Казанский Государственный Технический университет им. А. Н. Туполева

Кафедра ТПД

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ

ЗАПИСКА

к курсовому проекту на тему:

Разработка технологического процесса механической обработки детали «Ниппель нижний»

Выполнил:

студент группы 1523 Петров П.П.

Руководитель

Лабутин А.Ю.

Осень 2007

Содержание

1. Назначение детали и условия ее работы в изделии............................................ 3

1.1. Анализ конструкции детали..................................................................... 4

2. Анализ технологичности детали........................................................................ 4

3. Определение типа производства........................................................................ 4

4. Выбор и обоснование оборудования.................................................................. 4

5. Выбор оснастки, режущего инструмента и охлаждающей жидкости................. 5

6. Размерный анализ.............................................................................................. 5

6.1. Диаметральные размерные цепи............................................................... 5

6.2. Линейные размерные цепи..................................................................... 13

7. Расчет режимов резания................................................................................... 15

8. Список литературы.......................................................................................... 24

1. Назначение детали и условия ее работы в изделии.

Деталь которая рассмотрена в этом технологическом процессе - «Ниппель средний», применяется в нефтяной промышленности и является составной частью погружного центробежного насоса.

Ниппель средний из стали 45 ГОСТ 1050-88, вид поставки - сортовой прокат, массовая доля элементов,%: углерод 0,42-0,5; хрома не более 0,025; марганец 0,50,8; кремний 0,17-0,37; никель не более 0,3; сера не более 0,004; фосфор не более 0,035.

Деталь изготавливается по 8 классу точности. Самые жесткие требования по точности предъявляются к оверстию D31, т.к. оно в дельнейшем используется для посадки.

1.1. Анализ конструкции детали.

Согласно рабочему чертежу для получения цилиндрической поверхности диаметром 31 по IT8 нам необходимо провести последовательно операции: черновое точение (015, 020), сверление (030), за тем получистовое и чистовое точение (на операции 050 и 055) для получения требуемой шероховатости Ra 1,6 и IT8 на 065 операции проводим шлифование отверстие.

2. Анализ технологичности детали

Размеры детали соответствуют нормальному ряду чисел, допустимые отклонения размеров соответствуют СТ СЭВ 144 - 75.

Деталь жесткая, имеет поверхности, удовлетворяющие требованиям достаточной точности установки. Простановка размеров технологична, т.к. их легко можно измерить на обрабатывающих и контрольных операциях.

При изготовлении детали используют нормализованные измерительные и режущие инструменты.

3. Определение типа производства.

При нормировании наибольшее время обработки детали на одном станке не превышало 15мин, или, при расчете на двусменный рабочий день и годовом объеме 4000шт, 1000ч. Годовой фонд рабочего времени по нормативам составляет

4000ч/год, соответственно, загрузка одного станка не превышала 25% производственного времени. Исходя из этого, прогнозируем мелкосерийный тип производства.

4. Выбор и обоснование оборудования.

Выбор оборудования зависит от типа производства, в нашем случае тип производства мелкосерийный, это не требует применения дорогостоящих станков с ЧПУ, а в большей степени универсальных станков. Правильный выбор оборудования заключается в следующем:

1. Основные размеры станка должны соответствовать габаритам обрабатываемых деталей.

2. Мощность станка должна быть достаточной для выполнения операций и не превышать потребную более, чем на 25%.

3. Выбранная модель станка должна обеспечить заданные требования по точности, качеству производительности обработки.

4. Необходимо учитывать стоимость оборудования.

5. Выбор оснастки, режущего инструмента и охлаждающей жидкости

На токарных операциях используется 3-х кулачковый спиральнореечный патрон нормального класса точности ГОСТ2675-80, а так же оправка шлицевая ГОСТ16221-70, на фрезерной операции используется оправка зубофрезерная ГОСТ16212-70.

Для механообработки используется стандартизированный инструмент:

Резцы с твердосплавными пластинами Т15К6; сверла спиральные, режущая кромка из быстрорежущей стали Р6М5; фреза червячная модульная m=8 исполнение 1, тип 2, класс точности «А» ГОСТ9324-80, материал рабочей части Т15К6; протяжки для протягивания шлицевых пазов материал рабочей части Р6М5.

Выбираем для токарных, сверлильных и фрезерных операций 5% эмульсию Укринол-1.

6. Размерный анализ

6.1. Диаметральные размерные цепи

DK1= 92_-0,87 мм

2Z_К1min = 2.6 мм ТD_3.2 = IT16 = 2,2мм D_K1min = 91,13 мм

DН1min= DK1min+2ZK1min

DН1max= DН1min+ ТDН1 D_Н1min = 91,13 + 2,6 = 93,73 мм

D_Н1max = 93,73 + 2,2 = 95,93 мм

DН1= 97 -2,2 мм

DK7= 85_-0,087 мм

2Z_К7min = 0,8 мм ТD_7.1 = IT11 = 0,22мм

DK7_min = 84,913 мм

D7.1min= DK3min+2ZK7min

D7.1max= D7.1min+ ТD7.1

D_7.1min = 84,913 + 0,8 = 85,713 мм

D_7.1max = 85,713 + 0,22 = 85,933 мм

D7.1= 85,93 -0,22 мм

D_7.1 = 85,8 _-0,22 мм

2Z_7.1min = 1,0 мм ТD_2.7 = IT14 = 0,87мм D_7.1min = 85,713 мм

D2.7.min= D7.1min+2Z7.1min

D2.7max= D2.7min+ ТD2.7

D_2.7min = 85,713 + 1,0= 86,713 мм

D_2.7max = 86,713 + 0,22 =86,933 мм

D2.7 = 86,93-0,12мм

D_2.7 = 86,93_-0,12 мм DK1= 92_-0,87 мм

D_2.7min = 86,713 мм

D_K1min = 91,13 мм

2Z2.7min = 4.417

DK9= 31 ^+0,039 мм

2Z_2.6min = 0,4мм ТD_2.4 = IT10 = 0,084мм

D_K9max = 31,039 мм

D2,6 max = DK9max - 2Z2.6min

D2,6 min= D2.6max- ТD2.6

D_{2,6 max} = 31,039 - 0,4 = 30,639 мм

D_{2,6 min} = 30,639 - 0,084 = 30,555 мм

D2,6= 30,55+0,084 мм

D_2,6 = 30,6^+0,039 мм

2Z_2.6min = 0,6мм ТD_2.5 = IT12 =0,21мм

D_2.6max = 30,639 мм

D2,5max = D2.6max - 2Z2.6min

D2,5min= D2.5max- ТD2.5

D_2,5max = 30,639 - 0,6 = 30,039 мм

D_2,5min = 30,039 - 0,21 = 29,829 мм

D2,5 = 29,829+0,21 мм

D_2,5 = 29,8^+0,21 мм

ТD_2,2 = 26^+0,21 мм

D_2.5max = 30,039 мм

D_2.2max = 26,21 мм

2Z_2.5min = 3,8 мм

DK2= 42 ^+0,062 мм

2Z_К2min = 0,8мм ТD_2.4 = IT11 =0,16мм

D_K2max = 42,062 мм

D2.4max = DK2max - 2ZK2min

D2.4min= D2.4max- ТD2.4

D_2.4max = 42,062 - 0,8 = 41,262 мм

D_2.4min = 41,262 - 0,16 = 41,102 мм

D2.4= 41,102+0,16мм

D_2.4 = 41,2^+0,16 мм

2Z_2.4min = 1,0мм ТD_2.3 = IT14 =0,62мм

D_2.4max = 41,262 мм

D2.3max = DK1max - 2ZK1min

D2.3min= DН2max- ТDН2

D_2.3max = 41,262 - 1,0 = 40,262 мм

D_2.3min = 40,262 - 0,62 = 39,642 мм

D2.3= 39,64+0,62мм

D_2.3 = 39,64^+0,62 мм ТD_2,2 = 26^+0,21 мм

D_2.3max = 40,262 мм

D_2.2max = 26,21 мм

2Z2.3min = 14 мм

DK3= 75 ^+0,19 мм

2Z_К3min = 1,0мм ТD_3.1 = IT14 =0,74мм

D_K3max = 75,19 мм

D3.1max = DK3max - 2ZK3min

D3.1min= D3.1max- ТD3.1

D_3.1max = 75,19 - 1,0 = 74,19 мм

D_3.1min = 74,19 - 0,74 = 73,45 мм

D3.1= 73,45+0,74мм

D_3.1 = 73,45^+0,74 мм

D_2.2 = 26^+0,21 мм

D_3.1max = 74,19 мм

D_2.2max = 26,21 мм

2Z3.1min = D3.1max- D2.2max

2Z_3.1min = 74,19- 26,21 = 47 мм

DK4= 36 ^+0,62 мм

D2.2= 26+0,21 мм

D_K4max = 36,62 мм

D_2.2max = 26,21 мм

2Z_К4min = 36,62- 29,52 = 7,1 мм

DK5= 49 ^+0,062 мм

2Z_К5min = 0,8 мм ТD_5.2 = IT11 =0,16мм

D_K5max = 42,062 мм

D5.2max = DK5max - 2ZK5min

D5.2min= D5.2max- ТD5.2

D_5.2max = 42,062 - 0,8 = 41,262 мм

D_5.2min = 41,262 - 0,16 = 41,102 мм

D5.2= 41,1+0,16мм

D5.2= 52 ^+0,074 мм

2Z_5.2min = 1,0мм ТD_5.1 = IT14 =0,62мм

D_5.2max = 41,262 мм

D5.1max = D5.2max - 2Z5.2min

D5.1min= D5.1max- ТD5.1

D_5.1max = 41,262 - 1,0 = 40,262 мм

D_5.1min = 40,262 - 0,62 = 39,642 мм

D5.1= 39,642+0,62 мм

D_5.1 = 39,642^+0,62 мм D_К4 = 36^+0,62 мм

D_5.1max = 40,262 мм

D_К4max = 36,62 мм

2Z_5.1min = 3,6 мм

6.2. Линейные размерные цепи

АК1 = 125-1,0 мм

Z_К1min = 1,6 мм ТА₂ = 1 мм А_К1min = 124 мм

А2min = АК1min + ZК1min

А2max = А2min + ТА2

А_2min = 124 + 1,6 = 125,6 мм А_2max = 125,6 + 1=126,6 мм

А₂ =126,6_-1,0 мм

А₂ =126,6_-1,0 мм

Z_2min = 1,6 мм

ТА₁ = 1,0 мм А_2min = 125,6 мм

А1min = А2min + Z2min

А1max = А1min + ТА1

А_1min = 125,6 + 1,6 = 127,2 мм А_1max = 127,2 + 1 = 128,2 мм

А₁ = 128,2_-1,0 мм

А₁ = 128,2_-1,0 мм

Z_1min = 1,6 мм

ТА_Н1 = 2,5 мм А_1min = 127,2 мм

АН1min = А1min + ZН1min

АН1max = АН1min + ТАН1

А_Н1min = 127,2 + 1,6 = 128,8 мм

А_Н1max = 128,8 + 2,5 = 131,3 мм

А_Н1 = 131,3_-2,5 мм

АК1 = 125-1,0 мм А₂ =126,6_-1,0 мм

А₃ = 38±0,1 мм А_К3 = 38±0,1 мм

Z_К2 = (126,6+38) – (125+38) =1,6 мм

Z_К2min =(126,6+38,1) – (124+37,9)=2,8 мм

Z_К2max =(125,6+37,9) – (125+38,1)=0,4 мм

IT (Z_К2 ) = 2,4 мм

ZК2=1,5+−11,,22

7. Расчет режимов резания

В рамках данного раздела производится аналитический расчет режимов резания по эмпирическим формулам с учетом поправочных коэффициентов для следующих технологических переходов: токарная, сверлильная, протяжная, зубофрезерная. Для остальных операций механической обработки элементы режимов резания и норм времени определяются приближенно при помощи нормативных табличных справочников. Все результаты расчетов режимов резания сведены в таблице ниже.

Операция 015 Токарная c ЧПУ 1) Оборудование: Станок токарный 16А20Ф3.

2) Инструмент: Резец токарный со сменной пластиной из твердого сплава Т15К6, размер державки 25х25.

3) Применяемая СОЖ: 3 - 5 % -ный раствор укринол 1.

4) Выполняемый переход - Точение наружное поверхности

5) Глубина резания t = 2,2 мм

6) В зависимости от характеристик обрабатываемого материала, геометрических параметров режущего инструмента, размеров обрабатываемых поверхностей и глубины резания рекомендуется табличная подача Sт = 0,46

Выполним корректировку выбранной подачи для данных условий обработки.

Значение поправочного коэффициента Кsj на подачу.

S = Sт * Ksj = 0,46 * 0,26 = 0,12 мм/об

7) Рекомендуется следующее табличное значение скорости Vт в зависимости от t и S : Vт = 274 м/мин.

Выполним корректировку Vт согласно данным условиям обработки.

0

V = Vт * Kvj = 274 * 0,45 = 125 м/мин.

8) Расчетная частота вращения шпинделя определяется по скорости резания:

n=(1000V) / πD

где D -диаметр обработки, мм.

n = (1000*125) / (π * 86,6); n=462 мин^-1

Рассчитанное значение должно быть скорректировано с n_ст. Для этого рассчитаем знаменатель геометрического ряда частот станка:

Y_n = (Z_n -1)√(n_max /n_min )=(22-1) √(1600/12,5)=1,26

Стандартный ряд частот для этих условий:

Фактическая частота вращения шпинделя

n_ст =400 мин^-1

Рассчитаем фактическую скорость резания Vф:

Vф = (π * D * n) / 1000 = (π *86,6 * 400) / 1000 = 125 м/мин.

9) Тангенциальная составляющая силы резания определяется по формуле:

Pz = 10*Cp * tx * Sy * Vn * KP

4

K p = ∏ K где i =1

Тогда Кр=0,89

Выбрав для наших условий значения постоянных, получим расчетную зависимость:

P_z = 204 * 2,2¹ * 0,12^0,75 * 125¹ * 0,89; P_z = 71 Н

10) Эффективная мощность, необходимая для осуществления процесса резания определяется по формуле:

Ne = (P_z * V) / (102 * 60)

Ne=(71*125) / (102*60); Ne =1,45 кВт

Нормирование перехода.

Основное время Т_о находится по формуле :

Т_о = L / n * S,

где L=l+l₁ +l₂ -расчетная длина хода инструмента, мм;

Т_о = (42+22+64) / 400 * 0,12; Т_о =2,78 мин

Т_всп =0,69 мин

Т_оп =Т_о +Т_всп =2,78+0,69=3,4 мин

Операция 060. Внутришлифовальная IT8 Ra0,63.

В качестве оборудования выбран внутришлифовальный станок мод. 3К228В.

Выбор шлифовального круга

Для операции шлифования материалов группы V рекомендуется круг со следующими характеристиками:

ПП20Ч30Ч40 -25А8СМ16К35В.

Выбор СОЖ

Для рассмотренных условий рекомендуется эмульсия 20%-ного раствора Аквол-6.

Назначение припусков на шлифование. Согласно расчетам операционных размеров 2h =0,4 мм.

Выбор скорости вращения детали Vд.

Для условий операции рекомендуется ^{V д = 40} м/мин .

Частота вращения детали:

10³ × 40

n = =148

3.14×86 об/мин.

Выбор скорости шлифовального круга.

При шлифовании сталей группы V рекомендуется Vк =30м/с :

60×103 ×V к −1

n _к = мин ; π×D _к

60×10³ ×30 _{− 1}

n _к = = 7162мин .

3.14×80

Выбор продольной подачи S пр. Для операции внутри шлифования табличное значение:

S _пр = 0.1×H _K = 0.1×50 = 5мм /об .дет .

Выбор поперечной подачи Sпп.

При D ^д = 86мм ,V _д =148м / мин и S _пр = 5мм /об .дет . рекомендуемое табличное значение поперечной подачи:

S _пп ^Т = 0.0028мм /дв .х .

K i S ппТ

Поправочные коэффициенты на табличное значение подачи , определяющей размер детали D _{K 1} =60H 11, из таблицы:

S _пп =S _пп ^Т ×K _S = 0.0028×1,06×1,4×0,75 = 0.003мм /дв .х .

Расчет основного времени τ . h L ×z ×K

z = ; τ_о = ;

2×S пп S пр ×n д

z =83.

τ_о = 2,16мин .

где К =1,2-1,5- коэффициент, учитывающий доводку и выхаживание.

Расчет мощности резания Nе.

Расчет мощности резания для сравнения эффективной мощности резания Nе с мощностью станка Nст по следующей формуле:

N e =C N ×V дr ×S прy ×h x ×D дq кВт ;

^{C N = 0.36; r = 0.35;} x= 0.4; y =0.4; q =0.3; h= ^{S пп} = 0.004 мм/дв.х.

тогда по формуле:

N _e = 0.36×40^0.35 ×5^0.4 ×0.0028^0.4 ×86^0.3 = 0,89 ≤ N _ст = 4кВт .

Операция 040. Сверление IT12Ra3.2.

В качестве оборудования выбран станок типа обрабатывающий центр модели С 630.

Выбор инструментального материала.

Для обработки сверлением стали группы V рекомендуется быстрорежущая сталь Р9К5.

Выбор конструкции и геометрии инструмента.

Выбираем стандартную конструкцию и геометрию осевого инструмента.

Выбор СОЖ.

Для осевой обработки материалов группы VI рекомендуется 3-5% Укринол-1.

Назначение глубины резания t.

По операционным размерам и параметрам заготовки определяем глубину резания для осевого инструмента t=5мм.

Назначение подач S.

Для условий сверления определяют группу III подач. Поэтому выбираем рекомендуемую табличную подачу Sт=0,12 мм/об.

Выполним корректировку выбранной подачи для конкретных условий обработки.

Значения поправочных коэффициентов для подачи заносим в таблицу..

Здесь же приведены значения полных поправочных коэффициентов:

Таблица. Значения поправочных коэффициентов Ks на подачу.

Найдем значение скорректированной подачи S = S_Т * K _s = 0,12 * 0,4 = 0,048 мм/об.

Выполним корректировку рассчитанной подачи по набору подач Sст станка. Sст=0.1 мм/об.

Выбор стойкости сверла Т.

При обработке стали 45, стойкость сверла Т=10 мин и h_з =0,6мм.

Назначение скорости резания V.

Для наших условий сверления рекомендуется следующее табличное значение скорости V_T =37м/мин.

Выполним корректировку V_T согласно конкретным условиям обработки.

Поправочные коэффициенты приведены в таблице

Таблица

Значения поправочных коэффициентов Kv на скорость резания

Находим значение скорректированной скорости резания

V =V_T * K _V = 37 * 0 .4 = 14 .8 м/мин.

Расчет частоты вращения инструмента n.

Частота для осевой обработки определяется по известной зависимости

10 ³ * V V

n = = 318 ,5 , π * D D гдеD -диаметр инструмента, мм.

Расчетные значения n должны быть скорректированы n_ст . Для этого рассчитаем знаменатель геометрического ряда частот станка.

ϕ = z_n −1,

где Zn - число частот станка. В нашем случае

ϕn = 12 −1= 1,41

Выполним расчет и корректировку частот вращения : n=318,5*(14.8/10.4)=453 => nст=344 мин^-1 .

Рассчитаем фактическую скорость резания Vф:

π* D * n

V = м / мин = 0,00314 * D * n ,

10³

V_ф = 0,00314 *10.4 * 344 = 11,23м / мин .

Расчет основного времени τ_о .

Расчет основного времени для различных видов осевой обработки определяется выражением:

L ¹ + L + L ²

τ_о = , мин

S * n

где L₁ ,L₂ - значения величин врезания и перебега В нашем случае с учетом плана операций получим:

τ_о == 0,75 мин .

Расчет осевого усилия P _о .

Согласно [2,с.277]:

P _z = C _p * D ^q * S ^y * K _p , кг

Выбрав значения постоянных и показателей Cp=68; y=0,7;q=1,0:

0,75 0,75

⎛σ_в ⎞ ⎛980⎞

K_p =K_мр =⎜ ⎟ =⎜ ⎟ =1.22

⎝750⎠ ⎝750⎠

Окончательно имеем

P_о = 68 *10 .4 * 0,1^0,7 *1.22 = 172 .5кг

Расчет крутящего момента М _к .

M _к = С _м * В ^q * S ^y * K _м , кгм

См=0,09;q=2,0;y=0,8;

M _к = 0,09 *10 .4 ^2,0 * 0,1^0,8 *1.22 = 1.88 кгм

Расчет мощности резания N _e .

Эффективная мощность резания:

M ^k * n 1,88 * 453

N _e = = = 0,87 кВт

975 975

8. Список литературы

1. Анурьев В. И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3 т. - 8-е изд., перераб. и доп. Под ред. И. Н. Жестковой. - М.: Машиностроение, 2001. - 920 с.: ил.

2. Белкин И.М. Допуски и посадки (Основные нормы взаимозаменяемости). - М. : Машиностроение, 1992.- 528 с.

3. ГОСТ 3.1404 - 86 Единая система технологической документации. Формы и правила оформления документов на технологические процессы и операции обработки резанием. Введ. 01.07.87. - 56 с.

4. Дунин Н.А. Основы проектирования технологических процессов производства деталей машин : Учебное пособие / Казан.гос.техн.ун-т.- Казань, 1998.-132 с.

5. Зыков В.Ю. Расчет режимов резания конструкционных материалов : Учебное пособие / Казан.гос.техн.ун-т.- Казань, 1999.- 40 с.

6. Обработка металлов резанием : Справочник технолога / А.А.Панов,

В.В.Аникин, Н.Г.Бойм и др.- М. : Машиностроение,1988.- 736 с.

7. Прогрессивные режущие инструменты и режимы резания металлов : Справочник / В.И.Баранчиков, А.В.Жаринов, Н.Д.Юдина и др.- М. : Машиностроение, 1990.- 400 с.

8. Справочник технолога-машиностроителя. В 2 т./ Под ред. А.Г.Косиловой и Р.К.Мещерякова.- М. : Машиностроение, 1972. Т.2.- 568 с.

9. Справочник технолога-машиностроителя. В 2 т./ Под ред. А.Г.Косиловой и Р.К.Мещерякова.- М. : Машиностроение, 1986. Т.2.- 496 с.