Материал: Автоматизация конструкторско-технологической подготовки производства мобильной буровой установки

Практическое использование этого метода во многом зависит от уровня развития компьютерной техники и улучшения качества программного обеспечения.

Следовательно, МКЭ - это достаточно самостоятельный раздел механики сплошной среды, который совершенствуется и развивается все более быстрыми темпами. Расчет напряженно - деформированного состояния детали «Полумуфта» произведен в SolidWorks Simulation, для этого требуется создание твердотельной модели детали в данной среде.

Модуль Simulation предназначен для расчета напряженно-деформированного состояния стержневых, пластинчатых, оболочечных и твердотельных конструкций. Внешняя нагрузка, в данном модуле может быть произвольной как по характеру, так и по местоположению.

Нагрузки и ограничения необходимы для определения условий эксплуатации модели. Результаты анализов непосредственно зависят от заданных нагрузок и ограничений. Нагрузки и ограничения прикладываются к геометрическим объектам как элементы, которые полностью соответствуют форме и автоматически подстраиваются к изменениям формы. Для анализа представлена полумуфта цилиндрической передачи, которая представляет собой тело вращения с центральным сквозным посадочным отверстием.

Осуществляя предварительный расчет нагрузок, определяются места, где полумуфта взаимодействует с другими деталями и узлами. Происходит фиксация с учетом закрепления и крутящих моментов. Трёхмерная модель детали приведена на рисунке 30.

Рисунок 30 - Трехмерная модель полумуфты

Так как деталь взаимодействует с другими деталями и узлами в сборке, то на ее поверхность оказывается нагрузка. С помощью приложенных сил, деталь приводится в движение. На стенки прикладываются силы, рисунок 31.

Рисунок 31 - Корпус с приложенной нагрузкой

Для расчета полумуфты создается сетка конечных элементов рисунок 32.

Рисунок 32 - Сетка конечных элементов

Далее с помощью программы запускается расчет, и на экран монитора выводятся полученные результаты напряженно-деформированного состояния (напряжения - рисунок 33, перемещения - рисунок 34, запас прочности - рисунок 35 и деформации - рисунок 36).

Рисунок 33 - Полумуфта и эпюра напряжений

Рисунок 34 - Эпюра перемещений

Рисунок 35 - Эпюра запаса прочности

Рисунок 36 -Эпюра деформации

Проанализировав все результаты расчетов, определяются максимальные значения этих показателей, а именно: максимальное перемещение, согласно показаниям равно - 1,565e-009мм, максимальная деформация -4,223е-011 и максимальное напряжение - 15,216Н/м2. Выводится это в виде диаграммы с числовыми значениями, благодаря которым делаются выводы о прочностных характеристиках детали. Метод имитационного моделирования помогает точно определить допустимые значения, которые подходят при данных нагрузках. Делая общий вывод, из всех полученных данных из расчетов, можно определить, что деталь имеет необходимый запас прочности, который требуется для безопасного использования её в работе.

. Автоматизированная разработка технологии изготовления детали мобильной буровой установки

Основным методом производства изделий в машиностроении является механическая обработка. На данной стадии первоначально осуществляется классификация и соотнесение изделия к определенной группе. Характерными действиями в изготовлении деталей будут типовые операции, такие как токарная, сверлильная, фрезерная, шлифовальная и др.

Чтобы обеспечить автоматизацию технологического процесса, а так же качество поверхностей детали, проектирование проводим ориентируясь на использование станков с ЧПУ.

Одной из главных задач автоматизации остается применение технологических роботов, которые служат для осуществления межоперационных связей и загрузки/выгрузки деталей в оборудование. Таким образом, речь идет об автоматизированном технологическом процессе изготовления деталей, начиная от выбора заготовки и до контроля готовой детали и упаковки готовой продукции [5].

Таким образом, необходимо разработать методику автоматизированного технологического процесса изготовления детали, где в качестве примера выбрано изделие - «Полумуфта». Последовательность этапов проектирования заключается в следующих действиях, а именно:

приводится изучение и назначение узла конструкции, в которую входит деталь;

проводится анализ на технологичность выбранной детали;

обосновывается форма заготовки и определяется метод изготовления конструктива;

разрабатывается маршрут механообработки;

выбирается технологическое оборудование и типовые универсальные наладки и приспособления;

осуществляется нормирование времени выполнения операций.

.1 Описание конструкции детали и ее назначение

Для проектирования технологического процесса представлена полумуфта цилиндрической передачи, которая представляет собой тело вращения с центральным сквозным посадочным отверстием. Элементы, из которых состоит конструкция детали, представляют собой:

Центральное посадочное отверстие Æ28 Н11.

Зубчатый венец, Z=30, m=2,5.

Максимальный диаметр детали составляет Æ 80 мм.

Длина полумуфты L = 72,4 мм.

Полумуфта - это неотъемлемая часть любого механизма, она является одним из элементов кинематики привода. По условиям работы конструкции следует вывод о нагруженной силовой передаче. Поэтому выбирается полумуфта прямозубая, выполненная из износостойкого материала. Полумуфта предназначена для передачи крутящего момента с одного вала на другой с изменением частоты и величины крутящего момента.

.2 Анализ технологичности конструкции

Фактор, влияющий на характер технологических процессов - технологичность конструкции изделия.

Одной из основных функций единой системы технологической подготовки производства является обеспечение технологичности конструкции изделия.

Самым сложным и трудоемким элементом является зубчатый венец.

Шлицы и посадочное отверстие целесообразно выполнить на протяжной операции.

Таблица 2 - Содержание стали

Материал полумуфты - сталь 38Х2МЮА ГОСТ 4543-71, легированная сталь - металл, в составе которого содержится хром и химические примеси, такие как азот и никель, обеспечивающие хорошую пластичность и вязкость материала. Данные приведены в таблице 2. Сталь обладает множеством преимуществ, прежде всего, этот материал очень прочный, износостойкий, хорошо формируется. Наряду с преимуществами, нержавеющая сталь имеет и недостатки. Во-первых, многие марки этого материала плохо поддаются механообработке, а во-вторых, стоимость нержавеющей стали достаточно высока. Форма детали является правильной геометрической - тело вращения.

Для обработки детали достаточно использовать токарную, зубофрезерную, протяжную шлифовальную и термическую операции.

Шлицы и посадочное отверстие целесообразно выполнить на протяжной операции. Точность изделия легко получить, при помощи современных станков с ЧПУ. При выборе типа производства, требуется обратиться к таблице 3.

Деталь не вызывает проблем при установке, т.к. имеет небольшие размеры и состоит из ступенчатых простых поверхностей, отверстий.

Таблица 3 - Выбор метода изготовления и формы заготовки

Выбор вида заготовки и способ ее получения.

Исходные данные:

материал для изготовления - Сталь 38Х2МЮА ГОСТ 4543-71;

плотность материала - 7710 кг/м3;

масса детали, кг - 0,75;

годовая программа выпуска - 200 шт;

тип производства - мелкосерийное.

Такт выпуска:

эффективный фонд рабочего времени оборудования, при заданном количестве рабочих смен, составляет 2070 ч;

годовая программа выпуска изделий равна 200 шт;

нормативный коэффициент загрузки оборудования-0,9.

Произведя рассчеты, определяется такт выпуска продукции, который составляет 558,89.

Для определения числа деталей, которые обрабатываются одновременно, нужно знать: трудоемкость изготовления детали (5 дней);

длительность производственного периода (250 дней);

Отсюда выводится, что 4 детали могут обрабатываться одновременно.

Чтобы изготовить партию изделий, нужно определенное количество прутков, которое определяется отношением годовой программы выпуска изделий к числу обрабатываемых деталей.

Следуя из этого, видим, что в нашем случае необходимо 50 прутков.

Для изготовления такого количества деталей необходимо знать общую массу металла, которая высчитывается с помощью формулы (1):

 (1)

где D - диаметр проката, м;å=lZ - общая длина проката, м;

r=7856 кг/м3 - плотность металла.

Отсюда выводим формулу (2):

 (2)

Это общая масса партии деталей.

Масса партии считается по следующей формуле (3):

 (3)

Масса отходов, высчитывается по формуле (4):

 (4)

Стоимость тонны материала (формула (5)) (38Х2МЮА ГОСТ 4543-71) S =11250 руб.

 (5)

Технологическая себестоимость изделий высчитывается по формуле (6):

 (6)

.3 Выбор плана обработки детали

Деталь представлена без сборочного чертежа, поэтому определить ее назначение получится приблизительно. Чтобы изготовить деталь, необходимо составить технологический процесс обработки, где будут описываться, проводимые над ней операции. Пример таблица 4.

Таблица 4 - Технологический процесс обработки детали

5.4 Выбор и расчет припусков на обработку, оформление чертежа заготовки

Чтобы обработать внутреннюю цилиндрическую поверхность детали Æ80h9, определяем припуски на обработку.

Шероховатость поверхности должна быть не грубее чем Ra 1,25. На металлорежущих станках, для получения заданной точности и шероховатости обработанной поверхности, необходимо принять ряд сведений. А именно, следующие технологические операции: растачивание предварительное, растачивание чистовое, шлифование предварительное и чистовое. Технологический процесс для выполнения Æ 80h9 следующий: предварительное растачивание; чистовое растачивание; протягивание цилиндрической протяжкой [3].

При такой последовательности технологических операций, точность обработки находится в пределах 6-7 квалитетов, при этом параметры шероховатости будут варьироваться от Ra 0,4 до Ra 1,25 мкм.

На токарной операции - заготовка одной стороной будет закреплена в трех кулачковом патроне.

Составляя технологический маршрут изготовления данного изделия, принимаются, соответствующие заготовке и каждому технологическому переходу, значения элементов припуска детали. Данные заносятся в маршрутные и операционные карты - Приложение 4.

Допуски на смещение и эксцентричность (несоосность) приводятся в ГОСТ 7505-74 (рисунок 37).

Суммарное отклонение определяем по формуле (7):

 (7)

где ρкор - погрешность коробления детали, которая определяется по формуле (8):

 (8)

где l=70 мм - остаточная длина детали от патрона;

Δк = 1,0 - кривизна заготовок диаметрами от 120 до 150 мм после правки.

Риcунок 37 - Суммарное пространственное отклонение

=0,600 мм - допуски на смещение и эксцентричность (несоосность).

Следовательно:

Окончательное обтачивание детали можно рассчитать по следующей формуле:

Минимальные значения припусков рассчитываются по формуле (9):

 (9)

Минимальный припуск:

под предварительное растачивание:

под окончательное (чистовое) растачивание:

под протягивание:

Определяются значения допустимых значений для каждого технологического перехода, расчетные размеры округляются в большую сторону. Наименьшие предельные размеры допусков вычисляются вычитанием допуска из округленного наибольшего размера: