена для ограничения углов поворота осей руки манипулятора и подачи сигнала о нулевом положении осей, а также для расположения на ней контактов замыкания. Работает в условиях частого включения и выключения вращения без применения смазки. Температурные условия - нормальные.

Материал детали - алюминиевый сплав АЛ9-1 ГОСТ 2685-75. Химический состав и механические свойства представлены в табл. 1.1 и 1.2. соответственно.

Таблица 1.1. Химический состав сплава АЛ9-1 ГОСТ 2685-75, %

Si	Mg	Ti	Be	Mn	Cu	Zn
6-8	0.2-0.4	до 0,15	до 0,1	0.5	0.2	0.1

Таблица 1.2. Механические свойства сплава АЛ9-1 ГОСТ 2685-75

Временное сопротивление разрыву, В, Н/мм2.	Относительное удлинение, 5, %.	Твердость, НВ
230	2 - 5	75

Таблица 1.3

Вид поверхности	Номер поверхности
Основные	12,13, 3, 8
Вспомогательные	33, 6
Исполнительные	17, 25
Свободные	Все остальные

1.2 Анализ технологичности конструкции детали

Рабочий чертеж корпуса выключателя содержит необходимую графическую информацию для полного представления о его конструкции. Указаны размеры с их отклонениями, проставлены необходимая шероховатость и допуски формы и расположения поверхностей.

В то же время можно отметить и ряд недостатков:

- на чертеже не указаны отклонения на некоторые свободные поверхности корпуса;

- шероховатость проставлена по старому госту;

- симметричность стенок паза проставлена относительно двух баз;

- отсутствуют технические требования;

- невидимые поверхности показаны штриховыми линиями;

На технологическом чертеже корпуса выключателя сделаны необходимые доработки.

В отношении других поверхностей деталь технологична и позволяет применить производительные методы обработки.

Общую технологичность детали можно определить с помощью коэффициентов:

- коэффициент точности

где, Т_CP - среднее значение точности;

T_i - квалитет i-ой поверхности;

n - число поверхностей с текущим квалитетом;

Т_CP = 13;

К_точ = 0,92;

- коэффициент шероховатости

где, Ш_СР - средняя шероховатость, Ra;

Ш_i - текущая шероховатость поверхности;

n_i - число поверхностей с данной шероховатостью;

Ш_СР = 6,8;

К_ш = 0,85.

1.3 Определение типа производства

В учебных целях тип производства определяем по таблице 4.1 [1]. При массе детали до 8 кг. и годовой программе выпуска 500 - 5000 дет/год (N = 1200 дет/год) тип производства - среднесерийное.

Для серийного производства рекомендуется групповая форма организации производства, когда запуск деталей осуществляется партиями.

шт. в месяц (1.5)

где а - периодичность запуска деталей, при запуске раз в месяц а = 12.

С учетом типа производства предполагается применение оснастки с механизированным силовым приводом и режущего инструмента со сменными многогранными пластинами.

1.4 Анализ базового варианта технологического процесса

Материал корпуса выключателя - алюминиевый сплав АЛ9-1, по этому заготовку можно получить только методами литья. Наиболее предпочтительными являются литье в оболочковые формы и литье в землю.

В базовом технологическом процессе обработка ведется на универсальном оборудовании, что увеличивает число операций. Применяется унифицированный инструмент и оснастка.

Базовый маршрут обработки детали включает в себя следующие операции:

000 Заготовительная.

005 Токарная.

010 Фрезерная.

015 Фрезерная.

020 Фрезерная.

025 Токарная.

030 Фрезерная.

035 Токарная.

040 Фрезерная.

045 Токарная.

050 Контрольная.

055 Протяжная.

060 Слесарная.

065 Моечная.

070 Контрольная.

075 Окрасочная.

Для максимальной концентрации операций на одном оборудовании предлагается использовать обрабатывающий центр МАНО МС50. Также предлагается применение оснастки с механизированным силовым приводом и прогрессивного режущего инструмента.

1.5 Выбор и проектирование заготовки

На выбор метода получения заготовки оказывает влияние: материала детали, ее назначение и технические требования на изготовление; объем и серийность выпуска; форма поверхностей и размеры детали.

Оптимальный метод получения заготовки определяет на основании всестороннего анализа названных факторов и технико-экономического расчета технологической себестоимости детали. Метод получения заготовки, обеспечивающий технологичность изготавливаемой из нее детали, при минимальной себестоимости последней считается оптимальным.

Исходя из требований ГОСТ 26645-85 назначаем припуски и допуски на размеры детали и сводим эти данные в таблицу 2.1.

В зависимости от выбранного метода принимаем:

- класс точности размеров и масс - 10

- ряд припусков - 3.

Припуски на размеры даны на сторону. Класс точности размеров, масс и ряд припусков выбираем по таблице 2.3 [1], допуски по таблице 2.1 [1] и припуски по таблице 2.2 [1].

Таблица №2.1

Размеры, мм	Допуски, мм	Припуски, мм	Расчет размеров заготовки, мм	Окончательные размеры, мм
O61,15	2,4	3,6	O61,15 - (2.3,6)±2,4?O54±2,4	O54±2,4
O90	2,8	3,6	O90+(2.3,6)±2,8?O97±2,8	O97±2,8
O94	2,8	0	-	O94±2,8
O84	2,8	3,6	O84+(2.3,6)±2,8?O91±2,8	O91±2,8
R52	3,2	0	-	R52±3,2
O66	2,8	0	-	O66±2.8
37,7	2,2	3,2	37,7+(2. 3,2)±2,2?44±2,2	44±2,2
56	2,4	0	-	56±2,4
10	1,8	0	-	10±1,8
10	1,8	2,8	10+(2. 2,8) ±1,8?16±1,8	16±1,8
16	2	3,2	16+3,2±2?19±2	19±2
32	2,2	0	-	32±2,2
43	2,4	3,6	43+3,6±2,4?47±2,4	47±2,4
88	2,8	0	-	88±2,8
80	2,8	3,2	80+3,2±2,8?83±2,8	83±2,8
76	2,8	0	-	76±2,8
92	2,8	3,2	92+(2. 3,2)±2,8?98±2,8	98±2,8
90	2,8	0	-	90±2,8
126	3,2	0	-	126±3,2
44	2,4	0	-	44±2,4
56	2,4	0	-	56±2,4
125	3,2	3,2	125+3,2±3,2?128±3,2	128±3,2

2) Литейные уклоны назначаем из технических требований и соблюдения единообразия для упрощения изготовления литейной модели и согласно ГОСТ 26645-85 и ГОСТ 8909-88 принимаем литейные уклоны не более 1°.

3) Неуказанные литейные радиусы закруглений углов принимаем равными R=1,5 мм.

4) Определяем коэффициент использования материала Км, по формуле:

где: m - масса детали, кг;

M - масса заготовки, кг.

Рассчитаем массу заготовки:

где: ? - плотность материала, г/см³. Для алюминиевого сплава АЛ9-1: ?=2,699 г./см³;

Vз - объем заготовки.

Объем заготовки определяем как алгебраическую сумму объемов простейших тел составляющих заготовку:

Vз = 0,00088 м³

M_заг.=2,5 кг.

Рассчитаем массу детали:

m = 1,8 кг

Определим коэффициент использования материала:

Данный метод литья удовлетворяет задаче получения отливки с контуром приближающемся к контуру детали; т.е. с коэффициентом использования Км близким к 1.

Исходя из требований ГОСТ 26645-85 назначаем припуски и допуски на размеры детали и сводим эти данные в таблицу 2.2.

В зависимости от выбранного метода принимаем:

- класс точности размеров и масс - 7Т

- ряд припусков - 2.

Припуски на размеры даны на сторону. Класс точности размеров, масс и ряд припусков выбираем по таблице 2.3, допуски по таблице 2.1 и припуски по таблице 2.2 [1].

Таблица №2.2

Размеры, мм	Допуски, мм	Припуски, мм	Расчет размеров заготовки, мм	Окончательные размеры, мм
O61,15	0,8	2,0	O61,15 - (2.2,0)±0,8?O57±0,8	O57±0,8
O90	0,9	1,6	O90+(2.1,6)±0,9?O93±0,9	O93±0,9
O94	0,9	0	-	O94±0,9
O84	0,9	2,0	O84+(2.2,0)±0,9?O88±0,9	O88±0,9
R52	1	0	-	R52±1
O66	0,9	0	-	O66±0,9
37,7	0,7	1,8	37,7+(2. 1,8)±0,7?41±0,7	41±0,7
56	0,8	0	-	56±0,8
10	0,56	0	-	10±0,56
10	0,56	1,6	10+(2. 1,6) ±0,56?13±0,56	13±0,56
16	0,64	1,5	16+1,5±0,64?19±0,64	19±0,64
32	0,7	0	-	32±0,7
43	0,8	2,0	43+2,0±0,8?45±0,8	45±0,8
88	0,9	0	-	88±0,9
80	0,9	2,0	80+2,0±0,9?82±0,9	82±0,9
76	0,9	0	-	76±0,9
92	0,9	2,0	92+(2. 2,0)±0,9?96±0,9	96±0,9
90	0,9	0	-	90±0,9
126	1	0	-	126±1
44	0,8	0	-	44±0,8
56	0,8	0	-	56±0,8
125	1	2,0	125+2,0±1?127±1	127±1

2) Литейные уклоны назначаем из технических требований и соблюдения единообразия для упрощения изготовления литейной модели и согласно ГОСТ 26645-85 и ГОСТ 8909-88 принимаем литейные уклоны не более 1°.

3) Неуказанные литейные радиусы закруглений углов принимаем равными R=1,5 мм.

4) Определяем коэффициент использования материала Км, по формуле:

где: m - масса детали, кг;

M - масса заготовки, кг.

Рассчитаем массу заготовки:

где: ? - плотность материала, г/см³. Для алюминиевого сплава АЛ9-1: ?=2,699 г./см³;

Vз - объем заготовки.

Объем заготовки определяем как алгебраическую сумму объемов простейших тел составляющих заготовку:

Vз = 0,0008 м³

M_заг.=2,2 кг.

Определим коэффициент использования материала:

Данный метод литья удовлетворяет задаче получения отливки с контуром приближающемся к контуру детали; т.е. с коэффициентом использования Км близким к 1.

1.6 Технико-экономическое сравнение методов получения заготовки

Для выбора метода получения заготовки следует провести сравнительный анализ по технологической себестоимости.

Расчет технологической себестоимости заготовки получаемую по первому или второму методу проведем по следующей формуле[1]:

С_т=С_заг^. М + C_мех^. (М-m) - С_отх^. (M-m)

где: М - масса заготовки;

m - масса детали;

С_заг - стоимость одного килограмма заготовок, руб./кг;

C_мех. - стоимость механической обработки, руб./кг;

С_отх - стоимость одного килограмма отходов, руб./кг.

Стоимость заготовки, полученной такими методами, как литье в песчаные формы отверждаемые в контакте с оснасткой и литье в оболочковые формы, с достаточной для стадии проектирования точностью можно определить по формуле [1]:

С_заг=С_от. h_T. h_C. h_B. h_M. h_П, руб./кг, (7)

где: С_от - базовая стоимость одного килограмма заготовки;

h_T - коэффициент, учитывающий точность заготовки;

h_C - коэффициент, учитывающий сложность заготовки;

h_B - коэффициент, учитывающий массу заготовки;

h_M - коэффициент, учитывающий материал заготовки;

h_П - коэффициент, учитывающий группу серийности.

Для получения заготовки по методу литья в песчаные формы значения коэффициентов в формуле (7) следующие [1]:

h_T =1,05 - 5^-ый класс точности;

h_C =1 - 3-^ая группа сложности получения заготовки;

h_B =1 - так как масса заготовки находится в пределах 1,0…3,0 кг;

h_M =5,10 - так как алюминиевый сплав;

h_П =1 - 3^-ая группа серийности;

Базовая стоимость одного килограмма отливок составляет С_от = 0,29 руб.

С_заг. = 0,29. 1,05. 1. 1. 5,10. 1 =1,55 руб.

Определяем стоимость механической обработки по формуле:

С_мех. = С_с + Е_м. С_к, руб./кг;

где:

С_с = 0,495 - текущие затраты на один килограмм стружки [1];

С_к = 1,085 - капитальные затраты на один килограмм стружки [1];

Е_м = 0,15 - нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений выбираем из предела (0,1…0,2) [1].

С_мех. = 0,495 + 0,15. 1,085 = 0,66 руб./кг

Стоимость одного килограмма отходов принимаем равной С_отх. = 0,146 руб./кг.

Определим общую стоимость заготовки получаемую по методу литья в песчаные формы:

С_т = 1,55. 2,5 + 0,66. (2,5-1,8) - 0,146. (2,5-1,8) = 4,235

Для заготовки получаемой методом литья в оболочковые формы значения коэффициентов в формуле (7) следующие[1]:

h_T =1,05 - 5^-ый класс точности;

h_C =1 - 3-^ая группа сложности получения заготовки;

h_B =1 - так как масса заготовки находится в пределах 1,0…3,0 кг;

h_M =5,10 - - так как алюминиевый сплав;

h_П =1 - 3^-ая группа серийности;

Базовая стоимость одного килограмма отливок составляет С_от = 0,29 руб.

С_заг. = 0,29^. 1,05^. 1^. 1^. 5,10^. 1 = 1,55 руб./кг

Определяем общую стоимость заготовки, получаемую литьем по выплавляемым моделям:

С_т = 1,55. 2,2 + 0,66. (2,2-1,8) - 0,146. (2,2-1,8) = 3,616

Таким образом, по технологической себестоимости наиболее экономичным является вариант изготовления детали из заготовки, полученной методом литья в оболочковые формы.

2. Разработка схем базирования

При разработке схем базирования будем опираться на следующие принципы: принцип единства баз, т.е. совмещение измерительной и технологической баз и принцип постоянства баз, т.е. использование одной и той же технологической базы на различных операциях ТП.

На первой операции при закреплении в кулачковом самоцентрирующем патроне используются исходные черновые базы заготовки - поверхности 23 и 30.

На 010 операции будем использовать обработанное ранее отверстие 33 и поверхности 14, 23.

На 015 операции в качестве баз используются поверхности 13, 3, 8, 4, 7.

На 025 операции заготовка базируется по торцу 23 и пазу 25.

При данных схемах базирования достигается необходимая точность получения основных элементов детали.

• 3. Технологический маршрут и план обработки

В отличие от базового технологического процесса при разработке проектного варианта технологические операции разрабатываются по принципу максимальной концентрации операций и переходов. В проектном технологическом процессе отдается предпочтение обрабатывающим центрам. Используются универсальные сборные приспособления с механизированным силовым приводом и прогрессивный режущий инструмент. Маршрут обработки детали проектного технологического процесса представлен в таблице 4.1.

Таблица 4.1. Проектный маршрут обработки корпуса конечного выключателя

№ операции	Наименование и содержание операции	Обрабатываемые поверхности	Квалитет	Шероховатость, Rz
000	Заготовительная		14	30
005	Расточная	33	12	20
010	Фрезерная	1, 3, 8, 10, 4, 5, 7,32, 13, 12, 28	12	20
015	Фрезерно-расточная	11, 23, 30, 27, 24, 17, 19, 33, 6, 34, 21, 22
020	Контрольная
025	Протяжная	25	11	20
030	Слесарная		-	-
035	Моечная		-	-
040	Контрольная		-	-
045	Окрасочная		-	-

На основе разработанного маршрута обработки составим план обработки. План обработки представлен на листе 06.М.15.64.01 графической части.

4. Размерный анализ при обработке лавных отверстий

Задача раздела - используя размерный анализ технологического процесса провести расчет размерных параметров детали в процессе ее изготовления, при этом техпроцесс изготовления корпуса должен гарантировать изготовление качественных деталей и отсутствие брака при их производстве, содержать минимально необходимое число операций и переходов: обеспечить размеры заготовки с минимальными припусками.

Расчет размерных цепей проводится только в радиальном направлении.

Составим уравнения операционных размерных цепей в виде уравнений номиналов.

В общем виде это выглядит:

[A] = _iA_i, (5.1)

где [A] - номинальное значение замыкающего звена;

A_i - номинальные значения составляющих звеньев;

i - порядковый номер звена;

n - число составляющих звеньев;

_i - передаточные отношения, характеризующие расположение звеньев по величине и направлению. Для линейных цепей с параллельными звеньями передаточные звенья равны: _i = 1 (увеличивающие звенья); _i = -1 (уменьшающие звенья).

Составим уравнения замыкающих операционных припусков:

[Z₃₃⁰⁵] = Ц⁰⁵ + Е 33⁰⁰ 30⁰⁰ + Е 33⁰⁵ 30⁰⁰ - Ц⁰⁰;

[Z₃₂^10-1] = Ф⁰⁰ + Е 32⁰⁰ 33⁰⁰ + Е 33⁰⁰ 30⁰⁰ + Е33⁰⁵30⁰⁰ +Е32¹⁰33⁰⁵ - Ф^10-1;

[Z₁₃¹⁰] = П⁰⁰ + Е 30⁰⁰ 13⁰⁰ + Е 33⁰⁵ 30⁰⁰+Е13¹⁰33⁰⁵ - П¹⁰;

[Z₃₂^10-2] = Ф^10-1 + Е 32^10-1 33⁰⁵ + Е 32^10-1 33⁰⁵ - Ф^10-2;

[Z₃₀^15-1] = У⁰⁰ + Е 30⁰⁰ 13⁰⁰ + Е 30^15-1 13¹⁰ - У^15-1;

[Z₃₀^15-2] = У^15-1 + Е30^15-113¹⁰+ Е30^15-213¹⁰ - У^15-2;

[Z₂₇¹⁵] = G^15-2 + Е 27^15-2 13¹⁰ + Е 27^15-1 13¹⁰ - G^15-1;

[Z₃₃^15-1] = Ц^15-1 + Е 33^15-1 13¹⁰ + Е 13¹⁰ 33⁰⁵ - Ц⁰⁵;

[Z₃₃^15-2] = Ц^15-2 + Е 33^15-2 13¹⁰ + Е 33¹⁵ 13¹⁰ - Ц^15-1;

[Z₂₁¹⁵] = J^15-2 + Е 21^15-2 13¹⁰ + Е 21^15-1 13¹⁰ - J^15-1;

Расчёт припусков.

Определим минимальные значения операционных припусков по формуле:

Zⁱ_min=(R_z + h)^i-1 (5.2)

[Z₃₃⁰⁵] _min = 0,08 + 0,25 = 0,33 мм;

[Z₃₂^10-1] _min = 0,08 + 0,25 = 0,33 мм;

[Z₁₃¹⁰] _min = 0,08 + 0,25 = 0,33 мм;

[Z₃₂^10-2] _min = 0,06 + 0,08 = 0,14 мм;

[Z₃₀^15-1] _min = 0,08 + 0,25 = 0,33 мм;

[Z₃₀^15-2] _min = 0,06 + 0,08 = 0,14 мм;

[Z₂₇¹⁵] _min = 0,06 + 0,08 = 0,14 мм;

[Z₃₃^15-1] _min = 0,06 + 0,08 = 0,14 мм;

[Z₃₃^15-2] _min = 0,02 + 0,03 = 0,05 мм;

[Z₂₁¹⁵] _min = 0,06 + 0,08 = 0,147 мм;

Рассчитаем величины колебаний операционных припусков, используя формулы:

при n < 4; (5.3)

при n 4; (5.4)

где: _i - коэффициент влияния составного звена на замыкающее звено;

n - число звеньев в уравнении припуска;

t - коэффициент риска, (t=3.0);

При этом, если в размерную цепь входит диаметральный размер, то при подстановке в формулу его допуск необходимо поделить на 2.

[Z₃₃⁰⁵] = 0,4 + 0,5 + 0,1 + 0,8 = 1,8 мм;

[Z₃₂^10-1] = мм;

[Z₁₃¹⁰] = мм;

[Z₃₂^10-2] = 0,175 + 0,1 + 0,05 + 0,15 = 0,475 мм;

[Z₃₀^15-1] = 0,9 + 0,5 + 0,15 + 0,1 = 1,65 мм;

[Z₃₀^15-2] = 0,1 + 0,15 + 0,05 + 0,06 = 0,36 мм;

[Z₂₇¹⁵] = 0,06 + 0,03 + 0,12+0,075 = 0,285 мм;

[Z₃₃^15-1] = 0,075 + 0,1 + 0,1+0,4 = 0,675 мм;

[Z₃₃^15-2] = 0,04 + 0,02 + 0,1+0,075 = 0,28 мм;

[Z₂₁¹⁵] = 0,015 + 0,02 + 0,1+0,075 = 0,21 мм;

Определим максимальные значения операционных припусков по формуле:

(5.5)

[Z₃₃⁰⁵] _max = 0,33 + 1,8 = 2,13 мм;

[Z₃₂^10-1] _max = 0,33 + 1,198 = 1,528 мм;

[Z₁₃¹⁰] _max = 0,33 + 1,981 = 2,238 мм;

[Z₃₂^10-2] _max = 0,14 + 0,475 = 0,615 мм;

[Z₃₀^15-1] _max = 0,33+ 1,65 = 1,98 мм;

[Z₃₀^15-2] _max = 0,14 + 0,36 = 0,5 мм;

[Z₂₇¹⁵] _max = 0,14 + 0,285 = 0,425 мм;

[Z₃₃^15-1] _max = 0,14 + 0,675 = 0,815 мм;

[Z₃₃^15-2] _max = 0,05 + 0,28 = 0,33 мм;

[Z₂₁¹⁵] _max = 0,14 + 0,21 = 0,35 мм;

Определим средние значения операционных припусков по формуле:

(5.6)

[Z₃₃⁰⁵] _ср = 0,5(0,33 + 2.13) = 1.23 мм;

[Z₃₂^10-1] _ср =0,5(0,33 + 1,528) = 0,929 мм;

[Z₁₃¹⁰] _ср = 0,5(0,33 + 2,238) = 1,3 мм;

[Z₃₂^10-2] _ср = 0,5(0,14 + 0,615) = 0,378 мм;

[Z₃₀^15-1] _ср = 0,5(0,33 + 1,98) = 1,155 мм;

[Z₃₀^15-2] _ср = 0,5(0,14 + 0,5) = 0,32 мм;

[Z₂₇¹⁵] _ср = 0,5(0,14 + 0,425) = 0,283 мм;

[Z₃₃^15-1] _ср = 0,5(0,147 + 0,815) = 0,5 мм;

[Z₃₃^15-2] _ср = 0,5(0,05 + 0,33) = 0,19 мм;

[Z₂₁¹⁵] _ср = 0,5(0,14 + 0,37) = 0,245 мм;

Расчёт операционных размеров

[Z₂₁¹⁵] = J^15-2 + Е 21^15-2 13¹³ + Е 21^15-1 13¹⁰ - J^15-1;

J^15-1 = J^15-2 - [Z₂₁¹⁵] + Е 21^15-2 13¹³ + Е 21^15-1 13¹⁰;

J^15-1 = 32+0.02+0.1-0.245= 31,875 мм;

[Z₃₃^15-2] = Ц^15-2 + Е 33^15-2 10¹⁰ + Е 33¹⁵ 13¹⁰ - Ц^15-1;

Ц^15-1 = Ц^15-2 - [Z₃₃^15-2] + Е 33^15-2 10¹⁰ + Е 33¹⁵ 13¹⁰;

Ц^15-1 = 30,575 + 0,02 + 0,1 - 0,19 = 30,687 мм;

[Z₃₃^15-1] = Ц^15-1 + Е 33^15-1 13¹⁰ + Е 13¹⁰ 33⁰⁵ - Ц⁰⁵;

Ц⁰⁵ = Ц^15-1 + Е 33^15-1 13¹⁰+ Е 13¹⁰ 33⁰⁵ - [Z₃₃^15-1];

Ц⁰⁵ = 30,687 +0,1+0,1 -0,5 = 30,387 мм;

[Z₂₇¹⁵] = G^15-2 + Е 27^15-2 13¹⁰ + Е 27^15-1 13¹⁰ - G^15-1;

G^15-1 = G^15-2 + Е 27^15-2 13¹⁰ + Е 27^15-1 13¹⁰ - [Z₂₇¹⁵];

G^15-1 = 35 +0,03 + 0,12 -0,283 = 34,867 мм;

[Z₃₀^15-2] = У^15-1 + Е30^15-113¹⁰+ Е30^15-210¹⁰ - У^15-2;

У^15-1 = У^15-2 + [Z₃₀^15-2] + Е30^15-113¹⁰+ Е30^15-210¹⁰;

У^15-1 = 45 + 0,15 + 0,05 + 0,32 = 45,52 мм;

[Z₃₀^15-1] = У⁰⁰ + Е 30⁰⁰ 13⁰⁰ + Е 30^15-1 10¹⁰ - У^15-1;

У⁰⁰ = У^15-1 + [Z₃₀^15-1]+ Е 30⁰⁰ 13⁰⁰ + Е 30^15-1 10¹⁰;

У⁰⁰ = 45,52 + 0,5 + 0,15 + 1,155 = 47,325 мм;

[Z₃₂^10-2] = Ф^10-1 + Е 32^10-1 33⁰⁵ + Е 32^10-1 33⁰⁵ - Ф^10-2;

Ф^10-1 = Ф^10-2 + [Z₃₂^10-2] + Е 32^10-1 33⁰⁵ + Е 32^10-1 33⁰⁵;

Ф^10-1 = 42 + 0,05 + 0,1 + 0,378 = 42,528 мм.

[Z₁₃¹⁰] = П⁰⁰ + Е 30⁰⁰ 13⁰⁰ + Е 33⁰⁵ 30⁰⁰+Е13¹⁰33⁰⁵ - П¹⁰;

П⁰⁰= П¹⁰+ [Z₁₃¹⁰] + Е 30⁰⁰ 13⁰⁰ + Е 33⁰⁵ 30⁰⁰+Е13¹⁰33⁰⁵;

П⁰⁰= 80 + 0,5 + 0,1 + 0,1 + 1,3 = 82 мм.

[Z₃₂^10-1] = Ф⁰⁰ + Е 32⁰⁰ 33⁰⁰ + Е 33⁰⁰ 30⁰⁰ + Е33⁰⁵30⁰⁰ +Е32¹⁰33⁰⁵ - Ф^10-1;

Ф⁰⁰= Ф^10-1+ [Z₃₂^10-1] + Е 32⁰⁰ 33⁰⁰ + Е 33⁰⁰ 30⁰⁰ + Е33⁰⁵30⁰⁰ +Е32¹⁰33⁰⁵;

Ф⁰⁰ = 42,528 + 0,5 + 0,5 + 0,1 + 0,1 + 0,929 = 44,657 мм.

[Z₃₃⁰⁵] = Ц⁰⁵ + Е 33⁰⁰ 30⁰⁰ + Е 33⁰⁵ 30⁰⁰ - Ц⁰⁰;

Ц⁰⁰ = Ц⁰⁵ + Е 33⁰⁰ 30⁰⁰ + Е 33⁰⁵ 30⁰⁰ - [Z₃₃⁰⁵];

Ц⁰⁰ = 30,387 + 0,5 + 0,1 - 1,23 = 29,757 мм.

Составим таблицу, в которой укажем значения операционных размеров в радиальном направлении:

Таблица 5.1. Значения операционных размеров в радиальном направлении

Символьное обозначение	Минимальный размер, мм Amin =Aср + ei (EI)	Максимальный размер, мм Amax =Aср + es (ES)	Окончательная запись в требуемой форме, мм
2Ц00	59.514	61.114	59.514+1.6
2Ф00	89.316	91.116	89.316+1.8
П00	81.1	82.9	82±0.9
2Ф10-1	84.704	85.056	85.056-0,35
2У00	92.85	94.65	94.65-1.8
2У15-1	90.84	91.04	91.04-0,2
2G15-1	69.734	69.884	69.734+0.15
2Ц05	60.774	61.574	60.774+0.8
2Ц15-1	61.374	61.524	61.374+0.15
2J15-1	63.75	63.9	63.75+0.15

В результате размерного анализа получены операционные размеры (занесенные в соответствующую графу размерной схемы), позволяющие получить необходимую размерную точность и взаимное расположение поверхностей в ходе выполнения данного техпроцесса.

5. Разработка технологических операций

5.1 Выбор оборудования

На операциях 010, 015 предлагается использовать обрабатывающий центр МС-50 фирмы «МАНО». Данное оборудование позволяет выполнить черновую и чистовую расточку отверстий, фрезеровку поверхностей, сверление и нарезание резьбы, обеспечивая достаточную точность и шероховатость.

Размеры рабочего пространства 500?400 мм.

Пределы частот вращения шпинделя 20 - 8000 мин^-1.

Пределы подач стола 1 - 6000 мм/мин.

Ускоренное перемещение 15000 мм/мин.

Мощность N = 15 кВт.

5.2 Выбор последовательности переходов

Последовательность переходов на операцию 010.

1. Установить и закрепить заготовку.

2. Фрезеровать начерно поверхности 5, 32, 3, 8, пов. 4, 7 в размеры 43,6±0,15, 85,2±0,35, 10,6±0,15, 93_+0,25.

3. Фрезеровать начерно поверхность 13 в размер 80±0,15, поверхности 1, 10 в размер 28,4±0,15.

4. Сверлить два отверстия под заход фрезы в два паза 12 O8

5. Фрезеровать два паза 12.

6. Фрезеровать начисто поверхности 1, 3, 4, 5, 7, 8, 10, 32 в размеры 30±0,1, 40±0,1, 92, 43±0,1, 84^+0,15.

7. Сверлить два отверстия 28 в размер O5,2.

8. Нарезать резьбу в двух отверстиях 28 в размер М6?0,8.

9. Снять заготовку.

Последовательность переходов на операцию 015.

1. Установить и закрепить заготовку.

2. Фрезеровать поверхность 23.

3. Расточить начерно поверхность 27 в размер O69,734^+0,15.

4. Точить начерно поверхность 30 в размер O 91,04_-0,2.

5. Точить начисто поверхность 30 в размер O 90_-0,14.

6. Расточить начисто поверхность 27 в размер O70^+0,12.

7. Фрезеровать паз 24 в размер 31⁺¹.

8. Перезакрепить заготовку.

9. Фрезеровать поверхность 6 в размер 4±0,15.

10. Расточить поверхность 33 в размер O 61,374^+0,15.

11. Расточить поверхность 21 в размер O 63,75^+0,15.

12. Расточить канавку 22.

13. Сверлить отверстие 19 O5,2.

14. Нарезать резьбу в отверстии 19 М6?0,8.

15. Сверлить девять отверстий 17 O4,2.

16. Нарезать резьбу в отверстиях 17 М5?0,8.

17. Фрезеровать поверхность 6 в размер 3,5±0,1.

18. Расточить отверстие 33 в размер 61,15^+0,12.

19. Расточить отверстие 21 в размер O64^+0,03.

20. Снять заготовку.

5.3 Выбор режущего инструмента

Для выполнения переходов операции 010 принимаем следующие режущие инструменты.

Т1-Торцовая насадная фреза из быстрорежущей стали O 63 мм ГОСТ 9304-69 [1, с. 187 табл. 92].

Т2-Концевая фреза с коническим хвостовиком O 32 мм ГОСТ 17026 - 71 [1, с. 174 табл. 66].

Т3 - Сверло спиральное из быстрорежущей стали O 8 ГОСТ 10903-77 [2, с. 137 табл. 40].

Т4-Шпоночная фреза O 8 ГОСТ 9140 - 78 [2, с. 177 табл. 73].

Т5 - Концевая фреза с коническим хвостовиком O 32 мм ГОСТ 17026 - 71 [2, с. 174 табл. 66].

Т6-Сверло спиральное из быстрорежущей стали специальное O 5,2 ОСТ 2 И21-1 - 76 [2, с. 137 табл. 40].

Т7-Метчик специальный М6?0,8 ТУ 857-2680-1958.

На операции 015 принимаем следующие режущие инструменты.

Т1-Концевая фреза с коническим хвостовиком O 40 по ГОСТ 17026 [2, с. 174 табл. 66].

Т2 - Резец специальный РКС 33.

Т3 - Резец специальный РКС 33.

Т4 - Резец специальный РКС 33.

Т5 - Резец специальный РКС 33.

Т6-Шпоночная фреза O 32 ГОСТ 9140 - 78 [2, с. 177 табл. 73].

Т7 - Концевая фреза с коническим хвостовиком O 40 по ГОСТ 17026 [2, с. 174 табл. 66].

Т8 - Резец специальный РКС 33.

Т9 - Резец специальный РКС 33.

Т10-Сверло спиральное из быстрорежущей стали специальное O 5,2 ОСТ 2 И21-1 - 76 [2, с. 137 табл. 40].

Т11-Метчик специальный М6?0,8 ТУ 857-2680-1958.

Т12-Сверло спиральное из быстрорежущей стали специальное O 4,2 ОСТ 2 И21-1 - 76 [2, с. 137 табл. 40].

Т13-Метчик специальный М5?0,8 ТУ 857-2680-1958.

Т14 - Концевая фреза с коническим хвостовиком O 40 по ГОСТ 17026 [2, с. 174 табл. 66].

Т15 - Резец специальный РКС 33.

5.4 Расчет режимов резания

Расчет режимов резания для всех переходов выполняется по [2].

- Фрезерование поверхностей на 2 переходе 010 операции.

Глубина резания t = 1,4 мм.

Подача S_Z = 0,5 мм/зуб.

Скорость резания рассчитывается по формуле:

(6.1)

где C_v, q, m, x, y, u, p - коэффициент и показатели степени.

В = 34 мм - ширина фрезерования; Z = 14 - количество зубьев фрезы;

K_v - поправочный коэффициент

(6.2)

где K_nv = 1 - поправочный коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки.

K_мv = 0,8 - коэффициент, учитывающий влияние физико-механических свойств обрабатываемого материала.

K_uv = 1 - коэффициент, учитывающий влияние инструментального материала.

K_v = 0,8 1 1 = 0,8

С_v = 155; q = 0,25; x = 0,1; y = 0,4; u = 0,15; p = 0,1; m = 0, 2

,

Число оборотов шпинделя:

Мощность резания: (6.3)

(6.4)

где C_P = 82,5; x = 0,95; y = 0,8; u = 1,1; q = 1,1; w = 0 - показатели и коэффициент, зависящие от условий обработки;

Крутящий момент на шпинделе: (6.5)

,

- Сверление отверстий под заход врезы на 4 переходе 010 операции.

Глубина резания: t = 4 мм.

Подача: S_o = 0,27 мм/об.

Скорость резания определяется по формуле:

(6.6)

где C_v, q, m, y - коэффициент и показатель степени.

C_v = 36,3; q = 0,25; m = 0,125; y = 0,55; T = 35;

(6.7)

где K_mv = 0,8; K_uv = 1; K_lv = 1;

K_v = 0,811 = 0,8

Определим осевую силу и крутящий момент:

(6.8)

С_р = 9,8; q = 1,0; y = 0,7;

С_м = 0,005; q=2; y = 0,8; К_р = К_мр = 1;

Р_о = 10 9,8 8^1,0 0,27^0,7. 1 = 314 Н

М_кр = 10 0,005 8² 0,27^0,8 1= 1,123 Нм

Мощность резания:

(6.9)

где

.

- Нарезание резьбы М 60,8 на 8 переходе 010 операции.

Подача равна шагу резьбы: S = 0,8 мм/об.

Скорость резания при нарезании резьбы метчиками:

(6.10)

где С_V = 20; m = 0,9; y = 0,5; q = 1,2; Т = 90 мин;

(6.11)

K_MV = 0,5; K_UV = 1,0; K_ТV = 1

Число оборотов:

Тангенциальная составляющая силы резания (крутящий момент):

(6.12)

где P - шаг резьбы, мм; C_M = 0,0022; y = 1,5; q = 1,8; K_P = 1,5

M_KP = 0,0022 10 6^1,8 0,8^1,5 1,5 = 0,6 Нм

Мощность резания при нарезании резьбы метчиками:

(6.13)

- Растачивание поверхности на 3 переходе 015 операции.

Глубина резания: t₁ = 1,4 мм.

Подача S₁ = 0,6 мм/об.

K_v = 0,8 1 1 = 0,8

С_v =328; x =0,12; y =0,5; m =0, 28; Т = 60 мин;

Число оборотов шпинделя:

Составляющая силы резания P_Z:

где К_р = К_мр^. К_?р^. К_?р^. К_?р^. К_rр

C_P =40; x =1; y =0,75; n =0; К_мр =1; К_?р =0,89; К_?р =1,1; К_?р =1; К_rр =1;

К_р = 1^. 0,89^. 1,1^. 1^. 1 = 0,979

Мощность резания:

Режимы резания на остальные операции рассчитываются аналогично. Результаты сведем в таблицу 6.1

Таблица 6.1. Режимы резания

№ операции	№ перехода	t, мм	SM, мм/мин	v, м/мин	n, об/мин	Pz, Н	MКР, Н.м	N, кВт
010	2 3 4 5 6 7 8	1,4 0,9 4 10,2 0,6 2,6 0,4	2520 2388 688 118 3642 1025 72	71 108 64 74 122 62 1,67	359 1075 2548 294 1214 3797 89	497 922 314 201 650 204 -	134 148 - 8 104 0,47 0,6	0,58 1,63 0,293 0,24 1,3 0,18 0,055
015	2 3 4 5 6 7 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19	1,65 1,4 1,2 0,3 0,6 7 1,2 0,5 1 0,9 2,6 0,4 2,1 0,4 0,45 0,175 0,6	2406 286 256 402 360 20 2676 382 290 290 1025 71 1208 68 3511 484 354	102 103 91 81 99 51 112 91 97 98 62 1,67 59 1,34 147 93 89	802 477 320 287 450 508 892 477 484 483 3797 89 4474 85 1463 484 443	582 374 398 151 199 291 454 166 267 240 204 - 164 - 171 69 199	116 - - - - 47 91 - - - 0,47 0,6 0,31 0,43 27,4 - -	0,97 0,63 0,59 0,2 0,32 0,24 0,83 0,25 0,42 0,38 0,18 0,055 0,14 0,04 0,4 0,1 0,29

5.5 Расчет норм времени

Время выполнения технологической операции в серийном производстве оценивается штучно-калькуляционным временем, определяемым по формуле

, (6.14)

где Т_п.з. - подготовительно-заключительное время, мин;

n - размер партии для запуска, n = 57 шт. в месяц;

Т_шт. - штучное время обработки, мин:

, (6.15)

где Т_О - основное время обработки, мин;

Т_ВС - вспомогательное время, мин;

Т_ТО - время технического обслуживания станка, мин;

Т_ОТ - время на отдых и личные надобности, мин;

Расчет составляющих штучного времени по переходам представлен в таблице 6.2.

Таблица 6.2. Расчет норм времени 010 и 015 операций

№ перехода	Длина рабочего хода Lр..	Подача SМ, мм/мин	мин.	Времяна установку заг	Длина Х.Х., Lх.х., мм	ТВС., мин	ТОП = ТО+ТВС
010 операция
1				0,15
2	515	2520	0,2		182.2	0,026	0,226
3	286	2388	0,12		662	0,09	0,21

Основное время на 010 операции ;

Вспомогательное время на 010 операции

Оперативное время на 010 операции

Время технического обслуживания и отдыха 6% от Т_ОП [1, с. 214, табл. 6.1]:

Штучное время на 010 операции:

Подготовительно-заключительное время на 010 операции: Т_ПЗ=12 мин.

Штучно-калькуляционное время:

.

Основное время на 0150 операции ;

Вспомогательное время на 015 операции

Оперативное время на 015 операции

Время технического обслуживания и отдыха 6% от Т_ОП [1, с. 214, табл. 6.1]:

Штучное время на 015 операции:

Подготовительно-заключительное время на 015 операции: Т_ПЗ=12 мин.

Штучно-калькуляционное время:

.

6. Расчет и проектирование станочного приспособления. расчет режущего инструмента

6.1 Расчет и проектирование станочного приспособления

Фрезеровать поверхность 13 корпуса выключателя, выдерживая размер мм.

Рисунок 7.1 Операционный эскиз

Вид и материал заготовки - отливка из алюминия АЛ 9-1, НВ75. Режущий инструмент - фреза концевая с коническим хвостовиком ГОСТ 17026 - 71. Диаметр фрезы - O 32 мм, число зубьев - 6. Режимы резания: глубина резания t = 2 мм, подача на зуб S_z = 0.5 мм/зуб, стойкость инструмента Т=120 мин; скорость резания 80 м/мин, частота вращения шпинделя n = 796 об/мин. Составляющая сила резания Р_z = 641 Н. Станок - обрабатывающий центр МАНО МС-50, мощность электродвигателя N = 15 кВт, частота вращения шпинделя 20 - 8000, подача стола S_м = 1 - 6000 мм/мин. Тип приспособления - стационарное неразборное станочное приспособление.

В процессе обработки заготовки на нее воздействует система сил. С одной стороны действует сила резания, с другой - препятствующая ей сила зажима.

Суммарный крутящий момент от касательной составляющей силы резания, стремящейся провернуть заготовку равен:

Повороту заготовки препятствует момент силы зажима, определяемый следующим образом:

Из равенства Мр' и Mз' определяем необходимое усилие зажима.

Р_z = 641 H;

К=К_о·К₁·К₂·К₃·К₄·К₅·К₆,

где k₀ - гарантированный коэффициент запаса k₀ = 1,5;

k₁ - коэффициент, учитывающий увеличение сил резания из-за случайных неровностей на обрабатываемых поверхностях заготовки k₁ = 1;

k₂ - коэффициент, учитывающий увеличение сил резания вследствие затупления режущего инструмента: при фрезеровании плоскости k₂ = 1,6;

k₃ - коэффициент, учитывающий увеличение сил резания при прерывистом точении k₃ = 1;

k₄ - коэффициент, характеризующий постоянство силы, развиваемой зажимным механизмом: для механизированного привода k₄ =1;

k₅ - коэффициент, учитывающий эргономику немеханизированного зажимного механизма: для механизированного привода k₅ =1;

k₆ - коэффициент, учитывающий наличие опрокидывающих моментов при установке на опоры k₆ = 1.

К = 1,5·1·1,6·1·1·1 = 2,4;

f = 0.4;

l₁ = 80 мм;

d₁ = 59 мм.

Н.

Схема закрепления заготовки, включающая схему установки заготовки, разработанную на основе теоретической схемы базирования представлена на рисунке 7.2.

Рисунок 7.2. Схема закрепления заготовки

Усилие Q, создаваемое гидроцилиндров равно усилию зажима W.

Для создания исходного усилия Q используется силовой привод. В качестве приводов наибольшее применение получили пневматические и гидравлические вращающиеся цилиндры. Диаметр поршня гидроцилиндра определяется по формуле:

где Р - избыточное давление масла. Р=(1; 2,5; 5;) МПа.

мм

Принимаем D = 55 мм.

Ход поршня цилиндра рассчитывается по формуле:

+10…15 мм,

где S_w - свободный ход штока. S_w=10 мм

+10=20 мм.

Погрешность установки определяется по формуле:

где ?_? - погрешность базирования, равная нулю, так как измерительная база используется в качестве технологической.

?_з - погрешность закрепления - это смещение измерительной базы под действием сил зажима. ?_з=0

?_пр - погрешность элементов приспособления.

?А1 = 0,021;

?А2 = 0,01;

?А3 = 0,007;

?А4 = 0,028;

?А5 = 0,016;

Погрешность ?А? рассчитаем по формуле: ?А? = t_?·,

мм.

?А? = ?_пр;

?_y = ?А?;

Z=0.07;

?_y< Z; 0,049<0,07. Условие выполняется.

Приспособление предназначено для базирования и закрепления корпуса выключателя при фрезеровании поверхностей на операции 010 на обрабатывающем центре МАНО МС-50.

Приспособление состоит из плиты 5, которая с помощью штыря 7 базируется на столе обрабатывающего центра. На плиту при помощи винтов 16 крепится кронштейн 1. Также на плиту 5 крепятся опоры 6 при помощи болтов 15. Заготовка базируется по установочным элементам 10, 11 и 19, выполняющими роль установочной и двойной опорной базы и поджимается к ним шайбой 21 с помощью гидроцилиндра. Для уменьшения деформации заготовки в приспособлении применены подводные опоры в виде винтов 17 с пятами 20, установленными в опорах 6 и регулируемой опорой 9, размещенной в плите 5.

6.2 Расчет и проектирование режущего инструмента

Таблица 7.1. Расчет протяжки

№	Определяемая величина	Расчетная формула	Результат
Исходные данные
	Наружный диаметр DН	-	64+0,3
	Внутренний диаметр dВ	-	61,15+0,15
	Ширина паза bш	-	8.5+0.15
	Фаска f	-	0,8
	Число пазов nz	-	2
	Длина обрабатываемого отверстия L	-	37,7±0,31
	Обрабатываемый материал	-	АЛ9-1
	Твердость НВ	-	75
	Станок	-	7Б56
	Тяговая сила, кН	-	200
	Наибольшая длина хода салазок	-	1600
1	Расстояние до первого зуба L1	L1 = 280+L	317,7
2	Припуск под протягивание А,	-	0
3	Диаметр отверстия до протягивания Dn, мм	-	61,15
4	Диаметр хвостовика d1, мм	-	56
5	Площадь хвостовика Fх, мм2	-	1385,4
6	Шаг режущих зубьев tр, мм		9,21
7	Принятый шаг, мм	-	10
8	Наибольшее число зубьев находящихся в зацеплении		5

Чертеж протяжки представлен на листе 06.М.15.64.51 графической части.

7. Расчет и проектирование контрольного приспособления

Контрольное приспособление, представленное на листе графической части, предназначено для контроля симметричности стенок пазов 25.

Данное контрольное приспособление состоит из плиты 13, которая устанавливается на стол с помощью вкрученных в нее ножек 11. На плиту при помощи болтов 18 крепится кронштейн 1. Также на плиту 13 в Т-образный паз устанавливается задняя бабка 10. Для перемещения задней бабки на плиту 13 винтами 20 крепится уголок 3. Для точного базирования и закрепления детали в используется мембранный патрон 2. Шток мембранного патрона вкручивается в шток гидроцилиндра.

Приспособление работает следующим образом. Задняя бабка отводится в крайнее правое положение вращая винт, расположенный на уголке 3. Деталь устанавливается в патроне 2 и зажимается гидроцилиндром. При перемещении задней бабки влево, наконечник 12 перемещается по контролируемому пазу. По показания индикатора 25 регистрируем отклонение стенок пазов детали.

8. Научные исследования по совершенствованию обработки алюминиевых сплавов

8.1 Описание ситуации

Повышение производительности при обработке алюминия является важной задачей в современном машиностроении. Она может быть разрешена различными методами, такими как оптимизация режимов резания, применение высокопроизводительного оборудования, быстропереналаживаемой оснастки, применение инструмента высокой стойкости и другими. Наряду с повышением производительности необходимо повысить точность обработки и качество поверхностей детали операций растачивания, фрезерования, сверления и т.д.

В настоящее время все большее внимание в мире уделяется проблеме повышения скоростей резания как одной из составляющих производительности труда, улучшения качества обработанных поверхностей, экономии материальных и трудовых ресурсов. Высокоскоростное резание является перспективным направлением повышения эффективности механической обработки и важным экономическим рычагом снижения ее себестоимости. При высоких скоростях резания возможно, в некоторых случаях, исключить промежуточные операции, например, получистовое шлифование, а в отдельных случаях - и финишные операции.

Таким образом, высокоскоростное резание является быстро развивающимся технологическим процессом с большими потенциальными возможностями для современной металлообработки. Актуальность его применения в современных условиях постоянно повышается, что связано с высоким уровнем автоматизации производственных процессов, изменивших структуру временных затрат на изготовление деталей и предопределивших необходимость сокращения основного времени на их обработку.

8.2 Анализ ситуации

Потенциальные возможности высокоскоростной обработки обусловлены следующими ее особенностями: большим удельным съемом материала в единицу времени; высоким качеством обработки материала; уменьшение силы резания; уменьшением образования заусенцев; уменьшением нарушения целостности верхних слоем материала. В месте с тем высокоскоростной обработке присущ ряд существенных недостатков. Наиболее важными из них можно считать: необходимость повышения мощности приводов, разработки и изготовления опор вращающихся и перемещающихся узлов, тщательной балансировки вращающихся узлов, создание новых инструментальных материалов, высокие температуры, возникающие в зоне резания, недостаточная теплостойкость применяемых режущих инструментов и т.д.

8.3 Разработка обобщенного технического решения

Реализация технологии высокоскоростного резания предполагает решение многочисленных технологических задач. В наибольшей степени это касается режущих инструментов, так как уровень применяемых скоростей резания в современной металлообработке ограничивается свойствами инструментальных материалов и определяется способностью режущих инструментов противостоять изнашиванию и разрушению при повышенных температурах.

В Московском комбинате твердых сплавов в настоящее время разработан новый ассортимент сменных многогранных пластин с четырехслойным износостойким покрытием. Покрытия МТ и МА толщиной h = 8-10 мкм предназначены для токарной обработки. Составы покрытий представлены на листе графической части.

Среди материалов, не требующих покрытий, наиболее близок к идеальному материалу поликристаллический алмаз. Являясь одним из наиболее твердых материалов, он в тоже время благодаря ультрамелкозернистой структуре обладает достаточной вязкостью и по этому пригоден для обработки (со скоростью v = 300 - 600 м/мин) цветных металлов и сплавов, а также композитов. При аналогичной твердости КНБ (кубический нитрид бора) более хрупок и в большей степени подходит для «сухой обработки» материалов твердостью выше 50 HRC (при содержании в инструменте до 60% КНБ) и чугунов в широком интервале скоростей (300 - 800 м/мин) с небольшими припусками и подачами. Расширение эффективной области высокоскоростной обработки достигается использованием керамических инструментов нового поколения из нитридной, армированной или слоисто-градиентной керамики. Нитридно-кремниевая керамика, которая тверже твердого сплава, обладает большей хрупкостью и поэтому используется только для обработки чугунов и алюминия с v = 500 - 1000 м/мин.

Положительный опыт внедрения и эксплуатации керамических режущих инструментов нового поколения при высокоскоростной обработке деталей из разных материалов показывает высокую технико-экономическую эффективность этих операций. Однако даже керамические инструменты, изготовленные по современным технологиям и прошедшие системный контроль качества, оказываются недостаточно надежными для высокоскоростной обработки. В условиях термомеханических нагрузок и неблагоприятного воздействия отдельных факторов высокоскоростной обработки существует высокая вероятность непрогнозируемого выхода керамических инструментов из работоспособного состояния. Это связано с тем, что износ и разрушение высокоплотных керамических материалов имеет достаточно сложный характер и зависит от температурного режима эксплуатации. Критический градиент термических напряжений в непосредственной близости от режущей кромки инструмента приводит к сколам керамического материала на контактных площадках режущих инструментов и последующему разрушению режущего инструмента.