Могильников В.А. Методические указания к практическим занятиям Технология производства. Технологический анализ чертежа детали - файл n1.docx

приобрести
Могильников В.А. Методические указания к практическим занятиям Технология производства. Технологический анализ чертежа детали
скачать (788.4 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.docx789kb.19.09.2012 18:32скачать

n1.docx

Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

ТУЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра физико-химических процессов и технологий
ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЧЕРТЕЖА ДЕТАЛИ


Методические указания к практическим занятиям,

контрольно-курсовым и контрольным работам

для студентов машиностроительных специальностей
Издательство ТулГУ

Тула 2009

УДК 658.512

М 74
Могильников В.А. Технология производства. Технологический анализ чертежа детали : методические указания к практическим занятиям, контрольно-курсовым и контрольным работам для студентов машиностроительных специальностей / В.А. Могильников. – Тула: изд-во ТулГУ, 2009. – 18 с.


Приведена методика и пример реализации технологического анализа чертежа детали, который является составной частью подготовки производства и предшествует разработке технологических процессов изготовления. При выполнении анализа по приведенной методике студенты машиностроительных специальностей вузов смогут закрепить полученные знания, развить навыки самостоятельного решения вопросов проектирования технологических процессов обработки изделий, повысить свою компетентность в части применения инженерно-визуальных, расчетных и экспертных методов оценки технологичности конструкции изделий.

Стр. 18, ил. 4, библ. 15 назв.


Печатается по решению

Библиотечно-издательского совета

Тульского государственного универститета


©В.А. Могильников, 2009

© Тульский государственный университет, 2009

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЧЕРТЕЖА ДЕТАЛИ

Анализ чертежа детали – составная часть подготовки производства, предшествующая разработке технологических процессов изготовления.

При выполнении анализа по приведенной методике на практических занятиях, при подготовке контрольно-курсовых и контрольных работ студенты машиностроительных специальностей вузов смогут закрепить полученные знания, развить навыки самостоятельного решения вопросов проектирования технологических процессов обработки изделий, повысить свою компетентность в части применения инженерно-визуальных, расчетных и экспертных методов оценки технологичности конструкции изделий.

Цель технологического анализа в инженерной практике – накопление сведений, необходимых для оптимального проектирования, в частности, для выбора заготовок, состава, последовательности и содержания операций обработки, рационального сочетания средств оснащения.

Исходные данные для анализа – чертеж детали с указанными на нем или иных документах техническими требованиями, дополнительные сведения о назначении, условиях работы детали, ее размещении в сборочной единице, программе выпуска.

Выполнение анализа, как правило, предваряет нормоконтроль чертежа [1, 7, 14] на соответствие действующим стандартам: нанесение точности и шероховатости, указание отклонений формы и расположения поверхностей, запись технических требований... Выполняют анализ в следующей последовательности.

1 АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИИ ДЕТАЛИ

1.1 Назначение детали в изделии, выполняемые ею функции

1.2 Условия работы детали

При анализе назначения и условий работы детали выявляют возможное влияние условий на применимость того или иного вида и способа получения заготовки на состав и возможное содержание операций проектируемого технологического процесса.

1.3 Сложность конфигурации детали

Оценку проводят сравнением числа поверхностей детали простой формы (цилиндр, плоскость ...) с количеством более сложных, требующих применения программируемого оборудования, специального (фасонного и комбинированного) инструмента. Учитывают общее число поверхностей, подлежащих обработке, их доступность для использования известных методов обработки и стандартизованных инструментов.

1.4 Степень жесткости детали

Оценку возможности деформирования детали под воздействием сил резания и закрепления проводят по соотношению габаритных размеров детали с учетом конфигурации, формы сечений, характера связи отдельных поверхностей, наличия ребер жесткости, приливов и проч. В случае недостаточной прогнозируемой жесткости предлагают меры для устранения деформации детали при обработке: применение способов обработки, исключающих силовое воздействие; использование дополнительных подводимых опор, люнетов, оправок и других приспособлений). В лимитирующих случаях проводят расчеты допустимых усилий резания, исключающих деформацию детали.

1.5 Проектные и конструкторские базы

Выявляют основные и вспомогательные конструкторские базы, устанавливают размерные связи между ними. Определяют размерные цепи, связывающие основные и вспомогательные базы с прочими поверхностями детали (в основном, с функциональными). С учетом выявленных связей анализируют возможность совмещения во вновь проектируемом техпроцессе обработки детали технологических баз с конструкторскими и измерительными базами.

1.6 Ориентация поверхностей детали

относительно собственной системы координат

Выбирают собственную систему координат и нулевую точку детали. Вид и положение системы координат относительно основных поверхностей детали должны учитывать форму детали и положение конструкторских (проектных) баз, а иногда и собственные системы координат станков, на которых в дальнейшем предполагается обрабатывать деталь. Для тел вращения в качестве одной из осей координат выбирают ось центров, а вид системы (цилиндрическая или прямоугольная) определяют исходя из развитости формы детали, характера и расположения усложняющих геометрических элементов.

Если далее предстоит использовать САПР технологических процессов, ориентацию поверхностей детали представляют, например, в виде систем уравнений (в канонической форме) относительно выбранных осей. При необходимости подготовки управляющих программ для станков с ЧПУ, ориентацию соответствующих поверхностей дают в виде списка координат или приращений опорных точек профиля в продольных и/или осевых сечениях детали.

2 АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ НА ДЕТАЛЬ

2.1 Материал детали, термическая обработка

Рассматривают род, марку и стандарт основного и заменяющих материалов. Приводят основные требования к ним, точный химический состав (включая примеси), механические и иные свойства, необходимые для оценки обрабатываемости материалов различными методами.

Свойства анализируют в состоянии поставки и после термической и/или упрочняющей обработки, если последние предусмотрены. По приведенным данным оценивают обрабатываемость материалов традиционными и физико-химическими, в случае низкой обрабатываемости, методами.

2.2 Покрытия, специальные виды

отделочной и упрочняющей обработки поверхностей

Указывают вид покрытия или отделки, их назначение, особенности выполнения. Определяют содержание и место (по стадиям обработки) соответствующих операций для включения в технологический процесс обработки.

2.3 Дефекты детали,

регламентированные техническими требованиями

Указывают допустимые дефекты, анализируют возможность снижения требований к обработке ряда поверхностей, упрощения и/или исключения в этой связи отдельных операций. Рассматривают необходимость введения эталонов для приемки детали по дефектам.

2.4 Контрольные испытания

Указывают вид и условия проведения испытаний, определяют содержание и место соответствующих операций по стадиям технологического процесса. Оценивают необходимость проведения после испытаний ремонта, восстановления товарного вида или устранения выявленных дефектов.

2.5 Особые требования

Если они оговорены, выявляют необходимость введения соответствующих операций обработки, обеспечивающих их выполнение.

3 АНАЛИЗ ТОЧНОСТИ И КАЧЕСТВА ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛИ

3.1 Точность размеров детали

Анализируют точность размеров детали. По величине допусков рассчитывают среднюю точность изготовления детали, выявляют минимальный допуск и на этой основе оценивают требуемую точность технологического оборудования и оснащения, необходимость использования специальных методов обеспечения точности на лимитирующих операциях, в том числе настройкой оборудования. Для поверхностей, выполняемых с точностью выше 14–12 квалитетов, с учетом их формы, из таблиц средней экономической точности [1, 12] выбирают конкурирующие методы их финишной обработки.

3.2 Точность формы и взаимного расположения поверхностей

Указывают вид и предельные отклонения погрешностей, базы их отсчета; анализируют необходимость и возможности совмещения баз отсчета с технологическими базами. При невозможности совмещения оценивают соблюдение соответствующих требований чертежа.

3.3 Шероховатость поверхностей

Ее оценку ведут аналогично анализу точности (см. п. 3.1), используя таблицы средней экономической шероховатости [1, 12].

3.4 Особые физико-механические свойства поверхностей

Выявляют необходимые показатели состояния поверхностных слоев конкретных поверхностей детали: коррозионная стойкость, усталостная прочность, износостойкость, уровень и знак поверхностных напряжений и т.п. Определяют необходимые меры для обеспечения указанных требований при обработке (например, нормированием геометрии инструмента и его материала, режимов обработки и состава технологических сред, введением дополнительных воздействий: осцилляций, ультразвуковых колебаний и др.).

4 АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ КОНСТРУКЦИИ ДЕТАЛИ

4.1 Технологическая преемственность конструкции

Оценивают унифицированность, изменяемость и повторяемость конструктивных элементов детали, рассчитывая коэффициенты:

– унификации конструктивных элементов КУЭ, который определяет степень использования унифицированных типоразмеров конструктивных элементов в общем их количестве;

– применяемости стандартизованных поверхностей КСП, который характеризует удельный вес обработки поверхностей с применением стандартного инструмента;

– обработки поверхностей КОП, который характеризует соотношение обрабатываемых и необрабатываемых поверхностей;

– повторяемости конструктивных элементов КПЭ, который характеризует долю подобных элементов конструкции в общем их количестве;

– обоснованности точности КОТ и шероховатости КОШ, которые показывают степень соответствия технических требований норме.

Коэффициенты определяются следующим образом:

КУЭ = QУЭ/Q; КСП = QСП/Q; КОП = 1 QОП/Q;

КПЭ = 1 QПЭ/Q; КОТ = QОТ/Q; КОШ = QОШ/Q,

где QУЭ – количество конструктивных элементов (поверхностей) детали, размеры которых соответствуют предпочтительным рядам чисел [1], Q – общее количество элементов (поверхностей), QСП – количество поверхностей, обрабатываемых стандартным инструментом, QОП – количество обрабатываемых поверхностей, QПЭ – количество повторяющихся конструктивных элементов (поверхностей подобной формы), QОТ и QОШ – соответственно количество поверхностей с обоснованными точностью и шероховатостью (исходя из функциональной предназначенности).

Хорошая технологическая преемственность конструкции предполагает близость расчетных значений коэффициентов к единице.

4.2 Типизация процесса обработки

На основе классификаторов [6,13] анализируемую деталь относят к соответствующей группе, а для использования САПР технологических процессов присваивают ей конструкторско-технологический код. Приводят типовой маршрут обработки группы и проводят балансовую оценку возможности обработки поверхностей детали на его базе.

4.3 Соответствие конструкции техническим требованиям,

предъявляемым к типовому представителю

Оценивают общую и/или поэлементную конструкцию детали на соответствие основным техническим требованиям, предъявляемым к ее типовому аналогу (например, по наличию фасок и канавок для захода и выхода инструмента, по отсутствию резких переходов между закаливаемыми поверхностями, по другим элементам, улучшающим технологичность [1, 3, 4, 14]).

4.4 Характер намечаемого технологического процесса

Устанавливают тип производства по их характеристикам [4], по такту выпуска деталей или коэффициенту закрепления операций.

Планируют возможную степень концентрации операций (переходов на операциях). Оценивают необходимость использования универсального, специализированного и/или специального оборудования, оснастки, инструментов. Обосновывают целесообразность применения оборудования с ЧПУ, включая многооперационное, промышленных роботов, других средств автоматизации производства.

4.5 Использование прогрессивных заготовок

Оценивают возможность применения заготовки, максимально приближенной к обрабатываемой детали по форме. Задаваясь припусками [4, 12], определяют приближенное значение коэффициента использования материала заготовки КИМ = МД/МЗ (как отношения масс или объемов детали и заготовки) и допустимость его значения для установленного типа производства. Учитывают возможность оставления отдельных (неответственных, в частности, свободных) поверхностей детали в необработанном виде.

4.6 Применение высокопроизводительных методов обработки

С учетом предшествующего анализа обосновывают необходимость применения прогрессивных методов резания, физико-химической и комбинированной обработки с целью повышения производительности и эффективности производства.

4.7 Потребности в специальных средствах оснащения и оборудовании

Обосновывают, в основном, необходимость использования узкоспециального оборудования, нестандартных, комбинированных инструментов, оригинальных приспособлений, других технических решений, без которых изготовление детали затруднено или невозможно.

4.8 Необходимость изменения конструкции детали

Дают предложения по конструктивной доработке детали, улучшающей ее технологичность; изменение функциональной предназначенности и основных конструктивных параметров при этом недопустимо.

5 ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

Дают общую оценку технологичности детали и возможные рекомендации по ее повышению на стадиях технологического процесса.


ПРИМЕР ВЫПОЛНЕНИЯ АНАЛИЗА ЧЕРТЕЖА ДЕТАЛИ «ВИНТ»
1 АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИИ ВИНТА

1.1 Назначение винта в изделии, выполняемые им функции

Винт (рисунок 1) является элементом механизма привода гидропластового зажимного приспособления для внутреннего алмазно-электрохимического шлифования точных тонкостенных втулок. Винт 4 ввернут в корпус 3 приспособления (рисунок 2) посредством резьбы М24-6g. В прорезь 4Н10 через паз 9,5 мм входит головка плунжера 5, передающего давление при затягивании винта на гидропласт 9. Квадратное гнездо 11Н11 выполнено под торцовый ключ.

Наиболее нагруженным элементом винта, исходя из функциональной предназначенности, является профиль резьбы М24-6g.

1.2 Условия работы винта

Винт работает при нормальных температурах, в присутствии коррозионно-активных сред (электролит, электролитные аэрозоли), при значительном осевом сжатии и больших силах трения. Отрицательные факторы наиболее ощутимо сказываются на эксплуатационных показателях работы резьбы винта (в паре винт 4 – корпус 3). Необходимо для изготовления винта использовать коррозионно-стойкие материалы (покрытия) с относительно низкими коэффициентами трения. Чертеж этим требованиям отвечает частично.

По условиям работы следует уменьшить шероховатость профиля резьбы (например, шлифованием). Это позволит снизить трение и повысить цикловую прочность детали за счет устранения концентраторов поверхностных напряжений по профилю резьбы.


    1. 35…40 НRCЭ.

    2. Покрытие: Хим. окс. прм.

    3. Закалочные трещины не допускаются.

    4. Острые кромки притупить.

    5. Неуказанные предельные размеры по Н14, h14, ±IT14/2.
    винт.jpg


Рисунок 1 – Винт (сталь 50 ГОСТ 1050-88)
1.3 Сложность конфигурации винта

Общее число поверхностей винта незначительно, все они имеют простую форму тел вращения и плоскостей. Основные из поверхностей легкодоступны для традиционных методов обработки резанием с использованием стандартного инструмента. Размеры элементов соответствуют рядам предпочтительных чисел от Ra10 до Ra40 [1].

Наименее доступны обработке поверхности квадратного гнезда 11Н11 и прорезь 4Н10, однако их обработка не вызывает особых затруднений: в первом случае возможно использование операции долбления после предварительного сверления, во втором – прорезание дисковой фрезой. Операции выполнимы до термической обработки.

приспа.jpg

Рисунок 2 – Приспособление зажимное гидропластовое:

1 – гайка, 2 – винт стопорный, 3 – корпус, 4 – винт, 5 – плунжер,

6 – втулка плунжера, 7 – винт регулировочный, 8 – плунжер, 9 – гидропласт,

10 – втулка мембранная, 11 – винт упорный
1.4 Степень жесткости винта

Винт представляет собой почти монолитный цилиндр, диаметр которого (30 мм) практически равен длине (28 мм). Поэтому он является вполне жесткой деталью.

Пониженную степень жесткости имеет лишь часть винта, отделенная от монолита прорезью 4Н10. Это может вызвать трудности при изготовлении паза 9,5 мм и, в частности, деформацию указанной части винта. Устранить трудности возможно, если фрезеровать паз 9,5 мм в направлении от образующей цилиндра к оси винта на всю глубину сразу и при малых подачах. Второй возможный вариант – фрезеровать паз 9,5 мм до получения прорези 4Н10.

1.5 Проектные и конструкторские базы

Винт 4 базируется в корпусе 3 по резьбе М24-6g (см. рис. 2) с упором в полузакрытый торец буртика Ш30 мм – основные конструкторские базы. Вспомогательными базами по размещению плунжера 5 являются обращенные друг к другу торцы прорези 4Н10 (внутренняя поверхность паза 9,5 мм не должна соприкасаться с шейкой плунжера, в осевом положении он базируется по втулке 6).

Проектная база – ось центров системы винт–плунжер–отверстие корпуса, задает соосность основных и вспомогательных конструкторских баз, других поверхностей в диаметральном направлении.

В осевом направлении связь между основной 1 и вспомогательными базами 3 и 4 задана размерной цепью 20 мм – 3 мм – 4Н10 (рисунок 3). При обработке винта возможно частичное совмещение технологических баз с конструкторскими (с проектными полное) и измерительными.

Для исключения погрешностей базирования при обработке от баз, не совпадающих с конструкторскими, можно рекомендовать двухстепенное центрирование винта в самоцентрирующихся токарных патронах или цангах при точении, в самоцентрирующихся призматических тисках на других операциях [8].


Рисунок 3 – Базовые поверхности винта:

1 и 2 – основные конструкторские;

3 и 4 – вспомогательные конструкторские;

5 - проектная
базы.jpg
1.6 Ориентация поверхностей детали

относительно собственной системы координат

Если принять правую прямоугольную систему координат XYZ, так чтобы ось ОZ совпала с проектной базой – осью центров винта (и главной осью токарных станков, которая тоже Z), а оси ОX и OY – с плоскостью правого полузакрытого торца буртика винта (конструкторской базой), то нулевая точка детали также совпадет с основными базами. Уравнения основных поверхностей в этом случае имеют вид:

– левого торца винта – z + 8 = 0, –15 < x, y < 15;

– правого торца – z – 20 = 0, –15 < x, y < 15;

– цилиндра Ш30 – x2 + y2 – 152 = 0, –8 < z < 0 и т.д.

Расчет координат и приращений опорных точек [2] осевого сечения винта относительно выбранной системы координат для последующего программирования станков с ЧПУ, в частности, для операций точения выполнен на основании рисунка 4. Результаты вычислений приведены в таблице 1.

Рисунок 3 – Схема положения

опорных точек профиля

осевого сечения винта в системе XOZ;

точка 0 – принятая нулевая точка винта
точки.png

Таблица 1 – Координаты опорных точек и приращения, мм

Точка

0

1

2

3

4

5

6

7

x(y)

z

?x(y)

?z

0

0

0

0

0

20

0

+20

10

20

+10

0

12

18

+2

–2

12

0

0

–18

15

0

+3

0

15

–8

0

–8

0

–8

–15

0



2.1 АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ НА ДЕТАЛЬ «ВИНТ»

2.1 Материал детали

Основной материал детали – сталь 50. Состав приведен в таблице 2. В состоянии поставки сталь должна обладать свойствами в соответствии с ГОСТ 1050-88. Назначение материала соответствует основным условиям работы винта [5]. Механические свойства приведены в таблице 3.

Таблица 2 – Химический состав стали 50, % [5]

Элемент

С

Mn

Si

Cr

Ni

P

S

Fe

Содержание

0,47–

– 0,55

0,50–

– 0,80

0,17–

– 0,37

0,30

0,30

0,035

0,045

Осталь-ное


Таблица 3 – Механические свойства материала [5]

Показатель

КCU, Дж/см3

?0, МПа

?В, МПа

?, %

?, %

НВ

НRCЭ

Нормализация

Закалка

39

60

350

440

630

760

14

18

40

45

230



35…40


Технологические свойства стали 50 [5]: плохая свариваемость, низкая коррозионная стойкость, невысокая прокаливаемость, удовлетворительная ковкость (в диапазоне 1250–850 ⁰С) и малая флокеночувствительность. Коэффициенты обрабатываемости лезвийным инструментом: твердосплавным – KV = 0,8; быстрорежущим – KV  = 0,7 [5, 10]. Шлифуемость хорошая.

Приведенные данные позволяют констатировать относительно хорошую обрабатываемость винта до термической обработки. После закалки обрабатываемость резко ухудшается, и следует использовать для финишной обработки шлифование, электрофизикохимические и комбинированные методы. Предпосылками использования последних являются высокие электропроводность, выход по току – ?a = 0,775 и электрохимический эквивалент – KСПЛ = 0,013 г/(А∙мин) стали 50 [11], а также ее низкая эрозионная стойкость из-за отсутствия в составе тугоплавких компонентов (см. таблицу 2).

Заменитель материала не предусмотрен, но с учетом п. 1.2 можно рекомендовать на его роль близкую по свойствам нержавеющую сталь 30Х13 [5]. В случае ее использования можно исключить операции нанесения покрытия, однако этот материал дороже, а его обрабатываемость хуже – КV = 7,7/0,45 [5].

2.2 Покрытия, специальные виды

отделочной и упрочняющей обработки поверхностей

Винт подвергается антикоррозионной обработке – химическому оксидированию. Операция типовая, ее проведение целесообразно по окончании полной механической обработки детали.

Специальные виды обработки (создание наклепа, искусственной шероховатости, напряженного состояния поверхностных слоев и др.) техническими требованиями не предусматриваются.

2.3 Дефекты винта, регламентированные техническими условиями

Из таковых не допускаются закалочные трещины, которые как концентраторы напряжений могут привести к разрушению винта при эксплуатации. Это может произойти по профилю резьбы, но наиболее вероятно там, где жесткость винта понижена, то есть в зоне дна прорези 4Н10. Для гарантированного исключения возможных трещин следует предусмотреть операцию шлифования стенок и дна паза 4Н10 после термической обработки, как и резьбы М24-6g.

2.4 Контрольные испытания

Не предусмотрены техническими требованиями. Поэтому достаточно введения только контрольных операций. Минимальное количество их – две: одна до термической обработки с целью отбраковки, вторая по завершению технологического процесса для оценки годности готовых изделий.

2.5 Особые требования

Техническими условиями предписано притупить острые кромки радиусом 0,5 мм, что возможно введением переходов скругления на операциях механической обработки или введением специальной операции (например, электрохимической), а также использованием режущего инструмента с означенными радиусами при вершинах режущих лезвий (резцов, фрез, шлифовальных кругов).

3 АНАЛИЗ ТОЧНОСТИ И КАЧЕСТВА ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ВИНТА

3.1 Точность размеров винта

Анализ допусков, указанных и не указанных на чертеже (по техническим условиям соответствуют 14 квалитету) позволяет выявить минимальное среди них значение ?min = 0,048 мм (для размера 4Н10) и среднее , где – допуск i-того размера, n – их общее количество. Расчетное значение ?СР = 1/12 ∙ (0,048 + 0,13 + 0,52 + 0,14 + 0,52 +...) ? 0,27 мм. Такую точность можно получить на станках нормальной и, отчасти, повышенной точности (классы Н и П). Использование особых методов достижения точности и специального технологического оснащения не требуется.

Методы окончательной обработки поверхностей детали, которые обеспечат заданную точность, выбранные с учетом формы поверхностей и предполагаемых способов их формообразования приведены в таблице 4.
Таблица 4 – Конкурирующие методы

обработки поверхностей, обеспечивающие точность изготовления [1, 12]

Поверхность

Размер

Квалитет

(класс)

Допуск, мм

Методы обработки

Поперечная прорезь

4Н10

Н10

0,048

Чистовое шлифование

Гнездо под ключ

11Н11

Н11

0,13

Долбление или

электроэрозионное прошивание

Резьба

наружная

M24-6g

6g

0,14

Точение получистовое

или накатывание

Торцы винта

28

±IT14/2

0,52

Точение черновое

Наружный цилиндр

Ш30

h14

0,52

Точение черновое

Полузакрытый торец буртика

20

±IT14/2

0,52

Точение черновое


3.2 Точность формы и взаимного расположения поверхностей

Регламентировано отклонение от параллельности боковых сторон гнезда под ключ (не более 0,12 мм). Требование может быть обеспечено: применением при долблении делительного приспособления с точной фиксацией угла поворота детали, допуск которого не должен превышать ±0,5∙arctg(0,12/11), т.е. ±18"; при электроэрозионной обработке точным выполнением формы поперечного сечения электрода-инструмента и настройкой оборудования (обеспечение вертикальности установки и рабочей подачи электрода, поддержание оптимального режима). Окончательный выбор способа получения гнезда зависит от точностного расчета операции.

3.3 Шероховатость поверхностей

Минимальное значение параметра шероховатости регламентируется по профилю резьбы М24-6g: Ra = 1,25 мкм.

Средняя шероховатость поверхностей деталей:

, где Rai – допуск i-того размера, n - их общее количество.

RaСР = 1/12 ∙ (2,5 + 2,5 + 10,0 + 1,25 + 10,0 +...) ? 5,25 мкм (расчет выполнен с учетом соотношения Ra = Rz/4).

Такой уровень шероховатости может быть достигнут на станках нормальной точности стандартным режущим инструментом при обоснованном выборе величин подач.

Методы финишной обработки поверхностей детали, обеспечивающие заданную шероховатость, выбранные с учетом формы поверхностей и предполагаемых способов их формообразования представлены в таблице 5.
Таблица 5 – Конкурирующие методы обработки поверхностей,

обеспечивающие требуемые параметры шероховатости [1, 12]

Поверхность

Размер

Ra, мкм

Rz, мкм

Методы обработки

Поперечная прорезь

4Н10

2,5




Чистовое шлифование

Гнездо под ключ

11Н11

2,5




Чистовое

электроэрозионное прошивание

Резьба

наружная

M24-6g

1,25




Накатывание или предварительное шлифование

Торцы винта

28




40

Точение получистовое

Наружный цилиндр

Ш30




40

Точение получистовое

Полузакрытый торец буртика

20




40

Точение получистовое


3.4 Физико-механические свойства поверхностных слоев

За исключением рассмотренных в пп. 2.1–2.2 (закалка до 35-40 НRCЭ и химическое оксидирование) параметров состояния поверхностных слоев в технических требованиях не задано. Специальные условия проведения каких-либо операций обработки не предполагаются.

4 АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ КОНСТРУКЦИИ ДЕТАЛИ

4.1 Технологическая преемственность конструкции

Число поверхностей винта (элементарных конструктивных элементов): общее – Q = 19; имеющих нормальные размеры [1] – QУЭ = 19; обрабатываемых стандартным инструментом – QСП = 15 (кроме граней гнезда 11Н11); обязательно обрабатываемых – QОП = 18 (кроме дна гнезда у заготовки, полученной штамповкой);

повторяющихся (наружные и внутренние цилиндрические, полу- и открытые плоскости, резьба, конические фаски) – QПЭ = 4; базовых, функциональных и свободных с характеристиками, соответствующими назначению, QОТ = QОШ = 19.

Расчетные значения коэффициентов:

– унификации конструктивных элементов и применяемости стандартизованных поверхностей: КУЭ = QУЭ/Q = 19/19 = 1; КСП = QСП/Q = 15/19 = 0,79.

– обработки и повторяемости конструктивных элементов:

КОП = 1 – QОП/Q = 1 – 18/19 = 0,05; КПЭ = 1 – QПЭ /Q = 1 – 5/19 = 0,74.

– обоснованности точности и шероховатости поверхностей:

КОТ = QОТ /Q = 19/19 = 1; КОШ = QОШ /Q = 19/19 = 1.

Числовое значение коэффициентов близко к единице, за исключением КОП. Ощутимо повысить его, практически, невозможно, так как винт выполняет ответственные функции. Поэтому обработка всех поверхностей винта неизбежна.

Преемственность конструкции винта может быть признана в достаточной степени удовлетворительной.

4.2 Типизация процесса обработки

Винт следует отнести к группе деталей с наружной цилиндрической поверхностью, с односторонними уступами, наружной резьбой и рядом дополнительных элементов. Конструкторский код такой детали 401433 [6]. Основной и дополнительный технологические коды – 692044.20134437 [13].

Для разработки техпроцесса обработки детали могут быть использованы типовые технологические маршруты изготовления крепежных [10] и/или ходовых [15] винтов. Оба предусматривают ряд последовательных операций точения, резьбонарезания (накатывания) и шлифования, а также термическую обработку. Тем самым они фактически обеспечивают черновую и, частично, чистовую обработку всех основных поверхностей винта, то есть более 70 % их общего числа. Это подтверждается упрощенной балансовой (экспертной) оценкой пригодности типовой технологии (таблица 6).

Таблица 6 – Инвентарный список операций изготовления винта

с применением типового технологического процесса [9]

Типовой

технологический маршрут

Содержание

типовой операции

Перечень поверхностей винта (см. рисунок 1),

соответствующих маршруту

005 Прессовая

Рубить прутки на части



010 Правильная

Править прутки



015 Токарная

Заправить концы прутков фасками



020 Токарная

Точить шейку, цилиндр под резьбу и фаски справа, отрезать деталь

Цилиндр Ш30; левый торец, фаска 3Ч45⁰; отверстие под гнездо (предварительно)

025 Токарная

Подрезать торец слева, сверлить отверстие под шестигранник, точить фаски

Правый открытый торец, полузакрытый торец, фаска 2Ч45⁰; цилиндр Ш24; резьба М24-6g

030 Прессовая

Прошить шестигранник

Гнездо 11Н11 (предварительно)

035 Резьбонакатная

Накатать резьбу

Резьба М24-6g (предварительно)

040 Промывочная

Промыть деталь

Все поверхности

045 Маркировочная

Клеймить деталь



050 Контрольная

Проверить размеры

Основные размеры

055 Термическая

Закалить деталь

Вся деталь

060 Гальваническая

Нанести покрытие

Вся деталь


Нетипичные конструктивные элементы винта требуют введения ряда дополнительных операций: как формообразующих, так и улучшающих качество их обработки. Это могут быть операции электроэрозионного прошивания гнезда 11Н11, фрезерования паза 9,5 мм, фрезерования и шлифования прорези 4Н10, шлифования резьбы. Их введение целесообразно после обработки типовых поверхностей на каждой стадии технологического процесса.

4.3 Соответствие конструкции винта техническим требованиям,

предъявляемым к типовому представителю

Винт не имеет больших перепадов диаметральных размеров, поверхности на разных операциях четко разграничены, глухое отверстие (гнездо) соосно базовым поверхностям и выполнено только с одной стороны. Для захода резьбонарезного и формообразующего инструмента предусмотрены фаски. Указанное, в основном, согласуется с типовыми требованиями [14].

Недостаток конструкции – отсутствие канавки у полузакрытого торца буртика винта (основной конструкторской базы), необходимой для более стабильного формообразования технологической базы, а также для выхода резца и шлифовального круга при обработке резьбы М24-6g. Указанное усложнит выполнение соответствующих операций, скажется на стойкости инструмента и точности обработки, потребует более тщательного программирования рабочих ходов исполнительных органов станков.

Форма винта, в основном, рациональна с точки зрения дальнейшей термической обработки (закалки) [14], отдельные сечения пропорциональны, а плавность перехода обеспечена. Резкий перепад сечений наблюдается только в области прорези 4Н10, это необходимо учесть при проектировании операции закалки, чтобы избежать коробления.

4.4 Характер намечаемого технологического процесса

Такт выпуска деталей может быть определен: tВ = 60FД/D, где FД = 4015 часов – годовой фонд времени работы оборудования, а D - программа запуска деталей. Если tВ < tОПmax, где tОПmax – оперативное время наиболее длительной операции технологического процесса (по предварительной оценке, иногда в первом приближении можно принять tОПmax = 3–5 мин). Например, D = 10 000  шт. в год, тогда tВ = 60∙4015/10 000 ? 24 мин, что больше, чем 3–5 мин, следовательно производство – серийное (по источнику [4] для веса детали до 1 кг и объема выпуска 1,5–1ОО тыс. шт. вывод тот же).

Для серийного производства следует использовать универсальное, реже, специальное и специализированное оборудование и средства технологического оснащения, стандартные и, отчасти, специальные инструменты. Целесообразны гибкие производственные модули, включая многооперационные.

4.5 Использование прогрессивных заготовок

Форма винта – ступенчатый цилиндр с незначительными перепадами диаметральных размеров (Ш30 и М24-6g), поэтому можно использовать в качестве заготовки прокат – круг Ш35 (с учетом припусков). Коэффициент использования материала заготовки в этом случае – КИМ ? 0,5 (из отношения объемов детали и заготовки, вычисленных как суммы объемов элементарных геометрических тел, составляющих деталь). Такое значение КИМ не удовлетворяет эффективности серийного производства. Следует изменить вид заготовки на штамповку из проката (например, получить ее одновременной высадкой Ш30 и гнезда 11Н11 на горизонтально-ковочной машине). В этом случае КИМ > 0,8.

4.6 Применение высокопроизводительных методов обработки

Обрабатываемость материала винта хорошая (см. п. 2.1), его поверхности несложной формы, вполне доступны (см. п. 1.3), поэтому традиционные методы лезвийной и абразивной обработки будут в достаточной степени производительными. В частности, для точения могут быть использованы высокопроизводительные автоматы и полуавтоматы или станки с ЧПУ.

Эффективность образования резьбы М24-6g можно повысить, используя вихревое нарезание специальными резцовыми головками и шлифование с непрерывной правкой круга.

Гнездо под ключ может быть окончательно обработано электроэрозионным способом после термической обработки, что повысит его точность по сравнению с долблением и исключит предварительную операцию сверления (рассверливания после штамповки).

Снижению числа переходов, связанных с притуплением острых кромок, может содействовать введение операции их одновременного электрохимического скругления.

4.7 Потребности в специальных средствах оснащения и оборудовании

Для получения большинства поверхностей винта таких потребностей нет. Но при использовании специфических методов обработки (см. п. 4.6) следует предусмотреть соответствующее оборудование (например, электроэрозионный копировально-прошивочный станок, резьбошлифовальный специализированный полуавтомат, установку для электрохимического скругления кромок), приспособления (например, универсально-сборочные или сборно-разборные) и инструменты (вихревые резьбонарезные головки, электроды, резьбовые шлифовальные круги на высокопроизводительных марках абразива и связках).

4.8 Необходимость изменения конструкции детали

Все поверхности винта могут быть получены доступными средствами: особых изменений в конструкции не требуется, однако возможны следующие улучшения.

С точки зрения повышения долговечности можно изменить марку материала винта на более износостойкую по трению, но обрабатываемость в этом случае может ухудшиться. Также можно увеличить радиусы округления дна внутри прорези 4Н10 с целью снижения концентрации напряжений. С технологической точки зрения это повлечет соответствующее увеличение радиусов режущих кромок прорезной фрезы и образующей шлифовального круга. Было бы желательно ввести канавку для выхода инструмента при получении резьбы М24-6g (см. п. 4.3).

5. ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

На основе проведенного технологического анализа винт можно считать, в основном, технологичной деталью. Этот предварительный вывод может быть уточнен в процессе проектирования конкретного технологического процесса изготовления детали.
Резюме: Выполненный технологический анализ позволяет более рационально подойти к проектированию технологического процесса изготовления деталей, путем внесения несущественных конструктивных изменений повысить их технологичность, сократить цикл технологической подготовки производства.

Перечень анализируемых вопросов, приведенный выше, может быть скорректирован (сокращен, расширен или дополнен) в зависимости от конкретных технологических задач, необходимого объема выпуска и т.п. по усмотрению проектанта. Могут быть более широко введены балансовые методы оценки. Но в любом случае следует руководствоваться соответствующими нормативными актами [14].
Л И Т Е Р А Т У Р А

1 Гжиров Р.И. Краткий справочник конструктора / Р.И. Гжиров. – Л.: Машиностроение, 1983. – 464 с.

2 Гжиров Р.И. Программирование обработки на станках с ЧПУ : справочник / Р.И. Гжиров Р.И., П.П. Серебреницкий. – Л.: Машиностроение, 1990. – 592 с.

3 Горбацевич А.Ф. Курсовое проектирование по технологии машиностроения / А.Ф. Горбацевич, В.А. Шкред. – Минск: Альянс, 2007. – 256 с.

4 Добрыднев И.С. Курсовое проектирование по предмету «Технология машиностроения» / И.С. Добрыднев. – М.: Машиностроение, 1985. – 184 с.

5 Журавлев В.Н. Машиностроительные стали : справочник / В.Н. Журавлев, О.И. Николаева. – М.: Машиностроение, 1992. – 480 с.

6 Иллюстрированный определитель деталей общемашиностроительного применения. Классы 40 и 50. – М.: Изд-во стандартов, 1977. – 238 с.

7 Коваленко А.В. Как читать чертежи / А.В. Коваленко, М.А. Гредитор. – М.: Машиностроение, 1987. – 88 с.

8 Коганов И.А. Основы базирования : учебное пособие / И.А. Коганов, Д.С. Каплан. – Тула: изд-во ТулГТУ, 1983. – 128 с.

9 Обработка металлов резанием : справочник технолога / Под ред. А.А. Панова. – М.: Машиностроение, 1988. – 736 с.

10 Справочник инструментальщика / Под ред. И.А. Ординарцева. – М.: Машиностроение, 1987. – 846 с.

11 Справочник по электрохимическим и электрофизическим методам обработки / Под общ. ред. В.А. Волосатова. – Л.: Машиностроение, 1988. – 719 с.

12 Справочник технолога-машиностроителя : в 2-х т. – изд. 5-е, испр./ Под ред. А.М. Дальского, А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова – М.: Машиностроение, 2003.

13 Технологический классификатор деталей машиностроения и приборостроения. – М.: Изд-во стандартов, 1987. – 255 с.

14 Технологичность конструкции изделия : справочник / Под общ. ред. Ю.Д. Амирова. – М.: Машиностроение, 1990. – 768 с.

15 Технология машиностроения (специальная часть) / А.А. Гусев [и др.]. – М.: Машиностроение, 1986. – 480 с.

Могильников Владимир Андреевич
ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЧЕРТЕЖА ДЕТАЛИ
Методические указания к практическим занятиям,

контрольно-курсовым и контрольным работам

для студентов машиностроительных специальностей


Авторское редактирование,

компьютерная верстка и оформление

Изд. лиц. ЛР 020300 от 12.02.97. Подписано в печать .

Формат бумаги . бумага офсетная.

Усл.-печ. л. 1,2 . Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 129.
Тульский государственный университет

300600, г. Тула, пр. Ленина, 92
Отпечатано в издательстве Тульского государственного университета

300600, г. Тула, ул. Болдина, 151

Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации