План технологического процесса изготовления детали авиационного двигателя
Министерство образования и науки,
молодежи и спорта Украины
Национальный аэрокосмический
университет
им. Н.Е. Жуковского "ХАИ"
ПЛАН ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛИ АВИАЦИОННОГО ДВИГАТЕЛЯ
Расчетно-пояснительная записка к
домашнему заданию
по дисциплине: "Технология
АДС"
Выполнил: студент гр.244
Семакин М.С.
Руководитель: доцент каф. 204
Нижник С.Н.
Харьков 2013
Содержание
Введение
1. Анализ рабочего чертежа детали
1.1 Назначение детали, схема силового нагружения, условия работы
2. Определение показателей технологичности детали
2.1 Качественная оценка
2.1.1 Технологичность по механической обработке
2.1.2 Технологичность по точности, шероховатости поверхностей
2.1.3 Технологичность по простановке размеров
2.1.4 Технологичность относительно потребности в специальных
инструментах и технологической оснастке
2.1.5 Технологичность по материалу
2.2 Количественная оценка
3. Определение и обоснование вида начальной заготовки, метода и
оборудования для её изготовления
4. Расчет и оптимизация потребного количества операций
формообразования элементарных цилиндрических и плоских
поверхностей-представителей детали
5. Выбор и технико-экономическое обоснование этапов
технологического процесса, комплектов технологических баз, схем базирования детали,
методов и последовательности формообразования поверхностей-представителей
6. Разработка, обоснование, оптимизация и оформление сводной карты
и предварительного плана технологического изготовления детали
7. Расчет припусков на обработку операционных размеров-диаметров
заданных цилиндрических поверхностей вращения расчетно-аналитическим методом
Заключение
Список использованной литературы
Введение
В процессе развития человеческого общества, его научной мысли
возникает необходимость в изготовлении новых видов продукции, а также всегда
актуальным является повышение производительности и повышение степени
автоматизации при производстве уже выпускаемых изделий, что позволяет уменьшить
затраты труда. Указанные задачи могут быть выполнены только посредством применения
новых технологических процессов и нового оборудования, необходимого для их
выполнения. Это и является основным направлением развития технологии
машиностроения.
Технология машиностроения является комплексной инженерной и
научной дисциплиной, которая, являясь прикладной наукой, тем не менее, имеет
большую теоретическую основу. Данная дисциплина рассматривает вопросы жесткости
технологической системы и точности процессов обработки, рассеяния размеров
обрабатываемых заготовок, погрешностей оборудования и технологической оснастки,
влияния механической обработки на физико-механические свойства деталей,
назначения припусков на механическую обработку и режимов резания, теории
базирования, технологической наследственности т.д.
Производство различных объектов народного хозяйства имеет
свои особенности. Для технологии авиадвигателестроения характерны высокие
требования к точности и качеству поверхностей, ограничения по весу, низкая
жесткость деталей. Узлы и агрегаты авиационного двигателя работают в условиях высоких
температур, воспринимают большие нагрузки. В силу этого, для их изготовления
необходимо применение высокопрочных, жаростойких, способных работать в
агрессивных средах, жаропрочных материалов. Металлы и сплавы, отвечающие
указанным требованиям, обладают низким коэффициентом обрабатываемости,
некоторые из них не могут быть подвергнуты лезвийной обработке, что требует
инновационного подхода к разработке технологических процессов. Эти и другие
факторы характеризуют авиадвигателестроение как наиболее высокотехнологичную и
наукоемкую отрасль машиностроения.
1. Анализ
рабочего чертежа детали
Рабочий чертеж детали является основным документом для
контроля и приемки изготовленных деталей. На рабочем чертеже указывается
материал детали, проставляются допуски на изготовление, шероховатость
поверхностей, в технических условиях указывается группа контроля,
термообработка и твердость материала, покрытия и прочие специфические
требования. Для ответственных деталей в технических условиях указываются также
физико-механические свойства сердцевины и поверхностного слоя, применяемые
методы улучшения прочностных свойств с целью повышения надежности и
долговечности детали. Указываются также методы и способы контроля, как наружных
поверхностей, так и внутренней структуры материала детали.
В качестве исходной информации для выполнения домашнего
задания был задан чертеж детали "Направляющая" на листе формата А2. Он
представляет чертеж направляющей, выполненный в двух проекциях и три дополнительных вида.
Одним из пунктов настоящего задания был перевод чертежа в
электронный вид и его выполнение в соответствии с требованиями действующих
ГОСТов.
Рисунок 1.1 - Эскиз "Направляющей".
1.1
Назначение детали, схема силового нагружения, условия работы
Деталь "Направляющая" является составной частью
агрегата ГП25 (привод генератора) и представляет собой не осесимметричную
деталь, ограничивающуюся простыми фигурами геометрическими (цилиндр.),
плоскостей в виде контуров, получаемых точными обрабатывающими свойствами.
Предназначен для выработки трехфазного переменного тока стабильной частоты в
первичной системе электроснабжения объекта на всех режимах работы изделия.
Привод генератора (ГП25), состоящий из генератора и привода,
предназначен для выработки постоянной частоты тока, вне зависимости колебаний,
частоты оборотов ротора авиадвигателя. Наличие постоянства частоты тока
вырабатываемых агрегатом гарантирует качественные показатели приборов самолета,
что позволяет пилотам принимать верные решения.
Простановка конструкторских размеров для основных
поверхностей выполняют так, что позволяет реализовать принцип совмещенных
базирований.
Основные технические данные ГП25:
Частота вращения входного вала, об/мин 4340-8680;
Частота тока, Гц 396-404;
Мощность, кВт 30;
Высотность, м, не более 30000;
Температура окружающей среды, ?С 40…+215;
Рабочая жидкость масло НПМ-10
Рис. 1. Схема силового нагружения "Направляющей"
2.
Определение показателей технологичности детали
К анализу технологичности приступают после назначения типа
производства, так как каждому из них свойственны свои способы получения
заготовок и методы их обработки. Качественную оценку технологичности детали
проводят по материалу, геометрической форме, качеству поверхностей, по
простановке размеров, по механической обработке, необходимости специального
инструмента и технологической оснастки, а также по возможным способам получения
заготовки. Количественную оценку проводят по абсолютным и относительным
показателям. В первую очередь устанавливают показатели, такие как: коэффициенты
использования материала, точности обработки, шероховатости поверхности, а также
трудоемкость изготовления, технологическую себестоимость.
Следует иметь в виду, что при оценке технологичности в расчет
принимается снижение трудоёмкости изготовления и себестоимости детали,
обусловленное только изменением конструкции детали, точности и шероховатости
обрабатываемых поверхностей. Изменение значений трудоёмкости и себестоимости
детали, полученное в результате усовершенствования технологического процесса
изготовления и не обусловленное повышением технологичности детали, при расчетах
такого рода не учитывается.
2.1
Качественная оценка
Требования минимальной массы и габаритов детали обусловили
выполнение большого количества внутренних поверхностей. С точки зрения
жесткости и прочности конструкции форма детали и соотношение размеров элементов
достаточно рациональны.
"Направляющая" привода генератора представляет
собой тело вращения сложной формы, которая имеет поверхности, представляющие
собой: не симметричную плоскость, пазы, канавки, фаски и отверстия. В общем,
точность и шероховатость поверхностей детали не высоки.
Поверхности подвергаются в основном только токарной и
шлифовальной обработкам. Деталь не имеет труднодоступных для обработки
поверхностей. Точность неуказанных поверхностей ограничивается 12 квалитетом, а
шероховатость составляет Rа 10. Указанные на чертеже радиальные биения поверхностей
составляет 0,05 мм. С целью обеспечения заданных требований применяются
шлифовальные и полировочные операции.
2.1.1
Технологичность по механической обработке
При изготовлении данной детали используется достаточно
большое количество разнообразных технологических операций, которые и позволяют
получить из заготовки готовую деталь.
Заготовка выполнена с максимальным приближением размеров и
формы к готовой детали, что требует снятия сравнительно небольших припусков и
уменьшает нужное количество переходов. Деталь имеет форму ступенчатого
пустотелого вала с уменьшением диаметров от одного торца к другому, что
позволяет упростить механическую обработку и последующий контроль.
В целом формы детали достаточно просты и удобны для
изготовления. Большую часть поверхностей детали можно получить токарной
обработкой при использовании стандартных резцов разных видов. Отверстия в теле
детали выполняются стандартным инструментом, размещение их удобно, к ним
обеспечены хорошие подходы, т.е. их получение не связано с какими-нибудь
значительными трудностями. Наиболее сложным элементом детали являются наружная
поверхность и внутренние пазы с достаточно высокой точностью и низкой
шероховатостью поверхности, для их изготовления требуется применять
сравнительно низко производительный метод - шлифование и протягивание на
соответствующих станках.
В целом деталь можно отнести к не технологичным из-за
сравнительно высокой сложности форм и потребности в специальном инструменте, а
также благодаря трубчатой конструкции детали, благодаря чему возможно
возникновение коробления при термообработке, а значит, появляется потребность в
специальном контрольном и другом инструменте и оснастке.
2.1.2
Технологичность по точности, шероховатости поверхностей
Наличие поверхностей высокой точности с повышенными
требованиями к шероховатости: поверхность пазы 11 (шириной 2Н7), поверхность 2
(Ø23g5), внутренние торцы, пазы, канавки, наружная цилиндрическая
поверхность, их шероховатости Ra2,5, Ra1,25, Ra0,32 (соответственно) усложняют технологический
процесс изготовления направляющей. Это приводит к необходимости вводить
дополнительные технологические операции, удлинять цикл обработки, что приводит
к увеличению трудоёмкости и себестоимости изготовление детали.
2.1.3
Технологичность по простановке размеров
На чертеже детали конструктором проставлены собственные
размеры детали с учетом отклонений и погрешностей. Простановка размеров на
чертеже комбинированная - от одной базы. Это отвечает принципу совмещения баз,
что позволяет говорить о технологичности детали по этому параметру.
2.1.4
Технологичность относительно потребности в специальных инструментах и
технологической оснастке
Для изготовления данной детали требуется достаточно широкая
номенклатура инструмента. Большинство - это стандартные резцы, сверла, фрезы,
протяжной, шлифовальный инструмент. Но ряд элементов детали требуют
специального инструмента. К ним относятся:
деталь авиационный двигатель оборудование
канавки под выход шлифовального круга - требуют специальных
фасонных резцов;
плавные переходы между поверхностями - требуют резцов или
шлифовальных кругов с заданным радиусом закругления;
При изготовлении направляющей не требуется большое количество
специальной оснастки (всего кондукторное устройство при сверлении). Это не
повышает стоимость и не снижает технологичность детали.
В целом деталь относится к деталям средней технологичности и
может быть изготовлена в больших количествах в условиях серийного производства.
2.1.5
Технологичность по материалу
Условия работы детали обусловили выбор материала детали. В
качестве материала направляющей выбран сплав АК4-1
Сплав АК4-1 ГОСТ 4784-97 - жаропрочные
сплавы типа АК4-1 системы А1-Сu - Mg-Fe-Ni по химическому и фазовому составам
весьма близки к дуралюминам, но вместо марганца в качестве легирующих элементов
содержат железо и никель.
Сплавы хорошо деформируются в горячем состоянии;
коррозионная стойкость удовлетворительная. Для защиты от коррозии детали
подвергаются анодированию, оксидированию и покрываются лакокрасочными
материалами.
Сплавы удовлетворительно соединяются
точечной и шовной сваркой, хорошо обрабатываются резанием.
Сплавы отличаются высокой износостойкостью
(низкий коэффициент трения).
Химический состав сплава АК4-1 ГОСТ 4784-97 приведен в
таблице 2.1 [7, с.242].
Таблица 2.1 - Химический состав материала (%)
|
Fe
|
Si
|
Mn
|
Ni
|
Cr
|
Ti
|
Al
|
Cu
|
Mg
|
Zn
|
Примесей
|
|
0.8 - 1.4
|
до 0.35
|
до 0.2
|
0.8 - 1.4
|
до 0.1
|
0.02 - 0.1
|
93.05 - 95.28
|
1.9 - 2.7
|
1.2 - 1.8
|
до 0.3
|
прочие, каждая
0.05; всего 0.1
|
Примечание: Al - основа; процентное
содержание Al дано приблизительно
Сталь отличается способностью противостоять деформированию и
разрушению при механическом нагружении в области температур ниже 250°С, когда не возникает
опасности интенсивного окалинообразования.
Механические свойства приведены в таблице 3.2.
Таблица 2.2 - Механические свойства при
Т=20oС материала АК4-1.
|
Сортамент
|
Размер
|
Напр.
|
sв
|
sT
|
d5
|
y
|
KCU
|
Термообр.
|
|
-
|
мм
|
-
|
МПа
|
МПа
|
%
|
%
|
кДж / м2
|
-
|
|
Пруток, ГОСТ
21488-97
|
|
|
365-390
|
275-315
|
6
|
|
|
Закалка и
искуственное старение
|
|
Твердость
АК4-1,
|
HB 10 - 1
= 109 - 117 МПа
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Заменителем данной стали служит сплав АК4-2, подобный по
физико-механическим свойствам.
2.2
Количественная оценка
Технологичность конструкции детали по трудоёмкости и
технологической себестоимости окончательно определяется лишь после разработки и
нормирования технологического процесса. Технологичность конструкции детали по
коэффициенту использования материала окончательно определяется после выбора
способа получения заготовки и расчета припуска на обработку.
Расчет технологичности ведем согласно действующему ЕСТПП по
ГОСТ 14.202-73.
. Коэффициент точности обработки [4, стр.12]
, (1)
где Тср - средний квалитет точности, который определяем
по формуле:
, (2)
где Аi - число
поверхностей обрабатываемых по данному квалитету точности,
ki - число характеризующее квалитет
точности. Тогда
|
Квалитет
|
12
|
9
|
8
|
7
|
5
|
|
Кол. Пов-й.
|
7
|
2
|
4
|
3
|
1
|
Вычислим технологичность:
=
Кт=1-
Кт> 0,8 следовательно деталь технологична по этому
параметру.
. Коэффициент шероховатости [4, стр.12]
|
Шерохов.
|
10
|
5
|
2,5
|
1,25
|
0,32
|
|
Кол. Пов-й.
|
6
|
3
|
4
|
3
|
1
|
Вычислим технологичность:
, (4)
где Шср - средняя шероховатость
где Аi - число
поверхностей обрабатываемых по данной шероховатости;
n - показатель шероховатости. Получаем
=
, (3)
Кш=
Так как 0, 19
то д
. Коэффициент использования материала [4, стр.14]
, (5)
где 
- масса готовой детали (кг),
- масса заготовки.
, 
Вывод: деталь технологична по двум показателям.
Исходя из всего сказанного в этом разделе, будем считать, что
рассматриваемая деталь является технологичной.
3.
Определение и обоснование вида начальной заготовки, метода и оборудования для
её изготовления
Процесс получения заготовки является одним из первых этапов
преобразования материала в готовое изделие. Однако именно он определяет в
дальнейшем не только способы и режимы обработки, но и даже дальнейшую судьбу
детали - ресурс, возможный диапазон использования. Неправильно выбранный способ
получения заготовки может сделать полностью невозможным получение кондиционной
детали или себестоимость ее будет настолько высока, что ее использование в узле
будет нерентабельным.
При выборе способа получения заготовки необходимо учитывать
конфигурацию, размеры, массу и материал заготовки; количество получаемых
заготовок; требуемую точность получения заготовки; шероховатость и качество ее
поверхностных слоев; желательное направление волокон металла.
В современном машиностроении используется очень большое число
методов получения заготовок, но их можно свести к относительно небольшому числу
способов: обработка материалов давлением, литье.
Было определено, что для детали такого типа в качестве
заготовительной операции может быть использована только обработка металлов
давлением, благодаря присущей практически только ей способностю перестраивать
внутреннюю структуру металла и направление волокон таким образом, что создаётся
максимально прочная структура (т.е. направление волокон максимально совпадает
(или эквидистантно) наружной конфигурации детали).
Формообразование производим горячей объемной штамповкой на
кривошипном горячештамповочном прессе. Это связано со следующими преимуществами
данного метода:
повышенная точность размеров получаемых на КГШП поковок из-за
постоянства хода пресса и определенности нижнего положения ползуна, что
позволяет уменьшить отклонения размеров поковок по высоте, поковки также не
контролируют на сдвиг;
увеличение коэффициента использования материала вследствие
более совершенной конструкции штампов, снабженных верхним и нижним
выталкивателями, что позволяет уменьшить штамповочные уклоны, припуски и
напуски и тем самым приводит к экономии металла и уменьшению последующей
обработки поковок резанием;
более высокая производительность данного метода по сравнению
с молотами, что важно в условиях серийного производства;
снижение себестоимости продукции за счет снижения расхода
металла и эксплуатационной стоимости.
В качестве исходной заготовки для штамповки выбираем отрезок
трубы, что обеспечивает еще более высокий коэффициент использования материала,
чем при получении ее из прутка.
Рисунок 3.1 - Эскиз заготовки после штамповки.
4.
Расчет и оптимизация потребного количества операций формообразования
элементарных цилиндрических и плоских поверхностей-представителей детали
В связи с тем, что выбранный способ окончательной обработки
отдельных поверхностей не всегда может обеспечить получение требуемых точности
и качества поверхности непосредственно из исходной заготовки возникает
необходимость создания промежуточных операций или переходов, по мере выполнения
которых достигается постепенное повышение точности заготовки до требуемой в
готовой детали.
Выполним расчет потребного количества операций
формообразования элементарных цилиндрических и плоских поверхностей -
представителей шестерни.
Для этого будем использовать расчетный метод, основанный на оценке
коэффициентов уточнения 
(по точности) и 
(по шероховатости).
Указанные коэффициенты показывают, насколько увеличилась точность
либо повысился показатель шероховатости как за один переход (
), так и в целом после всех этапов
обработки поверхности (
).
Для оценки потребного количества операций формообразования будем
использовать общий коэффициент уточнения - .
, 
[8,c.31-33].
Определим количество переходов, необходимое для достижения
заданной точности и шероховатости. Окончательно примем большее из полученных
значений.
, 
[8, с.31-33].
Конструктивные элементы типа фасок, скруглений, канавок и
поверхностей, получаемые за один проход, к которым не предъявляются
специфические требования по точности или шероховатости, также не подлежат
расчету. Данные о формообразующих операциях для получения указанных
поверхностей заносим в таблицу 4.1.
Таблица 4.1 - Расчёт и оптимизация потребного количества
переходов формообразования поверхностей-представителей шестерни
|
№ п-ти
|
Заготовка
|
Деталь
|
Kут
|
Куш
|
nт
|
nш
|
nпр
|
|
Р-р
|
Кв
|
Тзаг.
|
Rz
|
Р-р
|
Кв
|
Тдет.
|
Rz
|
|
|
|
|
|
|
1
|
|
15
|
1000
|
80
|
30,5
|
12
|
250
|
40
|
4
|
1
|
1,3
|
0
|
1
|
|
2
|
|
15
|
840
|
80
|
23
|
5
|
210
|
1,28
|
4
|
31,25
|
1,3
|
3,73
|
4
|
|
3
|
|
15
|
840
|
80
|
18,3
|
8
|
210
|
5
|
4
|
8
|
1,3
|
2,26
|
3
|
|
4
|
|
15
|
1000
|
80
|
30,5
|
12
|
250
|
10
|
4
|
4
|
1,3
|
1,5
|
2
|
|
5
|
|
15
|
1200
|
80
|
50
|
12
|
300
|
40
|
4
|
1
|
1,3
|
0
|
1
|
|
6
|
|
15
|
480
|
80
|
4
|
12
|
120
|
40
|
4
|
1
|
1,3
|
0
|
1
|
|
7
|
-
|
-
|
-
|
-
|
11,2
|
9
|
180
|
40
|
-
|
-
|
-
|
-
|
2
|
|
8
|
|
15
|
480
|
80
|
5,5
|
7
|
75
|
40
|
40
|
1
|
1,9
|
0
|
2
|
|
9
|
|
10
|
580
|
80
|
8
|
7
|
150
|
5
|
3,87
|
8
|
1,27
|
1,26
|
3
|
|
10
|
-
|
-
|
-
|
10
|
12
|
150
|
20
|
-
|
-
|
-
|
-
|
1
|
|
11
|
|
15
|
400
|
80
|
1,5
|
12
|
100
|
40
|
4
|
1
|
1,3
|
0
|
1
|
|
12
|
-
|
-
|
-
|
-
|
20,5
|
8
|
210
|
20
|
-
|
-
|
-
|
-
|
2
|
|
13
|
-
|
-
|
-
|
-
|
19,5
|
8
|
210
|
20
|
-
|
-
|
-
|
-
|
2
|
|
14
|
-
|
-
|
-
|
-
|
21,5
|
12
|
210
|
10
|
-
|
-
|
-
|
-
|
2
|
|
15
|
-
|
-
|
-
|
-
|
14,5
|
8
|
180
|
20
|
-
|
-
|
-
|
-
|
2
|
|
16
|
-
|
-
|
-
|
-
|
26,5
|
12
|
210
|
10
|
-
|
-
|
-
|
-
|
2
|
|
17
|
-
|
-
|
-
|
-
|
12
|
9
|
180
|
5
|
-
|
-
|
-
|
-
|
3
|
Таблица 4.1.1
|
№
|
Количество
переходов
|
Номер перехода,
полученные параметры поверхности после обработки
|
Операция
|
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
|
|
1,6
|
1
|
IT12 Rz40
|
|
|
|
Подрезка торца
|
|
2
|
4
|
IT12 Rz40
|
|
|
|
Точение
черновое
|
|
|
|
IT10 Rz20
|
|
|
Точение полу
чистовое
|
|
|
|
|
IT7 Rz6
|
|
Точение полу
чистовое
|
|
|
|
|
|
IT5 Rz1,28
|
Шлифование
|
|
3
|
3
|
IT12 Rz40
|
|
|
|
Точение
черновое
|
|
|
|
IT10 Rz10
|
|
|
Точение полу
чистовое
|
|
|
|
|
IT8 Rz5
|
|
Точение
чистовое
|
|
4
|
2
|
IT12
Rz40
|
|
|
|
Подрезка торца
черновая
|
|
|
|
IT12
Rz10
|
|
|
Подрезка торца
чистовая
|
|
5
|
1
|
IT12 Rz40
|
|
|
|
Фрезерование
торца
|
|
7
|
2
|
IT9
Rz40
|
|
|
|
Сверление
|
|
7,8
|
|
|
IT9,
IT7 Rz40
|
|
|
Зенкерование
|
|
9
|
2
|
IT12 Rz40
|
|
|
|
Растачивание
черновое
|
|
|
|
IT8 Rz10
|
|
|
Растачивание
Чистовое
|
|
|
|
|
IT7
Rz5
|
|
Растачивание
тонкое
|
|
10
|
1
|
IT12Rz20
|
|
|
|
Протягивание
|
|
11
|
1
|
IT12Rz40
|
|
|
|
Фрезерование
|
|
12,13,15
|
2
|
IT12 Rz40
|
|
|
|
Растачивание
черновое
|
|
|
|
IT8 Rz20
|
|
|
Растачивание
чистовое
|
|
14,16
|
2
|
IT12
Rz40
|
|
|
|
Подрезка торца
черновая
|
|
|
|
IT12
Rz10
|
|
|
Подрезка торца
чистовая
|
|
17
|
3
|
IT12
Rz40
|
|
|
|
Растачивание
черновое
|
|
|
|
IT10
Rz 10
|
|
|
Растачивание
чистовое
|
|
|
|
|
IT9
Rz5
|
|
Растачивание
тонкое
|
Рисунок 4.1 - Схема нумерации поверхностей направляющей.
5.
Выбор и технико-экономическое обоснование этапов технологического процесса,
комплектов технологических баз, схем базирования детали, методов и
последовательности формообразования поверхностей-представителей
В основу разработки технологических процессов положены три
принципа: технический, экономический и организационный.
В соответствии с техническим принципом проектируемый
технологический процесс должен полностью обеспечить выполнение требований
чертежа и технических условий на изготовление данного изделия. К ним относят
точность детали, качество ее поверхностей, технологичность и конструкций.
Деталь характеризуют: точность размеров, формы и взаимного
положения в пространстве отдельных ее конструктивных элементов [4, с.117]. Под точностью понимают
степень соответствия фактических размеров, формы и правильности взаимного
положения элементов заданным на чертеже или оговоренным техническими условиями.
В зависимости от требования конечной точности и условий работы деталей в узле
назначают точность изготовления отдельных деталей, т.е. обеспечивают
математическую связь между замыкающим звеном в той или иной сборочной единицей
и ее составляющими звеньями. При этом, чем выше требуемая точность замыкающего
звена, тем с более высокой точностью должны быть выполнены размеры деталей -
звеньев размерной цепи.
Качество поверхностей деталей авиационного двигателя
определяется геометрическими и физико-механическими параметрами. К геометрическим
параметрам относится отклонение формы и шероховатость. К физико-механическим
параметрам относятся твердость, глубина и интенсивность упрочнения, величина и
характер внутренних напряжений. Часть этих параметров (например, шероховатость
поверхности и твердость) оговаривается на рабочих чертежах деталей. Другие
показатели (например, глубина и интенсивность упрочнения, величина и характер
залегания внутренних напряжений), ввиду отсутствия надежных средств цехового
контроля, обычно не находят отражения в технических условиях. Однако знание
характера влияния этих параметров на долговечность деталей позволяет при
разработке технологических процессов положительно влиять на качество отдельных
деталей и машин в целом за счет применения методов упрочняющей технологии или
соответствующих режимов обработки, геометрии режущего инструмента и пр.
В соответствии с экономическим принципом изделия должны
изготовляться с минимальными затратами труда и издержками производства. Для
этого необходимо обеспечить следующее:
) заготовки по форме и размерам должны приближаться к готовым
деталям. Степень приближения зависит от программы выпуска; при большой
программе приближение должно быть максимальным. В этом случае припуски на
обработку и объем последующей механической обработки будут минимальными;
) схемы базирования детали должны обеспечивать максимальную
простоту и надежность конструкции приспособлений;
) припуски на чистовую, черновую и окончательную обработку
должны быть рационально распределены;
) последовательность и структура операций должны выбираться
так, чтобы качественное изготовление деталей происходило при минимальных
затратах времени и материальных средств. При этом необходимо применять
современные методы и виды обработки;
) оборудование должно быть высокопроизводительным и мощным,
позволяющим сконцентрировать большое количество переходов, одновременно
использовать большое число режущих инструментов, механизировать и
автоматизировать вспомогательные работы;
) технологическая оснастка должна быть высокопроизводительной,
эффективной, точной, с минимальным временем на установку и снятие заготовок.
) режущий и мерительный инструмент должен быть стандартным и
широко распространенным;
) режимы резания должны быть оптимальными, т.е. при обработке
максимально используют мощность станка и стойкость режущего инструмента.
) нормы времени должны быть технически обоснованными.
В соответствии с организационным принципом изготовление
детали должно осуществляться в условиях, обеспечивающих максимальную
эффективность производства, а именно:
) форма организации технологического процесса должна
соответствовать типу производства;
) размещение оборудования на участке должно обеспечивать
непрерывное изготовление изделия и минимально протяженные пути транспортировки;
) каждое рабочее место должно соответствовать требованиям
научной организации труда и санитарно-гигиеническим нормам;
) обеспечение рабочих мест заготовками, инструментом,
смазочно-охлаждающими жидкостями, уборкой стружки должно быть своевременным.
Одной из наиболее сложных и принципиальных задач
проектирования технологических процессов механической обработки является
назначение технологических и измерительных баз [4, с.124, 131]. От правильного выбора
технологических баз в значительной мере зависят фактическая точность выполнения
размеров, заданных конструктором; правильность взаимного расположения
обрабатываемых поверхностей; степень сложности приспособлений, режущих и
измерительных инструментов; общая производительность обработки заготовок.
Исходными данными при выборе баз являются: рабочий чертеж
детали, технические условия на ее изготовление, вид заготовки и состояние ее
поверхностей, желаемая степень автоматизации [4, с.110]. Перед выбором баз для
конкретной операции необходимо четко сформулировать задачи, которые должны быть
решены в результате выполнения данной операции. Эти задачи вытекают из чертежа
и технических условий на изготовление данной детали.
Выбор баз производится исходя из размерных связей между
поверхностями. Это находит отражение в принципах совмещения баз и постоянства
баз, соблюдение которых обеспечивает формирование наиболее коротких размерных
цепей. Технологические базы должны иметь точность не ниже чем у обрабатываемых
поверхностей. Для большинства операций это требование соблюдается, и такие базы
называют чистыми.
Исключение составляют первые операции каждого этапа, базы для
которых подготовлены на предшествующем этапе и уступают по точности и качеству
обрабатываемым поверхностям.
Выбору баз на первой операции предшествует определение
поверхностей, которые будут использоваться в качестве баз на последующих
операциях. Черновые базы могут быть использованы на каждом этапе только один
раз и для координации только одной из обрабатываемых поверхностей.
Почти всегда возможна реализация нескольких вариантов базирования.
Но обычно при выборе баз руководствуются следующими рекомендациями:
. Базы должны обладать достаточной протяженностью.
. Заготовка должна занимать в приспособлении надлежащее ей
положение под действием собственного веса, а не в результате приложения
зажимных усилий.
. Базовые поверхности должны быть чистыми для обеспечения
однозначности базирования. Наиболее существенное влияние на последовательность
обработки поверхностей детали оказывает характер размерной связи.
Анализируя форму шестерни и проставленные на его рабочем
чертеже размеры, можно установить, что основными технологическими базами могут
служить:
) торцы детали - в качестве опорной базы, лишающей заготовку
одной степени свободы;
) наружные поверхности в качестве направляющих баз;
) внутренние поверхности, лишающие заготовку четырех степеней
свободы.
При обработке желательно свести к минимуму погрешность
установки, чтобы обеспечить требования к точности и шероховатости поверхностей.
Этого можно добиться, предварительно подготовив базы - торец, наружные диаметры
и отверстие заготовки.
Анализируя чертеж детали, можно сказать, что для обеспечения
наибольшей точности получаемых линейных размеров целесообразнее всего в
качестве установочных баз использовать поверхность 4, поскольку с ней связано
наибольшее количество размеров. Также при их использовании выполняются условие
наименьшей погрешности от несовмещения баз и принцип постоянства установочной
базы. На чертеже детали в качестве конструкторской базы для диаметральных
размеров принята ось детали, однако, исходя из невозможности использования
геометрической прямой в качестве технологической базы, в качестве установочных
используем внутренние и внешние цилиндрические поверхности.
6.
Разработка, обоснование, оптимизация и оформление сводной карты и
предварительного плана технологического изготовления детали
План технологического процесса в виде операционных эскизов
составляют по рабочему чертежу детали. Такой план является результатом решения
всех основных технологических задач. Им устанавливается границы между
операциями и последовательность операций в техпроцессе, установочные и исходные
базы, схемы закрепления заготовки.
Намечаются виды операций, которые должна пройти каждая
поверхность, а следовательно и основные этапы техпроцесса. Так же определяются
поверхности, которые лучше или необходимо обрабатывать совместно с другими
поверхностями.
Для данной детали - направляющая - технологический процесс
изготовления ее был разбит на следующие этапы.
Первый этап технологического процесса "Заготовительный"
предполагает получение заготовки детали. Точность получаемых размеров находится
на уровне IT 15, а шероховатость Rz 80 мкм.
На втором этапе (черновой) необходимо произвести черновую
обработку поверхностей детали. Предусматривается черновая обработка основной
технологической базы 4, снятие корки, образовавшейся в результате штамповки, а также
окончательная обработка поверхностей, точность которых не превышает 12-го квалитета. Точность
получаемых размеров находится на уровне IT 12, а шероховатость Rz 40.20 мкм.
Следующий этап технологического процесса предназначен для
получистовой обработки точных поверхностей. Точность получаемых размеров
находится на уровне IT 12…8, а шероховатость Rz 10.6,3 мкм.
Также на этом этапе обработки проводим сверление двух
отверстий 8, меднение кругом, протягивание пазов 10, фрезерование зубьев 21.
После обработки цементируемых поверхностей выполняем
химико-термическую обработку. После этого снимаем медь и выполняем
термообработку (закалка+отпуск) детали.
Чистовой этап предназначен для окончательной обработки всех
точных поверхностей детали. В конце технологического процесса производятся
операции окончательного контроля и консервации детали, предназначенные для
контроля всех геометрических параметров детали (по чертежу) и предохранения ее
от внешних воздействий.
7. Расчет
припусков на обработку операционных размеров-диаметров заданных цилиндрических
поверхностей вращения расчетно-аналитическим методом
Рассчитываем припуски для поверхности 1 (Æ23g5
).
При расчетно-аналитическом методе рассчитывают минимальный припуск
для тел вращения на диаметр по следующей зависимости:
, (5.1)
где 
- шероховатость поверхности, мкм,
полученная на предшествующей операции;
- глубина дефектного поверхностного слоя, мкм, полученная на предыдущей
операции механической обработки;
- пространственные отклонения, которые были получены на предыдущей операции, мкм;
- погрешность установки на данной операции, мкм [9, стр.11].
Составляющие припуска, входящие в формулу (5.1), определяются с
учетом принятых методов обработки поверхностей. Результаты вычислений заносятся
в таблицу в следующем порядке:
1. Маршрут обработки элементарных поверхностей, (графа
1-я) заполняется в таблицу на основании данных метода обработки.
2. Величины 
и 
, характеризующие состояние поверхности
заготовки после обработки различными методами, определяем по таблицам точности
и качества обработки. [10, стр.186, табл.12; стр.188, табл.25].
. Пространственные отклонения ∆ для поковок
выражаются отклонением оси от прямолинейности в результате коробления и
смещением оси заготовки в результате смещения половин штампа при штамповке. ∆см
и ∆кор находим по справочным данным [10, с.187, т.18; с.138,
т. 20]. Для рассматриваемой поверхности ∆кор = 500 мкм,
∆см = 400 мкм. Тогда суммарная погрешность ∆
определяется как:
∆ = 
= 
= 670 мкм. (5.2)
Следует отметить, что после термообработки возникает
дополнительное коробление, определяемое по эмпирической формуле (мкм на 1мм
длины рассматриваемой поверхности):
(5.3)
При определении величины остаточных пространственных отклонений на
всех последующих ступенях обработки, применяя формулу [4, стр.18]
(5.4)
где Ку - коэффициент уточнения, который определяется
для различных операций [10, с. 190, т.29].
для шлифования ∆кор = 79 мкм; ∆см
» 12 мкм; ∆ост 80 мкм;
для чистового точения ∆кор » 20 мкм; ∆см » 16 мкм; ∆ост » 25,6 мкм;
для получистового точения ∆кор = 25 мкм; ∆см
= 20 мкм; ∆ост=32 мкм;
для чернового точения ∆кор = 30 мкм; ∆см
= 24 мкм; ∆ост=38,4мкм.
4. Погрешность установки представляет собой отклонение
фактически достигнутого положения заготовки при ее установке от требуемого. Она
зависит от способа закрепления детали на станке, типа приспособления, его
точности и т.д. [10, стр.42, табл.13]
для шлифования e = 50 мкм; для чистового
точения e
= 100 мкм; для получистового точения e = 150 мкм; для чернового
точения e
= 200 мкм;
Имея значение составляющих элементов припуска, определяем
расчетное значение минимального припуска на диаметр для всех ступеней
обработки, начиная с последней:
для шлифования:
мкм,
для чистового точения:
мкм,
для точения получистового:
мкм,
для точения чернового:
мкм.
5. Следующую графу таблицы 5 (допуск на размер)
заполняем на основании данных о точности на каждой ступени обработки.
6. Расчетный припуск 
определяется как сумма минимального припуска 
и допуска на предшествующей ступени
обработки:
для п шлифования, мм: 
0,135+ 0,046 = 0,181 мм,
для точения чистового: 0,266 + 0,120 = 0,386 мм,
для точения получистового: 0,410 + 0,300 = 0,710 мм,
для точения чернового: 1.581 + 0,500 =
2,081 мм.
. Расчетный размер на последней ступени обработки для
окончательного шлифования равен размеру готовой детали. Для 
22,993 мм. Это же значение будет
принимать и наибольший предельный размер на данной операции: Dmax = 22,993 мм.
Расчетные размеры на предшествующих ступенях обработки
определяются:
(5.5)
Для предварительного шлифования:
Dmax = 22,993+ 0,181 = 23,174 мм.
При этом величины размера на чистовых, получистовых и черновых
операциях округляются в соответствии с рядом стандартных окончаний размеров [9,
стр.110, табл. П4.1, табл. П4.2].
Для остальных операций расчеты выполняются аналогично.
9. Минимальные предельные значения заготовки на всех
этапах ее обработки определяются:
(5.6)
Для шлифования
Dmin = 22,993 - 0,009 = 22.984мм.
. Имея значение 
и 
, можно найти значение максимального (
) и минимального (
) припусков по следующим зависимостям:
(5.7)
(5.8)
Для шлифования:
*Zmax = 23.174 - 22,984 = 0, 19; 2*Zmin = 23,161 - 22,989 = 0,172
Для остальных операций расчеты выполняются аналогично.
11. Технологический операционный размер на каждой ступени
обработки записывается как номинальный размер с допуском. При этом, в случае
обработки охватывающих поверхностей в качестве номинального выступает
минимальный размер, а в случае охватываемых - максимальный.
Технологический размер заготовки записывается как номинальный
размер заготовки с соответствующим допуском.
Все данные сводим в таблицу 2.5.
Проанализировав, можно сделать вывод о примерной
равноценности обоих методов расчета припуска - расчетно-аналитическом и
нормативном. У каждого из этих методов есть своя область применения и, в целом,
они дают весьма сходные результаты. Принципиальное их отличие в способе
назначения. Расчетно-аналитический метод пытается работать с
"реальными" величинами, которые могут отличаться при различных типах
производства, используемого технологического оборудования и, даже, для
различных деталей. Применение расчетно-аналитического метода более оправдано
при массовом производстве, где есть возможность с максимальной полнотой учесть
все разнообразные факторы, влияющие на деталь, что компенсирует его повышенную
трудоемкость. Нормативный метод базируется на уже существующих нормативах,
которые соединяют в себе весь многолетний опыт наблюдения и анализа. Он проще
для употребления, дает весьма достоверные результаты, однако менее экономичен
(результаты расчета припусков расчетно-аналитическим методом дают, как правило,
несколько меньшую величину) и часто не учитывает специфику конкретной детали
или конкретных условий производства. При серийном и единичном типах производства
предпочитают пользоваться нормативным методом.
Поверхность 2 Æ23 g5
|
Операция
|
|
|
|
|
|
Операционный
размер
|
|
Штамповка
|
|
26.73
|
25.191
|
|
|
|
|
Точение
черновое
|
2.081
|
24.41
|
24.401
|
2.134
|
2.01
|
|
|
Точение
получистовое
|
0.710
|
23.62
|
23.611
|
0.743
|
0.677
|
|
|
Точение
получистовое
|
0.386
|
23.204
|
23.195
|
0.399
|
0.373
|
|
|
Шлифование
|
0.181
|
22.993
|
22.984
|
0.19
|
0.172
|
|
Поверхность 9Æ8 H7
|
Операция
|
|
|
|
|
|
Операционный
размер
|
|
Сверление
|
|
6,915
|
6,9
|
|
|
|
0.71
|
7,625
|
7,61
|
0,738
|
0,652
|
|
|
Точение
получистовое
|
0.39
|
8,015
|
8
|
0,413
|
0,385
|
|
Поверхность 12Æ20.5 H8
|
Операция
|
|
|
|
|
|
Операционный
размер
|
|
Сверление
|
|
18,033
|
18
|
|
|
|
|
Точение
черновое
|
2,05
|
20,083
|
20,05
|
2,134
|
1,966
|
|
|
Точение
чистовое
|
0,45
|
20,533
|
20,5
|
0,483
|
0,417
|
|
Заключение
В данной работе перед разработкой технологического процесса
изготовления шестерни был тщательно проанализирован его чертеж: произведен выбор и
обоснование метода получения заготовки, проведен анализ технологичности детали,
рассчитаны количественные показатели технологичности. На основании проведённого
анализа можно сделать вывод, что шестерня является технологичной.
Также в данном домашнем задании был выполнен расчёт
количества потребных переходов обработки поверхностей - представителей с
использованием эмпирических формул.
На основании необходимого количества требуемых переходов
поверхностей был разработан план технологического процесса в виде операционных
эскизов, выполненных без указания числового значения размеров.
Список
использованной литературы
1. Анурьев
А.И. Справочник конструктора-машиностроителя. Т.1 - М.: Машиностроение, 1980. -
728 с.
2. Богуслаев
В.А., Качан А.Я., Мозговой В.Ф., Корнелевский Е.Я., Технология производства
авиационных двигателей. - г. Запорожье, изд. ОАО "Мотор Сич", 2000 г.
- 945 с.
. Косилова
А.Г., Мещеряков Р.К. Справочник технолога-машиностроителя. Т. 1 - М.,
Машиностроение, 1985 г. - 656 с.
. Фираго
В.П. Основы проектирования технологических процессов и приспособлений. Методы
обработки поверхностей - М., Машиностроение, 1973 г. - 468 с.
. Гранин
Ю.В. Долматов А.И. Определение припусков на механическую обработку и расчет
операционных размеров: Уч. пос. - Харьков: ХАИ, 1987 г. - 102 с.
. ГОСТ
7505 - 89 Поковки стальные штампованные, допуски, припуски, кузнечные напуски.
. В.Г.
Сорокин и др. Марочник сталей и сплавов. М.: Машиностроение, 1989 г.
. Руденко
П.А. Проектирование технологических процессов в машиностроении. - Высшая школа.
Главное издательство, 1985. - 255 с.
. Сотников
В.Д., Долматов А.И., Горбачев А.Ф., Яценко С.В. Разработка маршрутных
технологических процессов изготовления деталей АД. Уч. пос. - Харьков: ХАИ,
1989 г. - 40 с.