Технологическая часть диплома

Пружины благодаря своим упругим свойствам получили широкое применение в различных машинах и приборах. Они предназначены для:
- создания достоянной силы нажатия и натяжения между деталями машин или прибора (во фрикционных передачах, муфтах, тормозах и т. п.);
- виброизоляции и амортизации ударов (амортизаторы, буферы, рессоры и т. п.);
- аккумулирования энергии с последующим использованием пружины как двигателя (часовые и прочие пружины);
- измерения сил (в динамометрах и других измерительных приборах).
По конструкции различают, пружины:
винтовые – эта разновидность встречается в различных механизмах, устанавливается практически везде, к примеру, в автомобилях. При этом выделяют следующие типы автомобильных пружин: цилиндрические и конические, а также с переменным диаметром.

Рис.1 винтовые цилиндрические одножильные пружины: а) пружина сжатия; б) пружина растяжения; в) пружина кручения спиральная.
тарельчатые – этот вариант исполнения состоит из нескольких последовательных дисков, соединенных между собой. Основным преимуществом этого варианта исполнения слабая степень деформации даже в случае оказания высокой нагрузки. Зачастую устанавливается в случае изготовления предохранительных клапанов.
Рис.2 Тарельчатая пружина

плоские спиральные – этот вариант исполнения напоминает плоский вид пружины, который закручивается по спирали в виде ленты. Применяется устройство в качестве элемента для накопления кинетической энергии, освобождение которой происходит в определенных случаях.

листовые рессоры – этот вариант применяется в автомобилестроении при изготовлении рессор


.1. Конструктивные и технологические особенности детали.
Пружина сидения предназначена для крепления самого сидения к корпусу кабины транспортного средства. В качестве материала на данное изделие применим конструкционную рессорно-пружинную сталь марки 65. Данная сталь используется для изготовления изделий повышенной упругости, работающих при высоких вибрационных (статических) нагрузках – пружины, рессоры и другие изделия. В качестве вида поставки материала выбираем горячекатаный лист размером 1400х2800 мм.
Пружина сидения представляет собой загнутую полосу с семью отверстиями: четыре круглых отверстия для крепления пружины к корпусу кабины транспортного средства и три овальных отверстия для крепления непосредственно самого сидения к пружине. Основным размером, влияющим на работу данного изделия, является радиус загиба пружины.
Обработке подвергаются торцы и отверстия, расположенные на пружине. Класс шероховатости для обрабатываемых поверхностей изделия принимаем Ra=12,5 мкм по ГОСТ 2789-73 «Шероховатость поверхности. Параметры и характеристики». Поверхности «А» и «Б» - не обрабатываются. Неуказанные предельные отклонения размеров принимаем по ГОСТ 30893.1-2002 «Основные нормы взаимозаменяемости. Общие допуски. Предельные отклонения линейных и угловых размеров с неуказанными допусками».
Согласно ГОСТ 14959-2016 «Металлопродукция из рессорно-пружинной нелегированной и легированной стали. Технические условия» материал изделия имеет следующий химический состав (таблица 1) и механические свойства (таблица 2):

Аналогом – заменителем данной марки материала являются стали 60, 65Г, 70.

.2. Оценка технологичности детали
Деталь – пружина сидения – изготавливается из конструкционной рессорно-пружинной стали марки 65 поставляемой в виде горячекатаного листа. Данный вид поставки материала не вызывает значительных трудностей при получении заготовки. С точки зрения механической обработки отверстий изделие имеет недостатки в отношении технологичности. Сверление заготовки из листового материала может привести к деформации изделия, что потребует дополнительной обработки на прессовом оборудовании (правка изделия на гидравлическом прессе). В целом изделие технологично. Данное изделие (пружина сидения) можно обработать несколькими способами:
а) с применением гильотинных ножниц (рубка листа на заготовку), механообрабатывающего оборудования (зачистка острых кромок, сверление отверстий в заготовке), прессового оборудования (окончательная гибка изделия);
б) с применением оборудования лазерной резки (вырезка отверстий и самого изделия из листа), прессового оборудования (окончательная гибка изделия).
Рассмотрим более внимательно данные методы изготовления изделия пружина сидения.
В первом варианте при рубке листа на заготовки на гильотинных ножницах появляется такой дефект как косые острые кромки на торцах изделия. Данный дефект приводит к дополнительной механической обработке по затуплению острых кромок на обдирочно-шлифовальном станке (наждаке). Дополнительно может появиться такой дефект как отклонение формы изделия от прямоугольности. Также обработка изделия на гильотинных ножницах является травмоопасной (может привести к травмированию рук, а именно, ампутации пальцев рук).

.3. Выбор типа производства
Тип производства характеризуется коэффициентом закрепления операций Кз.о., который показывает отношение всех различных технологических операций, выполняемых подразделением в течение месяца (года), к числу рабочих мест.
Согласно ГОСТ 14.004-83, принимаются следующие коэффициенты закрепления операций: для массового производства Кз.о.=1; для крупносерийного производства 1≤ Кз.о.≤10; для среднесерийного производства 10≤ Кз.о.≤20; для мелкосерийного производства 20≤ Кз.о.≤40 операций включительно.
Так как нам не известен тип производства и годовая программа, то мы расчленим технологический процесс изготовления изделия (пружина сидения) на технологические операции и проведем их нормирование пользуясь приближенными формулами. Результаты расчетов сведем в таблицу 5.
Так как тип производства не известен, принимаем нормативный коэффициент загрузки оборудования ηн.ф.=0,8.
Штучное время (Тшт.) обработки одного изделия на установке лазерной резки определяем по формуле:
Тшт.=Р/V K+Тпрожиг, (2)
Где Lo – периметр резки одного изделия, мм.;
V – скорость резания лазерным лучом, мм/мин. Зависит от толщины листа (для листа толщиной 5 мм скорость реза V=1600 мм/мин);
К – поправочный коэффициент к норме времени, который зависит от радиуса кривизны (К1=1,2), холостого хода – перемещение между деталями на листе, между отверстиями, возврат в точку начала координат (К2=1,1), изменения скорости при вырезке отверстий и толщины листа (К3=1,15).
К=К1·К2·К3=1,2·1,1·1,15=1,5
Тпрожиг – время прошивки отверстия для начала резки.
Суммарное время прошивки отверстий для начала резки определяем по формуле:
Тпрожиг=t · n, (3)
где t – время прожига одного отверстия зависящее от толщины листа. Для листа толщиной 5 мм время прошивки одного отверстия составляет t=0,07 мин.;
n – количество прожигаемых отверстий (количество резов на одно изделие). Согласно чертежу изделия – пружина сидения – у нас три овальных отверстия, четыре круглых отверстия и один рез контура изделия. Итого восемь прожигаемых отверстий.
Тпрожиг=0,07·8=0,56 мин.

.4. Выбор вида и обоснование метода получения заготовки.

Выбор метода получения заготовки определяется назначением и конструкцией детали, материалом, техническими требованиями, масштабом и серийность выпуска, а также экономичностью изготовления.
В качестве заготовки выбираем горячекатаный лист из стали 65. Данный материал (сталь 65) используется для изготовления рессорно-пружинных изделий.
В данном проекте рассматривается изготовление изделия пружина сидения, которое представляет собой загнутую пластину с необходимыми крепежными отверстиями. При заданной толщине изделия (5 мм) и характере работы (нагрузки) рациональнее всего изготавливать данное изделие из листового проката (горячекатаного). По типу производства также целесообразно в качестве заготовки применять горячекатаный лист. Заготовку из листа можно получить несколькими способами: рубкой листа на гильотинных ножницах или резкой данного листа на установке лазерной резки.

Масса изделия Мд определяется по формуле:
Мд=(Fд – ΣFiо)·ρ, (13)
где Fд – объем прямоугольной фигуры заготовки,
ΣFiо – суммарный объем фигур вырезаемых отверстий,
ρ – удельный вес (плотность) материала (для стали 65 удельный вес равен 7810 кг/м3)
Мд=((0,075·0,566·0,005)-((3,14·0,00752+0,04·0,015)·3+(3,14·0,00452)·4)·0,005)·7810=1,627 кг.
Масса листа равна Млиста=1,4·2,8·0,005·7810=153,076 кг.

Определим коэффициент использования материала (КИМ) исходя из карты раскроя:
КИМ=Мд/Н (13)
Норма расхода материала на одну деталь (Н) рассчитывается по формуле:
Н=Млиста/nд, кг., (14)
где Млиста – масса листа материала, кг.;
nд – число деталей, полученных в результате раскроя материала, шт.
Н=153,076/74=2,069 кг.
КИМ=1,627/2,069=0,79
Для сравнения рассмотрим два варианта изготовления изделия пружина сидения: 1 вариант – использование гильотинных ножниц, вертикально-сверлильного станка с ЧПУ и гибочного пресса; 2 вариант – использование установки лазерной резки и гибочного пресса. Для каждого варианта произведем расчет себестоимости обработки изделия.
1 вариант состоит из 4-х основных операций: операции 005 и 010 – рубка листа на мерные заготовки на гильотинных ножницах; операция 015 – получение отверстий в заготовке на вертикально-сверлильном станке с ЧПУ; операция 020 – получение изделия на гибочном прессе.
На операции 005 получаем заготовки длиной 566+1,5 мм. Для этого производим настройку оборудования для резки (рубки) листового металла в упор на длину заготовки 566+1,5 мм. Производим рубку листа на мерные заготовки.
На операции 010 получаем заготовки длиной 75+1 мм. Для этого производим перенастройку оборудования для резки (рубки) ранее полученных заготовок в упор на длину заготовки 75 мм. Производим рубку листа на мерные заготовки.
На операции 015 получаем необходимые отверстия в заготовке. Для этого заготовка устанавливается в приспособление на столе станка и зажимается. Далее происходит последовательная обработка заготовки: сверление 4-х отверстий Ø9 мм и фрезерование 3-х овальных отверстий концевой фрезой Ø15 мм. В качестве смазочно-охлаждающей жидкости эмульсию на водной основе.
На операции 020 производим притупление острых кромок напильником.
На операции 025 получаем готовое изделие. Для чего используем гибочный пресс.

2 вариант состоит из 2-х основных операций: операция 005 – резка заготовок с получением отверстий из листа на установке лазерной резки; операция 010 –получение изделия на гибочном прессе.

.5. Расчет режимов резания и нормирование операций

1 вариант:
Операция 005 отрубка заготовки на гильотинных ножницах:
Содержание работы:
1. установить упор на заданный размер;
2. подать и установить заготовку (лист) на стол ножниц, продвинуть до упора;
3. резать лист на полосы (управление ножницами двурукое);
4. отложить готовые детали и обрезки.
Тмаш =1,02 мин [4, карта 22, лист 1, стр.71]
Операция 010 отрубка заготовки на гильотинных ножницах:
Содержание работы:
1. установить упор на заданный размер;
2. подать и установить заготовку (лист) на стол ножниц, продвинуть до упора;
3. резать лист на полосы (управление ножницами двурукое);
4. отложить готовые детали и обрезки.
Тмаш =0,40 мин [4, карта 22, лист 1, стр.71]
Операция 015 Вертикально-сверлильная (обработка отверстий в заготовке):
Сверление 4-х последовательных отверстий Ø9 мм в заготовке.
Глубина сверления t, мм.
t=D/2=9/2=4,5 мм (15), [5, стр.18]
Выбираем подачу в зависимости от диаметра сверла и твердости заготовки:
Выбираем сверло фирмы KORLOY STD11 диаметром 9 мм. Подача S=0,2 мм/об, скорость резания V=30 м/мин. Подача по паспорту станка Sст=0,28 мм/об.
Длина сверления L равна толщине заготовки плюс припуск на врезание l1 и выход инструмента l2.
L=5+3+3=16 мм.
Определяем осевую силу резания Po:
P_o=10∙C_p∙t^(x_p )∙S_ст^(y_p )∙К_мр,Н, (16), [5, стр.19]
Где Cp – постоянная величина (Ср=68);
xp, yp – показатели степени (xp=1,0, yp=0,7)
t – глубина резания (при сверлении), мм;
Kмр – коэффициент, учитывающий влияние качества обрабатываемого материала
К_мр=〖(σ_в/750)〗^0,75=〖(980/750)〗^0,75=1,2 (17), [5, стр.30, табл.4]
Ро=10·68·4,51·0,280,7·1,2=10·68·4,5·0,41·1,2=1505,52 Н
Определяем допустимую скорость резания при сверлении Vg
V_g=(C_v∙D^(g_v ))/(T^m∙S_ст^(y_v ) )=(10∙9)/(25∙〖0,28〗^0,4 )=90/15=6 м/мин, (18), [5, стр.19]
Где Сv – постоянная величина (Сv=10); T – период стойкости сверла,
мин (Т=25 мин); D – диаметр сверла (отверстия), мм.
Определяем частоту вращения шпинделя ng в меньшую сторону по данным станка, об/мин: