Быстрый поиск

Дипломная работа: Технологический процесс изготовления шпинделя 4-хшпиндельной комбинированной головки

УДК 621.9.65.015.№п/п

Аннотация

ФИО. Технологический процесс изготовления шпинделя 4-х шпиндельной комбинированной головки. Дипломный проект. Тольятти.: ТГУ, 2005 г.

Расчетно-пояснительная записка – стр.

Графическая часть ( 10,5 л. формата А1) – чертеж детали, листы исследовательской части: аналитические и патентные исследования, план изготовления, технологические наладки, чертежи станочного и контрольного приспособлений чертеж размерного анализа в продольном направлении, режущий инструмент, планировка участка.

В дипломной работе приведен технологический маршрут и план изготовления шпинделя 4-хшпиндельной комбинированной головки. Проведен размерный анализ технологического процесса в продольном направлении. Составлены размерные цепи и их уравнения. Проведена проверка условий точности изготовления детали. Произведены научные литературные исследования процесса шлицешлифования. Выполнен патентный поиск. Выбрана и спроектирована заготовка. Разработаны схемы базирования на каждой спроектированной технологической операции. Произведен расчет режимов резания. Выполнена оптимизация режимов резания на шлицешлифовальной операции. Спроектировано станочное и контрольное приспособление для усовершенствованной операции. Спроектирован участок обработки шпинделя 4-хшпиндельной комбинированной головки. Произведен экономический расчет проекта. Рассмотрены вопросы безопасности и экологичности проекта. Составлены маршрутная карта, операционные карты, спецификации к чертежам.

Содержание

Введение

1. Анализ исходных данных

1.1 Анализ служебного назначения детали

1.2 Обоснование выбора материала

1.3 Анализ технологичности конструкции детали

1.4 Определение типа производства

1.5 Задачи проекта

1.6 Проблемы и возможные пути их устранения

2. Аналитические исследования процесса шлицеобработки

3. Патентные исследования червячной фрезы

3.1 Исследование уровня вида техники

3.2 Патентный поиск

3.2.1 Отбор документации, имеющей отношение к ИТР

3.2.2 Анализ сущности отобранных ТР

3.3 Описание усовершенствованного объекта

3.4. Исследование патентной чистоты усовершенствованного объекта

3.5 Исследование патентоспособности технического решения

4. Выбор и проектирование заготовки

4.1 Получение заготовки методом поката

4.2 Получение заготовки методом штамповки

4.3 Экономическое обоснование выбора метода получения заготовки

5. Разработка схем базирования. Технологический маршрут и план изготовления шпинделя

5.1 Разработка схем базирования

5.2 Технологический маршрут и план изготовления

6. Выбор СТО

6.1 Проектирование технологических операций

6.2 Расчет режимов резания

7. Проектирование станочного приспособления

8. Проектирование контрольного приспособления

9. Расчет режущего инструмента

10. Размерный анализ технологического процесса в продольном направлении

10.1 Размерные цепи и их уравнения

10.2 Проверка условий точности изготовления детали

10.3 Расчет припусков продольных размеров

10.4 Расчет операционных размеров

11. Проектирование участка механической обработки

12. Безопасность и экологичность проекта

13. Экономическое обоснование проекта

Заключение

Литература

Введение

Основная задача рациональной эксплуатации машиностроительного оборудования состоит в обеспечении длительной и безотказной обработки на них деталей с заданной производительность, точностью, чистотой обработки и изготовления при минимальных затратах на ремонт.

Длительное сохранение точности и безотказная работа любого оборудования возможна лишь при соблюдении правил, предусматривающих защиту от вредных воздействий, как естественно возникающих в процессе его работы, так и зависящих от работы окружающего оборудования и действий обслуживающего персонала.

Правила работы на станках имеют целью предотвратить ускоренный износ их отдельных узлов, приводящих к потере точности, и не допустить случайные поломки.

Но все-таки не исключены случаи поломок деталей и узлов машиностроительного оборудования. Чтобы максимально исключить вероятность возникновения поломок необходимо анализировать и предвидеть “тонкие места” в конструкции деталей. И, используя современные высокотехничные методы и виды обработки, пытаться достигнуть высокого коэффициента надежности и долговечности с минимальными затратами по себестоимости.

1 Анализ исходных данных

1.1 Анализ служебного назначения

Деталь “Шпиндель” – ответственная нагруженная деталь, являющаяся “стержнем” в сборочном узле, она воспринимает и передает движение смежным деталям, что требует от шпинделя высокой прочности и твердости.

Деталь в работе испытывает однонаправленные циклические нагрузки, поэтому наиболее вероятными видами разрушения могут стать истирание внутренних поверхностей глухого отверстия и боковых поверхностей шлицев или же при превышении нагрузок возможен скол фрагмента шлица или ряда зубьев.

Эскиз детали представлен на рисунке 1.1.

Рис. 1.1 Эскиз детали «Шпиндель»

Шпиндель передает вращательное движение. На отдельном листе (рис.1.2) представлена нумерация поверхностей детали и кодировка размеров.

Нумерация поверхностей шпинделя и кодировка размеров детали «Шпиндель»

Рис. 1.2

1.2 Обоснование выбора материала

Одним из способов избежать поломок является верный выбор материала заготовки и изменения состояния структуры путем термических и химико-термических обработок, которые придадут материалу особенные и необходимые свойства.

Остановим свой выбор на цементируемой (низкоуглеродистой) легированной стали 19ХГН, которая применяется для нагруженных деталей, в которых необходимо иметь высокую твердость поверхностного слоя и достаточно прочную сердцевину. Деталях из легированных сталях сердцевина после термообработки прочная в связи с образованием в ней бейнита или низкоуглеродистого мартенсита (HRC 30…45).

Состав стали представим в таблице 1.1 .

Таблица 1.1

Состав стали 19ХГН

С	Si	Mg	Cr	Ni	Mo	Al	Ti	V	P	S
									не более
0,16-0,21	0,17-0,37	0,70-1,10	0,80-1,10	0,80-1,10	-	-	-	-	0,035	0,035

В состоянии поставки материал имеет следующие механические свойства, представленные в таблице 1.2.

Таблица 1.2

Механические свойства стали 19ХГН (в состоянии поставки)

Термообработка				Предел текучести sТ, Н/мм2	Временное сопротивление sВ, Н/мм2	Относительное удлинение d5, %	Ударная вязкостьт КСU, Дж/см2
Закалка		Отпуск
Тем-ра, t°C	Среда охлаждения	Тем-ра, t°C	Среда охлаждения
870°С	масло	150-180°С	воздух	930	1180- 1520	7	69

Легирующие элементы, присутствующие в стали оказывают различное влияние на карбидную фазу и фазовые превращения.

Mg и Ni – являются элементами, образующими открытую область g-фазы, Cr – замкнутую область g-фазы.

Сr – элемент способный образовывать карбиды, Ni не образует карбиды и находится в стали в твердом растворе в феррите или в аустените. Карбидообразующие элементы тоже способны частично растворяться в аус-тените и феррите. Все легирующие элементы замедляют распад аустенита.

Ni увеличивает устойчивость аустенита, не влияют на характер изотер-мической кривой,

Cr как карбидообразующий элемент стремится изменить характер кривой, образовать две зоны минимальной устойчивости аустенита, а также Cr препятствует росту зерна аустенита при нагреве.

При изготовлении детали после черновой токарной обработки, на кото-рой были сняты большие припуски и напуски металла деталь подвергают высокому отпуску для снятия внутренних напряжений, учитывая особенность конструкции термообработку следует проводить в подвешенном состоянии в вертикальном положении.

Для получения высокой твердости и износостойкости поверхностного слоя металла, деталь подвергают цементации.

После цементируемые детали подвергают термообработке наиболее часто закалке с температурой 820-850°С и низкому отпуску.

После термической обработки структура поверхностного слоя пред-ставляет собой мартенсит с небольшим количеством карбидов хрома, твер-дость стали находится в пределах HRC 58-63. Структура сердцевины легированной стали – низкоуглеродистый мартенсит и троостит, твердость – HRC 30…40.

Проведенный анализ обоснования материала заготовки подтвердил правильность нашего выбора. Сталь 19ХГН после проведенных термических и химико-термических обработок получила необходимые механические свойства, которые позволят избежать различных поломок детали и увеличат срок ее службы.

1.3 Анализ технологичности конструкции детали

Качественные показатели технологичности:

а) все поверхности шпинделя доступны для обработки;

б) все поверхности спроектированы с достижимыми требованиями;

в) заготовку можно получить прогрессивным методом – поковки на прессе с выталкивателем;

г) используется универсальный режущий инструмент при обработке можно получить все поверхности с заданными конструктором параметрами, их точностью и техническими требованиями.

д) возможно применение широкоуниверсального оборудования.

Нетехнологичные элементы:

- наиболее нетехнологичным элементом является глухое отверстие.

Учитывая, что при обработке резанием можно применить различный инструмент для обработки поверхностей и можно изменить виды обработки, делаем вывод, что деталь «шпиндель» достаточно технологична.

1.4 Определение типа производства

В соответствии с заданной программой выпуска 2000 деталей в год и массой детали 2,5 кг рассчитаем относительный объем выпуска изделия N0 по формуле:

где N – годовой объем выпуска изделия;

m масса детали;

КТ – коэффициент трудоемкости, при средней степени сложности изготовления детали он равен 1,35, тогда

N0 = 2000 × 2,50.7 × 1,35 = 5128

2300<5128<10000, а значит, при данном годовом выпуске шпинделя 4-хшпиндельной головки производство считается среднесерийным, что также подтверждается по таблице серийности [1], следовательно, принимаем среднесерийный тип машиностроительного производства.

1.5 Задачи проекта

Основной задачей проекта является получение годового экономического эффекта от модернизации технологического процесса изготовления детали.

1. Спроектировать заготовку с максимальным коэффициентом использования материала и с минимальной себестоимостью.

2. Разработать технологический процесс обработки шпинделя с использованием новейших достижений науки и техники, отвечающий требованиям технологичности (экономичности, точности, качества и т.д.) и в условиях среднесерийного производства.

3. Составить оптимальную схему обработки.

При решении этих задач необходимо, прежде всего, руководствоваться целесообразностью вводимых изменений с экономической точки зрения.

1.6 Проблемы и возможные пути их устранения

Шпиндель – деталь, испытывающая постоянно действующую одно-направленную циклическую нагрузку, которая разрушительно действует на боковые поверхности шлицев, а также истирают поверхности глухого отверстия.

Избежать эти нагрузки невозможно, поскольку рабочее состояние исследуемой детали определено движением смежных деталей, которые должны работать с определенным тактом перемещения. Постоянно действующие и однонаправленные усилия разрушают конструкцию детали.

Поэтому необходимо рассмотреть следующие вопросы:

1) основных причин поломок зубьев;

2) выявление рамок и границ допустимых нагрузок;

3) поиск возможных методов упрочнения концентраторов напряжений и при этом сохранив максимальную пластичность;

Наиболее часто происходящие поломки:

1) разрушение зубьев шлица;

2) истирание шеек шпинделя.

Эти две основные проблемы наводят на ряд обширных вопросов:

1) выборка оптимальных режимов обработки маложестких деталей;

2) разработка поддерживающих приспособлений для предотвращения изгиба во время изготовления;

3) снятие внутренних напряжений после этапной обработки;

4) регламентирование допустимых нагрузок;

5) разработка возможных методов профилактики.

2. Аналитические исследования процесса шлицеобработки

2.1 Анализ процесса нарезания зубьев фрезами с различными схемами резания

Червячные фрезы с вершинонагруженной и прогрессивными схемами резания имеют высокую стойкость по сравнению со стойкостью стандартной фрезы. Но нельзя считать основным условием целесообразности применения фрез с той или иной схемой только повышенную стойкость или скорость резания. Нужно учитывать совокупность факторов, влияющих на производительность. Машинное время и производительность при зубофрезеровнаии зависят как от скорости резания, так и от подачи. Но выбор подачи ограничивается требуемой шероховатостью поверхности профиля зубьев, а при нарезании под дальнейшую обработку: чистовое фрезерование или шлифование также и жесткостью системы СПИД.

Если при работе червячных фрез с новыми схемами резания возникают большие усилия, чем силы у стандартных фрез, то при одинаково допустимой нагрузке на станок придется работать со значительно меньшими подачами, и может оказаться нецелесообразным применение таких фрез. Если же наблюдается обратная картина, то применение фрез с новыми схемами резания оправдано не только высокой стойкостью, но и возможностью работать с повышенными подачами. Таким образом, для того чтобы оценить эффективность применения червячных фрез с той или иной схемой, необходимо, кроме стойкостных зависимостей знать силы резания.

Силовые закономерности нужны и для оценки влияния схемы резания на точность обрабатываемых зубьев, ибо такой параметр нормы плавности зацепления, как погрешность профиля зависит в значительной мере от величины колебания силы резания за один оборот фрезы. Кроме того, под действие силы резания происходит изгиб оправки, на которой крепится деталь, и опрокидывание всего стола, что вызывает погрешность направления зуба.

Червячные фрезы с прогрессивной схемой резания предназначены для зубофрезерования под дальнейшую обработку и не могут служить финишной операцией. Точность зубьев после чистовой обработки зависит от точности, достигнутой на предварительной операции. Погрешность зубьев, нарезанных на зубофрезерных станках, зависит от ряда факторов: погрешности заготовки и ее базирования относительно оси стола станка, погрешности червячной фрезы, станка и жесткости системы СПИД. Последняя оказывает значительное влияние на точность профиля зуба.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14