Оценка технологичности конструкции

Технологический анализ рабочего чертежа детали

Назначение и условия работы детали

Фланец по своим конструктивным признакам относится к классу деталей арматуры. Фланец – соединительная часть труб, арматуры, резервуаров, валов, аппаратуры и др. В трубах и резервуарах фланцы герметизируют внутренние полости. Фланец может быть предназначен для монтажа отдельных частей трубопровода, а также для присоединения оборудования к трубопроводу.

Фланцы обеспечивают прочность и герметичность соединения.

Фланцы применяются на трубопроводах и арматуре с условным давлением до 1,0 МПа 10 кгс/см² и температурой рабочей среды от -40°С до +200°С.

Деталь при работе узла испытывает вибрационные нагрузки. Нагрузки, действующие в плоскости стыка (крутящий момент, поперечная сила), иногда приводят к смещению фланцев относительно друг друга. Незначительные по величине нагрузки такого вида воспринимаются силами трения на стыке. Большие по величине нагрузки должны восприниматься специальными конструктивными устройствами (в данном случае штифтами). Характерной особенностью рабочего состояния фланцевого соединения является наличие нормальных напряжений сжатия на стыке (контактных давлений). Эти напряжения создаются с помощью болтов, имеющих начальную затяжку. В процессе работы машины на фланцевые соединения действуют внешние нагрузки, которые могут изменить величину и характер контактных давлений. Однако эти изменения должны находиться в определенных пределах, чтобы работоспособность соединения не была нарушена.

Изготавливаются фланцы методом горячей штамповки поковок на кузнечных молотах и прессах усилием до 4500 кН с последующей сверловкой и обработкой указанных в конструкторской документации поверхностей на токарных полуавтоматических станках с числовым программным управлением.

1.2 Описание конструкции и геометрических характеристик корпуса

Фланец представляет собой полую цилиндрическую деталь с четырьмя отверстиями Æ7 мм, расположенных симметрично по окружности. На расстоянии 7 мм от этих отверстий имеются еще 4 отверстия Æ3,5 мм.

На одной из граней расположен штуцер с наружной резьбой М16x1,5 и внутренним конусом под углом 90°. Внутренний конус служит для соединения штуцера фланца со сферической поверхностью ниппеля трубопровода в целях предотвращения утечек. Резьба М16x1,5 и конус штуцера являются рабочими поверхностями. Штуцер обеспечивает необходимую прочность и герметичность соединения. В штуцерном соединении труб один штуцер имеет внутреннюю резьбу (для навинчивания трубы), а другой – наружную (для ввинчивания в стенку резервуара). В конус штуцера вставляется кольцо и при завинчивании гайки по резьбе М16x1,5 оно уплотняется, тем самым определяет упор гайки. Кольцо предотвращает утечки рабочей жидкости (например, масла).

Между контактирующими поверхностями обязательно устанавливают прокладку для герметичности соединения из материала, твердость которого меньше твердости фланца. В канавку 4,3h8 вставляется уплотнительное кольцо (например, алюминиевое). Фланец вставляется в корпус масляного насоса (размер поверхности 3,5 мм и 4,3h8) до упора в торец, находящегося на расстоянии 20±0,2 мм от левого торца. Посадочное место на фланце является рабочей поверхностью. Фланец присоединяется к корпусу с помощью четырех крепежных элементов типа шпилек, болтов, винтов (Æ7 мм) и центрируется с помощью четырех штифтов (Æ3,5 мм).

На внешнюю резьбу М39x1,5 накручивается накидная гайка до упора в торец, находящегося на расстоянии 9,5h13 от левого торца. Эти поверхности определяют положение детали в узле и поэтому являются конструкторскими поверхностями.

На фланце имеются 2 отверстия Æ1,5 мм под контровку. Один конец проволоки вставляется в отверстие, другой – в отверстие в гайке на штуцере, далее проволока скручивается и пломбируется.

Свободными поверхностями (поверхности, которые являются вспомогательными и необходимы для связи между конструкторскими и рабочими поверхностями) являются торцы фланца, не являющиеся посадочными поверхностями.

Оценка технологичности конструкции

Проанализируем влияние следующих факторов на общую технологичность детали /1, 2/.

1.3.1 Влияние заданных требований по точности размеров, формы и расположения поверхности

К данной детали предъявляются следующие технические требования:

1. Отклонение размеров необрабатываемых поверхностей по нормали 555-65 кл.5;

2. Неуказанные штамповочные радиусы 5 мм.

Пятый класс точности является стандартным классом точности для размеров без отклонений в аэрокосмической промышленности, и не оказывает никакого влияния на технологичность данной детали.

1.3.2 Влияние требований по параметрам качества поверхностного слоя

Общий класс шероховатости поверхности – 5. Это соответствует R_z=20. Данный класс шероховатости можно обеспечить 1-2 операциями. Данное требование не является завышенным и легко обеспечивается при обработке и не снижает технологичность детали.

Конструктор для уменьшения трудоемкости технологического процесса, а, следовательно, увеличения технологичности детали намерено задает пониженные требования на шероховатость неответственных поверхностей. Для контровочных отверстий Æ1,5мм задана шероховатость R_z=80, так как эти поверхности детали не участвуют в рабочем процессе.

Для поверхностей Æ42h8, Æ36,4h8, канавки уплотнительного кольца задан 6 класс шероховатости, которому соответствуют R_a=2,5. Чтобы получить такой класс шероховатости требуется минимум две операции /3/. Данное требование вводится для обеспечения плотного прилегания поверхности корпуса к внутренней поверхности фланца.

К боковому штуцеру по поверхности конуса присоединяется ниппель трубопровода и накидной гайкой прикручивается по резьбе М16x1,5. Сферическая поверхность ниппеля имеет высокий класс шероховатости. Для обеспечения герметичности конструктор задает 6 класс шероховатости поверхности, что обеспечивает высокую герметичность соединения даже при небольших перекосах. Данное требование можно обеспечить тремя операциями: обработка бокового штуцера, слесарная зачистка, проточка конуса.

Поверхностный слой оказывает существенное влияние на надежность и долговечность работы детали, узла и машины в целом /2/.

Группа контроля III предполагает измерение твердости каждой детали и проверку одного образца от партии.

На величину, форму профиля и направление неровностей оказывает влияние множество факторов: метод обработки, геометрия инструмента и степень его притупления, режимы резания, охлаждение, вибрации, механические свойства обрабатываемого материала.

При точении, растачивании, торцевом фрезерованиибольшую роль играют геометрические факторы: увеличение радиуса при вершине резца, уменьшение главного и вспомогательного углов в плане дает уменьшение высоты неровностей. За счет износа или некачественной заточки инструмента шероховатость при точении может увеличиться на 50-60%.

Шероховатость поверхности должна соответствовать требуемой точности ее обработки.

Влияние скорости резанияпроявляется через изменение температуры в зоне обработки. Температура определяет наростообразование при резании. При скоростях малых и больших, когда нарост отсутствует, R_z будет минимальной /2/.

Влияние подачина высоту и форму неровностей обусловлено геометрическими соотношениями копирование профиля резца. Оно проявляется так же в связи с пластическими и упругими деформациями в зоне резания. Особенно заметно влияние подачи через пластические деформации в зоне малых (менее 0,02 мм/об) и больших подач.

Глубина резания оказывает слабое влияние на шероховатость.

В целом с повышением твердости материала, R_z уменьшается.

Должна быть обеспечена шероховатость, соответствующая минимальному износу. Уменьшение шероховатости приводит к тому, что затрудняется смазка поверхностей, а при большей высоте микронеровностей снижается площадь фактического контакта поверхностей, и возрастают удельные нагрузки.

Эксплуатационные свойства деталей зависят не только от высоты микронеровностей, но и от радиусов закругления впадин и выступов, угла наклона профиля и шага неровностей.

1.3.3 Связь между точностью размеров, формы и расположения поверхности и шероховатостью

При назначении параметров шероховатости поверхностей рекомендуется их величину согласовывать с допусками размеров Т_р , формы T_Ф и расположения поверхностей Т_п. В этом случае значение высоты неровностей R_z можно определять следующим соотношением:

,

где K_p - коэффициент, зависящий от квалитета, вида погрешностей (формы или расположения) и отношения Тф(Тп)/Тр /2/.

Конструктор не задает технические требования на точность формы и расположения поверхности.

1.3.4 Влияние защитных покрытий и термообработки

К качеству поверхности корпуса предъявляются технические требования, заданные в виде указания подвернуть термообработки для получения заданных механических свойств (HB 269-363).

Штамповка 3 группы означает проверку механических свойств и твердости. Это обеспечивается термообработкой, которая производится в следующей последовательности: травление, закалка при t=515° в селитровой ванне, старение при t=165° в электропечи. Испытание твердости проводят на прессе Бриннеля.

1.3.5 Анализ наличия хороших установочных баз при изготовлении детали

Одним из основных достоинств любого технологического процесса является возможность обеспечения не только точности, но и стабильности обработки. Достигается это благодаря простоте конструктивных форм детали, надежности технологических баз и крепления, жесткости конструкции детали /2/.

Отсутствие у деталей простых поверхностей достаточной протяженности не позволяет использовать их в качестве надежных технологических баз (установочных, опорных).

В качестве надежной технологической базы может быть использовано посадочное место фланца (поверхность, находящаяся на расстоянии 20±0,2мм). Эта поверхность удобна для закрепления при обработке.

1.3.6 Влияние простановки размеров

Наиболее целесообразна такая простановка размеров, которая предусматривает совмещение конструкторских и технологических баз. Это исключает ошибки базирования, а также пересчет размеров и связанное с ним ужесточение допусков на составляющие звенья. Таким образом, порядок простановки размеров должен обеспечить их непосредственное получение и измерение.

На чертеже детали некоторые размеры проставлены по координатной системе (20±0,2мм, 28Н14мм, 28,5мм, 30мм, 48h13мм). При такой системе на каждом этапе обработки первой нужно обрабатывать поверхность, от которой проставлены все размеры, последовательность же обработки остальных поверхностей может быть любой. Размеры 15H14мм, 1,5мм, 3мм, 2мм проставлены по комбинированной системе. Правила для установления последовательности обработки поверхностей также будут комбинированными: для поверхностей, связанных размерами по координатной системе, последовательность будет определяться по правилам для такой системы, а поверхности, связанные размерами по цепной системе, должны обрабатываться в последовательности, определяемой рекомендациями для цепной простановки.

Почти все конструкторские размеры могут выполняться непосредственно и можно уменьшить сложности, связанные с составлением и расчетом размерных цепей. Это позволит назначить величину поля допуска на операционный размер равной величине поля допуска соответственного конструкторского размера.

1.3.7 Анализ уровня унификации геометрических элементов

Обработку детали фланец можно производить стандартным режущим инструментом, так как в детали по большей части присутствуют стандартные и унифицированные элементы, такие как канавки для выхода инструмента, фаски, радиусы скруглений, проточки. Можно сделать вывод, у детали будет повышена технологичность по вышеперечисленным причинам. Но некоторые поверхности детали все же имеют канавки для выхода инструмента, то есть унифицированные элементы. Унификация элементов проводится с целью ограничения номенклатуры обрабатывающего и измерительного инструмента.

1.3.8 Оценка уровня стандартизации элементов и соответствие их стандартному ряду инструментов

Для обработки данной детали могут использоваться как универсальные, так и специальные режущие инструменты.

· Резцы токарные проходные, отогнутые с пластиной твердого сплава для обработки всех наружных цилиндрических поверхностей, также для обработки поверхности под резьбу в черновой операции.

· Резцы токарные проходные подрезные с пластинами из твердого сплава для обработки по габаритным размерам.

· Резцы токарные резьбовые для внешней резьбы с пластинами из твердого сплава для нарезания резьбы М39x1,5 и М16x1,5.

· Резцы токарные отрезные с пластинами из твердого сплава для канавок (размер 4,3h8, 3мм).

· Резец токарный расточной из быстрорежущей стали для обработки внутренней поверхности фланца.

· Сверла для получения отверстий Æ3,5 мм и Æ5,5 мм.

Четыре отверстия Æ7 мм могут быть получены при штамповке, так как на них не указан допуск на шероховатость поверхности и нет фасок.

Сверление контровочных отверстий осуществляется в кондукторе.

Для получистового, чистового точения и нарезания резьбы применяется пластина из сплава ВК6М.

Резцы выбираются из настоящего каталога в зависимости от условий применения (тип станка, вид работы, материал обрабатываемой детали, режимы резания и др.). Резцы выбираются по типу, размерам, подбирается материал режущей части резца, группа заточки режущих граней и размер радиуса при вершине резца.

Обозначение режущего инструмента должно быть в соответствии со стандартами:

1.3.9 Анализ инструментодоступности

Деталь фланец технологична по форме, так как все поверхности доступны для обрабатывающего инструмента и измерения.

В заключении можно отметить, что технологичность фланца улучшается, так как обрабатываемые плоскости расположены под прямым углом. Деталь обладает достаточной жесткостью.

Технологичность детали снижается, так как предусмотрена обработка внутренних торцов фланца, есть множество уступов, контровочные отверстия выполнены под углом 45⁰.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: