3 Технологическая часть

3.1 Назначение и технические требования на изготовление детали

Заданная на курсовой проект деталь 2БСА.11.01.006. - шестерня входит в буровой станок Б15-50Э ГОСТ 7505-89 (рис. 3.1).

Рисунок 3.1 – Внешний вид бурового станка Б15-50Э ГОСТ 7505-89

Для изготовления детали используется сталь 45 ГОСТ 1050-88. Химический состав и механические свойства отображены соответственно в таблицах 3.1 и 3.2.

Таблица 3.1 – Химический состав стали 45

Углерод С, %	Кремний Ѕі, %	Марганец Мn, %	Никель Ni, %	Хром Cr, %	Медь Cu, %	Фосфор Р, %	Сера S, %
0,42…0,50	0,17-0,37	0,50-0,80	0,25	0,25	0,25	0,040	0,040

Таблица 3.2 – Механические свойства Стали 45

Предел растяжения σв, МПа	Предел текучести σт, МПа	Относительное удлинение δ, %	Относительное сужение ψ, %	Типовая плотность αн, Дж/м2	Твердость НВ
610	360	16	40	7,86	197

Стали подобного состава обрабатываются хорошо.

Поверхности детали 2БСА.11.01.006 – шестерня подлежат термообработке – закаливанию токами высокой частоты (ТВЧ), а именно: поверхности зубьев до твердости HRC 40…45.

Закаливание ТВЧ изменяет структуру и свойству стали 45. Основными параметрами закалки являются температура нагрева и скорость охлаждения.

К шестерне не выдвигают требования к точности взаимного расположения поверхностей.

Основными конструкторскими базами, которые определяют положение шестерни в сборочной единице, являются поверхности Ø 130Н9 и торец Ø305h12/Ø130H9. Эти же поверхности могут быть использованы в качестве технологической базы во время выполнения отдельных операций механической обработки.

Наиболее ответственная поверхность детали – Ø130H9 ограничена допусками девятого квалитета точности, шероховатость этой поверхности ограничена параметром Ra 1,6. Такие требования могут быть достигнуты чистовым точением.

На свободные поверхности допуски назначены в границах 12-13 квалитета точности, шероховатость их определена декоративными требованиями по параметру Ra 6,3. Для достижения таких требований достаточно чернового точения.

Обработка зубчатого венца требует последовательного чернового и чистового фрезерования и шлифования.

Шестерня достаточно жесткая, имеет удобные базовые поверхности, и не вызывает особых технологических трудностей при обработке.

Простота конструктивных форм, жесткость конструкции, надежность технологических баз, жесткость крепления под обработку обеспечивают стабильность и точность обработки, при этом может быть использовано высокопроизводительного оборудования, такое, как токарные станки с ЧПУ.

3.2 Выбор заготовки

Заготовка - это изделие, из которого изменением формы, размеров, свойств поверхности и (или) материала изготавливают деталь. Для получения детали с заготовки ее подвергают механической обработке, в результате которой удалением слоя материала из отдельных (или всех) ее поверхностей получают заданные конструктором на чертеже геометрическую форму, размер и свойства поверхностей детали.

В машиностроении используются следующие виды заготовок: отливки, кованные и штампованные заготовки, заготовки из проката, сварные и комбинированные заготовки.

Обработкой металлов давлением получают кованые и штампованные заготовки, а также машиностроительные профили. Ковка применяется в единичном и мелкосерийном производстве, а также при изготовлении больших, уникальных заготовок и заготовок с особо высокими требованиями к свойствам материала. Штамповки позволяет получить заготовки близкие по конфигурации к готовой детали. Машиностроительные профили изготавливают прокаткой, прессованием, волочением.

В качестве заготовки для заданной детали 2БСА11.01.006 – шестерня принимаем штампованную поковку.

Принятый метод получения заготовки обеспечивает оптимальные припуски под обработку, а форма и размеры заготовки приближены к форме и размерам готовой детали. Характер заготовки, зависит от размеров, конструкции, технических требований к изготовлению и эксплуатации детали.

Определяем расчетную массу поковки:

М_пк=М_д·К_р (3.1)

где М_Д - масса детали, М_Д = 86,0 кг

                Кр - расчетный коэффициент, Кр = 1,5 ... 1,8 [7, с.31, табл.20]

М_пк=86,0·1,5=129,0 кг

Определяем класс точности поковки – Т4 [с.28, табл.19].

Определяем группу стали. Деталь изготавливается из стали 45. Массовая доля углерода свыше 0,35%, массовая доля легирующих элементов до 5%, что соответствует группе сталей - М2 [с.8, табл.1].

Рассчитываем степень сложности поковки:

(3.2)

где М_ф – масса фигуры, в которую вписывается поковка

(3.3)

где Д – максимальный диаметр детали, Д = 305 мм;

L – максимальная длина детали, L = 190 мм;

j – плотность стали, j = 7,8·10^-6 кг/м³.

При С=78 степень сложности поковки – С1 [с.30]

Выбираем исходный индекс: при М_пк = 129,0 кг, М2; С1; Т4: принимаем исходный индекс 16 [с. 10, табл. 2].

Основные припуски и размеры детали выбираем по таблице 3 [с. 12-13] и сводим к таблице 3.3

Определяем дополнительные припуски: на смещение по поверхности разъема штампа – 0,7 мм [с. 14, табл. 4], на отклонение от плоскости – 0,6 мм [с. 14, табл. 5].

Допуски и допустимые отклонения на размеры заготовки выбираем по таблице 8 [с.17].

Таблица 3.3 – Основные припуски

Размеры детали по чертежу	Ra	Основной припуск	Дополнительный припуск	Общий припуск	Принятый размер заготовки
Ø350h12	6,3	3,2	0,6	(3,2+0,6)ˑ2	Ø 357,6
Ø130H9	1,6	2,7	0,6	(2,7+0,6)ˑ2	Ø 136,6
190h13	6,3	3,0	0,7+0,6	(3,0+0,7+0,6)ˑ2	198,6

Рассчитываем размер перемычки:

(3.4)

где S – толщина перемычки;

D – диаметр отверстия;

h – глубина отверстия.

На основании данных таблицы 3.3 выполняем эскиз заготовки (рис. 3.2)

Рисунок 3.2 – Эскиз заготовки

Определяем массу поковки

(3.5)

Рассчитываем коэффициент использования материала

(3.6)

Технические требования к заготовке

- допустимая величина смещения поверхности разъема штампа – 1,4 мм [7, с. 20, табл. 9];

- допустимая величина остаточного облоя – 1,6 мм [7, с. 21, табл. 10];

- допустимое наибольшее отклонение от концентричности – 2 мм [7, с. 23, табл. 12];

- допустимое отклонение от плоскостности – 1 мм [7, с. 23, табл. 13].

Заготовку для заданной детали возможно получить как на прессе так и на молоте. Для выполнения операций штамповки заготовок применяют молоты штамповочные (пневматические паровоздушные гидравлические), прессы (гидравлические горячештамповочные, тально-ковочные). Кузнечное оборудование подбирают в соответствии с его назначением с учетом типа производства, формы и размеров заготовок.

Выбор оборудования осуществляют по его основному параметру, который для молотов является масса падающей части, для прессов – максимальное развиваемое давление.

Выбираем молот штамповочный паровоздушный двойного действия модели 18КП, который имеет максимальную массу падающей части 10 т, вес обрабатываемых поковок 70-100 кг.

3.3 Выбор технологических баз

При обработке на станках заготовки должны быть правильно ориентированы относительно механизмов и узлов станка, которые определяют траектории перемещения режущего инструмента. Задачи взаимной ориентации деталей и сборочных единиц в машинах во время их сборки и обработки заготовок на станках при изготовлении деталей решаются базированием.

Базирование – придание заготовке или изделия нужного положения относительно выбранной системы координат.

База – поверхность или сочетание поверхностей, принадлежащих заготовке или изделию и использующихся для базирования.

Выбор баз – одно из важных вопросов при обработке технологического процесса механической обработки детали. Выбор технологических баз осуществляется на основании следующих требований:

- черновая базовая поверхность должна обеспечить устойчивое положение заготовки в приспособлении;

- черновая базовая поверхность должна занимать четкое положение относительно других поверхностей;

- за черновую поверхность обычно принимают поверхности с минимальной величиной припуска;

- черновые базы должны быть ровными и чистыми;

- чистовая база должна быть выбрана так, чтобы в процессе механической обработки детали не было недопустимых деформаций от усилий резания и зажима;

- при выборе баз необходимо стремиться соблюдать принцип постоянства и совмещения баз.

Данные по выбору технологических баз при обработке детали 2БСА11.01.006 - шестерня сведены в таблице 3.4 согласно рисунка 3.3

Рисунок 3.3 – Выбор технологических баз

Таблица 3.4 – Выбор технологических баз

Вид обработки	Базовые поверхности	Поверхности, подлежащие обработке	Технологическое оборудование
Черновое точение	2, 10	2, 5, 8, 9	Токарный с ЧПУ
Получистовое точение	2, 5	2, 8, 9, 10	Токарный с ЧПУ
Протягивание шпоночных пазов	2, 5	6	Горизонтально-протяжной
Чистовое точение с одной стороны	8, 5	1, 2	Токарный с ЧПУ
Чистовое точение с другой стороны	8, 10	2, 4	Токарный с ЧПУ
Фрезеровка зубов (черновое и чистовое)	5, 10	3	Зубофрезерный
Внутришлифовальная	2, 10	8	Внутришлифовальный
Зубошлифовальная	8	2, 3	Зубошлифовальный

3.4 Разработка технологического процесса

При определении последовательности выполнения операций при обработке детали 2БСА11.01.006 – шестерня, следует руководствоваться следующими рекомендациями.

В первую очередь обработке подлежат поверхности, которые планируется использовать в качестве базы для выполнения последующей обработки. Затем обрабатываются поверхности с наибольшим припуском с целью выявления дефектов заготовки. Чистовые и отделочные операции выполняются в конце технологического процесса. Сочетание черновой и чистовой обработки на одном станке приводит к снижению точности обработки. Поверхности, которые связаны точностью взаимного положения, обрабатывают при одном установе.

При разработке технологического процесса обработки детали следует решить вопрос выбора оборудования. При этом необходимо учитывать следующие правила.

Выбранный станок должен обеспечивать выполнение технических требований к детали в отношении точности ее размеров, формы и шероховатости поверхностей. Рабочая зона станка должна соответствовать габаритным размерам обрабатываемой детали. Производительность станка должна соответствовать заданной годовой программы выпуска. Обработку на станке необходимо выполнять на оптимальных режимах резания с наибольшей производительностью.

Разработанный маршрутной технологический процесс изготовления 2БСА11.01.006 – приведен в таблице 3.5

Таблица 3.5 – Маршрутный технологический процесс

Наименование операции	Модель станка
000 Заготовительная	18КП
005 Токарная с ЧПУ черновая	16М30Ф3

Продолжение таблицы 3.5

Наименование операции	Модель станка
010 Токарная с ЧПУ получистовая	16М30Ф3
015 Горизонтально-протяжная	7Б56
020 Токарная с ЧПУ чистовая	16М30Ф3
025 Зубофрезерная черновая	5343
030 Зубофрезерная чистовая	5343
035 Слесарная	Слесарный верстак
040 Контрольная	Плита поверочная
045 Термическая	Термопечь
050 Внутришлифовальная	3К227В
055 Зубошлифовальная	3452В-V
060 Моечная	Моечная машина
065 Контрольная	Плита поверочная

При разработке технологического процесса необходимо решить вопрос выбора технологической оснастки, режущего, измерительного и вспомогательного инструмента.

Для установки заготовки на станках необходимо использовать устройства, которые должны быть быстродействующими, обеспечивать точность обработки детали.

Режущий инструмент должен обеспечить высокие и стабильные режущие характеристики, заданную точность и шероховатость поверхностей, возможность отвода стружки. Инструмент следует выбирать стандартный, а при необходимости и специальный.

Метод контроля должен быть способным повысить производительность труда, создать условия для улучшения качества продукции. Рекомендуется использовать как жесткий бесшкальный инструмент, так и универсальный.

При выборе вспомогательного инструмента следует отдавать предпочтение стандартным конструкциям.

Данные по выбору режущего и измерительного инструмента, и технического оснащения сведены в соответствующей документации технологического процесса обработки детали.

На основании вышеуказанного разрабатывается маршрутно-операционный технологический процесс. Для операции 005 – Токарная с ЧПУ (черновая) разрабатывается операционный технологический процесс с картой эскизов и операционной картой.

Документация технологического процесса обработки детали 2БСА11.01.006 – шестерня приведена в приложении Б.

3.5 Расчет режимов резания и норм времени

Режимы резания и нормы времени рассчитываем для операции № 010 – токарная с ЧПУ черновая на основании карты эскизов и содержания операции – операционной карты (приложение Б).

Входные данные:

- вод обработки – чистовое точение и получистовое растачивание;

- станок: 16М30Ф3;

- деталь – шестерня 2БСА.11.01.006;

- материал детали – сталь 45 ГОСТ 1050-88, НВ197, σ_в=610Мпа;

- приспособление – трехкулачковый самоцентрирующийся патрон.

Режущий инструмент и его геометрические параметры: резец из стали Т5К10, форма пластины резца – многогранная (типа R), φ=75⁰.

резец контурный PCLNR 3232 М08 Т5К10 ТУ2 035-892-82, резец расточной К.01.4982.000.10 ТУ2 035-1040-86 Т15К6,  = 80°,  = 95 °.

Измерительный инструмент – скоба односторонняя предельная.

Определяем глубину резания согласно карте эскизов.

Переход 1:

поверхность 2:

(3.7)

торец: t = 1,2 мм.

Принимаем t = 2,55 мм.

Переход 2:

поверхность 8:

Выбираем подачу на 1 оборот шпинделя.

Переход 1:

- S=1,27 мм/об [12, с.36, к.1];1,27

Переход 2:

- S=0,45 мм/об [12, с.37, к.2];

Назначаем скорость резания.

Переход 1:

- V=58 м/мин [12, с.44, к.6];

Переход 2:

- V=93 м/мин [12, с.6, к.44];

Рассчитываем частоту вращения шпинделя по формуле:

(3.7)

где V – скорость резания;

Д – диаметр заготовки.

Переход 1:

Переход 2:

Выбираем мощность резания:

- переход 1 - N_рез=7 кВт [12, с.48, к.7];

- переход 2 - N_рез=2,4 кВт [12, с.48, к.7].

Мощность на шпинделе станка:

N_шп =N_ст·ŋ_прив =30·0,87=26,1 кВт.

Обработка колеса на токарной операции с ЧПУ 010 на принятых режимах резания возможна, если выполняется условие:

N<N_шп·ŋ (3.8)

где N – мощность резания;

N_mn – мощность на шпинделе станка, N_nra=26,1 кВт;

ŋ - коефіцієнт корисної дії, ŋ = 0,8.

Обработка возможна, так как:

переход 1: 7<26,1;

переход 2: 2,4<26,1

Основное время рассчитывается по формуле:

(3.9)

где L - долина хода инструмента;

і – количество проходов (і=1);

n- частота вращения шпинделя;

S – подача

Длина хода инструмента:

L=I +l₁ (3.10)

де І – длина обробатываемой поверхности;

l₁ – величина врезания и перебега;

l₁ = 3-5мм.

Переход 1:

Переход 2:

Итого Т_о=Т₀₁+Т₀₂=3,4+7,2=10,6 мин.

Определяем вспомогательное время: Время на установку и снятие детали составляет 5,12 мин.

Время на переход необходимо для выполнения комплекса работ или операций с целью обеспечения процесса обработки. Оно состоит из:

- взятие пробных стружек – 1,2 мин;

- изменение величины подачи – 0,08 мин;

- установка и снятие инструмента – 0,10 мин.

Время на контрольные измерения скобой односторонней предельной составляет 0,18 мин.

Вспомогательное время есть сумма всего определенного выше времени и составляет 6,68 мин.

Оперативное время – сумма основного и вспомогательного времени, составляет 10,6+6,7=17,3 мин.

Время на обслуживание рабочего места а_обс составляет 5%.

Время на отдых и личные потребности а_отл составляет 4 %.

Штучное время рассчитывается по формуле:

(3.11)

Подготовительно-заключительное время на партию:

- время на получение наряда, чертежа, технологической документации, режущего и контрольно-измерительного инструмента - 4 мин;

- время на установку исходных режимов станка – 0,2 мин;

- время на составление программы на рабочем месте – 3 мин;

- времея на набор программы кнопками на ПУ УЧПУ – 0,8 мин;

- время на настройку устройства для подачи СОЖ – 0,3 мин.

Подготовительно-заключительное время составляет:

- переход 1: Т_пз1 = 8,3 мин;

- переход 2: Т_пз2= 8,3 мин.

Итого Т_пз=Т_пз1+Т_пз2=8,3+8,3=16,6 мин.