Повышение технико-экономических показателей обработки детали типа «Корпус»
ВВЕДЕНИЕ
Требования научно-технического процесса в механической обработке предлагают использование прогрессивной технологии, в которой органически сочетается гибкость в сочетании с наивысшей производительностью и наименьшей себестоимостью, обеспечивается стабильное качество обрабатываемых деталей и изделий, рациональную загрузку оборудования, надежность систем программного управления и удобство сервисного обслуживания и эксплуатации.
В настоящее время в машиностроении и приборостроении основным видом обработки деталей различной формы являются обработка металла резанием, которая составляет примерно 35 - 40 % от общей обработки изготовления приборов и машин. Отсюда видно, что основным предприятием в процессе увеличения производительности труда является большая трудоемкость обработки деталей резанием, которую необходимо по возможности снижать.
Поскольку в приборостроении наибольшая часть трудоемкости падает на механическую обработку, а особенно на обработку корпусных деталей, то быстрое внедрение новой техники, а именно: средств автоматизации и переналаживаемого технологического оборудования, оснащенного системами ЧПУ; высокопроизводительным режущим инструментом; средствами поднастройки инструмента; автоматическими системами замены заготовок и инструмента, играет здесь решающую роль.
Применение станков с ЧПУ позволяет значительно снизить машинное время и повысить автоматизацию серийного производства, обеспечивает высокую технико-экономическую эффективность оборудования, позволяет организовать централизованную подготовку программ обработки, которые могут быть легко размножены и переданы с одного центра на любые предприятия.
Возможность уменьшения трудоемкости обработки резанием связана с перспективными направлениями развития технологии машиностроения и приборостроения:
– 
максимальное приближение форм и размеров заготовок к формам и размерам готовых деталей путем широкого использования рациональных заготовок, изготовленных прогрессивными формами (литья под давлением);
– повышение производительности, максимальная информация и расширение области внедрения известных базовых прогрессивных технологических методов: малооперационной технологии за счет всемирной концепции технологических операций выполняемых на одном станке, по возможности за один установ заготовки; применение параллельных и параллельно - последовательных методов обработки; использование многоинструментальных наладок; одновременная обработка несколькими инструментами; перекрытие вспомогательного времени машин;
– 
широкое внедрение типовых технологических процессов и групповых методов обработки. Распространение на этой основе на мелкосерийное и серийное производство принципов построения технологии и выбора оборудования присущих крупносерийному и массовому производству, то есть более широкое применение специализированных станков, многорезцовых полуавтоматов, в том числе многоцелевых станков с ЧПУ;
– интенсификация режимов резания происходит благодаря применению современных износостойких материалов и инструментов прогрессивных конструкций;
– совершенствование уже известных методов обработки и расширение обработки применения новых эффективных методов, таких как высокоскоростная обработка деталей из алюминиевых сплавов;
– резкое возрастание производства и применение многоцелевых станков.
Разработка данной работы ведется с учетом выше перечисленных направлений развития металлообрабатывающего оборудования и металлообработки деталей, изделий и приборов.
В современном производстве существуют две тенденции развития. Первая состоит в делении производственного процесса на ряд последовательных операций с использованием универсального оборудования и оснастки.
Вторая тенденция, состоит в возможности более концентрации операций на одном типе оборудования. И хотя для этого требуется дорогостоящее оборудование, производственный цикл уменьшается, а производительность увеличивается от 3 до 8 раз.
Поэтому дипломная работа разрабатывается согласно второй тенденции развития производства.
Объектом исследования являются конструкторско-технологические факторы, которые способны повлиять на совершенствование технологического процесса изготовления корпусной детали.
Повышенное внимание машиностроителей к обработке корпусных деталей (КД) во многом определяется тем, что от результатов этой механической обработки зависят качество, надежность, экономичность и долговечность выпускаемых
технических изделий. Литературные источники указывают, что КД могут составлять до 27 % от общего количества деталей в изделии машиностроения, в тоже время трудоемкость их механической обработки может доходить до 60% от общей трудоемкости всего изделия.
Цельюисследования является:
- разработка прогрессивного технологического процесса изготовления корпусной детали с обеспечением значительного снижения их трудоемкости и себестоимости на основе рациональных заготовок, станков с ЧПУ, нового режущего инструмента и совершенствования организации производства. Качество технологической системы является своеобразным барьером на пути действия факторов, стремящихся нарушить заданный ход технологического процесса. Отсюда главной задачей совершенствования технологической системы является повышение ее качественных характеристик, в первую очередь, таких как жесткость, точность, износостойкость.
- провести аналитический обзор в области использования многооперационных сверлильно-фрезерно-расточных станков, предоставить рекомендации по оснащению режущего инструмента сменными многогранными пластинами.
- разработка схем технологических наладок для наглядности настройки инструментов на размер;
- проектирование технологической оснастки, а именно: станочных приспособлений с целью наиболее рационального базирования и закрепления детали при обработке, и контрольного приспособления для контроля необходимого качества изделия;
- выполнение расчетов по экономической части дипломного проекта, с целью определения калькуляции себестоимости изделия и определение точки безубыточности;
- рассмотрение травмоопасных, вредных и пожароопасных факторов и путей их устранения, с целью обеспечения безопасности производимых работ на производстве.
Для реализации цели необходимо решить следующие задачи:
1. Выбор наиболее целесообразных видов заготовки и обработки.
2. Анализ технологичности конструкции детали и повышение производительности ее обработки.
Для достижения поставленной цели необходимо провести исследования процесса обработки. Отсюда вытекает ряд основных задач, связанных с исследованием
возможностей различных методов обработки, изучение качественных показателей, получаемых в результате обработки и др.
Задачи выделяют на «дереве цели», которые могут быть представлены в виде таблицы.
Таблица 1
Аналитический обзор
Примерная структура производства заготовок в машиностроении
| Вид заготовок | Доля заготовок % | Вид заготовок | Доля заготовок, % |
| Сварные конструкции | Поковки: | ||
| Отливки | 39,65 | штампованные | 8,2 |
| в том числе из: | из слитков | 2,1 | |
| чугуна | 28.28 | Изделия из металлических порошков | 0,05 |
| стали | 9,3 | ||
| цветных металлов | 2,07 |
В настоящее время средняя трудоемкость заготовительных работ в машиностроении составляет 40...45% общей трудоемкости производства машин. Главная тенденция в развитии заготовительного производства состоит в снижении трудоемкости механической обработки при изготовлении деталей машин за счет повышения точности их формы и размеров.
2.2 Технологические возможности основных способов получения заготовок
Основные способы производства заготовок - литье, обработка давлением, сварка. Способ получения той или иной заготовки зависит от служебного назначения детали и требований, предъявляемых к ней, от ее конфигурации и размеров, вида конструкционного материала, типа производства и других факторов.
Литьем получают заготовки практически любых размеров как простой, так и очень сложной конфигурации. При этом отливки могут иметь сложные внутренние полости с криволинейными поверхностями, пересекающимися под различными углами. Точность размеров и качество поверхности зависят от способа литья. Некоторыми специальными способами литья (литье под давлением, по выплавляемым моделям) можно получить заготовки, требующие минимальной механической обработки.
Отливки можно изготавливать практически из всех металлов и сплавов. Механические свойства отливки в значительной степени зависят от условий кристаллизации металла в форме. В некоторых случаях внутри стенок возможно образование дефектов (усадочные рыхлоты, пористость, горячие и холодные трещины), которые обнаруживаются только после черновой механической обработки при снятии литейной корки.
2.2.1 Анализ возможных способов получения заготовки:
Вариант получения заготовки литьем в кокиль
Отливки из алюминиевых сплавов преимущественно изготовляют литьем в кокиль, под давлением и литьем в песчаные формы.
Подробнее данные методы получения заготовок рассмотрены ниже.
Сущность литья в кокиль заключается в изготовлении отливок заливкой расплавленного металла в многократно используемые металлические литейные формы-кокили с последующим затвердеванием залитого металла, охлаждением отливки и извлечением ее из полости формы.
Все операции технологического процесса литья в кокиль механизированы и автоматизированы. Используют однопозиционные и многопозиционные автоматические кокильные машины и автоматические кокильные линии изготовления отливок. Кокильное литье применяют в массовом и серийном производствах для изготовления отливок из чугуна, стали и сплавов цветных металлов с толщиной стенок 3…100 мм, массой от
нескольких десятков граммов до нескольких сотен килограммов.
Преимущества и недостатки литья в кокиль представлены в таблице 2.1
Таблица 2.2
Преимущества и недостатки метода изготовления литья в кокиль:
2.2.1.2. Вариант получения заготовки литьем под давлением.
Сущность литья под давлением заключается в изготовлении отливок в металлических формах (пресс-формах) заполнением расплавом под действием внешних сил, превосходящих силы гравитации. Затвердевание отливки протекает под избыточным давлением. После охлаждения отливку извлекают из пресс-формы. Высока кинетическая энергия движущего расплава и статическое давление на него в момент окончания заполнения полости пресс-формы способствуют получению поверхностного слоя отливки с весьма малой шероховатостью. Высокая интенсивность теплового взаимодействия между расплавом, отливкой и пресс-формой способствует изменению структуры в поверхностных слоях отливки, повышению ее прочности и т.д.
Литье под давлением используют в массовом и крупносерийном производствах отливок с минимальной толщиной стенок 0,8мм, с высокой точностью размеров и малой шероховатостью поверхности за счет тонкой обработки и тщательного полирования рабочей полости пресс-формы; без механической обработки или с минимальными припусками, что резко сокращает объем механической обработки отливок; с высокой производительностью процесса.
Таблица 2.3
Преимущества и недостатки метода изготовления литья под давлением:
2.2.1.3 Вариант получения заготовки литьем в песчаные формы
Литьё в песчаные формы — дешёвый, самый грубый, но самый массовый (до 75-80 % по массе получаемых в мире отливок) вид литья. Вначале изготовляется литейная модель (ранее — деревянная, в настоящее время часто используются пластиковые модели, полученные методами быстрого прототипирования), копирующая будущую деталь. Модель засыпается песком или формовочной смесью (обычно песок и связующее), заполняющей пространство между ею и двумя открытыми ящиками (опоками). Отверстия в детали образуются с помощью размещённых в форме литейных песчаных стержней, копирующих форму будущего отверстия. Насыпанная в опоки смесь уплотняется встряхиванием, прессованием или же затвердевает в термическом шкафу (сушильной печи). Образовавшиеся полости заливаются расплавом металла через специальные отверстия — литники. После остывания форму разбивают и извлекают отливку. После чего отделяют литниковую систему (обычно это обрубка), удаляют облой и проводят термообработку [2].
Таблица 2.4
Преимущества и недостатки метода изготовления литья в песчаные формы:
О целесообразности определённого вида заготовки можно говорить после расчёта технологической себестоимости детали по сравниваемым вариантам. Предпочтение следует отдать той заготовке, которая обеспечивает меньшую технологическую себестоимость детали.
Многоцелевые станки с ЧПУ
Благодаря оснащению многоцелевых станков (МС) устройствами ЧПУ и автоматической смены инструмента существенно сокращается вспомогательное время при обработке и повышается мобильность переналадки. Сокращение вспомогательного времени достигается благодаря автоматическим установке инструмента (заготовки) по координатам, выполнению всех элементов цикла, смене инструментов, кантованию и смене заготовки, изменению режимов резания, выполнению контрольных операций, а также большим скоростям вспомогательных перемещений.
|
По назначению МС делятся на две группы: для обработки заготовок корпусных и плоских деталей и для обработки заготовок деталей типа тел вращения. В первом случае для обработки используют МС сверлильно-фрезерно-расточной группы, а во втором-токарной и шлифовальной групп. Рассмотрим МС первой группы, как наиболее часто используемые. 
|
МС имеют следующие характерные особенности: наличие инструментального магазина, обеспечивающего оснащенность большим числом режущих инструментов для высокой концентрации операций (черновых, получистовых и чистовых), в том числе точения, растачивания. фрезерования, сверления, зенкерования, развертывания, нарезания резьбы, контроля качества обработки и др.; высокая точность выполнения чистовых операций (6...7-й квалитеты).
Для систем управленияМС характерны сигнализация, цифровая индикация положения узлов станка, различные формы адаптивного управления. МС-это в основном одношпиндельные станки с револьверными и шпиндельными головками.
|
Многоцелевые станки (обрабатывающие центры) для обработки заготовок корпусных деталей. МС для обработки заготовок корпусных деталей подразделяют на горизонтальные (рис.2 ) и вертикальные(рис.58).
Обработка заготовок на МС по сравнению с их обработкой на фрезерных, сверлильных и других станках с ЧПУ имеет ряд особенностей. Установка и крепление заготовки должны обеспечивать ее обработку со всех сторон за одну установку (свободный доступ инструментов к обрабатываемым поверхностям), так как только в этом случае возможна многосторонняя обработка без переустановки.
Обработка на МС не требует, как правило, специальной оснастки, так как крепление заготовки осуществляется с помощью упоров и прихватов. МС снабжены магазином инструментов, помещенных на шпиндельной головке, рядом со станком или в другом месте. Для фрезерования плоскостей используют фрезы небольшого диаметра и обработку производят строчками. Консольный инструмент, применяемый для обработки неглубоких отверстий, имеет повышенную жесткость и, следовательно, обеспечивает заданную точность обработки. Отверстия, лежащие на одной оси, но расположенные в параллельных стенках заготовки, растачивают с двух сторон, поворачивая для этого стол с заготовкой.
Если заготовки корпусных деталей имеют группы одинаковых поверхностей и отверстий, то для упрощения составления технологического процесса и программы их изготовления, а также повышения производительности обработки (в результате сокращения вспомогательного времени) в память УЧПУ станка вводят постоянные циклы наиболее часто повторяющихся движений (при сверлении, фрезеровании). В этом случае программируется только цикл обработки первого отверстия (поверхности), а для остальных - задаются лишь координаты (X и Y) их расположения.
2.3.2 Фрезерный обрабатывающий центр с ЧПУ 400V
В связи с расширением производства и постановкой вопроса руководством завода НОАО «Гидромаш» о модернизации производственного цеха №13 было принято следующее решение: в связи с увеличением годовой программы выпуска детали «Корпус» до 30 000шт/год было принято решении о приобретении многооперационных сверлильно-фрезерно- расточных станков с ЧПУ. Данный тип детали ранее обрабатывался на следующих станках: токарно-винторезный 16К20, Фрезерный обрабатывающий центр с ЧПУ, станок резьбонарезной.
Была поставлена задача полностью перевести изготовление детали «Корпус» на обработку станком сверлильно-фрезерно-расточным 400V с автоматической сменой инструмента (АСИ) и числовым программным управлением (ЧПУ), предназначенный для комплексной обработки деталей из различных конструкционных материалов. Данный станок сверлильно-фрезерно-расточной с ЧПУ 400V выполняет операции сверления, зенкерования, развертывания, получистового и чистового растачивания отверстий, нарезания резьбы метчиками и фрезами, фрезерования. Область применения станка сверлильно-фрезерно-расточного с ЧПУ 400V: машиностроительные предприятия различных отраслей промышленности.
Станок сверлильно-фрезерно-расточный с ЧПУ 400V выполняет операции сверления, зенкерования, развертывания, получистового и чистового растачивания отверстий, нарезания резьбы метчиками и фрезами, фрезерования[3].
Область применения станка сверлильно-фрезерно-расточного с ЧПУ 400V: машиностроительные предприятия различных отраслей промышленности.
Особенности функциональных возможностей станка:
-возможность оснащения поворотным столом для четырехкоординатной обработки;
- возможность оснащения щупами для измерения детали и инструмента.
Внешний вид станка приведен на рисунке 2.4.
Рисунок 2.4 – Внешний вид сверлильно-фрезерно-расточного станка 400V
Техническая характеристика станка представлена в таблице 2.5.
Таблица 1.1 - Основные технические характеристики станка сверлильно-фрезерно-расточного с ЧПУ 400V:
| Характеристика | Параметр |
| Параметры cтола | |
| Размер рабочей поверхности стола, мм | 400x900 |
| Ширина направляющего паза, мм | 18Н7 |
| Количество Т-образных пазов | |
| Наибольшее расстояние от торца шпинделя до стола, мм | |
| Наибольшая масса обрабатываемой детали, кг | |
| Шпиндель | |
| Конус шпинделя (DIN 69871) | SK 40 |
| Пределы частот вращения шпинделя, об/мин | 0...8000 |
| Номинальный крутящий момент на шпинделе, Нм | 44,6 |
| Перемещения | |
| Наибольшие перемещения по осям, мм | |
| - продольное перемещение стола (Х) | |
| - поперечное перемещение колонны (Y) | |
| - вертикальное перемещение шпиндельной бабки (Z) | |
| Точность позиционирования, мм | 0,005 |
| Диапазон рабочих подач по координатам, мм/мин | 1…15000 |
| Скорость быстрого перемещения по всем осям, м/мин | 15…30 |
| Инструментальный магазин | |
| Емкость инструментального магазина, шт. | |
| Время смены инструмента, сек. | |
| Наибольший диаметр инструмента, устанавливаемого в магазине [без пропуска гнезд], мм | 125 [80] |
| Наибольшая длина инструмента, устанавливаемого в шпинделе станка, мм | |
| Наибольшая масса оправки, устанавливаемой в магазине, кг | |
| Характеристика электрооборудования | |
| Мощность двигателя главного привода, кВт | |
| Номинальная частота вращения, об/мин | |
| Максимальная частота вращения, об/мин | |
| Суммарная мощность установленных на станке электродвигателей, кВт | 17,7 / 21,7 |
| Система ЧПУ | SIEMENS SINUMERIK 802D sl |
| Прочие характеристики | |
| Габаритные размеры, мм | 2400x2200x2640 |
| Общая площадь станка в плане, кв.м. не более (с учетом открытых дверей шкафа) | 6,1 |
| Масса, кг |
Оправки
Оправки применяются для крепления фрез различного назначения, зенкеров, развёрток и других инструментов с цилиндрическим хвостовиком при обработке отверстий или выходной части их. Размеры оправок выбирают в зависимости от диаметра режущего инструмента, а также от посадочного места оборудования, на котором будет использована проектируемая оправка в соответствии с нормативами и назначением вспомогательного инструмента. На рисунке 2.5 представлен хвостовик оправки DIN 69871А с конусом SK-40.
Рисунок 2.5 – Хвостовик оправки DIN 69871А
2.4.1.2. Патроны
Патроны – это устройства, обеспечивающие надёжную фиксацию режущего инструмента в процессе обработки деталей. Геометрические параметры, как и характеристики и габариты зависят от диаметра инструмента и способа обработки.
Они хорошо передают крутящий момент, предотвращают инструмент от биений, что позволяет добиваться требуемых результатов процесса обработки.
ВВЕДЕНИЕ
Требования научно-технического процесса в механической обработке предлагают использование прогрессивной технологии, в которой органически сочетается гибкость в сочетании с наивысшей производительностью и наименьшей себестоимостью, обеспечивается стабильное качество обрабатываемых деталей и изделий, рациональную загрузку оборудования, надежность систем программного управления и удобство сервисного обслуживания и эксплуатации.
В настоящее время в машиностроении и приборостроении основным видом обработки деталей различной формы являются обработка металла резанием, которая составляет примерно 35 - 40 % от общей обработки изготовления приборов и машин. Отсюда видно, что основным предприятием в процессе увеличения производительности труда является большая трудоемкость обработки деталей резанием, которую необходимо по возможности снижать.
Поскольку в приборостроении наибольшая часть трудоемкости падает на механическую обработку, а особенно на обработку корпусных деталей, то быстрое внедрение новой техники, а именно: средств автоматизации и переналаживаемого технологического оборудования, оснащенного системами ЧПУ; высокопроизводительным режущим инструментом; средствами поднастройки инструмента; автоматическими системами замены заготовок и инструмента, играет здесь решающую роль.
Применение станков с ЧПУ позволяет значительно снизить машинное время и повысить автоматизацию серийного производства, обеспечивает высокую технико-экономическую эффективность оборудования, позволяет организовать централизованную подготовку программ обработки, которые могут быть легко размножены и переданы с одного центра на любые предприятия.
Возможность уменьшения трудоемкости обработки резанием связана с перспективными направлениями развития технологии машиностроения и приборостроения:
– максимальное приближение форм и размеров заготовок к формам и размерам готовых деталей путем широкого использования рациональных заготовок, изготовленных прогрессивными формами (литья под давлением);
– повышение производительности, максимальная информация и расширение области внедрения известных базовых прогрессивных технологических методов: малооперационной технологии за счет всемирной концепции технологических операций выполняемых на одном станке, по возможности за один установ заготовки; применение параллельных и параллельно - последовательных методов обработки; использование многоинструментальных наладок; одновременная обработка несколькими инструментами; перекрытие вспомогательного времени машин;
– широкое внедрение типовых технологических процессов и групповых методов обработки. Распространение на этой основе на мелкосерийное и серийное производство принципов построения технологии и выбора оборудования присущих крупносерийному и массовому производству, то есть более широкое применение специализированных станков, многорезцовых полуавтоматов, в том числе многоцелевых станков с ЧПУ;
– интенсификация режимов резания происходит благодаря применению современных износостойких материалов и инструментов прогрессивных конструкций;
– совершенствование уже известных методов обработки и расширение обработки применения новых эффективных методов, таких как высокоскоростная обработка деталей из алюминиевых сплавов;
– резкое возрастание производства и применение многоцелевых станков.
Разработка данной работы ведется с учетом выше перечисленных направлений развития металлообрабатывающего оборудования и металлообработки деталей, изделий и приборов.
В современном производстве существуют две тенденции развития. Первая состоит в делении производственного процесса на ряд последовательных операций с использованием универсального оборудования и оснастки.
Вторая тенденция, состоит в возможности более концентрации операций на одном типе оборудования. И хотя для этого требуется дорогостоящее оборудование, производственный цикл уменьшается, а производительность увеличивается от 3 до 8 раз.
Поэтому дипломная работа разрабатывается согласно второй тенденции развития производства.
Объектом исследования являются конструкторско-технологические факторы, которые способны повлиять на совершенствование технологического процесса изготовления корпусной детали.
Повышенное внимание машиностроителей к обработке корпусных деталей (КД) во многом определяется тем, что от результатов этой механической обработки зависят качество, надежность, экономичность и долговечность выпускаемых
технических изделий. Литературные источники указывают, что КД могут составлять до 27 % от общего количества деталей в изделии машиностроения, в тоже время трудоемкость их механической обработки может доходить до 60% от общей трудоемкости всего изделия.
Цельюисследования является:
- разработка прогрессивного технологического процесса изготовления корпусной детали с обеспечением значительного снижения их трудоемкости и себестоимости на основе рациональных заготовок, станков с ЧПУ, нового режущего инструмента и совершенствования организации производства. Качество технологической системы является своеобразным барьером на пути действия факторов, стремящихся нарушить заданный ход технологического процесса. Отсюда главной задачей совершенствования технологической системы является повышение ее качественных характеристик, в первую очередь, таких как жесткость, точность, износостойкость.
- провести аналитический обзор в области использования многооперационных сверлильно-фрезерно-расточных станков, предоставить рекомендации по оснащению режущего инструмента сменными многогранными пластинами.
- разработка схем технологических наладок для наглядности настройки инструментов на размер;
- проектирование технологической оснастки, а именно: станочных приспособлений с целью наиболее рационального базирования и закрепления детали при обработке, и контрольного приспособления для контроля необходимого качества изделия;
- выполнение расчетов по экономической части дипломного проекта, с целью определения калькуляции себестоимости изделия и определение точки безубыточности;
- рассмотрение травмоопасных, вредных и пожароопасных факторов и путей их устранения, с целью обеспечения безопасности производимых работ на производстве.
Для реализации цели необходимо решить следующие задачи:
1. Выбор наиболее целесообразных видов заготовки и обработки.
2. Анализ технологичности конструкции детали и повышение производительности ее обработки.
Для достижения поставленной цели необходимо провести исследования процесса обработки. Отсюда вытекает ряд основных задач, связанных с исследованием
возможностей различных методов обработки, изучение качественных показателей, получаемых в результате обработки и др.
Задачи выделяют на «дереве цели», которые могут быть представлены в виде таблицы.
Таблица 1
Повышение технико-экономических показателей обработки детали типа «Корпус»
 |
Аналитический обзор