ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ

ЧАСТЬ
1.Служебное назначение детали КПЛ-12М.03.02.01.013А.
Ролик входит в узел конвейера с подвесной лентой - четырех роликовую подвеску для крепления и направления конвейерной ленты. Ролики, установленные под углами 110 и 100 градусов движутся по металлическим трубам, расположенным по обеим сторонам конвейера. В ролике выполнено отверстие под посадку подшипника Æ52 мм , в отверстие  Æ 42 сажается упорная втулка, проточенные канавки в торцах служат для установки лабиринтных уплотнений, состоящих из защитных крышек толщиной 1 мм. канавка шириной 1,9 + 0,1 мм - под установку упорного кольца. Канавки в наружной поверхности шириной 12 мм протачиваются для получения определённых точек контакта ролика с трубой, а также для облегчения конструкции. Ролик изготавливается из круга стали 45 и термообрабатывается до HRC 28…33.



2. Качественный анализ технологичности делали.
Заготовка детали - прокат (круг). Это обусловлено условиями производства (мелкосерийное, близко к единичному). Однако в условиях серийного производства технологичнее было бы изготовлять деталь штамповкой.

Конструктивная форма тоже имеет недостатки. Так затруднительны к выполнению канавки в торцах ролика под установку защитных крышек.  Технологичнее было бы применить в изделии подшипника с уплотнениями и предусмотреть другие способы защиты. Канавка под упорное кольцо также трудноисполнима и требует специнструмента. Желательно было бы ужесточить посадки и обойтись без кольца посредством втулок.

Требования по качеству поверхностей не высоки и поэтому деталь не требует специальных методов обработки. Всю обработку можно выполнить на токарно-винторезном станке с ЧПУ.
3. Определение типа производства.
Данная деталь планируется к выпуску на ОАО «Жуковский опытный завод», где установлен мелкосерийный и  серийный тип производства. Поэтому принимаем серийное производство. Норма выпуска деталей  - 400 шт.
4. Выбор метода получения заготовки.
Деталь будет изготовляться в условиях мелкосерийного и единичного производства на ОАО «Жуковский опытный завод». Принимаем заготовку-прокат, так как в производстве нет кузнечно-штанпового цеха а заказывать штамповку на другом предприятии в нынешних условиях нерентабельно.

Таким образом, исходная заготовка-круг ;

НВ£170:




5.Выбор методов и последовательности обработки.
Заготовка устанавливается в трехкулачковом патроне.

Обрабатывается:

§        наружный  диаметр ролика 95-0,1 мм,  Rz20);

§        торцы ролика(Rz20);

§        отверстие под подшипник Æ52+0,03, Ra 1,25, (сверление, растачивание);

§        отверстие  Æ42+0,16,  Rz20, (сверление, растачивание);

§        выточки в торцах ролика Æ75+0,1 глубиной 4+0,1 мм, Rz20;

§        канавки в торцах и под упорное кольцо, ширина 1,9+0,2, Rz20).

 
6. Маршрут обработки заготовки.

№ операции	Наименование и краткое содержание операции	Тип оборудования
005	Токарная черновая. 1.     Подрезать торцы; 2.     Черновая обработка наружного диаметра; 3.     Сверление центрального отверстия;	Токарно-винторезный  мод.16К20.
010	Термообработка. Произвести закалку, HRC 33…24.	Электропечь СИО.
015	Токарная чистовая. 1.     Точить  торцы начисто; 2.     Чистовая обработка наружного диаметра; 3.     Обработка внутренних поверхностей.	Токарно-винторезный с ЧПУ  мод.16К20Ф3.
020	Контрольная.

8. Расчет припусков на механическую обработку Æ52+0,03мм.

Соответственно заданным условиям маршрут обработки Æ52:

Сверление

Черновое растачивание ;

Чистовое растачивание ;

Вся указанная обработка вы­полняется с установкой заготовки в патроне. Данные для граф 2,3 для проката взяты из [1,с.180 т.1], для механической обработки – из [1, с.181 т.5] . Данные для графы 8 для механической обработки взяты из [1,c.11 т.5].

Расчет отклонений рас­положения по­верхностей:

Величину отклонений для проката==471мкм,

Где D_Sк – общее отклонение оси от прямолинейности;

D_Sк = 2D_кl_к = 2×4×4=32 мкм,

здесь l_к – размер от сечения , для которого определяется кривизна до

торца заготовки , равный l_к= 4 мм ; D_к – удельная кривизна, D_к = 4мкм на 1мм длины [1, c.181] ;

D_y – смещение оси заготовки в результате погрешности центрования;

D_y = 0,25 = 0,25 = 0,47 мм

Т = 1,6 – допуск на диаметральный размер базы заготовки, использованной при центровании.

Расчет минимальных припусков на диаметральные размеры для каждого перехода производим по уравнению:

2Z_{i min} = 2 [(Rz + h)_i-1+ ;

Черновое растачивание: 2Z _{i min}=2×[(50+50)+ Z]=224мкм;

Чистовое растачивание: 2Z _{i min}=2× (30+40) = 140 мкм

Расчет наименьших расчетных размеров по технологическим переходам производим , складывая значения наименьших предельных размеров , соответствующих предшествующему технологическому переходу , с величиной припуска на выполняемый переход:

52+0,03=52,03 мм;

52,03+0,140=52,17 мм;

52,17+0,224=52,39 мм;

Наименьшие расчетные размеры заносим в графу 7.Наименьшие предельные размеры (округленные) заносим в графу 10.

Затем определяем наибольшие предельные размеры по переходам:

52+0,020 =52,02 мм;

52,03+0,12=52,15 мм;

52,17+0,39 = 52,56 мм;

Результаты расчетов заносим в графу 9.

Расчет фактических максимальных и минимальных припусков по переходам производим , вычитая соответственно значения наибольших и наименьших предельных размеров , соответствующих выполняемому и предшествующему технологическим перехода :

Максимальные припуски :

52,15-52,02=0,13мм;

52,56-52,15=0,41мм;

Припуск на сверление не определяется .

Минимальные припуски:

52,03-52=0,03мм;

52,20-52,03=0,17мм;

Результаты расчетов заносим в графу 11 и 12.

Маршрут обраб. Поверхн. Æ52+0,03	Элементы припуска,мкм				Расчетные величины		Допуск на выполн размеры,мкм	Принятые(округленные) размеры заготовки по переходам,мм		Предельный припуск,мкм
	Rz	h	DS	e	Zi,мкм	Миним. диаметра,мм		Наиб.е	Наим.	Zmаx	Zmin
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Сверле-ние	50	50	471	-	-	54,34	460	52,56	54,3	-	-
Черновое растачи-вание	30	40	-	-	224	52,39	390	52,15	52,4	0,41	0,17
Чистовое растачи-вание	5	10	-	-	140	52,17	120	52,02	52,2	0,13	0,03

Расчет общих припусков производим по уравнениям:

Наибольшего припуска: Z_0max=SZ_max =0.41+0.13 = 0.54 мм;

Наименьшего припуска: Z_0min = SZ_min = 0.03+0.17 =0.2 мм.
9. Расчет режимов резания.

9.1 Расчет режимов резания раасчетно-аналитическим методом.

Операция 015. Переход 4. Обработка отверстия Æ52+0,03мм под подшипник.

Обработка состоит из чернового растачивания и чистового растачивания. Назначим режимы резания для чистовой обработки.

1.Технические характеристики станка 16К20Ф3 :

Наибольший диаметр обрабатываемой заготовки :

над станиной ………………………………………………. 400

над суппортом……………………………………………… 220

Частота вращения шпинделя, мин^-1……………………….12,5-2000

Число скоростей шпинделя…………………………….…..22

Подача суппорта,мм/мин:

Продольная…………………………………………………..3-1200

Поперечная…………………………………………………..1,5-600

Мощность электродвигателя главного привода,кВт……...10

2.Инструментальный материал (пластины с механическим креплением из твердого сплава) Т15К6;

3.Инструмент – расточной резец с механическим креплением твердосплавных пластин.

4.Подача СОЖ – в зону резания.

5.Глубина резания t = 0.5 мм

6.Подача 0.1мм/об

7. Скорость резания V = *0,9,
где Т – стойкость инструмента , при одноинструментной обработке Т = 45 мин;

Сv = 420 , x = 0.15 , y = 0.2 [1, c.269] ;

Кv = 0.76;

V = 420*0.9 / 45^0.2*0.5^0.15*0.1^0.2 = 310 м/мин ;

8. Частота вращения шпинделя

n = 1000V / pD = 1000*310*0.8 / 3.14 * 52 = 1442 мин^-1;

n_{действ.} = 1271 мин^-1;

V_{действ.} = pD n_действ / 1000 = 3,14*52*1442 / 1000 = 235 м/мин ;

9.Сила резания Pz = 10Cp * t^x * S^y * Vⁿ * Kp =

= 10*300*0.5*0.1^0.75*235^-0.15 * 0.8 = 94H;

10.  Мощность резания N = Pz*V / 1020*60 = 94*235 / 1020*60= =0.36кВт;

Nст = Nд*h = 10*,8 =8кВт , h - КПД ;

0,36 < 8 , т.е . режимы удовлетворимые.
 
9.2 Расчет режимов резания методом линейного программирования.

Операция О15 . Переход 3 . Чистовая обработка торца (точение) .

1.            Преобразование ограниченй и приведение их к линейному виду.

1.1        По режущим свойствам инструмента (по допустимому периоду стойкости Т , мин) .

;

где .

Þ n (100So)^y×t^x £ 318Cv×100^y×Kv / T^m×Dз ;

Для приведения к линейному виду это выражение логарифмируется

ln n + y ln (100So) + x ln t £ b1 , где b1 = ln (318Cv×100^y×Kv / T^m×Dз) ;

С v =350 , x = 0.15 , y = 0.35 , m = 0.2 [ 1, c.269 ] ; T = 45 мин ;

Kv = Kмv×КпvKиv = Kr× (750/s_в)^Nv× Кпv×Kиv = 0.8 (750/600)^1.5×0.9×1 =

 =1.006;

b1 = ln(318*350*100^0.35*1.006/45^0.2*95) = 7.9;

ln n = X1 , ln (100So) = X2 , ln t = X3 ;

уравнение 1 принимает форму

1.  X1 + 0.35X2 + 0.15X3 
£
7.9
1.2        По мощности главного привода станка.
Мощность , потребная на резание не может быть больше , чем

мощность , обеспечиваемая на шпинделе станка двигателем главного

привода :

Nэ £ Nшп = Nд× h, где

Nэ – эффективная мощность , потребная на резание ,кВт ;

Nшп – мощность на шпинделе станка ,кВт ;

Nд – мощность двигателя станка , кВт ;

h - КПД привода главного движения = 0,8 ;

так как Nэ = Pz×V / 60 ×1020 ,

Pz = 10Cp*t^x(100So)^y*Kp(100)^-y , где Pz – главная составляющая силы резания , Н ,

То после подстановки и решения относительно n,So и t получается

(1+n)X1 + yX2 + xX3 £ b2 , где b2 = ln  ;

Кмр = (600/750)^0,75 = 0,85 ; (1, с. 264)

Кр = КмрКjрКgрКlрКrр =0,85*1*1,1*1*0,93 = 0,8 ;

Ср = 300 (1 , с.273) ; Dз = 95 мм , n = -0.15 , Nд = 10 кВт ,

b2 = ln (10*0,8*60*1020*(318)^1-0,15*100^0,75 / 10*300*95^1-0,15*0,8  = 9,8;

ß

2.  (0.85)X1 + 0.75X2 +X3
£
9.8

1.3            Ограничение по наименьшей частоте вращения шпинделя станка.

Частота вращения шпинделя не может быть меньше минимальной по технической характеристике станка :

n ³ n ст.min ,где n ст.min – наименьшая частота вращения шпинделя

станка , мин^-1;

b3 = ln n ст.min = ln12.5 = 2.5 ;

3.   X1
³
2.5
1.4                 Ограничение по наибольшей частоте вращения шпинделя станка.

n ³ n ст.max ;b4 = ln n ст.max = ln 2000 =7.6

;

После определения погрешности D_S проверяется возможность обработки без брака:

D_S£ Td , где

Td – допуск на операционный размер.

Определим суммарную погрешность обработки на чистовое точение
Æ95-0,1 мм по IT9 на станке 16К20Ф3.

Материал ролика – сталь 45 (s_в = 650 МПа).

Предшествующая операция – черновое точение по IT12.

Резец с пластиной из твердого сплава Т15К6 ,

Минимальный припуск – 0,5 мм на сторону , подача S = 0.1 мм/об , скорость резания V = 239 м/мин.

1.Определим величину погрешности Dи (на радиус) , вызванную размерным износом инструмента :

Dи = L*Ио /1000 ,

где L – длина пути резания при обработке партии деталей N:

L = pSd*l * N / 1000S ,

где d – диаметр ступени , l –длина ,

L = 40*95*p*10/1000*0.1 = 1193.2 м,

Ио – интенсивность изнашивания.

Для сплава Т15К6 Ио = 10 мкм/км ,

Dи = 1193,2*10/1000 = 11,932 мкм.
2.Определим колебания отжатий системы при обработке Dу вследствие изменения силы Ру из-за непостоянной глубины резания и податливости системы при обработке.

Dу = WmaxPymax – WminPymin.

Где Wmax, Wmin – наибольшая и наименьшая податливости системы;

Pymax, Pymin – наибольшее и наименьшее значение составляющей

силы резания , совпадающей с направлением выдерживаемого размера.

Для станка 16К20Ф3 нормальной точности наибольшее и

наименьшее допустимые перемещения продольного суппорта под нагрузкой Р = 40 кН составляют соответственно 1000 и 630 мкм.

При установке детали в патроне минимальная податливость системы будет приположении резца в конце обработки , т.е. у передней бабки станка . Исходя из этого можно принять Wmin = 630/40 = 15.75 мкм/кН.

Приближенно можно считать , что максимальную податливость система имеет при расположении резца вначале ролика , когда его прогиб под действием силы Ру максимален.

Поэтому Wmax = Wстmax + Wзаг.max,

Wстmax = (Wmin + Wmax) / 2P = (630+1000) / 80 =20,38 мкм/кН – наибольшая податливость станка;

При консольной установке детали наибольшая податливость заготовки Wзаг.max =  =32*40³/95⁴ = 0,025 мкм / кН.

Максимальная податливость системы Wmax = 20,38+0,025 = 20,4 мкм/кН.

Наибольшая и наименьшая нормальные составляющие силы резания определяются по формуле:

Py =10Cp*t^x*S^y*Vⁿ*Kp ,где

Cp = 300,x=1,y=0.75,n=-0.15;

На предшествующей операции (черновое точение) заготовка обраьотана по IT12 , т.е. возможно колебание припуска на величину ½ IT12 , что для Æ95 составляет 0,175 , а колебание глубины резания

tmin = zmin = 0.5 мм ;

tmax = zmin + 0.175 = 0.675 мм.
В этом случае

Pymax = 3*0.675¹*0.1^0.75*239^-0.15 *0.8= 0.13 кН,

Pymin = 3*0,5*0.1^0.75*239^-0.15 *0.8 = 0,09 кН.

Dу = 20,4*0,13 – 15,75*0,09 = 1,23 мкм.

3.                                                         Определим погрешность , вызванную геометрическими неточностями станка:

 SDст = C*l /L ,где

С – допустимое отклонение от параллельности оси шпинделя направляющим станины в плоскости выдерживаемого размера на длине L,

l – длина обрабатываемой поверхности,

Для токарных станков нормальной точности при наибольшем диаметре обрабатываемой поверхности 450 мм С = 25 на длине  L=300мм ,

При длине обработки 40 мм ,

SDст = 25*40/300 = 3,3 мкм.

4.                                                         Определим погрешность настройки :

Dн = , где

Dр – погрешность регулирования положения резца;

Кр и Ки – коэффициенты , учитывающие отклонения закона распределения величин Dн и Dизм от нормального закона распределения;

Dизм – погрешность измерения размера детали.

Для заданных условий обработки Dр = 10мкм , Dизм = 25мкм , Кр=1,15 и Ки=1.

Тогда Dн = 16,98 мкм.

5.             Определим температурные деформации технологической

системы, приняв их 15% от суммы остальных погрешностей :

SDт = 0,15D_S = 0,15(11,932+1,23+3,3+16,98) = 5мкм

6.                                                         Определим суммарную погрешность обработки:

D_S  =  = 28,6мкм;

Она не превышает величину допуска на Æ95-0,1 , т.е не требуется особых мероприятий для уменьшения суммарной погрешности обработки.
HYHJHJHGGTY
 
 
14.                     Выбор марки материала и

конструкции режущих инструментов.
В технологическом  процессе обработки применяются резцы с механическим креплением пластин.

На операции 005 применяется проходной отогнутый резец с треугольной пластиной из твердого сплава Т15К10, и сверло Æ38 из быстрорежущей стали.

На операции 015 при обработке наружного диаметра и торцев применяется проходной отогнутый резец с треугольной пластиной из твердого сплава Т15К6, на расточных операциях - расточной с углом а плане 45°.

При получении канавок применяем канавочные резцы с напайными пластинами из твердого сплава.

Сменные многогранные пластины из прочих твердых сплавов с тонкими покрытиями характеризуются высокой твердостью, износостойкостью, прочностью, химической устойчивостью при высоких температурах. В качестве материала для покрытия используют карбид титана. Это приводит к уменьшению сил резания на 15%.