Автоматизация технологического процесса изготовления штампованной поковки детали Шестерня

Potapov N M (1).docx

Министерство образования и науки Российской Федерации
Санкт – Петербургский политехнический университет Петра Великого
Кафедра Технология конструкционных материалов и материаловедение
ДИСЦИПЛИНА: «Авоматизация кузнечно-штампвочного производства»
Пояснительная записка
Автоматизация технологического процесса изготовления детали «Зажим»
(код и наименование)
(код СПбПУ и наименование)
Руководитель проекта:Кузнецов П.А.
Допущена к защите: Заведующий кафедрой
(подпись) (фамилия инициалы)

Задание.docx

Санкт-Петербургский Государственный Политехнический Университет
Кафедра «Технология конструкционных материалов и материаловедение»
НА ВЫПОЛНЕНИЕ КУРСОВОГО ПРОЕКТА
по курсу «Авоматизация кузнечно-штампвочного производства»
студенту группы 6330411 Школа И.Д.
Тема работы: Автоматизация технологического процесса изготовления детали «Барабан».
Срок сдачи студентом законченной работы:22.12.2016
Исходные данные к работе:
Техническая литература:
1.1. Сосенушкин Е.Н. Васильев К.И. Смирнов А.М. «Автоматизация робототехника и гибкие производственные системы кузнечно-штамповочного производства»: Учебник – 2-е изд. перераб. и доп. (ГРИФ) 2009. – 484 с.;
1.2. И.А. Норицын В.И. Власов. Автоматизация и механизация технологических процессов ковки и штамповки. Изд. Машиностроение Москва 1967-390 с;
1.3. Захватные устройства промышленных роботов. Учбеное пособие К.А. Украженко Ю.В. Янчевский А.А.Кулебякин А.Ю. Торопов. – Ярославль: Изд-во ЯГТУ 2007. – 83с.;
1.4. Козырев Ю.Г. Промышленные роботы: справочник. – 2-е изд. переаб. и доп. – М. Магиностроение 1988. – 392 с.: ил.
1.5.Проектирование автоматизированного производственного оборудования: Учеб. Пособие для вузовМ.М.Кузнецов Б.А. Усов В.С. Стародубов. – М.: Машиностроение 1987. – 288 с.: ил.
1.6. Автоматическая загрузка технологических машин: СправочникИ.С. Бляхеров Г.М. Варьяш А.А. Иванов и др.; Под общ. ред. И.А. Клаусова. - М.: Машиностроение 1990. – 400 с.: ил.
2 Патентная литература:
3 Электронные источники:
Содержание пояснительной записки (перечень подлежащих разработке вопросов):Реферат; Введение; Анализ конструкции детали;Выбор технологических вариантов изготовления деталей; Анализ технологии по признакам; Автоматизация технологической подготовки производства;Выбор средств автоматизации;Расчет исполнительного механизма средств автоматизации;План автоматизированного участка; Выводы;Заключение; Литература.
Примерный объем поясанительной записки 25-30 страниц машинописного текста.
Перечень графического материала: план автоматизированного кузнечно-штамповочного участка (формат А3) принципиальная схема САМ и пресс-формы (А4) чертеж исполнительного механизма средств автоматизации;(А3). Спецификации.
Консультант (эксперт):
Дата получения задания: «2» сентября 2016 г.
(подпись студента) (инициалы фамилия)

Printsipialnaya skhema zakhvatnogo ustroystva M (1).cdw

1. Общие допуски на размеры по Н12 h12
Принципиальная схема
захватного устройства

Kursovoy SAM (1).docx

TOC o "1-3" h z u Введение PAGEREF _Toc469734371 h 2
Выбор САМ для изготовления детали «Шестерня» PAGEREF _Toc469734372 h 3
Планировка цеха PAGEREF _Toc469734373 h 10
Расчет захватного клещевого устройства PAGEREF _Toc469734374 h 12
Вывод PAGEREF _Toc469734375 h 14
Список литературы PAGEREF _Toc469734376 h 15
В данной части бакалаврской работы требуется спроектировать элементы автоматизации для технологического процесса изготовления штампованной поковки детали «Шестерня». Техническая необходимость автоматизации обусловлена ограниченными возможностями оператора в высокопроизводительной технологии какой является штамповка. Необходимость в росте производительности труда повышении эффективности производства снижении себестоимости приводит к автоматизированию производства. Автоматизация позволяет не только освободить человека от ручной работы но и передать функции управления производственными процессами специальным устройствам.
Обработка металлов давлением относится к числу высокопроизводительных процессов технологии машиностроения. Процессы ковки горячей и холодной штамповки занимают ведущее место в технологическом цикле изготовления многих изделий. Данные процессы не только обеспечивают получение заготовок высокого качества и точности для последующей механической обработки но и во многих случаях являются завершающими операциями.
Основные термины и определения в области автоматизации и механизации машиностроительного производства регламентированы ГОСТ 23004-78.
Под автоматизацией технологических процессов следует понимать применение энергии неживой природы для выполнения этих процессов или их составных частей и управление ими без непосредственного участия людей осуществляемое в целях сокращения трудовых затрат улучшения условий производства повышения объема выпуска и качества продукции.
Различают следующие виды автоматизации: первичная и вторичная частичная и полная единичная и комплексная [1].
Под первичной автоматизацией понимают автоматизацию технологических процессов в которых до их проведения использовалась только энергия людей. Вторичная автоматизация- это автоматизация технологических процессов в которых до ее проведения использовалась не только энергия людей но и неживой природы.
Под частичной автоматизацией понимают автоматизацию технологических процессов при которой часть затрат энергии людей заменена затратами энергии неживой природы. При механизации управление ручное а при автоматизации- автоматическое. При полной автоматизации затраты энергии людей полностью заменены затратами энергии неживой природы.
Единичная автоматизация – это частичная (полная) автоматизация одной первичной составной части технологического процесса. При комплексной автоматизации осуществляют частичную (полную) автоматизацию двух или более первичных составных частей технологических процессов.
Выбор САМ для изготовления детали «Шестерня»
Деталь типа «Барабан» штампуется на молоте методом горячей объемной штамповки.
Материал заготовки: сталь 33ХС ГОСТ 4543-
Масса поковки: 16 кг;
Диаметр заготовки: 130 мм.
Рисунок 2.1- Деталь типа «Барабан».
Данная деталь имеет простую конфигурацию - имеет ось симметрии.
При изготовлении детали горячей объемной штамповкой типизация достигается тем что технологический процесс применительно к типу оборудования состоит из трех наборных операций: осадки и окончательной штамповки на молоте прошивки отверстия и удаления облоя на однокривошипном прессе.
Штамповочные молоты универсальны и быстроходны и позволяют производить большое количество ударов в минуту но возможности механизации и автоматизации горячей штамповки на молотах ограничены. Основная часть времени при штамповке на молотах затрачивается на выполнение вспомогательных операций т. е. на подачу нагретых заготовок на штамп установку заготовки в ручей штампа кантовку заготовки в процессе ее деформирования перекладывание заготовки из ручья в ручей удаление отштампованной поковки из ручья штампа передачу готовой поковки к обрезному прессу и др. Причем все указанные вспомогательные операции при штамповке на молотах в большинстве случаев выполняются вручную.
В таблице 2.1 представлена технологическая карта изготовления детали «Барабан» с применением возможного САМ.
Таблица 2.1- Технологическая карта изготовления детали «Барабан» с возможным применением САМ
Разделительная операция:
). Разрезка прутка на заготовки ∅ 130 мм
Нагрев заготовки 1).t=1200±50;
). Контролировать качество нагрева по показаниям приборов
).Полуметодическая толкательная печь:
-Удельный расход тепла 600 ккалкг;
). Оптический пирометр
). Осадка за два удара молота до h=80 мм
-масса падающих частей 25т;
заготовки от печи по цепному транспортеру через механизированную установку к паровоздушному
).Штамповка в окончательном ручье при t=1200-800
). Контролировать качество штамповок на соответствие чертежу
-масса падающих частей 25т
Обрезка облоя и прошивка отверстия
). Перед операцией поковку необходимо перевернуть;
). Контролировать качество обрезки по размерам кривизне величине заусенца;
). Контролировать температурные режимы
).Обрезной пресс КЖ2538
-Номинальное усилие 6300 кН;
-Ход ползуна 320 мм;
заготовки от молота по транспортеру к обрезному прессу;
). Применение механической руки для перемещения заготовки в тару.
). Контролировать периодически выборочно штамповки по геометрии размерам смещению кривизне качеству поверхностей.
). Контролировать качество штампов после изготовления партии штамповок по износу фигуры.
Термообработка и очистка от окалины
). Термическая печь;
). Пескоструйная машина
). Контролировать штамповки по качеству зачистки по глубине вычистки дефектов
). Контролировать штамповки по геометрии размерам смещению кривизне качеству поверхностей зачистки дефектов.
). Контролировать выборочно штамповки по геометрии размерам смещению кривизне глубине зачистки дефектов.
В условиях крупносерийного и массового производства к нагреву заготовок предъявляются особые требования: высокая скорость нагрева с постоянным темпом выдачи нагретых заготовок и равномерный нагрев всей партии в пределах заданных температур.
Основными операциями которые при отсутствии средств механизации выполняются нагревальщиками и их подручными являются: подъем заготовки на порог загрузочного окна или стола печи загрузка заготовок в печь проталкивание их по поду в процессе нагрева выдача нагретых заготовок из печи и передача их от печи к штамповому агрегату. Все эти операции особенно при нагреве крупных и тяжелых заготовок являются весьма трудоемкими требующими в условиях интенсивного тепловыделения печи большого физического напряжения от обслуживающего персонала.
Поэтому механизация и автоматизация операций нагрева заготовок является первоочередной задачей и непременным условием успешной работы современных горячештамповочных цехов. Механизация и автоматизация загрузки заготовок в печи улучшает условия труда и повышает производительность и является важной предпосылкой комплексной механизации и автоматизации горячей штамповки.
Наиболее простым средством механизации доставки и укладки тяжелых заготовок на стол нагревательной печи является пневматические подъемник установленный на монорельсах. Данной механизацией позволяющей облегчить труд нагревальщика при загрузке тяжелых заготовок служит механизированная установка (рисунок 2.2) состоящая из монорельса 1 электрокошки 2 и пневматического подъемника 3 [2].
Рисунок 2.2- Монорельс с пневмоподъемником и электрокошкой.
Заготовки 9 захватываются специальными захватами 8 дающими возможность при штабельной укладке брать одновременно целый ряд заготовок и переносятся на наклонный стеллаж 7. Затем по одной скатываются на рольганг 6 по которому продвигаются на стол 5 нагревательной печи 4. Включается толкатель и заготовки загружаются в печь.
Нагрев заготовки осуществляется в полуметодической печи. Прерывистое движение заготовок в рабочем пространстве реализуется за счет использования электромеханических гидравлических или пневматических толкателей (рисунок 2.3).
Рисунок 2.3- Полуметодическая печь с тактовым рычажно-гидравлическим толкателем.
С помощью рычажно-гидравлического толкателя 1 вся садка заготовок находящихся в рабочих зонах 2 и 3 перемещается на один шаг в направлении к окну выдачи 5. При этом заготовки движутся по стальным глиссажным неохлаждаемым шинам.
Подача заготовок от печи в ручей штампа осуществляется при помощи специальной установки разработанной в Ярославском моторном заводе [2].
Механизированная установка (рисунок 2.4) состоит из цепного транспортера 1 подъемного стола 7 с неподвижно укрепленным на нем наклонным лотком 2 пневматического цилиндра 10 подачи заготовок на штамп и подъемного устройства 8. Нагретые заготовки от печи в ручей штампа подаются следующим образом.
Из печи нагревальщик вытаскивает заготовку на наклонный цепной транспортер 1 которым она доставляется к штамповочному молоту. На конце транспортера имеется специальный склиз по которому заготовка попадает на наклонный лоток 2 и скатывается по нему на подвижной лоток 3 закрепленный на штоке пневмоцилиндра 10. Чтобы с подвижного лотка 3 заготовка не сваливалась на пол на переднем конце лотка установлен самооткрывающийся ограничитель 4 который открывается только при нахождении лотка над поверхностью штампа 5. Направление движения лотка осуществляется с помощью направляющих 9 которые перемещаются по вращающимся роликам 6.
Рисунок 2.4-Механизированная установка.
При нажатии штамповщиком на педаль сжатый воздух из магистрали поступает в правую полость пневмоцилиндра 10 шток с укрепленным на его конце лотком 3 двигается вперед и устанавливает лоток вместе с заготовкой над ручьем штампа. Одновременно при соприкосновении с передней стенкой штампа откидывается ограничитель 4 и заготовка укладывается в ручей штампа. После этого сжатый воздух поступает в левую полость пневмоцилиндра шток двигается назад и подвижный лоток занимает свое исходное положение для приема очередной заготовки.
Подъемный стол пневмоцилиндр с лотком направляющие с роликами и подъемное устройство смонтированы на металлическом каркасе установленном на тележке. Поэтому при наладке и смене штампов механизированная установка свободно откатывается в сторону. Регулировка стола установки по высоте осуществляется подъемным устройством 8.
Рисунок 2.5- Организация рабочего места при работе на молоте: 1- нагревательная печь; 2- цепной транспортер; 3- механизированная установка; 4- молот;
- транспортер; 6-обрезной пресс
Рассмотренная механизированная установка очень проста по устройству и универсальна по конструкции и может быть применима для подачи на штамп молота заготовок весом от 2 до 30 кг.
На рисунке 2.5 дана организация рабочего места при штамповке на молоте с применением механизированной установки. Внедрение механизированной установки позволило высвободить подсобного рабочего облегчить условия труда поднять производительность и повысить культуру производства [2].
На обрезном прессе используем механическую руку для межоперационного транспортирования (перекладчик) перемещение заготовки в тару. Это устройство имеет механические клещевые захваты.
Механическая обработка шестерни включает в себя нарезание зубьев на зубофрезерном станке фрезерную обработку и шлифование поверхностей детали. Для обработки шестерни потребуются следующие инструменты: червячная фреза торцевые фрезы и шлифовальные круги. Шероховатость при шлифовании Ra=16 мкм (получистовая) внутренних отверстий Ra=08 мкм; при фрезеровании Ra=32 мкм (получистовая).
Конструкция детали обеспечивает свободный подвод и отвод режущего инструмента.
Компоновку производственных и вспомогательных отделений и помещений производят в соответствии с последовательностью технологического процесса (склад заготовок нагрев заготовок процессы штамповки обрезка облоя термическая обработка очистка окалины правка чеканка контроль консервация склад поковок) с соблюдением прямоточности и поступательного движения грузов.
На планировке цеха должно быть показано все предусмотренное проектом оборудование. К ним относятся грузоподъемные стационарные транспортные устройства подстанции верстаки а также рабочие места проходы проезды подземные сооружения и др. Планировка должна способствовать наиболее рациональному использованию имеющейся площади цеха в отношении как взаимного расположения отделений и участков так и обеспечения необходимых проходов и проездов.
Масштаб выполнения планировок принимают: для мелких и средних цехов 1:100 для крупных цехов 1:200.
Оборудование на планировочных чертежах изображают условным контуром в масштабе в пределах габарита его движущихся частей. Рабочие места у оборудования верстаков и прочего обозначают наполовину зачерченными кружочками со светлой стороной обращенной к оборудованию. На каждой указанной на планировках единице оборудования обязательно ставят присвоенный ей проектный номер который заносят в спецификацию оборудования прилагаемую к планировке цеха.
В данном кузнечно-штамповочном цехе (рисунок 3.1) в качестве производственного оборудования используем пламенную полуметодическую печь (1); молот (2) с массой падающих частей 25 тонн; обрезной пресс (3) усилием 63 МН.
Простым средством механизации доставки и укладки тяжелых заготовок на стол нагревательной печи является пневматические подъемник установленный на монорельсах (9). Данной механизацией позволяющей облегчить труд нагревальщика при загрузке тяжелых заготовок служит механизированная установка (рисунок 2.2) состоящая из монорельса 1 электрокошки 2 и пневматического подъемника 3 [2].
В качестве САМ используем цепной транспортер (8) механизированную установку (7) транспортер (5) что позволяет перемещать поковку между операциями. Возле обрезного пресса устанавливаем захватное клещевое устройство которое перемещает заготовку в тару для поковок (5).
Планировка цеха и размещение производственного оборудования должны обеспечить технологический процесс с минимальным количеством возвратных или пересекающихся грузопотоков. Расстояния между единицами оборудования оборудованием и частями зданий принимают в зависимости от типа и мощности оборудования габарита изготовляемой продукции и межоперационных транспортных средств они должны соответствовать нормам технологического проектирования.
Расстояние между нагревательным устройством и молотом принято принимать а=8-20 м между молотом и обрезным прессомб=1-3 м между оборудованиями и осью колонн А=6-10м.
Рисунок 3.1- Участок молот.
Расчет захватного клещевого устройства
Клещевые захватные органы находят преимущественно применение для штучных деталей имеющие габаритные размеры и массу [5].
Как упоминалось ранее в данной части бакалаврской работы используем механическую руку с клещевым захватным органом.
На рисунке 4.1 показана принципиальная схема захватного органа. Удержание заготовки происходит за счет сил трения между захватными органами (губками) и заготовкой. При этом необходимая сила нормального давления создается специальным самостоятельным пневматическим устройством.
Рисунок 4.1- Схема клещевого захватного органа
Расчет приводных клещевых захватных органов сводится к определения расчетного усилия захвата на губках для создания рабочей нагрузки и нахождению необходимого рабочего усилия на штоке силового устройства. Расчетное усилие захвата Qр.з. для схемы на рисунке 3.1 определяется из условия рабочая нагрузка Qз уравновешивается силами трения от сил нормального давления QN [3]:
где Qз- рабочая нагрузка для захватного органа; -угол профиля захвата; - коэффициент запаса учитывающий динамические нагрузки которые могут возникнуть при перемещении заготовки и принимаемый равным 13-16; -коэффициент трения равный для стали по стали со слабой смазкой 01-012.
Силы трения возникающие в месте контакта заготовки с губками были больше веса заготовки в связи с тем что вес заготовки может колебаться в некоторых пределах силы трения должны превышать вес с некоторым запасом (10%).
где G- вес заготовки равный 160 Н.
Нормальная сила определяется по формуле:
Qр.з.=2225sin30°=11125 Н
Таким образом для удержания нашей заготовки необходимо приложить усилие 11125 Н.
В данной части бакалаврской работы была разработана автоматизация для технологического процесса изготовления поковки детали «Барабан». Тем самым решили следующие задачи:
Повысили безопасность и уменьшили тяжесть труда при автоматизации технологического процесса роль рабочего сводится к периодической нагрузке накопительного устройства заготовками наблюдению за работой машины ее контрольных устройств первоначальной наладке автоматизированного агрегата;
Повысили качество нагрева заготовок в результате обеспечения постоянства темпа выдачи;
Уменьшение времени сортировки заготовки и отхода металла.
И.А. Норицын В.И. Власов. Автоматизация и механизация технологических процессов ковки и штамповки. Изд. Машиностроение Москва 1967.-390 с;
Сосенушкин Е. Н. Васильев К. И. Смирнов А. М. «Автоматизация робототехника и гибкие производственные системы кузнечно-штамповочного производства»: Учебник – 2-е изд. перераб. и доп. (ГРИФ) 2009. – 484с;
Захватные устройства промышленных роботов. Учебное пособие К.А. Украженко Ю.В. Янчевский А.А. Кулебякин А.Ю.Торопов. – Ярославль : Изд-во ЯГТУ 2007. - 83 с.

Avtomatizatsia tsekha (1).cdw

кузнечно-штамповочного
Заготовительное отделение