|
Технология производства
СОДЕРЖАНИЕ
1.ТЕХНОЛОГЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1.1.Назначение детали и анализ технических условий на ее изготовление
1.2.Определение программы запуска и типа производства
1.3.Анализ технологичности конструкции детали
1.4.Технико-экономичесике исследования приемлемых методов получения заготовки
1.5.Проектирование заготовки
1.6.Проектирование технологического процесса обработки детали
1.7.Проектирование технологических операций
2.КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ
2.1.Основы электромеханической обработки.
2.2.Упрочнение винтовых поверхностей
2.3.Приспособление для упрочнения ходовых винтов
3.ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ
3.1.Экспериментальное исследование условий образования заусенцев при фрезеровании заготовок
3.2.Прогнозирование точности и качества при проектировании технологических процессов механической обработки
4.ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА
4.1.Состав продукции цеха, регламент его работы и характеристика
4.2.Определение потребного количества оборудования и производственной площади участка
4.3.Расчет плановой себестоимости продукции участка
4.4.Расчет себестоимости и условной внутризаводской цены детали
5.ЭКОНОМИКА ПРОИЗВОДСТВА
5.1.Определение экономического эффекта
5.2.Расчет величин капитальных вложений
5.3.Определение экономии от снижения себестоимости
6.ОХРАНА ТРУДА
6.1.Назначение охраны труда на производстве
6.2.Анализ условий труда
6.3.Электробезопасность
6.4.Освещение производственного помещения
6.5.Оздоровление воздушной среды
6.6.Защита от шума и вибрации
6.7.Пожарная безопасность
6.8.Техника безопасности на участке
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ
В современных условиях, все возрастающей напряженности работы машин, связанной с увеличением мощности, скорости, давления, а также с повышенными требованиями к точности их работы, вопросы надежности приобретают исключительно большое значение. Ремонт и восстановление работоспособности машин отнимают огромные ресурсы. Это во многом объясняется низкой прочностью поверхностного слоя сопрягаемых деталей машин, который составляет всего долю процента от всей массы деталей.
Следовательно, для повышения долговечности машин решающее значение имеет упрочнение трущихся поверхностей деталей в процессе их изготовления и ремонта. Электромеханическая обработка, основана на термическом и силовом воздействии, она существенно изменяет физико-механические показатели поверхностного слоя деталей и позволяет резко повысить их износостойкость, предел выносливости и другие эксплуатационные характеристики деталей.
1. ТЕХНОЛОГЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1.1. Назначение детали и анализ технических условий на ее изготовление.
Откидная скоба под державку является деталью приспособления для восстановления поверхности ходовых винтов диаметром 32-42 мм. Конструируемая деталь представляет собой деталь типа рычаг. В проектируемом приспособлении скоба служит для закрепления державки с инструментом (твердосплавным роликом), а так же для передачи усилия на обрабатываемую поверхность через ролик? и ее свободного вращения вокруг центральной оси державки, для чего используется подшипник скольжения. Скоба имеет пристыковочную поверхность для сочленения с опорной скобой, через пальцевое соединеием. Для обеспечения плотного прилегания рабочего инструмента к поверхности обработки используется подпружиненный накидной винт.
Деталь имеет мало ответственных поверхностей и поэтому проста в изготовлении. Деталь имеет два отверстия? отверстие диаметром ?25 мм, для установки в нем подшипника скольжения и отверстие ?12 мм, которое служит для сочленения с нижней скобой-корпусом посредством оси.
Скоба имеет форму тавра, то есть диск с упрочняющими ребрами жесткости по обеим сторонам, с приливом под отверстие для подшипника? что дает значительную экономию материала при получении заготовки без уменьшения прочностных характеристик при работе скобы. Деталь по форме является скобой, у которой одна из дуг продлевается на одну четверть окружности от центральной оси и оканчивается сфрезерованными с двух сторон плоскости лысками и отверстием (для крепления к стационарной скобе пальцем).
В этой части скобы имеется выше упомянутое отверстие ?12 мм и скругление по высоте катета тавра, а правая часть скобы продлевается приблизительно на одну шестую окружности и имеет плоское удлинение вдоль оси, перпендикулярной оси центрального отверстия, являющееся опорной поверхностью под накидной винт? для завода которого имеет паз с фасками, облегчающими стыковку винта с посадочной поверхностью. Шероховатость обрабатываемых поверхностей при фрезеровании и сверлении по четвертому классу. Вдоль оси скобы проходит отверстие под подшипник скольжения для установки державки с инструментом. Для обеспечения необходимой толщины стенок в этом месте скоба имеет радиальное утолщение на ширину большую ширины ребер жесткости тавра, и приливы в осевом направлении для опорных поверхностей под буртик державки с одной стороны и стопорное кольцо – с другой.
При работе приспособления необходимые критерии – точное направление инструмента (достигается за счет поворота державки на угол наклона винтовой канавки) и плотность прилегания инструмента к обрабатываемой поверхности (достигается за счет усилия накидного винта и направляющих роликов), которые обеспечиваются элементами всего приспособления.
1.1.1. Материал проектируемой детали.
Материал детали – серый чугун СЧ 15 ГОСТ 1412-85. Чугун является ферритно-перлитным чугуном. Имеет временное сопротивление 100 ? 180 МПа (10?18 кгс?см2), предел прочности при изгибе 280?320 МПа.
Таблица 1.1
Химический состав стали.
марка
C
%
Si
%
Mn
%
S
% (не более)
P
% (не более)
15
3.5 ? 3.7
2.0 ? 2.6
0.5 ? 0.8
0.15
0.3
Структура чугуна – перлит, феррит и графит в виде крупных выделений. Такое название (серый чугун) чугун получил по виду излома, который имеет серый цвет. В структуре чугуна имеется графит, количество и форма которого изменяются в широких приделах.
Поскольку структура чугуна состоит из металлической основы и графита, то и свойства чугуна будут зависеть как от свойств металлической основы, так и от количества графитовых включений. Графит по сравнению со сталью обладает низкими механическими свойствами, и поэтому графитные включения можно считать в первом приближении просто пустотами, трещинами. Отсюда следует, что чугун можно рассматривать как сталь, испещренную большим количеством пустот и трещин.
Естественно, что чем больший объем занимают пустоты, тем ниже свойства чугуна. При одинаковом объеме пустот (т.е. количестве графита) свойства чугуна будут зависеть от их формы и расположения. Следовательно, чем больше в чугуне графита, тем ниже его механические свойства, чем грубее включения графита, тем больше они разобщают металлическую основу, тем хуже свойства чугуна. Как видно – графитные включения вредное явление. Однако такой односторонний подход не вполне справедлив. В ряде случаев благодаря именно графиту чугун имеет преимущества перед сталью? во первых, наличие графита облегчает обработку резанием, делает стружку ломкой, стружка ломается когда доходит до графитового включения? во вторых, чугун обладает хорошими антифрикционными свойствами благодаря смазывающему действию графита? в третьих, наличие графитных выделений быстро гасит вибрации и резонансные колебания?
в четвертых, чугун почти не чувствителен к дефектам поверхности, надрезам и т.д. Действительно, поскольку в чугуне имеется огромное количество графитных включений, играющих роль пустот, то совершенно очевидно, что дополнительные дефекты на поверхности уже не имеют такого значения и не так влиятельны как то большое воздействие, которое оказывают эти дефекты поверхности на свойства чистой от неметаллических включений высокопрочной стали.
Так же следует отметить лучшие литейные свойства по сравнению со сталью. Более низкая температура плавления и окончание кристаллизации при постоянной температуре обеспечивают не только удобство в работе, но и лучшие жидко текучесть и заполняемость формы. Описанные свойства чугуна делают его идеальным материалом для данного типа детали.
1.2. Определение программы запуска и типа производства.
В зависимости от размеров производственной программы, характера производства и выпускаемой продукции, а так же технических и экономических условий осуществления производственного процесса различают три основных типа производства:
- единичное
- серийное
- массовое
Количественной характеристикой типа производства является коэффициент закрепления операций Кз.о., который представляет собой отношение числа различных операций, подлежащих выполнению в течении месяца, к числу рабочих мест. Математически эта зависимость выражается следующей формулой:
Кз.о. = О/Р(1.2.1)
где О – число различных операций, шт.
Р – число рабочих мест, шт.
По таблице типов производств определяем, что выпуск детали массой 4.5 кг и партией 2000 шт. соответствует среднесерийному производству. Годовую программу запуска определяем по формуле:
nз = nвып ? (1+?/100) шт, (1.2.2)
где nвып = 200 шт. – заданная годовая программа,
? = 4 – коэффициент технологических потерь.
Подставив известные величины в формулу (1.2.2), получаем:
nз = 2000?(1+4/100) = 2012
1.3. Анализ технологичности конструкции детали.
Технологичность конструкции – это совокупность свойств конструкции изделия, определяющих ее приспособляемость к достижению оптимальных затрат при производстве, эксплуатации и ремонте для заданных показателей качества, объема выпуска и условий выполнения работы. Важное место среди требований к технико-экономическим показателям промышленных изделий занимают вопросы технологичности конструкции. Технологичность конструкции детали анализируется с учетом условий ее производства, рассматривая особенности конструкции и требования качества как технологические задачи изготовителя.
По ГОСТ 14.205 – 83 технологичность конструкции – это совокупность свойств конструкции изделия, определяющих ее приспособляемость к достижению оптимальных затрат при производстве, эксплуатации и ремонте для заданных показателей качества, объема выпуска и условий выполнения работ. К основным показателям качества изделия можно отнести безотказность функционирования, долговечность, точность сопряжений, уровень шума, безопасность, коэффициент полезного действия, удобство и простоту обслуживания, степень механизации и т.д.
1.3.1 Количественный метод оценки технологичности.
Для количественного метода оценки технологичности конструкции применяют показатели, предусмотренные ГОСТ 14.202 – 73. Произведем расчет по некоторым из этих показателей.
Коэффициент унификации конструктивных элементов детали:
Кц.э.= Qу.э./Qэ(1.3.1)
где Qу.э. = 7 шт. – число унифицированных элементов детали;
Qэ = 9 шт. – общее число конструктивных элементов.
Подставляя известные величины в формулу (1.3.1), получим:
Кц.э. = 7/9 =0.78
При Кц.э.> 0.6 деталь считается технологичной.
Деталь считается технологичной по точности если коэффициент точности обработки Кточ. ? 0.8. Этот коэффициент определяется по формуле:
Кточ. = 1 – 1/Аср.(1.3.2)
где Аср. – средний квалитет точности обработки, определяется как:
Аср. = ?А?ni / ?ni (1.3.3)
где А – квалитет точности обработки;
n – число размеров соответствующих данному квалитету, шт.
Подставляя известные величины в формулу (1.3.3), получим:
Аср = (6?6.3+2.5+14?5)/14 = 9.2
Подставляя известные величины в формулу (1.3.2), получим:
Кточ. = 1-1/9.2 = 0.89
При коэффициент Кточ > 0.8 деталь считается технологичной.
Определим технологичность по коэффициенту шероховатости, который должен стремиться к нулю:
Кш = Qш.н./ Qш.о.(1.3.4)
где Qш.н. – число поверхностей с необоснованной шероховатостью, шт;
Qш.о. – общее число поверхностей подлежащих обработке, шт.
Так как Qш.н. = 0 то Кш = 0 и следовательно деталь может считаться технологичной.
1.3.2 Качественный метод оценки технологичности.
Качественный метод оценки технологичности детали основан на практических рекомендациях. Анализируемая деталь типа рычаг имеет форму тавровой скобы, ограниченную плоскими и цилиндрическими поверхностями.
Подход, применяемый для достижения точности позиционирования инструмента и скобы в целом позволяет уйти от большого числа точно обрабатываемых поверхностей, что дает нам возможность использовать не особо точный способ производства заготовки. Все поверхности детали имеют правильную форму, легко получаемую при производстве заготовки. Все обрабатываемые поверхности – легко доступны для обработки; для данной формы заготовки базовые поверхности имеют удачную форму и расположение, что облегчает технологический процесс производства детали.
Большинство конструктивных элементов скобы можно заложить в форму заготовки, что уменьшает затраты на материал и экономит ресурсы при обработке. Так что в целом конструкцию детали можно считать технологичной. Ко всем обрабатываемым поверхностям обеспечен удобный подход режущих инструментов. Отсутствуют поверхности с необоснованно высокой точностью обработки. Все неответственные поверхности обрабатываются по 14-му квалитету. При обработке ответственных поверхностей соблюдается принцип единства баз, что снижает количество брака.
Проанализировав все вышеперечисленные факторы, будем считать деталь – технологичной.
1.4. Технико-экономичесике исследования приемли- мых методов получения заготовки.
1.4.1. Выбор и обоснование метода получения заготовки.
Учитывая, что деталь имеет простую форму, невысокие требования к чистоте поверхности, а так же, что тип производства – среднесерийный, первоначально принимаем метод получения заготовки – литье в песчано-глиняные формы.
1.4.2. Стоимостной анализ.
На основании анализа детали по чертежу, учебной и справочной литературы отбираем два способа получения отливки: литье в песчано-глинистые формы и литье в кокиль.
Чтобы окончательно убедиться в правильности выбранного метода получения заготовки, проведем стоимостной анализ двух видов заготовки. Численным критерием данного анализа является коэффициент использования материала, который определяется по формуле:
Ки.м. = mд / mз(1.4.1)
где mд – масса детали, кг;
mг – масса заготовки, кг;
Массу определяем по формуле:
m=??V кг,(1.4.2)
где ? - плотность материала детали, ? = 7.3 г/см3;
V – объем детали, см3.
Определяем массу заготовки получаемой при литье в кокиль и при литье в песчано-глиняные формы. Разбив тело летали на простые геометрические фигуры определим ее объем:
Vз1 = ? ? (902 - 802) ? 32 ? 1?3 + ? ? (1202 - 902) ? 12 ? 1?3 + ? ? (402 - 202) ? 45 ? 1?3 = 192,568
Тогда масса заготовки1 равна:
mз1 =192586 ? 7.3 = 1,405 кг.
Аналогично определяем объем и массу заготовки2?
Vз.2. = 194 мм3
mз.2. = 194234 ? 7.4?1011 = 1.461 кг
Из расчета хорошо видно, что коэффициент использования материала при заготовке получаемой при литье в кокиль выше. Подставляя известные величины в формулу (1.4.1) , получим:
Ки.м.1 = 1.28?1.405 = 0.91
Ки.м.2 = 1.28?1.461 = 0.84
Наглядно видно, что коэффициент использования материала при получении заготовки литьем в кокиль значительно выше.
Определим денежный эквивалент экономии материала. Для этого посчитаем разность масс двух видов заготовок:
mз1 – mз2 = 1.461 – 1.405 = 0.064 кг
Умножив полученную разность на стоимость одного килограмма материала (СЧ 15) и на годовую программу выпуска детали мы получим полную годовую экономию Э.
Э = 0.064 ? 2012 ? 0.62 = 88,9 гр
Проанализировав полученные результаты, мы видим, что литье в кокиль немного выгоднее литья в песчано-глиняные формы. А так, как литье в кокиль – более дорогой способ получения заготовок по сравнению с литьем в песчано-глиняные формы, а прибыль от производства заготовки не покроет подготовительных затрат на литье в кокиль, то принимаем метод получения заготовки – литье в песчано-глиняные формы.
1.5. Проектирование заготовки.
Припуски на обработку и допуски размеров на отливки определяются по ГОСТ 26645 – 85; из вышеупомянутого источника определяем, что деталь имеет следующие обозначения:
Класс размерной точности отливки – 9
Степень коробления элементов отливки – 2
Степень точности поверхностей отливки – 10
Класс точности массы- 7
Ряд припусков – 5.
В соответствие с этими обозначениями рассчитаем припуски на обработку и допуски размеров, которые занесем в таблицу (табл.1.3).
Таблица 1.3
Припуски и допуски на заготовку.
размер
детали
основной
припуск
на сторону
дополн.
припуск
на сторону
общий
припуск
на сторону
допуск
размеров
размер
заготовки
мм
?25
1.8
0.2
2.1
?20.8
40
1.8
0.4
2.2
64.4
15
1.4
0.1
1.5
16
12
1.4
0.1
1.5
14
Точность отливки 8-2-10-7 ГОСТ 26645-85
Наружный радиус закруглений R = 3?4мм. Литейные уклоны 1? в сторону увеличения размеров отливки.
1.6. Проектирование технологического процесса обработки детали.
1.6.1. Разработка и обоснование маршрутного технологического процесса.
Проанализировав конструкцию детали на технологи-чность, определив тип производства и выбрав вид получения заготовки, разработаем маршрут механической обработки детали.
Так как при обработке большинства поверхностей базой будет служить наиболее удобная поверхность то, соответственно, первой обработаем ее, а так как у нас среднесерийное производство, и предлагается наличие станков с ЧПУ, то обработаем и поверхности для накидного винта (паз и опорную плоскость).
Заготовка устанавливается на цилиндрическую поверхность ?35 и упирается торцем? зажимается в тисках, в специальных губках, с выфрезерованным под цилиндрическую часть пазом, необходимой для более надежного удержания тавровой поверхности. Производится фрезерование торца цилиндрического прилива, опорной поверхности и направляющего паза с фасками? шириной 12 мм и высотой 15 мм, на длину 25 мм с радиусом закругления R6 мм. Далее производим обработку на второй операции.
Зажимаем заготовку аналогичным образом и обрабатываем (фрезеруем концевой фрезой) второй торец цилиндрического прилива в размер 40 мм, базой служит поверхность обработанная на первой операции и торец опорной поверхности. На третей операции обрабатываем отверстие под подшипник в размер ?25H7 на сверлильном станке с ЧПУ. Деталь базируется аналогично первой операции. На четвертой операции обрабатываем шейку шириной 12 мм. Базировку и зажим производим аналогично первой операции. На пятой операции сверлим отверстие диаметром ?12 мм. Выдерживая межосевой размер, устанавливаем деталь на палец по поверхности ?25H7 и зажимам тисками аналогично первой операции.
Технологический процесс изготовления детали имеет следующий вид:
005 Заготовительная
010 Контрольная
015 Вертикально-фрезерная с ЧПУ
020 Вертикально-фрезерная
025 Вертикально-сверлильная с ЧПУ
030 Горизонтально-фрезерная
035 Вертикально-сверлильная
040 Контрольная
1.6.2. Обоснование выбора чистовых технологических баз.
При выборе технологических баз необходимо руководствоваться принципом единства баз. В данном случае все обрабатываемые поверхности на предыдущей операции являются базами для последующих. По операциям базы указаны выше.
Операция 015:
- базой является торец шейки диаметром ?35, наружная поверхность скобы и торец опорной поверхности.
Операция 020:
- базой является торец шейки диаметром ?35 (другая сторона) , наружная поверхность скобы и торец опорной поверхности.
Операция 025:
- базой является торец шейки диаметром ?35, наружная поверхность скобы и торец опорной поверхности.
Операция 030:
- базой является торец шейки диаметром ?35, наружная поверхность скобы и отверстие ?25H7.
Операция 035:
- базой является торец шейки ?35 и отверстие ?25H7.
1.6.3. Выбор и обоснование оборудования
На первой операции обработка будет вестись на станке с ЧПУ. Учитывая габариты заготовки, а размеры зажимных приспособлений выбираем станок с ЧПУ 6Р13РФ3, с шпиндельной головкой и магазином инструментов из 24 шт. Технические характеристики вертикально-фрезерного станка 6Р13РФ3:
Размеры рабочей поверхности – 1600x400 мм
Наибольшие перемещения станка:
продольное - 1000 мм;
поперечное- 300 мм;
вертикальное- 400 мм;
Наибольшая масс обрабатываемой заготовки – 300 кг
Мощность привода главного движения – 10 кВт
Мощность привода подач – 3 кВт
Число оборотов привода:
главное движение- 1460 мин-1;
подач- 1430 мин-1;
Габариты станка:
длина- 2560 мм;
ширина- 2260 мм;
высота- 2250 мм;
Масса станка – 4500 кг.
На второй операции обработку ведем на предварительно настроенном вертикально-фрезерном станке 6Р13. Технические характеристики вертикально-фрезерного станка 6Р13:
Размеры рабочей поверхности – 1600x400 мм
Наибольшие перемещения станка:
продольное - 1000 мм;
поперечное- 300 мм;
вертикальное- 400 мм;
Наибольшая масс обрабатываемой заготовки – 300 кг
Мощность привода главного движения – 10 кВт
Мощность привода подач – 3 кВт
Число оборотов привода:
главное движение- 1460 мин-1;
подач- 1430 мин-1;
Габариты станка:
длина- 2560 мм;
ширина- 2260 мм;
высота- 2250 мм;
Масса станка – 4200 кг.
На третей операции используем вертикально-сверлильный станок с ЧПУ- модели 2Р135Ф2.При обработке на станке с ЧПУ не требуется наладки, что значительно уменьшает подготовительно-заключительное время.
Так как обработка ведется без участия рабочего, кроме установки и снятия детали, то значительно сокращается вспомогательное время.
Технические характеристики вертикально – сверлильного станка с ЧПУ модели 2Р135Ф2:
Наибольший условный диаметр сверления = 35мм.
Наибольший диаметр нарезания резьбы = 24мм.
Число шпинделей револьверной головки - 6
Вылет шпинделя от направляющей колоны – 450мм
Расстояние от торца шпинделя до рабочей поверхности стола:наибольшее – 600 мм;
наименьшее – 40 мм;
Количество подач суппорта – 18
Приделы подач суппорта: 10?500 мм/мин
Количество скоростей шпинделя - 12
Приделы частот шпинделя – 45 ? 2000 об/мин
Размеры рабочей поверхности стола:
длина- 710 мм;
ширина- 400 мм;
Габариты станка:
длина- 1860 мм;
ширина- 2170 мм;
высота- 2700 мм;
Масса станка – 4700 кг.
На четвертой операции используем горизонтально-фрезерный станок модели 6Р82Г. Технические характеристики горизонтально-фрезерного станка модели 6Р82Г?
Размеры рабочей поверхности – 320x1250 мм
Наибольшие перемещения станка:
продольное - 800 мм;
поперечное- 250 мм;
вертикальное- 420 мм;
Наибольшая масс обрабатываемой заготовки – 300 кг
Мощность привода главного движения – 7,5 кВт
Мощность привода подач – 3 кВт
Число оборотов привода:
главное движение- 1460 мин-1;
подач- 1430 мин-1;
Габариты станка:
длина- 2305 мм;
ширина- 1950 мм;
высота- 1680 мм;
Масса станка – 2900 кг.
На пятой обрабатывается одна поверхность, обработка будет проводиться на заранее настроенном вертикально-сверлильном станке модели 2М55.
Технические характеристики вертикально-сверлильного станка модели 2М55:
Наибольший условный диаметр сверления = 50мм.
Вылет шпинделя от образующей колоны:
наибольший – 1600 мм;
наименьший – 375 мм;
Расстояние от торца шпинделя до плиты:
наибольшее – 1600 мм;
наименьшее – 450 мм;
Количество ступеней скоростей шпинделя - 21
Приделы скорости шпинделя – от 20 до 2000 об/мин
Количество ступеней механических
подач шпинделя –12
Пределы подач шпинделя – от 0.056 до 2.5 мм/об
Мощность на шпинделе – 4.0 кВт
Габариты станка:
длина- 2665 мм;
ширина- 1020 мм;
высота- 3430 мм;
Масса станка – 4700 кг.
1.7. Проектирование технологических операций.
1.7.1 Расчет режимов резания.
Расчет режимов резания можно проводить двумя методами? аналитическим и табличным.
1.7.2. Аналитическим методом рассчитаем режимы резания для операции 015, а именно - фрезерование паза шириной 12 мм, на высоту 15 мм. Для этого воспользуемся [17].
В качестве инструмента выбираем концевую фрезу, с числом зубьев Z=4, диаметром D=12мм. Глубина резания t=15 мм.
Определим подачу на зуб Sz. Так как концевая фреза – инструмент не жесткий, то выбираем Sz = 0.08 мм?зуб.
Скорость резания, допускаемая режущими свойствами фрезы, определяется по формуле?
Vn = C? ? Dq/ (Tm ? tx ? Sy?Bu?Zp) ? K? м?мин,(1.7.1)
где Т – среднее значение стойкости, T= 180 мин;
t – глубина резания;
Sz – подача на зуб, мм?зуб;
D – диаметр фрезы, мм?
B – высота фрезеруемой поверхности B=15 мм?
z – количество зубьев, шт.
Значение коэффициентов C? и показателей степеней выбираем из (17. табл.39)
C? = 46.7, x = 0.5, y = 0.5, m = 0.33, q=0.45, p=0.1;
К? - общий поправочный коэффициент на изменение условий обработки.
K? = Km? ? Kп? ? Ku?(1.7.2)
где Km? - коэффициент учитывающий влияние материала заготовки;
Kп? - коэффициент учитывающий состояние поверхности;
Ku? - коэффициент учитывающий материал инструмента;
Определим коэффициент Kmv по формуле?
Km?= Kr ? (190/НВ)nv(1.7.3)
где Kr = 1 – коэффициент зависящий от группы стали;
НВ = 160.
Приняв Kп? = 0.8, Ku? = 0.4, nv = -0.9, подставляя известные величины в формулу (1.7.3) , получим:
Km? = 1.0 ? (750/610)-0.9 = 0.82
Подставляя известные величины в формулу (1.7.3), получим:
Kv = 0.82 ? 0.8 ? 0.4 = 0.27
Выбрав значения показателей степеней из таблиц и подставляя их величины в формулу (1.7.1), получим:
Vn = 46.7?120.45?(1800.33?20.5?0.080.5?150.1?80.1)?0.27 =
= 30.18 м?мин.
Частоту вращения шпинделя определяем по формуле?
n = 1000?vu/(??D) мин-1,(1.7.4)
где D – диаметр фрезы.
Подставляя известные величины в формулу (1.7.4), получим:
n = 1000?17.998/(??12) = 450.8 мин-1
Уточнив по паспорту станка, принимаем частоту вращения шпинделя ? nу = 450мин-1.
Для данной частоты вращения шпинделя уточняем скорость резания по формуле:
V = ??D?nу/1000 м/мин,(1.7.5)
Подставляя известные величины в формулу (1.7.5), получим:
V = ??12?450/1000 = 30 м/мин.
Минутная подача определяется по формуле?
SМ = Sz?nу?Z мм?мин,(1.7.6)
Подставляя известные величины в формулу (1.7.6), получим:
SМ = 0.1?450?4 = 180 м?мин.
Определим силы резания. Силы резания будут действовать вдоль трех осей координат x, y, z и называются соответственно Px, Py, Pz.
Так как основной составляющей сил резания при фрезеровании является сила Pz, то расчет ведем по ней?
Pz = 10?Cp ? tx ? Szy ? Bu ?Z/(Dq?nw) Н,(1.7.7)
где Cp = 30 – коэффициент;
x, y, q, w, u - показатели степени, выбираем?
x = 0.83; y = 0.65; q = 0.83; w = 0; u = 1.14.
t- глубина резания, мм?
Szy - уточненная подача на зуб, мм?зуб?
B- ширина фрезеруемой поверхности, мм?
Z- число зубьев фрезы, шт?
D- диаметр фрезы?мм.
Подставляя известные величины в формулу (1.7.7), получим:
Pz = 10?30?120.83?0.10.65?151.14?4/(120.83?4500) = 6260
Мощность потребная на резание определяется как?
Nрез = Pzvу/(1020?60), Вт(1.7.8)
Подставляя известные величины в формулу (1.7.8), получим:
Nрез = 6260?16.5?(1020?60) = 1.687 кВт
Определим основное технологическое время по формуле?
To = (Lр.х./Sму )?i мин,(1.7.9)
где Lр.х. – длина рабочего хода, определяется как?
Lр.х. = l+y+? мм,(1.7.10)
где l = 35 мм – длина резания;
y = 0 мм – величина врезания;
? = 6 мм – длина перебега.
Подставляя известные величины в формулуы (1.7.10), и (1.7.9) получим:
Lр.х. = 35+0+6=42 мм
To = 42 / 180 ? 0.6 мин
1.7.3. Остальные режимы резания рассчитаем табличным методом. В качестве примера определим режимы резания при сверлении отверстия диаметром ?12 мм (операция 035).
Глубина резания определяется как?
t = d/2 мм,(1.7.11)
где d – диаметр просверливаемого отверстия, мм.
Подставляя известные величины в формулу (1.7.11), получим:
t = 12/2 = 6 мм.
Длина рабочего хода определяется по формуле?
Lр.х. = lрез+y+lдоп мм,(1.7.12)
где lрез = 12 мм – длина резания;
y = 4 мм – величина врезания;
lдоп = 0 мм –длина перебега.
Подставляя известные величины в формулу (1.7.12), получим:
Lр.х. = 12 + 4 = 16 мм
Назначим подачу на оборот шпинделя: So=0.6 мм/об
Определим стойкость инструмента по формуле?
Tp = ??Tм мин,(1.7.13)
где Tм =80 мин – стойкость машинной работы инструмента?
? - коэффициент времени рабочего хода, определяется по формуле?
? = Lрез / Lрх (1.7.14)
Подставляя известные величины в формулу (1.7.14), и формулу (1.7.13) получим:
? = 17/16 = 1.02
Тp = 1.02 ? 80 = 81.16 мин
Рассчитаем скорость резания V, м/мин и число оборотов шпинделя n, мин-1.
V = Vтабл. ? K1 ? K2 ? K3 м/мин,(1.7.15)
где Vтабл. = 25 м/мин – табличное значение скорости.
K1 = 1 – коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала;
K2 = 1 – коэффициент, зависящий от стойкости инструмента;
K3 = 1 – коэффициент, зависящий от отношения Lрез/d.
Подставляя известные величины в формулу (1.7.15), получим:
V = 25?1?1?1 = 25.5 м/мин.
Значения частоты оборотов шпинделя определяем по формуле (1.7.4)?
n = 1000?25/(??12) = 663 мин-1.
По паспорту станка принимаем n= 680 мин-1.
Уточним скорость резания по формуле (1.7.6)?
V = ??25?680/1000 = 25 м/мин
Определим основное машинное время по формуле (1.7.9)?
To = 16/(680?0.16) = 0.31 мин.
Режимы резания на остальные операции рассчитаем аналогично и результаты занесем в таблицу (табл. 1.4).
Таблица 1.4
Сводная таблица режимов резания.
№
№
Наименование
t
nд
V
S
Lрх
To
операци.
перехода
операции или
перехода
мм
об/
мин
м/
мин
мм/
об
мм
мин
1
2
3
4
6
7
8
9
10
015
Вертик-фрезерная
1
фрез. поверхность
2,2
260
80
0.12
86
0.9
2
фрез. поверхность
1,5
450
80
0.12
76
0.82
3
фрез. паз
1,6
450
30
0.08
48
1.31
020
Вертик-фрезерная
2.2
320
35
0.06
86
0.57
025
Вертик-сверлильн.
1
зенкеровать
2.1
380
28
0.8
48
0.46
2
развертывать
400
30
2
48
0.32
3
развертывать
400
30
2
48
0.32
30
Горизонт.-фрезерн.
1.5
180
40
0.12
38
0.32
30
Вертик-сверлильн.
6
680
25
0.36
16
0.31
1.7.4. Техническое нормирование.
Под техническим нормированием понимается установление норм времени на выполнение отдельной работы или нормы выработки в единицу времени. Под нормой времени понимается время, устанавливаемое на выполнение данной операции.
Для среднесерийного производства это штучно-калькуляционное врем (Тш.к.), и определяется как [12]?
Тш.к. = То + Тв + Тобсл. + Тот.л.н. + Тп.з./n мин, (1.7.1)
где То – основное (технологическое) время, мин;
Тв- вспомогательное время, мин?
Тобсл. – время на обслуживание, мин?
Тот.л.н. – время а отдых и личные нужды, мин?
Тп.з – подготовительно-заключительное время, мин?
n – число деталей в партии, шт.
Основное и вспомогательное время составляют Топ – оперативное время, от которого в процентном соотношении считается Тобсл. и Тот.л.н . Для примера приведем расчет штучно-калькуляционного времени на 020 операцию.
Вспомогательное время включает в себя время на установку, закрепление и снятие детали, приемы связанные с управлением оборудованием (ty), контрольные измерения (tизм), время на замену инструмента, (tперех.) – связанное с переходом.
Так как измерение будет проводиться штангенциркулем, то tизм. = 0.23 мин. Инструмент крепится в обычном патроне, поэтому время на его замену равно tперех. = 0.14 мин.
Время на установку, закрепление и снятие детали определяется по формуле?
tу.з.с. = tу.з.с.п. / n мин, (1.7.2)
где tу.з.с.п. = 0.32 мин – время на установку и закрепление детали в тисках?
Подставляя известные величины в формулу (1.7.2), получим:
tу.з.с. = 0.32 / 1 = 0.32
Определим вспомогательное время по формуле?
Тв = tу.з.с. + tизм. + tперех. мин,(1.7.3)
Подставляя известные величины в формулу (1.7.3), получим:
Тв = 0.32 + 0.23 + 0.35 = 0.89
Оперативное время определятся по формуле?
Топ = То + Тв мин, (1.7.4)
Подставляя известные величины в формулу (1.7.4.), получим:
Топ = 0.57 + 0.89 = 1.46
Время на обслуживание и время на отдых составляют по 4% от оперативного времени?
Тобсл. = Тот.л.н. = 0.04 ? 1.46 = 0.0584
Подготовительно-заключительное время – это время, затраченное на подготовку исполнителя и средств технического оснащения к выполнению технологической операции. Для данного оборудования подготовительно-заключительное время на обработку детали равно 11 мин.
Приняв число деталей в передаточной партии равное n = 54 шт, определим штучнокалькуляционное время по формуле ?
Tшк = Топ ? (1+(аобсл+аф)?100), мин(1.7.5)
где аобсл – норма времени на обслуживание, мин?
аф и норма времени на отдых, мин.
Подставляя известные величины в формулу (1.7.5), получим:
Тшк = 1.46 ? (1+8?100) = 1.51 мин.
Приняв число деталей в передаточной партии равное n=54 шт, определим штучно калькуляционное время по формуле (1.7.1)?
Тшк = 0.57 + 0.32 + 0.14 + 0.23 + 11?54 = 1.57 мин.
Нормы времени на остальные операции рассчитываем аналогично и результаты занесем в таблицу (табл. 1.5).
Таблица 1.5
Таблица норм времени.
№
опер.
То
Тв
Топ
Тшт
Тп.з
Тшк
n
tузс
tпре
tизм
мин
шт
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
015
Вертик.-фрезерная
2.7
0.32
0.35
0.23
3.6
3.68
11
3.8
54
020
Вертик.-фрезерная
0.57
0.32
0.14
0.23
1.26
1.31
11
1.51
54
025
Верт.-сверлильная
1.1
0.32
0.35
0.23
2.00
2.19
11
3.19
54
030
Гориз.-фрезерная
0.32
0.32
0.14
0.23
0.96
1.06
11
1.23
54
035
Верт.-сверлильная
0.3
0.32
0.14
0.2
0.88
1.96
11
2.16
54
2. КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ
2.1. Основы электромеханической обработки.
2.1.1. Сущность и особенности электромеханического способа упрочнения.
Электромеханическое упрочнение (ЭМУ) основано на сочетании термического и силового воздействия на поверхностный слой обрабатываемой детали. Сущность этого способа заключается в том, что в процессе обработки через место контакта инструмента с поверхностью обрабатываемой детали проходит ток большой силы и низкого напряжения вследствие чего выступающие гребешки поверхностного слоя обрабатываемой поверхности подвергаются сильному нагреву, под давлением инструмента деформируются и сглаживаются, а поверхностный слой упрочняется. В условиях серийного производства и ремонта деталей основной задачей совершенствования должно явиться повышение производительности процесса и обеспечение высокого качества. Это должно осуществляться путем применения многинструментальных приспособлений, которые во многих случаях позволяют исключить электроконтактное устройство, что особенно важно при упрочнении деталей большой длины, так как при этом обеспечивается стабильность теплообразования по всей длине детали, и, кроме того, экономиться электроэнергия.
Особенность электромеханической обработки связана с явлением горячего наклепа. Эта особенность будет проявляться тем интенсивнее, чем выше температура нагрева и давления обработки. Отсюда следует, что при высоких температурах и значительных давлениях электромеханической обработки можно ожидать в светлой зоне поверхностного слоя появление растягивающих остаточных напряжений. Сложность структуры и объемных изменений в поверхностном слое электромеханической обработки зависит от взаимодействия тепловых и силовых факторов.
С точки зрения металловедения, процессы электромеханической обработки можно отнести к особому виду поверхностей получаемых термомеханической обработкой (ТМО). Принципиальное отличие от ТМО состоит в том, что этот процесс, как правило, относится к упрочняюще-отделочной обработке. К особенностям теплообразования и термических процессов следует отнести? наличие двух основных источников теплоты, создаваемых электрическим током и трением? локальный нагрев, сопровождающийся действием значительных давлений? термический цикл (нагрев, выдержка и охлаждение) весьма кратковременный и измеряется долями секунды? высокая скорость охлаждения определяется интенсивным отводом теплоты вовнутрь детали.
Эти отличия обусловливают получение особой, мелкодисперсной и твердой структуры поверхностного слоя, обладающими высоким физико-химическими и эксплуатационными свойствами. Принципиальное отличие электромеханического способа восстановления деталей от других способов состоит в том, что в процессе восстановления достигается значительное повышение физикомеханичесикх свойств активного поверхностного слоя детали без дополнительных операций термической обработки.
Принципиальная схема электромеханической обработки заключается в следующем? от сети напряжением 220 ? 380 В ток проходит через понижающий трансформатор, а затем через место контакта поверхности обрабатываемой детали с инструментом. Сила тока и вторичное напряжение регулируются в зависимости от площади контакта поверхности обрабатываемой детали и инструмента, исходной шероховатости поверхности и качеству поверхностного слоя.
2.2. Упрочнение винтовых поверхностей.
Ходовые винты валов служат для преобразования вращательного движения в поступательно-прямолинейное перемещение с помощью сопряженной с ним гайки различных узлов станка (суппорты, каретки, фартуки и др.). Ходовой винт является одним из звеньев многозвенной размерной цепи, которая обеспечивает точность перемещения суппорта станка, а следовательно, и точность изготовляемой на этом станке детали. Равномерность перемещения узлов оказывает нередко решающее влияние на точность изготовляемой на станке детали, она зависит от ряда факторов. Хордовые винты обладают недостаточной жесткостью, так как обычно их длина во много раз больше диаметра, поэтому при работе возникают деформации ходовых винтов.
Существующие способы упрочнения ходовых винтов станков объемной закалкой и закалкой ТВЧ не нашли широкого применения главным образом вследствие того, что они приводят к деформациям длинных деталей и усложняют технологию их изготовления. По этой причине большинство ходовых винтов изготовляют не упрочненными, а их износ имеет абразивный характер и достигает значительных размеров, что приводит к потере точности станка. Так, износ ходовых винтов токарно-винторезных станков 1А62, 1Д62М по среднему диаметру при двухсменной работе достигает 0,5 мм в год.
Для ЭМО ходовых винтов небольших и средних размеров можно применять трансформатор УЭМО, а при упрочнении крупных винтов – более мощный трансформатор. Во всех случаях упрочнение длинных деталей во избежание их излишнего нагрева целесообразно подводить оба конца вторичной обмотки трансформатора к упрочняющему приспособлению.
2.3. Приспособление для упрочнения ходовых винтов.
Для упрочнения сравнительно небольших винтов (диаметр до 40 мм, длина 480 мм) используют приспособление приведенное на чертеже приведенного в графической части дипломного проекта (см. 090202.ДП.ТМС.1.1.3.С.01.01.СБ)
Приспособление состоит из двух скоб и, шарнирно-соединенных между собой. В нижней скобе (стационарной) установлены два держателя, несущие латунные ролики, свободно посаженые на осях; служащие для позиционировния по винтовым канавкам. Оба держателя могут свободно поворачиваться в гнездах (подшипники скольжения), для поворота на угол наклона винтовой канавки. В верхней скобе (откидной) установлена в подшипнике скольжения державка, несущая упрочняющую круглую твердосплавную пластину, которая неподвижно закреплена на державке. Державка изолирована от скобы подшипником скольжения который выполнен из диэлектрика, материала не проводящего электричество, В стационарной скобе имеется посаженый на палец накидной винт, под который в накидной скобе имеется стыковочный паз. Стационарная скоба крепится к уголку подпружиненным винтовым соединением. Отверстия под винт в скобе имеют некоторый зазор служащий для компенсации искажений системы станок/деталь. Пружины необходимы для устранения излишнего люфта. Уголок крепится винтами через втулки из диэлектрика к поверхности стола суппорта.
Между уголком и столом находится пластина из диэлектрика. Приспособления закрепляется описанным ранее способом к столу суппорта, и устанавливается обрабатываемый вал между которым и задней бабкой находится диэлектрическая втулка специальной конструкции, при этом латунные ролики позиционируются по шагу и наклону винтовой поверхности. После этого откидная скоба устанавливается в рабочее положение и закрепляется накидным винтом с усилием достаточным для плотного прилегания инструмента к обрабатываемой поверхности. Один из контактов подводится к державке (для чего в торце державки имеется резьбовое отверстие) а второй контакт подводится специальным устройством - щеткой на изолированный от станка патрон. И происходит процесс электромеханической обработки ходового вала.
Необходимость в изоляции корпуса станка от подвода одного из зарядов вызвана тем, что в случае наличия такого контакта эффект подобный процессу ЭМО происходил бы между соприкасающимися поверхностями самого станка (например в подшипниках или зубчатых колесах) что совсем не желательно.
При возникновении каких либо геометрических искажений в системе станок – приспособление - упрочняемый вал компенсация производится за счет подпружиненных соединений (накидной винт, крепление приспособления к уголку), сохраняя усилие не более необходимого для плотного прилегания инструмента к обрабатываемой поверхности.
3. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ
3.1. Экспериментальное исследование условий образования заусенцев при фрезеровании заготовок из стали 45.
3.1.1. Цель проведения исследования.
Цель данного исследования – получение инструмента (фрезы) с оптимальной геометрией, направленной на уменьшение количества и качества заусенец.
3.1.2. Содержание исследования.
С целью отыскания оптимальных параметров процесса фрезерования я провел экспериментальные исследования. Опыты проводились на горизонтальном консольно-фрезерном станке.
Обрабатываемый материал – сталь 45.
Инструмент – торцовая фреза ?160мм, оснащенная твердым сплавом Т5К10.
С геометрией режущих лезвий приведенных в табл. 3.1
Таблица 3.1
Геометрия режущих лезвий.
?
?
?
?1
?
-20 ? +15?
5 ? 20?
30 ? 90?
0 ? 25?
-20 ? +20?
Фрезерование производили со следующими параметрами:
диапазон скоростей резания 70 ? 200 м/мин,
подача Sz = 0.02 ? 0.12 мм/зуб;
глубина резания 0.2 ? 5.0 мм.
Графики результатов опытов приведены в графической части дипломного проекта.
3.1.3. Анализ полученных результатов.
Как видно из графиков, приведенных в графической части дипломного проекта (см. 090202.ДП.ТМС.1.1.3.13.02-17 ), все обследованные факторы существенно влияют на величину заусенцев. Наиболее сильное влияние на величину заусенцев оказывает главный угол в плане ? (см. рис. 3.1) и (см. 090202.ДП.ТМС.1.1.3.13. ).
С увеличением угла ? от 30 до 75? высота заусенцев уменьшается от 4 мм до 0.6 мм, т.е. в 6.6 раза, и достигает своего минимального значения при ?=75?. При дальнейшем увеличении угла ? величина заусенцев возрастает . Уменьшение величины заусенцев с увеличением ? в области 30 ? 75? объясняется, очевидно, снижением составляющей силы резания Py , нормальной к обрабатываемой поверхности. С увеличением ? в работу резания все больше вступает вспомогательная режущая кромка, так как высота гребешков h (см. 090202.ДП.ТМС.1.1.3.13. ) возрастает. Это приводит к росту сил резания на вспомогательной режущей кромке, а следовательно, и к некоторому увеличению высоты H и толщины звусенцев в диапазоне ? = 75 ? 90?.
Как видно из графиков (см. 090202.ДП.ТМС.1.1.3.13. ) с увеличением вспомогательного угла в плане ?, от 0 до 10? величина заусенцев резко уменьшается, а затем, при дальнейшем увеличении ? , практически не изменяется.
Аналогичный характер имеет и зависимость сил резания на вспомогательной режущей кромке: вначале они уменьшаются, а затем остаются практически неизменными.
С увеличением заднего угла ? до 12? в связи с уменьшением сил трения на задней грани, уменьшаются силы резания, а следовательно, и величина заусенцев
(см. 090202.ДП.ТМС.1.1.3.13. ).
Дальнейшее увеличение угла ? практически не снижает силы резания и величину заусенцев. Оптимальным углом следует считать ?опт = 12? . При больших ? ослабляется режущая часть инструмента.
Увеличение переднего угла ? сопровождается уменьшением сил резания и величины заусенцев (см. 090202.ДП.ТМС.1.1.3.13. ). Например, с увеличением ? от -15? до 0? высота заусенцев снижается от 1.6 мм до 0.15 мм. Большие значения угла ? назначать не рекомендуется из-за ослабления режущей части фрезы. Кроме того, дальнейшее увеличение переднего угла снижает величину заусенцев незначительно.
Как видно из графика (см. 090202.ДП.ТМС.1.1.3.13. ), на котором представлена зависимость величины заусенцев от угла наклона режущей кромки X, минимальную величину заусенцы имеют при ? = -10?. Зависимость высоты H и толщины Q заусенцев от скорости резания представлены на рис.25. Увеличение скорости резания в диапазоне 70 ? 200 м/мин повышает величину заусенцев. Это объясняется, очевидно, повышением пластичности обрабатываемого материала в связи с повышением температуры резания. Сила резания при этом несколько понижается, но в меньшей степени.
Зависимость H и Q от подачи имеет сложный характер (см. 090202.ДП.ТМС.1.1.3.13. ). В области малых подач 0.02 ? 0.07 мм/зуб увеличение ее снижает величину заусенцев, которые при S = 0.07 мм/зуб имеют минимальную величину. Дальнейшее увеличение S приводит к увеличению H и Q.
Такая закономерность объясняется следующим. С увеличением подачи одновременно прогрессируют два процесса: упрочнение (наклеп) вследствие повышения сил резания и разупрочнение (отдых) из-за воздействия теплоты. Первый процесс способствует охрупчиванию поверхностного слоя обрабатываемого материала, что снижает величину заусенцев, а второй процесс повышает пластичность обрабатываемого материала, а следовательно, и способствует росту заусенцев. В области малых подач интенсивность первого процесса выше. Этим и объясняется снижение H и Q. А в области подач 0.07 ? 0.12 мм/зуб второй процесс преобладает над первым и величины H и Q возрастают.
Уменьшение глубины резания от 5 до 0.4 мм снижает величину заусенцев незначительно (см. 090202.ДП.ТМС.1.1.3.13. ). Величина заусенцев резко снижается с уменьшением t от 0.4 мм. Это объясняется тем, что при малых t режущие лезвия фрезы срезают наклепанный более хрупкий слой.
Поэтому для снижения величины заусенцев целесообразно применение фрез с одним или несколькими зубьями, которые делаются на 0.05 ? 0.1 мм выше всех остальных зубьев (см. 090202.ДП.ТМС.1.1.3.13. ). Главная режущая кромка зачистных зубьев не участвует в работе, так как она смещена в радиальном направлении, что снижает нагрузку на эти зубья и повышает их стойкость.
Длина L зачистного зуба должна быть больше величины подачи на один оборот, что необходимо для снятия следов обработки от всех основных (незачистных) зубьев. Вспомогательный угол в плане ?, на зачистных зубьях равен нулю, а на основных - 15?.
Экспериментальные зависимости, приведенные выше, получены при работе острой фрезой и не учитывают износа инструмента , который, как показывает опыт, оказывает существенное влияние на величину заусенцев. Поэтому при выборе оптимальных параметров процесса фрезерования необходимо учитывать их влияние на износостойкость инструмента.
Мною проводились исследования по отысканию зависимостей интенсивности износа фрезы от геометрических параметров и параметров режима резания. Опыты проводили в тех же условиях, что и при отыскании зависимостей величины заусенцев и параметров процесса фрезерования.
В качестве характеристики интенсивности износа инструмента принят поверхностный относительный износ по задней грани. Величину определяли из соотношения:
?= dh3 / dп мм/м2,(3.1.1)
где h3 – ширина штрихов износа по задней грани
режущей части фрезы в мм;
п – площадь обрабатываемой поверхности в м2
Износ задней грани инструмента измеряли с помощью лупы Бринелля с ценой деления 0.1 мм. Результаты опытов представлены на рис. 6-14. Как видно из графика на рис.6, на котором изображена зависимость ?=f(?), уменьшение угла ? от 90 до 30? снижает интенсивность износа режущих лезвий фрезы. Это объясняется тем, что с уменьшением угла ? толщина среза уменьшается, ширина увеличивается, а вместе с этим улучшается и отвод тепла из зоны резания. В результате стойкость фрезы возрастает. Однако наряду с этим резко возрастает величина заусенцев, что значительно повышает трудоемкость их удаления. В силу этого целесообразнее применять фрезу с углом ?=70?, хотя интенсивность ее износа будет в 2 раза выше, чем фрезы с углом ?=30?. Следует отметить, что фрезы с малым углом в плане (например ? = 20?30?) могут быть использованы только про условии жесткой и виброустойчивой технологической системы СПИД, причем глубина резания не должна быть выше 3мм.
Интенсивность износа фрезы с увеличением ?, вначале снижается и достигает своего минимального значения при ? = 15?, а затем, при дальнейшем увеличении этого угла, возрастает (см. 090202.ДП.ТМС.1.1.3.13. ). Повышенный износ фрез с малым ?, вызван возникновением вибраций, а с ?1>15? ослаблением режущей части инструмента и ухудшением теплоотвода из зоны резания.
Рекомендуется применять фрезы с ?1 = 15?. При этом обеспечивается минимальные величина заусенцев и интенсивность износа фрезы.
Зависимость интенсивности износа задней грани фрезы от заднего, угла ? имеет сложный характер (см. 090202.ДП.ТМС.1.1.3.13. ). С увеличением ? от 5 до 14? величина ? возрастает, а при дальнейшем повышении этого угла до 20? снижается. В области ?
Выбор большого заднего угла ? ? 20? нежелателен, так как он связан с ослаблением режущей кромки инструмента, что приводит к выкрашиванию режущей кромки инструмента.
Кроме того, с повышением величины заднего угла возрастает износ режущей кромки в радиальном направлении, хотя износ задней грани имеет небольшую величину. С рассмотренных позиций целесообразно применять ? = 16?.
В области ? = -15??0? изменение этого угла не оказывает существенного влияния на интенсивность износа фрезы (см. 090202.ДП.ТМС.1.1.3.13. ). С увеличением ? от 0 до 10? износ инструмента повышается. Анализ зависимостей величины заусенцев и интенсивности износа фрезы от переднего угла дает основание рекомендовать ? = 0?.
Как видно графика (см. 090202.ДП.ТМС.1.1.3.13. ), на котором изображена зависимость интенсивности износа фрезы от угла наклона режущей кромки, минимальное значение ? фреза имеет при ? = +10?. Это объясняется тем, что при угле ? больше нуля первоначальное место контакта инструмента и заготовки удаляется от вершины зуба и тем самым предохраняет от сколов наиболее ослабленное место. Особенное значение это имеет для фрез с пластинками из твердого сплава . Однако величина заусенцев при ?>0? значительна, поэтому рекомендуется применять ?=0?.
С увеличением скорости резания ? от 40 до 80 м/мин интенсивность износа фрезы сохраняется неизменной (см. 090202.ДП.ТМС.1.1.3.13. ). При дальнейшем увеличении ? до 150 м/мин величина ? возрастает.
Таким образом, с точек зрения интенсивности износа инструмента и величины заусенцев целесообразно фрезеровать заготовки из стали 45 с ? = 80 м/мин. Увеличение подачи S от 0.05 до 0.15 мм/зуб снижает интенсивность износа фрезы (см. 090202.ДП.ТМС.1.1.3.13. ). при этом снижение величины ? в диапазоне подач 0.06 ? 0.15 мм/зуб незначительно. Поэтому в качестве критерия при выборе величины S принимается величина заусенцев. Рекомендуется применять S = 0.08 мм/зуб. Интенсивность износа фрезы с увеличением глубины резания от 0.3 до 5 мм возрастает незначительно (см. 090202.ДП.ТМС.1.1.3.13. ).
3.1.4. Выводы и рекомендации.
Результаты экспериментальных исследований, приведенных выше, дают основание рекомендовать две конструкции фрезы: первая конструкция фрезы отличается от стандартной лишь геометрическими параметрами режущих лезвий, поэтому практически не требует дополнительных затрат на ее изготовление.
Геометрические параметры этой фрезы имеют значения, приведенные в таблице (табл. 3.1.2).
Таблица 3.1.2
Геометрические параметры фрезы.
?
?1
?
?
?
70?
15?
0?
16?
0?
Вторая конструкция фрезы имеет такую же геометрию, как и первая, но отличается от нее наличием одного или нескольких зачистных зубьев (см. рис. 3.2), имеющих вспомогательную режущую кромку длиной 1.5 ? 2 мм с ?1 = 0?. Остальная часть режущих кромок этих зубьев имеет ?1 = 15?. Фрезерование целесообразно проводить со скоростью резания ? = 80 м/мин и подачей Sz = 0.08 мм/зуб.
рис. 3.2 Влияние угла в плане ? на высоту заусенцев
рис. 3.2 Конструкция фрезы с зачистным зубом
3.2. Прогнозирование точности и качества при проектировании технологических процессов механической обработки.
3.2.1. Цель проведения исследования.
Цель данного исследования – разработка программного пакета, прогнозирования точности обработки деталей на металлообрабатывающих станках, для ПЭВМ.
3.2.2. Содержание исследования.
В процессе работы было проведено исследование точности обработки деталей на металлообрабатывающих станках и, согласно методике, разработан алгоритм , приведенный в графической части дипломного проекта (см. 090202.ДП.ТМС.1.1.3.13.18), работы программы. Опыты проводились на токарно-винторезном станке. Результаты исследования занесены в таблицу (табл. 3.2.1).
3.2.3. Методика анализа точности обработки партии деталей, с помощью кривых распределения.
Для того, чтобы изделие экономично выполняло свое служебное назначение, оно должно обладать необходимым для этого качеством. Качество продукции – совокупность свойств продукции, обуславливающих ее пригодность удовлетворять определенные потребности в соответствии с ее назначением (ГОСТ 15467-79).
К основным показателям качества изделия можно отнести безотказность функционирования, долговечность, точность сопряжений, уровень шума, безопасность, коэффициент полезного действия, удобство и простоту обслуживания, степень механизации и т.д.
Количественное значение показателей качества может устанавливаться либо на стадии разработки проектного задания как уровень, к которому необходимо стремиться при проектировании деталей, либо в процессе проектирования просчитывается как результат, полученный при разработке данной конструкции. Качество изделия складывается из качества деталей, его составляющих и качества соединения этих деталей. Одним из наиболее важных показателей качества деталей считают прочность их изготовления. Под точностью детали понимают степень ее приближения к геометрически правильному ее прототипу. По-видимому, под геометрически правильным прототипом можно представить деталь, которая, работая в узле в сопряжении с деталями также геометрически правильно выполненными, обеспечивает максимальную долговечность изделия.
Точность механической обработки деталей на станках – это степень соответствия реальной поверхности обработанной детали идеальной схеме обработки, положенной в основу данного метода. Точность обработки – понятие чисто технологическое, характеризующее каждый из методов обработки.
После обработки партии деталей на настроенном станке (например, в течении одной смены) производят выбор некоторого количества деталей для обмера. В примере, приведенном ниже, анализ точности обработки партии деталей будет выполнен по результатам обмера диаметра у 50 деталей, который в операционном эскизе задан ?=16?0.08 В пределах указанной выборки (50 шт.) наибольший диаметр был Xmax = 16.05 мм, наименьший Xmin = 15.89 мм. Разница между Xmax и Xmin = ? = 0.16 мм, есть поле рассеивания размеров выборки.
Для определения закона нормального распределения случайных величин (и последующего определения по нему вероятного процента брака) первоначально по результатам замеров строят кривую эмпирического распределения размеров и определяют ее характеристики? X – среднеарифметический размер партии и ? - среднее квадратичное отклонение, которое определяется по следующим зависимостям?
X = (x1m1+x2m2+…+xkmk)/n = 1/n??ximi ; (3.2.1.)
? = ?=((x1-x)2m1+...+(xk-x)2mk)/n(3.2.2.)
где xi – размер в соответствующем интервале?
n – количество деталей в выборке?
mi–абсолютная частота попадания размера в соответствующий интервал?
k – число интервалов, на которые разбито поле рассеивания размеров.
Число интервалов рекомендуется определять по следующей зависимости?
5?lg(n)?k(3.2.3.)
В нашем примере k = 5?lg (50) ? 8. Зная ? и k, определяют цену деления по оси x?
Cu = ?/k(3.2.4.)
Для построения графиков эмпирического и теоретического распределения размеров, для выполнения расчетов по формулам (3.2.3) и (3.2.4) а так же для определения оценочных критериев выборки целесообразно составить таблицу, которая для нашего примера будет содержать следующие данные?
Табл. 3.2.
Значения расчетных величин.
№
интервалы
размеров xi
mi
среднее
значение
ti
zt
k
Nx
Nx`
Nx-1/x
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1
15.89…15.91
2
15.9
2.29
0.029
0.85
2
0.849
1.51
2
15.89…15.91
2
15.92
1.71
0.092
2.64
4
3.489
0.511
3
15.89…15.91
6
15.94
1.14
0.208
5.95
10
9.439
0.561
4
15.89…15.91
10
15.96
0.57
0.339
9.64
20
19.08
0.921
5
15.89…15.91
12
15.98
0.00
0.399
11.4
32
30.48
1.521
6
15.89…15.91
8
16.00
0.57
0.339
9.69
40
40.17
0.169
7
15.89…15.91
7
16.02
1.14
0.208
5.95
46
46.12
0.881
8
15.89…15.91
3
16.04
1.71
0.093
2.64
50
48.80
1.2
Пользуясь данными таблицы (колонки 2 и 3), строим график эмпирического распределения (рис. 3.3). При этом точки, принадлежащие каждому интервалу размеров, на графике наносятся против середины соответствующего интервала.
рис 3.3 График распределение размеров
На графике (см. рис. 3.3) измеренное поле рассевания размеров ? и допуск на изготовление Т. Пользуясь формулами вычислим характеристики эмпирического распределения.
Основной целью анализа распределения точности обработки партии деталей является прогнозирование вероятного количества бракованных и годных деталей на исследуемой операции. Выше было указано, что распределение размеров деталей на операциях механической обработки в большинстве случаев следует закону нормального распределения случайных величин. Это позволяет использовать указанный закон для анализа точности рассматриваемой операции. Для построения теоретической кривой нормального распределения (для последующего сравнения с эмпирической и установления возможности использования в расчетах закономерностей нормального распределения) используют следующую методику?
Аналитически закон нормального распределения выражается уравнением?
y = 1/(?o??2?)? e^(-(x-xo)2/2?o2)(3.2.5.)
где e – основание натуральных логарифмов?
x и ?о – параметры генеральной совокупности.
Под генеральной совокупностью следует понимать все количество деталей, которое будет выполнено по данному технологическому процессу. Для использования закона нормального распределения к анализу точности обработки партии деталей с некоторой погрешностью приравнивают соответствующий параметры экспериментального распределения и генеральной совокупности? ?о ? ?? xo = xo.
Для практических расчетов при n?20 целесообразно использовать более точное соотношение с учетом погрешности эмпирических параметров распределния?
?о = ? ? ???2? (3.2.6.)
xo = x ? ???n (3.2.7.)
С учетом использования экспериментальных данных полагают?
y = K`/(n?Cu) = 1/(?o??2?) ? e^(-(x-xo)2/2?o2)(3.2.8.)
где K` - теоретическая частота для любых значений x=m;
Cu – величина интервала по оси абсцисс.
Из (3.2.8) получаем?
K` = n?Cu / ?o (3.2.9.)
t = (x-xo)/?o (3.2.9.)
K` = n?Cu/?o ? 1/?2? ? e^(-(x-xo)2/2?o2)(3.2.9.)
В математической статистике для проверки нормальности распределения выборки используется несколько критериев. Наиболее простым для вычисления является критерий академика А.Н.Колмогорова - ?.
Используем этот критерий для анализа нормальности распределения приведенной выше выборки.
Первоначально делается предположение о том, что партия деталей, из которой извлечена выборка, имеет нормальное распределение, следовательно, равенства (1) и (2) справедливы. Согласно методике?
? = (?Nx – N`x?max)/?n(3.2.10)
где N = ?mi – накопленные эмпирические частоты распределения случайной величины xi, которые подсчитываются в нашем примере по данным таблицы (табл.5.1 столбец 3).
Nx` - накопленные теоретические частоты распределения.
В числителе формулы (3.2.1) берется наибольшая абсолютная разность накопленных теоретических и эмпирических частот. Накопленные теоретические частоты подсчитываются на основе формулы (3.2.2).
? - случайная величина, которая подчиняется нормальному закону распределения, по которому можно вычислить вероятность этой величины P(?).
Р(?) – выражает вероятность соответствия эмпирического распределения, полученного в примере, распределению генеральной совокупности. Для анализа распределений, рассматриваемых в технике, установлено, что если Р(?)
Проверка случайности выборки в исследованиях осуществляется тогда, когда в течении наблюдений центр распределения величины X может постепенно меняться, однако среднее квадратичное отклонение ? остается постоянным. Именно такие явления наблюдаются при операциях с механической обработкой, в силу действия ряда закономерно - изменяющихся погрешностей.
Достаточно простым и надежным для проверки “случайности” выборки является способ последовательных разностей. Он основан на определении некоторого критерия?
? = C2/S2 > ?g(3.2.11.)
где ?g – некоторое критическое значение критерия ?.
В связи с тем, что рассеивание размеров на исследуемой операции подчиняется закону нормального распределения, следовательно, практически размеры деталей могут находиться в пределах поля, ограниченного теоретической кривой. Годными же будут детали, размеры которых остаются в пределах поля допуска. (рис.3.2)
Вероятность получения количества деталей в пределах поля допуска равна отношению площади, заключенной между ординатами, проведенными через границу поля допуска и границы теоретической кривой. Для определения площади используют нормированную функцию Лапласа, которая получается после интегрирования уравнения кривой Гаусса, с использованием подстановки?
t = (x-xo) / ?o (3.2.12.)
Значения функции Лапласа табулированы. В приведенном виде формула используется для определения половины площади под кривой, так как при t ??, Ф(t) стремится к 0.5. Для практических расчетов используют диапазон кривой Гаусса в пределах –3
|
|
|
