Операционная технология механической обработки детали «Колесо червячное»

Конструкция колеса предусматривает  наличие ступиц с двух сторон, что не добавляет технологичности детали (наиболее технологичными являются зубчатые колеса плоской формы без выступающих ступиц) и это в свою очередь не позволяет обрабатывать одновременно несколько колес, что ведет к увеличению количества станков. Этот факт явно не в пользу технологичности колеса.

Симметричное расположение перемычки между ступицей и венцом положительно сказывается на термообработке, так как не приводит к искажению формы колеса.

В целом деталь можно  признать достаточно технологичной, потому что позволяет применять высокопроизводительные режимы механической обработки. Простая по конструкции и имеет простые базовые поверхности.

 

3. Анализ и обоснование  выбора способа получения заготовки.

При выборе метода получения  заготовки нужно придерживаться таких вариантов, при которых изготовление детали было бы целесообразно и экономически выгодно, т. е. уменьшить время на механическую обработку, а так же снижение материальных затрат.

Оптимальный метод получения  заготовки выбирают, анализируя ряд фактов:

-материал детали,

-технические требования на ее  изготовление,

-объем и серийность выпуска, 

-форму поверхностей  и размеры детали.

Все эти показатели сводятся к одному, получение детали с наименьшей себестоимостью.

Далее мы подробнее рассмотрим на примере изготовления детали «колесо червячное» выбор заготовок.

В машиностроении применяют заготовки, полученные различными способами: прокат, литье, поковки.

В нашем случае мы рассмотрим два  варианта – 1 литье в земляные формы, 2 – литье в кокиль. Нашей задачей будет выбрать такую заготовку, которая удовлетворяла тем требованиям, которые мы описывали выше.

 

3.1 Выбор заготовки литье в земляные формы

Итак, рассмотрим 1 вариант  заготовки литье в земляные формы чугун СЧ30 по ГОСТ 1412-85. Рисунок 3.

Общие исходные данные:

Материал детали чугун  СЧ30.

Масса детали М_Д = 3,37 кг.

Масса заготовки М_З = 8,04 кг.

Годовая программа N = 2000шт.

Производство серийное.

Рисунок 3 литье в земляные формы.

Определим коэффициент  использования материала (КИМ)

, кг.

.

При таком варианте видно, что КИМ = 0,43 не удовлетворяет требованиям, при которых должно достигаться условие КИМ ³ 0,6.

 

3.2 Выбор заготовки литье в кокиль

В машиностроении применяются  различные способы литья заготовок. Поэтому при выборе получения заготовки необходимо оценивать все преимущества и недостатки каждого рассматриваемого, сопоставляемого варианта. Без такой оценки невозможно принять правильное решение об использовании того или иного способа, невозможен выбор оптимального варианта.

Для сравнения экономичности  применения различных способов литья  также следует учитывать трудоемкость, которая зависит от массы и  сложности отливок, технических требований, предъявляемых к отливкам, характера производства и его организации, а также от степени механизации и автоматизации технологического процесса. С увеличением объема производства трудоемкость и себестоимость литья уменьшаются. В табл. 5 приведена средняя себестоимость 1 т литья в зависимости от способа.

Таблица 5

Как видно из таблицы  самый оптимальный вариант литье в металлические формы (кокиль). Его и выбираем для изготовления заготовки.

 

3.2 Литье в металлические формы (кокиль)

Является одним из прогрессивных способов получения отливок из чугуна, стали и цветных сплавов массой от нескольких граммов до десятков тонн.

Сущность процесса заключается  в многократном применении металлической формы, имеющей гораздо более высокую стойкость, чем обычная песчано-глинистая. Полости в отливке выполняют при помощи металлических или песчаных стержней, которые извлекают из отливки после ее затвердевания и охлаждения до заданной температуры. Экономическая целесообразность литья в металлические формы во многом зависит от стойкости форм, их долговечности и стоимости.

Итак, рассмотрим 2 вариант заготовки литье в кокиль чугун СЧ30 по ГОСТ 1412-85. Рисунок 4.

Общие исходные данные:

Материал детали чугун  СЧ30.

Масса детали М_Д = 3,37 кг.

Масса заготовки М_З = 5,9 кг.

Годовая программа N = 2000шт.

Производство серийное.

Рисунок 4

Определим коэффициент  использования материала (КИМ)

,

.

При таком варианте видно, что КИМ = 0,57 не удовлетворяет требованиям, при которых должно достигаться условие КИМ ³ 0,6, но в нашем случае это не плохой показатель.

Рисунок 5 литье в кокиль.

 

4. Технико-экономическое  обоснование способа получения  заготовки

Метод получения заготовки  выбирают, учитывая ряд факторов: материал детали, технические требования на ее изготовление, объем и серийность выпуска, форму поверхностей и размеры деталей. Оптимальным считается метод получения заготовки, обеспечивающий технологичность и минимальную себестоимость.

Для выбора оптимальной  заготовки выполнен сравнительный  анализ двух типов заготовок: литье в кокиль и литье в песчаные формы.

Определение коэффициента использования материала и себестоимости заготовки - литье в кокиль.

Себестоимость заготовки:

где с_i – базовая стоимость одной тонны заготовок, ( с_i = 120 руб. );

Q_з – масса заготовки, кг;

Q_д – масса детали, кг,

S_отх – стоимость одной тонны стружки, (S_отх = 24,8 руб.);

К_Т – коэф-т, учитывающий класс точности заготовки, (К_Т = 1,05)

К_С – коэф-т, учитывающий степень сложности заготовки, (К_С= 0,83);

К_М – коэф-т, учитывающий материал заготовки, (К_М = 1,04);

К_В – коэф-т, учитывающий массу заготовки, (К_В = 0,91);

К_П – коэф-т, учитывающий тип производства, (К_П = 1).

Масса детали и заготовки  найдены в системе твердотельного проектирования КОМПАС 3D V9.

Q_з = 5,9кг,

 руб.

Данные необходимые  для сравнительного анализа сведены  в таблицу.

Определение коэффициента использования материала и себестоимости заготовки – литье в земляные формы.

Учитывая параметры детали, подобран по:

Себестоимость заготовки:

 ()

Масса заготовки:

.

с_i – базовая стоимость одной тонны заготовок, (с_i =120 руб.);

Q_з – масса заготовки, кг;

Q_д – массса детали, кг,

S_отх – стоимость одной тонны стружки, ( S_отх = 24,8 руб. );

К_Т – коэф-т, учитывающий класс точности заготовки, (К_Т = 1,05)

К_С – коэф-т, учитывающий степень сложности заготовки, (К_С = 1);

К_М – коэф-т, учитывающий материал заготовки, (К_М = 1,04);

К_В – коэф-т, учитывающий массу заготовки, (К_В = 0,91);

К_П – коэф-т, учитывающий тип производства, (К_П = 1);

 руб.

Данные необходимые  для сравнительного анализа сведены в таблицу 6.

Таблица 6. Сравнение типов заготовок

Наименование показателей	Литье в кокиль	Литье в песчаные формы
Класс точности	7	12
Стоимость 1т. заготовок, руб.	120	120
Стоимость 1т. стружки, руб.	24,8	24,8
Масса заготовки, кг.	5,9	8,04
Себестоимость одной  заготовки, руб.	1,81	2,69
С индексирующим коэффициентом	1690 руб.	2690 руб.

По таблице видно, что  заготовка – литье в кокиль является оптимальной для производства детали «колесо червячное», так как она легче и дешевле литья в земляные формы, а коэффициент использования материала на порядок выше, чем у литья в земляные формы.

 

5. Разработка  маршрутного технологического процесса и его обоснование

Маршрутную технологию разрабатывают, выбирая технологические  базы и схемы базирования для всего технологического процесса.

Всю механическую обработку  распределяют по операциям и, таким  образом, выявляют последовательность выполнения операций, и их число для каждой операции выбирают оборудование и определяют конструктивную схему приспособления.

При разработке технологического процесса руководствуются следующими принципами:

- в первую очередь  обрабатывают те поверхности,  которые являются базовыми при дальнейшей обработке;

- после этого обрабатывают  поверхности с наибольшим припуском;

- далее выполняют обработку  поверхностей, снятие металла с  которых в наименьшей степени  влияет на жесткость заготовки;

- в начало технологического  процесса следует относить те операции, на которых можно ожидать появление брака из-за скрытых дефектов металла;

- поверхности, обработка  которых связана с точностью  и допусками относительного расположения поверхностей, изготавливают при одной установке;

- совмещение черновой (предварительной) и чистовой (окончательной) обработок в одной операции и на одном и том же оборудовании нежелательно – такое совмещение допускается при обработке жестких заготовок с небольшими припусками;

 

Разработка  плана обработки и его описание

Таблица 7

№ Оп.	Наименование операции	Оборудование	Инструмент
005	Заготовительная	Литейное оборудование
010	Т/О отжиг	Печь
Продолжение таблицы 7
015	Очистная	Дробеструйная установка
020	Контрольная	Стол контролера	Штангенциркуль, ШЦ-I-125-0,05 ГОСТ 166 – 89 микрометр.
025	Токарная	Токарно-винторезный станок 16К20	Резец 2112-0035 ГОСТ 18871 – 73, резец 2102-0005 ГОСТ 18877 – 73.
030	Токарная	Токарно-винторезный станок 16К20	Резец 2112-0035 ГОСТ 18871 – 73, резец 2102-0005 ГОСТ 18877 – 73, резец 2130-0255 ГОСТ 18884 – 73.
035	Токарная (Включает в себя центрование, сверление, растачивание)	Токарно-винторезный станок 16К20	Резец 2112-0035 ГОСТ 18871 – 73, резец 2102-0005 ГОСТ 18877 – 73, резец 2130-0255 ГОСТ 18884 – 73. Сверло центровочное ГОСТ 14952 – 75, сверло 2301-4113 ГОСТ 2092 – 77, резец 2140-0508 ГОСТ 18872 – 73.
040	Токарная	Токарно-винторезный станок 16К20	Резец 2140-0508 ГОСТ 18872 – 73.
045	Протяжная	Вертикальный протяжный станок 7Б65	Протяжка 2403-0676 ГОСТ 25158 – 82, шлицы ГОСТ 6033 – 80, шаблон для зубьев, калибр-пробка ГОСТ 24969 – 81.
050	Зубофрезерная	Зубофрезерный полуавтомат 5К301П	Фреза 2510-4023 ГОСТ 9324 – 80, прибор ГОСТ 9776 – 82.
055	Круглошлифовальная	Круглошлифовальный станок 3М151	Круг 250×32×76 ГОСТ 2424 – 83, микрометр МК 50-1 ГОСТ 6507 – 90.
060	Контрольная	Стол контролера	Штангенциркуль, ШЦ-I-125-0,05 ГОСТ 166 – 89 микрометр, микрометр МК 50-1 ГОСТ 6507 – 90. прибор ГОСТ 9776 – 82, калибр-пробка ГОСТ 24969 – 81.
065	Маркировочная	Маркировочный стол	Кисть, краска.
070	Упаковочная	Упаковочный участок

 

К этому разделу прилагается  чертеж «ПЛАН ОБРАБОТКИ» см. графическую часть.

 

6. Разработка  операционного технологического  процесса и его обоснование

 

 

 

 

 

6.1 Расчет режимов обработки

Операция 035 Токарная (центровка и сверление)

Центрование

Станок 16К20

Инструмент: сверло центровочное ø10 ГОСТ 14952 – 75 и сверло спиральное ø20 мм ГОСТ 2092 – 77.

Переход 1: зацентровать отверстие центровочным сверлом ø10 мм, на глубину 8 мм.

Подача: принимаем S = 0,3 мм/об;

Скорость резания рассчитываем по эмпирической формуле:

,

где Т – среднее значение стойкости; принимаем Т = 35 мин.

С_v, x, y, m – коэффициент и показатели степени;

C_v = 34,2;

y = 0,3;

m = 0,2;

q = 0,45;

s – подача, мм/об;

s – 0,3 мм/об.

К_v = К_мv

К_Иv К_lv

где К_мv – коэффициент учитывающий качество обрабатываемого материала.

K_Иv – коэффициент, учитывающий инструментальный материал;

K_Иv = 0,83;

K_lv – коэффициент, учитывающий глубину сверления;

K_lv = 1.

Тогда

К_v = К_мv

К_иv К_lv = 0,83 0,83 1 = 0,689

 м/мин

Определим частоту вращения шпинделя:

 об/мин

Крутящий момент и  осевая сила определяются по формулам

М_кр = 10·C_M·D^q·s^y·K_p, Нм;

Р_O = 10·Ср D^q·s^y·K_p, Н;

C_м = 0,012; q = 2,2; y = 0,8

С_р = 42; q = 1,2; y = 0,75

К_р – поправочный коэффициент.

К_р = К_мр

где К_мр = (HB/190)ⁿ =(190/220)^0,6 = 0,916

М_кр = 10·0,012·10^2,2·0,3^0,8·0,916 = 6,64 Н·м;

Р_О = 10·42·10^1,2·0,3^0,75·0,916 = 2469,45 Н.

Мощность резания рассчитываем по формуле:

 кВт

N_рез ≤ N_шп ,

где N_шп – мощность шпинделя станка, кВт.

N_шп = N_дв · η,

где N_дв – мощность двигателя станка, кВт;

η – К.П.Д. станка.