1. ОБЩАЯ ЧАСТЬ
1.1 Общее назначение узла, детали
В бакалаврской работе рассматривается деталь – Зубчатое колесо узла правой опоры ходового винта. Деталь «Зубчатое колесо настройки привода винта» служит для настройки шагового двигателя привода ходового винта при сборке станка и ручного перемещения ходового винта при ремонте.
1.2 Определение типа производства
Тип производства – организационно-технологическая характеристика производственного процесса, которая во многом определяет результаты проектирования процесса изготовления детали.
Для того, чтобы определить тип производства, необходимо рассчитать такт выпуска и коэффициент закрепления операций.
Тип производства зависит от объема выпуска и трудоемкости изготовления детали.
На основании исходных данных:
- масса детали 0,4 кг;
- производственная программа: 5000 штук в год.
Предварительно (табл.1.1) определяем тип производства как среднесерийный.
По данным, полученным при расчете технических норм времени, можно будет проверить предварительно выбранный тип производства.
В серийном производстве изготовляют партии деталей и серии изделий, регулярно повторяющиеся через определенные промежутки времени. Серийное производство многономенклатурное; его характерный признак – выполнение на большинстве рабочих мест по нескольку периодически повторяющихся операций. На линии поточного производства обработанные заготовки или собранные узлы выпускаются через строго определенный интервал времени, называемый тактом выпуска.
N = 5000 шт – производственная программа, шт. в год
Имеется 2-х сменный график работ, следовательно, действительный фонд времени Фд=4015 часов.
Величину такта выпуска определяем по формуле:
(мин./шт.),
Тип производства определяется по коэффициенту закрепления операций,
, где
=84,9 мин. - среднее время операций механообработки.
Если – производство массовое;
- крупносерийное;
- серийное;
- мелкосерийное;
- единичное.
Исходя из вышесказанного, делаем вывод: производство, рассматриваемое в данном проекте - крупносерийное.
Таблица 1.1.
Масса детали, кг. Тип производства
Единичное Мелкосерийное Среднесерийное,103 Крупносерийное, 103 Массовое
Количество деталей, шт.
<1,0 <10 10…2000 1,5…100 75…200 >200000
1,0…2,5 <10 10…1000 1…50 50…100 >100000
2,5…5,0 <10 10…500 0,5…35 35…75 >75000
5,0…10 <10 10…300 0,3…25 25…50 >50000
>10 <10 10…200 0,2…10 10…25 >25000
1.3 Расчет количества деталей в партии
Годовая программа: N = 5000 шт/год
В месяц: 417 штук
Установленный размер партии определяем по формуле:
i – количество смен,
k – время хранения деталей на складе сборочного цеха,
примем k = 5.
N – программа выпуска деталей,
N = 5000 шт/год;
Ф – годовой фонд времени работы оборудования,
Ф = 4140 ч.
шт.
\\\\\\\
2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
2.1 Анализ технологичности детали, требований на изготовление
Деталь имеет простую конструкцию, так как состоит из прямых и цилиндрических поверхностей.
При механической обработке соблюдается последовательность баз. При каждой новой установке деталь базируется по тем же базам, что и при предыдущей обработке, либо по наиболее чисто обработанным поверхностям.
При обработке не затруднен ввод-вывод режущего инструмента. Все геометрические размеры унифицированы, что позволяет использовать стандартный режущий инструмент. Деталь подвергают термической обработке (улучшению).
В базовом варианте в качестве заготовки используют прокат O85х40, а в проектируемом варианте в качестве заготовки выбрана штампованная поковка, что позволило добиться более точного изготовления, лучшей чистоты поверхности, повышения КИМ.
Деталь технологична, так как может быть обработана на универсальном оборудовании с использованием стандартного режущего инструмента на универсальных приспособлениях.
При изготовлении данной детали необходимо выполнить следующие технические требования:
1. Деталь выполнить из стали 40Х;
2. Допуск соосности O35Е9 и O40Н7 в пределах 0,03 мм;
3. Внешний окружной модуль me = 2;
4. Число зубьев z = 30;
5. Тип зуба – прямой;
6. Исходный контур – ГОСТ 13754-81;
7. коэффициент смещения x = 0;
8. Степень точности по ГОСТ 1758-81 – 9-В;
9. Внешняя постоянная хорда зуба Sce = 2,26;
10. Высота до внешней постоянной хорды зуба hce = 0.788;
11. Межосевой угол передачи ? = 90°;
12. Внешняя высота зуба he = 4.4;
13. Выдержать точность отверстия O35Е9;
14. Выдержать точность отверстия O40Н7;
15. При нарезании резьбы выдерживать точность M10-7H;
16. При сверлении отверстий под резьбу выдержать размер 32±0,2;
17. Категория поверхностей: наружных -2, внутренних -3;
18. Выдержать параметры шероховатости, указанные на чертеже;
19. Учесть что остальные размеры H14, h14, ±IT/2;
20. Маркировать обозначение детали на бирке;
21. Покрытие – Хим.Окс.прм.
Изготовление детали необходимо вести строго по разработанной технологии с соблюдением всех поставленных требований. Использовать следует назначенное оборудование и режимы резания, соблюдать установочные базы. Использовать следует назначенный инструмент.
2.2 Анализ базового варианта технологического процесса.
Таблица 2.1. – Базовый вариант технологического процесса изготовления детали «Зубчатое колесо настройки привода винта»
001
020
Заготовительная
Вертикально-сверлильная
Сверлить отверстие O30 вместо O35Е9 и O40Н7
Вертикально-сверлильный станок модели 2А150 Данную операцию можно исключить, т.к. отверстие формируется при штамповке. Станок 2А150 также можно исключить
030 Токарная
Подрезать торец O61,074 в размер 36,5 вместо 35,117
Обточить диаметр O63 вместо O61,077 на l=17 с подрезкой торца O82/ O61,074 в размер 17
Токарный станок модели 1К62 Данную операцию целесообразней производить на токарно-винторезном станке с ЧПУ модели 16К20Т1, дополнив операцией чернового растачивания отверстия.
От станка 1К62 можно отказаться
040 Токарная с ЧПУ
Подрезать торец O82 в размер 35,5 вместо 35,117*
Обточить O82 окончательно
Обточить фаску 1х45° на O82
Расточить отверстие O35Е9 до O34,85
Расточить отверстие O40Н7 до O39,8 на l=22
Расточить фаску 1х45° в отверстии O35Е9 и O40Н7
Развернуть отверстие O35Е9
Расточить отверстие O40Н7 с подрезкой торца O40Н7 в размер 22
Токарно-винторезный станок модели 16К20Т1 Данная операция технологичная.
050 Токарная с ЧПУ
Подрезать торец O61,074 в размер 35,117-0,1 технологически
Подрезать торец O82 в размер 18
Обточить фаску под углом 30° на l=3
Обточить O61,074 до O61,074h8 технологически
Токарно-винторезный станок модели 16К20Т1 Данная операция технологичная.
060 Горизонтально-фрезерная
Фрезеровать паз b=3 на l=22
Горизонтально-фрезерный станок модели 6Р82Г Данную операцию целесообразно соединить с операцией 080
080 Горизонтально-фрезерная
Фрезеровать две плоскости и два паза в размер 54 с переустановом
Горизонтально-фрезерный станок модели 6Р82Г Данную операцию целесообразнее выполнять на обрабатывающем центре ИР320ПМФ4 и разработать специальное зажимное приспособление
100 Вертикально-фрезерная
Фрезеровать уступ по R=14, выдержав размер 8
Переустановить деталь с поворотом на 180° и базированием по пазу b=3
Фрезеровать 2-й уступ по R=14, выдержав размер 8
Вертикально-фрезерный станок модели 6Р13 Данную операцию целесообразнее выполнять на обрабатывающем центре ИР320ПМФ4
110
Вертикально-фрезерная
Фрезеровать уступ по R=14, выдержав размер 12
Переустановить деталь с поворотом на 180° и базированием по пазу b=3
Фрезеровать 2-й уступ по R=14, выдержав размер 12
Вертикально-фрезерный станок модели 6Р13 Данную операцию целесообразнее выполнять на обрабатывающем центре ИР320ПМФ4
130 - 150 Вертикально-сверлильная
Сверлить отверстие O11 на l=10
Сверлить отверстие O8,5Н12 под резьбу М10-7Н
Переустановить деталь с поворотом на 180° и базированием по пазу b=3
Сверлить отверстие O11 на l=10
Сверлить отверстие O8,5Н12 под резьбу М10-7Н
Притупить острые кромки
Нарезать резьбу М10-7Н в отверстии O8,5Н12
Переустановить деталь
Нарезать резьбу М10-7Н во 2-м отверстии O8,5Н12
Вертикально-сверлильный станок модели 2Н125 Данную операцию целесообразнее выполнять на обрабатывающем центре ИР320ПМФ4
160 Токарная с ЧПУ
Обточить конус под угол 63°26’
Обточить конус под угол 26°34’
Обточить O54 с подрезкой торца O82 в размер 18
Расточить фаску под угол 26°34’ в размер 5 мм
Расточить фаску 1х45° в отверстии O35Е9
Токарно-винторезный станок модели 16К20Т1 Данная операция технологична
170-180 Зубострогальная
Строгать зубья me = 2 и z = 30 предварительно до размера 2,8
Строгать зубья me = 2 и z = 30 окончательно
Зубострогаль-ный станок модели 5236П Данная операция технологична
200 Вертикально-фрезерная
Фрезеровать паз b=3 R=62.5
Переустановить деталь
Фрезеровать 2-й паз b=3 R=62.5
Вертикально-фрезерный станок модели 6Р13 Данную операцию целесообразнее производить на горизонтально-фрезерном станке модели 6Р82Г, что позволить отказаться от станка 6Р13
220 Промывочная
230 Маркировочная
240 Контрольная
250 Транспортная
260 Гальваническая (оксидирование)
270 Транспортная
2.3 Выбор способа получения заготовки и определение ее размеров
Деталь – зубчатое колесо настройки привода винта
? длина – 82 мм;
? ширина – 54 мм;
? высота – 35,117 мм.
Имеется отверстие O35.
Деталь изготавливается из стали 40Х.
Таблица 2.2 - Химический состав стали 40Х ГОСТ 4543
Марка стали Содержание компонентов, %
С Si Mn Cr Ni Cu S P
не более
40Х 0,36-0,44 0,17-0,37 0,5-0,8 0,8-1,1 0,3 0,3 0,035 0,035
Таблица 2.3 - Механические свойства стали 40Х ГОСТ 8479-70
?В, МПа
не менее ?0,2, МПа
не менее ? 5, % Твердость, НВ KCU , Дж/см
570 315 18 174-217 59
На базовом предприятии используется прокат O85 мм. Он характеризуется следующими показателями:
Квалитет точности IT15 ГОСТ 25346-89;
Шероховатость Rz 40 ГОСТ 2789-73;
Величина припусков на механическую обработку 1,5-14 мм
КИМ – 0,24
Анализ заготовки базового предприятия и технической литературы показывает, что при использовании проката объем механической обработки достаточно большой.
При годовой программе 5000 штук в год, рационально применять вместо проката штампованную поковку. Тогда заготовка будет иметь следующие показатели:
Квалитет точности IT15 ГОСТ 25346-89;
Шероховатость Rz 40 ГОСТ 2789-73;
Величина припусков на механическую обработку 1,1-1,3мм (См. ниже расчет припусков);
КИМ – 0,42.
Таким образом, в качестве заготовки выбираем горяче-штампованную поковку, выполненную в закрытом штампе на КГШП.
Расчетная масса поковки определяется исходя из ее номинальных размеров. Ориентировочную величину расчетной массы поковки Мп.р. вычисляем по формуле:
где Мд – масса детали;
Кр – расчетный коэффициент, устанавливаемый в соответствии с таблицей 26 [4].
Выбираем класс точности штамповки и деформирующее оборудование, применяемое для изготовления заготовок по таблице 25 [4]. Данные о применяемом оборудовании и классе точности поковки сведены в сведены в таблицу 2.4:
Таблица 2.4 Деформирующее оборудование и класс точности поковки
Основное деформирующее оборудование, техпроцессы Класс точности
Кривошипный горячештамповочный пресс Т3
Определяем ориентировочную массу заготовки:
Основные конструктивные характеристики заготовки сведены в таблицу 2.5.
Таблица 2.5 - Конструктивные характеристики поковки
Конструктивная характеристика поковки Обозначение конструктивных характеристик Определение конструктивных характеристик
1. Класс точности Т3 Третий класс точности
2. Группа стали М2 Сталь с массовой долей углерода свыше 0,35% до 0,65% включительно.
3. Степень сложности С2 Определяем по табличному коэффициенту исходя из отношения веса поковки к весу фигуры, в которую вписаны размеры заготовки:
Размеры описывающей поковку фигуры (цилиндр):
диаметр 86,1 мм (82*1,05)
высота 36,75 (35*1,05)
Масса описываемо фигуры (расчетная):
;
4. Конфигурация поверхности разъема штампа П Конфигурация поверхности разъема штампа – плоская.
Исходный индекс для последовательного назначения основных припусков и допускаемых отклонений определяется в зависимости от массы заготовки, марки стали, степени сложности и класса точности поковки по таблице 27 [1].
Исходный индекс: 8.
Допуски и допускаемые отклонения линейных размеров поковок назначаются в зависимости от исходного индекса и размеров поковки по таблице 28 [1]:
допуск на диаметр: 1,2;
допуск на длину: 1,0;
общий припуск на диаметр: 1,3 мм на сторону;
общий припуск на длину: 1,1 мм на сторону.
Определим допуски линейных размеров, определяем припуски и размеры заготовки.
Размеры наружных поверхностей заготовки определяют по формуле:
;
размеры внутренних поверхностей
где - размер поверхности по чертежу детали, мм;
- общий припуск на обработку данной поверхности, мм.
Результаты расчета размеров заготовки сведены в таблицу 2.6.
Таблица 2.6 - Размеры заготовки
Размер детали Адет, мм Общий припуск z0 Размер заготовки Азаг, мм Номер стандарта на общий припуск
односторонний двухсторонний
35 1,3+0,1 2,8 38 ГОСТ 7505
18 1,1 2,2 20,5 ГОСТ 7505
O82 1,3 2,6 O85 ГОСТ 7505
O35 1,1 2,2 O32,5 ГОСТ 7505
O61 1,3 2,6 O64 ГОСТ 7505
Радиус закругления наружных углов – 2 мм;
Допускаемые отклонения размеров:
диаметр 82 мм -
диаметр 35 мм -
диаметр 61 мм -
размер 35 мм -
размер 18 мм - ;
Неуказанные предельные отклонения размером - 1,5Т (допуска) соответствующего размера поковки;
Допуски радиусов закруглений – 0.5;
Допускаемое отклонение от плоскостности – 0,5 мм;
Допускаемое отклонение от концентричности пробитого отверстия относительно внешнего контура поковки – 0,6 мм.
2.3.1 Расчет коэффициента использования материала.
Одним из технико-экономических показателей при выборе заготовки является коэффициент использования материала, определяемый по формуле:
,
где М – масса готовой детали, кг (по чертежу детали);
Мзаг – масса заготовки, кг.
Определяем коэффициент массы используемого материала:
Таблица 2.7 - Технико-экономические показатели изготовления заготовки
Показатели ед. изм. Базовая технология Принятая технология
Масса детали кг 0,4 0,4
Масса заготовки кг 1,68 0,96
Вид заготовки - Прокат Штампованная поковка
Квалитет точности ГОСТ 25346-89 - IT15 IT15
Параметр шероховатости ГОСТ 2789 Rz, мкм 40 40
Величина припусков на механическую обработку
на диаметр мм 1,5-14 1,3
на длину мм 1,5 1,1
КИМ - 0,24 0,42
Экономия металла:
на одной заготовке
на годовой программе
кг
-
-
0,72
3600
Экономия денежных средств:
на одной заготовке
на годовой программе
тыс.
руб.
-
-
0,022
108
2.3.2 Расчет стоимости заготовки и детали
Стоимость изготовления детали устанавливают по данным расчета стоимости 1т готовых деталей, которую определяют по формуле:
где: Сз — стоимость 1 т фасонных заготовок (отливок, поковок, штампованных поковок и др.), подвергаемых механической обработке путем снятия припусков, руб.;
? — коэффициент использования основного материала фасонной заготовки, определяемый отношением массы детали к массе ее заготовки;
А - текущие расходы на срезание 1 т стружки при механической обработке заготовок путем снятия припусков, руб.;
В - заготовительная цена 1 т стружки, получившейся в результате обработки заготовок, руб.;
m — коэффициент полноты сбора и утилизации стружки, образующейся при обработке заготовок;
где: а - расходы на механическую обработку одной фасонной заготовки, руб.;
Мд - масса детали, определяемая ее объемом по чертежу и плотностью материала детали, кг;
Мз - масса заготовки, определяемая ее объемом по чертежу и плотностью материала заготовки, кг.
Стоимость одной заготовки (Сз1) и одной детали (Cд1):
;
Стоимость заготовок и деталей представленные в расчете без НДС.
Стоимость на базовом заводе:
В = 4000 руб. m = 0,82 а1 = 70 руб.
руб.
руб.
руб.
руб.
Стоимость по проекту:
В = 4000 руб.
m = 0,86
руб.
руб.
руб.
руб.
руб.
Вывод: анализ технико-экономических показателей производства заготовок показывает, что выбранная заготовка и способ ее получения более эффективен, в отличие от технологии их изготовления на базовом заводе по следующим показателям:
— снижена масса заготовки;
— повышен коэффициент использования материала;
— получена экономия материала 3,6 т;
— получена экономия денежных средств 108 тыс. руб.
2.4 Расчет припусков, промежуточных и окончательных размеров заготовки.
Отверстие ?25Н7.
Припуск будем считать по следующей формуле:
мкм, где
Zmin – минимальный припуск на сторону, мкм;
Rzi-1 – шероховатость на предыдущем переходе, мкм;
hi-1 – глубина дефектного слоя на предыдущем переходе (для серого чугуна после первого перехода она исчезает), мкм;
??i-1 – суммарная погрешность на предыдущем переходе, мкм;
?yi – суммарная погрешность установки заготовки. Равна векторной сумме погрешности базирования Еб, погрешности приспособления Епр и погрешности закрепления Езакр.
Суммарная погрешность считается по формуле: ??i = , где
?кор – погрешность, вызванная короблением заготовки;
?смещ – погрешность, вызванная смещением двух полуформ;
l – наибольшая длина, на которой происходит коробление.
Для первого перехода Rz + h = 600 мкм, берем по справочнику для штамповки на КГШП.
?кор = 0,3-1,5 мкм/мм, также по справочнику.
?смещ = 0,6 мм по ГОСТу для штамповки.
Наибольшее коробление будет в середине штампованного отверстия отверстия 25Н7, т.е. на длине 52,5. Таким образом, ??i будет равна:
??i = мкм.
Еу для данной операции будет равна нулю, т.к. установочные базы при установке детали на приспособление совпадают с технологическими. Поэтому погрешность установки складывается только из погрешности базирования (?20 мкм) и погрешности самого приспособления (?20 мкм).
Еу =
Таким образом, получаем общий припуск на сторону для первого перехода:
2*Zmin = 2*(600 + )
2*Zmin = 2*1202 мкм.
По аналогии рассчитаем припуски для последующих переходов. При этом учтем, что суммарная погрешность заготовки на последующем переходе будет равна погрешности на предыдущем переходе, умноженной на коэффициент уточнения Ку (черновое точение -0,06мкм; чистовое точение – 0,04мкм; черновое шлифование – 0,06мкм, получистовое шлифование – 0,05мкм).
