Предел прочности при растяжении

s_в, Мпа

Предел прочности при изгибе

s_и, МПа

Твердость по Бринеллю,

НВ

Коэффициент линейного расширения

a×10⁶

240

440

190…210

10..12

Вид поверхности

Номер поверхности

Основные

2,3

Вспомогательные

1,6,9,11,16,19,21,24,26,29,30,31,33

Исполнительные

1,17,18,23,28

Свободные

4,5,7,8,10,12,13,14,18,17,20,23,25,27

Размер, мм

Величина допуска, мм

Размер, мм

Величина допуска, мм

178,5

50,5

1,1

1,0

Æ34,7

Æ21

0,9

0,8

Допуск, мм

Припуск на сторону, мм

Допуск, мм

Припуск на сторону, мм

0,6…0,8

0,8..1,0

1,3/1,8

1,4/2,0

1,0…1,2

1,2…1,6

1,6/2,4

2,0/2,8

Номинальный размер, мм

до 25

25…50

50…150

150…250

Радиус, мм

2

3

№ поверхности

Квалитет точности

Шероховатость

Технические требования

Методы обработки

Последовательность операций

Последовательность позиций

Трудоемкость

1

2

7

10

0,4

12,5

-

-

С,З,Р,Н

Т,Т_Ч

10,20,40

10

6¹⁰,8¹⁰,3²⁰,

5²⁰, 7²⁰

3-5¹⁰

3,6

2,2

3

9

10

-

Т,Т_Ч

10

3-5¹⁰

2,2

4

10

12,5

-

Т

10

3-5¹⁰

1

5

12

12,5

-

Т

10

3-5¹⁰

1

6

10

12,5

-

Т

10

3-5¹⁰

1

7

13-14

50

-

-

-

-

-

8

14

50

-

-

-

-

-

9

10

12,5

-

Ф

10

3¹⁰

1

10

10

12,5

-

Т

10

9¹⁰

1

11

8

12,5

-

С,З¹,З²

10

3¹⁰,6¹⁰, 9¹⁰

2,8

12

8

12,5

-

З¹,З²

10

3¹⁰,9¹⁰

1,6

1

2

3

4

5

6

7

8

13

9

12,5

В таблице :

С – сверление;

З –зенкерование;

Р – развертывание;

Н – накатка;

Т – точение;

Тч – точение чистовое;

Ф – фрезерование;

Фч – фрезерование чистовое;

Р₃ – резьбонарезание.

Как видно из таблицы наиболее трудоемкая по изготовлению отверстие поверхности 1, а также резьбовое отверстие.

В данном проекте предлагается изменить в базовом процессе последовательность обработки поверхности 1. В место маршрута обработки:

Зенкерование черновое

Зенкерование чистовое

Развертывание

Накатка

В качестве черновой операции использовать рассверливание. Для этого в заготовке необходимо увеличить припуск под черновую обработку на 1,5 мм на сторону. Это ведет к снижению трудоемкости, увеличению производительности за счет интенсификации процессов резания. При этом точность обработки не снижается, т.к. последующие переходы устраняют погрешность от черновой обработки. В следующих разделах эта особенность будет учитываться при размерном анализе (п.5). Назначение и патентные исследования также будет касаться черновой обработки отверстия. Оптимизация конструкции инструмента, методов и режимов обработки позволит получить существенный экономический эффект.

План обработки составляется с учетом требований по [5] с учетом базового техпроцесса. Последовательность обработки следующая:

005 Заготовительная

010 Линейно-автоматная

На данной операции происходит подготовка чистовых технологических баз, обработка черновая отверстия поверхности 1, а также плоскости поверхность 9 и отверстий поверхности 10, 15, 20.

020 Линейно-автоматная

Используя чистовые технологические базы, происходит обработка чистовая отверстия 1, а также плоскости поверхность 29, 32 и крепежных отверстий поверхности 27, 31, 26

040 Накатная

На данной операции происходит отделочная обработка отверстия поверхности 1.

Данная последовательность операций представлена в плане обработки с соответствующими операционными эскизами по операциям и позициям, а также техническими требованиями (см. лист 3).

4.2 Выбор СТО

Оборудование, оснастка (зажимные и контрольный приспособления, режущий инструмент, средства транспортировки детали с операции на операцию и т.д.) должны соответствовать всем требованиям, предъявляемым к детали на данной операции по производительности, точности, мощности и быть экономически обоснованы. Оборудование должно обеспечивать максимальную концентрацию переходов на операции и минимум переустановок.

В качестве оборудования в базовом техпроцессе на 010 , 020 операциях автоматическая линия "Альфинг" с автоматической разгрузкой на конвейер. На отделочной операции (накатной) специальный накатной станок "Альфинг".

В качестве оснастки применяются следующие приспособления и режущие инструменты:

010 операция :

основное приспособление (2 – х кулачковый патрон) спутник; автоматическое устройство для разгрузки деталей; транспортное устройство для спутников; гайковерты для зажима.

По позициям (в следующих порядке: 1 инструмент; 2 оснастка).

3. 1. Фреза (резцовая головка) с шестигранными пластинами.

2. Оправка фрезы

4. 1 .Спиральное сверло Æ14 мм;

Комбинированное сверло Æ8,5/12;

Специальные резцы

2. Регулируемые втулки под сверла

5. 1. Спиральное сверло Æ6 мм;

комбинированное сверло Æ8,5/12 мм;

Специальные резцы

2. Регулируемые втулки;

инструментальный патрон.

5. 1. Спиральное сверло Æ3 мм;

Зенкер Æ14,2 мм;

Спиральное сверло Æ8,6 мм.

2. Регулируемая втулка.

5. 1. Зенкер Æ 20 мм;

Спиральное сверло Æ3 мм;

Сверло для глубокого сверления Æ17,5 мм;

2. Регулируемая втулка; плавающий патрон.

5. 1. Зенкер;

Специальное сверло для глубокого сверления Æ 17,5 мм;

2. Плавающий патрон.

5. 1. Зенкер

2. Регулируемая головка

5. 1. Зенкер

Зенкер

Специальный резец

Профильный резец

2. Патрон для зенкера;

инструментальный патрон

5. 1. Специальный резец (фасочный)

Специальный резец (для обточки)

Специальный резец (для подрезки торца)

Зенкер

2. Регулируемая втулка;

Инструментальный патрон.

5. 1. Метчик М10х1,15

2. Плавающий птарон

13 1. Метчик М10х1,25

Метчик М22Х1,"5

2. Плавающий патрон.

020 операция:

Основное приспособление ;

Спутник;

Автоматическое приспособление для загрузки деталей.

3. 1. Зенкер

Резцовая головка с шестигранной платиной.

2. Плавающий апатрон;

Оправка фрезы

3. 1. Спиральное сверло Æ6 мм;

Ступенчатое сверло Æ8,5/12;

2. Регулируемые втулка

3. 1. Зенкер для цекования

7-8 1. Развертка

10. Метчик

Все инструменты твердосплавные

040 операция

Ролик раскатной

Контрольно – измерительное приспособление:

010 операция

Пробка предельная для контроля размера:

1. Æ17,5±0,2

2. Æ8,5¸8,7

3. Æ3,0¸3,2

4. М10х1,25

5. Æ8,78¸8,92

6. Æ22¸0,05

7. Æ14,2±0,1

8. Æ6±0,1

Калибр с индикатором для контроля листа 90°+2°

Калибр жесткий предельный Æ25,5¸26,0;

Æ31,8¸32,0.

Скоба предельная с регулируемыми тарелками Æ31±0,3.

Пробка резьбовая М22х1,5.

Калибр с индикатором для контроля перпендикулярности и межосевого расстояния.

010 операция:

Пробка предельная Æ8,8±0,2

М8х1,25

Калибр с индикатором для контроля перпендикулярности и межосевого расстояния.

Специальный прибор "Солекс" для контроля Æ19,015¸19,035; стол с пневмоустановкой.

040 операция:

пробка предельная Æ19,035¸19,075

Специальный прибор "Солекс"; стол с пневмоустановкой.

Оборудование, приспособление, инструмент заносятся в маршрутную, операционные карты и в план обработки.

5. Размерный анализ техпроцесса

Задача раздела – используя размерный анализ технологического процесса провести расчет размерных параметров детали в процессе ее изготовления, при этом техпроцесс изготовления корпуса должен гарантировать изготовление качественных деталей и отсутствие брака при их производстве, содержать минимально необходимое число операций и переходов: обеспечить размеры заготовки с минимальными припусками.

Т.к. техпроцесс изготовления корпуса гидротормозов преимущественно содержит переходы, включающие обработку отверстий, расчет размерных цепей проводится только в радиальном направлении по методике, изложенной в [6].

Составляется размерная схема в радиальном направлении (см. лист графической части дипломного проекта).

Составляются уравнения операционных размерных цепей по операциям.

40 -

20 -

;

10 -

Записываем все уравнения размерных цепей в соответствующую графу размерной схемы. Осуществляем проверку для цепей имеющих замыкающими звеньями чертежные размеры детали.

В данном случае это будет уравнение несоосностей:

Из чертежа [Е1,26] = 0,2

Операционные несоосности:

Тогда

0,2>0,01+0,05+0,05 = 0,11

Данный техпроцесс обеспечивает все необходимые технические требования, т.к. все остальные операционные размеры на финишных операциях совпадают с чертежными и необходимая точность размеров автоматически обеспечивается при совпадении условия Т_опер £ Т_черт, где Т_опер и Т_черт допуски на операционный и чертежный размеры соответственно.

Определим минимальные значения операционных припусков по формуле

(5.1)

где Rz^{i –1} – шероховатость поверхности на (i – 1)-ой операции; T ^i–1 – величина дефектного слоя на этой операции (только для заготовительной операции, т. к. обрабатывается чугун).

Шероховатость по операциям и величину дефектного слоя, полученные на операциях, определяем по таблице приложения 9 [7] в зависимости от метода обработки.

мм;

мм;

мм;

мм;

мм;

мм;

мм;

мм;

мм.

Для припуска z₁¹⁰ делается исключение, т. к. на черновой операции зенкерование заменяется более производительным рассверливанием. В дальнейшем z_1min¹⁰ скорректируется с учетом данного замечания.

Полученные минимальные значения припусков заносятся в соответствующую графу размерной схемы.

Определим максимальные значения припусков по формуле

, (5.2)

где wzⁱ – отклонение припуска, мм (поле рассеивания); которое находится по формуле

, (5.3)

где ТА_i – отклонения составляющих звеньев, мм (равные операционным допускам).

;

мм;

;

= 0,2 – допуск на ход инструмента;

мм;

; мм;

;

мм;

В данном случае определяется отклонением настройки хода инструмента (мм);

мм

;

мм;

– определяется погрешностью хода инструмента ();

;

мм.

Определим максимальные припуски по переходам:

мм;

мм;

мм;

мм;

мм;

мм;

мм;

мм;

мм.

Хотя размеры определяются в радиальном направлении, когда при числе звеньев больше 4 необходимо вести расчет вероятностным методом для припуска расчет велся методом максимума-минимума, т. к. для данного припуска составляющие звенья уравнения цепи являются линейными размерами. Припуски заносятся в соответствующую графу размерной схемы.

Теперь определим операционные размеры из уравнений размерных цепей:

1. ;

мм.

В операционной форме:

.

2.

(т. к. мм).

В операционной форме мм.

3. . Т. к. число звеньев п>4, определим поле рассеяния вероятностным методом по формуле

(5.3)

где – коэффициент риска, характеризующий вероятность попадания размеров замыкающего звена в регламентирующие размеры; для риска 0,01% коэффициент ;

– передаточный коэффициент (±1);

– коэффициент рассеивания, выбирается в зависимости от точности обработки;

– поле рассеивания замыкающего звена, мм.

мм.

Тогда

мм

Запись размера в операционной форме .

4.

Запись размера в операционной форме .

5.

Запись размера в операционной форме .

С учетом увеличенного припуска мм.

6.

мм

7.

8.

Запись в операционной форме

9.

Запись в операционной форме мм.

10.

.

В результате размерного анализа получены операционные размеры (занесенные в соответствующую графу размерной схемы), позволяющие получить необходимую размерную точность и взаимное расположение поверхностей в ходе выполнения данного техпроцесса.

По сравнению с базовой заготовкой изменились два размера (Щ⁰⁵ и 2А⁰⁵).

6. Научные исследования

Задача раздела – провести исследование вопроса, связанного с обработкой глубоких отверстий.

Вид исследования – теоретический метод (патентно-литературный обзор).

Цель исследования – повышение стойкости сверла.

Результаты исследований

Таблица 6.1

6.2 Анализ влияния качества поверхностного слоя на стойкость сверл

В работе [8] приведены результаты исследований по изучению повышения режущих свойств сверл из сталей Р6М5 и др.

Анализ влияния многочисленных факторов на износ и стойкость сверл показывает, что последние зависят от состояния поверхностного слоя толщиной 0,1 – 0,6 мм. Целью исследования являлось определение возможных оптимальных условий, при которых указанный слой обеспечивал бы наибольшую работоспособность сверл. Одним из существенных факторов, определяющих состояние поверхностного слоя, является температура в зоне резания.

На рис. 6.1 показан характер распределения температуры по длине режущей кромки сверла. Видно из графиков, что температура от оси инструмента к периферии возрастает, достигая максимума на расстоянии (0,7…0,9) длины режущей кромки и далее снижается.

Рис. 6.1. Кривые распределения температуры по длине режущей кромки сверла (контурная линия – по расчету, штриховая – по результатам измерений)

При измерении температуры на кромках сверл резко выраженное экстремальное значение ее не отмечалось. На участках с y = 0,8…1 происходит стабилизация температуры. Отмеченные явления связаны с улучшением отвода тепла от наиболее нагретых участков сверла в массу инструмента, а также уменьшением разницы в ее температурах на поверхности сверла и изделия. О последнем свидетельствует рассмотрение температурных полей, анализ которых показывает, что выравнивание температуры на передней и задней поверхностях происходит за счет тепловых потоков, направленных в массу сверла.

В связи с тем, что стойкость определяется состоянием рабочих поверхностей особое значение приобретает алмазная доводка. Эффективность доводки определяется ее режимами (скоростью и подачей).

Химический и фазовый анализы поверхностного слоя показали, что после алмазной обработки наряду с уменьшением шероховатости, имеет место увеличение содержания углерода (на 0,08 – 0,12%) с упрочнением поверхностного слоя на глубину до 25 мкм. В результате сложного комплексного воздействия алмазной доводки на состояние поверхностного слоя происходит повышение стойкости в 1,2…1,5 раза.

6.3 Влияние ХТО на стойкость сверл

В работе [9] приведены результаты исследований влияния ХТО на стойкость сверл из быстрорежущей стали. Существует несколько способов повышения износостойкости сверл после их изготовления:

1. Нанесение простых износостойких покрытий на режущие элементы сверла;

2. Нанесение сложных (комплексных) покрытий на режущие элементы сверла;

К первому способу относятся однокомпонентные покрытия: хрома, оксидной пленки, полученной за счет низкотемпературного, высокотемпературного или химического оксидирования; пленки цианидов или титана. Сюда же относится фосфатирование, сульфидирование, обработка медью и дисульфидом молибдена. Ко второму способу относятся многокомпонентные износостойкие пленки (цианирование с последующим воронением в солях и др.). Также повышают стойкость:

• наплавка износостойкого сплава;

• полирование канавок сверла гидроабразивным, электролитическим или химическим способами;

• термомеханическая обработка

• искровое, химическое и механическое упрочнение.

Способ ХТО

1 вариант – без ХТО; 2 вариант – цианирование 12 мин при 560°С; 3 вариант – цианирование 18 мин при 560°С; 4 вариант – цианирование 12 мин при 560°С + воронение в соли ЧС312 в течении 30 мин при 450°С; 5 вариант – цианирование 18 мин при 560°С + воронение в соли ЧС312 в течении 30 мин при 450°С; 6 вариант – воронение в соли ЧС312 в течении 30 мин при 450°С

Рис. 6.2. Влияние способа ХТО на стойкость и удельные износы по задней поверхности при следующих условиях:

а) v = 36,7 м/мин, S = 0,32 мм/об;

б) v = 25,2 м/мин, S = 0,43 мм/об.

На рис. 6.2 приведены результаты испытаний, из которых видно, что наиболее оптимальным вариантом ХТО является цианирование в среднепроцентных ваннах при температуре 560°С с последующим воронением в расплаве солей ЧС-132 при 450°С в течении 30 мин.

Стойкость сверл, подвергнутых ХТО, в 2…2,5 раза выше стойкости сверл без ХТО.

6.4 Влияние изоляции термо-ЭДС на стойкость сверл

В работе [10] приведены результаты сравнительных испытаний сверл при обработке чугунов с разрывом в цепи термо-ЭДС и без разрыва.

Исследование проводилось по схемам, представленным на рис. 6.3 сверлами из стали Р6М5.

Схема 1. изоляция инструмента обеспечивалась склеенной переходной втулкой КМ4-2.

Схема 2. Патрон соединяли со шпинделем станка гибким многожильным проводом (медным)

Схема 3. Заготовку устанавливали в тисках с текстолитовой прокладкой под основание толщиной 1 мм.

Схема 4. Схема установки сверла и заготовки та же, что и в п. 3, но заготовку соединяли гибким многожильным медным проводом со столом станка.

Обрабатывались заготовки из серого чугуна СЧ18-36. Каждая заготовка разделялась на две половины, одна из которых обрабатывалась без разрыва цепи термо-ЭДС, на другой – по схеме с разрывом. Стойкость сверла оценивалась количеством просверленных ими отверстий до затупления.

Сверла диаметром 8 мм испытывались при скорости резания 13,3 м/мин по всем четырем схемам. Отверстия сверлились на глубину 25 мм с подачей S=0,25 мм/об. Основные статистические показатели распределения стойкости сверл показаны в табл. 6.2.

Таблица 6.2 Показатели распределения стойкости

Как видно из табл. 6.2, стойкость сверл при разрыве цепи термо-ЭДС ниже стойкости сверл с замкнутой цепью термо-ЭДС. Стойкость сверл с замкнутой цепью термо-ЭДС выше стойкости сверл с незамкнутой цепью на 30…40%.

Рис. 6.3. Схема обработки: 1 – с изоляцией инструмента и детали; 2, 3 – с замкнутой цепью термо-ЭДС

6.4 Конструкция сверл

В [11] приведена группа сверл с внутренним подводом СОЖ. Такие сверла обладают повышенной стойкостью, т. к. СОЖ, попадая непосредственно в зону резания, эффективнее охлаждает режущие кромки сверла. В [11] также приведены результаты стойкостных испытаний сверл диаметром 12 мм с каналами для подвода СОЖ, в ходе которых было установлено, что стойкость данных сверл значительно выше, чем у стандартных сверл (табл. 6.4).

Таблица 6.4 Результаты испытаний

В [12] показано сверло с канавками для дробления стружки. На режущих кромках сверла по задней поверхности заточены две несимметричные кольцевые канавки, глубины которых постепенно уменьшается от режущей кромки к канавке сверла. При сверлении материалов данными сверлами вся ширина стружки разбивается на отдельные участки, что снижает силы резания и тепловыделение. Стружка легко отводится из зоны резания и не пакетируется в канавках сверла. Это значительно повышает стойкость сверла.

На рис. 6.4 представлена конструкция сверла с центральной режущей вставкой из СТМ (а. с. №1144800, МКИ В23 В51/02). В теле 1 выполнено центральное отверстие, в котором с помощью припоя закреплена режущая пластина – вставка 2. В качестве припоя применен медно-титановый припой, содержащий 25–30 массовых частей титана и 2-3 масс. ч. олова. Пайку проводят в вакууме без предварительной металлизации. Материал вставки выбирают в зависимости от марки обрабатываемого материала (для конструкционных сталей – из поликристаллического нитрида бора). Режущая вставка повышает стойкость сверла в 6…8 раз.

Выводы по разделу.

Следует применить сверло с внутренним подводом СОЖ, вставкой из СТМ, с разделительной канавкой по задней поверхности, с ХТО канавок сверла, с замыканием цепи термо-ЭДС, с алмазной доводкой рабочих поверхностей, гарантирующих повышение суммарной стойкости в 8…12 раз.

Рис. 6.3. Схема сверла с режущей вставкой из СТМ

7. Патентные исследования

Задача раздела – исследовать достигнутый уровень развития техники по отношению к выбранному прогрессивному техническому решению и провести экспертизу на патентную чистоту стран проверки Великобритания, Япония, Россия.

7.1 Введение. Обоснование необходимости проведения патентных исследований

Использовать усовершенствованное сверло на территории России можно только в том случае, если оно обладает патентной чистотой в отношении РФ, т.е. если ни одно из входящих в него технических решений (ТР) не подпадает под действие патента, выданного в РФ. Выяснить это можно в результате проверки усовершенствованного сверла на патентную чистоту в отношении РФ, а также Японии и Великобритании.

7.2 Описание объекта

Спиральное сверло, рис. 7.1 из быстрорежущей стали Р6М5 состоит из рабочей части 1, хвостовика 2 и шейки 3. На рабочей части сверла образованы две спиральные канавки 4. Рабочая часть включает режущую 5 и цилиндрическую 6 части с двумя ленточками 7. Режущая часть содержит две режущие кромки, образованные пересечением передней 9 и задней 10 поверхностей, а также перемычку 11. Хвостовик с лапкой 12 служит для закрепления сверла.

Сверло работает следующим образом.

Сверлу 1 сообщается вращение со скоростью v и продольная подача S, в результате чего происходит обработка отверстия.

Рис. 7.1. Эскиз объекта

Недостаток данного сверла – затрудненный отвод стружки, подвод СОЖ и низкая стойкость инструмента.

7.3 Первая стадия исследования

Формирование программы исследования

Цель – формирование программы исследования достигнутого уровня развития вида техники "Сверло спиральное", патентной чистоты, обеспечить достаточную полноту и достоверность исследования при минимальных затратах на его проведение.

А) Оценка исходных условий

Формулировка цели патентного исследования:

1) Усовершенствовать сверло путем устранения недостатков, отмеченных в описании объекта, п. 7.2

2) Установить возможность использования усовершенствованного сверла путем патентной чистоты.

Исследования проводятся по фондам кабинета патентоведения кафедры "Технология машиностроения".

Исследования будем вести только в отношении изобретений, т. к. только в них могут содержаться прогрессивные ТР.

Производство массовое. Стоимость сверла относительно низкая.

Б) Выбор ТР, подлежащих исследованию (ИТР)

Сверло спиральное характеризующееся конструктивными признаками – наличием элементов, их формой, материалом, размерами, взаимным расположением, взаимосвязью.

Признаки способа и вещества отсутствуют. Следовательно, как объект изобретения сверло представляет собой устройство.

Сверло спиральное содержит следующие ТР:

1. Сверло спиральное – общая компоновка;

2. Сверло спиральное – форма режущей части;

3. Материал режущей части;

4. Способ изготовления.

Для исследования уровня техники будем использовать ТР "Сверло спиральное – общая компоновка".

При экспертизе патентной чистоты оставляем в перечне для проверки все ТР, т. к. они являются важными для объекта.

"Сверло спиральное – общая компоновка" представляет интерес для исследования, т. к. различные конструкции спирального сверла постоянно патентуются в странах проверки.

Остальные ТР известны давно ("Сверло спиральное – форма режущей части", "Материал режущей части", "Способ изготовления"), поэтому проверке на патентную чистоту не подлежат.

Таким образом, для исследования выбираем ТР "Сверло спиральное – общая компоновка".

В) Выбор комплектующих изделий, подлежащих проверке на патентную чистоту.

Сверло спиральное не содержит комплектующих изделий.

Г) Определение и подбор технической документации на объект.

Документация, находящаяся в кабинете патентоведения МФ ТГУ.

Д) Составление регламента поиска.

Необходимо определить перечень классификационных индексов ИТР, минимальные ретроспективность, широту поиска, перечень источников информации, обеспечивающих достаточную полноту и достоверность исследования уровня вида техники и патентной чистоты.

По указателю МКИ для ключевого слова "сверло спиральное" уточняем рубрику МКИ:

В23 В51/02 – спиральные сверла.

Индекс УДК определяем по указателю УДК:

Объект – "Сверло спиральное – общая компоновка"

Вид исследований – 1) исследование уровня вида техники; 2) исследование патентной чистоты

Таблица 7.1 Регламент поиска

621.9 – обработка резанием;

621.9.02 – режущие инструменты;

621.95 – сверлильные работы;

621.951.45 – спиральные сверла.

При исследовании уровня устанавливаем глубину поиска 10 лет, исходя из того, что в этот период были созданы прогрессивные ТР.

При исследовании патентной чистоты в соответствии со сроками действия патентов в странах проверки, устанавливаем глубину поиска 20 лет.

При исследовании уровня принимаем во внимание все указанные данные из табл. 1. При исследовании патентной чистоты будем принимать во внимание только сведения о патентах стран проверки.

7.4 Патентный поиск

А) Поиск материалов, имеющих отношение к объекту.

Будем проводить тематический поиск. Сведения о ТР, имеющих отношение к ИТР "сверло спиральное – общая компоновка" заносим в табл. 5 и 6, графы 1–4. Все отобранные патенты считаем действительными.

Б) Детальный анализ отобранных материалов

Задача данного этапа – путем сопоставления признаков ИТР "Сверло спиральное – общая компоновка" и отобранных ранее ТР установить:

1. Наиболее прогрессивное ТР;

2. Обладает ли усовершенствованное сверло патентной чистотой.

Выявляем существенные признаки ИТР "Сверло спиральное – общая компоновка" и группируем их. Выявленные и сгруппированные признаки заносятся в табл. 7.3.

Наличие признака в каждом аналоге отмечаем знаком "+", отсутствие "–"

Таблица 7.2. Патентная документация, отобранная для анализа

Подлежит

Подлежит

Группа

Признаки ТР

ИТР

Аналоги

Япония

63 – 30.683

СССР

А/с 159900111

СССР

А/с 16856228

СССР

А/с 17735831

СССР

А/с 16733003

а

Элементы:

1. Хвостовик

+

+

+

+

+

+

2. Винтовые канавки

+

+

+

+

+

+

3. Перемычка

+

+

+

+

+

+

4. Главные режущие кромки

+

+

+

+

+

+

5. Вспомогательные режущие кромки

+

+

+

+

+

+

6. Лапка

+

+

+

–

–

–

7. Шейка

+

–

–

–

–

–

8. Резьбовой хвостовик

+

–

–

–

–

–

б

Форма элементов

1. Главные режущие кромки с продольными канавками

–

–

–

–

+

–

2. Стужколомающие и транспортирующие канавки

–

–

–

+

–

–

3. Спиральные каналы для подачи СОЖ

–

–

+

–

–

–

4. Четырехленточная рабочая часть

–

–

–

–

–

+

5. Хвостовик с резьбой

+

–

–

–

+

–

6. Прерывистая режущая кромка

+

–

–

–

–

–

7. Подточенная перемычка

+

–

–

–

–

–

в

Взаимное расположение

1. Отстойник для СОЖ на задней части режущей пластины

–

+

–

–

–

–

2. Внутренние каналы для подвода СОЖ

+

+

+

–

+

–

д

Материалы

1. Режущие пластины из сверхтвердого материала

+

Таблица 7.4 Оценка преимуществ и недостатков аналогов

Рис. 7.2. Эскиз к а. с. 15990111

Рис. 7.3. Эскиз к а. с. 16856228

Рис.7.4. Эскиз к а. с. 17735831

Рис. 7.5. Эскиз к а. с. 16733008

Рис. 7.6. Эскиз к заявке №63-306813

Определение показателей положительного эффекта (при исследовании достигнутого уровня:

• показатели, обеспечивающие достижение цели усовершенствованного объекта: лучший подвод СОЖ;

• показатели, косвенно содействующие достижению цели: лучший стружкоотвод;

• показатели, не влияющие на достижение цели, но усиливающие полезные свойства объекта: повышение производительности обработки и качества обработки;

• показатели, не влияющие на достижение цели, но ослабляющие свойства объекта: увеличение стойкости инструмента.

Проводим сопоставительный анализ преимуществ и недостатков ИТР и аналогов (при исследовании достигнутого уровня).

Оцениваем обеспечение каждого показателя положительного эффекта каждым аналогом в баллах (от 2 до 5). ИТР по каждому показателю выставляем оценку 0. Заносим оценки в графы 3 – 9 табл. 7.4. Сумму баллов каждого аналога заносим в нижнюю строку. Видим, что наибольшую сумму баллов имеет аналог "Сверхтвердое сверло" по заявке №63-306813 Япония. Следовательно, данное ТР является наиболее прогрессивным.

Сопоставляя существенные признаки ИТР, графа 3 табл. 7.3, с признаками аналога графа 4 табл. 7.3. Из сопоставления видно, что новыми признаками являются:

• прерывистая режущая кромка;

• подточенная перемычка;

• хвостовик с резьбой;

• канавки, подвергнутые ХТО.

7.5 Выводы и результаты

1. Наиболее прогрессивным ТР считается "Сверхтвердое сверло" по заявке №63-306813, Япония.

2. Прогрессивное сверло обладает патентной чистотой по СССР (РФ) и Великобритании. По отношению к Японии прогрессивное сверло не обладает патентной чистотой.

В результате работы было установлено, что усовершенствованное сверло целесообразно использовать в производстве, учитывая его высокие технологические показатели. Также установили, что усовершенствованное сверло обладает патентной в отношении стран проверки (за исключением Японии) и, следовательно, возможен экспорт данного сверла в эти страны (Великобритания).

8. Проектирование технологических операций

Задача раздела – назначить режимы резания на все переходы по операциям и провести расчёт норм времени.

8.1 Расчёт режимов резания

Проведём аналитический расчёт режимов резания на наладочные операции, затем скорректируем полученные значения режимов резания с базовым технологическим процессом и тактом выпуска (такт выпуска t_в = 0,446 мин).

Расчёт режимов резания ведём по методике, изложенной в [13].

Расчёт режимов резания на VII позицию 010 операции для рассверливания.

Глубина резания равна половине припуска под черновую обработку (из п.5).

(8.1)

Подачу выбираем по [ ]

S_o = 0,4 мм/об

Скорость резания определяется по формуле

(8.2)

где C_v , q , m , x , y – коэффициент и показатель степени определяемые условиями обработки [13 с. 278]

C_v = 17,1; q = 0,25; m = 0,125; y = 0,4; x = 0,1

T – стойкость, мин; для автоматической линии принимаем равной T = 240 мин.

K_v – поправочный коэффициент, учитывающий фактические условия резания

(8.3)

где K_mv – коэффициент на обрабатываемый материал,

K_uv – коэффициент на инструментальный материал,

K_lv – коэффициент, учитывающий глубину сверления (т.к. l = 5,5 D » 6D; K_lv = 0,7)

(8.4)

HB – твёрдость обрабатываемого материала; n_v – показатель степени, определяемый по методу обработки и инструментальному материалу.

Общий коэффициент:

K_v = 0,87×1,1×0,7 = 0,67

Скорость резания

Определим число оборотов шпинделя

(8.5)

Фактическая скорость резания

Определим осевую силу и крутящий момент:

(8.6)

где С_м и С_p – коэффициенты по [13 с. 280] С_м = 0,196; С_р = 46; значения показателей степени для Р_о x = 1,0; y = 0,4; для М_кр – q=0,85; x = 0,8; y = 0,7

коэффициент К_р = К_мр =

Тогда

Р_о = 10 × 46 × 2,25^1,0 × 0,4^0,4 × 1,12 = 803 Н

М_кр = 10 × 0,196 × 17^0,85 × 2,25^0,8 × 0,4^0,7 × 1,12 = 21 Н×м

мощность резания

(8.7)

Расчёт режимов резания на фрезерование плоскости по III позиции 010 операции:

t = z = 1,5 мм

подача на зуб фрезы 0,15 мм/зуб,

тогда на оборот фрезы с 22 зубьями

S_o = 0,15 × 22 × 3,3 мм/об

Скорость резания (окружная скорость фрезы)

(8.8)

где C_v, q, m, x, y, u, p – коэффициент и показатели степени, определяемые условиями обработки

В – ширина фрезерования (в данном случае В = 35 мм)

Z – количество зубьев фрезы, Z = 22

K_v – поправочный коэффициент

(8.9)

где K_nv – поправочный коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки. K_nv = 0,85 (для отливки с нормальной коркой)

K_мv и K_uv –такие же, как для сверления

K_v = 0,87 × 1,1 × 0,85 = 0,74

С_v = 445; q = 0,2; x = 0,15; y = 0,35; u = 0,2; p = 0; m = 0,32

число оборотов шпинделя:

мощность резания:

(8.10)

где P_Z – главная составляющая силы резания –

(8.11)

где C_P = 54,5; x = 0,9; y = 0,74; u = 1,0; q = 1,0; w = 0 – показатели и коэффициент, зависящие от условий обработки;

n – частота вращения фрезы об/мин,

тогда окружная сила

крутящий момент на шпинделе:

(8.12)

где D – диаметр фрезы, мм;

тогда мощность

Расчёт режимов резания на XII позицию 010 операции – нарезание резьбы М 22´1,5.

Глубина резания равна высоте зубьев резьбы t = 0,95 мм;

Подача равна шагу резьбы S = 1,5 мм/об

Скорость резания при нарезании резьбы метчиками:

(8.13)

где С_V = 64,8; m = 0,9; y = 0,5

(8.14)

где K_TV – коэффициент, учитывающий точность резьбы; K_TV = 0,8

K_MV = 0,5; K_UV = 1,0; K_V = 0,40

число оборотов

тангенциальная составляющая силы резания (крутящий момент)

(8.15)

где P – шаг резьбы, мм; C_M = 0,013; y = 1,5; q = 1,4; K_P = 1,5

тогда крутящий момент

M_KP = 0,013 × 10 × 22^1,4× 1,25^1,8 × 1,5 = 20,6 Н×м

Мощность резания при нарезании резьбы метчиками

(8.16)

На остальные операции (однотипные, рассчитанные выше) режимы резания назначаются по [14] и приводятся ниже:

Позиция IV 010 операции:

Сверление Æ 14; t = 7 мм

S_o = 0,14 об/мин (S_мин = 45 м/мин)

v = 14 м/мин

n = 320 об/мин

Сверление Æ 8,5/12 t = 425 мм

S_o = 0,1 мм/об

v = 12,1 м/мин

n = 450 об/мин

обтачивание: t = 1,5 мм

S_o = 0,2 мм/об

v = 30 × 86 м/мин

n = 325 об/мин

V позиция:

Сверление Æ 6: t = 3 мм

S_o = 0,1 мм/об

v = 12 м/мин

n = 640 об/мин

комбинированное сверление Æ 8,5/12 (см. поз. IV)

Обтачивание: t = 0,5 мм

S_o = 0,1 мм/об

v = 52 м/мин

n = 450 об/мин

VI позиция:

Сверление Æ 3: t = 1,5 мм

S_o = 0,048 мм/об

v = 12 м/мин

n = 1270 об/мин

зенкерование: Æ 14,2 t = 1,5 мм

S_o = 0,19 мм/об

v = 14,5 м/мин

n = 320 об/мин

сверление Æ 8,6 (см. поз. IV)

VII зенкерование: S_o = 0,06 мм/об

v = 14,5 м/мин

n = 970 об/мин

сверление: S_o = 0,048 мм/об

v = 12 м/мин

n = 1270 об/мин

В базовом варианте:

Зенкерование: S_o = 0,25 мм/об

v = 60 м/мин

n = 1000 об/мин

Основное время

VIII зенкерование: S_мин = 44 мм/мин

V = 14 об/мин

IX зенкерование: S = 75 мм/мин

V = 16 м/мин

X зенкерование: S₁ = 48 мм/мин

V₂ = 20,5 м/мин

S₁ = 48 мм/мин

V₂ = 23 м/мин

Обтачивание: S = 16,3 мм/мин

V = 22 м/мин

XI позиция

Обтачивание: S_мин = 45 мм/мин

V = 31,5 - 46 м/мин

Зенкерование: S_мин = 48 мм/мин

V₂ = 14 - 20,5 м/мин

XII нарезание резьбы М12 ´ 1,25: S_мин = 200 мм/мин

V = 5 м/мин

Режимы резания на 020 и 040 операции сведены в табл. 8.1

Сводная таблица режимов резания

Табл.8.1

8.2 Нормирование операций

Так как обработка ведётся в массовом производстве на автоматической линии, операционное время на каждой позиции должно быть синхронизировано с тактом выпуска, равным t_в = 0,446 мин.

Определим операционное время по позициям на 010 операции, на каждой позиции выявим имитирующий переход и скорректируем его операционное время с t_в.

III позиция:

формула для расчёта операционного времени:

(8.17)

где L – длина рабочего хода (складывается из длины обрабатываемой поверхности, перебега и врезания режущего инструмента)

IV:

V:

VI:

VII:

VIII:

IX:

X:

XI:

XII:

Как видно из расчётов, время лимитирующей обработки с 0,37 мин на VII позиции снизилось до 0,35 мин.

Время штучное на операцию будет определяться:

(8.18)

где Т_В – время, затрачиваемое на перемещение конвейера на шаг, мин. Если шаг конвейера S = 1,5 м; а скорость движения равна V = 25 м/мин,

тогда Т_В = 1,5 / 25 = 0,06 мин

Т_ТЕХ – время на организационно техническое обслуживание

Т_ТЕХ = Т_О × t_СМ / T (8.19)

где t_СМ – время на смену инструмента, мин;

Т – стойкость инструмента, мин;

тогда для поз. VI для наладки из 5 инструментов: t_СМ = 0,3 × 5 = 1,5 мин

Т_ТЕХ = 0,36 × 1,5 / 240 = 0,04 мин

Т_ОБР – время на организационное обслуживание

Т_ОРГ = Т_ОП × П / 100 (8.20)

где П – доля от оперативного времени, по [прил. 5] П = 1,7%,

тогда Т_ОРГ = 0,31 × 1,7 / 100 = 0,005 мин » 0,01мин

Т_ОТД – время перерывов

Т_ОТД = Т_ОП × П_ОТ / 100 (8.21)

где П_ОТ – доля от оперативного времени по [прил. 5] П = 6%

Т_ОТД = 0,35 × 6 / 100 = 0, 02 мин

тогда штучное время на 010 операцию

Т_ШТ = 0,35 + 0,06 + 0,005 + 0,005 + 0,02 = 0,44 мин.

Учитывая факт выпуска расчётный t_В = 0,446 мин делаем заключение, что режимы резания подобраны правильно.

Для 020 операции и 040 нормирование сведено в таблицу 6.2.

Нормирование операций 020 и 040

Табл. 6.2

9. Расчёт и конструирование режущего инструмента

Задача раздела – разработка специального режущего инструмента для глубокого сверления.

В ходе научных и патентных исследований была принята следующая конструкция инструмента: сверло спиральное с твёрдосплавной вставкой, с внутренним подводом СОЖ, с канавкой по задней поверхности.

Расчёт конструктивных параметров сверла ведём по методике, изложенной в [15].

Диаметр сверла принимаем равным D = 17 мм.

Режимы резания из п. 8.

Подача на оборот S_O = 0,4 мм/об;

Скорость главного движения резания V = 70 м/мин;

Осевая составляющая P_X = 803 Н

Момент сил сопротивления резанию (крутящий момент) М_СР = 21 Н×м

Хвостовик выбираем цилиндрический с резьбой М20 ´ 1,25.

Определим длину сверла. Общая длина сверла L; длина рабочей части l_O хвостовика и шейки l₂ могут быть приняты по ГОСТ 10908 – 75:

L = 180 мм;

l₂ = 70 мм;

l_O = 110 мм.

Длина рабочей части взята увеличенной из-за особенностей установки (высокая кондукторная втулка).

Определяем геометрические и конструктивные параметры рабочей части сверла.

Угол в плане при вершине 2j по табл. 60 [15] 2j = 120°, погрешность ±1°.

Угол наклона винтовой канавки по табл. 60 [15] w = 25 ¸ 30°. По [16] для спиральных свёрл для глубокого сверления w = 25 ¸ 20°. Поэтому выбираем w =25°.

Задний угол принимаем равным a = 12°.

Угол наклона опорной поперечной режущей кромки y = 55°.

Размеры подточенной части перемычки: А = 2,5 мм; l = 5 мм.

Шаг винтовой канавки

(9.1)

Толщину сердцевины dc сверла выбираем в зависимости от диаметра сверла.

Для D = 17мм dc = (0,14 ¸ 0,25)D = 4,25 мм (9.2)

Для уменьшения длины поперечной режущей кромки она подтачивается на l = 1,5 мм.

Сердцевина имеет утолщение по направлению к хвостовику 1,4 – 1,8 на 100 мм длины рабочей части сверла. Принимаем это утолщение равным 1,5 мм. dc_k = 5,75 мм.

На калибрующих ленточках сверло имеет обратную конусность 0,05 мм.

Ширину ленточки вспомогательной задней поверхности f_o принимаем больше, чем у обычных свёрл f_o = 3 мм.

Ширина пера

B = 0,58 × D = 0,58 × 17 = 9,9 мм (9.3)

Геометрические элементы профиля фрезы для фрезерования канавки сверла определяем аналитически [ ].

Большой радиус профиля

R_o = C_RC_rC_фD (9.4)

(9.5)

(9.6)

(9.7)

где D_ф = 13Ö17 = 54 мм – диаметр фрезы.

Следовательно, R_O = 0,616 × 0,77 × 17 = 8,06 мм

Меньший радиус профиля R_k = C_k × D, где С_k = 0,015 × w^0,75 = 0,015 × 25^0,75 = 0,168 мм.

Следовательно, R_k = 0,168 × 17 = 2,856 мм

Ширина профиля B = R_o + R_k = 8,06 + 2,86 = 10,92

Определим по найденным размерам профиль канавочной фрезы.

Устанавливаем основные технические требования и допуски на размеры сверла (по ГОСТ 885 – 77).

Предельные отклонения диаметров сверла D = 17 – 0,03 мм.

Допуск на общую длину и длину рабочей части сверла равен удвоенному допуску по 14 квалитету с симметричным расположением предельных отклонений (± JT14/2) по ГОСТ 25347 – 82.

Предельные размеры (отклонения) перемычки режущей части сверла +0,5 мм. Твёрдость рабочей части сверла 63 – 66 HRC_Э.

На листе графической части дипломного проекта представлен чертёж сверла в двух проекциях со всеми необходимыми сечениями (винтовые линии заменяются прямыми).

10. Расчёт и проектирование станочного приспособления

Задача раздела – рассчитать и спроектировать станочное приспособление для обработки корпуса гидравлического тормоза на автоматической линии.

10.1 Исходные данные

Обработка ведётся на автоматической линии. Из всех методов обработки для расчёта необходимого усилия зажима выбираем наиболее нагруженный вид обработки: в данном случае рассмотрим фрезерование плоскости в размер 27±0,1 и сверление (рассверливание) отверстия Æ 17,5 (операционный размер Æ 17,14 ± 0,44).

Вид и материал заготовки – отливки, серый чугун НВ 190 – 230.

Вид обработки – черновая.

Материал и геометрия режущей части фрезы: шестигранная режущая пластина ВК6; свёрла – поликристаллический нитрид бора. Геометрия сверла: угол в плане при вершине 2j=120°;

Операционный эскиз

Рис. 10.1

передний угол g = 0°;

задний угол a = 12°.

Режимы резания:

фрезерование: глубина t = 1,5 мм;

подача S = 3,3 мм/об;

скорость резания V = 63 м/мин;

сверление: глубина t = 2,25 мм;

подача S = 0,4 мм/об;

скорость резания V = 67 м/мин.

Тип приспособления – одноместное специальное наладочное.

Оборудование – автоматическая линия с позицией загрузки с механизированным зажимом.

10.2 Расчёт сил резания

Силы резания для фрезерования и сверления подсчитаны в п. 6.

Для фрезерования:

окружная сила P_z = 54 H

M_кр = 40 Н × м

Для сверления: момент кручения M_кр = 21 Н × м

10.3 Расчёт сил резания

В процессе обработки заготовки на неё действуют силы резания. С одной стороны силы резания от фрезерования стремятся провернуть заготовку в призматических самоцентрирующих зажимах. Тоже самое стремятся сделать силы резания от рассверливания. Продольные силы резания, стремящиеся сдвинуть заготовку вдоль оси, не учитываются, т.к. в продольном направлении заготовка фиксирована упорами (продольная установка). С другой стороны силы зажима препятствуют этому из условия равновесия моментов данных сил и, с учётом коэффициента запаса, определяются необходимое зажимное и исходное усилие.

Схема закрепления заготовки представлена на рис. 10.2

Схема закрепления заготовки в самоцентрирующем двухкулачковом патроне

Рис. 10.2

Проведём сначала расчёт необходимого усилия зажима для фрезерования.

Окружная сила P_z создаёт крутящий момент от сил резания.

M_p = P_z × l (10.1)

где l – плечо действия окружной силы P_z, мм;

из проекционного эскиза l = 27мм.

Провороту заготовки препятствуют силы зажима, создающие момент закрепления

(10.2)

где w – суммарное усилие зажима на четыре пружины, Н;

f – коэффициент трения на рабочей поверхности зажимного элемента.

Из равенства моментов М^’_р и М^’_з определим необходимое усилие зажима, препятствующее провороту заготовки.

(10.3)

где k – коэффициент запаса, в зависимости от конкретных условий выполнения технологической операции, по формуле

k = k₀ × k₂ × k₃ × k₄ × k₅ × k₆ (10.4)

где k₀ = 1,5 – гарантированный коэффициент запаса;

k₁ – коэффициент, учитывающий увеличение сил резания из-за случайных неровностей на обрабатываемых поверхностях заготовки (для черновой обработки k = 1,2);

k₂ – коэффициент, учитывающий увеличение сил резания вследствие затупления режущего инструмента. По [17] k₂ для фрезерования k₂ = 1,0.

k₃ – коэффициент учитывает увеличение сил резания при прерывистом резании (для прерывистого k₃ = 1,2);

k₄ – коэффициент, характеризующий постоянство силы развиваемой зажимным механизмом (k₄ = 1,0);

k₅ – коэффициент, характеризующий энергономику (k₅ = 1,0);

k₆ – коэффициент, учитывающий при установке заготовки на штыри (k₆=1,0).

k_S = 1,5 × 1,2 × 1,2 = 2,16

Принимаем k_S = 2,5

Коэффициент трения принимаем равным f = 0,3.

Подставив все данные

Тоже самое рассчитаем для сверления.

Момент сил резания М^’’_кр = 21 Н×м

Коэффициент запаса принимаем k_S = 2,5

Усилие зажима

Выбираем для дальнейших расчётов усилия зажима W = 8100 H

Величина усилия зажима W₁ прикладываемая к зажимным кулачкам несколько увеличивается по сравнению с усилием W^’ и рассчитывается по формуле

( 10.4)

где l_k – вылет зажимного элемента, расстояние от середины направляющей кулачка до точки касания зажимного элемента с заготовкой. Выбираем конструктивно l_k = 45 мм;

H_k – длина направляющей постоянного кулачка, мм; конструктивно Н_k = 80 мм;

f₁ – коэффициент трения в направляющих постоянного кулачка и корпуса (f₁ = 0,1 для полусухого трения стали по стали).

Подставив исходные данные в формулу (10.4) получим:

10.4 Расчёт зажимного механизма патрона

В данном случае принимается комбинированный тип зажимного механизма: рычажно-винтовой.

Рычажный самоцентрирующий механизм должен обеспечить относительное движение кулачков с высокой точностью. На их движение накладываются условия: разнонаправленность, одновременность и равная скорость движения. Это обеспечивается одним силовым приводом.

При расчёте зажимного механизма определяется усилие Q, создаваемое силовым приводом, которое зажимным механизмом преобразуется в соответствии с плечами рычагов.

В данном случае (конструктивно) передаточное отношение по силе

(10.6)

поэтому усилие на штоке

(10.7)

10.5 Расчёт силового привода

Принимаем винтовой зажимный механизм в качестве второй ступени в 2х кулачковом патроне. По [ ] момент закручивания определяется по формуле

М_р = Q × 0,1 × d_винт

тогда необходимый момент будет для d_винт = М20 мм (конструктивно):

М_р = 6100 × 0,1 × 20 = 1220 Н×мм = 12,2 Н×м

Винт приводится во вращение при помощи пары конических зубчатых колёс (рис. 10.3)

Схема привода

Рис. 10.3

Усилие окружное на зубьях большой шестерни необходимое для создания момента М_р будет

М_р = Р_окр × R₁ (10.8)

Тогда окончательный момент закрепления будет определяться по формуле:

(10.9)

(10.10)

На позиции загрузки для создания М_закр предусмотрено специальное приспособление (гайковёрт).

10.6 Расчёт погрешности установки заготовки в приспособлении

Погрешность установки определяется по формуле:

(10.11)

где e_б – погрешность базирования ( в данном случае технологическая база используется как измерительная; e_б = 0); e_з – погрешность закрепления – это смещение измерительной базы под действием сил зажима (e_з = 0);

e_пр – погрешность элементов приспособления, зависящая от точности их изготовления.

Расчётная схема погрешностей рычажного механизма приведена на рис. 10.4.

(10.12)

где wА_D – колебания замыкающего звена; D₁, D₂ – погрешности, возникающие вследствие неточности изготовления размеров А₂; D₁, D₃ – погрешности из-за колебания зазоров в соединениях (D_1,3 = S_нб – S_нм)

Расчётная схема погрешностей.

Рис.10.4

D₄ – погрешность, появляющаяся из-за неточности изготовления рычага: D₄ = АsinDa (Da = 30^’’).

Колебания замыкающего звена wА_D примем равными 0,04 мм.

Зададим все звенья по 7 квалитету:

D₁ = 0,01мм; D₂ = 0,008; D₃ = 0,01 мм; D₄ = 45sin30^’’ = 0,002

тогда погрешность установки будет равна:

принимаем звенья с принятыми отклонениями.

10.7 Описание работы приспособления

Приспособление предназначено для зажима заготовки корпуса гидравлических тормозов на автоматической линии.

Приспособление – 2х кулачковый патрон состоит из корпуса привода патрона 3, на котором закреплён корпус 1, в пазах которого перемещаются подвижные колодки 18 с установленными на них зажимными элементами (не показаны). Колодки 18 перемещаются рычагом 9, который также находится в зацеплении с тягой 7, вкрученной в ходовую гайку 1, которая зафиксирована в колесе 1. Колесо 1 находится в зацеплении с шестернёй 4, которая вращается от полумуфты 6.

Приспособление – патрон 2х кулачковый работает следующим образом. При зажиме заготовки, полумуфта 6 присоединяется к приводу (не показан), от которого вращение через шестерню 4, колесо в сборе 1, ходовую гайку 8 преобразуется в поступательное движение тяги 7, которая опускаясь, перемещает рычаг 9, в зацеплении с которым находится колодка 18, сходящаяся к центру. Разжим происходит в обратном порядке.

11. Расчёт и проектирование контрольного приспособления

Задача раздела – выбрать, сконструировать, провести описание работы контрольного приспособления на одну из операций, а также рассчитать его точность.

11.1 Описание работы приспособления

Выбираем для проектирования калибр с индикатором для контроля межосевых расстояний (см. рис. 11.1) 39,5 ± 0,2; 89 ± 0,2; 121,5 ± 0,2; 152 ± 0,2; 166,5 ± 0,1 (данный размер до торца); 39,5 ± 0,2; 171,5 ± 0,35. Все размеры (линейные и диаметральные) при конструировании выбираем исходя из конструктивных соображений. Разработанное приспособление представлено на листе.

Рис. 11.1

Контрольное приспособление состоит из плиты 1, на которую крепится стойка 2. В стойке 2 крепится втулка 10 под индикатор 13, втулка 15 под центровочный палец 9 (ромбический) и под цилиндрический палец 18. В стойке 2 при помощи винта 37 и гайки 8 крепится скалка-калибр 3 с направляющими отверстиями. На ней свободно установлена втулка упорная 23. На левы конец скалки 3 устанавливается втулка упорная 12, которая упирается в палец 11. Фиксируется втулка упорная 12 винтом 27, который вкручен в раму 14, свободно вращающуюся на винтах 29. На стойке 2 закрепляется винтом 42 и фиксируется в определённом положении шпонкой 31 кондукторная плита 3. В ней устанавливаются направляющие призматические втулки 17, 19, по которым направляются пальцы 21. Стойка 2 имеет для зажима направляющую 8. Плита 1 по установочным пальцам 26 устанавливается в рабочее положение. На плите 1 закрепляется винтами 33 стойка под пальцы 28.

Приспособление контрольное работает следующим образом. При отведённой раме 14 на скалку 2 устанавливается проверяемая деталь, базовым торцом к индикатору. Деталь ориентируется двумя пальцами – цилиндрическим 18 и ромбическим 9. В скалку 2 вставляется палец 11 и надевается втулка упорная 12. Винтом 27 затем деталь фиксируется в строго определённом положении с упором в левый торец. Затем в определённо зафиксированном положении вставляются пальцы 7 для контроля размера 152 ± 0,2 (с учётом вылета ножки индикатора) 217 ± 0,2. С учётом предварительно измеренного эталонного осевого расстояния до базового торца стойки 2 определяется отклонение от номинального положения. Аналогично проверяются другие размеры пальцами 6 и 21. Показания снимают с индикатора 13. После контроля отверстий верхней половины, деталь раскрепляют, отводят раму 14, вынимают палец 11, деталь выводят из зацепления с центровочными пальцами 9 и 18, переворачивают на 180° и снова закрепляют и проводят измерения.

11.2 Расчёт точности контрольного приспособления

Измерение контролируемых параметров (межосевых расстояний и расстояния до торца) проводится от стойки 2 (базовой плоскости Б – рис. 11.2).

Точность приспособления будет для разных размеров определяться разными причинами.

Для отверстий 1, 2, 3 и отверстий 5, 6 точность измерения (погрешность) будет зависеть от (рис. 11.2) – непараллельности базовой плоскости втулки 10, погрешностью ножки индикатора (отклонение от перпендикулярности относительно базовой плоскости, вследствие зазора подвижной ножки индикатора в корпусе); погрешностью линейного размера скалки 2 ТА_i вследствие неточного изготовления направляющих отверстий Æ6g5 (2 отв.), Æ3g5 по оси; погрешностью базирования детали относительно базовой плоскости на допуск линейного размера ТБ; несоосностью базирующего пальца Æ5 и Æ7; а также максимального зазора в сопряжении пальца и скалки Æ5 Н6/g5. Для всех размеров также необходимо учитывать погрешность настройки ножки индикатора относительно плоскости базовой (размер 65) – принимаем равным точности эталона.

Зададимся значениями выше перечисленных показателей:

непараллельность – D₁ = 0,005 мм

отклонение от перпендикулярности (из схемы рис. 11.3) D₂ = 0,001 мм

погрешность линейного размера ТА_i D₃

для 104,5 ТА₁ = 0,01 мм

186,5 ТА₂ = 0,012 мм

217 ТА₃ = 0,012 мм

D₄ 242,53 ТА₄ = 0,015 мм (ТБ)

несоосность пальца 11 – D₅ 0,005мм;

максимальный зазор в сопряжении Æ5 Н6/g5 D₆ = 0,015 мм.

погрешность настройки по эталону D₇ = 0,005 мм.

Суммарную погрешность находим по вероятностному методу:

(11.1)

из линейных погрешностей взяли максимальную 0,012 мм.

Е_S = 0,012мм, что составляет 1/3 допуска измеряемого размера, что допустимо.

Для размера 154 ± 0,02 учитываются погрешности, связанные с неточностью расположения направляющих отверстий в раме 14 (рис. 11.4):

(11.2)

где D₁^’ – погрешность на настройку по эталону D₁ = 0,015 мм;

D₂^’ – погрешность от линейного размера Г (рис. 11.4), принимаем ТГ = 0,005 мм; D₃^’ – погрешность от максимального зазора в шпонке (D₃^’ = 0, т.к. шпонка с натягом устанавливается); D₄^’ – погрешность на линейный размер Д (рис. 11.3), принимается ТД = 0,007мм; D₅^’ – несоосность наружной поверхности и направляющих втулок (отверстий) установленных без зазора, принимаем D₅^’ = 0,01мм, тогда погрешность:

Принимаем в качестве погрешности приспособления величину Е_S = 0,017 мм.

Рис. 11.2 Схема расчёта отклонения D₂ Схема для расчёта точности контрольного приспособления

Рис. 11.3

Схема расчёта погрешности

Рис. 11.4

12. Проектирование производственного участка

Задача раздела – провести все технологические расчеты механического участка механосборочного цеха, на плане цеха расположить оборудование с соблюдением норм разрывов между оборудованием и элементами зданий.

Исходные данные, необходимые для расчета:

Программа выпуска 580000 дет./год;

Штучное время по операциям техпроцесса изготовления корпуса гидравлического тормоза:

010 линейно-автоматная мин;

020 линейно-автоматная мин;

040 накатная мин;

050 моечная мин.

Трудоемкость изготовления всех деталей по программе [17] определяется по формуле:

, (12.1)

где – суммарное штучное время данного техпроцесса изготовления детали, мин;

– норма запаса деталей в производство, с учетом выпуска запасных частей или деталей, шт.;

– коэффициент, учитывающий плановое перевыполнение норм выработки ();

К_уж – коэффициент, учитывающий снижение норм времени (К_уж = 0,9).

Количество оборудования, шт., подсчитывается по формуле [17]:

, (12.2)

где – трудоемкость изготовления деталей на данном виде оборудования, ч;

– действительный годовой фонд времени работы единицы оборудования при соответствующем числе смен работы (ч);

К_п – коэффициент, учитывающий потери времени при переналадке оборудования на обработку других деталей (в массовом производстве К_п = 1).

Трудоемкость годовая по операциям:

– линейно-автоматная ч;

– линейно-автоматная ч;

– накатная ч;

– моечная ч.

Количество оборудования:

Автоматическая линия "Альфинг"

010 операция: ;

020 операция: ;

Специальный накатной станок "Альфинг"

040 операция: ;

Автоматическая конвейерная моечная машина

050 операция: .

В качестве вспомогательного оборудования принимаем 4 заточных станка (в мастерской по ремонту инструмента и приспособлений) которые на плане цеха не показаны.

Количество производственных рабочих

, (12.3)

где Ф_д.р.– действительный годовой фонд времени рабочего, ч;

К_мн – коэффициент многостаночного обслуживания (для массового производства К_мн = 1,5).

чел;

чел;

чел;

чел.

Средний разряд – 3. Количество вспомогательных рабочих (18% от числа основных производственных рабочих) – 1 чел; ИТР (10% от количества основных производственных рабочих) – 1 чел; служащих и МОП по 1 чел.

На плане участка (см. лист графической части дипломного проекта) помимо основного оборудования (автоматические линии "Альфинг", специальный накатной станок "Альфинг", автоматическая конвейерная моечная машина), расположенного в последовательности, соответствующей порядку выполнения операций по плану обработки со всеми вспомогательными элементами, показаны отделения контроля и отделение по ремонту инструмента и оснастки.

13. Экономическое обоснование усовершенствования сверлильной операции

Задача раздела – определить экономическую эффективность предлагаемых усовершенствований базового техпроцесса корпуса гидроцилиндра тормозов.

13.1 Краткая характеристика сравниваемых вариантов

Таблица 13.1.

13.2 Исходные данные для экономического обоснования сравниваемых вариантов

Таблица 13.2.

0,47

0,38

0,44

0,35

п. 8

п. 8

3

Часовая тарифная ставка

Рабочего-оператора

Наладчика

Сч, руб

Счн, руб

12,8118,47

12,81

18,47

Данные кафедры ЭОиУП

4

Годовой эффективный фонд времени рабочего

Фэр, час

1731

1731

ДК

5

Коэффициент доплаты до часового, дневного и месячного фондов

Кд

1,08

1,08

ДК

6

Коэффициент доплат за профмастерство (начиная с 3-го разряда)

Кпф

1,12

1,12

ДК

7

Коэффициент доплат за условия труда (если они вредные или тяжелые)

Ку

1,12

1,12

ДК

8

Коэффициент доплат за вечерние и ночные часы

Кн

1,2

1,2

9

Коэффициент премирования

Кпр

1,2

1,2

10

Коэффициент выполнения норм

Квн

1

1

ДК

11

Коэффициент отчисления на социальные нужды

Ксоц

0,356

0,356

ДК

12

Цена единицы оборудования

Цоб., руб

800 000

800 000

13

Коэффициент расходов на доставку и монтаж оборудования

Кмонт

0,2

0,2

14

Выручка от реализации изношенного оборудо-вания (5% от цены)

Вр, руб

40 × 10³

40 × 10³

15

Годовая норма аморти-зационных отчислений

На, %

6,7

6,7

16

Годовой эффективный фонд времени работы оборудования,

рабочих

Фэ, час

Фэр, час

4015

1731

4015

1731

17

Коэффициент затрат на текущий ремонт оборудования

Кр

0,3

0,3

18

Установленная мощность электродвигателя станка

Му, кВт

10

10

19

Коэффициент одновременности работы электродвигателей

Код

0,8

0,8

20

Коэффициент загрузки электродвигателей по мощности

Км

0,8

0,8

21

Коэффициент загрузки электродвигателя станка по времени

Кв

0,85

0,85

22

Коэффициент потерь электроэнергии в сети завода

Кп

1,04

1,04

23

Тариф платы за электроэнергию

Цэ, руб/кВт

0,61

0,61

ДК

24

Коэффициент полезного действия станка

КПД

0,95

0,95

25

Цена единицы инструмента

Ци, руб

100

800

26

Коэффициент транспортно-заготовительных расходов на доставку инструмента

Ктр

1,02

1,02

27

Выручка от реализации изношенного инструмен-та по цене металлолома

(20% от цены)

Ври ,руб

20

70

28

Количество переточек инструмента до полного износа

Нпер

14

10

29

Стоимость одной переточки

Спер, руб

15

15

30

Коэффициент случайной убыли инструмента

Куб

1,1

1,1

31

Стойкость инструмента между переточками

Ти, час

4

8

32

Цена (себестоимость изготовления) единицы приспособления

Цп, руб

5000

5000

33

Коэффициент, учитыва-ющий затраты на ремонт приспособления

Кр.пр

1,5

1,5

34

Выручка от реализации изношенного приспосо-бления(20% от цены)

Вр.пр, руб

1000

1000

35

Количество приспособлений, необходимое для производства годовой программы деталей

Нпр., шт

равно кол-ву станков

равно кол-ву станков

36

Физический срок службы приспособления

Тпр, лет

3

3

37

Коэффициент загрузки приспособления (равен коэффициенту загрузки станка)

Кз

38

Расход на смазочно- охлаждающие жидкости

Нсм, руб.

5000

5000

39

Удельный расход воды для охлаждения на один час работы станка

Ув, м³/час

0,6

0,6

40

Тариф платы за 1м³ воды

Цв, руб

0,53

0,53

ДК

41

Удельный расход воздуха

Усж, м³/час

0,1

0,1

42

Тариф платы за м³ сжатого воздуха

Цсж, руб

0,08

0,08

ДК

43

Площадь, занимаемая одним станком

Sуд, м²

50

50

44

Коэффициент, учитывающий дополнительную площадь

Кд.пл

2

2

45

Стоимость эксплуатации 1м² площади здания в год

Цпл, руб/м²

1787

1787

ДК

46

Норма обслуживания станков одним наладчиком

Нобсл., ед.

10

10

47

Оборудование специальное

48

Материал детали

серый чугун Gh190

серый чугун Gh190

49

Масса детали

Мд, кг

0,873

0,873

50

Вес отходов в стружку

Мотх, кг

0,7

0,77

51

Цена 1 кг материала

Цма, руб.

2,9

2,9

52

Коэффициент транспортно-заготовительных расходов

Ктрз

1,06

1,06

№

Наименование показателей

Расчетные формулы и расчет

Значение показателей

Базовый

Проект

1

Расчетное количество оборудования для изменяющейся операции

,

0,987

0,891

2

Принятое количество оборудования

1

1

3

Коэффициент загрузки оборудования

0,987

0,891

4

Численность рабочих-операторов

4

4

№

Наименование, единица измерения

Расчетные формулы и расчет

Значения показателей

Базовые

Проектные

1

Прямые капитальные вложения в оборудование

800×10³

800×10³

2

Сопутствующие капитальные вложения:

2.1

Затраты на доставку и монтаж

160×10³

160×10³

2.2

Затраты на дорогостоящие, более 1 года приспособления

5000

5000

2.3

Затраты в производственную площадь

Кпл = Нст × Sуд × Кд.пл. × Цпл

Кпл = 1 × 50 × 2 × 1787 = 178700

178,7×10³

178,7×10³

2.4

Суммарные сопутствующие вложения

Ксоп = Км + Кпр + Кпл

Ксоп = 160 × 10³ + 5000 + 178,7 × 10³ = 347,3 × 10³

347,3 × 10³

347,3 × 10³

3

Общие капитальные вложения

Кобщ=Коб+Ксоп

Кобщ=800 × 10³ + 347,3 × 10³ = 1147,3 × 10³

1147,3×10³

1147,3×10³

4

Удельные капитальные вложения

Куд = Кобщ / Пг

Куд = 1147×10³ / 580000 = 2,1

2,1

2,1

№

Наименование показателей

Расчетные формулы и расчет

Значения

Показателей

Вариант 1

Вариант 2

1

Основные материалы за вычетом отходов.

где - коэффициент транспортно-заготовительных расходов

Базовый

(руб.)

Проектный

2,32

(руб.)

2,35

2,32

2

Основная заработная плата рабочих операторов:

для рабочих повременщиков (ВАЗ)

,

где годовой эффективный фонд времени рабочего (1731 час);

принятая численность рабочих (по расчету для поточных и автоматических линий)

0,30

0,30

3

Основная заработная плата наладчика, руб

0,01

0,01

4

Начисление на заработную плату, руб

0,11

0,11

5

Затраты по содержанию и эксплуатации оборудования

5.1

Затраты на текущий ремонт оборудования, руб

где

базовый

проектный

0,46

0,39

5.2

Расходы на технологическую энергию, руб

базовый

проектный

0,023

0,021

5.3

Расходы на инструмент (по операциям, где меняется инструмент)

базовый

проектный

0,07

0,08

5.4

Затраты на содержание и эксплуатацию приспособлений (по операциям, где меняются приспособления)

базовый

проектный

0,01

0,01

5.5

Расходы на смазочные, обтирочные материалы и охлаждающие жидкости

базовый

проектный

0,01

0,01

5.6

Расходы на воду технологическую

базовый

проектный

0,002

0,002

5.7

Расходы на сжатый воздух

базовый

проектный

0,001

0,001

5.8

Расходы на содержание и эксплуатацию производственной площади

0,30

0,28

Итого расходы по содержанию и эксплуатации оборудования

базовый

проектный

1,083

0,983

№

Статьи затрат

Затраты, руб

Изменения, +/-

Вариант 1

Вариант 2

1

Материалы за вычетом отходов

2,35

2,32

-0,03

2

Основная заработная плата рабочих операторов и наладчиков

0,31

0,31

–

3

Начисления на заработную плату

0,11

0,11

–

4

Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования

1,083

0,983

-0,1

Итого технологическая себестоимость

3,853

3,723

-0,13

5

Общецеховые накладные расходы

Рцех = Зпл.осн * Кцех

0,667

0,667

–