Анализ технологической операции изготовления гильзы цилиндра
Рассмотрим обработку поверхностей конавок 8 и 12 (рисунок 5.1). На эти переходы данной операции осуществляем выбор режимов резания табличным методом в соответствии с источником [6].
1) Выбор глубины резания.
Выбор минимально необходимой глубины резания осуществляется по карте 2 с.37. Припуск на этих поверхностях такой же, как и на вышерассмотренных. Принимаем номинальную глубину резания равной 2 мм.
2) Выбор подачи.
Подачу выбираем по карте 6 (с.46). Для поверхностей 8 и 12 табличная подача равна 0,20 мм/об. Выбранное значение подачи корректируем с учетом поправочных коэффициентов, которые выбираем по карте 8 для измененных условий в зависимости от:
инструментального материала Ки=1,1;
сечения державки резца Кд=1,2;
радиуса вершины резца Кр=0,85;
квалитета обрабатываемой детали Кк=1,15;
кинематического угла в плане Kки=1;
Окончательно значение подачи для обработки поверхностей 8 и 12 определяется по формуле:
S=SТКиКдКрКкКки; (5.10)
Подставляя значения получим:
S=0,21,11,20,851,151=0,26 мм/об;
3) Выбор скорости резания.
Скорость резания для обработки поверхностей 8 и 12 определяется по карте 21 (с.80). Для поверхностей 2 и 3 VT=203 м/мин. По карте 23 (с.82) выбираем поправочные коэффициенты на скорость резания в зависимости от:
инструментального материала Ки=0,85;
группы обрабатываемого материала Кс=1;
вида обработки Ко=1;
жесткости станка Кж=0,70;
геометрических параметров резца Кг=0,95;
периода стойкости режущей части резца КТ=1;
наличия охлаждения Kох=0,75.
Значение скорректированной скорости резания определяется по формуле:
V=VTКиКоКжКсКгКтКох; (5.11)
Скорректированная скорость резания равна
V=2030,85110,70,9510,75=86 м/мин;
4) Определение частоты вращения шпинделя.
Частота вращения шпинделя определяется по формуле (5.5)
Корректируем полученную частоту по паспортным данным станка, принимаем: nф =22 об/мин.
Определяем фактическую скорость резания по формуле (5.6):
5) Определение минутной подачи.
Минутную подачу рассчитывают по формуле (5.7)
Sм= 0,2622=5,75 мм/мин;
6) Проверка достаточности мощности станка.
Мощность резания Nрез, кВт, определяется по формуле:
Nрез =Nрез Т КМN, (5.12)
где NрезТ табличное значение мощности, затрачиваемой на резание;
КMN поправочный коэффициент, учитывающий влияние механических свойств обрабатываемого материала;
vф фактическая скорость резания;
vт табличное значение скорости резания.
Для поверхностей 8 и 12 - Nрез Т=2,7 кВт (карта 21, с.78); Поправочный коэффициент выбирается по карте 24 (с.85) КМN=0,85.
Nрез. = 2,7(91,3/86) 0,85 =2,4 кВт;
Мощность привода главного движения рассчитывается по формуле
N=Nдв; (5.13)
N=15*0,8=12 кВт. Следовательно, N=12кВт Nрез =2,4 кВт, а значит резание осуществимо.
Проверка достаточности усилия подачи проводится по тангенциальной составляющей сил резания Рz, которая определяется по формуле:
Рz = ; (5.14)
где РХ осевая составляющая сил резания;
PY радиальная составляющая.
Значение каждой из составляющих определяется по формуле:
Pi = Pi T KP i KP i KP I; (5.15)
где Pi T табличное значение каждой из составляющих сил резания;
KP i коэффициент влияния угла в плане;
KP i коэффициент влияния переднего угла;
KP i коэффициент влияния угла наклона режущей кромки.
Значения составляющих сил резания в зависимости от глубины резания и подачи определяются по карте 33 (с.98): РXT =890 Н; PYT =310 Н.
Поправочные коэффициенты определяются по карте 33 (с.99-100):
KP X=KP Y =1,0; KP X =1,5; KP Y =1,3; KP X=KP Y=1,0.
Тогда:
РX =890 1 1,5 1,0 = 1335 Н;
РY =310 1 1,3 1,0 = 403 Н;
Усилие подачи станка равно Ро=8000 Н1394 Н, значит обработка возможна. Результаты расчёта сведены в таблицу 5.4.
Таблица 5.4 - Режимы резания на токарную операцию
определенные табличным способом
Параметр
|
Величина
|
|
Глубина резания, мм
|
2,5
|
|
Подача, мм/об
|
0,26
|
|
Частота вращения шпинделя, об/мин
|
22
|
|
Минутная подача, мм/мин
|
5,75
|
|
Скорость резания, м/мин
|
91,3
|
|
Мощность, затрачиваемая на резание, кВт
|
2,4
|
|
|
5.5 Техническое нормирование операции
Исходные данные для расчета:
1) деталь - вал эксцентриковый;
2) обрабатываемый материал - сталь 38ХА;
3) станок - токарно-винторезный с ЧПУ, модели 1М63БФ101;
4) инструмент - резец проходной (=450),
5) приспособление - патрон четырёхкулачковый.
Определим основное (технологическое) время по формуле
To=; (5.16)
где L - длина обрабатываемой поверхности;
L1 - величина врезания и перебега резца, мм;
L2 - дополнительна длинна на взятие пробной стружки, мм;
n - частота вращения шпинделя, об/мин;
S - подача, мм/об;
i - число проходов.
Согласно приложениям 1 (7, с. 204) и 3 (7, с.220) устанавливаем величины врезания и перебега инструмента (L1) и величины на взятие пробной стружки (L2). Так как обработка поверхностей 7,8 и 10,12 идентична рассмотрим нормирование на поверхности 7 и 8.
для поверхности 8 - L1=1 мм, L2=2 мм;
для поверхности 7 - L1=3 мм, L2=7 мм;
Тогда основное (технологическое) время равно:
для поверхности 8 tо =(1+1+1+2) /22*0,26=0,69 мин;
для поверхности 7 tо =(24+3+7) /150*0,2=1,13 мин;
Основное технологическое время на операцию определяем по формуле:
; (5.17)
То=0,69+1,13+0,69+1,13=3,64мин;
Определяем вспомогательное время на операцию.
Время на установку и снятие детали весом до 15 кг в патроне с креплением ключом, без выверки, равно tуст=0,65 мин(7, карта 2, с.32).
Вспомогательное время, связанное с переходом при обработке несколькими инструментами в операции устанавливается по карте 18(7, с.64). Для обработки с пробными стружками, при установке резца по лимбу, время на проход равно: tуст =0,11 мин; tуст =0,35 мин.
По той же карте 18 (лист 4 с.69) устанавливаем время на изменение подачи для переходов равно 0,07 мин на один переход; время на изменение числа оборотов шпинделя для перехода равно 0,08 мин.
Суммарное вспомогательное время, связанное с переходом равно: =5,04 мин.
Вспомогательное время на контрольные измерения (tизм) обработанной поверхности устанавливается по карте 86 (7, с.185). При измерении индикаторной скобой поверхностей 7 и 10 время на одно измерение равно 0,22 мин. Суммарное вспомогательное время на контрольные измерения равно: =0,44 мин.
Вспомогательное время на операцию определяем по формуле(7, с.185):
Тв=;
Тв=0,92+5,04+0,44=6,36 мин;
Время на обслуживание рабочего места (организационное и техническое)
определяется по карте 19 (7, с.70). Для станков II группы с наибольшим диаметром изделия устанавливаемого над станиной, 600 мм оно составляет 4,0% от оперативного времени.
Время перерывов на отдых и личные надобности при работе на станке с механической подачей составляет 4% от оперативного времени
([7], карта 88, с.185).
Определяем штучное время по формуле:
Тшт=(То+Тв) (1+);
Тшт=(3,64+6,36) (1+) =10,8 мин;
Подготовительно-заключительное время определяется по карте 19([7], с.70). При обработке детали в патроне с работой двумя режущими инструментами, участвующими в операции, подготовительно-заключительное время на партию деталей равно 15 мин.
Сводим полученные данные в таблицу (таблица 5.5):
Таблица 5.5 - Нормы времени на токарную чистовую операцию
Основное время на операцию, мин
|
3,64
|
|
Вспомогательное время на операцию, мин
|
6,36
|
|
Штучное время на операцию, мин
|
10,8
|
|
Подготовительно-заключительное время на операцию, мин
|
15
|
|
|
6. Научно-исследовательская часть
Износостойкие покрытия на основе нитрида титана, легированного железом и алюминием для режущих пластин
В данном курсовом проекте рассматривается деталь - вал эксцентриковый, изготавливающийся из стали 38ХА, которая является довольно прочным материалом. Обрабатывают его инструментом с износостойкими покрытиями на пластинах. Наиболее полно анализируется применение износостойких покрытий на основе нитрида титана, легированного железом и алюминием, для режущих пластин в работе [].
Широкое использование эффективных износостойких покрытий сложного состава на основе титана, циркония, молибдена и гафния сдерживается дефицитностью и высокой стоимостью тугоплавных компонентов покрытий, а также сложностью технологического процесса их получения.
В связи с этим большой практический интерес представляет замена в покрытиях на основе титана таких дефицитных металлов, как цирконий, гафний, молибден, широко распространенным железом и алюминием.
Известно, что повышение стойкости инструментов с покрытиями сложного состава обусловлено тем, что при легировании нитрида титана изменяются структура и механические свойства в частности микротвердость покрытия. Учитывая это, можно предположить, что легирование нитрида титана другими металлами, например железом или алюминием, приведет к аналогичным структурным изменениям материала покрытия и, следовательно к повышению работоспособности режущего инструмента.
Для подтверждения высказанного предположения провели исследования при токарной обработке заготовок из сталей 12Х18410Г и 38ХА инструментом, оснащенным пластинами из твердого сплава и быстрорежущей стали с различными износостойкими покрытиями (из нитрида титана (TIN), из нитрида титана, легированного железом (Ti, Fe) N, алюминием (Ti, Al) N и цирконием (Ti, Zr) N).
Об изменении структуры покрытий судили по изменением периода кристаллической решетки, ширины рентгеновской дифракционной линии и остаточных микронапряжений о.
Микротвердость Н покрытий измеряли с использованием индикатора Кнуппе при нагрузке 1Н.
Химический состав покрытий определяли на растровом электронном микроскопе РЭМ-200 с рентгеновским микроанализом. Структуру покрытий исследовали на дифрактометре ДРОН-3.
Покрытия толщиной 60,5 мкм наносим (на установке “Булат-3Т” при постоянной температуре 500оС) на сменные многогранные пластины из твердого сплава БК6 (размеры 4,76х12,7х12,7 мм; радиус сопряжения граней 1 мм; =-5о; =5о; =75о; 1=15о) и на острозаточенные пластины из быстрорежущей стали Р6М5 (размеры 10х18х18 мм; =10о; =8о; ==0; =45о; 1=15о).
Стойкость инструмента оценивали по пути L резания, пройденному до износа по задней поверхности hз=0,4 и 0,6 мм соответственно для твердосплавных и быстрорежущих пластин (при использовании последних, в качестве СОЖ применяли 5% -ный раствор Укринола-1).
Некоторые результаты исследований свойств покрытий, нанесенных на твердосплавную пластину, представлены ниже в таблице.
Покрытие
|
TiN
|
(Ti, Fe) N
|
(Ti, Zr) N
|
(Ti, Al) N
|
|
, нм
|
0,4247
|
0,4235
|
0,4274
|
0,4224
|
|
, градус
|
0,45
|
1,25
|
0,9
|
0,6
|
|
о, МПа
|
19020
|
-750110
|
-50060
|
-840220
|
|
Н, гПа
|
262,5
|
31,42,5
|
41,52,5
|
402,5
|
|
|
Как видно, покрытия (Ti, Fe) N и (Ti, Al) N имеют несколько меньший, чем у покрытия ТiN период. Для покрытия (Ti, Fe) N, как и для покрытия (Ti, Zr) N, характерно увеличение ширины и, следовательно, повышение микротвердости по сравнению с микротвердостью покрытия TiN. Более высокая микротвердость покрытия (Ti, Al) N по сравнению с покрытием ТiN может быть объяснена наличием сильной химической связи между титаном и алюминием. Остальные макронапряжения о для покрытий (Ti, Fe) N и (Ti, Al) N являются снимающими, также как и для покрытия (Ti, Zr) N. Таким образом, покрытия (Ti, Fe) N и (Ti, Al) N по своим структурным параметрам и микротвердости практически не отличаются от покрытия (Ti, Zr) N.
Исследования стойкости режущих инструментов с покрытием в зависимости от скорости V резания показали следующее. При обработке заготовок из сталей 38ХА и 12Х18Н10Т (подача S=0,3 мин/об; глубина резания t=0,5 мм) покрытия (Ti, Fe) N и (Ti, Al) N более эффективны, чем покрытие TiN (см. Рисунок (а) и (б)) (путь L резания для твердосплавных пластин с покрытием (Ti, Fe) N в 1,7-2 раза, а с покрытием (Тi, Al) N - в 2,25 раза больше). При обработке заготовок из стали 38ХА на высоких скоростях резания эффективность покрытий (Ti, Al) N и (Ti, Zr) N примерно одинаковые. При обработке заготовок из стали 12Х18Х10Т наиболее эффективно покрытие (Ti, Al) N.
При обработке заготовок из стали 38ХА инструментом, оснащенным пластиной из быстрорежущей стали Р6М5 (S=0,3 мм/об; t=1 мм), получены аналогичные результаты: эффективность покрытий (Ti, Fe) N и (Ti, Al) N выше, чем эффективность покрытий TiN (путь L в среднем 2,75 раза больше), и они имеют примерно одинаковую эффективность с покрытием (Ti, Zr) N (Рисунок (в)).
Следует отметить, что для инструментов с покрытиями (Ti, Al) N и (Ti, Zr) N характерно смещение с экстремума зависимости l=f(v) в сторону больших скоростей резания.
Это, по-видимому, связано с большой физико-химической пассивностью их материала по отношению к обрабатываемому материалу. В то же время инструменты с более пластичными покрытиями ((Ti, Fe) N, у которого Н=31,4 гПа) лучше сопротивляются адизионно-усталостным процессам и имеют большую стойкость на малых скоростях резания, чем инструменты с покрытиями (Ti, Al) N и (Ti, Zr) N.
а)
б)
в)
Рисунок - Зависимость пути резания L (м) от скорости резания V (м/мин)
Зависимости пути L резания от скорости V резания при обработке заготовок из сталей 38ХА и 12Х18Х10Т инструментом, оснащенным пластинами твердосплавными (соответственно (а) и (б)), а также при обработке заготовок из стали 38ХА инструментом, оснащенным пластинами из быстрорежущей стали с покрытиями TiN, (Ti, Fe) N, (Ti, Al) N и (Ti, Zr) N.
Эффективность всех сложных покрытий по отношению к покрытию TiN существенно изменяется в зависимости от скорости V и снижается с ее увеличением. Режущие инструменты, оснащенные пластинами с покрытиями (Ti, Fe) N и (Ti, Al) N, прошли опытно-промышленные испытания и внедрены в производство.
Выводы
Стойкость инструмента может быть повышена путем нанесения на режущую пластину покрытия из нитрида титана, легированного железом и алюминием [(Ti, Zr) N и (Ti, Al) N].
Режущие инструменты, оснащенные пластинами из твердого сплава и быстрорежущей стали с покрытиями (Тi, Fe) N и (Ti, Al) N можно рекомендовать к применению при обработке заготовок из сталей марок 38ХА и 12Х18Н10Т.
Тема дипломного проекта - проектирование технологического процесса изготовления вала эксцентрикового, являющегося одним из основных узлов радиально-поршневого гидромотора.
В ходе выполнения дипломного проекта был выполнен следующий объем работ.
При анализе служебного назначения были отражены основные технические характеристики и назначение машины, перечислены узлы с описанием их работы. Что касается самого вала, то был проведен анализ всех его поверхностей, а также функций, исполняемых ими.
При анализе технических требований были подробно проанализированы требования, предъявляемые при изготовлении детали конструктором, их соответствие общепринятым стандартом.
Был определен тип производства - мелкосерийный - и соответствующая ему форма организации работ.
Для вышеупомянутого типа производства было произведено экономическое обоснование выбора метода получения исходной заготовки. В качестве заготовки была принята поковка, получаемая методом штамповки.
Во время выполнения работы был проанализирован и усовершенствован технологический процесс изготовления детали. Было предложено и обосновано применение новых станков и оснастки, что позволит значительно сократить потери времени, показать себестоимость обработки, облегчить труд рабочих и повысить культуру труда на предприятии.
Список литературы
1. А.Ф. Горбацевич, В.А. Шкред «Курсовое проектирование по технологии машиностроения». - 4-е изд., перераб. и доп. - Минск: Выш. Школа, 1983. -256 с.
2. Справочник технолога машиностроителя.2 т. /Под ред.А.Г. Касиловой и Р.К. Мещерякова. - 4-е изд., перераб. и доп. -М.: Машиностроение, 1986. - 496 с.
3. Обработка металлов резанем: Справочник технолога / А.А. Панов, В.В. Аникин, Н.Г. Бойм и др. Под общ. ред.А. А. Панова. - М.: Машиностроение. 1988. -736 с.: ил.
4. Маталин А.А. Технология машиностроения: Учебник для машиностроительных вузов по специальности “Технология машиностроения, металлорежущие станки и инструменты”. - Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1985. - 496с., ил.
5. Горбацевич А.Ф., Шкред В.А. Курсовое проектирование по технологии машиностроения. -4-е изд., перераб. и доп. - Минск: Вышэйш. Школа, 1983. -256 с.
6. Общемашиностроительные нормативы режимов резания для технического нормирования работ на металлорежущих станках. Часть 1. Токарные, карусельные, токарно-револьверные, алмазно-расточные, строгальные, долбежные и фрезерные станки. Изд.2-е. М.: Машиностроение, 1974. - 406 с. ил.
7. Общемашиностроительные нормативы времени вспомогательного, на обслуживание рабочего места и подготовительно-заключительного для технического нормирования станочных работ: Серийное производство. - М.: Машиностроение, 1974. - 421с.
8. ГОСТ 7505 - 89. Поковки стальные штампованные.
9. А.П. Станки и инструменты 3/1991, М.: - Машиностроение, 46с.
10. Малов А. Н., Справочник технолога-машиностроителя. -3-е изд., перераб. и доп. -М: Машиностроение, 1972. - 568с.
11. Методические указания для курсового проекта. Для студентов специальностей 7.090202 «Технология машиностроения» дневной и заочной форм обучения. / Сост. Евтухов В.Г., Захаркин А.У. - 1999 - с.23 ил.
Страницы: 1, 2, 3, 4
|
|