Разработка технологического процесса детали ШТОК

Темой данного дипломного проекта является разработка технологического процесса обработки детали «Шток».
Основным направлением развития машиностроения является увеличение выпуска продукции и рост ее качества при одновременном снижении трудовых затрат. Это обеспечивается путем совершенствования существующих и внедрение новых видов оборудования и технологических процессов, средств их механизации и автоматизации, а также улучшения организации и управления производством.

Введение 3
1 Технологическая часть 4
1.1 Исходные данные 4
1.2 Анализ чертежа детали 4
1.2.1 Служебное назначение детали 4
1.2.2 Анализ и нормоконтроль чертежа детали 6
1.2.3 Анализ технологичности детали 9
1.3 Анализ действующего технологического процесса 10
1.4 Разработка перспективного технологического процесса 10
1.4.1 Определение объема выпуска, типа производства 10
1.4.2 Выбор и обоснование вида заготовки 12
1.4.3 Разработка операций технологического процесса и маршрута
обработки 13
1.4.3.1 Формирование укрупненного маршрута обработки 13
1.4.3.2 Определение видов и методов обработки элементарных
поверхностей детали 14
1.4.3.3 Формирование этапов обработки детали 15
1.4.3.4 Анализ вариантов базирования детали 16
1.4.3.5 Формирование технологических операций и вариантов маршрута обработки 17
1.4.3.6 Установление рациональной последовательности переходов и разработка технологических эскизов обработки 26
1.4.3.7 Расчет операционных размеров и размеров заготовки 27
1.4.3.8 Формирование требований и выбор средств технологической
оснастки 34
1.4.3.9 Расчет режимов обработки 39
1.4.3.10 Техническое нормирование, определение количества основного производственного оборудования. Организация работ. Окончательное формирование маршрута 42
1.4.3.11 Разработка управляющей программы для оборудования с ЧПУ 48
2 Конструкторская часть 49
2.1 Выбор и модернизация средств технологического оснащения 49
2.1.1 Исходные данные, их анализ и техническое задание 49
2.1.2 Кинематическая схема и необходимые расчеты 50
2.1.3 Технический проект 53
3 Автоматизация технологического процесса 54
3.1 Выбор операции, систем и средств автоматизации для формирования ГПМ или РТК 54

3.2 Разработка планировки ГПМ или РТК 56
4 Безопасность, эргономичность и экологичность проектных решений 57
4.1 Опасные и вредные производственные факторы 57
4.2 Безопасность технологического процесса и оборудования 58
4.3 Санитарно-гигиенические мероприятия 60
4.4 Пожарная безопасность 65
4.5 Охрана окружающей среды 66
5 Эффективность принятых решений 68
5.1 Определение инвестиций для реализации проекта 68
5.2 Расчет полной себестоимости и цены детали после совершенствования метода ее производства 71
5.3 Определение экономической эффективности внедрения проекта на предприятии 74
6 Оформление комплекта технологической документации 79
7 Научно-исследовательская часть 80
7.1 Бережливое производство 80
7.2 Бережливое производство на предприятии 85
7.3 Заключение научно-исследовательской части 87
Заключение 89
Библиографический список 90
Приложение А 92
Приложение Б 131

Введение

Темой данного дипломного проекта является разработка технологического процесса обработки детали «Шток».
Основным направлением развития машиностроения является увеличение выпуска продукции и рост ее качества при одновременном снижении трудовых затрат. Это обеспечивается путем совершенствования существующих и внедрение новых видов оборудования и технологических процессов, средств их механизации и автоматизации, а также улучшения организации и управления производством.
Уровень и способы автоматизации зависят от вида производства, его серийности, оснащенности техническими средствами.
Эффективность автоматизации за счет применения робототехники может быть достигнута только при комплексном подходе к созданию и внедрению промышленных роботов и манипуляторов, обрабатывающего оборудования, средств управления, вспомогательных механизмов и устройств.
...

1 Технологическая часть

1.1 Исходные данные

Исходными данными для выполнения ВКР являются:
- чертеж детали «Шток» № 29.679.1000.08.002
- объем выпуска детали – 10000 шт;.
- маршрутный и операционный технологические процессы изготовления детали;
- количество различных наименований деталей, обрабатываемых на данном оборудовании – 10;
- чертеж заготовки;
- чертеж приспособления для обработки отверстия ø75 мм. – «Кондуктор» №63020.4373СБ.

1.2 Анализ чертежа детали

1.2.1 Служебное назначение детали
Деталь «Шток» является телом вращения и относится к классу деталей «Вал».
Деталь «Шток» служит для передачи поступательного движения от кривошипно-шатунного механизма к поршню. Отверстие Ø75 мм служит для его закрепления на кривошипно-шатунном механизме, а наружная резьба М42 – для крепления к поршню.
Деталь имеет габаритные размеры – 492х124х53 мм.
Деталь изготавливается из стали 40ХН2МА ГОСТ 4543-71.
Масса детали согласно представленному чертежу равна: 8,07 кг.
...

2.1.1 Исходные данные, их анализ и техническое задание 49
2.1.2 Кинематическая схема и необходимые расчеты 50
2.1.3 Технический проект 53
3 Автоматизация технологического процесса 54
3.1 Выбор операции, систем и средств автоматизации для формирования ГПМ или РТК 54
3.2 Разработка планировки ГПМ или РТК 56
4 Безопасность, эргономичность и экологичность проектных решений 57
4.1 Опасные и вредные производственные факторы 57
4.2 Безопасность технологического процесса и оборудования 58
4.3 Санитарно-гигиенические мероприятия 60
4.4 Пожарная безопасность 65
4.5 Охрана окружающей среды 66
5 Эффективность принятых решений 68
5.1 Определение инвестиций для реализации проекта 68
5.2 Расчет полной себестоимости и цены детали после совершенствования метода ее производства 71

1.2.1 Служебное назначение детали
Деталь «Шток» является телом вращения и относится к классу деталей «Вал».
Деталь «Шток» служит для передачи поступательного движения от кривошипно-шатунного механизма к поршню. Отверстие Ø75 мм служит для его закрепления на кривошипно-шатунном механизме, а наружная резьба М42 – для крепления к поршню.
Деталь имеет габаритные размеры – 492х124х53 мм.
Деталь изготавливается из стали 40ХН2МА ГОСТ 4543-71.
Масса детали согласно представленному чертежу равна: 8,07 кг.
Разобьем деталь на элементарные поверхности для дальнейшего анализа. Эскиз детали с обозначенными поверхностями изобразим на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 – Эскиз с поверхностями детали.
...

1.2.2.Анализ и нормоконтроль чертежа детали
Анализируя чертеж детали можно отметить, что на нем имеется главный вид, вид сверху с местными разрезами и выносной элемент. Местный разрез на главном виде выполнен, чтобы показать форму и размеры сквозного, резьбового отверстия М10х1. Местный разрез на виде сверху выполнен, чтобы показать форму и размеры сквозного отверстия диаметром 75. В технических требованиях к чертежу указана информация по группе и точности поковки, по термической обработке, неуказанные предельные отклонения размеров, требования по покрытию и маркированию.
В верхней части чертежа указана неуказанная шероховатость (Ra 6,3).
В основной надписи чертежа указан масштаб, материал и масса детали.
Нормоконтроль чертежа детали выполняется согласно ГОСТ 2.111-2013.
Чертеж выполнен в масштабе 1:2, который соответствует стандартному ряду по ГОСТ 2.302-68.
Масштаб вынесенных разрезов относятся к стандартному ряду масштабов (1:1).
Основная надпись соответствует ГОСТ 2.
...

1.2.3 Анализ технологичности детали
Важнейшим фактором, существенно влияющим на характер технологических процессов и вместе с тем определяющим трудоемкость, металлоемкость и себестоимость детали, является технологичность конструкции.
Под технологичностью детали понимается придание ей такой формы и выбор для неё таких материалов, которые обеспечивали бы при высоком качестве детали наиболее полное и экономное изготовление.
Рассмотрим положительные и отрицательные стороны конструкции заданной детали.
Конструкция детали состоит в основном из простых поверхностей, деталь имеет форму вала. Большинство поверхностей простые, легко доступны для обработки режущими инструментами, для непосредственного измерения. В детали нет поверхностей, требующих специального фасонного режущего инструмента. Имеются поверхности, которые не подвергаются механической обработке, что положительно влияет на технологичность детали.
...

1.4.1 Определение объема выпуска, типа производства
Тип производства подбирается ориентировочно с помощью табличного метода в зависимости от объема выпуска деталей, их массы и коэффициенту закрепления. Годовой выпуск детали составляет 10000 шт/год, масса детали 8,07 кг, количество деталей разного наименования – 10 шт. На основании этих данных можно заключить, что деталь изготавливается в среднесерийном типе производства.
Для серийного производства коэффициент закрепления (Кзо) операций равен от 10 до 20.
Данное производство характеризуется тем, что детали в производство запускаются партиями или сериями. Основной принцип – заготовления всей партии целиком как в обработке, так и в сборе. Технологический процесс в серийном производстве разделён на отдельные операции, закреплённые за отдельным технологическим оборудованием.
Применяемое оборудование разнообразно: от универсальных до специальных, специализированных станков с ЧПУ, обрабатывающих центров.
...

1.4.2 Выбор и обоснование вида заготовки
Выбор метода получения заготовки определяется целым рядом факторов: конструкцией детали, материалом, техническими требованиями, объёмом выпуска. Вид заготовки, метод получения, точность и изготовление непосредственно определяют точность, производительность и экономичность метода механической обработки.
Рассматриваем исходные данные (материал, вид заготовки, тип производства, чертеж):
1) Исходный материал сталь 40ХН2МА не обладает литейными свойствами, поэтому вид заготовки отливка не рассматриваем.
2) Так как производство серийное, выбираем поковку, изготовленную на кривошипном горячештамповочном прессе (КГШП). Альтернативой может выступать паровоздушный штамповочный молот, однако размеры его конструкции велики, требуются громоздкие фундаменты для установки – дополнительные затраты. Так же производительность штамповки на прессах в 1,5-2 раза выше, чем на молотах.
3) Класс точности по ГОСТ 7505-89 Т5 можно получить открытой штамповкой.
...

1.4.3. Разработка операций технологического процесса и маршрута обработки
1.4.3.1. Формирование укрупненного маршрута обработки
В соответствии с техническими требованиями, предъявленными к детали, и исходной технологией формируем укрупненный маршрут технологического процесса:
Заготовительная – Обработка – Мойка – Контроль - Термическая обработка – Обработка - Термическая обработка (ТВЧ, отпуск) – Обработка – Контроль – Мойка - Покрытие (хромирование) – Обработка – Контроль – Мойка – Консервация.

1.4.3.2 Определение видов и методов обработки элементарных поверхностей детали

Рисунок 1.3 – Эскиз с поверхностями детали

Таблица 1.7 – Определение количества видов и методов обработки.
№ поверхности
Вид поверхности и обозначение
Количество
Квалитет
Ra, мкм
Виды обработки
Планы обработки

1 вариант
2 вариант
1
СП ø124
1
Заг.
...

Темой данного дипломного проекта является разработка технологического процесса обработки детали «Шток».
Основным направлением развития машиностроения является увеличение выпуска продукции и рост ее качества при одновременном снижении трудовых затрат. Это обеспечивается путем совершенствования существующих и внедрение новых видов оборудования и технологических процессов, средств их механизации и автоматизации, а также улучшения организации и управления производством.
Уровень и способы автоматизации зависят от вида производства, его серийности, оснащенности техническими средствами.
Эффективность автоматизации за счет применения робототехники может быть достигнута только при комплексном подходе к созданию и внедрению промышленных роботов и манипуляторов, обрабатывающего оборудования, средств управления, вспомогательных механизмов и устройств. Проводить значительный объем организационно-технологических мероприятий ради единичного внедрения промышленного робота и манипулятора нерентабельно.
...

1.4.3.2 Определение видов и методов обработки элементарных поверхностей детали

Рисунок 1.3 – Эскиз с поверхностями детали

Таблица 1.7 – Определение количества видов и методов обработки.
№ поверхности
Вид поверхности и обозначение
Количество
Квалитет
Ra, мкм
Виды обработки
Планы обработки

1 вариант
2 вариант
1
СП ø124
1
Заг.
12,5
-
-
-
2
НПП
2
14
6,3
Черновой
Фрезерование
Фрезерование
3
ЦО ø4
2
12
6,3
Черновой
Центрование
Центрование
4
КП ø78
2
14
6,3
Черновой
Фрезерование
Фрезерование
5
ВЦП ø75N7
1
7
0,8
Черновой

П. чист.

П.точности
Сверление
Зенкерование
Зенкерование (3раза)
Развертывание
Хонингование
Сверление

Растачивание

Хонингование
6
ВРП М10х1
1
6
3,2
Черновой
П. чист.

Чист.
Сверление
Зенкерование
Развертывание
Нарез. резьбы
Сверление
Зенкерование
Развертывание
Нарез. резьбы
7
НЦП ø60
1
Заг.
12,5
-
-
-
8
КП ø43
1
12
1,6
Черновой
П. чист.
Точение
Точение
Точение
Точение

Продолжение таблицы 1.7
9
НЦП ø50f7
1
7
0,02
Черновой
П. чист.
Чист.
П. точности
Покрытие
В.
...

1.4.3.3 Формирование этапов обработки детали
Формирование этапов обработки детали представим в таблице 1.8.

Таблица 1.8 – Формирование этапов обработки
Этапы обработки
Содержание этапа
Обдирочный
Фрезерование с двух сторон остаточного металла после получения заготовки.
Продолжение таблицы 1.8
Черновой
Фрезерование 2
Центрование 3
Фрезерование 4
Сверление 5
Сверление 6
Точение 8-16
Получистовой
Растачивание 5
Зенкерование, развертывание 6
Точение 8-15
Чистовой
Нарезание резьбы 6
Точение 9-11
Нарезание резьбы 12
Точение 14, 15
Повышенной точности
Хонингование 5
Шлифование 9
Шлифование 14
Высокой точности
Шлифование 9
Отделочный
Ручное полирование 8,15

Целесообразно объединить обдирочный и черновой этапы. Фрезерование на обдирочном этапе следует провести одновременно с центрованием отверстий, используя фрезерно-центровальный станок.

1.4.3.
...

1.4.3.4 Анализ вариантов базирования детали
Механическая обработка заготовки обычно производится за несколько установов с использованием различных технологических баз. Первоначальные базы должны быть по возможности простыми, правильной геометрической формы с наименьшей шероховатостью, они должны иметь достаточные размеры, обеспечивать устойчивое положение на станине обрабатываемой заготовки.
В процессе обработки детали базы меняются: после выполнения первой операции необходимо установить технологические базы для последующей обработки заготовки. Такими базами будут уже обработанные поверхности.
В процессе разработки технологических процессов, следует стремиться к соблюдению принципов: совмещения единства баз и постоянство баз.
Варианты схем базирования для обработки поверхностей детали представлены в таблице 1.9.
Таблица 1.9 – Схема базирования
№ операции, установ
Схема базирования

1 вариант
005 Установ А

Продолжение таблицы 1.
...

1.4.3.5 Формирование технологических операций и вариантов маршрута обработки
С учетом сложности формы детали, типа производства, используемых методов обработки, формируем последовательность выполнения операций, которая представляется в виде предварительного маршрута обработки детали.

Таблица 1.10 – Формирование технологических операций
Базовые поверхности
Содержание позиций и переходов
Вариант маршрута

№
оп.
Установ
Требования к оборудованию
1 вариант (исходный)
9
I: Фрезеровать пов. 1, 16
005
А
Вертикально-фрезерный станок мод. 6Р12
9
I: Фрезеровать пов. 2 в два установа
010
А Б
Вертикально-фрезерный станок мод. 6Р12
-
Разметочная
015
-
Разметочная плита
9
I: Центровать отв. 3
020
А
Двусторонний центровальный станок мод. ВС-69
3, 5
I: Точить пов. 9, подрезать торец пов. 16
025
А
Токарный станок мод. 16К20

Продолжение таблицы 1.10
2, 9, 16
I: Сверлить отв. 5,
II: зенкеровать отв. 5
030
А
Радиально-сверлильный станок мод.
...

1.4.3.6 Установление рациональной последовательности переходов и разработка технологических эскизов обработки
Задачей установления рациональной последовательности переходов является определение оптимальной последовательности.
Последовательность переходов устанавливается на основе требований организации технологического процесса. В первую очередь следует обрабатывать поверхности, принятые за чистовые базы, т.е. подрезать торцы (в данном случае фрезеровать) и центровать отверстия для закрепления детали в центрах, затем обтачиваем наружную цилиндрическую поверхность.
Последовательность обработки зависит от простановки размеров. Сначала следует обрабатывать поверхность, относительно которой на чертеже скоординировано большее число других поверхностей.
...

1.4.3.7 Расчет операционных размеров и размеров заготовки.
Для получения заданных параметров точности и качества каждой элементарной поверхности необходимо выполнить определенное количество видов обработки. В результате обработки с каждой элементарной поверхности заготовки снимается общий припуск, который представляет собой сумму операционных припусков и промежуточных припусков, удаляемых с данной поверхности, при выполнении определенного количества видов обработки (переходов).
Величины припусков на обработку могут быть установлены опытно-статическим методом или определены с использованием расчетно-аналитического метода.
Подробный расчет диаметральных размеров приводим для более точной поверхности – 9: НЦП .
Определяем количество этапов обработки: черновой, получистовой, чистовой, повышенной точности, высокой точности. Заготовка детали - поковка. Технологический маршрут обработки поверхности НЦП состоит из точения чернового, получистового, чистового, шлифования, полирования.
...

1.4.3.8 Формирование требований и выбор средств технологической оснастки
В данном разделе производим выбор средств технологической оснастки для выбранного варианта технологического маршрута и оборудования.
Для каждой операции формулируем требования к приспособлениям и выбираем их.
В таблице 1.15 представлены требования и выбор приспособлений на каждую операцию.

Таблица 1.15 - Данные о приспособлении
Операция
Требования
Обозначение приспособления
Вид приспособления
Уровень механизации и автоматизации
005 Фрезерно-центровальная
Установка детали на цилиндрическую поверхность, свободный доступ к торцам детали, возможность обработки с двух сторон одновременно.
Призмы самоцентрирующиеся
Специализированное
Пневматический

Продолжение таблицы 1.
...

1.4.3.9 Расчет режимов обработки
Расчет режимов резания производим на операцию 010 – «Фрезерная».
Содержание операции: А.I. Фрезеровать пов. 2.
Оборудование: Вертикально-фрезерный станок мод. 6Р12
Материал обрабатываемой детали: 40ХН2МА.
Твердость 229НВ.
Инструмент – фреза торцевая 745-160Q40-21Н со 745R-2109E-M30 4220 из твердого сплава 4220 – для черновой обработки.
1) Определяем длину рабочего хода.

где: Lрез. = 126 мм – длина резания.
𝐿подв= 2 мм – подвод,
𝐿врез + 𝐿переб. = 2 + 80 мм - врезание и перебег инструмента.
2) Определим среднее значение подачи суппорта на один оборот из рекомендуемого диапазона подач Sz в качестве нормативной подачи [2, c. 48]:

3) Определение стойкости:
Т = ТМλK
где Tм – стойкость в минутах основного времени;
λ - коэффициент времени резания.
K – коэффициент, учитывающий неравномерность загрузки инструмента.
Tм = 160 мин [2, c.
...

1. Основы проектирования технологических процессов изготовления деталей машин: учеб.пособие / Д.С.Пахомов, Е.А.Куликова, А.Б. Чуваков; Нижегород. гос. техн. ун-т им. Р.Е. Алексеева. – Н.Новгород, 2018. – 353с.
2. Режимы резания металлов. Справочник/ Под ред. Корчемкина А.Д./-М.: НИИТ автопром, 1995.-445с.
3. Метелев Б.А., Куликова Е.А., Тудакова Н.М. Технология машиностроения. Ч1: комплекс учебно-методических материалов/ Б.А. Метелев, Е.А.Куликова, Н.М. Тудакова; Нижегород. гос. техн.ун-т. Нижний Новгород, 2007 – 107с.
4. Метелев Б.А., Куликова Е.А., Тудакова Н.М. Технология машиностроения. Ч2: комплекс учебно-методических материалов/ Б.А. Метелев, Е.А.Куликова, Н.М. Тудакова; Нижегород. гос. техн.ун-т. Нижний Новгород, 2007 – 107с.
5. Общемашиностроительные нормативы времени и режимов резания для нормирования работ выполняемых на универсальных и многоцелевых станках с числовым программным управлением . В 2-х частях. Ч1-М.: Экономика,1990
6. Интернет ресурс каталог фирмы Sandvik Coromant: https://www.sandvik.coromant.com/ru-ru/pages/default.aspx
7. Технология машиностроения: В 2-х т. Т. Основы технологии машиностроения: Учебник для вузов/В.М. Бурцев и др. Под ред. А. М. Данилевского – М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2001. – 564с.
8. Справочник технолога – машиностроителя. В 2-х т. Т.1/Под ред. А. Г. Косиловой и Р. К. Мещеряков. – М.: Машиностроение, 1986. – 656с.
9. Справочник инструментальщика/ Под общ. Ред. И. А. Ординарцева. – Л.: Машиностроение, 1987. – 846с.
10. Выпускная квалификационная работа: метод. указания к выполнению выпускной квалификационной работы для подготовки бакалавров по направлению 15.03.05 «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств», профиль «Технология Машиностроения» для всех форм обучения/НГТУ им. Р. Е. Алексеева; сост.: Д. С. Пахомов и др. Н.Новгород, 2018. – 35 с.
11. Беспалов В. В. Технология сборки машин: учеб. пособие / В. В. Беспалов; Нижегород. гос. техн. ун-т. им. Р. Е. Алексеева. – Нижний Новгород. 2014. – 203с.
12. Куликова Е. А., Тудакова Н. М. Технологические основы гибкого автоматизированного производства ч.2: комплес учебно-методических материалов/ Е. А. Куликова, Н. М. Тудакова; Нижегород. гос. техн. ун-т. Нижний Новгород, 2015. – 146с.
13. Безопасность жизнедеятельности: учебно-методическое пособие для студентов всех направлений заочной и очно-заочной форм обучения/НГТУ; Г. В. Пачурин и др. – Нижний Новгород, 2015. – 101 с.

14. Обоснование экономической эффективности принятых решений при сравнении вариантов технологических процессов: учеб. пособие/ Д. Г. Ростокин и др.; Нижегород. гос. техн. ун-т. им. Р. Е. Алексеева, 2016. – 102 с.