Технлогия машинстроения

1.Общий раздел

1.2Введение

Технический прогресс машиностроения характеризуется как улучшением конструкций машин, так и непрерывным  совершенствованием технологии их производства. Основная задача – изготовить машину заданного качества в нужном количестве при наименьших затратах материалов, минимальной себестоимости и  высокой производительности. В настоящее  время в промышленном производстве большое назначение приобрело требование повышения производительности при  высокой гибкости производственного  процесса, которое удовлетворяется  за счёт использования средств автоматизации  и перестраиваемого технологического и вспомогательного оборудования.

Совершенствование машиностроительных производств в направлении увеличения объёма выпуска изделий, расширения их номенклатуры и повышения качества решаются в настоящее время путём  создания гибких производственных систем (ГПС).

Современный период автоматизации  обусловлен развитием средств вычислительной техники и прогрессом робототехники.

Технологическое оборудование, обеспечивающее требуемую гибкость при высокой производительности, оснащено системами числового программного управления (ЧПУ), высокопроизводительным режущим инструментом, средствами поднастройки инструмента, а также автоматической зажимной оснасткой и системами замены заготовок и инструмента.

Станки с ЧПУ представляют собой новый вид технологического оборудования, предназначенного для перестраиваемого производства. Простота управления этим оборудованием с помощью управляющих программ обеспечивает снижение издержек производства и делает технологию, использующую системы и оборудование с ЧПУ, основой машиностроительных производств.

Объединение станка с ЧПУ  и ПР дало качественно новый вид оборудования – роботизированный технологический комплекс (РТК), который представляет собой совокупность единицы технологического оборудования, ПР и средств оснащения, автономно функционирующую и осуществляющую многократные циклы.

Технический прогресс осуществляется не только на основе применения новых  научно-технических достижений. Они  базируется и на широком использовании  уже определившихся направлений в развитии техники и характеризуются не только непрерывным появлением принципиально новых технологических процессов производства, но и непрерывной заменой существующих процессов более точными, производительными и экономичными. Данный технологический процесс направлен на улучшение качества детали за счёт применения станков с ЧПУ уменьшение вспомогательного времени

1.3. описание конструкции  детали и служебного назначения  детали.

Конические зубчатые колёса применяются в передачах, у которых  оси валов пересекаются под некоторым  углом ∑. Наиболее распространены передачи с углом ∑ = 90°. Пересечение осей валов затрудняет размещение опор. Одно из конических колёс, как правило, располагается консольно. При этом увеличивается неравномерность распределения нагрузки по длине зуба. В коническом зацеплении действуют осевые силы, в связи с чем конструкция опор усложнена, но несмотря на отмеченные недостатки, конические передачи имеют довольно широкое применение, в конструкциях машин часто необходимо располагать валы под углом.

Основным видом обработки  является обработка резанием.

Основными операциями технологического процесса являются: токарная и зубофрезерная операции. Габаритные размеры детали составляют 13, 5 ×11, 5 мм, следовательно, деталь средних размеров и для её обработки необходимо выбрать следующие типы, размеры станков: токарные станки с высотой центров 100 мм; зубофрезерные станки с максимальным модулем нарезания от 0,5…0,75.

Масса детали составляет 0,001 кг, следовательно, для установки не требуются грузоподъёмные средства.

По техническим условиям на изготовление детали её твёрдость  должна состоять 28…34 HRC, следовательно, в технологическом процессе необходимо использовать операцию термической обработки, место которой в начале технологического процесса (ввиду невысокой прочности), что исключает отдельные операции в конце технологического процесса. Наивысшая точность размеров соответствует 7 квалитету, следовательно, для обработки детали необходимо использовать станки нормальной точности.

Наименьшую шероховатость  Ra= 1,6 мкм имеют шероховатости зубчатых венцов Ra= 0,8 мкм, внутренний диаметр , такую шероховатость можно достичь методом отдельной обработки.

Деталь «колесо зубчатое»  жёсткая, имеет простые формы, удобна для закрепления на станках, позволяет  обрабатывать её на производственное расширение.

Деталь имеет простую  форму, исключением являются зубчатые венцы, которые условно можно  отнести к сложным поверхностям. Для их обработки необходимых предусмотрев операции его нарезания зубьев по техническим условиям на изготовление детали требуется достичь отклонения торцевого биения торца на диаметр 9H9 в пределах 0,015 и радиального биения в пределах 0,018, и конического зубчатого венца в пределах 0,17м, эти требования можно достичь с соблюдением правил базирования заготовок, т.е. при установке на .

1.4 Технологический контроль  чертежа детали и анализ детали  на технологичность. Элементы  детали: отверстие, наружные поверхности,  торец.

Определяем основные элементы детали, их точность и шероховатость. Результаты заносим в таблицу 1.

Таблица 1. Конструктивные элементы детали

Наименование поверхности	Количество поверхностей	Количество унифицированных  поверхностей	Квалитет точности	Параметр шероховатости, мкм
Отверстие	4	4	1∙2+1∙13+2∙14	1∙0,8+3,2∙3
Наружные поверхности	7	4	4∙14+1∙9+1∙12+1∙13	2∙1,6+5∙3,2
Торец	2	-	2∙14	2∙3,2
Итого	Qэ=13	Qуэ=8

Технологичность определяется по данным показателям.

Определяем дополнительные показатели:

Коэффициент унификации конструктивных элементов детали:, где Qуэ - количество  унифицированных элементов детали,Qэ – количество всех элементов детали.

Куэ= 8/13=0,1

Деталь по данному показателю технологична, так как Куэ> 0,6.

Коэффициент использования  материала:

 Ким = мд/мз, где мд – масса детали, кг, мз – масса заготовки, кг

Ким = 0,001/0,036 = 0,028

Коэффициент точности обработки

К т.ч = (1-1/А ср), где А ср – средний квалитет точности

А ср = (8∙14+2∙13+1∙12+1∙9+1∙7)/13 = 12,8

К т.ч = (1-1/12,8) = 0,9

Деталь по данному показателю технологична, т. к. К т.ч>0,8.

Коэффициент шероховатости  поверхности:

Кш = (1-1/Б ср), где Б ср – средняя шероховатость поверхности , по параметру R мкм

Б ср = (1,0∙3,2+2∙1,6+1∙0,8)/13 = 2,7 мкм

Кш = (1-1/2,7) = 0,63

Деталь по данному показателю технологична, так как Кш < 1,6.

Деталь технологична по всем параметрам, это предполагает её изготовление на высокопроизводительном оборудовании, используя стандартную технологическую  оснастку, а также использовать рациональный способ получения заготовки.

1.5 Материал детали, механический  параметры, химический состав, обрабатываемость  резанием.

1.5.1 Характеристика материала  ст.20Х13. ГОСТ5632-72. Это коррозионно-стойкая жаропрочная сталь. Заменителем этой марки стали является сталь 14Х17Н2.

1.5.2 Применение в энергетическом  машиностроении и печестроении (турбинные болты, гайки, арматура) для крекинг - установок с длительным сроком службы при температурах до 500 градусов, при изготовлении деталей с повышенной пластичностью, подвергающихся ударным нагрузкам и работающие при температуре до 450 – 500°С, а также изделий, подвергающихся действию слабоагрессивных сред при комнатной температуре. Это сталь мартенситного класса. Сталь имеет ограниченную свариваемость, т.е. сварка возможна при подогреве до 100 – 120 градусов и последующей термообработке, что является её недостатком.

Операция	Средства охлаждения	н/мм2	н/мм2	н/мм2	,%	KCU, %	Н В, кг/см2
Закалка 1000-1050 Отпуск 660-770	В масло	440	650	16	55	18	126 – 197

 

Термическая обработка стали:

1.5.3 В состав стали входят следующие элементы:

Химический состав в % материала 20Х13.

C, %	Si, %	Мп, %	Ni, %	S, %	P, %	Cr, %
0,16-0,25	До 0,6	До 0,6	До 0,6	До 0,025	До 0,03	12-14

С – увеличивает прочность  и твёрдость, уменьшает пластичность.

S – является вредной примесью, т.к. увеличивает хрупкость стали.

Мд – нейтрализует действие серы, увеличивает прочность стали.

P – является вредной примесью, вызывает хрупкость стали, допаускается содержание до 0,050 %.

O, N, H – вредные газы, вызывают надрывы в металле.

Cr – увеличивает твёрдость, износостойкость, окалийность, увеличивает антикоррозионные свойства.

Ni – один из важнейших легирующих элементов, обладает антикоррозионными свойствами, повышает жаропрочность.

Cu – один из легирующих элементов, обладает хорошей электропроводностью.

Температура критических  точек материала 20Х13:

АС = 820, АС3 (Аст) = 950, Ar1 = 780

Твёрдость материала 20Х13 после  отжига НВ = 126 – 197 МПа.

1.5.4 для обработки стали  20Х13 резанием необходимо применять  следующие марки материала для  режущего инструмента:

Виды и характер обработки	Марка твёрдого сплава
Черновое точение по корке  и окалине при неравномерном  сечении среза и прерывистом  резании с ударами	ВК8
При получистовом и чистовом точении при прерывистом резании	ВК8
При отрезке и подрезке канавок	ВК8М, ВК4
При черновом фрезеровании	Т15К6, Т14К8
При получистовом и чистовом фрезеровании	Т15К6, Т14К8
При сверлении глубоких отверстий	Т5К12, ВК8В, ВК8
При рассверливании неглубоких, предварительно просверленных отверстий	ВК8

 

2. технологический раздел

2.1 Выбор и обоснование  типа производство

Исходя из массы детали m = 0,001 кг, годовой программы выпуска Nг  = 4000 шт. и базового маршрутного техпроцесса определяем тип производства.

Таблица 2.1.1. маршрут обработки  детали «колесо зубчатое»

№ операции	Наименование операции	Тип оборудования	Т шт. на операцию
005	Токарная	ИТ – 42	1,1
010	Зубофрезерная	5303	1,8
015	Токарная	ИТ – 42	0,154
020	Зубострогальная	5236 П	120,5

Определяем штучное время:

Tшт = (Tосн + Tвсп) ∙ К шт

Где К шт – коэффициент штучного времени(0,006…1,1).

Тосн–время на основную обработку, мин.

Твсп – вспомогательное время, мин.

То1 = L/S = 18+2 / 2 = 10

То2 = 18/80 = 0,225

То3 = 75/50 = 0,15

То4 = 75/50 = 0,15

То5 = 25/80 = 0,031

То6 = 10/80 = 0,125

То7 = 5/80 = 0,0625

То8 = 4/80 = 0,05

То9 = 24/80 = 0,03

То общ = 0,15+0,15+0,031+0,125+0,0625+0,05+0,03 = 0,05985 =0,6

Тв = То ∙ 0,6

Тв = 0,6 ∙ 0.6 = 0,36

Тшт005 = (То + Твсп)∙ Кшт

То1 = 4,5/4 = 1,125

Тв = То ∙ 0,4

Тв = 1,125 ∙ 0,04 = 0,45

Тшт010 = (1,125+0,45) ∙ Кшт

То1 = 77/80 = 0,10

Тв = То ∙ 0,4

Тв = 0,10 ∙ 0,4 = 0,04

Тшт 015 = (0,10 + 0,04)∙1,1 = 0,154 мин

Тшт020 = (Тосн + Твсп) ∙ Кшт

То1 = 2,5∙5∙25 / 4 = 78,2

Тв1 = 78,2 ∙ 0,04 = 31,28

Титого = (78,2 + 31,28)∙1,1 = 120,5

Определяем количество рабочих  мест: 
 
где N– годовая программа выпуска,

Тшт – штучное время на операцию,

Fd – действительный годовой фонд времени, Fd = 3900 час,

Кза – нормативный коэффициент загрузки оборудования, 0,7

Ср005 = 4000 ∙ 1,1/60 ∙ 3900 ∙ 0,7 = 0,03≈1

Ср010 = 4000∙1,8/60∙3900∙0,7 = 0,04 ≈ 1

Ср015 = 4000∙0,2/60∙3900∙0,7 = 0,005 ≈ 1

Ср020 = 4000∙120,5/60∙3900∙0,7 = 2,9 ≈ 3

Определяем фактический  коэффициент загрузки места:

Кзафакт = Ср/Сфакт

Где Ср – расчётное количество рабочих мест,

Сфакт – фактическое количество рабочих мест.

Кза005 = 0,03/1 = 0,03

Кза010 = 0,04/1 = 0,04

Кза015 = 0,005/1 = 0,005

Кза020 = 2,9/1 = 2,9

Количество операций, выполняемых  на одном рабочем месте:

О = Кзанорм/Кзафакт

Где Кза норм – нормативный коэффициент загрузки,

Кза факт – фактический коэффициент загрузки.

О005 = 0,7/0,03 = 23,3 ≈23

О010 = 0,7/0,04 =17,5  ≈ 18

О015 = 0,7/0,005  = 140

О020 = 0,7/2,9 = 0,24  ≈ 0,3

Таблица 2.1.2 Таблица расчёта  количества рабочих мест

№ п/п		№ операции	tшт.		С пр	C р		Кза факт	О
1		005	1.1		1	0.03		0.03	23
2		010	1.8		1	0.04		0.04	18
3		015	0.2		1	0.005		0.005	140
4		020	120.5		3	2.9		2.9	0.3
Е=6				Е=181.3