Разработка технологического процесса изготовления детали (стр. 1 )

Разработка технологического процесса изготовления детали

1 Анализ конструкции детали и требований к её изготовлению

Деталь 226.11.6175.1222.000 – «Наконечник» (рисунок 1.1) предназначена для передачи жидкости (топлива) между узлами машины. Исполнительными поверхностями (ИП) являются две внутренние пересекающиеся цилиндрические поверхности диаметром 10 мм. Основной конструкторской базой (ОКБ) является ухо, расположенное под углом 15 градусов относительно основной части детали и отверстие диаметром 6,5 мм., расположенное непосредственно на плоскости уха. Вспомогательными конструкторскими базами (ВКБ) являются цилиндрические поверхности диаметром 16,2d11, и диаметром 13f7. Остальные поверхности являются свободными (СП).

Рисунок 1.1 – Функциональное назначение поверхностей наконечника

Общий вид детали представлен на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 - Общий вид детали

1.1 Технологический контроль чертежа

Изучение чертежа детали показало:

1) На представленном чертеже достаточно видов, разрезов ,сечений, необходимых для получения однозначного представления о конфигурации данной детали;

2) Наличие размеров, указанных на чертеже, в достаточной мере дает представление о конструкции детали;

3) Шероховатость поверхностей указана с учетом условий работы детали в сборочной единице;

4) Чертеж детали также содержит сведения о: материале детали - Штамповка 20Х13 ТУ , покрытии – Химическое пассивирование.

1.2 Анализ требований к изготовлению детали

Для правильного выбора методов обработки, выбора средств технологического оснащения приводим в соответствие отдельные параметры точности.

Одним из требований служебного назначения, предъявляемых к данной детали, является обеспечение герметичности соединения топливного узла с данной деталью. Это достигается выбором посадки с зазором по цилиндрическим поверхностям.

2 Определение типа производства

Ориентировочно тип производства определяется по годовому объему выпуска и массе детали.

Заданный годовой объем выпуска детали "226.11.6175.1222.000 – Наконечник" составляет 1200 шт/год, масса детали mд = 0,142 кг. Таким образом, тип производства – мелкосерийный.

При этом типе производства используется универсальное оборудование и универсальная технологическая оснастка.

Так как тип производства – мелкосерийный, то следует определить размер партии запуска.

(1)

где а – периодичность запуска в днях (рекомендуется принимать равной 3, 6, 12, 24 дням);

254 – число рабочих дней в году;

Nвып – годовая программа выпуска, шт./год

Принимаем а = 12 дней.

Принимаем N = 57 шт.

3 Отработка конструкции детали на технологичность

Требования технологичности конструкции корпусных деталей с учетом особенностей их обработки на многоцелевых станках могут быть рассмотрены с позиции создания благоприятных условий обработки плоскостей и отверстий. Для отработки конструкции детали на технологичность применяется метод качественной сравнительной оценки /1, стр. 22/. Отработка на технологичность показывает что:

1) Конструкция детали обеспечивает недостаточно высокую прочность и жесткость ее крепления при обработке, и возникающие силы резания могут вызвать деформации нарушающие точность обработки, поэтому следует выполнить расчет усилий зажима.

2) Геометрическая форма обрабатываемых элементов детали во многом соответствует правильной геометрической фигуре.

3) Крепежное отверстие стандартной формы.

4) Конструкция детали имеет не вполне технологичные элементы, такие как цилиндрическая поверхность диаметром 13f7,что затрудняет в некоторой степени крепление и обработку детали, что решаемо с использованием специальной оснастки.

Данный качественный анализ конструкци детали 226.11.6175.1222.000‘Наконечник’,позволяет сделать вывод, что деталь достаточно технологична и не требует конструкционных изменений.

4 Выбор исходной заготовки

4.1 Определение вида исходной заготовки

Выбор вида исходной заготовки в значительной степени предопределяется конструкцией детали, ее материалом, а также характером производства.

Деталь" 226.11.6175.1222.000-Наконечник" представляет собой корпусную деталь с элементами цилиндрической формы. Материалом изготовления детали является хромистая сталь 20Х13 ТУ . Принимая во внимание тип производства, сложность конфигурации детали, требуемую точность получаемой заготовки, качество ее поверхностей и материал детали, в качестве исходной заготовки целесообразно выбрать штамповку.

4.2 Выбор метода изготовления исходной заготовки

Основной вид штамповки в среднесерийном производстве – это объемная штамповка. Объемная штамповка является современным высокопроизводительным и относительно дешевым процессом изготовления заготовок, широко распространенным в машиностроении. По сравнению с ковкой штамповка обеспечивает получение поковок с высокой точностью размеров. Она позволяет заметно уменьшить расход металла (до 40 % от массы детали). Объемная штамповка обеспечивает получение поверхности высокого качества, при этом отпадает необходимость последующей обработки резанием всей поверхности детали, резанием обрабатывают лишь те поверхности, которые в процессе работы, соприкасаются с другими деталями. Штамповка также обеспечивает получение деталей весьма сложной формы, во многих случаях недостижимой в условиях ковки без припусков. В зависимости от оборудования и от степени сложности формы заготовки имеются следующие виды объёмной штамповки: штамповка на молотах и прессах (ограничена возможность извлечения заготовки из штампа); штамповка (высадка) на горизонтально-ковочных машинах (ГКМ); штамповка на калибровочных кривошипных прессах (ККШП); и т. д.. В зависимости от типа штампа штамповка подразделяется на следующие виды: в открытых штампах; в закрытых штампах; в штампах для выдавливания.

Штамповка в закрытых штампах более рациональна, так как обеспечивает высокий коэффициент использования материала, более высокую точность и качество поковок, но для использования этого метода необходимы более точные объемы исходного материала, что усложняет задачу получения заготовки, поэтому используем штамповку в открытых штампах. Это наиболее рациональный метод для мелкосерийного производства.

Таким образом, целесообразнее выбрать штамповку в закрытых штампах на калибровочных кривошипных прессах.

4.3 Определение конфигурации и допусков исходной заготовки

Одним из этапов проектирования исходной заготовки является определение ее конфигурации. По различным причинам ряд конструктивных элементов заготовки не может быть получен при ее изготовлении. К таким элементам относятся: отверстия небольшого диаметра, ступени тел вращения при небольшом перепаде диаметров соседних ступеней, фаски, канавки, пазы, шлицы, зубья и т. п. Определение конфигурации исходной заготовки сводится к решению вопроса о целесообразности получения тех или иных ее конструктивных элементов.

После определения конфигурации назначаем допуски размеров исходной заготовки. Значения допусков требуются для правильного выбора методов обработки поверхностей детали. Предварительно на эскизе заготовки проставляем все размерные линии, однозначно определяющие ее форму. Общие припуски и допуски на механическую обработку регламентируются ГОСТ и их величины зависят от размерного класса точности отливки, наибольших габаритных размеров отливки и контрольного размера.

Рисунок 2 - Допуски размеров заготовки (поковки)

5 Проектирование технологического маршрута обработки

5.1 Выбор и обоснование технологических баз

Базирование заготовки означает лишение ее шести степеней свободы относительно выбранной системы координат, связанной со станком. Поверхности (оси, точки) заготовки, лишающие ее шести степеней свободы в процессе изготовления или ремонта, называются комплектом технологических баз.

При выборе технологических баз необходимо исходить из задач, решаемых на первой операции, – достижение требуемого положения обрабатываемых поверхностей относительно необрабатываемых и обеспечение равномерного припуска по обрабатываемым поверхностям. Выполнение на станках рабочих переходов происходит в следующей последовательности: вначале производят предварительное и окончательное фрезерование плоских поверхностей, затем обрабатывают главные отверстия, а в заключении мелкие отверстия.

Для большинства операций принимаем следующую схему базирования (рисунок 3), так как она реализует принцип постоянства баз.

Рисунок 3 - Схема базирования для большинства операций

5.2 Выбор методов и количества необходимых переходов

Выбор того или иного варианта обработки определяется следующими факторами:

- видом поверхности;

- требуемой точностью обработки;

- типом производства;

- степенью доступности поверхности;

- размерами поверхности;

- соотношением размеров поверхности.

1 Наружная цилиндрическая поверхность диаметром 13f7. Допуск на диаметральный размер для 7 квалитета составляет 30 мкм, а шероховатость не должна превышать Ra 0,8 мкм..

Для обработки поверхности 13f7 с шероховатость Ra = 0,8 можно применить следующие методы:

1) Фрезерование тонкое Ra= 1,6 – 0,8 мкм;

2) Строгание тонкое Ra=1,6 – 0,8 мкм;

3) Шлифование чистовое или однократное Ra= 1,6 – 0,8 мкм;

4) Шлифование тонкое Ra= 0,8 – 0,2 мкм.

Тонкое строгание – метод, обладающий высокой геометрической точностью плоскости, но менее производительный.

Шлифование чистовое или однократное и шлифование тонкое – метод производительный, но требуется оборудование и оснастка, а также квалификация персонала должна быть высокой.

Таким образом, для достижения конечной точности следует использовать тонкое фрезерование.

Достижение точности 7 квалитета указанным методом будет целесообразно только в том, случае, если ему будут предшествовать предварительные переходы. Перед тонким фрезерованием точность размера поверхности должна быть на 1-2 квалитета грубее. Обработку поверхности по 8-9 квалитету можно произвести следующими методами:

1)  Фрезерование чистовое Ra= 6,3 - 1,6 мкм;

2)  Фрезерование тонкое Ra= 1,6 – 0,8 мкм;

3)  Строгание чистовое Ra= 6,3 - 1,6 мкм;

4)  Торцовое точение тонкое Ra=,2 мкм;

5)  Протягивание Ra= 6,3 - 1,6 мкм;

6)  Шлифование чистовое Ra= 1,6 – 0,8 мкм.

По тем же соображениям принимаем – чистовое фрезерование.

Достижение точности 8-9 квалитета указанным методом будет целесообразно только в том, случае, если ему будут предшествовать предварительные переходы. Перед чистовым фрезерованием точность размера поверхности должна быть на 1-2 квалитета грубее. Обработку поверхности по 10-11 квалитету можно произвести следующими методами:

1)  Фрезерование черновое Ra=25-12,5 мкм;

2)  Строгание чистовое Ra=6,3-1,6 мкм;

3)  Торцевое точение чистовое или однократное Ra=25-3,2 мкм;

4)  Протягивание Ra=6,3-1,6 мкм;

5)  Шлифование предварительное Ra= 3,2 мкм.

По тем же соображениям, для обработки используется черновое фрезерование.

Таким образом, для обработки поверхности 13f7 следует применить следующие методы:

1)  Черновое фрезерование (f11, Ra= 25 – 6,3 мкм);

2)  Чистовое фрезерование (f9, Ra= 1,6 мкм);

3)  Тонкое фрезерование (f7, Ra= 0,8 мкм).

2 Для обработки фаски 2×15 градусов используем следующий метод:

1)Фрезерование чистовое Ra= 0,8 мкм

3 Наружная цилиндрическая поверхность диаметром 16d11

Так как обработка производится на сверлильно-фрезерно-расточном танке, никакие методы кроме фрезерования данной поверхности использовать не предоставляется возможности. Исходя из этого выбираем:

1)Фрезерование чистовое d11 Ra=6.3

Во всех последующих фрезерных операциях используется чистовое фрезерование, за исключением отверстий которые обрабатываются сверлением.

5.3 Определение последовательности выполнения переходов

После определения технологических баз, выбора методов и числа переходов обработки каждой поверхности необходимо наметить общую последовательность обработки детали.

Последовательность переходов составляем в соответствии с типовой последовательностью выполнения обработки корпусных деталей: подготовка технологических баз – обработка плоскостей, далее следует обработка прочих поверхностей, черновая и чистовая обработка главных отверстий, обработка крепежных отверстий.

Последовательность обработки детали:

1) Чистовое фрезерование торцев;

2) Черновое фрезерование цилиндрической поверхности 24×13 ;

3) Чистовое фрезерование цилиндрической поверхности 24×13;

4) Тонкое фрезерование цилиндрической поверхности 24 ×13;

5) Чистовое фрезерование фаски 2×45˚;

6) Центрование отверстия диаметром 10 мм;

7)Сверление отверстия диаметром 10 мм;

8) Фрезерование отверстия диаметром 10 мм;

9)Центрование отверстия диаметром 6,5 мм;

10) Сверление отверстия диаметром 6,5 мм;

11) Центрование отверстия диаметром 10 мм;

12) Сверление отверстия диаметром 10 мм;

13) Чистовое фрезерование галтели R=0,4 мм;

14) Чистовое фрезерование конусной поверхности;

15) Чистовое фрезерование цилиндрической поверхности диаметром 16 мм;

16) Чистовое фрезерование цилиндрической поверхности 16,2d11;

17) Однократное фрезерование квадрата 22×22 мм;

18) Сверление двух отверстий диаметром 1,2 мм;

19) Чистовое фрезерование шестигранника;

20)Нарезание резьбы М16×1LH-6e;

5.4 Формирование маршрута изготовления детали

Так как деталь обрабатывается за одну установку, объединяем все вышеуказанные переходы в операцию 005 Сверлильно-фрезерно-расточную с ЧПУ.

5.5 Выбор средств технологического оснащения операций (оборудования, инструмента, приспособлений)

Выбор оборудования, осуществляют, учитывая характер и тип производства, методы достижения заданной точности при обработке, соответствия типовых размеров станка, размерам обрабатываемой детали. Технические характеристики, отвечающие требуемым режимам обработки. Группируют необходимые информационно - измерительные связи. Возможность оснащения оборудования высокопроизводительной оснасткой, а также средствами механизации и автоматизации, а именно автоматическая смена инструмента, при этом обеспечивают требуемую емкость инструментального магазина. Должна рассматриваться возможность встраивания оборудования в автоматическую линию, доступность автоматизации загрузки и разгрузки заготовок промышленным роботом.

Эти условия и требования обеспечивает вовлечение в технологический процесс мехатронного оборудования, а так же станков с ЧПУ.

Привлечение такого оборудования в условиях мелкосерийного и серийного типов производства, а также возможность автоматизации технологического производства и развитие информационных - вычислительных магистралей, с помощью которых управляется это оборудование.

К многооперационным станкам предъявляются следующие требования:

- соответствие габаритов рабочего пространства;

- конструкция станка должна учитывать возможность выполнения большой номенклатуры технологических операций обработки за один установ изделий и возможность обработки с 5-ти сторон;

- многооперационный станок должен быть снабжен инструментальным магазином, осуществляющим автоматическую смену режущего инструмента и обладать достаточной емкостью позиций установки инструмента в накопителе;

- наличие системы ЧПУ, которая обеспечит необходимое изменение скорости вращения шпинделя, величины рабочей подачи и скоростей холостого хода, а также управление устройств электроавтоматики станка.

- высокую точность позиционирования, а, следовательно, определенную величину дискретности;

Выше перечисленным требованиям полностью отвечает оборудование, применяемое в проектируемом технологическом процессе.

Для обработки данной детали принимаем станок сверлильно-фрезерно-расточной с ЧПУ модели 500VS.

Рисунок 5 – Компоновка станка 500V/5

Технические характеристики:

Параметры стола

Размеры поверхности стола, мм 500

Размеры Т-образных пазов, мм 18Н11

Количество Т - образных пазов стола 8

Наибольшее расстояние от торца шпинделя до стола, мм 600

Наибольшее расстояние от торца шпинделя до оси стола, мм 610

Наибольшая частота вращения стола, об/мин А-20; С-20(400**)

Наибольший крутящий момент, Н*м А-3000; С-3000(500**)

Максимальный угол поворота по оси А, град 180(+90/-90)

Шпиндель

Конус шпинделя SK 40 (HSK 63A)*

Число ступеней частот вращения шпинделя регул. бесступ.

Диапазон частот вращения шпинделя, об/мин

Номинальный крутящий момент на шпинделе, Н*м 76

Номинальная мощность главного привода, кВт 22,5

Перемещения

Наибольшие перемещения по осям, мм

- продольное перемещение салазок (Х), мм 650

- поперечное перемещение колонны (Y), мм 500

- вертикальное перемещение шпиндельной бабки (Z),мм 600

Точность позиционирования, мм ±0,005/0,006

Число одновременно управляемых осей координат 4(5)*

Диапазон рабочих подач по координатам, мм/мин 1…15000

Скорость быстрого перемещения по всем осям, м/мин 15…30

Скорость быстрого перемещения по координатам Х, Y,Z, мин…50

Инструментальный магазин

Ёмкость инструментального магазина, шт. 24

Время смены инструмента, с 7

Наибольший диаметр инструмента, мм 100

Наибольшая длина инструмента, устанавливаемого в шпинделе станка, мм 250

Наибольшая масса оправки, устанавливаемойи в магазине, кг 8

Система ЧПУ SIEMENS SINUMERIK 840D

Прочие характеристики

Габаритные размеры, мм 2310х3530х3200

Масса, кг 10500

При выборе режущего инструмента необходимо обеспечить наибольшую производительность обработки, требуемую шероховатость обработанных поверхностей детали. Необходимо шире использовать сборный инструмент, оснащенный многогранными неперетачиваемыми пластинами с механическим креплением [Sandvik Coromant].

Режущий инструмент представлен в таблице 1.

№ операции	№ перехода	Наименование	Обозначение корпуса режущего инструмента	Обозначение пластины	Обозначение вспомогательного оборудования
005	1	Фреза	R390-020C3-11L050	R390-11T308E-PLW	41005CG-6
	2	Фреза	R216.T4-10030CAS14N	GC1640	41005CG-6
	3	Фреза	R216.T4-10030CAS14N	GC1630	41005CG-6
	4	Фреза	R216.T4-10030CAS14N	GC1620	41005CG-6
	5	Фреза	R215.AC25G	-	41005CG-6
	6	Центровочное сверло	02	-	A1B14
	7	Сверло	R-A1A	-	A1B14
	8	Фреза	R216F-10A12C-053	RE-L	41005CG-6
	9	Сверло	01	-	A1B14
	10	Сверло	R-A1A	-	A1B14
	11	Сверло	2	-	A1B14
	12	Сверло	R-A1A	-	A1B14
	13	Фреза	R216.T4-10030CAS14N	GC1630	41005CG-6
	14	Фреза	R215.DAC02G	-	41005CG-6
	15	Фреза	R216.T4-10030CAS14N	GC1630	41005CG-6
	16	Фреза	R216.T4-10030CAS14N	GC1630	41005CG-6
	17	Фреза	R216.T4-10030CAS14N	GC1630	41005CG-6
	18	Сверло	R-A0B	-	A1B14
	19	Фреза	R216.T4-10030CAS14N	GC1630	41005CG-6
	20	Фреза	L217.AC11	-	41005CG-6

Таблица 1 – Режущий инструмент