ВВЕДЕНИЕ
ВозрождениеРоссийской промышленности первейшаязадача укрепления экономики страны.Без сильной, конкурентоспособной промышленности невозможно обеспечить нормальную жизнь страны и народа. Рыночные отношения, самостоятельностьзаводов, отход от планового хозяйствадиктуют производителям выпускать продукцию пользующуюся мировымспросом и с минимальными затратами. На инженерно-техническийперсонал заводов возложены задачи повыпуску данной продукции с минимальными затратами в кратчайшие сроки, с гарантированным качеством.
Этогоможно достичь применяя современные технологии обработки деталей, оборудование, материалы, системы автоматизации производства и контроля качества продукции. От принятой технологиипроизводства во многом зависит надежность работы выпускаемых машин, а также экономика их эксплуатации.
Актуальназадача повышения технологическогообеспечениякачества производимых машин, и в первую очередь их точности. Точность в машиностроении имеет большое значение дляповышения эксплуатационного качествамашин и длятехнологии их производства. Повышение точностиизготовления заготовок снижаеттрудоемкость механической обработки, аповышение точности механической обработкисокращает трудоемкость сборки в результате устранения пригоночных работ иобеспечения взаимозаменяемостидеталей изделия.
По сравнению сдругими методами получения деталей машин обработка резанием обеспечивает наибольшую их точность и наибольшую гибкость производственного процесса, создает возможности быстрейшего перехода от обработки заготовок одного размера к обработке заготовок другого размера.
Качествои стойкость инструмента во многом определяютпроизводительность и эффективность процесса обработки, а в некоторых случаяхи вообще возможность получения деталей требуемыхформы, качества и точности. Повышениекачества и надежности режущего инструмента способствуют повышению производительности обработкиметаллов резанием.
Развертка — это режущийинструмент, позволяющий получить высокую точность обрабатываемых деталей. Она является недорогим инструментом, а производительность трудапри работе разверткой высока. Поэтомуона широко используется при окончательной обработке различных отверстий деталей машин. При современном развитиимашиностроительной промышленности номенклатурапроизводимых деталей огромна иразнообразие отверстий требующих обработкиразвертками очень велико. Поэтому перед конструкторами часто стоит задача разработать новую развертку. Помочь в этом им может пакет прикладных программ на ЭВМ, рассчитывающий геометрию режущего инструментаи выводящийна плоттере рабочий чертеж развертки.
Последовательностьпроектирования и методы расчета режущего инструмента основаны как на общих закономерностяхпроцесса проектирования, так и наспецифических особенностях, характерных длярежущего инструмента. Каждый вид инструментаимеет конструктивные особенности, которыенеобходимо учитывать при проектировании.
Специалисты, которымпредстоит работать в металлообрабатывающих отраслях промышленности, должны уметь грамотнопроектировать различные конструкции режущих инструментовдля современныхметаллообрабатывающих систем, эффективноиспользуя вычислительную технику (ЭВМ) и достиженияв области инструментального производства.
Для сокращениясроков и повышения эффективности проектированиярежущего инструмента используютсяавтоматизированные расчеты на ЭВМ,основой которых является программно-математическое обеспечение.
Созданиепакетов прикладных программ длярасчета геометрических параметров сложного и особо сложного режущего инструмента на ЭВМ позволяетрезко сократить затраты конструкторскоготруда и повысить качество проектированиярежущего инструмента.
1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1.1.УСЛОВИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ РАЗВЕРТКИ И ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ НА ЕЕИЗГОТОВЛЕНИЕ.
Развертка- осевой режущий инструмент, применяемыйдляповышения точности формы и размеровотверстия и сниженияшероховатости поверхности. Инструмент предназначен для предварительной иокончательной обработки отверстий с полями допуска по 6 — 11-му квалитетам и с параметром шероховатости поверхности Ra=2,5…0,32 мкм.
Рабочая часть разверток состоит из режущей и калибрующих частей. Калибрующаячасть развертки состоит из цилиндрическогоучастка и участка с обратной конусностью. Обратнаяконусность делается для устранениязатирания и заеданияразвертки, а также для уменьшения разбивки отверстия. Зубья,расположенные на режущей части, затачивают наостро, без оставления ленточки; накалибрующей части по задней поверхности вдольрежущей кромки оставляют цилиндрическую ленточку шириной 0,05-0,3 мм для лучшего направления при работе и сохранениядиаметра развертки. Для сниженияшероховатости поверхности и уменьшенияогранки применяютразвертки с неравномерным окружнымшагом зубьев.
Для уменьшенияразбивки обрабатываемого отверстия развертку рекомендуетсязакреплять в плавающем патроне.
При резании разверткаснимает очень маленькие припуски: порядка 0,4-0,6 мм. Поэтому сила резания невелика и зубьяразвертки испытывают весьма малые нагрузки. Тепловыделения взоне резания также незначительны.Однако, применятьСОЖ необходимо для уменьшения износа режущейи калибрующей частей развертки.
Разверткиработают с малыми толщинами среза и на относительнонизких скоростях резания, поэтому они изнашиваются в основном по заднейповерхности и уголку; захватываетсяпри этом и ленточка. Развертка являетсячистовым (отделочным) инструментом, а потому за критерий ее износа принимаетсятехнологический износ. Максимально допустимая величина износа по задней поверхности для разверток из инструментальныхсталей h3= 0,5-0,8 мм; для разверток с пластинками из твердых сплавов h3= 0,4-0,7 мм.
Приработе изношенной разверткой отверстие может быть меньше или больше номинального размера развертки. Последнее объясняетсятем, что зубья развертки изнашиваютсянеравномерно. Мелкая стружка иметаллическая пыль, образующиесяпри развертывании, заклиниваясьмежду стенкой отверстия и изношенным в большей степени зубом, отжимают развертку на некоторую величину. Противоположный зуб начинает срезать слой большей глубины, увеличивая диаметротверстия. Заклиненная мелкаястружка царапает при этом обработаннуюповерхность, увеличивая ее шероховатость.
1.2. ВЫБОР ТИПА И ОРГАНИЗАЦИОННОЙ ФОРМЫ ПРОИЗВОДСТВА РАЗВЕРТОК.
Взависимости от размера производственной программы, характера продукции, а также технических и экономических условий осуществленияпроизводственного процесса все разнообразныепроизводства условно делятся на три основныхтипа: единичное, серийное и массовое. У каждого из этих типов производственный и технологический процессы имеют свои характерные особенности и каждому из них свойственна определеннаяформа организации работы.
Производствоотносят к тому или другому типуусловно, по количествуобрабатываемых в год деталей одного наименования и типоразмера.
Единичнымназывают такое производство, при которомизделия изготовляют по одной штуке или по несколько штук. Номенклатура изготовляемыхинструментов в единичном производстве велика (порядкасотен и несколько тысяч типоразмеров) и разнообразна. Изделия изготовляютпо отдельным заказам потребителей,которые не повторяются вовсеили повторяютсячерез неопределенные промежутки времени.
Серийнымпроизводством называется такое производство, в котором изделияизготовляютсяпартиями регулярноповторяющимися через определенные промежутки времени. Серийное производство в инструментальной промышленности организуется для изготовленияизделий одного вида, например спиральныхсверл с цилиндрическим и коническим хвостовикамииз быстрорежущей стали и оснащенных пластинкамитвердого сплава; метчиков машинно-ручных, гаечных прямых и с изогнутымхвостовиком; круглых плашек; фрез цельныхдисковых трехсторонних, пазовых, цилиндрическихторцовых и т. д. Для этого выделяютсяучастки в цехе с замкнутым цикломобработки изделий одного вида, либо, взависимости от программы, производствотаких изделий сосредотачивается в цехе. При этом номенклатура размеров изготовляемых изделий данного вида достаточно большая — до 300 типоразмеров.
Массовымназывается такое производство назаводе, в цехе, участке с замкнутымциклом обработки, в котором изготовляетсяизделие одного типоразмера. В этом производствезаготовки от одного рабочего места к другому движутся непрерывно по принципупотока. Поэтому этот тип производства называютпоточно-массовым.
Развертка — это осевойинструмент. На участке кроме развертокизготавливают сверла, зенкеры, зенковки, цековки и другой осевой инструмент различных типоразмеров. По данным заводаимени Лихачева для выпуска 40000автомобилей необходимо 80000 единицосевого инструмента. Из них на сверлаприходится 40% от всего осевогоинструмента, на зенкеры — 25%, наразвертки — 15%, на прочий осевой инструмент(цековки, зенковки и др.) — 20%. Таким образом программа выпуска разверток составляет12000 штук в год. При работе производства водну смену тип производства назначаем- среднесерийный.
Организоватьпроизводство рекомендуется в форменепрерывного потока. Поточный метод работыобеспечивает значительное сокращение (вдесятки раз) цикла производства, межоперационных заделов и незавершенного производства; возможность применениявысокопроизводительного оборудования и резкое снижение трудоемкости и себестоимости изделий; простоту планированиядвижения заготовок и управленияпроизводством; возможность комплексной автоматизации производственных процессов. При поточных методах работы уменьшаютсяоборотные фонды, а оборачиваемость вложенных впроизводство средств значительно повышается.
Определим такт выпуска.
Тактвыпуска это промежуток времени, через которыйдолжны сходить с поточной линии готовые изделия.
T=60 * Fд/N,
где Fд — действительный фондвремени (час) работы одного
станка при односменной работе;N — количество изделий подлежащихизготовлению в год.
Fд=Fн*К,
где Fн — номинальныйгодовой фонд времени станка при работев одну смену;
К = 0,98 — коэффициент использования номинального
фонда времени,учитывающий время пребывания
станка в ремонте. Fн= 2070 час приработе в одну смену.
Fд= 2070 * 0,98 =2030 час.
Отсюда такт поточной линиибудет:
t= 60 * 2030 / 80000 = 1 ,52 мин.
Разверткиизготавливаются партиями по 100 штук в одной партии. Тогда, длительностьцикла обработки партии заготовок из 100 штукпри такте поточной линии t= 1,52 мин. будет равна
Тц=(t*i)+(t*n)=t*(i+n),
где i — число операций в процессе обработки;
n — количество изделий в партии.
Тц = 1,52 * (19 + 100) = 180,88 мин.
1.3. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ КОНСТРУКЦИИ РАЗВЕРТКИ.
Разверткапредставляет собой тело вращения. Она является технологичным изделием, так как ее форма позволяет производитьобработку на токарных и шлифовальных станках. При изготовлении инструмента не используетсяни каких сложных приспособлений для закрепленияна станке. В основном используются центра и хомутик, втулки переходные и сменные, призмы, 3-х кулачковые патроны. Только прифрезеровании зубьев используетсяделительная головка и при фрезеровании лапки на конусе Морзе применяют весьма сложноеприспособление.
Изделие имеетдостаточно хорошие базовые поверхности.В качестве черновой базы используетсяцилиндрическая боковаяповерхность заготовки, а затем на протяжениивсего процесса обработки в качестве базы используется ось центров. Этопозволяет исключить во время изготовленияинструмента погрешности базирования.
Разверткаизготавливается из стали 9ХС снапайными пластинами из твердогосплава ВК6-М. Это облегчает процесс обработкиинструмента и позволяет сэкономитьдорогостоящиематериалы.
Такжеимеется возможность применитьпрогрессивные технологические процессыи средства автоматизации производства.
Однакок развертке предъявляютсяочень высокие требованияпо точности и качеству обрабатываемых поверхностей. Это приводит к необходимости использовать различные типы высокоточного оборудованияи контрольно-измерительного инструмента.
1.4. ОБОСНОВАНИЕ И ВЫБОР МЕТОДА ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГОТОВКИ
Развертка является телом вращения,поэтому наиболее выгодно поставлять заготовки в виде круглого прутка. Получать заготовки штамповкой невыгодно, так как для этого необходимыдорогие штампы. В условияхсреднесерийного производстваоптимальным будет изготовление заготовок прокатом. Прутки изготовляются коваными, горячекатаными,холоднотянутыми (калиброванными) ихолоднотянутыми шлифованными (серебрянка).
Ковануюбыстрорежущую сталь, поставляемуюдиаметром 40 — 200 мм, применяют дляизготовления режущих инструментов больших размеров, например для сверл, концевых фрез диаметром 50 — 80 мм.
Горячекатаную быстрорежущую сталь широко применяют для изготовлениярежущего инструмента диаметром до 50 мм.Горячекатаную углеродистуюконструкционную сталь (например, 40, 45) иуглеродистую легированную сталь (например,20Х, 40Х) применяют для изготовленияхвостовиков режущих инструментов, атакже для корпусов сборных фрез, разверток, зенкеров.
Холоднотянутая(калиброванная) сталь и холоднотянутая шлифованная сталь (серебрянка)характеризуется хорошей отделкой поверхности. Они применяютсяглавным образом при изготовлениирежущего и измерительного инструмента наавтоматах и полуавтоматах.
Исходя из приведенных выше данных рекомендуется изготовлять заготовки методом горячегопроката, как наиболее экономичным. При этомдостигается небольшая стоимостьзаготовки и минимальный отход во времямеханической обработки.
1.5. ОБОСНОВАНИЕ И ВЫБОР ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ БАЗ ПРИОБРАБОТКЕ РАЗВЕРТОК.
Выбортехнологических баз — один из ответственных моментов в разработкетехнологического процесса, так как онпредопределяет точность обработки иконструкцию приспособлений. Неправильный выбор баз часто приводит к усложнениюконструкций приспособлений, появлениюбрака и увеличению вспомогательного времени на установкуи снятие детали.
Базами называются исходные поверхности линии или точки, определяющиеположение заготовки в процессе ее обработки на станке или готовой детали всобранной машине.
Как правило обработкуначинают с той поверхности, которая будет служить установочной базой для дальнейших операций.
Напервой операции в качестве установочной базы обычно принимают необработанную поверхность — черновую базу.
Привыборе установочных и исходных баз руководствуются принципом совмещения баз. Этот принцип состоит в том,чтобы в качестве технологических баз (исходной, установочной и измерительной)использовать конструкторскую базу.
Часто совмещают все четыре базы:конструкторскую и три технологические, тоесть строят операции обработки полностьюотвечающие требованиям и принципамсовмещения баз.
Базирующиеповерхности необходимо выбрать таким образом,чтобы в процессе обработки усилиярезания и зажима заготовки не вызывали недопустимых деформаций детали.
Принятые базы должны обеспечить простую и надежную конструкцию приспособлений с удобной установкой,креплением и снятием детали. Для достижениянеобходимой точности обработкирекомендуется соблюдать единствобаз, то есть выполнение всех операцийобработки детали от одних и тех же баз.
Исходя из вышеизложенного при конструировании развертки за технологическую базу принимают ось центров.При этом соблюдается условиеединства баз технологической и измерительной. Вкачестве черновой базы примем цилиндрическуюбоковую поверхность заготовки.
1.6. ОБОСНОВАНИЕ И ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ ИТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОСНАСТКИ
Выбортипа станка определяется возможностью обеспечить выполнениетехнологических требований, предъявляемых кобработанной детали в отношении точности ее размеров, формы и чистоты поверхности.
Выбор типа станкапроизводится на основе следующих соображений:
— Соотношение основных размеров станкагабаритным размерам обрабатываемой детали или нескольких одновременно обрабатываемых деталей;
– Соответствие производительности станка количествудеталей, подлежащих обработке в течение года;
– Возможно болееполное использование станка по мощностии по времени;
– Наименьшаязатрата времени на обработку;
– Наименьшаясебестоимость обработки;
– Относительно меньшаяотпускная цена станка;
– Реальная возможность приобретениятого или другого станка;
Необходимость использованияимеющихся станков.
При выборе станка следуетучитывать современные достижения станкостроения.
Поэтому решающимфактором при выборе станка является экономичность процесса обработки.
На основании вышеизложенного выбираем станки:
Операция 10. Токарно — винторезный станок модели 16К20Т1 с набором сменных втулок.
Операция 20. Универсально — фрезерный станок модели 6В61 IPс делительнойголовкой.
Операция 30. Универсально — фрезерный станок модели 6Н82 с делительной головкой и пневматическим зажимным приспособлением дляфрезерования лапок на конусе Морзе.
Операция 40.Круглошлифовальный станок модели 3151.
Операция 50. Универсально-заточной станок модели ЗА64.
1.7. РАСЧЕТ ОПЕРАЦИОННЫХ ПРИПУСКОВ ИРАЗМЕРОВ.
Припускна обработку — слой металла, удаляемыйс поверхности заготовки в процессе ееобработки для обеспечения заданного качествадетали.
Промежуточный припуск- слой материала, удаляемый при выполнении отдельного технологического перехода.
Общий припуск — слойматериала, необходимый для выполнения всейсовокупности технологических переходов, то естьвсего процесса обработки данной поверхности от черной заготовки до готовойдетали.
Рассчитаемоперационные припуски и предельные размерына обработку поверхности конуса Морзе.
Поверхность конусаМорзе обрабатывается на первой операции — точение и на четвертой операции — шлифование:предварительное и окончательное. Требование к поверхности по чертежу: шероховатость Ra0,4.
Минимальныйприпуск на окончательное шлифование, исходя из требований технологии обработки развертки, составляет0,15мм.
Минимальный припускна предварительное шлифование рассчитаем по формуле:
_____________
2Zimim = 2 * (Rzi-1 +Тi-1+ √ (ri-1)2+ (Eyi)2)
где Rzi-1 — высота микронеровностей на предшествующем переходе, мкм;
Ti-1 — глубина дефектного поверхностного слоя на предшествующем переходе, мкм;
ri-1 — суммарное значениепространственных отклонений на предшествующемпереходе, мкм;
Eyi — погрешность установки заготовки при выполняемомпереходе, мкм.
Rzi-1= 30 мкм; Тi-1= 30 мкм (табл. 4,стр. 167) [12].
Найдем суммарное значение пространственных отклонений по формуле:
rост= Ку * rзаг,
где Ку= 0,06 — коэффициент уточнения(табл. 22, стр. 181); — кривизна заготовки,мкм.
_________
rзаг=Ö(rк)2+(rц)2
где rк — величина кривизны(местная или общая), мкм;
рц — величина смещенияоси заготовки в результате погрешности
зацентровки, мкм.
rк= Dк* L,
где Dк — удельная кривизна, мкм/мм;
L — общая длина заготовки, мм
_____
rц= 0,25 * Öd2+ 1 ,
где δ — допуск в мм на диаметр базовойповерхности заготовки, использованнойпри зацентровке. Dк= 1 мкм/мм;
L= 235 мм, тогда получим
rк= 1 *235 = 235 мкм.
d= 0,5 мм. Тогда,
_______