Министерство образования Республики Беларусь

БЕЛОРУССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ПОЛИТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

Кафедра "Основы машиностроительного производства и профессиональное обучение "

дипломный проект

Разработать технологический процесс механической обработки детали трактора МТЗ и методическое обеспечение темы предмета «Трудовое обучение» в. общеобразовательной средней школе.

Пояснительная записка

03.01.309317.118.ПЗ

Дипломный проект допущен к защите перед Государственной экзаменационной комиссией

Заведующий кафедрой В.И. Молочко

2001

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ПЕДАГОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1. Дидактический анализ темы урока

1.2. Знания и умения, формируемые при изучении темы

1.3. Логическая структура учебного материала темы

1.4. Обоснование форм, методов и средств обучения

1.5. Разработка технологии обучения

1.5.1. План урока

1.5.2. Технологическая карта урока

2. ИНЖЕНЕРНАЯ ЧАСТЬ

2.1. Назначение и условия работы детали

2.2. Анализ технологичности конструкции детали

2.3. Определение типа производства

2.4. Выбор и экономическое обоснование метода получения заготовки

2.5. Выбор технологических баз

2.6. Разработка технологического маршрута обработки детали

2.7. Разработка технологических операций

2.7.1. Выбор моделей оборудования

2.7.2. Выбор технологической оснастки

2.7.3. Расчет припусков

2.7.4. Расчет режимов резания

2.7.5. Расчет технических норм времени

2.7.6. Определение загрузки оборудования

3. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

3.1. Расчет себестоимости изготовления детали при годовой программе выпуска 150000 шт

3.2. Определение экономической целесообразности изготовления детали по разработанному технологическому процессу

4. ОХРАНА ТРУДА

4.1. Производственная санитария, техника безопасности на участке

4.2. Определение противопожарных мероприятий на участке

ЗАКЛЮЧЕНИЕ............................................................................................

ЛИТЕРАТУРА..............................................................................................

ПРИЛОЖЕНИЕ............................................................................................

ВВЕДЕНИЕ

Целью данного дипломного проекта является усовершенствование базового технологического процесса механической обработки детали "Шестерня ведомая" трактора МТЗ – 50 и разработка методического обеспечения темы "Обработка цилиндрических и конических поверхностей" предмета "Трудовое обучение". По педагогической части дипломного проекта необходимо разработать урок с применением активных форм, методов и средств обучения, а также дать обоснование их применения. Обработать учебный материал темы и составить структурологическую схему материала. Разработать методику преподавания данной темы, а именно: технологическую карту урока и план урока. Также необходимо разработать средства обучения необходимые для осуществления учебного процесса.

По инженерной части дипломного проекта необходимо ввести изменения в уже имеющийся базовый техпроцесс, т.е. применить более прогрессирующие методы обработки и обосновать их применение. Необходимо рассчитать режимы резания, технологические нормы времени и коэффициент загрузки каждого станка. В экономическом разделе необходимо произвести расчет себестоимости изготовления детали, а также определить экономическую целесообразность изготовления детали по разработанному технологическому процессу. В разделе "Охрана труда" необходимо выявить временные производственные факторы и предложить меры по их ликвидации, а также разработать технику безопасности на участке изготовления детали и противопожарные мероприятия. Исходными данными для разработки дипломного проекта являются годовая программа

N = 150000 шт., чертежи детали и базовый техпроцесс.

1. ПЕДАГОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1. Дидактический анализ темы урока

Согласно школьной программы предмет "Трудовое обучение" изучается в 5-9 классах. Программы состоят из следующих разделов:

технология обработки древесины;

технология обработки металла;

бытовые ремонтные работы.

На их изучение в каждом классе отводится 68 часов в год. Технология обработки металлов – один из наиболее традиционных разделов программы трудового обучения в средней школе. Работы по металлу не требуют особенно больших помещений и специальных условий; как правило оборудование для металлообработки обеспечивается действующей системой снабжения школ. На изучение раздела "Обработка металлов" курса средней школы за 9 класс предусмотрено программой 24 часа. Из них 10 часов отводится на формирование знаний, умений и навыков при работе на токарно-винторезных станках ТВ-6. Для изучения предлагаются следующие темы:

1. "Точность обработки и качество поверхности" – 2ч.

2. "Основные сведения о процессе резания" – 2ч.

3. "Механическая подача суппорта токарно-винторезного станка ТВ-6" – 2ч.

4. "Обработка цилиндрических и конических поверхностей" – 4ч.

Из вышеперечисленных тем видно, что изучение данного подраздела идет от простого к сложному, от теории к практике. Согласно календарно-тематическому плану тема "Обработка цилиндрических и конических поверхностей" изучается в третьей четверти на 5 – 6-ом занятиях. Первое занятие проводится в форме комбинированного урока с изучением теоретических и практических знаний и умений по материалу данной темы. Второе занятие – практическое, связанное с выполнением комплексной работы (изготовление пробойника). Наибольшую сложность при изучении материала данной темы у учащихся вызывает переналадка станка на обрабатывание конической поверхности, в то время как основной материал является повторением ранее изученного в 7-ом и 8-ом классах. Знания, полученные на уроках: физики ("Свойства твердых тел"), черчения ("Тела вращения", "Уклоны и конусность"), математика ("Геометрическое тело") нужно применить при изучении данной темы.

Выполнение учащимися практических работ способствует формированию технического мышления и навыков работы с технической документацией.

1.2. Знания и умения формируемые при изучении темы

При планировании урока были выдвинуты следующие дидактические цели:

- Сформировать знания по теме "Обработка цилиндрических и конических поверхностей".

- Сформировать первоначальные умения по выполнению данных операций токарной обработки.

- Развивать техническое мышление.

На основании вышеизложенных дидактических целей необходимо сформировать следующие умения: управление станком, осуществление наладки станка на обработку цилиндрических и конических поверхностей, пользоваться измерительным инструментом. При проведении вводного инструктажа на этапе актуализации прежних знаний по теме "Механическая подача суппорта токарно-

винторезного станка" учащиеся закрепляют знания об устройстве механизмов, обеспечивающих данную подачу: гитары, коробки подач, зубчатых передач фартука. При изучении нового материала у учащихся формируются знания по наладке станка: крепление заготовки, установка режущего инструмента, установка режимов резания. Учащиеся также изучают способы обработки конической поверхности, а также особенности наладки станка на данную операцию. На протяжении текущего инструктажа – самостоятельной работы учащихся формируются умения работы с технической документацией, а именно с инструкционно-технологическими картами. В результате выполнения практической работы у учащихся формируются умения выполнять наладку станка, вести обработку с использованием как ручной, так и механической подачи, пользоваться измерительным инструментом, осуществлять переход от одной обработки на другую, соблюдая технологии ее выполнения. Также воспитываются чувства ответственности и самоконтроля за качество выполнения задания. При изучении тем, связанных с механической обработкой металла, у учащихся развивается технической мышление, навыки работы с технической документацией, что в некотором роде может являться профессиональной ориентацией при выборе будущей профессии.

1.3. Логическая структура учебного материала темы

Изучение и анализ учебной литературы – один из видов деятельности преподавателя при подготовке к занятиям по предмету. Успешность этой деятельности во многом определяется его умением выделить логическую структуру учебного материала.

Под логической структурой учебного материала понимают "... систему внутренних связей между понятиями и суждениями, входящими в данный отрезок материала". При поурочном планировании объектом изучения являются только локальные структуры, рассматривающие систему внутренних связей между понятиями и суждениями, входящими в относительно небольшие фрагменты учебного материала, ограниченные содержанием всего урока или его части. Изучение структуры учебного материала и ее анализ на основе только простого перечисления понятий, входящих в тему, невозможен. Поэтому возникает необходимость построения модели, отражающей в наглядной форме интересующие преподавателя свойства учебного материала: последовательность, подчиненность и соподчиненность понятий, входящих в материал, их непротиворечивость и закономерность связи между ними. Подобные изображения логической структуры учебного материала называются структурно-логическими схемами. При их создании необходимо соблюдать следующие правила:

- в каждую вершину графа (система отрезков, соединяющих заданные точки, которые называются вершинами) следует помещать только одно понятие;

- ребра, соединяющие вершины, не должны пересекаться;

- отношения подчинения между понятиями указываются направлением стрелки на ребре графа;

- равнозначные вершины графа, содержащие соподчиненные понятия, следует располагать на одной линии, подчиненные опускают на ступень ниже.

Построение структурно-логической схемы.

Начинается построение с понятийного анализа учебного материала и выделения исходных понятий. Среди них могут быть новые и уже известные для учащихся понятия.

Усваиваемые понятия могут быть основными (опорными) и вспомогательными, раскрывающими или детализирующие основные понятия. На основании вышеизложенного была построена структурно-логическая схема на тему "Обработка конических и цилиндрических поверхностей". Построение структурно-логических схем представляет собой один из приемов отбора и систематизации учебного материала, реализующий принципы научности, систематичности и последовательности обучения, доступности и наглядности. Так, при систематизации и закреплении знаний учащихся либо самостоятельно, либо с помощью преподавателя могут составить наглядную "картину" новых знаний.

1.4. Обоснование формы методов и средств обучения

Основной формой организации учебной работы учащихся является урок. Для наиболее качественного изучения материала темы был выбран комбинированный, так как это наиболее эффективный и распространенный вид урока, в ходе которого учитель повторяет с учащимися ранее пройденный материал, сообщает и закрепляет новые знания. Комбинированный урок был построен по следующей схеме:

- повторение пройденного учебного материала;

- сообщение новых знаний по теме урока;

- закрепление изложенного материала программы;

- задание на дом.

Каждый элемент играет определенную роль и преследует конкретную цель.

Рассмотрим этапы урока по мере использования методов и средств обучения.

Для реализации организационной части урока был использован словесный метод обучения – беседа, т.к. основной целью данного этапа является подготовка учащихся к уроку и изучению новой темы.

Вводный инструктаж состоит из нескольких частей. Актуализация прежних знаний учащихся по теме "Механическая подача суппорта токарно-винторезного станка ТВ-6" осуществляется путем применения словесных методов обучения – беседы с элементами дискуссии, т.к. целью данной части вводного инструктажа является повторение прежних знаний и плавный переход к изучению нового материала темы. Учитель задает классу теоретические вопросы, на которые учащиеся должны отвечать, сопровождая ответ демонстрацией отдельных узлов и механизмов ТВ-6. На втором этапе вводного инструктажа при изложении нового материала темы "Обработка цилиндрической и конической поверхности" применяем группу методов обучения – словесные, наглядные и практические. Изложение нового материала идет в форме беседы с классом, которая сопровождается применением технических средств обучения – графопроектора. Комплект транспарантов (Транспарант №1 - №6) в определенной последовательности предлагается вниманию учащихся, что позволяет учителю сэкономить учебное время и сосредоточить внимание учеников на более сложных элементах материала. Демонстрация транспарантов №2 ("Схема обработки цилиндрической поверхности"), №3 ("Таблица режимов работы станка"), №4 ("Методы обработки конуса") сопровождается показом трудовых приемов учителем для более наглядного и подробного изучения данных операций. Третий этап вводного инструктажа – закрепление нового материала. На данном этапе идет обсуждение предстоящей практической работы учащихся по инструкционно-технологическим картам: карта №1 ("Обтачивание заготовки за один проход"), карта №2 ("Обработка конической поверхности"). Целью данного этапа является закрепление теоретических знаний нового материала посредством изучения технической документации. Так как данная работа проходит в форме диалога, то применяем метод беседы.

Основной частью текущего инструктажа является закрепление знаний и умений путем выполнения практической работы. На данном этапе учитель контролирует работу учащихся: следит за соблюдением ТБ; контролирует соблюдение технологии; следит за самостоятельностью выполнения задания. Работа осуществляется согласно инструкционно-технологическим картам №1 и №2 на станке ТВ-6.

Целью заключительного инструктажа является подведение итогов практической работы учащихся. Требуется указать общие ошибки, допущенные при выполнении работы, продемонстрировать лучшие работы. При выдаче домашнего задания учитель демонстрирует плакаты "Токарная обработка пробойника", знакомя учащихся с практическим заданием на следующий урок. Для проведения заключительного инструктажа воспользуемся методом беседы так как общение с учащимися проходило в форме диалога.

1.5. Разработка технологии обучения

1.5.1. План урока

Тема: "Обработка цилиндрических и конических поверхностей" 9 класс.

Цель урока:

1) Сформировать знания по теме "Обработка цилиндрических и конических поверхностей".

2) Сформировать первоначальные умения и навыки по выполнению данных токарных операций.

3) Развить техническое мышление.

Оборудование: станок ТВ-6, графопроектор, набор резцов, штангельциркули, инструкционно-технологические карты, операционная карта, транспаранты.

Время – 2 часа.

Ход урока

І – организационная часть

1) Подготовить учащихся к уроку.

2) Заполнить учебную документацию.

ІІ – вводный инструктаж

1. Актуализация прежних знаний по теме "Механическая подача суппорта ТВ-6".

Вопросы для повторения.

- Какие механизмы участвуют в механической подаче суппорта?

- Каково их назначение?

- За счет чего в коробке подач достигается изменение подачи?

- Каково назначение червячной передачи?

- Как осуществляется механическая подача суппорта?

2. Изложение нового материала

Вопросы для изложения

- Оборудование.

- Технология обработки цилиндрических поверхностей.

- Технология обработки конических поверхностей.

- Особенности обработки конуса на ТВ-6.

3. Закрепление нового материала.

Выполнение практической работы по инженерно-технологическим картам.

Инструктаж по ТБ.

ІІІ – текущий инструктаж

1. Следить за соблюдением ТБ.

2. Контролировать соблюдение технологии.

3. Совершать целевые обходы.

4. Следить за самостоятельностью выполнения задания.

IV – заключительный инструктаж

1. Проверить выполнение работ.

2. Выделить лучшие работы.

3. Указать на общие ошибки.

4. Выдать домашнее задание.

1.5.2. Технологическая карта урока

2. ИНЖЕНЕРНАЯ ЧАСТЬ

2.1. Назначение и условия работы детали

Коробка перемены передач предназначена для изменения передаточных чисел трансмиссии и обеспечения реверса и, тем самым, получения различных скоростей движения трактора МТЗ-50 передним и задним ходом.

Кроме того, конструкция коробки передач обеспечивает привод переднего моста, синхронного заднего и бокового валов отбора мощности, а также предусматривает возможность получения пониженных скоростей при установке ходоуменьшителя.

Рассматриваемая деталь 1 – ведомая шестерня 50-1701216 расположена на шлицах полого, промежуточного вала 2 и закреплена на нём неподвижно, само колесо в процессе работы входит в зацепление с ведущей шестерней 4, сидящей на шлицах ведущего вала 5.

Эскиз сборочной единице представлен на рисунке 2.1.

Шестерня ведомая изготавливается из стали 25ХГТ ГОСТ 4543-71, химический состав и механические свойства которой представлены в табл.1.1. Данная деталь является цилиндрическим прямозубым зубчатым колесом и предназначена для передачи вращательного движения между валами с параллельными осями вращения. Зубчатая передача, в состав которой входит рассматриваемая деталь является силовой, т.е., служит для передачи крутящего момента с изменением частоты вращения валов.

Таблица 2.1. – Химический состав и механические свойства стали 25ХГТ ГОСТ 4543-71

G_в – предел прочности;

G_т – предел текучести;

δ ,Ψ – относительное удлинение и относительное сужение соответственно.

Основными причинами, вызывающими выход из строя шестерни являются: износ поверхностей зубьев, усталостные разрушения, связанные с явлением питтинга контактирующих поверхностей.

Рисунок 2.1. – Эскиз сборочной единицы (КПП трактора МТЗ-50).

2.2. Анализ технологичности конструкции детали

2.2.1.Качественная оценка технологичности конструкции

Шестерня ведомая изготовлена из стали 25ХГТ и проходит термическую обработку, которая приводит к короблению детали при нагреве и охлаждении. В этом отношении перемычка, связывающая тело зубчатого венца и ступицу, расположена неудачно, так как при термической обработке возникнут односторонние искажения. Зубчатый венец уменьшится в размерах и вызовет сжатие ступицы с левого торца. Таким образом отверстие приобретёт коническую форму, что скажется на характере искажения зубчатого венца. Это в свою очередь приводит к обязательной калибровки шлицевого отверстия после термической обработки.

С точки зрения механической обработки зубчатые колёса вообще нетехнологичны, так как операции нарезания зубьев со снятием стружки производится в основном малопроизводительными методами. Применение пластического формообразование затруднено из-за недостаточной жёсткости обрабатываемой шестерни.

Наличие выступа относительно зубчатого венца на левом торце неизбежно приведёт к тому, что при одновременной обработке двух деталей зубофрезерованием между ними придётся установить прокладку в виде кольца, что соответственно увеличит длину резания и, следовательно, приведёт к снижению производительности процесса. Кроме того это приведёт к тому, что на нижнем торце верхней детали при зубофрезеровании образуются заусенцы, которые нужно будет снять.

Положительным следует считать наличие двух фасок в шлицевом отверстии, наружный диаметр которых больше наружного диаметра шлицевого отверстия. Это позволяет протягивать шлицевые отверстия после изготовления фасок, а торцы обрабатывать на многорезцовом станке. В этом случае резцы для подрезки торцов не будут доходить до шлицевого отверстия, что обеспечит хорошие условия резания (не на прерывистой поверхности) и, следовательно, высокую точность.

В целом применительно для деталей данного класса обрабатываемую шестерню можно считать достаточно технологичной, так как обеспечивается свободный доступ режущего и мерительного инструмента, хорошие условия отвода стружки и СОЖ, отсутствуют скрытые полости и высокоточные поверхности.

2.2.2. Количественная оценка технологичности конструкции

При количественной оценки технологичности детали, согласно методике изложенной в [ ], определяют значения следующих показателей:

1. Коэффициент унификации конструктивных элементов:

К_у.э. = Q_у.э. /Q_э = 9/13 = 0,69; (2.1)

где Q_{у. э} и Q_э – соответственно число унифицированных конструктивных элементов детали и общее, шт.;

2. Коэффициент применяемости стандартизованных обрабатываемых поверхностей:

К_п.ст. = D_о.с. /D_м.о. = 7/10 = 0,7; (2.2)

где D_о.с. и D_м.о. – соответственно число поверхностей детали обрабатываемых стандартным режущим инструментом, и всех, подвергаемых механической обработке поверхностей;

3. Коэффициент обработки поверхностей:

К_п.о. = D_м.о. /Q_э = 10/13 = 0,77; (2.3)

4. Коэффициент использования материала:

К_и.м. = q/Q = 3,045/5 = 0,61; (2.4)

где q и Q – соответственно масса детали и заготовки, кг;

5. Коэффициент применения типовых технологических процессов:

К_т.п. = Q_т.п. / Q_и = 3 / 4 = 0,75; (2.5)

где Q_т.п. и Q_и – соответственно число типовых технологических процессов для изготовления детали и общее;

6. Масса детали – 3,045,кг;

7. Максимальное значение квалитета обработки - 9;

8. Минимальное значение параметра шероховатости обрабатываемых поверхностей Ra – 0,63.

Из полученных результатов видно, что значения коэффициентов использования материала и обработки поверхностей не высоки, что требует в отношении первого пересмотра способа получения заготовки. В пользу технологичности свидетельствуют достаточно высокие значения коэффициентов применяемости стандартизованных обрабатываемых поверхностей, коэффициента унификации, применения типовых технологических процессов и обработки поверхностей.

2.3. Определение типа производства

Тип производства по ГОСТ 3.1119-83 характеризуется коэффициентом закрепления операций. В соответствии с методическими указаниями РД 50-174-80, коэффициент закрепления операций для всех разновидностей серийного производства определяется:

К_зо = ∑П_{о i} / ∑Р_i , (2.6)

где ∑П_{о i} - суммарное число различных операций за месяц по участку из расчета на одного сменного мастера;

∑Р_i - явочное число рабочих участка, выполняющих различные операции при работе в одну смену.

Условное число однотипных операций, выполняемых на одном станке в течении одного месяца при работе в две смены:

П_{о i} = η_н / η_з , (2.7)

где η_н - планируемый нормативный коэффициент загрузки станка (0,75);

η_з - коэффициент загрузки станка проектируемой (заданной) операцией:

η_з = Т_шт. N_м / (60F_м К_в ), (2.8)

где Т_ш - штучно-калькуляционное время, необходимое для выполнения проектируемой операции, мин;

N_м - месячная программа выпуска заданной детали, шт.:

N_м = N_г / 12 = 150000 / 12 = 12500 шт, (2.9)

где N_г - годовой объем выпуска заданной детали, шт.:

F_м - месячный фонд времени работы оборудования в две смены, ч:

F_м = 4030 / 12 = 336 ч.

Следовательно:

П_{о i} = 60 F_м К_в η_н / (Т_шт. N_м ), (2.10)

Необходимое число рабочих, для обслуживания одного станка (при работе в две смены):

Р_i = П_{о i} Т_шт. N_м / (60F_мр К_в ), (2.11)

где F_мр – месячный фонд времени работы рабочего, F_мр = 176ч.

Результаты расчётов по приведенным выше зависимостям представлены в таблице 2.2.

Таблица 2.2. – Результаты расчётов

Тогда коэффициент закрепления операции равен:

К_зо = 17,55/ 15,75 = 1,1.

Производство крупносерийное.

Решение о целесообразности организации поточной формы производства обычно принимается на основании сравнений заданного суточного выпуска изделий и расчетной суточной производительности поточной линии при двухсменном режиме работы и ее загрузке 65-75%.

Заданный суточный выпуск изделий:

N_c = N_г / 257 , (2.12)

где 257 - количество рабочих дней в году.

N_c = 150000 / 257 = 583,65 шт.

Суточная производительность поточной линии:

Q_c = F_c η_з / Т_ср , (2.13)

где F_c - суточный фонд времени работы оборудования (при двухсменном режиме работы-960мин.);

Т_ср - средняя станкоёмкость основных операций, мин.

Средняя станкоёмкость операций:

Т_ср = ∑Т_{шт i} / (nК_в ), (2.14)

где Т_{шт i} -штучное время основной i-ой операции;

Кв - средний коэффициент выполнения норм времени;

n-количество основных операций.

Т_ср = 21,74 / (11 × 1,3) = 1,52.

Тогда:

Q_c = 960 × 0,62 / 1,52 = 392 шт. (2.15)

Так как заданный суточный выпуск изделий больше суточной производительности поточной линии N_c › Q_c при условии ее загрузки на 65-75% то применение однономенклатурной поточной линии целесообразно.

Такт производства определяем по формуле:

τ = 60 F_э / N_г = 60 × 4030 / 150000 = 1,61 мин. (2.16)

2.4. Выбор и экономическое обоснование метода получения заготовки

Согласно базовому варианту, заготовку получают на кривошипном горячештамповочном прессе, в открытых облойных штампах из прутка стали 25ХГТ диаметром 85 мм. Технологию получения заготовки можно представить в следующей последовательности:

1. Резка сортового проката, осуществляется на ножницах. Пруток предварительно нагревают ТВЧ, после отрезки получают цилиндр длиной 180 мм., массой 7,967 кг.

2. Загрузка разрезанного проката в накопитель перед нагревателем КИН-51.

3. Нагрев заготовки в нагревателе ТВЧ до температуры 1100 ¸1200 С⁰ .

4. Транспортировка цепным транспортёром прутка к рабочей зоне пресса.

5. Штамповка на КГШП с усилием 25000 Н, температура штамповки 1200-900С⁰ .

6. Транспортировка заготовки к ОГШП для обрезки облоя и прошивания отверстия, температура заготовки должна быть не менее 800-900С⁰ , в противном случае требуется подогрев.

Масса заготовки после обрезки облоя составляет 5,6 кг. С учётом допускаемых отклонений на длину и диаметр проката масса обрезаемого облоя может колебаться в пределах 0,4 – 0,7 кг., около 0,3 кг., составляет вес перемычки.Штамповка в открытых штампах характеризуется тем, что штампы в процессе деформации остаются открытыми. Зазор между подвижной и неподвижной частями является переменным, в него выдавливается металл при деформировании, образуя заусенец, что существенно увеличивает расход металла, кроме того для обрезки заусенца (облоя) необходимо применять специальные обрезные пресса и штампы. Исследования показали, что при обработке штампованных заготовок большая часть отходов 70-80% приходится на припуск и заусенец.

Одним из путей совершенствования метода получения заготовки является безоблойная штамповка, т.е., штамповка в закрытых штампах. Однако основной трудностью при его применении является повышенные требования к точности отрезаемого прутка по массе (объёму).

Эта задача может быть решена в случае применения специальных отрезных станков, в частности станков фирмы «Кизерлинг» (ФРГ) моделей НТ-62, НТ-125 и т.д.

Особенностью этих машин является то, что во время резки два охватывающих режущих инструмента, приводятся в движение от двух маховиков с кулачками. В результате двустороннего отрезного удара металл срезается ровно. Производительность 150-300 дет/мин, допуск на длину заготовки ± 0,15 мм. поверхность среза получается чистой без заусенцев. В этом случае колебание объёма отрезаемого прутка будет в значительно меньших пределах и эта погрешность может быть скомпенсирована за счёт изменения толщины перемычки. При этом для прошивки отверстия в заготовке можно будет применять менее мощные и, как следствие более дешёвые пресса. Кроме того, способ получения заготовки в закрытых штампах позволяет повысить точность штамповки, а это значит снизить припуски на механическую обработку и как следствие снизить трудоёмкость изготовления изделия.

В настоящее время себестоимость заготовки по заводскому варианту составляет 1355 руб. для определения целесообразности изменения способа получения заготовки воспользуемся методикой изложенной в [ ].

Себестоимость заготовки с достаточной степенью точности можно определить по приведенной ниже зависимости:

(2.17)

где С_i – базовая стоимость 1т заготовок ,руб.;

Q – масса заготовки, кг.;

k_т , k_c , k_в , k_м , k_п , - Коэффициенты зависящие от класса точности, группы сложности, массы, марки материала и объема производства заготовок.

q – масса готовой детали, кг.;

S_отх – цена 1 т отходов, руб.;

С₄ = 373000 руб.;

Q = 5 кг.;

k_т = 1; k_c = 0,77_; k_в = 0,88; k_м = 1,21; k_п = 0,8;

q – 3,045 кг.;

S_отх = 25000 руб.;

руб.

Как видно из приведенных расчётов расчётная себестоимость заготовки получаемой в закрытых штампах ниже, экономия на материале составит при стоимости тонны стали 25ХГТ ГОСТ 4543-71 порядка 140884 .руб. и годовой программе выпуска шестерни 150000 шт. составит:

Э_м = N _г. × 0,6 = 150000 × 0,6 = 90000 кг. (2.18)

В денежном выражении:

Э_д = Э_м × 50000 = 90 × 140884 = 12,678 млн. руб. (2.19)

Кроме того, отпадает необходимость в оборудовании для обрезки облой, средняя стоимость пресса составляет 948520 руб. несложно подсчитать, что экономический эффект от внедрения предложенного метода без учёта стоимости пресса составит:

, (2.20)

где Со',Co'' - технологические себестоимости сравниваемых операций, руб;

N - годовая программа ;

тыс. руб,

Значит применение предложенного метода экономически целесообразно.

2.5. Выбор технологических баз

Рисунок 2.2. – Схема расположения базовых поверхностей

Точность обработки зубьев цилиндрических зубчатых колес в большой степени зависит от правильного выбора баз на зуборезных и зубоотделочных операциях и точности базовых поверхностей заготовок перед зубообработкой.

Базовыми поверхностями при обработке заготовок цилиндрических зубчатых колес могут быть поверхности, зависящие в первую очередь от конструктивных форм колес, требований к точности по техническим условиям и серийности выпуска.

При зубофрезеровании и зубошевинговании нашей шестерни за технологическую базу принимают отверстие 6, которое соответственно будет необходимо первоначально обработать. В период его обработки отверстие будет являться двойной направляющей базой. Второй технологической базой является торец зубчатого венца 3, который будет обрабатываться совместно с опорным торцом ступицы 4.

Все эти технологические и опорные базы должны обрабатываться раньше, чем нарезание зубьев, с целью исключения погрешности изготовления заготовки. Также нам необходимо придерживаться принципа сохранения баз для получения детали большей точности и исключение погрешностей переустановки.

2.6. Разработка технологического маршрута обработки детали

В условиях производства разработка технологических процессов изготовления деталей производится с учетом технического и экономического принципов. В соответствии с техническим принципом проектируемый технологический процесс должен обеспечить качество деталей, в соответствии с экономическим принципом – минимум затрат на производство готовой продукции.

Технологический процесс изготовления цилиндрического зубчатого колеса можно разбить на пять основных этапов:

1. Обработка заготовки перед зубонарезанием.

2. Формообразование зубьев.

3. Отделка зубьев до термообработки.

4. Термообработка зубчатого колеса.

5. Окончательная отделка баз и зубчатого венца после термообработки.

Теперь поэтапно разработаем конкретный технологический маршрут обработки нашей шестерни.

Сначала нам необходимо предварительно обработать заготовку в целях подготовки детали для зубонарезания. С учетом крупносерийного производства нам вначале необходимо обработать общий контур заготовки для зубообработки. Данные обработанные поверхности будут служить технологическими базами при формообразовании зубьев.

Для данного этапа выберем следующие операции:

- для обработки насадочного отверстия и обработки торцов назначаем токарную операцию;

- для получения шлицевой поверхности в посадочном отверстии шестерни примем промежуточную операцию, на которой вместе со шлицами доводится и отверстие посадки.

- для окончательной доводки торцовых поверхностей и образование фасок применим еще одну токарную операцию.

Теперь переходим к этапу формообразования зубчатого венца. По рекомендациям для достижения необходимого модуля зуба и серийности производства применим операцию:

- Зубофрезерование – фрезерование червячной модульной фрезой зубьев шестерни.

- Зубозакругляющая – производится закругление зубьев для плавности входа в работу.

- Зубофасочная – снятие фасок на острых кромках зуба.

Для этапа окончательной отделки зубьев, перед термообработкой, применим операцию – зубошевингование.

Затем для увеличения срока службы шестерни применим термообработку, что позволит увеличить стойкость зубьев к износу, а также к динамическим нагрузкам.

Любая термообработка ведет к увеличению размера зерна, так сказать температурному росту, и появлению окалины, что ведет к необходимости применения последнего этапа обработки – отделки баз и зубчатого венца после термообработки. Для данного этапа применим следующие операции:

- Протяжная – окончательная обработка базовой шлицевой поверхности.

- Зубообкатывающая – обкатка по зубу.

- Зубохонинговальная – достижение необходимой точности и шероховатости поверхности зубьев.

По окончанию зубохонинговальной операции можно считать, что шестерня изготовлена окончательно, остается лишь проконтролировать ее на наличие брака.

2.7. Разработка технологических операций

2.7.1. Выбор модели оборудования

Выбор модели станка определяется прежде всего возможностью изготовления на нем деталей необходимых размеров и формы, качество ее поверхности. Если эти требования можно обеспечить обработкой на различных станках, определенную модель станка вбирают из следующих соображений:

- соответствие его основных размеров габаритам обрабатываемых деталей, устанавливаемых по принятой схеме обработки;

- возможность работы на оптимальных режимах резания;

- производительности – заданному масштабу производства;

- соответствие станка требуемой мощности при обработке;

- возможность механизации и автоматизации выполняемой обработки;

- обеспечение наименьшей себестоимости обработки;

- возможности приобретения станка;

- необходимости использования имеющихся станков.

В условиях крупносерийного массового производства нужно стремиться к тому, чтобы на одной операции было занято не более одного – двух станков. Если это условие не выполняется, следует выбирать более производительную модель станка (мношпиндельный, многопозиционный или агрегатный).

В общем случае нужно стремиться наиболее полно использовать станки. Иногда допустимо применять станки высокой производительности, если их загрузка ниже требуемой, но себестоимость обработки детали меньше, чем на других, полностью загруженных станках.

Выбор станков для проектируемого технологического процесса производится уже после того, как каждая операция предварительно разработана. Это значит, что намечены, выбраны или определены:

- метод обработки поверхностей;

- пропуск на обработку;

- режущий инструмент.

Универсальные станки обычно используются в единичном производстве вследствие большого количества операций, выполняемых на данных станках и низкой их производительности. В нашем же случае тип производства – крупносерийный, вследствие чего, будет характерно использование специальных, многопозиционных и многошпиндельных станков, у которых их стоимость перекрывается их производительностью.

Теперь перейдем к этапу подбора моделей оборудования применимо к нашему технологическому процессу обработки детали типа "шестерни" (501701216). Заготовкой в данном случае является штамповка с общими габаритными размерами d 192 х 56 мм. Материалом заготовки является сталь 25ХГТ (ГОСТ 4543-88).

Для первой токарной операции будет использоваться токарный восьмипозиционный станок 1К282. Данный станок подходит для крупносерийного производства. На данном станке возможна обработка заготовки на семи позициях различным инструментом, а восьмая позиция является загрузочной, которая позволяет перекрывать время установки детали на станок за счет одновременной ее обработки на других позициях.

Этот станок подходит нам и по следующим критериям:

- обрабатываемый размер заготовки – 250 мм.;

- мощность – 50 кВт;

- габариты – 3070 х 2945 х 3872.

Для промежуточной операции наиболее предпочтительным является применение вертикально-протяжных станков вследствие их малых габаритных размеров. Применим на данной операции станок модели 7Б68. Значение его характеристик, влияющих на его выбор, являются следующие:

- габаритные размеры 4550 х 2760 х 5870 мм.;

- мощность – 80 кВт.;

- рабочая сторона стола – 710 мм.;

- тяговая сила – 800 кН.

Для дальнейшей токарной обработки принимаем токарный многорезцовый станок модели 1Н713. Данный станок обладает таким необходимым свойством, как возможность многоинструментальной обработки заготовки. Станок 1Н713 обладает следующими характеристиками:

- наибольший размер обрабатываемой заготовки устанавливаемой над суппортом – 250 мм.;

- мощность – 5 кВт.;

- габаритные размеры –2450 х 1250 х 1980 мм.

На зубообрабатывающую операцию применим специальный зубофрезерный станок модели АВС-12-1676. Этот станок обладает следующими техническими характеристиками:

- наибольший диаметр обрабатываемой заготовки – 320 мм.;

- мощность – 7,5 кВт.;

- габаритные размеры – 1790 х 1000 х 2450 мм.

Для увеличения производительности на данном станке обработка ведется сразу нескольких деталей, предварительно уложив между ними прокладочное кольцо.

Для закругления зубьев применяем зубозакругляющий станок 5Н580 со следующими характеристиками:

- мощность – 5кВт.;

- габаритные размеры –1620 х 1050 х 1415 мм.;

- наибольший размер обрабатываемой детали – 250 мм.

На зубошевинговальную операцию применим специальный станок модели АВС02В со следующими техническими характеристиками:

- наибольший обрабатываемый диаметр заготовки – 250 мм.;

- мощность – 3 кВт.

- Габаритные размеры – 1820 х 1500 х 2120 мм.

Для обкатки зубьев применим станок зубообкатный модели 5В722 со следующими характеристиками:

- наибольший диаметр обрабатываемой заготовки – 200 мм.;

- мощность – 2,1 кВт.;

- габаритные размеры – 1540 х 1100 х 1550 мм.

На операцию по хонингованию зубьев зубчатого колеса применим станок зубохонинговальный модели 5В913 со следующими характеристиками:

- наибольший обрабатываемый диаметр – 320 мм.;

- мощность – 3 кВт.;

- габаритные размеры – 1650 х 1460 х 1620 мм.

2.7.2. Выбор технологической оснастки

Правила выбора технологической оснастки регламентируются соответствующими ГОСТами. К ней относятся: приспособления, инструменты и средства измерения и контроля.

В случае применения стандартной оснастки рекомендуется пользоваться альбомами ее типовых конструкций и соответствующими стандартами.

На 005 операции используется следующая оснастка: приспособление специальное.

Позиция ІІІ: стойка для зенкера специальная; зенкер твердосплавный; пробка специальная на р-р Ø 47^+0,62 .

Позиция V: резец проходной правый 2100-4016 Т15 К10, ГОСТ 18878-73; стойка для резца специальная; резец проходной левый 2112-424 Т15 К10, ГОСТ 18878-73; стойка для резца специальная; скоба ГОСТ 24853-81 на р-р 29,3_-0,52 .

Позиция VII: стойка для резца специальная; резец фасочный правый 2136-4041 ГОСТ 18879-73; резец расточной 2142-4052 ГОСТ18879-73; шаблон специальный на р-р Ø 62,7±0,6; пробка 8141-4248 ГОСТ 14807-81 на р-р Ø50,6_-0,6 ; скоба ГОСТ 24853-81 на р-р Ø70 ± 0,6.

Позиция II: стойка для резцов специальная; резец проходной левый 2100-4016 Т5К10 ГОСТ 18878-73; скоба ГОСТ 24853-81 на р-р 54,2_-0,4 ; скоба ГОСТ 24853-81 на р-р 20_-0,28 .

Позиция IV: стойка для резца специальная; резец проходной 2102-1007 Т5 К10 ГОСТ 18878-73; скоба ГОСТ 24853-81 на р-р 189,8_-0,6 .

Позиция VI: стойка для резцов специальная; резец фасочный левый 2136-4071 Т5К10 ГОСТ 18878-81; резец фасочный правый 21364052 Т5К10 ГОСТ 18878-81.

Позиция VIII: стойка для резца специальная; резец фасочный 2136-4052 Т5К10 ГОСТ 18878-81.

Для операции 010: планшайба опорная; патрон рабочий; патрон вспомогательный; крышечка шлицевая специальная; пробка плоская специальная на размер Ø60,08^+0,05 .

Операция 015: оправка разжимная специальная; центр передний 7032-0035 ГОСТ 13214-67; центр задний 7032-0112 ГОСТ 13214-67; планшайба поводковая; втулка переходная специальная.

Оснастка на поперечный суппорт: стойка для резцов специальная; резец подрезной специальный 2 шт.; резец подрезной правый специальный 2 шт.; резец фасочный левый 2136-4052 ГОСТ 188-81; скоба ГОСТ 24853-81 на р-р 19_-0,28 ; шаблон специальный на р-р 53,3±0,15; шаблон специальный на р-р 5±0,6 х 30°.

На продольный суппорт: стойка для резца специальная; резец проходной 2100-4015 ГОСТ 18878-81; скоба ГОСТ 24853-81 на р-р Ø189_-0,3 .

Операция 025: оправка для фрезы специальная; фреза червячная сборная Т15К6; скоба шаговая специальная на р-р 62,336_-0,1 .

Операция 030: приспособление специальное; цанга; фреза кольцевая специальная Р5К10; шаблон специальный на р-р R 5,5±0,5; шаблон специальный на р-р R 24±3.

Операция 045: приспособление специальное; оправка для круга специальная 2 шт.; круг шлифовальный ПП80 х 3 х 25 24А25С2В35 м/с 2 кл Б ГОСТ 2424-83 2 шт.

Операция 050: загрузочное устройство специальное; приспособление для установки деталей; шевер специальный; индикатор ИРБ 584-75; контрольный прибор МЦ 400Б; измерительное колесо; установочный диск для контролирующего колеса; втулка; контрольный прибор для проверки направления зуба специальный.

Операция 065: шайба опорная; патрон вспомогательный; протяжка шлицевая специальная; пробка плоская специальная на р-р Ø60_-0,02 ^+0,14 ; пробка "не" 7,068_+0,141 ^+0,254 и "не" Ø60^+0,16 .

Операция 070: шестерни обкатные – 3 шт.

На 075 операции используется оснастка, что и на операции 050.

Согласно индивидуальному заданию в качестве специального режущего инструмента рассмотрим червячную модульную фрезу, применяемую для нарезания зубьев m = 4,5, Z = 40, b = 19 мм, угол зацепления – α = 20°, степень точности 10-9-9вс.

Материал режущей части сталь Т10К5, корпус изготовлен из стали 40Х ГОСТ 1050-74 после ТО твердость должна достигать HRC_э 40…45, зубья крепятся механически.

Выбор основных параметров режущей части осуществим в зависимости от свойств обрабатываемого материала согласно методике изложенной в [ ].

По ГОСТ 9324-80 наружный диаметр фрезы d_а =120 мм.

1.

Рисунок 2.3. – Конструктивные элементы сборной червячной фрезы.

; ; (2.21)

Где К_Y и К_z – условная величина затылования и число зубьев фрезы;

- задний угол на вершине фрезы.

мм; (2.22)

мм; (2.23)

2. Определяем конструктивные части реек и пазов под них по [ ]:

- Ширина паза В₁ =10 мм и изготавливается по 7 квалитету точности.

- Стенку паза на противоположную опорной, как и на зубе, для фрез с модулем m > 4 выполняют с поднутрением под углом 5°.

- Величину В₂ принимаем равной 15 мм что обеспечит 16 – 17 переточек.

- Величина b = 6 мм.

- Полную высоту затылованного зуба определяем по формуле:

(2.24)

где К величина затылования

(2.25)

- Толщина корпуса от дна канавки до отверстия не должна быть менее

15 мм.

- Число зубьев фрезы:

; (2.26)

где h₀ – высота зуба фрезы

(2.27)

h₀ = 2,55m = 2,55 × 4,15 = 11,475 мм;

;

Тогда: .

Рисунок 2.4. – Схемы установки затылованного зуба в корпусе червячной фрезы.

3. Длина рабочей части фрезы:

; (2.28)

где х = 5 – выбирается по таблице 8,1

мм.

Принимаем L₁ = 135 мм.

4. Ширина буртиков l = 5 мм, [7,стр.309].

5. Полная длина фрезы L = L₁ + 2l = 135+2×5 = 145 мм

6. Диаметр буртиков D = (1,5…1,7)d = 1,5∙40 = 60 мм.

Принимаем D = 60 мм.

7. Диаметр посадочного отверстия

d = (0,2…0,45)d_a = 0,3∙120 = 40 мм.

Определение элементов профиля в нормальном сечении.1. Шаг по нормали Р_n = π∙m = 3,14∙4,5 = 14,13 мм. (2.29) 2. Толщина зуба в нормальном сечении на делительной прямой

; (2.30)

где S – толщина зуба колеса по дуге делительной окружности с учетом необходимого бокового зазора в передаче

; (2.31)

DSy – величина утоньшения зубьев нарезаемых колес для образования бокового зазора после чистовой обработки

DSш – припуск под последующее шевингование

DSy = 0,11

DSш = 0,2

(2.32)

(2.33)3. Высота головки зуба для нарезания некоррегированной шестерниh_a = 1,25m = 1,25∙4,5 = 5,625 мм. (2.34)
4. Высота ножки зубаh_f = 1,25m = 1,25∙4,5 = 5,625 мм. (2.35)5. Полная высота зубаh = 2,5m = 2,5∙4,5 = 11,25 мм. (2.36)6. Радиус закругления профиля головки зубаp_a = 0,25m = 0,25∙4,5 = 1,125 мм. (2.37)7. Радиус закругления ножки зубаp_f = 0,3m = 0,3∙4,5 = 1,35 мм. (2.38)8. Толщина зуба на вершинеS_a = S_n – 2h_a tgαt_ωo =9,97 – 2∙5,625∙tg20° = 5,88 мм. (2.39)9. Канавку для выхода шлифовального круга выбираем следующих размеров:- ширина – 2 мм;- глубина – 1 мм;радиус скругления – 1 мм,10. Угол наклона стружечной канавки β₀ = 2°,

11. Профильный угол – 20°,

Определение элементов режущей части фрезы.

1. Передний угол γ_в = 0, 2. Задний угол при вершине зубьев α_в = 10°, 3. Угол на боковых сторонах профиля tgα_б = tgα_в ∙sinα_tωo = tg10°∙sin20° = 0,06; (2.40)α_б = 3°27¢.4. Число зубьев принимаем z = 12.5. Размеры канавки для размещения стружки:

глубина канавки

(2.41)

где R – радиус закругления дна канавки, R = 1,5 мм.

6. Угол стружечной канавки θ = 25°,

7. Средний расчетный диаметр фрезы

d_p = d_a – 2h_a – 0,25K = 120 – 2∙5,625 – 0,25∙5,5 = 107,375 мм. (2.42)

8. Угол наклона винтовой линии β₀ канавок

(2.43)

9. Шаг винтовой линии

h_стр. = πd_p ∙ ctgb₀ = 3,14∙107,375∙23,85 = 8045 мм. (2.44)

10. Шаг витков по оси

(2.45)

11. Положение усика рисунок 2.6.

(2.46)

где r₁ – радиус делительной окружности нарезаемого колеса;

a₁ – угол профиля нарезаемого колеса;

p_А1 – радиус кривизны профиля зуба равный:

(2.47)

где r_a1 и r_b2 – радиусы окружностей вершин и основной сопряженного колеса;

а_w12 – межосевое расстояние в передаче

(2.48)

12. Высота усика

(2.49)