Разработка технологического процесса изготовления матрицы (125362)

Посмотреть архив целиком

43



МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ТОЛЬЯТТИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

МЕХАНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ

КАФЕДРАТЕХНОЛОГИЯ МАШИНОСТРОЕНИЯ







ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ

на тему:

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ИЗГОТОВЛЕНИЯ МАТРИЦЫ”





Зав. кафедрой

Руководитель проекта

Консультанты: 1.

Рецензент

Дипломант Черников






2006


Аннотация


УДК 621.91.002(075)

Технологический процесс изготовления матрицы. Дипломный проект /Черников - 2006.

В проекте рассмотрены вопросы совершенствования технологического процесса изготовления матрицы.

Предложен способ получения заготовки методом литья в песчано-глинистые формы по результатам экономического анализа. Разработан технологический маршрут изготовления детали для среднесерийного производства. Рассчитаны припуски на мех. обработку. На многоцелевой операции на основе проведенных научных и патентных исследований оптимизированы режимы резания и усовершенствована конструкция фрезы. Показаны наладки на многогоцелевую и фрезерно-расточную операции. Рассчитано и спроектировано станочное приспособление. Спроектирован участок обработки детали и рассчитаны коэффициенты загрузки применяемого оборудования. Соблюдены безопасность и экологичность проекта. Внедрение предлагаемых мероприятий по совершенствованию техпроцесса позволит получить годовой экономический эффект в размере 288 тыс.руб.

Проект состоит из пояснительной записки, включающей в себя 120с., 15 рис., 30 табл.. Графическая часть содержит 10 листов чертежей формата А1.


Содержание


Введение

1. Состояние вопроса. Анализ исходных данных.

2. Выбор стратегии и выбор производства.

3. Выбор и проектирование заготовки.

4. Выбор технологических баз. План обработки.

5. Выбор средств технологического оснащения.

6. Разработка технологических операций.

7. Патентные исследования.

8. Научные исследования.

9. Выбор и проектирование приспособлений.

10. Выбор и проектирование инструмента.

11. Расчет и проектирование участка механической обработки

12. Безопасность и экологичность проекта

13. Экономическая эффективность проекта

Заключение

Список литературы

Приложения



Введение


Цель дипломного проектирования по технологии машиностроения - научится правильно применять теоретические знания, полученные в процессе учебы, использовать свой практический опыт работы на машиностроительных предприятиях для решения профессиональных технологических и конструкторских задач.

Целью данного проекта является снижение трудоемкости изготовления матрицы путем разработки прогрессивного технологического процесса, базирующегося на современных достижениях в области станкостроения, инструментального производства.

Для достижения цели решаются следующие задачи:

1.Расширение, углубление, систематизация и закрепление теоретических знаний, и применение их для проектирования прогрессивных технологических процессов изготовления деталей, включая проектирование средств технологического оснащения.

2.Развитие и закрепление навыков ведения самостоятельной творческой инженерной работы.

3.Овладение методикой теоретических исследований технологических процессов механосборочного производства.

В дипломном проекте должна отображаться экономия затрат труда, материала, энергии. Решение этих вопросов возможно на основе наиболее полного использования возможностей прогрессивного технологического оборудования и оснастки.



1. Анализ исходных данных


Анализ служебного назначения детали

Задачей дипломного проекта является разработка технологического процесса изготовления детали «матрица». Матрица – это часть штампа для изготовления стальных заготовок методом пластического деформирования. Матрица предназначена для образования совместно с пуансоном полости требуемой конфигурации и силового воздействия на обрабатываемый материал. Штамп состоит из двух или более частей. Матрица – это неподвижная часть штампа. Когда матрица и пуансон соединены вместе, они образуют замкнутую полость определённой конфигурации, стенки которой воздействуют на обрабатываемый материал, пластически деформируют его и придают исходной заготовке из пластического материала требуемую форму. Таким образом, получается деталь или заготовка. Матрица работает в условиях высокой температуры, контактного напряжения и интенсивного трения скольжения. Точность поверхностей матрицы непосредственно влияет на точность получаемых изделий. Шероховатость поверхностей матрицы влияет на шероховатость получаемых поверхностей, поэтому к рабочим поверхностям матрицы предъявляются высокие требования по точности размеров, формы и взаимного расположения поверхностей, а также шероховатости поверхностей. Твёрдость матрицы должна быть значительно выше твёрдости обрабатываемого материала, чтобы обеспечить обрабатываемость и уменьшить износ. Поэтому, для изготовления матрицы выберем инструментальный материал – сталь 4Х5МФС с последующей объёмной закалкой.

Матрица (чертеж 06.М15.6 .10.000) в паре с пуансоном предназначена для изготовления штамповок фланца.

На рисунке 1.1 представлен эскиз матрицы, а в таблице 1.1 классификация ее поверхностей.


Эскиз матрицы


Таблица 1.1

Классификация поверхностей детали по служебному назначению

Вид поверхности

Номера поверхностей

Исполнительные поверхности

14-29

Основные конструкторские базы

1,30

Вспомогательные конструкторские базы

2-4,6,8,10,31-39,41,42,46

Свободные поверхности

7,9,10


Для изготовления данной матрицы применяется инструментальная сталь для штампов горячего деформирования 4Х5МФС. Химический состав стали, представлен в таблице 1.2.


Таблица 1.2

Химический состав стали 4Х5МФС

Содержание элементов, %

С

Mn

Si

Cr

V

Mo

S

P

не более

0,3-0,4

0,15-0,4

0,8-1,2

4,5-5,5

0,3-0,5

1,2-1,5

0,03


Сталь марки 4Х5МФС обладает повышенным сопротивлением хрупкому разрушению, разгаростойкости и прокаливаемости и поэтому ее применяют для сложного прессового инструмента [1].

Технологичность конструкции детали

Анализ чертежа матрицы показал, что все разрезы и сечения, совершенно четко и однозначно объясняют ее конфигурацию и возможные способы получения заготовки; чертеж содержит все необходимые сведения о материале детали, термической обработке, массе детали; деталь не имеет каких-либо труднодоступных поверхностей, все поверхности доступны для обработки и ремонта; возможен свободный доступ инструмента к обрабатываемым поверхностям; отсутствие глухих отверстий; деталь является достаточно жесткой, что позволяет применить высокоскоростную обработку; на чертеже проставлены все необходимые требования для изготовления матрицы, с целью получения в дальнейшем качественных штамповок. Таким образом, деталь является достаточно технологичной.

1.3 Задачи проекта

Основной задачей проекта является получение экономического эффекта от модернизации технологического процесса изготовления детали.

В данном проекте для достижения экономического эффекта предлагается применить следующие меры:

  1. Спроектировать заготовку с максимальным коэффициентом использования материала и с минимальной себестоимостью.

  2. Разработать технологический процесс изготовления матрицы с использованием новейших достижений науки и техники, отвечающий требованиям технологичности (экономичности, точности, качества и т.д.).


2. Выбор стратегии и типа производства


В соответствии с заданной программой выпуска 1000 деталей в год и массой детали 1,4кг выбираем серийный тип производства [2].

Для серийного типа производства характерны следующие показатели технологического процесса:

  • Форма организации технологического процесса – переменно-постоянная;

  • Повторяемость выпуска – периодическое повторение партии;

  • Вид технологического процесса – единичный;

  • Заготовка – отливка, штамповка, прокат;

  • Оборудование – универсальное, частично-специализированное;

  • Загрузка оборудования – периодическая смена деталей на станках;

  • Расстановка оборудования на участке – по ходу технологического процесса;

  • Оснастка – универсальная и специальная;

Исходя из вышеперечисленного, стратегией проекта будем считать получение экономического эффекта путем уменьшения штучного времени, предположительно на заготовительной операции, введением нового способа получения заготовки; на фрезерной операции с помощью модернизации станка, приспособления и инструмента на основе проводимых научных и патентных исследований, учитывая экологическую составляющую проекта.


3. Выбор заготовки


Выбор оптимального варианта получения заготовки

Для сравнения рассмотрим два способа получения заготовки для дальнейшего изготовления матрицы:

  • прокат ( по базовому ТП);

  • литьё в песчаные формы.

Расчет заготовки из проката.

За основу расчета промежуточных припусков принимаем максимальный размер детали 125 мм.

Устанавливаем предварительный маршрутный технологический процесс обработки поверхности детали 125 мм:

Операция 10 Фрезерная черновая

Определяем расчетный размер заготовки:


Dр.з=Dн+2z10, мм

(3.1.)


где, Dн=125мм - номинальный размер;

2z10 = 5,2 мм– припуск на размер на операции 10 [3, с.51, табл. 2.6].

Dр.з=125+5,2=130,2 мм.

По расчетным данным выбираем размер горячекатаного проката обычной точности – полоса по ГОСТ 4405-75


Полоса


В данном случае максимальный размер и является длиной заготовки.

Объем заготовки:


, мм3

(3.2.)


где, Lз= Dр.з =130,2мм – длина заготовки;

Нз, Вз – высота и ширина заготовки, мм.


мм3.


Масса заготовки:


mз=.Vз , кг

(3.3.)


где,  = 7,86 кг/м3 – удельная плотность стали;

mз=7,86.0,91=7,1 кг.


Коэффициент полезного использования материала:


(3.4)


где - масса детали;

- масса заготовки;



Заготовку в проектном варианте предложено выполнить отливкой.

Вид заготовки

Выбираем заготовку – отливку, полученную литьём в песчано-глинистые сырые формы из низковлажных (до 2,8%) высокопрочных (более 160 кПа) смесей с высоким и однородным уплотнением до твердости не менее 90 единиц.

Класс размерной точности

Выбираем по [4, прил.1, табл. 9]. Исходя из способа получения заготовки и наибольшего габаритного размера отливки класс размерной точности 8-13т. Принимаем 10 класс размерной точности.

Степень коробления элементов

Выбираем по [4, прил. 2, табл. 10], исходя из отношения В/L  0,31. Степень коробления 4-7. Принимаем 6 степень коробления.

Степень точности поверхностей

Выбираем по [4, прил. 3, табл. 11] –11 –18. Принимаем степень точности поверхностей 14, что соответствует шероховатости Rа = 40 мкм [4, прил. 4, табл. 12].

Класс точности массы

Определяем по [4, прил. 5, табл. 13], исходя из номинальной массы отливки (m = 1…10кг) и способа получения отливки, степень точности массы отливки 7т-14. Принимаем 10.

Ряд припусков на обработку

Согласно [4, прил.6, табл. 14] 14 степени точности поверхности соответствуют 5-8 ряды припусков на обработку. Принимаем 7 ряд припусков.

Допуск размеров, формы и расположения элементов отливки

Допуски размеров [4, с.2, табл. 1], формы и расположения элементов отливки [4, с. 5, табл. 2] назначаем на каждую поверхность отливки отдельно и сводим в табл. 3.1.


Таблица 3.1.

Допуски на размеры отливки

Размер

детали, мм

Допуск

на размер, мм

Допуски формы и расположения поверхностей, мм

Ø23,77+0,021

2,0

0,4

40-0,016

2,2

0,4

120

3,2

0,5

125

3,2

0,5

55±0,095

2,2

0,4


Допуск неровностей поверхности отливки не должен превышать 1,0 мм.

[4, с. 6, табл. 3].

Общие допуски

Общие допуски элементов отливки, учитывающие совместное влияние допуска размера и допусков формы и расположения поверхностей выбираем по [4, прил. 8, табл. 16] и сводим в табл. 3.2.


Таблица 3.2.

Общие допуски

Размер детали, мм

Общий допуск, мм

Ø23,77+0,021

2,4

40-0,016

3,2

120

4,0

125

4,0

55±0,095

3,0


Припуски на обработку, размеры отливки

Припуски на обработку определяем по [4, с. 10, табл. 6].


Таблица 3.3.

Припуски и размеры отливки

Размер детали, мм

Припуск на размер, мм

Размер отливки, мм

Ø23,77+0,021

7,6

Ø16,17±1,2

40-0,016

7,0

47±1,6

120

6,4

126,4±2,0

125

6,4

131,4±2,0

55±0,095

3,5

58,5±1,5


Масса отливки


= 7,86 . 0,26 = 2,07 кг


Коэффициент использования материала


= 0,68


Технико-экономическое сравнение методов получения заготовки

Себестоимость детали:


Сдетз + Смо - Сотх , руб

(3.5.)


где, Сз – стоимость заготовки, руб;

Смо – стоимость механической обработки, руб;

Сотх – стоимость отходов, руб.


Для заготовки полученной из проката:


Сзпр = Сб . mз , руб

(3.6.)



Для заготовки, полученной отливкой:


Сз = Сб . mз . Кт. Ксл . Кв . Км. Кп , руб

(3.7.)


где, Сб – базовая стоимость кг заготовки;

mз – масса заготовки, кг;

Кт – коэффициент точности;

Ксл – коэффициент сложности;

Кв – коэффициент массы;

Км – коэффициент марки материала;

Кп – коэффициент объема производства.

Для заготовки полученной из проката:


Сбпр = 0,36 руб/кг [5, с.35]

mз = 7,1 кг

Сзпр =0,36 . 7,1 = 2,56 руб/шт


Для заготовки полученной литьём в песчаную форму:


Сбшт = 0,29 руб/кг [5, с.40]

Кт = 1,0 [5, с.38]

Ксл = 1,0 [5, с.38, табл. 4.6]

Кв = 0,82 [5, с.38, табл. 4.7]

Км = 2,5 [5, с.38]

Кп = 0,77 [5, с.38, табл. 4.8]

Сзот = 0,29 . 2,07 . 1,0 . 1,0 . 0,82 . 2,5 . 0,77 = 0,95 руб/шт.


Определим затраты на механическую обработку:


Смо = Суд. (mз-mд) , руб

(3.8.)


где, Суд – удельные затраты на снятие 1 кг стружки, руб.


Суд = Ссн . Ск , руб

(3.9.)


где, Сс = 0,356 руб/кг – текущие затраты [5, с.34 , табл. 4.2];


Ск = 1,035 руб/кг – капитальные затраты [5, с.34 , табл. 4.2];

Ен = 0,2 - нормативный коэф. эффективности капитальных вложений.

[5, с.34 ]

Смопр = (0,356 + 0,2 . 1,035) . (7,1- 1,4) = 3,21 руб/кг.

Смоот = (0,356 + 0,2 . 1,035) . (2,07- 1,4) = 0,38 руб/кг.

Сотх = Суд отх . (mз-mд) , руб

(3.10.)


где, Суд отх – удельная себестоимость 1 кг отходов, руб


Суд отх = 0,1 .Сб , руб/кг

(3.11.)


Суд отхпр = 0,1 . 0,36 = 0,036 руб/кг.

Суд отхот = 0,1 . 0,29 = 0,029 руб/кг.

С отхпр = 0,036 . (7,1-1,4) = 0,21 руб.

С отхот = 0,029 . (2,07-1,4) = 0,02 руб.

Сдетпр = 2,56 + 3,21 – 0,21=5,56 руб.

Сдетот = 0,95 + 0,38 – 0,02 = 1,31 руб.


Экономический эффект:


Э = Сдет б– Сдет м, руб/шт

(3.12.)

Э = 5,56 – 1,31 = 4,25 руб./шт.


Проведенные расчеты показывают, что экономически целесообразно в качестве заготовки для детали – матрица использовать заготовки полученные литьем в земляные формы.


4. Выбор технологических баз. План обработки


Выбор методов обработки поверхностей матрицы

Выбор методов обработки поверхностей детали резанием выполним по типовым таблицам обработки [6] и результаты выбора сведем в таблицу 4.1 проекта. Номера поверхностей взяты с эскиза матрицы (рис.1.1).


Таблица 4.1

Методы обработки поверхностей матрицы

пов.

Точность

(квал.)

Шер-ть, Ra(мкм)

Методы обработки

1,3

6

1,6

Фрезерование(черновое, получистовое),

шлифование

2,32,33

9

1,6

Фрезерование (черновое, получистовое, чистовое)

4,6,8,10,14-20,21-29

8,9

0,8

Фрезерование (черновое, получистовое, чистовое),

полирование

5,7,9,11,12,13,39-45

12

12,5

Фрезерование

30

7

0,8

Растачивание (черновое, получистовое, чистовое),

полирование

31,35,38

7

0,8

Сверление, зенкерование, развертывание.

34

12

12,5

Растачивание

36,37,46

11

12,5

Сверление


Данные методы реализованы при разработке технологического маршрута изготовления матрицы.

Разработка технологического маршрута изготовления матрицы

При разработке маршрута в среднесерийном производстве придерживались следующих правил:

1.Технологические операции разрабатывали по принципу концентрации технологических переходов, т.е. как можно больше поверхностей обрабатывать с одного установа заготовки.

2.Отдавали предпочтение многопозиционным станкам, станкам с ЧПУ.

3.Старались шире применять режущий инструмент со сменными многогранными пластинами (СМП). Для цельного инструмента (сверл и др.) рекомендуем быстрорежущую сталь Р6М5.

4. Шире применять станочные приспособления со сменными установочными элементами и механизированными зажимными устройствами.

5. В первую очередь обрабатываются поверхности, которые в дальнейшем будут являться технологическими базами.

6. Отверстия с точным взаимным расположением обрабатывать за одну установку.

Технологический маршрут обработки матрицы представлен в таблице 4.2.


Таблица 4.2

Технологический маршрут изготовления матрицы

операции

Наименование

операции

Оборудование

(тип, модель)

Содержание операции

1

2

3

4

005

Заготовительная

Литье

Отлить заготовку

010

Фрезерно-расточная

Фрезерно-расточной

6М610Ф3

Фрезеровать поверхности 1,5,7,9,11, 12,13; расточить отверстия 30,34; расточить начисто отверстие 30.

015

Многоцелевая черновая

Многоцелевой

2204ВМФ2

Фрезеровать поверхности 2,3,4,6,8,10,

14-26,43-45; сверлить отверстия 31.

020

Сверлильно-фрезерная

Вертикальный сверлильно-фрезерный

станок 243ВМФ2

Фрезеровать поверхности 1,32,33,39-42,

Сверлить отверстия 35,36,37,38

025

Сверлильная

Вертикально-сверлильный

2Н118

Сверлить отверстия 46

030

Многоцелевая получистовая

Многоцелевой

2204ВМФ2

Фрезеровать поверхности 2,3,4,6,8,10,

14-26; зенкеровать отверстия 38



035

Сверлильно-фрезерная

Вертикальный сверлильно-фрезерный

станок 243ВМФ2

Фрезеровать поверхности 32,33,

зенкеровать отверстия 31

040

Контрольная

Контр. приспособление

Контролировать качество изготовления

045

ТО

Печь

Калить НRC 45…50

050

Шлифовальная

Плоскошлифовальный 3Е710А

Шлифовать поверхности 1,3

055

Многоцелевая чистовая

Многоцелевой

2204ВМФ2

Фрезеровать поверхности 2,4,6,8,10,

14-26; развернуть отверстия 38.


060

Сверлильно-фрезерная

Вертикальный сверлильно-фрезерный

станок 243ВМФ2

Фрезеровать поверхности 32,33,

развернуть отверстия 31

065

Многоцелевая полировальная

Многоцелевой

2204ВМФ2

Полировать поверхности 2,4,6,8,10,

14-26

070

Контрольная

Контр. приспособление

Контролировать качество изготовления

075

Маркирование


Маркировать обозначение и номер детали

080

Консервация


Консервировать тонким слоем ЦИАТИМа


Выбор технологических баз

Заготовка детали в процессе обработки должна занять и сохранять в течении всего времени обработки определенное положение относительно деталей станка или приспособлений. Для этого необходимо исключить возможность трех прямолинейных движений заготовки в направлении выбранных координатных осей и трех вращательных движений вокруг этих или параллельных им осей (то есть лишить заготовку 6 степеней свободы). Теоретическая схема базирования выбирается в зависимости от типа детали. Для нашего случая тип детали - корпус. Выбирается установочная база, которая лишает заготовку трех степеней свободы, направляющая база, которая лишает заготовку двух степеней свободы и опорная база, лишающая заготовку ещё одной степени свободы. Для обоснования выбранных баз составим таблицу 4.3, в которой покажем, какие базы используются на операциях.


Таблица 4.3

Технологические базы

операции

опорных

точек

Наименование базы

Характер

проявления

Реализация

Единство баз

Постоянство баз

явная

скрытая

естественная

искусственная

1

2

3

4

5

6

7

10

11

010

1-3

4,5

6

УБ

НБ

О

+

+

+


+

+

+


+

+

015

1-3

4,5

6

УБ

НБ

О

+

+

+


+

+

+



+

020

1-3

4,5

6

УБ

НБ

О

+

+

+


+

+

+



+

025

1-3

4,5

6

УБ

НБ

О

+

+

+


+

+

+



+

030

1-3

4,5

6

УБ

НБ

О

+

+

+


+

+

+



+

035

1-3

4,5

6

УБ

НБ

О

+

+

+


+

+

+



+

050

1-3

4,5

6

УБ

НБ

О

+

+

+


+

+

+


+


055

1-3

4,5

6

УБ

НБ

О

+

+

+


+

+

+



+

060

1-3

4,5

6

УБ

НБ

О

+

+

+


+

+

+



+

065

1-3

4,5

6

УБ

НБ

О

+

+

+


+

+

+



+


Примечание: в таблице 4.3 установочная база обозначается буквами УБ, направляющая база обозначается буквами НБ, опорная – О.

В качестве черновых технологических баз на первой операции ТП выбираем поверхности 1,7,9 (ОКБ) для обеспечения полного базирования заготовки, как единственно возможные.

Чистовыми базами на многоцелевых операциях 015,030,055,065 служат:

Установочная явная база – поверхность 1, реализуемая при его контакте с установочным элементом приспособления; направляющая явная база – точно обработанное отверстие 30, реализуемой цилиндрическим пальцем; опорная явная база - поверхность 6, реализуемая установочным элементом приспособления.

Чистовыми базами на сверлильно-фрезерных 020,035,060 операциях служат:

Установочная явная база – поверхность 3, реализуемая при его контакте с установочным элементом приспособления; направляющая явная база - точно обработанное отверстие 30, реализуемой цилиндрическим пальцем;; опорная явная база – поверхность 4, реализуемая при его контакте с установочным элементом приспособления.

Чистовыми базами на сверлильной 025, шлифовальной 050 операциях служат:

Установочная явная база – поверхность 3, реализуемая при его контакте с установочным элементом приспособления; направляющая явная база –поверхность 6, реализуемая установочным элементом приспособления; опорная явная база - поверхность 11, реализуемая установочным элементом приспособления.

Такой выбор баз наряду с точностью изготовления матрицы обеспечивает требования взаимного расположения ее поверхностей.

Назначение операционных технических требований

Допуски на размеры заготовки, полученной литьем, определяем по ГОСТ 26645-85 [4].

Операционный допуск на диаметральные размеры при обработке замкнутой поверхности принимаем равным статистической погрешности обработки [7]:


(4.1)


где - статическая погрешность обработки.

Для этого в зависимости от типа технологического оборудования, на котором выполняется обработка, характера обработки, определяем квалитет точности диаметрального размера и далее величину операционного допуска.

Операционные допуски линейных размеров, связывающих незамкнутые поверхности определим руководствуясь следующими правилами:

  • При назначении операционного допуска на расстояние между измерительной базой и обработанной поверхностью для случая обработки на настроенном станке в состав допуска будем включать пространственные отклонения измерительной базы, а также погрешность базирования, от несовпадения установочной и измерительной баз:


(4.2)


где - пространственные отклонения;

- погрешность базирования.

  • Операционный допуск на размер между поверхностями, обработанными с одного установа, нужно принимать равным статистической погрешности обработки:


(4.3)


Величины для линейных размеров определим по данным [8] с учетом типа оборудования, метода координации инструмента, величины размера.

Величины пространственных отклонений измерительной базы определим по данным [8].

Технологические допуски формы и взаимного расположения обрабатываемых поверхностей возьмем из [6] и укажем в технических требованиях на операцию на чертеже 06.М15.6 .01.000.


5. Выбор средств технологического оснащения


При выборе типа и модели металлорежущих станков будем руководствоваться следующими правилами:

1) Производительность, точность, габариты, мощность станка должны быть минимальными достаточными для того, чтобы обеспечить выполнение требований предъявленных к операции.

2) Станок должен обеспечить максимальную концентрацию переходов на операции в целях уменьшения числа операций, количества оборудования, повышения производительности и точности за счет уменьшения числа перестановок заготовки.

3) В случае недостаточной загрузки станка его технические характеристики должны позволять обрабатывать другие детали, выпускаемые данным цехом, участком.

4) В серийном производстве следует применять преимущественно универсальные станки, револьверные станки, станки с ЧПУ, многоцелевые станки (обрабатывающие центры).

При выборе приспособлений будем руководствоваться следующими правилами:

1) Приспособление должно обеспечивать материализацию теоретической схемы базирования на каждой операции с помощью опорных и установочных элементов.

2) Приспособление должно обеспечивать надежные закрепление заготовки обработке.

3) Приспособление должно быть быстродействующим.

4) Зажим заготовки должен осуществляться, как правило, автоматически.

5) Следует отдавать предпочтение стандартным, нормализованным, универсально-сборным приспособлениям, и только при их отсутствии проектировать специальные приспособления.

При выборе РИ будем руководствоваться следующими правилами:

1) Выбор инструментального материала определяется требованиями, с одной стороны, максимальной стойкости, а с другой минимальной стоимости.

2) Следует отдавать предпочтение стандартным и нормализованным инструментам.

При выборе средств контроля будем руководствоваться следующими правилами:

  1. Точность измерительных инструментов и приспособлений должна быть существенно выше точности измеряемого размера.

  1. В серийном производстве следует применять инструменты общего назначения: штангенциркули, микрометры, длинномеры и т.д, реже – специального назначения.

  2. Следует отдавать предпочтение стандартным и нормализованным средствам контроля.

Выбор средств технологического оснащения производим по источникам [9], [10], [11], [12], [13] и результаты выбора заносим в таблицу 5.1.


Таблица 5.1

Выбор средств технологического оснащения

Операция

Оборудование

Приспособление

РИ

Контроль

1

2

3

4

5

010

Фрезерно-расточной

6М610Ф3

Тиски с механизированным приводом ГОСТ14904-80, упор УСП

Фреза торцовая 100 (пластины Т15К6)

ГОСТ 1092-80,

Резец расточной ВК6 ГОСТ18062-72, Резец расточной Т30К6

ГОСТ 18062-72

Резец расточной ВК8 ГОСТ 20874-75


Штангенциркуль ШЦIII-250-0,1 ГОСТ 160-80

нутромер индикаторный ГОСТ 9244-59

015

Многоцелевой

2204ВМФ2

Комплект СРП-ЧПУ ГОСТ 21676-76

(опорная плита, цилиндрический палец, пневматический зажим)

Фреза торцовая 100

ГОСТ 1092-80,

Фреза концевая Р6М5К5 ГОСТ4675-71, Фреза концевая Р9К5 ГОСТ 17026-71

Штангенциркуль ШЦIII-250-0,1 ГОСТ 160-80,

020

Вертикальный сверлильно-фрезерный

станок 243ВМФ2

Угольник УСП, упор УСП, зажим эксцентриковый с сапожком

Сверло спиральное 7,5 Р6М5

ГОСТ 10903-77

Сверло спиральное Р6М5 4,2

ГОСТ 2092-77,

Сверло спиральное Р6М5 2

ГОСТ 2092-77,

Фреза концевая Р6М5К5 ГОСТ4675-71

Штангенциркуль ШЦIII-125-0,1 ГОСТ 160-80.

025

Вертикально-сверлильный

2Н118

Угольник УСП, упор УСП, зажим эксцентриковый с сапожком

Сверло спиральное 10 Р6М5

ГОСТ 10903-77

Штангенциркуль ШЦIII-125-0,1 ГОСТ 160-80.

030

Многоцелевой

2204ВМФ2

Комплект СРП-22 ЧПУ

ГОСТ 21690-76 (опорный угольник, упоры, пневматический зажим)

Фреза торцовая 100

ГОСТ 1092-80,

Фреза концевая Р9К5 ГОСТ 17026-71

Зенкер 9ХС 2,4 ГОСТ21544-76

Фреза коническая конц. 7 ГОСТ18151-72

Штангенциркуль ШЦIII-125-0,05 ГОСТ 160-80,

Калибр-пробка

035

Вертикальный сверлильно-фрезерный

станок 243ВМФ2

Комплект СРП-ЧПУ ГОСТ 21676-76

(опорная плита, цилиндрический палец, пневматический зажим)

Концевая фреза 15 ВК6

ГОСТ20539-75

Зенкер 9ХС 3,4 ГОСТ21544-76

Штангенциркуль ШЦIII-125-0,05 ГОСТ 160-80,

Калибр-пробка

050

Плоскошлифовальный 3Е710А

Стол магнитный

Круг шлифовальный ГОСТ 2424-83

Микрометр первого класса точности

ГОСТ 6507-78

055

Многоцелевой

2204ВМФ2

Комплект СРП-22 ЧПУ

ГОСТ 21690-76 (опорная плита, упоры, пневматический зажим)

Фреза коническая концевая 7 ГОСТ18151-72, Развертка цельная 2,5 ГОСТ 1672-80

Концевая фреза 10 ВК6

ГОСТ20539-75

Контрольное приспособление индикаторного типа,

Калибр-пробка

060

Вертикальный сверлильно-фрезерный

станок 243ВМФ2

Комплект СРП-ЧПУ ГОСТ 21676-76

(опорная плита, цилиндрический палец, пневматический зажим)

Концевая фреза 10 Т30К6 ГОСТ20539-75

Развертка цельная 4 ГОСТ 1672-80

Развертка цельная 3,5 ГОСТ 1672-80

Калибр-пробка

065

Многоцелевой

2204ВМФ2

Комплект СРП-22 ЧПУ

ГОСТ 21690-76 (опорная плита, упоры, пневматический зажим)

Полировочный круг,




6. Разработка технологических операций


Расчет режимов резания будем вести по методике предложенной в [10], а расчет норм времени по методике [9].

Операция 055 Многоцелевая

Выбор оборудования.

На данной операции для обработки выбираем многоцелевой станок 2204ВМФ2

Техническая характеристика:

Частота вращения шпинделя – 50…4500 об/мин

планшайбы – 6,3…160 об/мин

Подача шпиндельной бабки, стола – 1,25…12500 мм/мин

выдвижного шпинделя – 2…2000 мм/мин

Габариты станка - 2630×2785×2250.

Выбор последовательности переходов.

1) – Фрезеровать уступ

2) – Фрезеровать образующую

3) – Развернуть отверстия Ø2,5Н7.

Выбор режущего инструмента произведен в п. 5.

Расчет режимов резания:

глубина резания t=0,1мм;

подача SZ =0.25 мм/зуб;

скорость резания рассчитывается по эмпирической формуле


(6.1)


где, = 234 – коэффициент; [10, стр.287, табл.39]

m = 0,37 – показатель степени;

х = 0,24 – показатель степени;

y = 0,26 – показатель степени;

u = 0,1 - показатель степени;

p = 0,13 - показатель степени;

q = 0,44 - показатель степени.

Т = 100 мин – период стойкости инструмента;

= 0,67  1,0  1,4 = 0,94.

Подставляя значения в формулу (6.1), получим:


=

=124,66м/мин


Таким образом, 7940 об/мин

Основное время рассчитаем по формуле:


,мин

(6.2)

Таким образом, 0,19 мин


Расчет режимов резания:

глубина резания t=0,1мм;

подача SZ =0.03 мм/зуб;

скорость резания рассчитывается по эмпирической формуле





где, = 234 – коэффициент; [10, стр.287, табл.39]

m = 0,37 – показатель степени;

х = 0,24 – показатель степени;

y = 0,26 – показатель степени;

u = 0,1 - показатель степени;

p = 0,13 - показатель степени;

q = 0,44 - показатель степени.

Т = 100 мин – период стойкости инструмента;

= 0,67  1,0  1,4 = 0,94.

Подставляя значения в формулу (6.1), получим:


=

=207,16м/мин

Таким образом, 21990 об/мин


Основное время рассчитаем по формуле:


,мин


Таким образом, 11,46 мин


Расчет режимов резания:

глубина резания t=0,1мм;

подача S =0,4 мм/об; [10, стр.278, табл.27]

скорость резания рассчитывается по эмпирической формуле:



, м/мин

(6.3)

где, = 14 – коэффициент; [10, стр.279, табл.29]

m = 0,85 – показатель степени;

y = 1,05 – показатель степени;

х = 0,75– показатель степени;

q = 0,4 - показатель степени;

Т = 15 мин – период стойкости инструмента; [10, стр.279, табл.30]



(6.4)


где – коэффициент, учитывающий влияние физико-механических свойств обрабатываемого материала на скорость резания. [10, стр.261, табл.1]

=900 МПа – предел прочности обрабатываемого материала;

=0,8 – коэффициент;

= 1,0 – показатель степени.


Тогда ;


коэффициент, учитывающий влияние инструментального материала на скорость резания.


= 1,0 (9ХС); [10, стр.263, табл.6]


= 0,6 – коэффициент, учитывающий длину отверстия [10, стр.280, табл.31]

Таким образом, = 0,67  1,0  0,6 = 0,4.

Подставляя значения в формулу (6.2), получим:


= 11.89 м/мин.


Частота вращения заготовки рассчитывается по формуле:


, об/мин

(6.5)


где, = 11.89 м/мин – скорость резания;

D = 2,5 мм – диаметр развертки.


Таким образом, 1514 об/мин.


Принимаем по паспорту n=1500 об/мин

Основное время рассчитаем по формуле:


,мин

(6.6)


где L – длина рабочего хода, мм

k – количество переходов,

i – количество проходов.


Таким образом, 0,4 мин


Рассчитаем штучное и штучно-калькуляционное время на операцию

Ту.с=0,58мин, Тзо=0,44мин, Туп=0,5мин, Тиз=3,42мин


2,24мин

, мин



где Поб=11,5% – затраты времени на обслуживание рабочего места и оборудования в процентах к оперативному


1,65мин


Таким образом, = 12,13+2,24+1,65=16,02мин

Штучно-калькуляционное время рассчитаем по формуле:


, мин



где Тп-з =48мин – подготовительно заключительное время

n – размер партии.


16,07мин/шт


Операция 060 Сверлильно-фрезерная

Выбор оборудования.

На данной операции для обработки выбираем вертикальный сверлильно-фрезерный станок 243ВМФ2

Техническая характеристика:

Частота вращения шпинделя – 40-2500об/мин

Подача по осям: по координатам Х, Y 2,15-2500 мм/мин Ускоренное перемещение: по координатам Х, Y - 3000 мм/мин по координате Z - 3000 мм/мин Габариты станка - 1590×1640×2620.

Выбор последовательности переходов.

1) – развернуть отверстия Ø3,5Н7

2) – развернуть отверстие Ø4Н7

3) – фрезеровать начисто паз 8D7.

Выбор режущего инструмента произведен в п. 5.

Расчет режимов резания:

Расчет режимов резания:

глубина резания t=0,1мм;

подача S =0,4 мм/об; [10, стр.278, табл.27]

скорость резания рассчитывается по эмпирической формуле:


, м/мин



где, = 14 – коэффициент; [10, стр.279, табл.29]

m = 0,85 – показатель степени;

y = 1,05 – показатель степени;

х = 0,75– показатель степени;

q = 0,4 - показатель степени;

Т = 15 мин – период стойкости инструмента; [10, стр.279, табл.30]




где – коэффициент, учитывающий влияние физико-механических свойств обрабатываемого материала на скорость резания. [10, стр.261, табл.1]

=900 МПа – предел прочности обрабатываемого материала;

=0,8 – коэффициент;

= 1,0 – показатель степени.


Тогда ;


коэффициент, учитывающий влияние инструментального материала на скорость резания.


= 1,0 (9ХС); [10, стр.263, табл.6]


= 0,6 – коэффициент, учитывающий длину отверстия [10, стр.280, табл.31]

Таким образом, = 0,67  1,0  0,6 = 0,4.

Подставляя значения в формулу (6.2), получим:


= 18.92 м/мин.


Частота вращения заготовки рассчитывается по формуле:


, об/мин




где, = 18.92 м/мин – скорость резания;

D = 3,5 мм – диаметр развертки.


Таким образом, 1722 об/мин.


Принимаем по паспорту n=1600 об/мин

Основное время рассчитаем по формуле:

,мин


где L – длина рабочего хода, мм

k – количество переходов,

i – количество проходов.


Таким образом, 0,56 мин


Расчет режимов резания:

глубина резания t=0,1мм;

подача S =0,4 мм/об; [10, стр.278, табл.27]

Подставляя значения в формулу (6.2), получим:


= 20.46 м/мин.


Частота вращения заготовки рассчитывается по формуле:


, об/мин




где, = 20.46 м/мин – скорость резания;

D = 4 мм – диаметр развертки.


Таким образом, 1628 об/мин.


Принимаем по паспорту n=1600 об/мин

Основное время рассчитаем по формуле:


,мин



где L – длина рабочего хода, мм

k – количество переходов,

i – количество проходов.


Таким образом, 0,14 мин


Расчет режимов резания:

глубина резания t=0,2мм;

подача SZ =0.25 мм/зуб;

скорость резания рассчитывается по эмпирической формуле




где, = 234 – коэффициент; [10, стр.287, табл.39]

m = 0,37 – показатель степени;

х = 0,24 – показатель степени;

y = 0,26 – показатель степени;

u = 0,1 - показатель степени;

p = 0,13 - показатель степени;

q = 0,44 - показатель степени.

Т = 100 мин – период стойкости инструмента;

= 0,67  1,0  1,4 = 0,94.

Подставляя значения в формулу (6.1), получим:


=

=86,92м/мин

Таким образом, 4600 об/мин


Принимаем 2500об/мин.

Основное время рассчитаем по формуле:


,мин


Таким образом, 0,34 мин

мин


Рассчитаем штучное и штучно-калькуляционное время на операцию


Ту.с=0,58мин, Тзо=0,44мин, Туп=0,5мин, Тиз=3,42мин

1,14мин

, мин





где Поб=11,5% – затраты времени на обслуживание рабочего места и оборудования в процентах к оперативному


0,25мин


Таким образом, = 1,04+1,14+0,25=2,43мин

Штучно-калькуляционное время рассчитаем по формуле:


, мин



где Тп-з =48мин – подготовительно заключительное время

n – размер партии.


2,48мин/шт


Режимы резания и нормы времени на остальные операции определим по методике [9] и результаты расчетов занесем в таблицу 6.1


Таблица 6.1

Режимы резания и нормы времени

Операция

Переход (пози-

ция)

Глубина

t, мм

Скорость

V,м/мин

Подача

S

Частота n, об/мин

Основное время

То, мин

Штучное время

ТШТ, мин

Штуч.-калькул.

время ТШТ-К, мин

010

Фрезерно-расточная

1

2

3

4

3

4

0,7

0,3

188,4

14,1

30,7

11,6

0,15мм/зуб

0,2мм/об

0,37мм/об

0,71мм/об

500

250

500

180

2,08

6,23

0,42

0,92


11,58



11,6

015

Многоцелевая черновая

1

2

3

3

4

0,5

188,4

37,68

75,36

0,15мм/зуб

0,1мм/зуб

0,02мм/зуб

500

400

1200

2,14

10,6

9,16


26,28


26,34

020

Сверлильно-фрезерная

1

2

3,75

2

1

3

15,82

7,91

5,02

188,4

0,2 мм/об

0,17мм/об

0,1мм/об

0,15мм/зуб

315

630

800

500

1,54

1,14

0,85

2,08


5,61


5,66

025

Сверлильная

1

5

12,77

0,17мм/об

400

2,56

3,07

3,15

030

Многоцелевая получистовая

1

2

3

1

1

0,5

502,4

196,25

75,36

0,15мм/зуб

0,1мм/зуб

0,02мм/зуб

1600

2500

1200

2,14

8,4

1,59


12,13


12,18

035

Сверлильно-фрезерная

1

2

3

0,25

0,25

0,4

16,82

17,27

124,65

0,8мм/об

0,8мм/об

0,2мм/зуб

1000

800

1600

0,84

0,38

1,54


2,76


2,81

050

Шлифовальная


1


0,01


20


28мм/ход


35м/с


14,6


8,6


8,65

055

Многоцелевая чистовая

1

2

3

0,1

0,1

0,1

124,66

207,16

11,89

0,25мм/зуб

0,03мм/зуб

0,4мм/об

7940

21990

1500

0,19

11,46

0,4


16,02


16,07

060

Сверлильно-фрезерная

1

2

3

0,1

0,1

0,2

18,92

20,46

86,92

0,4мм/об

0,4мм/об

0,25мм/зуб

1600

1600

2500

0,56

0,14

1,04


2,43


2,48

065

Многоцелевая полировальная

1

2

0

0


37,68

114,57

0,05мм/об

0,05мм/об

2500

2500

2,19

0,95


3,77


3,82


7. Патентные исследования


Задача раздела – на базе патентного поиска предложить прогрессивное техническое решение (ТР) в целях усовершенствования технологической операции и сделать вывод о возможности его использования.

Обоснование необходимости патентных исследований

В качестве объекта усовершенствования операции 55 Многоцелевой как технологической системы примем применяемый в базовом техпроцессе режущий инструмент – фрезу концевую. Выявить прогрессивные ТР, которые могут лечь в основу усовершенствованного объекта, можно в результате патентного исследования достигнутого уровня вида техники «Фрезы». Использовать усовершенствованный объект можно только в том случае, если он обладает патентной чистотой в странах, где предполагается его использование. Установить, обладает ли усовершенствованный объект патентной чистотой, можно в результате его патентной экспертизы.

Для решения этих задач проведем исследования достигнутого уровня вида техники «Фрезы» и экспертизу патентной чистоты усовершенствованного объекта.

На базовом предприятии на операции 55 Многоцелевой применяют фрезу концевую ГОСТ 18150-72.

Фреза предназначена для фрезерования образующей матрицы ковочного штампа.

Фреза концевая, рис.7.1, изготовлена из твердого сплава ВК10М, содержит режущую часть 1, шейку 2, хвостовик 3.

Фреза концевая работает следующим образом: хвостовиком 3 она базируется и закрепляется в цанговом патроне фрезерного станка и от него получает главное движение резания. С помощью этого движения фреза своими режущими кромками обрабатывает образующую матрицы.


Эскиз фрезы


Рис. 7.1

1

2

3


Исследование достигнутого уровня вида техники «Фрезы»

Главными недостатками применяемой фрезы являются:

- малая стойкость;

- большие температуры при фрезеровании;

- неравнопрочность зубьев вдоль оси;

- недостаточная прочность инструмента.

Причинами этих недостатков являются неоптимальность конструкции данного режущего инструмента.

Цель исследования достигнутого уровня вида техники «Фрезы» - усовершенствование исследуемой концевой фрезы и нахождение таких прогрессивных ТР, которые могли бы устранить недостатки, указанные выше, для возможности использовать фрезу при высокоскоростной обработке.

Составление регламента поиска№1

Регламент поиска определяет перечень исследуемых технических решений (ИТР), их рубрику по Международной классификации изобретений (МКИ) и индекс Универсальной десятичной классификации (УДК), страны поиска, его ретроспективность (глубину), перечень источников информации, по которым предполагается провести поиск.

Фреза характеризуется конструктивными признаками – наличием элементов, их формой, материалом, размерами, взаимным расположением и взаимосвязью. Это существенные признаки при исследовании данного инструмента. Признаки способа и вещества отсутствуют. Следовательно, данный инструмент рассматриваем как устройство.

Исследуемое устройство – фреза концевая содержит следующие ТР:

а) конструкция фрезы;

б) фрезерование – технологический переход, положенный в основу работы фрезы;

в) способ изготовления фрезы.

Из выявленных ТР выбираем ИТР – такие ТР, совершенствование которых может обеспечить достижение сформулированной выше цели - устранения недостатков фрезы путем устранения их причин. Это ТР «Конструкция фрезы».

Для определения рубрики МКИ определяем ключевое слово – «Фрезы».

По «Алфавитно-предметному указателю» т.2 [15] для ключевого слова определяем предполагаемую рубрику МКИ:

В23С5/00 – 5/26 Конструктивные элементы фрез и вспомогательные устройства.

По «Указателю к МКИ» т.2 [16] уточняем рубрику МКИ Раздел С:

В23С5/10 Фреза концевая.

Индекс УДК определяем по «Указателю к универсальной десятичной классификации».

621.9 Обработка резанием

621.914 Фрезерная обработка

В качестве стран поиска выбираем ведущие страны в области машиностроения – Россию (СССР), Великобританию, Германию, США, Францию и Японию.

Ретроспективность (глубину) поиска устанавливаем в 15 лет, полагая, что наиболее прогрессивные ТР содержатся в изобретениях, сделанных за последнее десятилетие.

В качестве источников информации принимаем патентные описания, патентные бюллетени РФ и СССР, бюллетень «Открытия, изобретения», реферативный сборник «Изобретения стран мира» соответствующих выпусков, реферативный журнал 14А «Резание металлов. Станки и инструменты», технические журналы и книги в области мехобработки.

Данные заносим в табл. 7.1 «Регламент поиска».


Таблица 7.1

Регламент поиска №1, №2

Объект: Фреза концевая

Вид исследования: 1) Исследование достигнутого уровня вида техники; 2) Исследование патентной чистоты объекта.

Предмет поиска (ИТР)

Индексы МКИ(НКИ) и УДК

Страны поиска

Глубина поиска, лет

Источники информации

1

2

3

4

5

1) Исследование достигнутого уровня вида техники

1)Конструкция фрезы

МКИ:

В23С5/10


УДК:

621.951

Россия (СССР)

15

(1990-2005)

Патентные описания


Патентные бюллетени

РФ и России(СССР)


Реф. сб. ВНИИПИ


Реф. журнал ВИНИТИ 14А «Резание металлов, станки и инструменты» (14 «Технология машиностроения»)


ЭИ ВИНИТИ«Режущие инструменты»

Журналы: «Вестник машиностроения», «Станки и инструменты»

2) Исследование патентной чистоты объекта

2)Конструкция фрезы

МКИ:

В23С5/10


УДК:

621.951

Россия (СССР)

20 (1985-2005)


Патентный поиск

Просматриваем источники информации в соответствии с регламентом, табл. 7.1. Выбираем такие документы, по названиям которых можно предположить, что они имеют отношение к ИТР. По этим документам знакомимся с рефератами, аннотациями, формулами изобретений, чертежами. Сведения о ТР, имеющих отношение к ИТР, заносим в табл. 7.2.

Изучаем сущность занесенных в табл.7.2 ТР по сведениям, содержащимся в таблицах, а также путем просмотра текстов патентных описаний, статей и т.п. Если из рассмотрения сущности ТР видно, что оно служит достижению той же цели, что ИТР (аналог ИТР), документ включаем в перечень для детального анализа. Запись об этом делаем в графе 5 табл.7.2.

Эскизы аналогов приведены на рис.7.2.


Эскизы аналогов

а)


б)