Технология изготовления детали 'Шатун'

Чертеж по АПП.cdw

Сталь 45 ГОСТ 1050-88
Неуказанные предельные отклонения размеров по h14
Непараллельность осей отверстий кривошипной и поршневой
Погрешность формы отверстий кривошипной и поршневой
головок должна быть в пределах 0

Чертеж_Линия.cdw

Автоматическая линия
Длительность такта выпуска - 14
Техническая производительность линии - 4.145 штчас

АПП_Моё1.DOC

Наиболее прогрессивным методом обработки для массового типа производства является автоматическая линия.
Реальные условия использования автоматической линии отличаются от проектируемых и поэтому их возможности по производительности надежности точности и другим показателям в ряде случаев используются в эксплуатации не полностью. Повышения эффективности автоматической линии можно достичь определением времени простоев и за счет этого доли полного использования конструктивно-технологических возможностей оборудования. Когда линия освоена и ее производительность приближается к проектной добиваются ритмичности выпуска и дополнительного повышения производительности внедрением организационно-технологических мероприятий основанных на результатах чета простоев и оперативного анализа их причин.
Автоматическая линия предназначена для автоматизации массового и крупносерийного производства в разных отраслях промышленности.
Автоматическая линия – система (автоматических машин комплекс основного и вспомогательного оборудования) выстроенных в определенной технологической последовательности с заданным ритмом которая выполняет вес процесс (или часть) изготовления или переработке продукции производства.
Анализ конструкции детали.
Шатун входит в состав сборочной единицы «Поршень с шатуном в сборе» являющийся сборочной единицей компрессора. Поршень совершает возвратно-поступательное движение в гильзе запрессованной в цилиндр. На поршень надеты два поршневых и одно маслосъемное кольца. При движении поршня вниз в цилиндре создается разряжение. Всасывающий клапан открывает отверстие в диске и воздух поступает в камеру цилиндра. При движении поршня вверх воздух сжимается. Под действием сжатого воздуха открывается нагнетательный клапан и воздух через отверстия диска и отверстия в головке цилиндра поступает в систему. Возвратно-поступательное движение поршень получает от коленчатого вала через шатун. Верхняя головка шатуна соединена с поршнем пальцем который предохранен от продольного смещения запорными кольцами. Нижняя головка сидит на выступе коленчатого вала и предохранена от продольного смещения гайкой и шплинтом.
Деталь – шатун является передаточным звеном шатунно-кривошипных механизмов различных машин в основном поршневых двигателей внутреннего сгорания в нашем случае компрессора. Связывая коленчатый вал с поршнем шатун служит для преобразования вращательного движения коленчатого вала в поступательно-возвратное движение поршня и для передачи усилия коленчатого вала на поршневую шейку поршня.
Рис. 1 Эскиз делали «Шатун».
Несмотря на свое значительное многообразие эта деталь содержит ограниченный набор поверхностей:
Основными базами данной детали являются посадочное отверстие 31Н7 (поз.1) и торцевая поверхность кривошипной и поршневой головок (поз. 3). Посадочное отверстие 31Н7 служит для запрессовки шарикоподшипника через который осуществляется соединение с коленчатым валом. Шероховатость поверхностей: отверстия - Rа 063 мкм. а базового торца – Ra 16 мкм.
В качестве вспомогательных баз этой детали выступают посадочное отверстие 11Н7 (поз. 2) и противоположная торцевая поверхность кривошипной и поршневой головок (поз. 4) с шероховатостью Rа 16 мкм. Посадочное отверстие 11Н7 служит для запрессовки втулки через которую по средствам пальца шатун соединяется с поршнем. Шероховатость посадочного отверстия – Ra 08 мкм.
Остальные поверхности: отверстие М4х12 (поз. 5) фаски в отверстии кривошипной головки 1х45° (поз. 9 10); фаски в отверстии в поршневой головке 1х45° (поз. 7 8) паз для установки разбрызгивателя шириной 3 мм а так же боковые поверхности весовой бобышки (поз. 6) имеющие шероховатость поверхности Ra 32. Отверстие М4х12 предназначено для установки винта с целью создания требуемого натяга в сочленении шатун – шарикоподшипник. Фаски снимаются с обоих торцов отверстия для облегчения установки и запрессовки сопрягаемых деталей при сборке.
Шатун изготовляется из стали марки Сталь 45 ГОСТ 1050-88 и имеет следующие свойства:
Механические свойства стали 45
закалка 840° (вода) отпуск 400°
Модуль упругости стали Е=200000 МПа.
Модуль сдвига стали G=74000 МПа.
Плотность стали ρ=7850 кгм3.
Химический состав (%) стали 45
Начала 1250 конца 700. Сечения до 400 мм охлаждаются на воздухе.
Склонность к отпускной способности
Флокеночувствительность
В качестве материала-заменителя могут выступать: Сталь 40Х Сталь 50 Сталь 50Г2.
Согласно программе КОМПАС-3D масса детали составляет – 0112 кг.
Разработка технологии изготовления.
Форма и размеры заготовки должны обеспечивать минимальную металлоемкость и достаточную жесткость детали а также возможность применения наиболее прогрессивных производительных и экономичных способов обработки на станках.
Заготовки деталей подобной формы при серийном их выпуске обычно получают штамповкой в открытых штампах на молотах или кривошипных горячештамповочных прессах. Штамповка на КГШП обеспечивает изготовление относительно точных паковок без сдвига в плоскости разъема у которых припуски на 30% меньше чем у заготовок получаемых на молотах. Производительность штамповки на прессах в 15 2 раза выше чем на молотах; работа происходит без ударов. На прессах штампуют и прошивают отверстия. Штамповки получаемые на КГШП позволяют несколько снизить объем механической обработки и обеспечивают коэффициент использования материала в пределах .
Определим основные конструктивные характеристики штампованной заготовки по табл. 23 [4]:
Класс точности. При штамповке на КГШП в закрытых штампах можно получить классы точности Т2 и Т3. Принимаем класс точности Т3.
Группа стали заготовки – М2 (содержание углерода 035-056%).
Степень сложности заготовки – С2.
Масса поковки находится в пределах до 05 кг.
По этим данным по табл. 27 [14] определяем исходный индекс для назначения допусков и допускаемых отклонений он равен 3.
По табл. 28 ([14] стр. 259) определяем для 3-го исходного индекса значения предельных отклонений на размеры штампованной заготовки:
для размеров до 40 мм
для размеров 40-120 мм.
По ГОСТ 7505-74 определим величины припусков на сторону:
мм для размеров до 50 мм;
мм для размеров 50-120 мм;
Спроектируем чертеж заготовки. С учетом припусков расчетная масса заготовки составит кг. Далее на чертеже указывается перечень различных технических требований.
Ориентировочная стоимость заготовки по методике [3 с.31-39] составит руб.:
где Сб – базовая стоимость 1 т штамповок руб.; Сб = 373 [3 с.37];
Мз – масса заготовки кг; Мз = 015 кг;
Мд – масса готовой детали кг; Мд = 0112 кг;
КТ КС КВ КМ и КП – коэффициенты зависящие от класса точности группы сложности массы марки материала и объема производства КТ = 1 для штамповок нормальной точности по ГОСТ 7505-74 [3 с.37]; КМ = 1 – для нелегированных сталей [3 с.37]; КС = 084 и КВ = 2 табл. 2.12 [3 с.38]; КП = 1 табл. 2.13 [3 с.38];
Сотх – цена 1 т отходов руб. Сотх = 27 табл. 2.7 [3 с.32].
С учетом значений параметров:
Стоимость заготовки полученной на молоте в связи с увеличением припусков и общей массы окажется несколько выше и составит:
Мз – масса заготовки кг; Мз = 016 кг;
Следовательно наиболее рациональным способом получения заготовки допустимо считать штамповку на КГШП. К тому же сравнивая коэффициенты использования материала - для молота и - для КГШП приходим к выводу что вариант получения заготовки на КГШП является наиболее экономичным и его следует считать наиболее приемлемым.
2. Составление технологического маршрута обработки. Расчет режимов обработки. Нормирование операций.
При разработке технологического маршрута обработки заготовки главной задачей является формулировка содержания каждой технологической операции и составление последовательности их выполнения. От логического порядка выполнения операции во многом зависит качество производительность и экономичность обработки детали.
При обработке шатуна используются высокопроизводительные станки. На фрезерных операциях используется вертикально-фрезерный станок с ЧПУ модели 6Р13Ф2 и горизонтально-фрезерный станок модели 6Р80Г. На сверлильных операциях применяется радиально-сверлильный станок с ЧПУ модели 2Н55Ф2 и горизонтально-расточной станок с ЧПУ модели 2М614Ф1. На отделочных операциях применяется оборудование: на плоскошлифовальной операции – плоскошлифовальный станок с ЧПУ модели 3Б740ВФ2 и на хонинговальной операции – вертикально-хонинговальный станок модели 3Г833.
Маршрут обработки шатуна приведен ниже.
Определим режимы резания и пронормируем все операции представленные в данном техпроцессе.
Рассчитаем режимы резания для сверлильной операции 020 на которой производится черновое и чистовое зенкерование отверстий поршневой и кривошипной головок шатуна 3045 +016 мм и 105 +011 мм. Обработка производится на радиально-сверлильном станке модели 2Н55.
Основными элементами режима резания при зенкеровании являются:
а) глубина резания t в мм;
б) подача S – перемещение зенкера в направлении оси отверстия в мм на один его оборот вокруг своей оси; ммоб;
в) скорость резания V в мммин.
Для отверстия кривошипной головки:
Глубина резания при черновом зенкеровании определяется по формуле:
t = 05·(D – d) = 05·(303 – 2865) = 0825 мм.
Глубина резания при чистовом зенкеровании определяется по формуле:
t = 05·(D – d) = 05·(3061 – 303) = 0155 мм.
Выбираем подачу для чернового зенкерования [5 табл.27 стр.433]:
Выбираем подачу для чистового зенкерования [5 табл.27 стр.433]:
Скорость резания рассчитывается по формуле:
Т - период стойкости [5 табл.29 стр.435]
Kmv - коэффициент учитывающий качество обрабатываемого материала [5 табл.9 стр.424] Kmv=75sв=10
Knv - коэффициент учитывающий состояние поверхности заготовки [5 табл.14 стр.426] Для поковок Knv=08
Kuv - коэффициент учитывающий инструментальный материал [5 табл.15 стр.426] При материале зенкера Т15К6 Kuv=10 при материале зенкера Т30К4 Kuv=14
СV – постоянная выбираемая по [5 табл.28 стр.434] СV = 180
Таким образом скорость резания при черновом зенкеровании:
Скорость резания при чистовом зенкеровании:
Частота вращения n рассчитывается по формуле:
Частота вращения при черновом зенкеровании:
Частота вращения при чистовом зенкеровании:
По паспорту станка уточняем числа оборотов шпинделя:
n = 500 обмин – для чернового зенкерования отверстия кривошипной головки
n = 630 обмин – для чистового зенкерования отверстия кривошипной головки.
Крутящий момент при чистовом и черновом зенкеровании определяется по формуле:
Нм – при черновом зенкеровании
Нм – при чистовом зенкеровании
Эффективная мощность N (кВт) при черновом и чистовом зенкеровании рассчитывается по формуле:
кВт - при черновом зенкеровании
кВт – при чистовом зенкеровании
Для отверстия поршневой головки:
t = 05·(D – d) = 05·(103 –865) = 0825 мм.
t = 05·(D – d) = 05·(1061 – 303) = 0155 мм.
n = 800 обмин – для чистового зенкерования отверстия кривошипной головки.
Н м – при черновом зенкеровании
Н м – при чистовом зенкеровании
Режимы резания для сверлильной операции 020 сведем в табл. 4.
Режимы резания для сверлильной операции 020
Режимы резания для остальных операций выбираем из нормативов и результаты сводим в табл. 5
Режимы резания для операций технологического процесса
Черновое фрезерование базового торца
Черновое фрезерование противобазового торца
Черновое зенкерование отверстия кривошипной головки
Черновое зенкерование отверстия поршневой головки
Чистовое зенкерование отверстия кривошипной головки
Чистовое зенкерование отверстия поршневой головки
Получистовое фрезерование торцевых поверхностей фланца
Получистовое фрезерование лыски в поршневой головке
Чистовое фрезерование базового торца
Чистовое фрезерование противобазового торца
.Чистовое развертывание отверстия кривошипной головки
Чистовое развертывание отверстия поршневой головки
Чистовое зенкование фаски в отверстие кривошипной головки
Чистовое зенкование фаски в отверстии поршневой головки
Сверление отверстия во фланце
Нарезание резьбы в отверстии
Получистовое фрезерование паза
Шлифование базового торца
Шлифование противобазового торца
Внутреннее шлифование отверстия кривошипной головки
Внутреннее шлифование отверстия поршневой головки
Хонингование отверстия кривошипной головки
3. Выбор оборудования.
Выберем оборудование для сверлильной операции 020 технологического процесса механической обработки шатуна. Исходными данными для выбора оборудования являются следующие параметры:
габариты заготовки – 109х38х16мм;
тип производства – среднесерийный;
число переходов на операции – 4.
Для выполнения этой операции выбираем радиально-сверлильный станок с ЧПУ регулируемый главным приводом модели 2Н55Ф2. Данный станок предназначен для сверления глухих и сквозных отверстий рассверливания зенкерования развертывания растачивания и нарезания резьбы в полуавтоматическом цикле. Перемещение по плоскости стола крупногабаритных и тяжелых деталей вызывает большие неудобства и потерю времени. Поэтому при обработке большого количества отверстий в таких деталях применяют радиально-сверлильные станки. При работе на них деталь остается неподвижной а шпиндель с режущим инструментом перемещается относительно детали и устанавливается в требуемое положение. Применяется в единичном мелкосерийном и серийном производстве с мелкими повторяющимися партиями деталей. Станок оснащён системой ЧПУ 2У22 в различных исполнениях и регулируемыми двигателями главного движения и подачи постоянного тока или асинхронными двигателями с частотным регулированием
Техническая характеристика радиально-сверлильного станка мод. 2Н55Ф2
Наибольший условный диаметр сверления в стали мм
Расстояние от оси шпинделя до образующей (направляющей) колонны (вылет шпинделя) мм
Расстояние от нижнего торца шпинделя до рабочей поверхности плиты (или до головки рельса) мм
Наибольшее перемещение мм:
вертикальное рукава на колонне
горизонтальное сверлильной головки по рукаву (или рукава на колонне)
Количество управляемых координат (наибольшее количество одновременно управляемых координат)
Конус Морзе отверстия шпинделя по ГОСТ 13214-79
Число скоростей шпинделя
Частота вращения шпинделя об.мин.
Число подач шпинделя
Подача шпинделя ммоб
Наибольшая сила подачи МН
Мощность электродвигателя привода главного движения кВт
Габаритные размеры мм
Скорость быстрых ходов мммин не менее:
Дискретность задания перемещения мм
Расстояние между пазами мм
Ширина паза по ГОСТ 1574-75 мм
Питающая электросеть:
Количество электродвигателей в станке
Электродвигатель главного движения:
частота вращения обмин
Суммарная мощность всех электродвигателей кВт
Суммарная потребляемая мощность (с электрошкафом привода подач и пультом ЧПУ) кВт
Количество одновременно управляемых координат
Разрешающая способность системы по обеим координатам мм:
Максимальное программируемое перемещение мм
в приращениях и абсолютная
Тип датчика обратной связи
Тип резьбонарезного датчика
с перфоленты или клавиатуры
Аналогично выбирается оборудование на остальные операции техпроцесса. Сведения о выбранном оборудовании вносим в табл. 7.
Оборудование технологического процесса
Наименование операции
Вертикально-фрезерный станок с ЧПУ мод. 6Р13Ф2
Радиально-сверлильный станок с ЧПУ мод. 2Н55Ф2
Горизонтально-фрезерный станок мод. 6Р80Г
Горизонтально-расточной станок с ЧПУ мод. 2М614Ф1
Закалочный полуавтомат ТВЧ
Круглошлифовальный станок мод. 3Б153Т
Плоскошлифовальный станок с ЧПУ мод. 3Б740ВФ2
Станок внутришлифовальный универсальный высокой точности мод. 3К227В
Вертикально-хонинговальный станок мод. 3Г833
Маршрут механической обработки шатуна.
Изготовление заготовки
Установить заготовку в приспособление закрепить
Черновое фрезерование торцов поршневой и кривошипной головок выдерживая размер 1.
Переустановить заготовку в приспособлении закрепить
Черновое фрезерование торцов поршневой и кривошипной головок выдерживая размер 2.
Вертикально-фрезерный станок с ЧПУ модели 6Р13Ф2
Улучшить до твердости НВ = 255 285
Установить заготовку в приспособление закрепить.
Черновое зенкерование отверстий кривошипной и поршневой головок выдерживая размеры 1 и 2
Чистовое зенкерование отверстий поршневой и кривошипной головок выдерживая размеры 3 и 4
Радиально-сверлильный станок модели 2Н55Ф2
Установить заготовку в приспособлении закрепить.
Получистовое фрезерование торцевых поверхностей фланца шатуна выдерживая размер 1.
Получистовое фрезерование лыски в поршневой головке.
Горизонтально-фрезерный станок модели 6Р80Г
Чистовое фрезерование торцов поршневой и кривошипной головок выдерживая размер 1.
Чистовое фрезерование торцов поршневой и кривошипной головок выдерживая размер 2.
Чистовое развертывание отверстий кривошипной и поршневой головок выдерживая размеры 1 и 2.
Чистовое зенкование фасок в отверстиях кривошипной и поршневой головок выдерживая размер 3.
Чистовое зенкование фасок в отверстиях кривошипной и поршневой головок выдерживая размер 4.
Сверление отверстия во фланце выдерживая размер 1.
Нарезание резьбы в отверстии выдерживая размер 3 и глубину 2.
Сверление отверстия во фланце выдерживая размер 4 и глубину 5.
Горизонтально-расточной станок с ЧПУ модели 2М614Ф1
Получистовое фрезерование паза во фланце шатуна выдерживая размеры 1 и 2.
Калить торцевые поверхности и отверстия кривошипной и поршневой головок до 45 55 HRCэ.
Предварительное шлифование лыски поршневой головки
Круглошлифовальный станок модели 3Б153Т
Предварительное шлифование торцов поршневой и кривошипной головок выдерживая размер 1.
Предварительное шлифование торцов кривошипной и поршневой головок выдерживая размер 2.
Плоскошлифовальный станок с ЧПУ модели 3Б740ВФ2
Предварительное внутреннее шлифование отверстий кривошипной и поршневой головок выдерживая размеры 1 и 2.
Внутришлифовальный станок модели 3К227В
Нормальное хонингование отверстия кривошипной головки.
Вертикально-хонинговальный станок модели 3Г833
Снятие заусенцев притупление острых кромок
) диаметры отверстий поршневой и кривошипной головок;
) межосевое расстояние отверстий поршневой и кривошипной головок;
) параллельность осей поршневой и кривошипной головок;
) шероховатость обработанных поверхностей
Описание автоматической линии.
Автоматическая линия ЛМ301 предназначена для получистового растачивания отверстий в малой и большой головках шатуна и растачивания фасок с двух сторон. Линия состоит из пяти станков С01 – С05(рис. ). Все станки горизонтальные односторонние четырехшпиндельные. Каждый станок имеет электромеханический силовой стол и четырехшпиндельную расточную бабку. Станки связаны между собой вынесенным транспортером 3. Шатуны транспортируются от станка к станку в специальных гнездах расположенных на штангах транспортера в висячем положении. В загрузочной позиции 1 шатуны автоматически подаются в гнезда загрузочным устройством 2 карусельного типа.
Перегрузка шатунов из гнезд транспортера в зажимные приспособления станков и из приспособлений в захваты осуществляется автоматически системой прихватов и выталкивателей.
После станка С04 на котором развертывается отверстие в малой головке шатуна в линию встроена поворотная станция 4 на которой шатуны поворачиваются на 180 чтобы подготовить их к растачиванию фасок с другой стороны на станке С05.
В позиции 5 обработанные шатуны снимаются с линии.
Для отвода стружки служит транспортер 6.
Технологическая схема обработки шатунов приведена в табл.
Все входящие в комплект автоматические линии оборудованы системами охлаждения инструмента системами принудительной периодической централизованной смазки фотоэлектрическими и другими контрольными устройствами переговорными системами ПГС центральными пультами управления. Автоматический цикл работы линий и блокировки обеспечиваются бесконтактными путевыми переключателями.
Расчет шагового транспортера
Шаговый транспортер предназначен для перемещения заготовок от одного рабочего места к другому. Транспортер периодически совершает возвратно-поступательное движение и перемещает находящиеся на нем заготовки на один шаг.
Исходя из условий обработки:
S – шаг транспортера.
Выберем шаг транспортера S = 170 мм. Из нормального ряда чисел этому шагу соответствует ход пневмоцилиндра равный 170 мм. Учитывая шаг транспортера габаритные размеры станков и их размещение в линии примем длину транспортера L = 14000 мм ( рис.3). Таким образом на транспортере может одновременно располагаться:
Рис.3. Эскиз компоновки автоматической линии
Подвижные части шагового транспортера изготавливаются из стандартных профилей вес 1 пм которых соответственно 104 кг и 456 кг. Считая что масса остальных элементов движущейся части конвейера приближенно равна 01 от их массы получим массу движущейся части:
mдвиж. = (104 + 456)*119*11 = 1958 кг
Сила необходимая для продвижения этой части :
где f = 008 – коэффициент трения качения движущихся частей;
Fдвиж = 008*1958*10 = 1567 Н
Масса заготовки рассчитанная при помощи программы KOMPAS-3D составляет :
mЗ = 150 г или 015 кг
Сила необходимая для передвижения заготовок:
гдеf = 018 – коэффициент трения скольжения
n = 82 – количество деталей одновременно находящихся на транспортере
Fзаг. = 018*015*82*10 = 2214 Н
Суммарная сила необходимая для приведения транспортера в движение:
F > 1567 + 2214 = 1590 H
Следовательно теоретическое усилие на штоке должно быть больше 159 кгс. Согласно источнику [6 табл.IV.1 с. 205] выберем основные рабочие параметры пневмоцилиндра:
-диаметр цилиндра D = 63 мм;
-диаметр штока d = 16 мм;
-теоретическое толкающее усилие на штоке Q = 196 кгс;
-теоретическое тянущее усилие на штоке Q = 183 кгс;
-давление р = 63 кгссм2;
Согласно [3 табл.IV.2 с. 208] по ГОСТ 15608-70 выбираем пневмоцилиндр с креплением на лапах диаметром 63 мм ход поршня по ГОСТ 6540-68 – 170 мм.
Захватное устройство на транспортере – собачки ( рис.4).
Рис. 4. Эскиз расположения деталей на транспортере:
– деталь; 2 – собачка; 3 – штанга;
– направляющие; 5 – пневмоцилиндр.
Расчет технической производительности.
Техническая производительность вычисляется по формуле [3]:
ТЦ – время цикла мин ТЦ = tРХ + tХХ
tРХ – время рабочих ходов мин;
tХХ – время холостых ходов мин;
– коэффициент наложения потерь.
Найдем время цикла ТЦ. Оно складывается из времени рабочих ходов (время на изменение формы изделия) и времени холостых ходов (загрузка разгрузка перемещение подвод инструмента и т.п.). на операции 005 время возьмем время единичного вспомогательного хода при замене координаты обработки и инструмента равным 02 мин а время загрузки (съема) заготовки равным 1 мин. На операции 010 время единичного вспомогательного хода при замене координаты обработки примем равным 01 мин время поворота заготовки на 360 27= 1333° примем равным 02 мин а время подъема (спуска) заготовки на 60° равно 06 мин. Закрепление (открепление) заготовки займет 02 мин. Нормирование времени рабочих и холостых ходов внесем в таблицу 1.
Нормирование времени рабочих и холостых ходов.
Время рабочих ходов мин.
Время холостых ходов мин.
×2+01×176+02×27+06×2+02×2=266
Из таблицы 1 время цикла ТЦ = 70 мин.
Параметры оборудования сведем в таблицу 2.
Токарно-карусельный станок модели 1А512МФ3
Координатно-сверлильный станок модели 2554Ф2
По графику [3] найдем . Найдем техническую производительность: