Разработка технологического процесса обработки шатуна

ОК-12.cdw

Обозначение программы
Наименование операции
ГОСТ 3.1404-86 форма 3
Сталь 45Г2 ГОСТ 4543-80
При виконанні операції користуватися захисними очками
Шліфувати поверхню 4
ПР. Універсальний пристрій
Б. Перевстановити заготовку
Технологічний процес виготовлення шатуна.
Шліфувати поверхню 5
Шліфувати поверхню 6
Коло шліфувальне ПП 50х30х40 4А20СМ28К5ППС 40 15

КЭ2.cdw

Растачивание отв верхн гол.cdw

ОК-13.cdw

Вертикально-свердлувальний
Обозначение программы
Наименование операции
ГОСТ 3.1404-86 форма 3
Сталь 40Г2 ГОСТ 4543-80
При виконанні операції користуватися захисними очками
ПР. Універсальний пристрій
Технологічний процес виготовлення шатуна.

ОК-4.cdw

Горизонтально-свердлувальний
Обозначение программы
Наименование операции
ГОСТ 3.1404-86 форма 3
Сталь 45Г2 ГОСТ 4543-80
При виконанні операції користуватися захисними очками
Технологічний процес виготовлення шатуна.
ПР. Універсальний пристрій

КЭ1.cdw

ОК-1.cdw

Горизонтально-протяжний
Обозначение программы
Наименование операции
ГОСТ 3.1404-86 форма 3
Сталь 45Г2 ГОСТ 4543-80
При виконанні операції користуватися захисними очками
Технологічний процес виготовлення шатуна.
ПР. Універсальний пристрій
Протягнути поверхню 8
Протягнути площину 1 з точністю 0
Протягнути поверхню 3 з точністю 0

ТЛ.cdw

МК-2.cdw

Код. наименование операции
Код. наименование оборудования
Обозначение документа
сб. единицы или материала
ГОСТ 3.1118-82 форма 1б
Вертикальний хонінгувальний 3Б833
Технологічний процес вигоовлення шатуна.

ОК-121.cdw

КЭ.cdw

МК-1.cdw

Код. наименование операции
Код. наименование оборудования
Обозначение документа
ГОСТ 3.1118-82 форма 1
Сталь 40Х ГОСТ 4543-71
Горизонтально-протяжний напівавтомат 7Б55
Фрезерний багатобічний автомат
Горизонтально-свердлувальний напівавтомат
Технологічний процес виготовлення шатуна.
Вертикально-свердлувальний напівавтомат

КЭ3.cdw

Сверлильная.cdw

Шлифование торцов.cdw

Чистовик.doc

Пояснительная записка содержит: 31 страницу 1 таблицу и 2 рисунка.
Объектом проектирования является технологический процесс изготовления шатуна.
В ходе проекта выполнен подбор заготовки разработан маршрутный процесс изготовления шатуна подобрано технологическое оборудование измерительный инструмент станочные приспособления рассчитаны основные режимы резания.
МАРШРУТ ОБРАБОТКИ ОПЕРАЦИЯ ФРЕЗА ХОНГ КРУГ ШЛИФОВАЛЬНЫЙ ПОДАЧА СКОРОСТЬ РЕЗАНИЯ СИЛА РЕЗАНИЯ ПРИСПОСОБЛЕНИЕ ИНСТРУМЕНТ.
Анализ технологичности конструкции 6
Выбор технологических баз 7
Разработка маршрутного технологического процесса 8
1 Выбор технологического оборудования 11
2 Выбор приспособлений 13
3 Выбор измерительного инструмента 13
Расчёт режимов механической обработки 13
1 Расточная обработка 13
3 Хонингование отверстия нижней головки шатуна 16
4 Растачивание отверстия верхней головки шатуна 17
Нормирование технологического процесса 19
Список литературы 22
Комплект технологической документации 23
На современном этапе развития автомобильной промышленности когда количество марок автомобилей на предприятиях и у населения непрерывно возрастает а стоимость новых запчастей остается высокой возникает необходимость изготавливать мелкие детали собственными силами предприятий.
Силами предприятий не специализирующихся на изготовлении детали (что соответствует единичному производству) возможно изготовить несложные по технологическим признакам детали. Этим объясняется выбор детали для рассмотренного проекта.
В данном курсовом проекте производится проектирование технологического маршрута изготовления шатуна с разработкой основных режимов обработки и подбором оборудования и измерительного инструмента. В заключение приведена технологическая документация.
Анализ технологичности конструкции
Шатуны являются передаточными звеньями шатунно-кривошипных механизмов различных машин в основном поршневых двигателей внутреннего сгорания и компрессоров. Связывая поршень (или ползун) с коленчатым валом шатун служит у двигателей для преобразования поступательно-возвратного движения поршня (или ползуна) во вращательное движение коленчатого вала и для передачи усилия поршня на шатунную шейку коленчатого вала. При работе машины шатун находится под действием знакопеременных сил: вдоль шатуна от суммирования рабочей нагрузки и слагающих сил инерции; в поперечном направлении от других слагающих сил инерции. У быстроходных машин действие силы обретает характер ударов. Для сопротивления действующим силам и уменьшения влияния сил инерции шатун должен иметь достаточную жесткость прочность и возможно меньший вес.
Общность служебного назначения определяет и основную общность конструкции различных шатунов характеризуемую наличием большой (кривошипной) и малой (поршневой) головок соединенных стержнем. Однако конструкция этих основных частей шатунов бывает различна. У большинства шатунов кривошипные головки работают на шейках коленчатых валов с трением скольжения и для возможности сборки с коленчатым валом делаются разъемными. У некоторых шатунов например для мотоциклетных двигателей кривошипные головки работают с трением качения и выполняются неразъемными.
У больших шатунов кривошипная головка часто делается не только разъемной но дополнительно еще и отьемной от стержня шатуна. У некоторых в основном больших шатунов поверхность отверстия большой головки имеет слой залитого антифрикционного сплава у других — она подготовляется под вкладыши с внутренней поверхностью из антифрикционного сплава. У шатунов автотракторных двигателей кривошипные головки больших размеров часто делают с косым разъемом для того чтобы облегчить продевание большой головки через цилиндр двигателя при монтаже шатуна на коленчатом валу.
Крышку (разъемную часть большой головки) ориентируют относительно верхней неразъемной части головки по специальным уступам на поверхностях стыка обеих частей головки но чаще более экономичным способом — при помощи призонных болтов. Крышки головок шатуна не взаимозаменяемы и окончательно обрабатываются в сборе с шатуном так как достижение требуемой высокой точности их соединения с неразъемной частью головки методами взаимозаменяемости пока неэкономично. Поршневая головка у малых шатунов обычно неразъемна и в нее запрессовывают бронзовые или биметаллические (сталь — бронза) тонкостенные втулки. У ряда больших шатунов малые (поршневые) головки конструируют со вставными вкладышами укрепляемыми специальными клиньями. У шатунов быстроходных машин вверху малых головок а в некоторых конструкциях и внизу разъемной части больших головок (крышек шатуна) предусматриваются бобышки для съема металла при подгонке шатунов по весу.
Стержни малых шатунов в большинстве случаев имеют двутавровое сечение и лишь у некоторых изготовляемых в малых количествах шатунов — круглое сечение. У больших шатунов стержни имеют круглое или двутавровое сечение. В некоторых конструкциях шатунов имеется длинное маслопроводящее отверстие проходящее из большой головки в малую через стержень шатуна.
Шатуны изготовляют из конструкционных среднеуглеродистых и легированных сталей.
Заготовки шатунов автомобильных двигателей в условиях крупносерийного и массового производства получают штампованием на штамповочных молотах и кривошипных прессах. В массовом производстве более производительно предварительно формировать заготовки шатунов на ковочных вальцах и окончательно штамповать на кривошипных прессах. Заготовки изготовляют целыми вместе с крышкой отрезаемой при механической обработке или с отдельной крышкой. При первом способе уменьшается расход металла и число штампов но зато требуются штамповочное оборудование большей мощности более сложные штампы и дополнительные операции механической отрезки крышки. Выбор варианта решается технико-экономическим расчетом. Отверстия в больших головках обычно получают в заготовках с припуском на обработку. Отверстия малых головок заготовок шатунов или прошивают в заготовках или получают их механической обработкой. Штампованные заготовки шатунов и крышек могут подвергаться калиброванию и чеканке. Калибрование повышает точность заготовки по всему профилю уменьшая погрешности установки заготовки на первых операциях механической обработки и дает меньшую разновесность заготовки что позволяет получить не только более высокое качество шатуна но и уменьшение трудоемкости его механической обработки путем съема меньшего количества металла. Чеканка торцов заготовок шатунов и крышек позволяет исключить операцию предварительной обработки торцов режущим инструментом и заменить ее только шлифованием. Перед механической обработкой заготовки шатунов и крышек обычно подвергают термической обработке примерно до НВ 207—289.
Исходя из вышеперечисленных вариантов получения заготовок принимаем цельную заготовку без крышки получаемую штампованием на штамповочных молотах и кривошипных прессах.
Выбор технологических баз
При выборе технологических баз следует совмещать конструкторскую технологическую и измерительную базы т.е. применить принцип единства по ГОСТ 21495-76. Необходимо также стремиться к использованию одной и той же базы.
Обычно принимают сочетание торов большой и малой головок с одной заранее отмеченной стороны шатуна за установочную технологическую базу обрабатывают опорную и направляющую технологические базы в качестве которых обычно выбирают боковые поверхности большой головки и в ряде случаев специальные площадки на наружной поверхности малой головки.
Исходя из этого для обработки шатуна в технологических операциях принимаем схему базирования изображенную на рисунке 1.
Рисунок 1 Схема базирования
При обработке для того чтобы лишить шатун подвижности используют призмы и опору на плоскость базовой поверхности. При использовании этой схемы обеспечивается достаточная неподвижность детали и отсутствие деформации при закреплении.
Разработка маршрутного технологического процесса
Исходя из геометрических размеров детали разбиваем ее на элементарные поверхности каждой из которых присваивается номер (рисунок 2) и назначаются виды обработки.
Таблица 1 – Виды обработки поверхностей детали
Технологические базы
Предварительное шлифование торцовых поверхностей поршневой (67) и кривошипной (45) головок шатуна с двух сторон последовательно
Торцовые плоскости головок
Протягивание площадок под головки болтов (10)
Наружный контур поршневой и кривошипной головок и шлифованные торцовые плоскости
Продолжение таблицы 1
Протягивание в кривошипной головке шатуна плоскостей разъёма (1) и полуокружностей гнёзд вкладышей (3)
Установочные боковые площадки поршневой и кривошипной головок и площадки весовых бобышек
Предварительная обработка отверстий (9) под болты шатуна и отверстия (2) в поршневой головке фрезерование паза (11) под замок вкладыша
Шлифование плоскости разъёма шатуна (1)
Отверстия в поршневой и кривошипной головках
Окончательное развёртывание отверстий (9) под болты совместно в шатуне и крышке
Установочные боковые площадки и отверстия в поршневой и кривошипной головках
Окончательное шлифование торцовых плоскостей кривошипной (45) и поршневой (67) головок с двух сторон одновременно
Стержень шатуна установочные площадки и отверстия в поршневой и кривошипной головках
Окончательная обработка отверстия в поршневой головке (2) под втулку получистовое растачивание отверстия (3) в кривошипной головке совместно с крышкой запрессование и уплотнение втулки
Торцы поршневой головки торец кривошипной головки и отверстия в кривошипной головке
Тонкое растачивание отверстий в кривошипной головке (3) совместно с крышкой и во втулке поршневой головки (2)
Подгонка шатунов по массе
Хонингование отверстия (3) в кривошипной головке
Торцы поршневой и кривошипной головок отверстие в поршневой головке
Назначаем технологические переходы обработки детали:
Протянуть плоскость 1 и полуокружность 3 с точностью 005-01 мм.
Шлифовать поверхности 4 5 6 и 7 до соответствия 7-му классу точности.
Шлифовать плоскость 1 до шероховатости 25.
Шлифовать плоскости 4 5 6 и 7 до шероховатости 125.
Фрезеровать паз 11 на поверхности 1.
Сверлить отверстия 9 и 2.
Развёртывать отверстие 9.
Зенкеровать отверстие 2.
Растачивать отверстие 3.
Тонко растачивать отверстия 3 и 2.
Хонинговать отверстие 3.
На основании разработанных технологических переходов предварительно назначаем технологический маршрут обработки детали:
Рисунок 2 Эскиз шатуна
1 Выбор технологического оборудования
Выбор оборудования производится с учетом разработанного маршрута технологического процесса обработки детали.
Протягивание выполняем на горизонтально-протяжном полуавтомате для внутреннего протягивания 7Б55 со следующими параметрами:
Номинальная тяговая сила кН 100;
Размер отверстия в планшайбе мм 155;
Скорость рабочего хода протяжки ммин. 15-115;
Мощность электродвигателя кВт 185;
Габаритные размеры мм:
Для предварительного чистового растачивания используем токарный станок 1М61 с применением приспособления для центровки нижней головки шатуна. Характеристики станка:
Максимальный диаметр обрабатываемой детали над станиной мм 320;
Число оборотов шпинделя мин-1 125 2000;
Подача суппорта ммоб.:
Количество ступеней подач суппорта 24;
Мощность электродвигателя кВт 3.
Для расточки используется расточной резец 2140-0001 ГОСТ 18882-73 с углом в плане g=60° с пластинами из твёрдого сплава Т15К16.
Тонкое растачивание отверстий производят на горизонтально-расточном станке 2М615 со следующими характеристиками:
Диаметр выдвижного шпинделя мм 80;
Размеры поворотного стола мм 900х1000;
Наибольшее перемещение шпинделя мм 800;
Частота вращения шпинделя мин-1 20-1600;
Частота вращения планшайбы мин-1 8-200;
Подача шпинделя мммин 25-2000;
Мощность электродвигателя кВт 45;
Габариты мм 4330х2590х2585.
Для шлифования используется токарный станок 3А228 с использованием шлифовального круга вместо резца и приспособления для центровки нижней головки шатуна.
Диаметр обрабатываемых отверстий мм:
Наибольшая длина шлифования мм 125;
Пределы рабочих подач стола ммин 210;
Пределы чисел оборотов изделия мин-1 1801200;
Пределы чисел оборотов шлифовального круга мин-1 840024400;
Пределы поперечных подач изделия мммин. 00512;
Наибольшие размеры шлифовального круга мм 8050;
Мощность электродвигателя кВт 8275.
При внутреннем шлифовании используют шлифовальный круг типа переключения передач диаметром 50 мм высотой 30мм и зернистостью 4010 материал круга 4А20СМ28К5ПСС4015.
При окончательной обработке используется вертикальный хонинговальный станок модели 3Б833. Характеристики станка:
Наибольший диаметр обрабатываемого отверстия мм 145;
Наименьший диаметр обрабатываемого отверстия мм 675;
Число оборотов шпинделя мин-1 155400;
Скорость возвратно-поступательного движения мммин. 81155;
Мощность электродвигателя кВт 28.
Хонингование производится брусками АС4125100-М1-100% установленными в хонинговальной головке плавающего типа.
2 Выбор приспособлений
При выборе оборудования для каждой технологической операции необходимо учитывать назначение обработки габаритные размеры деталей размер партии обрабатываемых деталей расположение обрабатываемых поверхностей требования к точности и качеству обрабатываемых поверхностей.
Для проверки и правки используется универсальное приспособление. Изгиб правится скобой до устранения дефекта при скручивании шатун правится при помощи винтового приспособления. Для контроля используют набор щупов 001045 мм.
3 Выбор измерительного инструмента
При расточке размеры контролируются индикаторным нутромером с ценой деления 10 мкм и пределами измерений 5075 мм.
При шлифовании и хонинговании контроль отверстия производится нутромером индикаторным цена деления 10 мкм пределы измерений 50100 мкм.
Для контроля величины отверстия в верхней головке шатуна пользуются нутромером индикаторным с ценой деления 10 мкм и пределами измерения 1835 мм.
Расчёт режимов механической обработки
При обработке деталей на металлорежущих станках элементами режима обработки является: глубина резания подача скорость резания мощность резания.
1 Расточная обработка
Обрабатываем отверстие нижней головки шатуна. Глубина резания t при черновой обработке равна или кратна припуску z на выполняемом технологическом переходе. При чистовой обработке (Ra25) глубина резания принимается в пределах 0104 мм. После назначения глубины резания t=01 мм назначаем подачу из числа существующих в характеристике станка S=01 ммоб.
Скорость резания v рассчитывается по формуле:
где Сv m Т – период стойкости режущего инструмента; Kv – поправочный коэффициент учитывающий условия обработки которые не учтены при выборе Cv.
Период стойкости режущего инструмента Т принимаем равным 60 минутам. Поправочный коэффициент Kv рассчитываем по формуле:
где Kmv=167 – коэффициент учитывающий механические свойства обрабатываемого материала; Knv=1 – коэффициент учитывающий состояние поверхности заготовки; Kyv=1 коэффициент учитывающий главный угол резца в плане; Ky1v =09 – коэффициент учитывающий вспомогательный угол резца в плане; Krv =1 – коэффициент учитывающий радиус при вершине режущей части резца; Kqv =091 – коэффициент учитывающий размеры державки резца; Kov =1 – коэффициент учитывающий вид обработки; Kuv =09 – коэффициент учитывающий вид материала режущей части инструмента.
Определим скорость резания по формуле (5.1):
По расчётному значению скорости резания определяется частота вращения шпинделя с закреплённым резцом:
где dд – диаметр детали (отверстия) мм.
Максимальная частота вращения шпинделя станка равна 450 об.мин. Принимаем частоту вращения шпинделя близкую к расчётной n=350 об.мин.
Тогда скорость обработки рассчитывается по формуле:
Рассчитанные элементы режима резания необходимо проверить по мощности электродвигателя станка. Мощность резания определим по формуле:
где рz – составляющая силы резания.
где Срz Крz – поправочный коэффициент учитывающий условия обработки неучтённые коэффициентом Срz:
где КMрz=068 – коэффициент учитывающий качество обрабатываемого материала; Кjрz=1 – коэффициент учитывающий главный угол в плане режущей части инструмента; Кyрz=094 – коэффициент учитывающий передний угол режущей части инструмента; Кpрz=11 – коэффициент учитывающий угол наклона лезвия; КRрz=1 – коэффициент учитывающий влияние радиуса при вершине резца.
Коэффициент КRрz не учитываем т.к. сталь резца не быстрорежущая.
Н – составляющая силы резания.
кВт – мощность резания.
Мощность резания приведённая к валу электродвигателя должна быть равна или несколько меньше мощности электродвигателя станка.
Условие выполняется: NрNэ
Чистовое шлифование отверстия нижней головки шатуна. При шлифовании периферией круга с радиальной подачей (врезное шлифование) мощность определяется по формуле:
где d – диаметр шлифования мм; b – ширина шлифования мм; v'd – скорость вращательного движения детали об.мин; Sp – перемещение шлифовального круга в радиальном направлении мин.об. Сn r y q z – поправочный коэффициент и степени для табличных условий работы.
Условие выполняется: NрNэст
3 Хонингование отверстия нижней головки шатуна.
Определяем скорость резания по формуле:
где vв – скорость вращательного движения хона об.мин.; vв-п – скорость возвратно-поступательного движения хона ммин.
где D=634 мм – диаметр хонингуемого отверстия; n=155 об.мин. – частота вращения шпинделя станка.
где nвх=10 ходмин. – число двойных ходов хона; Lх=015 м – длина хонга;
Мощность при вращательном движении определяется по формуле:
где Рх – осевая составляющая силы резания м.
где fх – коэффициент трения резания; р – давление брусков Па; S – площадь контакта одного бруска с обрабатываемой поверхностью м2; n – количество брусков в хоне ед;
Условие выполняется: NвNэст
4 Растачивание отверстия верхней головки шатуна
Протачиваем отверстие верхней головки шатуна до необходимого размера. Глубина резания t при черновой обработке равна или кратна припуску z на выполняемом технологическом переходе. При чистовой обработке (Ra25) глубина резания принимается в пределах 0104 мм. После назначения глубины резания t=01 мм назначаем подачу из числа существующих в характеристике станка S=01 ммоб.
где Kmv=167 – коэффициент учитывающий механические свойства обрабатываемого материала; Knv=1 – коэффициент учитывающий состояние поверхности заготовки; Kуv=1 коэффициент учитывающий главный угол резца в плане; Kу1v=09 – коэффициент учитывающий вспомогательный угол резца в плане; Krv=1 – коэффициент учитывающий радиус при вершине режущей части резца; Kqv=091 – коэффициент учитывающий размеры державки резца; Kоv=1 – коэффициент учитывающий вид обработки; Kuv=09 – коэффициент учитывающий вид материала режущей части инструмента;
Определим скорость резания по формуле (5.14):
где dД – диаметр детали (отверстия) мм;
Максимальная частота вращения шпинделя станка равна 2000 об.мин. Принимаем частоту вращения шпинделя близкую к расчётной n=850 об.мин.
где Срz Крz – поправочный коэффициент учитывающий условия обработки неучтённые коэффициентом Срz.
где КMрz=068 – коэффициент учитывающий качество обрабатываемого материала; Кjрz=1 – коэффициент учитывающий главный угол в плане режущей части инструмента; Кyрz=094 – коэффициент учитывающий передний угол режущей части инструмента; Кpрz=11 – коэффициент учитывающий угол наклона лезвия; КRрz=1 – коэффициент учитывающий влияние радиуса при вершине резца;
Коэффициент КRрz не учитываем т.к. сталь резца не быстрорежущая;
Н – составляющая силы резания;
Условие выполняется: NрNэ:
Нормирование технологического процесса
Норма времени включает ряд элементов: tо – основное время; tв – вспомогательное время; tорм – время обслуживания рабочего места; tп – время перерыва на отдых; Tп-з – подготовительно-заключительное время.
Основное время – время в течение которого происходит изменение размеров формы и свойств обрабатываемых поверхностей детали.
Вспомогательное время включает две составляющие: время на установку и снятие детали и время связанное с переходом.
Время обслуживания рабочего места и время перерыва на отдых принимается в процентах от оперативного времени которое равно сумме основного и вспомогательного времени.
Подготовительно-заключительное время даётся на партию и не зависит от величины этой партии.
Штучно-калькуляционное время определяется по формуле:
где n – размер партии деталей.
Размер партии определяется по формуле:
где N=20000– производственная программа; D Dp – число рабочих дней в году;
Расточная обработка отверстия нижней головки шатуна:
где Lp n – частота вращения детали об.мин.; S – подача инструмента за один оборот детали ммоб;
где tву - вспомогательное время на установку-снятие; tвп - вспомогательное время связанное с переходом;
Растачивание отверстия верхней головки шатуна:
Шлифование отверстия нижней головки шатуна:
где Lp h – припуск на диаметр мм; K3 – коэффициент ходов; nD – частота вращения детали об.мин.; Sпр – глубина шлифования мм;
Хонингование отверстия нижней головки шатуна:
где z – припуск на диаметр мм; b – толщина слоя металла снимаемого за двойной ход хона мм;
Единый тарифно-квалификационный справочник работ и профессий рабочих. – М.: Машиностроение 1986 г.
Иванов В.Б. Справочник по нормированию труда на автомобильном транспорте. – Киев: Техника 1991 г.
Малдык Н.В. Зелкин А.С. Восстановление деталей машин: Справочник. – М.: Машиностроение 1989 – 420 с.
Основы технологии производства и ремонта автомобилей: Метод. указания.Сост. А.Д. Полканов ВоГТУ: - Вологда 1999 г.
Справочник технолога авторемонтного производства.Под редакцией Г.А. Малышева. – М.: Транспорт 1977 г.
Справочник технолога-машиностроителя. Т. 1Под редакцией А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. – М.: Машиностроение 1972 г.
Справочник технолога-машиностроителя. Т. 2Под редакцией А.Н. Малого. – М.: Машиностроение 1972 г.