Разработка технологического процесса механической обработки детали «Фланец»

Курсовой проект

Технология машиностроения — это наука об изготовлении машин требуемого качества в установленном производственной программой количестве и в заданные сроки при наименьших затратах живого и овеществленного труда, т.е. при наименьшей себестоимости.

Производственный процесс представляет собой совокупность всех действий людей и орудий производства, необходимых на данном предприятии для изготовления или ремонта выпускаемых изделий.

В соответствии с ГОСТ 3.1109 — 82 технологический процесс — это часть производственного процесса, содержащая целенаправленные действия по изменению и (или) определению состояния предмета труда.

Технологическая операция — это законченная часть технологического процесса, выполняемая на одном рабочем месте. Применительно к условиям механосборочного производства стандартизированное определение операции можно представить в следующем виде: технологическая операция — это часть технологического процесса, выполняемого непрерывно на одном рабочем месте, над одним или несколькими одновременно обрабатываемыми или собираемыми изделиями, одним или несколькими рабочими.

Курсовой проект представляет собой разработку технологического процесса механической обработки детали «Фланец».

1. Назначение и конструкция детали

Фланец — неотъемлемая часть трубопроводной арматуры. Область применения фланцев чрезвычайно широка, фланцы применяются как соединительный компонент труб, так же фланец может служить соединением вращающихся деталей. По внешнему виду фланец представляет парную конструкцию плоского сечения кольцевой или дисковой формы. Крепление фланцев осуществляется через диаметрально расположенные отверстия одного и другого фланца путем резьбового соединения. Это болты или шпильки, стягивающие два фланца. Различаются фланцы по размерам, по вариантам соединения фланцев между собой, по лицевой форме и так же по вариантам уплотнителей между двумя стыкующимися поверхностями фланца. Надежность фланца в соединениях трубопроводов от вакуума в 10-13 мбар до вариантов, когда фланцы соединяют трубопроводы с давлением в 200 бар, делает фланцы востребованным элементом соединительных конструкций. В соответствии с ГОСТом фланцы выпускаются трех видов: фланцы стальные плоские, воротниковые и фланцы свободные на кольце, закрепленном методом сварки. Фланцы первого вида служат как соединительный элемент трубопровода между собой и с аналогичным фланцем другого элемента системы.

Крепятся фланцы к трубе либо на резьбовом соединении, либо на сварном. Такие фланцы способны выдерживать температурные режимы от -75 до 450 градусов, но следует учитывать что фланцы в зависимости от величины диаметра самой трубы и предполагаемых величин давления и региональных условий эксплуатации имеют до десяти подвидов прокладочных соединений. Плоские фланцы способны выдерживать еще больший диапазон температур, поэтому соединяют такие фланцы сваркой, не используя для прокладок между плоскими фланцами дополнительных материалов. Воротниковые фланцы крепятся встык, фланцы такого типа распространены для крепления различных приборов, посредством соединения с фланцами различной арматуры и патрубков дополнительного оборудования. Фланцы каждого типа и вида снабжены отдельными таблицами характеристик.

4 стр., 1726 слов

Технологическая

... преподавателей, студентов. Защита состоит из просмотра членами экзаменационной комиссии экспозиции практической части дипломных работ, выполненных студентами. А также предполагает краткое изложение студентом основных ... зрения. Процедура защиты дипломной работы предполагает написание автореферата, который используется в процессе защиты дипломной работы. Положительная оценка за дипломную работу выст

Фланцы являются соединительной частью труб, валов, резервуаров. Они представляют собой плоские стальные диски или кольца с отверстиями для шпилек или болтов. Применяются фланцы при соединении различных изделий арматуры с основными трубопроводами. Кроме этого, их используют для скрепления между собой отдельных участков трубопровода или присоединения к оборудованию. Соединение с помощью фланца способно обеспечить прочность, герметичность конструкции, а также упрощает процесс сборки и разборки. По белорусским стандартам фланцы выпускают стальные резьбовые, устьевые, а также для аппаратов и сосудов под прокладку.

Анализ технологичности конструкции детали состоит из технологического контроля чертежей и технологического анализа конструкции.

Рабочий чертеж обрабатываемой детали содержит все необходимые сведения, дающие представление о детали, т.е. все проекции, виды, разрезы и сечения. На чертеже указаны все размеры с необходимыми допусками, шероховатость обрабатываемых поверхностей, допускаемые отклонения от правильных геометрических форм, а также взаимного положения поверхностей. Чертеж содержит все необходимые сведения о свойствах материала детали.

Основное значение при обработке детали имеют технологические базовые поверхности детали.

2. Химический состав

Марка :

45

Заменитель:

40Х, 50, 50Г2

Классификация :

Сталь конструкционная углеродистая качественная

Применение:

вал-шестерни, фланцы, коленчатые и распределительные валы, шестерни, шпиндели, бандажи, цилиндры, кулачки и другие нормализованные, улучшаемые и подвергаемые поверхностной термообработке детали, от которых требуется повышенная прочность.

Химический состав в % материала 45

ГОСТ 1050 — 88:

C

Si

Mn

Ni

S

P

Cr

Cu

As

0.42 — 0.5

0.17 — 0.37

0.5 — 0.8

до 0.3

до 0.04

до 0.035

до 0.25

до 0.3

до 0.08

Температура критических точек материала 45:

Ac1 = 730 , Ac3(Acm) = 755 , Ar3(Arcm) = 690 , Ar1 = 780 , Mn = 350

Технологические свойства материала 45:

Свариваемость:

трудносвариваемая.

Флокеночувствительность:

малочувствительна.

Склонность к отпускной хрупкости:

не склонна.

Физические свойства материала 45:

T

E 10 — 5

a 10 6

1

r

C

R 10 9

Град

МПа

1/Град

Вт/(м·град)

кг/м 3

Дж/(кг·град)

Ом·м

20

2

7826

100

2.01

11.9

48

7799

473

200

1.93

12.7

47

7769

494

300

1.9

13.4

44

7735

515

400

1.72

14.1

41

7698

536

500

14.6

39

7662

583

600

14.9

36

7625

578

700

15.2

31

7587

611

800

27

7595

720

900

26

708

T

E 10 — 5

a 10 6

1

r

C

R 10 9

Обозначения:

Физические свойства :

T — Температура, при которой получены данные свойства , [Град]

E — Модуль упругости первого рода , [МПа]

a — Коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20 o — T) , [1/Град]

l -Коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала) , [Вт/(м·град)]

r — Плотность материала , [кг/м 3 ]

C — Удельная теплоемкость материала (диапазон 20 o — T ), [Дж/(кг·град)]

R — Удельное электросопротивление, [Ом·м]

Свариваемость :

* без ограничений — сварка производится без подогрева и без последующей термообработки.

* ограниченно свариваемая — сварка возможна при подогреве до 100-120 град. и последующей термообработке.

* трудносвариваемая — для получения качественных сварных соединений требуются дополнительные операции: подогрев до 200-300 град. при сварке, термообработка после сварки — отжиг.

3. Выбор заготовки

Заготовка — это предмет производства, из которого изменением формы, размеров, шероховатости поверхности и свойств материала изготавливают деталь или неразборную сборочную единицу.

При разработке технологического процесса механической обработки деталей одним из ответственных этапов является выбор заготовок, от чего в большей степени зависит трудоёмкость обработки, а также расход металла. Выбрать заготовку — это значит установить способ её получения, рассчитать размеры, назначить припуски на обработку каждой поверхности и указать допуски на неточность изготовления.

Для выбора метода получения заготовки рассчитывается стоимость заготовки. Существует два метода получения заготовки и на основании полученных результатов можно сделать заключение о рентабельности выбранного метода получения заготовки.

Расчет стоимости заготовки для детали из проката:

t шт =* ц

где Lрез — длинна резания при разрезании проката на штучные заготовки, мм;

  • y — величина врезания и пробега, мм;
  • Sм — минутная подача при резании мм/мин;
  • ц — коэффициент показывающий долю вспомогательного времени;

=

Где Сп.з — приведенные затраты на заготовительные операции, р/ч;

  • Tшт — штучное время выполнения заготовительной операции, мин;

M = Q * S — (Q — q) * S отх

где Q — масса заготовки, кг;

  • S — цена 1 кг материала заготовки, р;
  • q — масса детали, кг;
  • Sотх — цена 1 кг отходов, р;

S 2 = M +

где M — затраты на материал заготовки, р;

  • технологическая себестоимость заготовительных операций, р;

Расчет стоимости заготовок полученных литьем или штамповкой:

S 2 =() — (Q — q)

  • ,

где С1 — базовая стоимость 1т заготовок, руб.;

  • Кm — коэффициент, зависящий от класса точности. Кт=1;
  • Кс — коэффициент, зависящий от степени сложности. Кс=1;
  • Кв — коэффициент, зависящий от массы заготовки. Кв=1;
  • Км — коэффициент, зависящий от марки материала. Км=1,79;
  • Кп — коэффициент, зависящий от объема выпуска заготовок Кп=1;

Q — масса заготовки, кг,

Sотх— базовая стоимость 1 т отходов, руб.;

  • q — масса детали, кг.

Из полученных подсчётов можно будет сделать вывод о том, какой способ получения деталей экономически выгодней (литьё или прокат).

4. Технологический процесс

Технологический процесс, сокращенно техпроцесс — последовательность технологических операций, необходимых для выполнения определенного вида работ. Технологический процесс состоят из технологических (рабочих) операций, которые, в свою очередь, складываются из рабочих движений (приёмов).

В зависимости от применения в производственном процессе для решения одной и той же задачи различных приёмов и оборудования различают типы техпроцессов.

При выполнении этого этапа курсового проекта производится анализ каждой операции заданного технологического процесса.

Наличие промежуточных термических операций, необходимость тщательной подготовки баз, а в ряде случаев их смены, наличие поверхностей, требующих специфических видов обработки, недостаточное развитие в настоящее время широкоуниверсальных видов оборудования и ряд других причин приводит к необходимости обработки заготовок за несколько последовательных операций.

Необходимо стремиться к обработке заготовок с разных сторон на одном станке, в том числе и для заготовок типа тел вращения, совмещать черновую и чистовую обработку, шире использовать концентрацию различных методов обработки на одном станке. При этом необходимо помнить, что такая концентрация должна обеспечить заданное качество детали. Деталь фланец по исходному технологическому процессу изготавливается за четыре операции механической обработки: первые две — токарные, третья — сверлильная, конечная операция — фрезерная.

5. Расчет режима резанья

Режимы резания определяются глубиной резания t, подачей s, скоростью резания V. Их значения влияют на точность и качество получаемой поверхности, производительность себестоимость обработки.

Для обработки сначала устанавливают глубину резания, а затем назначают подачу и скорость. При обработке поверхности на предварительно настроенном станке глубина резания равна припуску на обработку по выполняемому технологическому переходу.

Подача должна быть установлена максимально допустимой. При черновой обработке она ограничивается прочностью и жесткостью элементов технологической системы станка, а при чистовой и отделочной — точностью размеров и шероховатостью поверхности.

Скорость резания зависит от выбранной глубины резания, подачи, качества и марки обрабатываемого материала, а также многих других факторов.

Рассчитывается согласно установленным для каждого вида обработки эмпирическим формулам, которые имеют следующий общий вид:

V =

Где — коэффициент, характеризующий условия обработки;

  • Т — показатель периода стойкости инструмента;
  • t- глубина резания, мм;
  • S — подача инструмента, мм/об;
  • m,x,y — коэффициенты, указывающие на вероятность безотказной работы инструмента.

Определяем расчетное значение частоты вращения шпинделя:

n =

где V — скорость резания м/мин;

  • D- диаметр детали, мм;

Подбираем по паспорту станка ближайшее меньшее значение n,

Определяем действительную скорость резания:

V =

Аналогично рассчитываются режимы резания на остальные операции.

6. Расчет норм времени

В качестве примера рассчитаем нормы времени для токарной операции.

Учитывая, что мы имеем крупносерийное производство, норма штучного времени рассчитывается по формуле:

t шт = tо +tв +tобс +tотд

где t о — основное время;

t в — вспомогательное время;

t обс — время на обслуживание рабочего места;

t отд -время на отдых;

Значения t о, tв находим из таблиц для токарной операции :

=0,17•d•l•10 -3

=2,1 мин, T в = 0,27 мин,

Учитывая полученные данные рассчитаем оперативное время по формуле:

t оп =tо +tв,

t оп =2,1+0,27=2,37 мин,

Время на обслуживание t o и отдых tотд в серийном производстве найдем в процентах от оперативного времени tоп .

t обс =0,06•tоп

t обс =0,06•2,37=0,14мин

t o тд =0,02•tоп =0,05 мин

T шт =2,1+0,27+0,14+0,05=2,6 мин

фланец заготовка шпиндель токарный

Таблица 1 — Сводная таблица норм времени

Номер операции

Наименование операции

Основное время

Вспом.

время

Оперативное

время

Время обслуживания

Время на отдых

Шточное время

005

Фрезерно-центровальная

0,8

0,64

1,44

0,07

0,05

0,03

1,6

010

Токарная черновая

2,1

0,27

2,37

0,1

0,09

0,05

2,6

015

Токарная чистовая

2,07

0,27

2,34

0,1

0,09

0,05

2,6

020

Токарная

0,1

0,35

0,45

0,02

0,018

0,009

0,5

025

Шлицефрезерная

16

0,7

16,7

0,8

0,7

0,3

18,93

030

Круглошлифовальная

0,34

0,62

0,96

0,05

0,04

0,02

1,1

035

Шлицешлифовальная

10,6

0,8

11,4

0,6

0,5

0,2

12,7

040

Сверлильная

0,18

2,7

2,78

0,13

0,11

0,05

3,1

045

Резьбонарезная

5,2

1,1

6,3

0,3

0,2

0,1

6,9

050

Расточная

0,03

0,2

0,23

0,01

0,01

0,005

0,2

055

Слесарная

1

0,2

1,2

0,06

0,05

0,02

1,3

7. Описание приспособления

Приспособлениями называют вспомогательные сменные устройства, устанавливаемые на станках и предназначенные для повышения производительности и точности обработки, расширения технологических возможностей станка и облегчения условий работы станочника.

Приспособления для токарных станков по назначению можно разделить на три группы:

1) приспособления для закрепления обрабатываемых заготовок;

2) вспомогательный инструмент для закрепления режущего инструмента;

3) приспособления, расширяющие технологические возможности станков, т. е. позволяющие производить не свойственные этим станкам работы (фрезерование, одновременное сверление нескольких отверстий и т. д.).

Приспособления и режущие инструменты составляют технологическую оснастку станка. По степени специализации приспособления подразделяются на универсальные, специализированные и специальные.

Универсальные приспособления применяют для закрепления заготовок, размеры которых в значительной степени различаются между собой (например, универсальный трехкулачковый патрон).

Специализированные приспособления (цанговые и мембранные патроны, оправки и др.) применяются при обработке группы деталей, сходных по размерам, конфигурации и технологии изготовления.

Специальные приспособления применяются при обработке определенных деталей или при выполнении определенной операции.

Универсальные приспособления используют в единичном и мелкосерийном производстве, а специализированные и специальные — в крупносерийном и массовом.

Деталь, закрепленная в приспособлении, должна быть лишена такого числа степеней свободы, которое обеспечивает неподвижность детали от начала до конца обработки. Требуемое положение обрабатываемой детали в приспособлении и стабильность этого положения в процессе обработки обеспечиваются установочными и зажимными элементами, между которыми деталь устанавливается и закрепляется.

Кулачковые патроны.

На токарных станках применяют двух-, трех- и четырехкулачковые патроны с ручным и механизированным приводом зажима. В двухкулачковых самоцентрирующих патронах закрепляют различные фасонные отливки и поковки; кулачки таких патронов, как правило, предназначены для закрепления только одной детали. В трехкулачковых самоцентрирующих патронах закрепляют заготовки круглой и шестигранной формы или круглые прутки большого диаметра. В четырехкулачковых самоцентрирующих патронах закрепляют прутки квадратного сечения, а в патронах с индивидуальной регулировкой кулачков — детали прямоугольной или несимметричной формы.

Наиболее широко применяют трехкулачковый самоцентрирующий патрон (рисунок ниже).

Кулачки 1, 2 и 3 патрона перемещаются одновременно с помощью диска 4. На одной стороне этого диска выполнены пазы (имеющие форму архимедовой спирали), в которых расположены нижние выступы кулачков, а на другой — нарезано коническое зубчатое колесо, сопряженное с тремя коническими зубчатыми колесами 5. При повороте ключом одного из колес 5 диск 4 (благодаря зубчатому зацеплению) также поворачивается и посредством спирали перемещает одновременно и равномерно все три кулачка по пазам корпуса 6 патрона. В зависимости от направления вращения диска кулачки приближаются к центру патрона или удаляются от него, зажимая или освобождая деталь. Кулачки обычно изготовляют трехступенчатыми и для повышения износостойкости закаливают. Различают кулачки крепления заготовок по внутренней и наружной поверхностям; при креплении по внутренней поверхности заготовка должна иметь отверстие, в котором могут разместиться кулачки.

Кулачковые патроны могут оснащаться механизированным приводом — тяговым или встроенным. Патроны с тяговым приводом имеют зажимные элементы, связанные цельными или пустотелыми тягами с пневмо- или гидроцилиндром. На рисунке ниже представлена конструкция двухкулачкового рычажного патрона со сменными кулачками 14, которые предварительно устанавливаются по заготовке (относительно оси вращения) путем смещения сухарей 12 (скрепленных с кулачками 14 винтами 13) по пазам в ползунах 11. Ползуны 11 перемещаются к центру патрона рычагами 10, которые при движении упора 15 (вместе с тягой 3) поворачиваются вокруг оси 9 в корпусе 8. При повороте рычаги 10 опираются на поверхности 7. Перемещение ползунов 11 (вместе с кулачками 14) от центра патрона производится конической поверхностью упора 15 при обратном движении тяги 3, связанной с упором посредством направляющей втулки 6 и соединительных деталей 2, 4 и 5. Патрон крепится к станку винтами 1.

Патрон с встроенным приводом (рисунок ниже) имеет встроенный пневмоцилиндр 6 с поршнем 5 и крепится к станку фланцем 1. Резиновое кольцо 11 смягчает удары поршня о фланец 4. Уплотнительные кольца 10 и 12 обеспечивают герметичность пневмопривода. Ползуны 7 (с зажимными кулачками 8) имеют выступы 9, которые входят в пазы поршня 5. Угол наклона пазов 40,5 градуса, что обеспечивает условия самоторможения. При подаче воздуха по каналам 2 и 3 в левую или правую полость цилиндра ползуны 7 перемещаются от центра патрона или к его центру и через кулачки 8 разжимают или зажимают заготовку.

Четырехкулачковый патрон с независимым перемещением кулачков (рисунок ниже) состоит из корпуса 1, в котором выполнены четыре паза, в каждом пазу смонтирован кулачок 4 с винтом 3, используемым для независимого перемещения кулачков по пазам в радиальном направлении. От осевого смещения винт 3 удерживается сухарем 2. При повороте кулачков на 180 градусов патрон может применяться для крепления заготовок по внутренней поверхности. На передней поверхности патрона нанесены концентричные круговые риски (расстояние между рисками 10-15 мм), с помощью которых кулачки выставляются на одинаковом расстоянии от центра патрона.

Приспособление для центровки и сверления деталей типа фланцев.

Установка и крепление деталей типа фланцев на столе сверлильного станка осуществляется с помощью приспособлений, в основу которых положен обычный трехкулачковый самоцентрирующий патрон. Закрепление детали осуществляется торцевым ключом.

Подобные приспособления создают известные неудобства, так как при закреплении деталей с применением торцевого ключа заняты обе руки. Кроме того, в случае выскальзывания ключа из гнезда возможны травмы.

Рис. Приспособление для сверления отверстий в деталях типа фланцев

Ниже приводится описание приспособления, лишенного этого недостатка. Приспособление изготовлено на базе трех-кулачкового самоцентрирующего патрона. Оно состоит из основания 7, корпуса 2, улитки 7, штурвала 4, оснований кулачков 5, сменных кулачков 6 и втулки 8.

Втулка 8, соединенная с корпусом 2 и основанием 1 винтами 9, является опорой для улитки 7, которая вращается в корпусе 2 и соединена со штурвалом 4 стержнями 3. При вращении штурвала улитка также вращается, перемещая основания кулачков 5.

Корпус 2, основания кулачков 5 и улитка 7 использованы от обычного трехкулачкового патрона. Наличие штурвала 4 для перемещения кулачков значительно сокращает вспомогательное время и создает удобство в работе.

Приспособления для фрезерных станков

Должны отличаться жесткостью корпусов и солидностью зажимов вследствие прерывистого контакта зубьев фрезы с обрабатываемой поверхностью и возникновения обычно значительных сил резания.

К приспособлениям общего назначения для фрезерных станков относятся машинные тиски для закрепления обрабатываемых заготовок, делительные головки, центровые бабки, поворотные и вращающиеся круглые столы .

Универсальные делительные головки применяют в тех случаях, когда при обработке нужно периодически поворачивать обрабатываемую заготовку на определенный угол или вращать ее при фрезеровании винтовых поверхностей. Кроме того, при применении делительных головок обрабатываемой заготовке может придаваться определенное угловое положение по отношению к плоскости стола.

Универсальная делительная головка устроена следующим образом: шпиндель головки помещен в поворотной части, снабженной червячным колесом, находящимся в зацеплении с червяком. Последний через передаточный механизм, в частности, сменные зубчатые колеса, приводится во вращение рукояткой 1 с фиксатором, входящим в отверстия делительного диска 2. Для осуществления непрерывного вращения шпинделя зубчатые колеса вводят в зацепление с зубчатым колесом, находящимся на ходовом винте продольной подачи стола. Для поворота шпинделя рукояткой на требуемый угол выводят фиксатор из отверстия в делительном диске и вводят его в другое нужное отверстие.

Для фрезерования винтовых поверхностей стол станка поворачивают на угол подъема спирали и устанавливают соответствующие сменные зубчатые колеса, передаточное число которых предварительно определяют расчетом.

Обрабатываемые заготовки зажимают в патроне, помещенном на шпинделе делительной головки, или устанавливают в центра 3 и 4, один из которых вставлен в шпиндель, а другой — в пиноль центровой бабки 5, установленной на столе станка. Возможна также обработка заготовок на оправках в центрах.

Для особо точных работ применяют оптические делительные головки.

На универсально-фрезерных и на вертикально-фрезерных станках могут быть установлены вращающиеся круглые столы для обработки заготовок с механической или ручной круговой подачей.

Поворотные столы применяют при значительных программах выпуска для обработки заготовок во время установки другой заготовки, подлежащей обработке, в другой позиции.

В серийном и массовом производстве для установки и зажима заготовок широко применяют специальные приспособления.

Вспомогательные инструменты, применяемые на фрезерных станках для закрепления режущих инструментов, — это в основном оправки и патроны для фрез. В патронах зажимают фрезы с цилиндрическими хвостовиками.

Заключение

В ходе работы был составлен технологический маршрут изготовления детали, были рассчитаны основные режимы резания на примере токарной операции, нормы времени.

Деталь фланец относится к деталям типа тел вращения, включает в себя внешние и внутренние цилиндрические поверхности, торцы, фаски, пазы и отверстия, внутренние канавки. Их геометрическая форма и размеры не вызывают значительной трудности для обработки на металлорежущих станках.

Проанализировав выше рассматриваемую деталь, можно сделать вывод, что она является достаточно технологичной. Данный фланец ГОСТ 1050 — 88 изготовлен из стали 45.

Были выполнены следующие чертежи: чертеж исходной заготовки; чертеж детали (фланца); чертежи технологического процесса.

В результате получен технологический процесс, обеспечивающий необходимую точность и более выгодный для заданных условий производства.

Литература

[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/kursovoy/tehnologiya-mashinostroeniya-flanets/

1. Кожуро Л.М. Проектирование тех. Процессов в с/х машиностроении / Л.М.Кожуро, А.В.Миронович, В.В.Трисна. Мн.: БАТУ, 2009. 190с.

2. Машиностроение: энциклопедия Т-3. Технология изготовления деталей машин / А.М.Дальский [и др.] под общей ред. И.П.Сурова. М.: машиностроение 2009. 840с.

3. Некрасов С.С. Практикум и курсовое проектирование по технологии с/х машиностроения / С.С.Некрасов. М.: Мир, 2010. 240с.

4. Проектирование технологических процессов машиностроении / И.П.Филонов [и др.] ; под общ. ред. И.П.Филонова. Мн.:технопринт, 2009. 910с.

5. Справочник технолога-машиностроителя в 2-х томах. Т-1 под ред. А.М.Дальского [и тд.]. М.: машиностроение 1 2010. 912с.