Проектирование специального приспособления на сверлильную обработку

Введение

Технология машиностроения является комплексной научной дисциплиной, без которой невозможно современное развитие производства. Изготовление современных машин ос0уществляется на базе сложных технологических процессов, в ходе которых из исходных заготовок с использованием различных методов обработки, изготавливают детали и собирают различные машины и механизмы.

Сокращение сроков технологической подготовки производства к выпуску новых машин значительно уменьшает затраты труда и сокращает время на проектирование и изготовление технологической оснастки (станочных приспособлений, режущего мерительного инструмента и т. д.) Затраты на изготовление технологической оснастки составляют 15-20% от стоимости машины. Станочные приспособления занимают наибольший удельный вес по стоимости и трудоемкости изготовления в общем, количестве различных типов технологической оснастки.

Применение станочных приспособлений обеспечивает повышение производительности труда и точности обработки деталей на станках, облегчает условия труда рабочих- станочников, расширяет технологические возможности станков.

В настоящее время уже изготавливают заготовки с такой степенью точности, что понятия «заготовка» детали «деталь» совпадают, например, при использовании таких прогрессивных методов, как холодная объемная штамповка, холодная высадка, литье по выплавляемым моделям и в оболочковые формы, накатывание зубьев и шлицев, применение профильного проката и др.

За последнее время на передовых машиностроительных заводах проведена большая работа по механизации и автоматизации приспособлений, а также по стандартизации и нормализации отдельных деталей и узлов приспособлений.

. Анализ исходных данных

.1      Анализ чертежа детали

.1.1   Размерный анализ

Деталь «Корпус» на выпуске имеет габаритные размеры: ширина 96 мм, высота 100 мм, масса детали - 1,5 кг, изготовлена из стали Ст45 ГОСТ 1050-80, годовая программа выпуска N = 100000 шт.

На детали обрабатываются следующие поверхности:

наружная цилиндрическая поверхность (НЦП) диаметром 100 мм, длиной 60 мм h14, шероховатостью R_a= 6,3 мкм;

- наружная цилиндрическая поверхность (НЦП) диаметром 46 мм, длиной 36 мм f7, шероховатостью 2 мкм;

внутренняя цилиндрическая поверхность (ВЦП) диаметром 50 мм на длину 50 мм Н9, шероховатостью 4 мкм;

внутренняя цилиндрическая поверхность (ВЦП) диаметром 26 мм, длиной 46 мм Н7, шероховатостью 2мкм;

шесть сквозных отверстий диаметром 16Н12 мм, длиной 60 мм, 6,3 мкм.

1.1.2 Анализ материала детали

Сталь Ст45 углеродистая обыкновенного качества. Буква Ст обозначает сталь. Цифра марки характеризует прочностные свойства. (σ_b; σ_T) которые тем выше, чем больше цифра.

Область применения Ст45 - в термически обработанном состоянии (нормализация, закалка с низким или средним отпуском либо улучшение) для изготовления ответственных тяжелонагруженных деталей главных машин и тихоходных дизелей, коленчатых и распределительных валов, штоков, шатунов, а также деталей с высоким удельным давлением: зубчатых колёс и реек, шпонок, клиньев штифтов и т.д.

Таблица 1 - Химический состав горячекатаных углеродистых конструкционных сталей.

Таблица 2 - Механические и физические свойства горячекатаных углеродистых конструкционных сталей.

(4) с. 64 т. 23

.1.3   Анализ технологичности

Каждая деталь должна изготавливаться с минимальными трудовыми и материальными затратами, эти затраты можно сократить в значительной степени от правильного выбора варианта технологического процесса, его оснащения, механизации и автоматизации, применения оптимальных режимов обработки и правильной подготовки производства. На трудоемкость изготовления детали оказывают особое влияние ее конструкция и технические требования на изготовление.

При обработке на технологичность конструкции детали необходимо производить оценку в процессе ее конструирования.

Деталь «Корпус» отвечает следующим требованиям технологичности конструкции ГОСТ 14204-73:

Конструкция детали состоит из стандартных и унифицированных конструктивных элементов;

Детали изготавливаются из стандартных и унифицированных заготовок;

Размеры и поверхности детали имеют соответственно оптимальные степень точности и шероховатость; Физико-химические и механические свойства материала, жесткость детали; ее форма и размеры соответствуют требованиям технологии изготовления;

Конструкция детали обеспечивает возможность применения типовых и стандартных технологических процессов ее изготовления.

Качественная оценка технологичности конструкции детали оценивается как «удовлетворительно».

.2 Определение и характеристика типа производства

сверлильный операция обработка заготовка

В зависимости от годовой программы N = 100000 шт. и массы детали 1,5 кг определяю тип производства крупносерийный. (8) с.24, т.3.1.

Серийное производство характеризуется ограниченной номенклатурой изделий, изготавливаемых периодически повторяющимися партиями, и сравнительно большим объемом выпуска, чем в единичном типе производства. При серийном производстве используются универсальные станки, оснащенные как специальными, так и универсальными и универсально-сборными приспособлениями, что позволяет снизить трудоемкость и себестоимость изготовления изделия. В серийном производстве технологический процесс изготовления изделия преимущественно дифференцирован, т.е. расчленен на отдельные самостоятельные операции, выполняемые на определенных станках. При серийном производстве обычно применяют универсальные, специализированные, агрегатные и другие металлорежущие станки. При выборе технологического оборудования специального и специализированного, дорогостоящего приспособления или вспомогательного приспособления и инструмента необходимого производить расчеты затрат и сроков окупаемости, а также ожидаемый экономический эффект от используемого оборудования и технического оснащения.

Определяя размер партии по формуле:

, шт. (1)

где n - размер партии детали, шт.,

N - годовая программа выпуска, шт.,

t - число дней, на которые нужно иметь запас деталей на склад,

t = 8 дней для мелких и средних деталей

Ф - число рабочих дней в году

Ф = 254 дня

 (шт.)

.3 Анализ предшествующих операций и определение размера заготовки для проектируемого приспособления.

Предшествующей операцией является токарная по обработке наружных и внутренних цилиндрических поверхностей, которая производится на токарно-револьверном полуавтомате 1Г340П.

Таблица 3 - Структура токарной операции.

Выполняю схему установки.

Установ А

Установ Б

Рисунок 1 - Схема установки

В качестве приспособления выбираю:

Установ А - разжимная оправка ГОСТ 17528-72

Установ Б - токарный 3-х кулачковый патрон 7102-0070 У ГОСТ 24351-80

Выбираю режущий инструмент:

резец подрезной отогнутый (ГОСТ 18880-73) 2112-0084 правый с пластиной из твёрдого сплава Т15К6;

резец проходной упорный (ГОСТ 18879-73) 2117-0017 правый с пластиной из твёрдого сплава Т15К6;

резец расточной (ГОСТ 18883-73) 2141-0057 (исполнение 2);

сверло (ГОСТ 12121-77) 2301-3494 для общего исполнения длинное с нормальным коническим хвостовиком, диаметром 26, длиной рабочей части 36 мм;

.3.1 Определяю режим обработки

Глубина резания при точении:

 (2)

где D - диаметр заготовки, мм;

d - диаметр детали, мм;

t - глубина резания, мм.

Глубина резания при сверлении:

 (2.1)

где d_св - диаметр сверления,

t - глубина резания

 мм;

 мм;

мм;

мм;

=;

;

.

Определяю подачу S, мм/об.:

S₁ = 0,9 мм/об; (11) с.266 т.11

S₂ = 1,0 мм/об; (11) с.276 т.25

S₃ = 0,7 мм/об; (11) с.276 т.25

S₄ = 1,0 мм/об; (11) с.276 т.25

S₅ = 0,45 мм/об; (11) с.277 т.25

S₆ = 0,9 мм/об; (11) с.266 т.11

S_{7 раст} = 0,2 мм/об. (11) с.267 т.12

Определяю скорость резания:

V = V_табл. ×К₁× К₂ ×К₃ (3)

где К₁ - коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала,

К₂ - от стойкости инструмента,

К₃ - от отношения длины резания к диаметру.

V_{1 табл.} = 100 м/мин; (2) с.30

V_{2 табл.} = 100 м/мин; (2) с.30

V_4табл. = 100 м/мин; (2) с.30

V_{5 табл.} = 23 м/мин; (2) 115, карта С-4

V_{6 табл.} = 100 м/мин; (2) с.30

V_{7 табл.} = 140 м/мин. (2) с.30

К₁ = 0,8; (2) с. 32

К₂ = 1,25; (2) с. 33

К₃ = 1. (2) с. 34

V₁ = 1000,81,251,0 = 100 м/мин;

V₂ = 1000,81,251,0 =100 м/мин;

V₃ = 1000,81,251,0 =100 м/мин;

V₄ = 1000,81,251,0 =100 м/мин;

V₅ = 230,81,251=23 м/мин;

V₆ = 1000,81,251,0 100 м/мин;

V₇ = 1400,81,251=140 м/мин.

Определяю частоту вращения шпинделя:

 (4)

₁  637

n₂318

n₃₄318 ₅282 ₆332₇892

Берем найденное значение за фактическую частоту вращения, потому что станок - полуавтомат.

n_ф1 = 637

n_ф2318

n_ф3637

n_ф4318

n_ф5282

n_ф6332

n_ф7892

Тогда фактическая скорость резания будет определяться:

 (5)

_ф1

_ф2

_ф3

_ф4

_ф5

_ф6

_ф7

Определяю машинное время:

Т_м =  (6)

где L - расчетная длина обработки, т.е. путь, проходимый резцом в направлении подачи, в мм;

n - число оборотов детали в минуту, мин^-1;

s - подача резца на один оборот, в мм;

i - число проходов резца.

L = l + l₁ + l₂ + l₃ (7)

где L - длина обрабатываемой детали, в мм;

l - длина обрабатываемой детали в направлении подачи, в мм;

l₁ и l₂ - длина врезания и вывода инструмента, в мм;

l₃ - длина проходов при взятии пробных стружек.

l₁ = 0,5 мм;

l₂ = 0,5 мм;

l₃ =1 мм.

Для сверления:

l₁ = 2 мм; (11) с.139

l₂ = 2мм. (11) с.139

L₁ = 25+0,5+0,5+1 = 27 мм;

L₂ = 27+0,5+0,5+1=29 мм;

L₃ =38+0,5+0,5+1=40 мм;

L₄ = 62+0,5+0,5+1=64 мм;

L₅ = 46+2+2=50 мм;

L₆ = 27+0,5+0,5+1=29 мм;

L₇ = 50+0,5+0,5+1=52 мм.

;

;

;

;

;

;

.

Т_м = 0,09+0,91+0,09+0,2+0,4+0,1+0,3 = 2,09мин.

Вывод: Расчеты показывают, что норма времени на токарную операцию составляет 2,09 мин.

. Специальная часть

Я проектирую приспособления для сверлильной операции по обработке шести сквозных отверстий. Операция будет выполняться на вертикально-сверлильном станке с ЧПУ модели 21104Н7Ф4.

Режущий инструмент:

Сверло центровочное тип C ГОСТ 14952 - 75.

Сверло из быстрорежущей стали для станков с ЧПУ ( ОСТ 2 ИСО 1-80 ) диаметром 16, длиной 60 мм.

Таблица 5 - Структура сверлильной операции.

В качестве приспособления выбираю специальное приспособление на основе комплекта УСП.

.1.1 Определяем режимы обработки

Определяю глубину резания при сверлении:

t = 0,5D, мм (8)

t = 0,5×16 = 8 мм

По глубине резания определяем S_норм. :

S_норм = 0,3 мм/об                                       (11) с.277 т.25

Определяем скорость резания V, м/мин:

V = V_табл.×К₁×К₂×К₃ (9)

где V_табл. - табличное значение скорости резания, V_табл = 26 м/мин;

К₁ - коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала,

К₁=0,8;                                                                                  (2) с.116

К₂ - коэффициент, зависящий от стойкости инструмента, стойкости инструмента, К₂=1.25; (2) с.116

К₃ - коэффициент, зависящий от отношения длины к диаметру обрабатываемого отверстия, К₃=1. (2) с.117

V = 18×0,95×1,25×1=24,4мм/об.

Определяю частоту вращения шпинделя по формуле (4)

Станок имеет бесступенчатое регулирование, поэтому берем найденное значение: n_факт=518 об/мин.

Определяем фактическую скорость резания по формуле:

 м/мин

Определяю машинное время при сверлении (Т_м), мин:

 , (11)

где Т_м - основное или машинное время , мин,

L - длина хода инструмента в направлении резания, мм,

L = L_o+L₁+L₂ (12)

L_o - глубина отверстия, мм, L_o=60мм;

L₁ - величина врезания 1.. .2,5 мм, L₁=2мм;

L₂-величина перебега 2...5 мм, L₂=2мм;

n - частота вращения шпинделя , мин ^-1, n=518 мин ^-1;

S - подача инструмента, мм/об, S=0,3мм/об.

L = 60+2+2=64мм.

2.2 Разработка схемы установки и проверка условия лишения возможности перемещения заготовки в приспособлении по ГОСТ 21495-76

Базовыми поверхностями при установке заготовки в приспособлении является:

Отверстие центральное Æ26;

Плоскость основания.

Ориентация в приспособлении частичная:

При установке детали на плоскость заготовка лишается трех степеней свободы - главная установочная база; при установке на отверстие диаметром 26 заготовка лишается двух степеней свободы, итого заготовка лишена 5-ти степеней свободы.

.3 Расчет погрешности базирования

При обработке корпус устанавливается на палец диаметром 25. Посадки с зазором, где S_min ≤ 0. Погрешность базирования Δεσ, мм определяется:

Δε_δ = δ₁ + δ₂ + 2Δ , (14)

где δ₁ - допуск на диаметр отверстия; δ₂ - допуск на диаметр пальца;

Δ - минимальный радиальный зазор посадки заготовки на палец.

Δ = 0

δ = Es - EI , (15)

где Es - верхнее предельное отклонение;

EI - нижнее предельное отклонение

Отверстие диаметром 26Н7 , палец диаметром 25 h6

δ ₁ = 21 - 0 = 0,021мм;

δ₂ = (0-(-13)) = 0,013 мм;

Δεδ = 21 + 13 + 0 = 0,03 мм.

Н12

Для того чтобы обеспечить точность обработки, сравниваю погрешность базирования с допуском на исполнительный размер.

Т_{d исп. р-р} = (300-(-0)) = 0,3 мм.

Δεδ ≤ Т_{d исп. р-р}. (16)

Исполнительным размером является межцентровое расстояние 78Н12.

,03 ≤ 0,3 - условие выполняется, следовательно, установка возможна.

.4 Выбор зажимного устройства и расчет усилия закрепления заготовки в проектируемом приспособлении

В качестве зажимного устройства выбираем гидроцилиндр с шайбой на штоке.

Диаметр поршня и штока выбираю по ГОСТ 6540-68:

Диаметр поршня выбираю 25мм, диаметр штока 8мм.

Усилие закрепления заготовки в приспособлении определяю по формуле:

 (17)

 (18)

где D - диаметр поршня, в мм;

d - диаметр штока, в мм;

p - давление масла в гидроцилиндре, в МПа;

 - КПД.

Определяю коэффициент надежности

К = К₀ ×К₁ ×К₂ ×К₃ ×К₄ ×К₅ ×К₆ (19)

К₀ = 1,5 - гарантированный коэффициент запаса надежности закрепления (13, с.73)

К₁ = 1,0- увеличение силы резания (13) с.73

К₂ = 1,10 - цилиндрическое предварительное и чистовое фрезерование (13, с.72, т.3.2)

К₃ = 1,0 - увеличение силы резания при прерывистом резании (13) с.73 т.3.3

К₄ = 1,0 - непостоянство зажимного усилия (13) с.73 т.3.3

К₅ = 1,0 - степень удобства расположения рукояток в ручных зажимных устройствах (13) с.73 т.3.3

К₆ = 1,0 - неопределенность из-за неровностей места контакта заготовки с опорными элементами (13) с.73 т.3.3

К = 1,5×1,0×1,10×1,0×1,0×1,0×1,0;

К = 1,65

Т.к. К < 2.5, то при расчете надежности закрепления принимаем К=2,5.

Определяю силу резания:

 (20)

где C_p - коэффициент

С_р - 68 (11) с.281 т.32

q, y - показатели степеней

q = 1,0; y = 0,7 (11) с.281 т.32= 16 мм= 0,3

К_p = К_mp (11) с.264 т.9

К_mp - поправочный коэффициент на качество обрабатываемого материала

К_mp =  , (21)

σ_в = 610 мПа;

n = 0,75 (11) с.264 т.9

К_mp =

Определяю крутящий момент при резании М_кр

 (22)

где С_м - коэффициент;

С_м = 0,0345;                  (11) с.281 т.32

q, y - показатели степеней;

q = 2, y = 0,8;                (11) с.281 т32

D - диаметр сверления, в мм;

D = 16мм;

S - подача при сверлении, мм/об;

S = 0,3 мм/об;

К_р - поправочный коэффициент на качество обрабатываемого материала

К_р = 0,85

Определяю момент закрепления, М_закреп :

М_закреп = P_u × a (23)

М_закреп = 15853 × 0,028 = 420 Н×м

Определяю требуемую силу закрепления:

Р_тр = Р₀  К (24)

Р_тр = 3981,37 2,5 = 9953,4Н

Условия надежности закрепления:

М_кр ≤ М_закреп (25)

28,68 < 420

Р_тр ≤ Q (26)

,4 < 15853

Условия выполняются, следовательно, приспособление надежно.

. Экономическая часть

.1 Анализ проектируемого приспособления с целью уменьшения его металлоемкости и унификации

Из 15 деталей я выбрала стандартных 11, что составляет 73%.

Я ничего не могу предложить, чтобы уменьшить металлоемкость.

.2 Расчет экономической целесообразности применения проектируемого приспособления

Для определения экономического внедрения приспособления обычно сопоставляют различные конструкции их варианты, принимают одинаковые затраты на режущий инструмент, амортизацию станка, электроэнергию, сопоставляют эти варианты и определяют себестоимость изготовления приспособления.

С = З_шт × (1+) +  ×() (27)

где З_шт - зарплата станочника, отнесенная к одной детали.

Н_ц- цеховые накладные расходы на заработную плату в %;

Н_ц=325%.

N - годовая программа выпуска детали, шт.;

Р_пр. - расходы связаны с содержанием приспособления в %.;

А_пр. - срок амортизации приспособления, годы.

Для определения З_шт. нужно знать штучное время данной операции и вставку заработанной платы рабочего.

З_шт.= Т_шт. × З_ст. (28)

где З_ст. - средняя тарифная ставка оплаты труда рабочего

З_ст.= 260руб/ час ;

Т_шт - норма штучного времени на изготовление детали с использование приспособления;

Т_шт = (Т_м +Т_в) × (1+) (29)

где к - процент дополнительного времени на обслуживание рабочего места и естественные надобности;

Т_в - вспомогательное время на установку и снятие детали, наладку станка, измерение полученного размера и др.;

к= 3,5%                                                                       (12) с.143 т.77

Определяю вспомогательное время, Т_в.;

Т_в = 0,43мин.                                                              (12) с.142 т.76

Т_шт = =2,85

З_шт.= 2,85×260=741 руб.

Затраты на изготовление приспособления

З_пр = n × к , (30)

где n- количество деталей приспособлений;

к- постоянное зависящее от сложности приспособления.

Для легких приспособлений к = 15.

З_пр = 15×15 = 225руб.

Величину А_пр принимают равную сроку в годах в течении которого конструкции приспособлении будет работать для выпуска данной продукции.

Для легких приспособлений А_пр. = 1 год.

Величина расходов, связанных с содержанием приспособления Р_пр, % приближенно принимается равной 20% от затрат на изготовление приспособления З_пр, руб.

Р_пр. = З_пр ×  (31)

Р_пр.==45

С = 741 × (1+) +  ×() = 3149,25 руб.

Расчет экономической целесообразности применения специального приспособления определяется выражением:

Э_n ≥ Р, (32)

где Э_n - годовая экономия;

Р - годовая затраты.

,66>1669,10

Годовая экономия может быть определена

Э_n=(Т_шт.- Т_шт.ⁿ) × (33)

Проектируемое приспособление позволяет исключить выверку, тогда вспомогательное время, Т_в. будет:

Т_в^* = 0,43 - 0,19= 0,24мин.

Т_шт ⁿ=(Т_м+Т_в^*) × (1+ ) (34)

Т_штⁿ_. = (2,32+ 0,24) × (1+) = 2,65мин

где Т_шт. - штучное время на обработку детали без применения, проектируемого приспособления;

Т_шт.ⁿ- - штучное время на обработку детали с применением проектируемого приспособления;

С_ч.з. - часовые затраты на эксплуатацию рабочего места;

Для крупносерийного типа производства С_ч.з.= 179 руб./ час.

N-годовая программа выпуска, шт.

Э_n = (2,85-2,65)×  = 59666,66 руб.

Годовые затраты на приспособление:

Р=С×(А+В) (35)

где А- коэффициент, учитывающий условия производства. Для крупносерийного типа производства А=0,33;

В- коэффициент учитывающий обслуживания приспособления, В=0,2;

С- себестоимость изготовления.

Р=3149,25 ×(0,33+0,2)=1669,10 руб.

Экономический эффект от специального приспособления определяется:

Δn = Э_n -Р (36)

Δn = 59666,66 - 1669,10 = 57997,56 руб

Экономический эффект от внедрения проектируемого приспособления составляет 57997,56 руб.

Литература

1. Аксеров М.А. «Приспособление для металлорежущих станков», 1975 г.

. Барановский Ю.В. «Режим резания металлов», М.: «Машиностроение», Москва, 1972 г.

. Белоусов А.Г. «Проектирование станочных приспособлений». Изд. 2-е, М. Высшая школа, 1974 г.

. Блинов И.С. «Справочник технолога механосборочного цеха судоремонтного завода». Москва «Транспорт» 1979

. Вардашкин Б.Н. «Станочные приспособления», том 1. Москва «Машиностроение», 1984.

. Вардашкин Б.Н. «Станочные приспособления», том 2. Москва «Машиностроение», 1984.

. Горошкин А.К. «Приспособления для металлорежущих станков», справочник-конструктора, изд. 7-е. Москва, «Машиностроение», 1979.

. Добрыднев И.С. Курсовое проектирование по предмету «Технология машиностроения»,М., «Машиностроение», 1985.

. Клепиков В.В. «Технология машиностроения», Москва, ФОРУМ-ИНФРА-М, 2004.

. Косилова А.Г. «Справочник технолога- машиностроителя», том 1 Москва, «Машиностроение», 1985.

. Косилова А.Г. «Справочник технолога- машиностроителя», том 2 Москва, «Машиностроение», 1985.

. Миллер Э.Э. «Техническое нормирование труда в машиностроении», 1972

. Уткин Н.Ф. «Приспособления для механической обработки», изд. 2-е, ЛЕНИЗДАТ, 1983.