Процесс изготовления машин или механизмов

Введение

 

Процесс изготовления машин  или механизмов состоит из комплекса  работ, необходимых для производства заготовок, их обработки, сборки из готовых  деталей составных частей и сборки из сборочных единиц и отдельных  деталей готовых машин.

В пояснительной записке  представлена поэтапная разработка технологического процесса механической обработки детали машиностроительного  производства.

Тщательная подготовка этого  этапа изготовления машин и механизмов особенно важна, поскольку только обработка  резанием позволяет получить поверхности  с заданными параметрами точности размеров и качества поверхности. Часто  этот метод является единственным, что особенно важно на данный момент, т.к. большинство предприятий, перешли  на серийное и мелкосерийное производство. Кроме того получение деталей  таким способом экономично.

При разработке технологического процесса механической обработки детали работа велась по основным этапам обеспечения  требуемой точности:

Размерно-точностный анализ технологических процессов;

Расчет суммарной погрешности  обработки и ее составляющих: погрешности  от упругих деформаций технологической  системы, погрешности от размерного износа инструмента, погрешности от температурных деформаций, погрешности  настройки технологической системы, погрешности, обусловленной

геометрической неточностью  станка, погрешности от перераспределения

остаточных напряжений в  заготовке.

Погрешность установки и  ее расчет. Определение погрешностей базирования, закрепления и приспособления.

Представленная информация была принята на основе знаний полученных в курсе изучения специальных  и общетехнических дисциплин («Технология  машиностроения», «Процессы формообразования и инструмент», «Технологическое оборудование», «Оборудование машиностроительного  производства», «Технологическая оснастка», «Метрология, стандартизация и сертификация», «Инженерная графика», «Качество  продукции», «Программирование для  станков с АО» и т.д.), а также  выбрана из специальной литературы по машиностроительной тематике. Кроме  того, в ходе написания проекта  применялись информационные технологии и технические средства: персональный компьютер, системы автоматизированного  проектирования («КОМПАС 3D», «ADEM»), а  также сеть Интернет.

На основе представленных расчётов был создан комплект технической  документации и выполнены чертежи.

1.ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

 

1.1 Описание конструкции  и назначение детали

 

Деталь «Корпус толкателя» (рис. 1.1.) относится к группе корпусных  деталей.

Корпусные детали - важнейшие  составляющие любого технического устройства. В промышленных механизмах и установках корпусные детали входят в узлы передачи вращающего момента, ротационные узлы машин (турбин, насосов, электродвигателей), относятся к числу наиболее ответственных  и технологически трудных для  изготовления.

Габаритные размеры детали «Корпус толкателя»: 129×115×105 мм. Деталь состоит из фасонного основания 105×105×72 мм, цилиндрической ступенчатой  бобышки высотой 57мм со ступенями Æ72мм длиной 47мм иØ74мм, расположенной на торцевой поверхности основания, и фасонной бобышки, расположенной на боковой поверхности основания. Деталь имеет центральное сквозное гладкое ступенчатое отверстие со ступенями Ø67мм глубиной 38мм и Ø50мм. На торцевой поверхности ступенчатого отверстия имеется канавка под уплотнительное кольцо 2,5мм глубиной 4мм. Сквозной паз шириной 20мм выполнен на ступени Ø72цилиндрической бобышки. Фасонная бобышка имеет центральное сквозное гладкое ступенчатое отверстие со ступенями Ø20мм глубиной 8мм и Ø16мм. На торце фасонного основания выполнены 4 сквозных гладких отверстия Ø14мм. 2 глухих резьбовых отверстия М3 глубиной 6мм выполнены на торцевой поверхности фасонной бобышки.

Рисунок 1.1. Корпус толкателя

 

1.2 Анализ технологичности  детали

 

В результате анализа чертежа  было определено, что чертеж содержит все необходимые сведения о точности размеров, качестве обрабатываемых поверхностей и точности взаимного расположения поверхностей, а именно - допуск перпендикулярности торцевой поверхности корпуса и  базы Б - центрального отверстия 60мкм.

«Корпусная толкателя» изготавливается  из стали для отливок 20ХМЛ литьём, поэтому конфигурация наружного  контура и внутренних поверхностей не вызывает значительных трудностей при получении заготовки.

С точки зрения механической обработки деталь имеет следующие  недостатки в отношении технологичности:

деталь не предусматривает  обработку поверхностей на проход, за исключением сквозных отверстий Æ50мм иÆ16мм;

глухие резьбовые отверстия  М3-7Н, проконтролировать глубину  отверстий затруднительно, и имеются  препятствия для выхода стружки.

Эти элементы определяются конструктивными  соображениями, и изменить их затруднительно.

Базирование детали на некоторых  операциях возможно лишь при помощи специальных приспособлений. Использование  специальных приспособлений увеличивает  стоимость и трудоёмкость изготовления детали, так как требуется их проектирование и изготовление.

Наиболее точными размерами  являются:

диаметр отверстия 67мм, выполненный  по 9 квалитету точности с шероховатостью Ra 1,6;

диаметр бобышки 72мм, выполненный  по 9 квалитету точности с шероховатостью Ra 1,6.

В остальном деталь достаточно технологична:

обрабатываемые плоскости  расположены параллельно и перпендикулярно  друг к другу;

отверстия расположены под  прямым углом к плоскости входа  и выхода;

жёсткость детали достаточно и не ограничивает режимы резания;

имеются хорошие базовые  поверхности для первоначальных операций. Точность размеров большей  части наружных поверхностей корпуса  обеспечивается в процессе литья, поэтому  механической обработке эти поверхности  не подвергаются.

При механической обработке  детали имеется возможность применения принципа постоянства и совмещения установочных баз.

1.3 Характеристика материала

 

Для изготовления детали Корпус толкателя применяется сталь обыкновенная для отливок 20ХМЛ ТУ 24-1-12-182-75.

 

Химический состав стали 20ХМЛ ТУ 24-1-12-182-75 .

Таблица 1.3.1.

Магний, %Углерод, %Молибден, %Сера, %Фосфор, %Хром, %Кремний, %0,500,200,500,030,300,550,30

Механические свойства стали 20ХМЛ ТУ 24-1-12-182-75.

Таблица 1.3.2.

Название свойстваЕдиница  измеренияЗначение свойстваПредел кратковременной прочности, ?вМПа460Предел текучести, ?ТМПа245Относительное удлинение, ?5%18Относительное сужение, ?%30Твердость по Бринеллю, НВМПа149 - 229Линейная усадка%2,2

Физические свойства стали 20ХМЛ ТУ 24-1-12-182-75.

Таблица №1.3.3.

Название свойстваЕдиница  измеренияЗначение свойстваМодуль упругости, ЕМПаКоэффициент линейного  расширения,(при температуре от 20°  до 200°С)Плотность, кг/м37780

Технологические свойства стали 20ХМЛ ТУ 24-1-12-182-75.

С точки зрения свариваемости, сталь 20ХМЛ - ограниченно свариваемая. Необходим подогрев и последующая  термообработка.

В нормализованном и отпущенном состоянии при твёрдости 135-180 (по НВ) и пределе прочности 460МПа  коэффициент обрабатываемости резанием K?б. ст равен 0,85.

Сталь 20ХМЛ относится к  группе сталей обыкновенных для отливок.

Область применения: фланцы, шестерни, втулки, зубчатые колёса, цилиндры и другие детали, работающие от -40 до +540 °С, детали паровых и газовых  турбин, арматура и детали трубопровода, работающие при температурах до 500-540 °С.

Сталь 20ХМЛ - хромомолибденовая. Легирующие элементы в её составе  повышают механические свойства: хром повышает твёрдость, а молибден увеличивает  красностойкость, прочность, коррозионностойкость при высоких температурах.

 

1.4 Определение годовой  программы выпуска

 

В машиностроении в зависимости  от производственной программы и  характера изготовляемой продукции  различают три основных вида производства: единичное, серийное и массовое.

Исходя из массы детали 3,9 кг и учитывая заданный тип производства (среднесерийный) на изготовление детали Корпус толкателя, принимается годовая программа выпуска 10000 штук в год.

 

Таблица 1.4. Типы производств.

Масса детали,кгТип производстваЕдиничноемелкосерийноесреднесерийноекрупносерийноемассовое<1<2020 - 20002000 - 2000020000 - 100000>1000001,0 - 4,0<1515 - 10001000 - 1000010000 - 75000>750004,0 - 10<1010 - 500500 - 50005000 - 50000>5000010 - 20<77 - 250250 - 25002500 - 25000>25000>20<55 - 120120 - 12001200 - 15000>15000

Среднесерийное производство характеризуется изготовлением  деталей повторяющимися партиями (сериями).

В условиях среднесерийного  производства представляется возможным  расположить оборудование в последовательности технологического процесса для одной  или нескольких деталей, требующих  одинакового порядка обработки, со строгим соблюдением принципов  взаимозаменяемости при обработке.

При небольшой трудоемкости обработки или недостаточно большой  программе выпуска целесообразно  обрабатывать заготовки партиями, с  последовательным выполнением операций, т.е. после обработки всех заготовок  партии на следующей операции. При  этом время обработки на различных  станках не согласовывается. Заготовки  во время работы хранят у станков, а затем транспортируют целой  партией.

 

1.5 Выбор и расчёт заготовки  с экономическим обоснованием

 

Учитывая форму и размеры  детали «Корпус толкателя», эксплуатационные условия работы, марку материала (сталь 20ХМЛ), а также тип производства среднесерийный возможно получение  заготовки двумя способами - литьё  по выплавляемым моделям и кокильное  литьё, так как деталь имеет сравнительно небольшие габаритные размеры и  большое количество необрабатываемых фасонных поверхностей. При выборе вида заготовки учитываются не только эксплуатационные условия работы детали, ее размеры и форма, но и экономичность  ее производства. Способ получения  заготовки должен быть наиболее экономичным  при заданном объеме выпуска деталей - 10000 штук. Выбор вида заготовки будет  оказывать значительное влияние  на характер технологического процесса, трудоемкость и экономичность ее обработки.

Предпочтение будет отдано заготовке, характеризующейся более  экономичным использованием металла  и меньшей стоимостью.

Рисунок 1.5.1. 3D модель детали.

 

Наиболее рациональными  способами получения заготовки  детали «Корпус толкателя» являются: литьё по выплавляемым моделям и  кокильное литьё.

Способ №1 - литьё по выплавляемым моделям. ([19] стр. 23)

Литьем по выплавляемым моделям  называется способ получения отливок  в оболочковые формы, изготовляемые  методом нанесения огнеупорного покрытия на легкоплавкие модели. Последние  затем выплавляются, в результате чего в оболочковой форме образуются полости, соответствующие контурам будущей отливки.

Преимуществами литья  по выплавляемым моделям являются:

·возможность получения  сложных по форме отливок

·возможность получения  тонкостенных отливок (от 0,5мм)

·высокая точность размеров по сравнению с другими способами  литья

·поверхностью заготовки  соответствует 4-6 классам чистоты

·отливки могут быть изготовлены  из всех литейных сплавов

Способ №2 - кокильное литьё.

Кокильное литьё наиболее дешёвый способ из специальных. Многократное использование металлических форм позволяет получать отливки со стабильными  точными размерами.

Преимущество литья в  кокиль в том, сокращается расход формовочного и стержневого материала, обеспечивается высокая геометрическая точность и плотность металла  за счет интенсивной кристаллизации отливки.

К недостаткам литья в  кокиль относится:

·низкая стойкость кокиля при литье черных сплавов,

·образование отбела при  литье чугуна,

·проблематичность при получении  тонкостенных отливок.

Расчёт припусков и  размеров заготовки.

Для расчета припусков  применяется опытно-статистический метод в соответствии с ГОСТ 26645-85.

Способ №1. Литьё по выплавляемым моделям.

Расчеты размеров отливки

Для необрабатываемой поверхности  детали.

 

Рисунок 1.5.2.

LОА - наименьший размер  отливки;

LО - номинальный размер  отливки;

LД - номинальный размер  детали;

LОБ - наибольший размер  отливки;

ТО- допуск отливки [21 таблица 1, стр. 4]

LО= LД ± 0,5 ? ТО, мм (1.5.1.) ([21], стр. 3)

 

Точность отливки 7-8-9-4 ГОСТ 26645-85, где:

- класс точности размеров;

- класс точности масс;

- степень коробления;

- ряд припуска на механическую  обработку.

 

Таблица 1.5.1. Размеры необрабатываемых поверхностей, в мм.

LДТО0,5 ?ТОLО= LД ± 0,5 ? ТОРазмер  на чертеже отливки105,01,0±0,5105,0±0,5 ? 1,0=105,0±0,5105±0,547,00,8±0,447,0±0,5 ? 0,8=47,0±0,447±0,448,00,8±0,448,0±0,5 ? 0,8=48,0±0,448±0,4

Для обрабатываемой поверхности  детали.

Плоскости.

 

Рисунок 1.5.3.

LД - номинальный размер  детали;

LОА - наименьший размер  отливки;

LО - номинальный размер  отливки;

LОБ - наибольший размер  отливки;

ТО - допуск отливки [21 таблица 1, стр. 4];

Z - припуск на механическую  обработку (средний) ([21] таблица 5, стр.8).

 

LО= (LД + Z) ± 0,5?ТО, мм (1.5.2.) ([21], стр.4)

 

Таблица 1.5.2. Размеры обрабатываемой плоскости, в мм.

LДШероховатость поверхности, RаТОZ0,5?ТОLО= (LД + Z) ±0,5?ТО Размер  на чертеже отливки24,06,30,61,0±0,324,0+1,0=25,0±0,325±0,3115,06,31,01,0±0,5115,0+1,0=116,0±0,5116±0,562,56,30,21,0±0,162,5+1,0=63,5±0,163±0,160,03,20,21,0±0,160,0+1,0=61,0±0,161±0,138,0 3,20,61,0±0,3 38,0-1,0+1,0=38,0±0,3 38±0,36,30,61,0±0,3129,0 3,21,01,0±0,5 129,0+1,0+1,0=131,0±0,5 131±0,56,31,01,0±0,557,0 6,30,81,0±0,4 57,0-1,0+1,0=57,0±0,4 57±0,46,30,81,0±0,4

Валы, отверстия.

 

Рисунок 1.5.4.

DД - номинальный размер  детали;

DОА - наименьший размер  отливки;

DО - номинальный размер  отливки;

DОБ - наибольший размер  отливки;

ТО - допуск отливки ([21] таблица 1, стр. 4);

Z - припуск на механическую  обработку (средний) ([21] таблица 5, стр.8)