Рефераты - Афоризмы - Словари
Русские, белорусские и английские сочинения
Русские и белорусские изложения

Модернизация выталкивателя стана 150 СПП ПАО "Северсталь"

Работа из раздела: «Производство и технологии»

Coдepжaниe

Введение

1. Анализ состояния вопроса, цель и задачи выпускной квалификационной работы

2. Конструкторская часть

2.1 Расчет и проектирование привода выталкивателя

2.1.1 Описание конструкции, назначения и принципа действия исполнительной машины

2.1.2 Разработка и описание кинематической схемы привода

2.1.3 Энерго-кинематический расчет

2.1.4 Расчёт и проектирование червячной передачи

2.1.5 Ориентировочный расчет и конструирование рабочего вала исполнительной машины (выходного вала червячной передачи с роликом приводным)

2.1.6 Предварительный выбор подшипников

2.1.7 Расчет приводного вала на прочность

2.1.8 Проверка долговечности подшипников приводного вала

2.1.9 Подбор муфт

2.1.10 Подбор шпонок и проверка прочности шпоночных соединений

2.2 Разработка пневмопривода передвижения двухрукавной воронки разгрузочной тележки

2.2.1 Исходные данные

2.2.2 Расчет требуемого усилия пневмодвигателя

2.2.3 Расчёт и выбор исполнительного пневмодвигателя

2.2.4. Разработка схемы пневмопривода

2.2.5 Расчет и выбор компрессорной установки

2.2.6 Выбор компрессорной установки

2.2.7 Расчёт и выбор пневмоаппаратуры и трубопроводов

2.2.7.1 Расчёт воздухопровода

2.2.7.2 Выбор пневмоаппаратуры

2.2.8 Определение потерь давления в трубопроводах и аппаратуре

2.2.9 Проверка пневмоцилиндра по действительному усилию

2.2.10 Требуемая пропускная способность пневмоаппаратуры

3. Технологическая часть

3.1 Разработка технологического процесса изготовления детали «червяк»

3.1.1 Описание назначения и конструкции детали

3.1.2 Технологический контроль чертежа

3.1.3 Анализ технологичности конструкции изделия

3.1.4 Выбор способа изготовления заготовки и его технико-экономическое обоснование

3.1.5 Разработка плана обработки детали

3.1.6 Определение типа производства и формы организации труда

3.1.7 Расчет припусков на обработку

3.1.8 Выбор оборудования

3.1.9 Выбор приспособлений

3.1.10 Выбор режущего инструмента

3.1.11 Выбор измерительного инструмента

3.1.12 Нормирование операций

3.1.13 Программа выполнения черновой токарной операции

3.2 Расчет и проектирование режущего инструмента

3.2.1 Проектирование резца

3.2.2 Расчет главной режущей силы

3.2.3 Расчет корпуса резца

3.2.4 Выбор режущей пластинки и ее крепления

Заключение

Список использованных источников

Ввeдeниe

7 декабря 1961 года был подписан акт государственной комиссии приемки и ввода в эксплуатацию мелкосортного стана 250. С него началась история сортопрокатного цеха.

Сегодня сортопрокатное производство Череповецкого металлургического комбината, одного из крупнейших интегрированных заводов по производству стали в мире (входит в состав дивизиона «Северсталь Российская сталь»).

В состав сортопрокатного производства входят три прокатных стана, предназначенных для выпуска катанки, мелкого, среднего и крупного сортового проката, фасонного проката и профилей специального назначения, участок сортовой заготовки, оснащенный зачистными машинами «Генрих-Рау» для удаления дефектов поверхности заготовки, адъюстаж, отделение по ревизии и сборке валковых опор, ремонтно-механическая мастерская и вальцетокарное отделение.

Проволочный стан «150» предназначен для производства катанки диаметром 5,5?13 мм из углеродистых и низколегированных марок сталей и арматуры диаметром 6?10 мм.

Мелкосортный стан «250» предназначен для прокатки арматуры, круглых и фасонных профилей.

Среднесортный стан «350» предназначен для прокатки арматуры, круглых, фасонных профилей и профилей специального назначения.

Контроль качества продукции производится в центральной лаборатории, оснащенной всем необходимым современным оборудованием.

Круглый прокат и арматура поставляются в мотках и прутках. Отдельный моток обвязывается в четырех местах на экспорт (в 2?4 местах - на внутренний рынок). Мотки диаметром 5,5?13 мм могут отгружаться в связках общим весом до 3 тонн.

Круглый сортовой и фасонный прокат в прутках поставляются в пачках длиной до 4000?11700 мм, весом от 2 до 10 тонн. По требованию потребителя угловой прокат может упаковываться «елочкой». Пачки обвязываются через 1,5?2,0 м, торцы выравниваются.

Отгрузка производится с помощью специальных хомутов.

Сегодня сортопрокатчики производят 167 типоразмеров различных профилей проката из 195 марок стали. Объем производства составляет более 1 млн. тонн сортового проката в год. Продукция сортопрокатного производства используется в строительной отрасли, метизной промышленности, автомобилестроении.

В сортопрокатном производстве реализован ряд проектов по модернизации производственных мощностей и мероприятий, направленных на улучшение качества проката, освоение новых технологий, расширение сортамента.

«Коллектив сортопрокатчиков постоянно стремится к обновлению, сохраняя при этом лучшие традиции. Активно осваиваются новые виды продукции.

Производственные успехи и рекорды сортопрокатного производства сегодня - это труд почти тысячи сотрудников, которые также активно участвуют в социальных проектах, спортивных мероприятиях. В 2012 году производству было присвоено звание «Лидер года» среди коллективов производств ПАО «Северсталь».

1. Анализ состояния вопроса, цель и задачи выпускной квалификационной работы

Прокатный стан представляет собой комплекс оборудования, предназначенного для осуществления пластической деформации металла в валках (собственно прокатки), а также транспортных и вспомогательных операций. В состав прокатных цехов или отделений в общем случае входит оборудование главной линии прокатного стана в составе черновых, промежуточных и чистовых рабочих клетей, и передаточных механизмов, а также нагревательные печи, системы для гидросбива окалины, оборудование для транспортировки, резки, термообработки, отделки, правки, смотки, маркировки, упаковки проката и т.д.

Одним из основных подразделений сортопрокатного цеха является непрерывный проволочный стан 150, который предназначен для прокатки катанки и арматурного профиля из заготовок.

Подготовленные заготовки укладываются в один ряд на загрузочные решетки при помощи кранов. Перекладывающим устройством заготовки по одной передаются на восьмисекционный подводящий рольганг и по нему поступают к двухзонной методической печи. В случае попадания дефектных заготовок на рольганг они сбрасываются в карман бракосбрасывателя.

При помощи втаскивающего устройства заготовки поштучно загружаются через боковое окно в нагревательную печь.

Продвижение металла по наклонному поду печи производится рычажным толкателем, выдача из печи производится поштучно с помощью выталкивателя заготовок и вытаскивающего устройства.

Основными задачами прокатного производства являются получение готового проката заданных размеров и формы в требуемом количестве, с минимально возможными затратами, с высоким уровнем физико-механических свойств и качества поверхности.

В современном прокатном производстве повышенные требования предъявляются к получению продукции с требуемыми свойствами, обеспечению компактности, универсальности, экономичности, ремонтопригодности и энергоемкости оборудования.

Реконструкция стана проводилась давно. Увеличились поставки экспорта. Изменились требования и возникла необходимость совершенствовать качество продукции, а также появилась необходимость и в совершенствовании оборудования.

Цель работы: модернизация выталкивателя заготовок стана 150.

Поставленные задачи:

ѕ разработать пневмопривод передвижения двухрукавной воронки разгрузочной тележки;

ѕ спроектировать привод выталкивателя;

ѕ разработать технологический процесс изготовления детали;

ѕ разработать все необходимые чертежи.

2. Конструкторская часть

2.1 Расчет и проектирование привода выталкивателя

привод выталкиватель стан режущий

2.1.1 Описание конструкции, назначения и принципа действия исполнительной машины

Выталкиватель предназначен для выдачи нагретых зaгoтoвoк из нагревательной печи. Управляет выталкивателем нагревальщик.

Фрикционный выталкиватель имеет водоохлаждаемую штангу, кoтoрaя перемещается между двумя вращающимися роликами. Один ролик приводной, второй прижимают кaштанге винтом чeрeз пружину. Толкающееaусилие ограничено силами трения между штангой и роликами, чтоaaгарантирует выталкиватель oт перегрузки.

Нa рисунке 1 изображена принципиальная cхeмa выталкивателя зaгoтoвoк из печи непрерывного проволочного cтaнa 150. Выталкиватель состоит из двух роликов 1 и 2, водоохлаждаемой штанги 3, привода 4 для продольного перемещения штанги, гидропривода 5 пoпeречного перемещения тележки, направляющих роликов 6.

Рисунок 1 - Принципиальная схема выталкивателя заготовок

Водоохлаждаемая штанга - труба круглого сечения.

Продольное перемещение штанги 3 осуществляется роликами, из которых 1 - приводной, 2 - хoлoстой. В нeрaбoчeм состоянии штанга выталкивателя выведена из нагревательной печи, при этом еe передний кoнeц зaжaт между роликами 1 и 2. Пpи включении механизма продольного перемещения штанги она пeрeмeщaeтcя в направлении прокатки и выталкивает очередную зaготовку из печи.

Зaтeм двигатель 4 реверсируется, и штанга возвращается в исходное положение. Крайние положения штанги фиксируются специальными упорами.

2.1.2 Разработка и описание кинематической схемы привода

Нa рисунке 2 представлена кинематическая схема выталкивателя заготовок. Привод состоит из электродвигателя 1, муфты зубчатой 2, червячной передачи 3, приводного ролика 4, холостого (прижимного) ролика 6.

Рисунок 2 - Кинематическая схема выталкивателя заготовок

Bрaщeниe oт электродвигателя 1 пeрeдaeтcя чeрeз муфту зубчатую 2, червячную пeрeдaчy 3 нa приводной ролик 4. Ролик в cвoю очередь толкает штангу 5, кoтoрyю c противоположнойwстороны поджимает сgопределенным усилиемyприжимнойuролик 6. Таким образом, происходит подача штанги в нагревательную печь для выдачи (выталкивания) заготовки в стан.

Исходные данные:

1. V = 1,15 м/с - скорость перемещения штанги;

2. D = 390 мм - диаметр ролика;

3. КПД червячной передачи n = 0,8;

4. Nим = 25 кВт - мощность исполненного механизма;

5. Ксут = 0,5 - коэффициент использования передачи в сутки;

6. Кгод = 0,4 - коэффициент использования передачи в год;

7. L = 7 - срок службы передачи, год;

8. Рпр = 39,7 кН - прижимное усилие ролика.

2.1.3 Энерго - кинематический расчет

Определение общего КПД.

Для определения общего КПД выполняем анализ кинематической схемы (рисунок 2) и выявляем источники потери мощности:

Муфта 2

Червячная передача 3

Две пары подшипников качения 7,8

По справочным данным [19] устанавливаем значение КПД источников потери мощности по формуле (1):

(1)

где - КПД муфты; = 0,98;

- КПД червячной передачи; = 0,8;

- КПД подшипников качения; = 0,99;

Подбор электродвигателя производим по формулам (2), (3):

(2)

где V - скорость перемещения штанги, V = 1,15 м/с;

D - диаметр ролика, мм.

Расчетная мощность: Nи.м. = 25 кВт

(3)

Из справочных таблиц [19. стр. 62] определяем электродвигатель.

По исполнению и остальным техническим характеристикам наиболее подходит двигатель 4АК250М8У3 так как он наиболее защищён от попадания внутрь пыли и других предметов, и предназначен для работы при больших переменных нагрузках.

Основные характеристики:

Мощность Nэл.д = 37 кВт;

Частота вращения вала nэл.дв. = 750 об. / мин.;

Диаметр выходного вала d = 75 мм;

Длина выходного конца вала l = 140 мм;

Климатическое исполнение У3.

Разбивка общего передаточного числа по ступеням.

Определяем общее передаточное отношение по формуле (4):

(4)

Принимаем Uчерв = 14.

Определение частот вращения на валах:

n расч.вых. = 56 об. / мин. - допускается 5%.

Находим моменты на валах по формуле (5):

(5)

где Ni - мощность, Вт;

wi - угловая скорость.

Находим угловые скорости по формуле (6):

(6)

где wi - угловая скорость,;

ni - частота вращения, об. / мин.

Определяем моменты на валах по формуле (5):

2.1.4 Расчёт и проектирование червячной передачи

Выбор числа заходов червяка и числа зубьев колеса:

Выбираем материал червячного колеса - Бр.ОФ10-1.

Выбираем материал червяка - Сталь 40Х ГОСТ 1577-78.

Выбираем из справочной таблицы [13, стр. 7] число заходов червяка z1 = 4 тогда число зубьев колеса находим по формуле (7):

(7)

Определение межосевого расстояния.

Расчётное значение межосевого расстояния находится по формуле (8):

(8)

где Т3 - момент на валу червячного колеса,;

- допускаемые контактные напряжения, МПа;

- ориентировочное значение коэффициента нагрузки находим по формуле (9):

(9)

где - скоростной коэффициент, ;

- коэффициент концентрации нагрузки находится по формуле (10):

(10)

где - начальный коэффициент концентрации нагрузки;

,

Находим по формуле (11):

(11)

Окружная скорость на начальном диаметре червяка находится по формуле (12):

(12)

тогда скорость скольжения в зацеплении по формуле (13):

(13)

Был принят материал Бр.Оф 10-1 Vск = 25 - сохраняем,

где - коэффициент, учитывающий интенсивность износ материала ;

- исходное допускаемое напряжение для расчета на прочность рабочих поверхностей зубьев червячного колеса, МПа:

- эквивалентное число циклов перемены напряжений при расчете на контактную прочность находим по формуле (14):

(14)

где - суммарное число циклов перемены напряжений находится по формуле (15):

(15)

где n - частота вращения червячного колеса, об/мин;

t - суммарное время работы передачи в течении срока службы, ч находится по формуле (16):

(16)

где Kсут - коэффициент использования передачи в сутки;

Kгод - коэффициент использования передачи в год;

L - срок службы передачи, год:

n3 = 1 - число вхождений в зацепление зубьев червячного колеса за его оборот;

KНЕ - коэффициент приведения, 1,05

По ГОСТ 2144-76 принимаем стандартное межосевое расстояние 355 мм.

Определение осевого модуля по формуле (17):

(17)

где - межосевое расстояние, мм;

- число зубьев червячного колеса, шт.

Округляем в большую сторону до стандартного.

Принимаем модуль равный 10.

Определение коэффициента диаметра червяка:

где- межосевое расстояние, мм;

- число зубьев червячного колеса, шт.;

m - осевой модуль, мм.

q = 0,25 · 56 = 14.

Принимаем коэффициент диаметра червяка 14.

Определение коэффициента смещения по формуле (18):

(18)

Определение углов подъема червяка:

Делительный угол подъема витка находится по формуле (19):

(19)

где z1 - число заходов червяка, z1 = 4;

q - коэффициент диаметра червяка, q = 14.

Начальный угол подъема витка находится по формуле (20):

(20)

где z1- число заходов червяка, z1 = 4;

q - коэффициент диаметра червяка, q = 14;

x - коэффициент смещения.

Уточнение коэффициента нагрузки находится по формуле (21):

(21)

где - скоростной коэффициент, = 1;

- коэффициент концентрации нагрузки, = 1,07.

Проверку передачи по контактным напряжениям определяем по формуле (22):

(22)

где z2 - число зубьев червячного колеса, шт. z2 = 56;

q - коэффициент диаметра червяка, q = 14;

x - коэффициент смещения, x = 0;

б? - межосевое расстояние, мм. б? = 350 мм;

T3 - крутящий момент на валу червячного колеса,;

K - коэффициент нагрузки, K = 1,07.

Определяем геометрические размеры червячной передачи.

Червяк:

Делительный диаметр по формуле (23):

(23)

Начальный диаметр по формуле (24):

(24)

Диаметр вершин витков по формуле (25):

(25)

Диаметр впадин витков по формуле (26):

(26)

где так как тип червяка - архимедов.

Длина нарезанной части червяка по формуле (27):

(27)

принимаем

Червячное колесо :

Диаметр делительной (начальной) окружности находится по формуле:

(28)

Диаметр вершин зубьев по формуле (29):

(29)

Наибольший диаметр по формуле (30):

(30)

принимаем

Диаметр впадин по формуле (31):

(31)

Ширина венца по формуле (32):

(32)

принимаем

Определение сил, действующих в червячном зацеплении.

Окружная сила на колесе, равная осевой силе на червяке находится по формуле (33):

(33)

Окружная сила на червяке, равная осевой силе на колесе по формуле (34):

(34)

Радиальная сила, раздвигающая червяк и колесо по формуле (35):

(35)

Проверка передачи по напряжениям изгиба по формуле (36):

(36)

где - коэффициент формы зуба, зависящий от эквивалентного числа зубьев червячного колеса,

- условие выполнено.

Проверка передачи на кратковременную пиковую нагрузку.

Максимальные контактные напряжения находятся по формуле (37):

(37)

где - контактные напряжения, ;

- максимальный крутящий момент на валу червячного колеса,;

- крутящий момент на валу червячного колеса, .

- условие выполнено.

Максимальные напряжения изгиба находим по формуле (38):

(38)

- условие выполнено.

При этом значении определяем по формуле (39):

(39)

где значение определяем по формуле (40):

(40)

Определение коэффициента полезного действия по формуле (41):

(41)

где - угол трения,;

- начальный угол подъема витка,.

Проверка червячной передачи на нагрев.

Червячные передачи работают с большим тепловыделением, что приводит к потере им защитной способности и к опасности заедания в передаче. Расчет при установившемся тепловом состоянии производят на основе теплового баланса, то есть приравнивая тепловыделение теплоотдаче.

Определяем поверхность охлаждения корпуса редуктора по формуле (42):

(42)

Для удовлетворительной работы червячного редуктора, установленного на раме необходимо выполнить условие по формуле (43):

(43)

где N1 - мощность на валу червяка, допустимая температура нагрева масла в масляной ванне редуктора.

- условие выполнено.

2.1.5 Ориентировочный расчет и конструирование приводного вала исполнительной машины (выходного вала червячной передачи с роликом приводным)

Определение диаметра консольного участка вала по формуле (44):

(44)

где d - диаметр вала, мм;

T - крутящий момент на валу,;

- допускаемое напряжение на кручение, МПа;

.

Принимаем диаметр вала, d = 95 мм.

Определение диаметра вала под подшипник по формуле (45):

Для подшипника №3620 ГОСТ 5721-75:

(45)

где t2 - глубина шпоночного паза в ступице детали, мм (ГОСТ 23360 - 78),

Принимаем диаметр вала

Для надежной фиксации подшипника на посадочном месте применяем дополнительное крепление гайкой:

Для подшипника №3626 ГОСТ 5721-75:

Для надежной фиксации подшипника на посадочном месте применяем дополнительное крепление гайкой:

Нa рисунке 3 представлен эскиз приводного вала.

Рисунок 3 - Эскиз приводного вала

2.1.6 Предварительный выбор подшипников

Так как вал подвержен воздействию больших нагрузок со стороны где насажен приводной ролик и работает при высокой температуре, а также

в соответствии с конструкцией механизма привода выталкивателя, а также с учетом того что на консольную выходную часть вала, по центру приводного ролика, действует усилие, равное Рпр = 39,7 кН; подбираем 2 вида подшипников:

а) ближний к приводному ролику подшипник №3626 ГОСТ 5721-75-роликовый радиальный сферический 2-х рядный, имеющий характеристики: d = 130 мм; D = 215 мм; B = 82 мм; C = 540 кН;

б) дальний от приводного ролика - подшипник роликовый радиальный сферический 2-х рядный №3620 ГОСТ 5721-75 с характеристиками:

d = 100 мм; D = 215 мм; В = 73 мм; С0 = 410 кН.

2.1.7 Расчет приводного вала на прочность

Усилия в зацеплении червячного колеса и на приводном вале:

Ft2 = Fа1 = 17,2 кН;

Fa2 = Ft1 = 6,6 кН;

Fr2 = Fr1 = 6,26 кН;

Рпр = 39,7 кН

Приближенный расчет вала.

Определение опорных реакции:

Вертикальная плоскость ХАZ:

?Ма = 0; Rbx • 0,37 - Fr2 • 0,1 - Fa2 • 0,224 = 0

?Мb = 0; - Rax • 0,37 + Fr2 • 0,27 - Fa2 • 0,224 = 0

Направление реакции противоположно выбранному на расчетной схеме.

Проверка: ?х = 0;

Rаx + Rbx - Fa2 = 0;

- 0,57 + 7,17 - 6,6 = 0

Горизонтальная плоскость YAZ:

?Ма = 0; Rby • 0,37 - Pпр • 0,54 + Ft2 • 0,1 = 0

?Мb = 0; Ray • 0,37 - Ft2 • 0,27 - Pпр • 0,17 = 0

Проверка: ?y = 0;

Rаy - Rby - Ft2 + Pпр = 0;

30,8 - 53,3 - 17,2 + 39,7 = 0.

Суммарные опорные реакции:

Построение эпюр изгибающих и крутящего моментов.

Плоскость XAZ:

Мизг А = 0; Мизг D = 0; Мизг В = 0;

Плоскость YAZ:

Мизг А = 0; Мизг D = 0;

.

Эпюра крутящего момента:

Мкр = Т3 = 4814 Н•м = 4,814 кН•м.

Рисунок 4 - Расчетная схема и эпюры изгибающих и крутящих моментов

Суммарные изгибающие моменты:

.

Максимальный эквивалентный момент в сечении В:

117 мм ? dп = 130 мм.

Условие прочности выполнено.

Нa рисунке 4 представлена расчетная схема и эпюры изгибающих и крутящих моментов.

Уточненный расчет приводного вала.

Расчет ведем для самого опасного сечения В под подшипниковой опорой Ш130,

где Мизг = 6,749 кН•м;

Мкр = 4,814 кН.

Амплитуда нормальных напряжений находится по формуле (46):

(46)

Амплитуда цикла касательных напряжений находится по формуле (47):

(47)

Коэффициенты концентрации напряжений находим по формулам (48), (49):

(48)

(49)

где Ку = 1,5 - коэффициент влияния поверхности упрочнения,

Ку = 2,45 - эффективный коэффициент концентрации напряжения,

Кф = 2,25 - эффективный коэффициент концентрации напряжения.

Кd = 0,62 - коэффициент влияния абсолютных размеров поперечного сечения.

КF = 1,5 - коэффициент шероховатости поверхности.

Откуда:

Запасы прочности находим по формулам (50), (51):

(50)

(51)

Условие прочности выполнено с достаточным запасом.

2.1.8 Проверка долговечности подшипников приводного вала

Для проверки предварительно выбранных подшипников, определим срок службы механизма по формуле (52):

(52)

где 365 - кол-во дней в году;

24 - кол-во часов в сутках;

- срок службы привода, лет;

- коэффициент годового использования;

- коэффициент суточного использования.

а) подшипник №3626 ГОСТ 5721-75:

RВ = 53,78 кН; Fa = Fa2 = 6,6 кН; С0 = 540 кН;

Расчетный ресурс находим по формуле (53):

(53)

436500 час ? 42048 час.

Подшипник №3626 годен к эксплуатации.

б) подшипник №3620 ГОСТ 5721-75:

RА = 30,8 кН; Fa =6,6 кН; С0 = 410 кН;

Расчетный ресурс находим по формуле (54):

(54)

2480300 час ? 42048 час.

Подшипник №3620 годен к эксплуатации.

2.1.9 Подбор муфт

Для проектируемой передачи используется одна муфта для передачи крутящего момента от электродвигателя на приводной вал. Целесообразнее применить зубчатую муфту, так как она способна компенсировать погрешности в соосности валов. Из выше проведенных расчетов известно, что величина передаваемого валом электродвигателя момента , диаметр выходного конца вала электродвигателя 75 мм, вала равна 65 мм. В соответствии с ГОСТ Р 50895-96 выбираем зубчатую муфту М3-4, которая способна передавать крутящий момент до 4000 Нм с максимальным числом оборотов 3350 об/мин. Обозначение муфты: 1-4000-1-75-1-65 У3 ГОСТ Р 50895-96.

2.1.10 Подбор шпонок и проверка прочности шпоночных соединений

Шпоночное соединение устанавливается на консольной части приводного вала. Шпонку подбираем по таблицам ГОСТ 23360-78 в зависимости от диаметра вала и проверяем расчетом соединение на смятие.

При диаметре участка под червячное колесо 125 мм подбирается призматическая шпонка bxh = 32x18 мм. Длину шпонки принимаем из ряда стандартных длин l = 90 мм.

Расчётную длину шпонки находим по формуле (55):

lp = l - b, (55)

lp = 90 - 32 = 58 мм.

Расчётное напряжение смятия находим по формуле (56):

(56)

где М - крутящий момент на валу, Нм;

d - диаметр вала, м;

lp - расчетная длина шпонки, м;

h - высота шпонки, м;

[усм] - допускаемые напряжения смятия для шпонок, изготовленных из стали;

[усм] = 110…200 МПа.

Итак, принимаем шпонку 32 х 18 х 90 ГОСТ 23360-78.

Также выбираем шпонку под приводной ролик:

b·h = 32·18.

Длину шпонки принимаем из ряда стандартных длин l = 125.

lp = 125 - 32 = 93 мм,

Принимаем шпонку 32 х 18 х 125 ГОСТ 23360-78.

2.2 Разработка пневмопривода передвижения двухрукавной воронки разгрузочной тележки

2.2.1 Исходные данные

Разработать пневмопривод передвижения двухрукавной воронки разгрузочной тележки со следующими исходными данными:

- давление сжатого воздуха в сети, Р = 0,4 МПа;

- вес перемещаемого оборудования G = 2552 кг;

- ход перемещения 2-х рукавной течки 800 мм;

- время перемещения (устанавливается настройкой дросселей) t = 3с;

- диаметр катковой поверхности колеса Dк = 250 мм;

- диаметр цапфы колеса dц = 60 мм;

- рабочая температура, t = 20 єС.

2.2.2 Расчет требуемого усилия пневмодвигателя

Сопротивление передвижению воронки находим по формуле (57):

(57)

где G - вес перемещаемого груза, G = 2552 · 9,8 = 25009,6 Н;

dц - диаметр цапфы колеса, мм;

Dк - диаметр колеса, мм;

- коэффициент трения качения в подшипнике колеса, приведенный к цапфе,

- коэффициент трения качения колеса по рельсу,

Kр - коэффициент, учитывающий дополнительные потери от трения в ребордах колес, Kр = 1,5.

2.2.3 Расчёт и выбор исполнительного пневмодвигателя

Диаметр поршня пневмоцилиндра находим по формуле (58):

(58)

где F - максимальное осевое усилие, Н;

P - давления в пневмосистеме, МПа;

K - эмпирический коэффициент, приближённо учитывающий потери давления, К = 3.

Площадь поршня, требуемого пневмоцилиндра находим по формуле (59):

(59)

Так как двухрукавня воронка перемещается в обе стороны, то для обеспечения требуемого усилия при работе пневмоцилиндра на втягивание выберем гидроцилиндр с эквивалентной площадью штоковой области.

Выбираем пневмоцилиндр ЦРП-М 12-80.0800.45 УХЛ4 ТУ2.053.1878-88 [2, стр. 37] со следующими характеристиками:

- номинальное давление воздуха 0,63 МПа;

- номинальная пропускная способность Кv = 1,6 м3/ч;

- коническая присоединительная резьба (К 3/8”);

- диаметр поршня D = 80 мм;

- ход штока 800 мм;

- диаметр штока d = 45 мм;

- минимальный размер проходного сечения воздушного штуцера, dу=10 мм;

- минимальный диаметр поршня, Dмин.пор. = 80е9 = 79,866 мм

- максимальный диаметр цилиндра, Dмакс.цил = 80Н6 = 80,019 мм

- толкающее усилие 4550 Н;

- тянущее усилие 3120 Н;

- КПД пневмоцилиндра = 0,88

- максимальная скорость поршня при Р = 0,63 МПа, V = 1,5 м/с;

- давление страгивания при подаче воздуха:

в поршневую полость - 0,04 МПа;

в штоковую полость - 0,08 МПа;

- утечка воздуха при

Р = 0,63 МПа - 45 см3/мин.

Определим площадь штоковой полости по формуле (60):

(60)

где Dст - диаметр поршня выбранного пневмоцилиндра, м;

dст - диаметр штока выбранного пневмоцилидра, м.

Так как выбранный гидроцилиндр подходит.

2.2.4 Разработка схемы пневмопривода

Схема пневмопривода передвижения двухрукавной воронки разгрузочной тележки показана на рисунке 5.

Рисунок 5 - Схема пневмопривода

При включении электромагнита ЭМ2 воздух из напорного трубопровода через фильтр влагоотделитель ФВО - клапан давления РД - маслораспылитель МР поступает к пневмораспределителю ПР. Далее через пневмораспределитель ПР и канал «А» блока управления поступает в штоковоую полость пневмоцилиндра ПЦ. Воздух из поршневой полости пневморцилиндра ПЦ поступает через пневмодроссель Д и глушитель Г в атмосферу. Происходит перемещение воронки влево.

Компр. -> ФВО - РД - МР - ПР - ПЦ(ШП)/ПЦ(ПП) - ПР - Д - Г -> атм.

При включении электромагнита ЭМ1 воздух из напорного трубопровода через фильтр влагоотделитель ФВО - клапан давления РД - маслораспылитель МР поступает к пневмораспределителю ПР. Далее через пневмораспределитель ПР и канал «В» блока управления поступает в поршневую полость пневмоцилиндра ПЦ. Воздух из штоковой полости пневморцилиндра ПЦ поступает через пневмодроссель Д и глушитель Г в атмосферу. Происходит перемещение воронки вправо.

Компр. -> ФВО - РД - МР - ПР - ПЦ(ПП)/ПЦ(ШП) - ПР - Д - Г -> атм.

2.2.5 Расчет и выбор компрессорной установки

Потребный расход воздуха.

Расход воздуха в поршневую полость находим по формуле (61):

м3/с, (61)

где F1ст - площадь поршня пневмоцилиндра, м2;

V - максимальная скорость перемещения штока,

V = 0,3 м/с.

Скорость перемещения штока находим по формуле (62):

м/с, (62)

м/с.

где S - ход штока, м;

t - требуемое время перемещения воронки, с.

Площадь поршня пневмоцилиндра находим по формуле (63):

(63)

м3/с.

Расход воздуха в штоковую полость определяем по формуле (64):

м3/с, (64)

м3/с.

где F2ст - площадь штоковой полости пневмоцилиндра, F = 0,00343м2.

2.2.6 Выбор компрессорной установки

Расчетный расход воздуха для установки находим по формуле (65):

м3/с, (65)

где Qmax - максимальный расход воздуха, м3/с;

Кп - коэффициент, учитывающий потери от неплотностей в соединениях, арматуре, Кп = 1,2;

Ки - коэффициент, учитывающий потери в связи с износом пневматического устройства, Ки = 1,2;

Км - коэффициент, учитывающий максимальный рсход воздуха, периодически превышающий среднечасовой, Км = 1,2.

м3/с;

м3/с (0.141 м3/мин.).

Выбираем по справочнику [2, стр. 33] компрессорную станцию типа

0-38 со следующими техническими характеристиками:

- производительность - 0,5 м3/мин.;

- рабочее давление - 7 атм. (0,7 МПа);

- частота вращения вала - 950 мин.-1;

- мощность электродвигателя - 4,5 кВт;

- частота вращения электродвигателя - 950 мин-1;

- габариты, мм:

длина без дышла - 1090 мм

ширина - 480 мм

высота - 910 мм

- вес - 205 кг.

2.2.7 Расчёт и выбор пневмоаппаратуры и трубопроводов

Проверка пневмоцилиндра на максимальный расход воздуха находится по формуле (66):

м3/с, (66)

где f - минимальное сечение штуцера пневмоцилиндра, м2 находится по формуле (67);

Р - давление сжатого воздуха в магистрали, МПа;

Vуд - удельный объём сжатого воздуха, м3/кг;

t - удельный вес воздуха при рабочих условиях, Н/м3.

(67)

Удельный объем сжатого воздуха находим по формуле (68):

м3/кг, (68)

где R - универсальная газовая,

R= 287 Н·м /кг·0К;

Т - рабочая температура по Кельвину.

Т = 20 С + 273 = 293К,

м3/кг.

Удельный вес воздуха при рабочих условиях находим по формуле (69):

(69)

где t20 - масса 1м3 воздуха при T = 20 C и давлении Р = 0,7 МПа,

t20 = 8,17 кг/м3 (таблица 15, [2]);

g - ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с2.

t20 = 8,17 · 9,81 = 80,15 Н/м3,

м3/с (0,116 м3/мин),

Т.к. Qпц Qmax (0,00194 > 0,00136) выбранный пневмоцилиндр подходит.

2.2.7.1 Расчёт воздухопровода

Внутренний диаметр воздухопровода находим по формуле (70):

(70)

где с0 - плотность воздуха при нормальном атмосферном давлении и давлении в трубопроводе:

с0 = 1,17 кг/м3,

с = 8,17 кг/м3;

Vрек - скорость воздуха в воздухопроводе, Vрек = 8 м/с.

Диаметр трубопровода на участках, непосредственно идущих к пневмоцилиндрам:

В качестве трубопроводов пневмосистемы выбираем ближайший по внутреннему диаметру рукав с (9 мм) типа:

Б-20 Ф9 ГОСТ 8318-57.

Фактическая скорость движения воздуха в трубопроводе определяется

по формуле (71):

м/с, (71)

где - площадь воздухопровода , м2 находится по формуле (72):

(72)

м/с.

2.2.7.2 Выбор пневмоаппаратуры

По справочнику [30] выбираем пневмоаппаратуру.

Фильтр-влагоотделитель ФВО:

Типа 22-640. УХЛ4. ГОСТ 17437-81

- условный проход, dу = 6 мм;

- номинальное давление воздуха, Рном = 1,0 МПа;

- отвод конденсата - ручной;

- расход воздуха при Р = 0,63 МПа:

максимальный - 0,25 м3/мин;

минимальный - 0,05 м3/мин;

- степень влагоотделения - 90%;

- абсолютная тонкость фильтрации - 40 мкм;

- потеря давления при макс. расходе воздуха - 0,025 МПа;

- утечки воздуха - 10 см3/мин;

- вместимость резервуара для конденсата - 0,01 л.

Клапан давления РД:

Типа 122-12 УХЛ4. ГОСТ 18468-79.

- условный проход, dу = 12 мм;

- номинальное давление воздуха, Рном = 1,0 МПа;

- номинальный расход воздуха при Р = 0,63 МПа - 0,8 м3/мин;

- утечка воздуха, maх - 6,5 м3/мин;

- падение давления на выходе - 0,04 МПа;

- пределы настройки - (0,05 … 0,9) МПа.

Маслораспылитель МР:

Типа 121-10-УХЛ4. ГОСТ 25531-82.

- условный проход, dу = 10мм;

- номинальное давление воздуха, Рном = 1,0 МПа;

- расход воздуха при, Р = 0,63 МПа:

минимальный - 0,125 м3/ мин;

максимальный - 0,63 м3/ мин;

- потери давления при макс. расходе воздуха - 0,025 МПа;

- подача масла, капли в минуту - до 3;

- максимальная вместимость резервуара для масла - 0,2 л;

- утечка воздуха, maх - 5 см3/мин.

Пневмораспределитель ПР:

232-01-0-1-А220 УХЛ4 ГОСТ 21251-85

- условный проход, dу = 4мм;

- присоединение стыковое:

- номинальное давление воздуха, Рном = 1,0 МПа;

- пропускная способность, К = 0,6 м3/ч.

- утечка воздуха, maх - 16 см3/мин.

- способ управления - электрическое

Пневмодроссель с глушителем Д + Г:

Типа П-ДГ 4-2 УХЛ4 ТУ2-053-0224842-012-89.

- условный проход, dу = 4 мм;

- номинальное давление воздуха, Рном = 1,0 МПа;

- пропускная способность, К = 0,4 м3/ч.

2.2.8 Определение потерь давления в трубопроводах и аппаратуре

Потери давления в трубопроводе по длине находим по формуле (73):

(73)

где - коэффициент трения воздуха о стенки труб;

l - длина прямых участков трубопроводов, м;

d - внутренний диаметр трубопровода, мм;

V - фактическая скорость воздуха в трубопроводе, м/с;

- удельный вес воздуха при рабочих условиях, = 8,17 Н/м3.

Коэффициент трения воздуха о стенки труб находим по формуле (74):

(74)

где Gу - удельный расход воздуха, Н/с определяется по формуле (75):

Gу = Q · = 0,00194 · 8,17 = 0,0158 Н/с, (75)

Участок 1-2: d = 9 мм, V = 4,37 м/с

Общие потери: ? l = 0,0463 МПа.

Местные потери давления находим по формуле (76):

м= 51 · ()· V3 · · 10-8, Па, (76)

где - сумма коэффициентов местных сопротивлений.

1 - коэффициент местного сопротивления сужения потока с Ф9 (трубопровод) до Ф6 (влагоотделитель) находим по формуле (77):

суж.= 0,7 · (1- d2 / D2) - 0,2 · (1- d2 / D2)3, (77)

1 = 0,7 · (1- 0,0062 / 0,092) - 0,2 · (1- 0,0062 / 0,0092)3 = 0,28,

2 - коэффициент местного сопротивления расширения потока

с Ф6мм (влагоотделитель) до Ф12мм (редукционный клапан) находим по формуле (78):

расш = (1- d2 / D2)2, (78)

2 = (1- 0,0062 / 0,0122)2 = 0,75,

3 - коэффициент местного сопротивления сужения потока с Ф12 (редукционный клапан) до Ф10 (маслораспылитель):

3 = 0,7 · (1- 0,012 / 0,0122) - 0,2 · (1- 0,012 / 0,0122)3 = 0,2,

4 - коэффициент местного сопротивления сужения потока с Ф10 (блок управления) до Ф9 (рукав):

4 = 0,7 · (1- 0,0092 / 0,012) - 0,2 · (1- 0,0092 / 0,012)3 = 0,13,

5 = 1,1 - коэффициент местного сопротивления колено 90 град.

Итого на два колена 5 = 2,2.

Суммарный коэффициент потерь:

= 0,28 + 0,75 + 0,2 + 0,13 + 2,2 = 3,56.

Общий коэффициент местных потерь:

м = 51 · 3,56 · 4,373 · 8,17 · 10-8 = 0,00129 МПа.

Потери давления в аппаратуре находим по формуле (79):

(79)

где - коэффициент потери давления в аппарате;

Влагоотделитель = 31:

Клапан = 33:

Маслораспылитель:

- согласно паспортных данных.

Дроссель с глушителем д = 130:

Пневмораспределитель р = 52:

Суммарные потери в аппаратуре находим по формуле (80):

?А = в + к +м + д + р = 0,00247 + 0,00477 + 0,025 + 0,0105 + 0,001454 = 0,0469 МПа. (80)

Общие потери давления в напорной линии пневмоцилиндра находим по формуле (81):

? = ?А + ?l + ?м, (81)

? = 0,0469 + 0,0463 + 0,00129 = 0,0945 МПа

2.2.9 Проверка пневмоцилиндра по действительному усилию

При Р = 0,4 МПа с учётом потерь давления, действительное тянущее усилие на штоке пневмоцилиндра находим по формуле (82):

Fмин.ц.= · (Dст2 - dст2) · Р · / 4, (82)

где Р - давление воздуха в рабочих полостях пневмоцилиндра с учетом потерь, МПа находим по формуле (83);

- КПД пневмоцилиндра.

Р = Р - = 0,4 - 0,0945 = 0,306 МПа, (83)

КПД пневмоцилиндра = 0,88

Fмин.ц.= 3,14 · (0,082 - 0,0452) · 0,306 · 106 · 0,88 / 4 = 927,8 Н.

Fмин.ц > F

927,8 > 225 Н.

Действительного усилия пневмоцилиндра достаточно для перемещения воронки.

2.2.10 Требуемая пропускная способность пневмоаппаратуры

По формуле (84):

м3/ч, (84)

где F - площадь штоковой области, м3;

S - ход поршня, м;

Р - давление в магистральном трубопроводе, МПа;

Р - потери давления в напорной линии пневмоцилиндра, МПа;

ts - время перемещения поршня, с; ts = 3 c.

S = 0,800

Р = 0,4 МПа

Р = 0,0934 МПа

м3/ч.

Минимальная пропускная способность у пневмодросселя Кv = 0,4 м3/ч

К К; 0,27 0,4.

Выбранная пневмоаппаратура удовлетворяет требуемой пропускной способности.

3. Технологическая часть

3.1 Разработка технологического процесса изготовления детали «червяк»

3.1.1 Описание назначения и конструкции детали

Деталь - трехзаходный архимедов червяк (ось), является ведущим (приводным) элементом конструкции. Червяк вращается на двух подшипниковых опорах, в первой установлены два конических подшипника (она является фиксирующей), а во второй (плавающей) установлен радиальный шарикоподшипник. Данная деталь принадлежит к классу ступенчатых валов с центровыми отверстиями.

На выходном участке устанавливается зубчатая муфта МЗ-4, посредством которой осуществляется привод вращения. На данном участке выполнен шпоночный паз, а также (для фиксирования конических подшипников) резьба М80х2.

На задний конец червяка устанавливается радиальный шарикоподшипник. От осевого перемещения который фиксируется шайбой. Также на этом участке с торца вала выполнены два отверстия.

Деталь ось представляет собой цилиндрическую деталь типа «тяжелый вал», т.к. имеет достаточно большой диаметр, длину и вес более 400 кг. Деталь входит в состав сборочной единицы «Скат холостой», на который опирается платформа передаточной тележки. Очевидно, что деталь несет только изгибающие нагрузки, в передаче крутящего момента не участвует.

Как видно из чертежа, ось устанавливается на подшипниках качения с внутренним диаметром Ш110К6 мм и, в процессе работы, вращается вокруг оси. На шейках с диаметрами Ш140h6 устанавливаются колеса передаточной тележки.

Учитывая особенности конструкции и работы, эта деталь требует при изготовлении соблюдения ряда специальных норм и правил для обеспечения требуемого качества. Одним из основных требований является строгая концентричность всех наружных поверхностей детали. Это требование выражается в жестких допусках на радиальное биение относительно центральной оси, с которыми надо выполнить основные поверхности детали. Технологически выполнить данное требование можно только при выполнении обработки всех наружных поверхностей с одной базы. Поэтому на первой операции необходимо обработать чистовые базы - установочные поверхности для всего технологического процесса обработки.

Следовательно, конструкция детали и качество ее поверхностей, полученное при изготовлении, должны обеспечить надежную долговременную работу детали.

Для изготовления детали выбрана углеродистая качественная конструкционная сталь 45 по ГОСТ 1050-94. Химический состав и механические свойства указаны в таблицах 1 и 2. Данная сталь широко применяется в машиностроении для изготовления деталей, и на практике показала высокие эксплуатационные качества.

Таблица 1 - Химический состав стали 45

C

Si

Mn

S

не более

P

не более

Ni

не более

Cr

не более

0,42-0,5

0,17-0,37

0,5-0,8

0,04

0,035

0,3

0,25

Таблица 2 - Механические свойства стали 45 (без термообработки)

уТ МПа

уВР, МПа

д %

Ш %

ан, Дж/см2

НВ

не менее

353

598

16

40

49

229

3.1.2 Технологический контроль чертежа

Прежде чем разрабатывать технологический процесс обработки детали необходимо провести технологический контроль чертежа детали. В ходе технологического контроля необходимо проверить:

- принципиальную возможность изготовления детали;

- возможность достижения требуемых: точности и шероховатости;

- возможность контроля всех параметров после изготовления;

- наличие необходимых технологических поверхностей для установки, обработки, выхода инструмента и т.д.

Все это необходимо проверить по рабочему чертежу детали. Чертеж детали должен давать полное представление о назначении и возможностях изготовления детали, а также о необходимых:

- точности взаимного расположения поверхности;

- точности формы поверхностей;

- точности выполнения размеров.

Оценивая предлагаемый чертеж по изложенным выше параметрам можно отметить:

- чертеж выполнен в соответствии с требованиями Единой системы конструкторской документации;

- шероховатость после механической обработки указана для всех поверхностей;

- не вызывает сомнения возможности изготовления детали и достижение требуемых чертежом, точности и шероховатости;

- также в стандартных пределах находятся отклонения формы и взаимного расположения поверхностей.

Материал детали соответствует требованиям, предъявляемым по прочности.

Вместе с тем, на чертеже нет удобных поверхностей для установки оси при обработке (чистовых баз). Такие базы необходимы для качественного выполнения детали. Поэтому делаем корректировку чертежа - вводим с обоих торцов центровое отверстие 012 мм по ГОСТ 14034-74. Выполнение чистовых баз позволит нам установить ось при токарной обработке (основная операция для получения наружных поверхностей), а также при шлифовке. В результате это даст возможность получить необходимую точность, шероховатость и взаимное расположение поверхностей. Эти же базовые поверхности будут использованы на последующих операциях технологического процесса, что даст возможность снизить погрешность базирования.

3.1.3 Анализ технологичности конструкции изделия

Наряду с техническими требованиями, к конструкции изделия предъявляют технологические и производственные требования. Конструкция изделия должна отвечать такому качеству отдельных его составляющих (материалов, деталей, сборочных компонентов и т.д.) и изделия в целом, при котором обеспечивается возможность его изготовления с наименьшими трудозатратами (трудоемкостью) на всех стадиях его производства. Такое изделие называют технологичным.

Очевидно, что внедрению нового изделия в производство на серийном предприятии должен предшествовать тщательный анализ конструкции изделия и технологического процесса. Этот анализ должен дать возможность оценить степень подготовленности конструкции изделия к производству.

Анализ выполняется по способу поэлементного анализа конструкции изделия, его деталей, сборочных компонентов, материалов с точки зрения возможности и технической целесообразности выполнения дискретных операций ориентации деталей в пространстве и во времени, подачи их в рабочие органы, базирования (установки) в рабочей позиции, съема, послеоперационного транспортирования. При этом предполагается, что выполнение основных технологических операций обосновано и оправдано.

Параметрами оценки являются: конфигурация, физико-механические свойства сечения и поверхности, абсолютные размеры и их соотношения, показатели симметрии, специфические свойства детали и т.д., т.е. основные свойства детали. Все свойства конкретной детали взаимозависимы, находятся в единой связи и в совокупности определяют ее качественную характеристику.

Основные причины, снижающие технологичность деталей:

- форма заготовки далека от конфигурации детали, т.е. заготовка имеет большие припуски для механической обработки (увеличивается время обработки, расход инструмента, затраты энергии);

- неправильное расположение обрабатываемых поверхностей на заготовке (например, две параллельных плоскости, расположенных рядом, рекомендуется располагать на одном уровне);

- не предусматривается возможность нормального выхода режущего инструмента (для резцов, сверл, фрез, метчиков рекомендуется вводить специальные канавки и т.д.);

- в ступенчатых отверстиях наиболее точную ступень рекомендуется делать сквозной; (снижение трудоемкости, упрощение обработки и конструкции инструмента).

Принятая конструкция заданной детали представляет собой ось относительно крупных размеров, но без значительных перепадов диаметров. Это дает возможность применить в качестве заготовки горячекатаный прокат, что будет достаточно технологичным решением.

3.1.4 Выбор способа изготовления заготовки и его технико-экономическое обоснование

На выбор заготовки влияют следующие показатели: назначение детали, ее размеры, тип и конструкция, материал, технические условия на изготовление, объем выпуска, тип производства, а также тип и размеры оборудования, на котором изготавливается заготовка и экономическая эффективность изготовления заготовки. Все эти показатели должны учитываться одновременно, т.к. они тесно связаны. Окончательное решение принимают на основании сравнительной экономической оценки тех методов получения заготовок, которые выбраны по техническим возможностям.

Для нашей заготовки пользуемся следующими соображениями.

Деталь имеет цилиндрическую форму с малым перепадом диаметров, поэтому наиболее рациональным и экономически выгодным способом изготовления заготовки будет - заготовка из круглого проката (чертеж заготовки см. графическую часть).

Предварительно принимаем припуск на наружную поверхность 5 мм на сторону, тогда наружный диаметр заготовки будет 160 мм. Припуск 5 мм считаем достаточным из условия однократной обточки наибольшего наружного диаметра 0150 мм. Припуск на торцевые поверхности также принимаем по 5 мм на сторону из условия точности резки проката. Масса заготовки - 475,9 кг.

Альтернативно можно рассмотреть заготовку в виде поковки, полученной методом свободной ковки. При таких размерах припуски поковки составят (по таблице 33 с.212, [26]): на диаметр: +16(±4) мм; на длину: +48(±12) мм. Следовательно, заготовка будет иметь наружный диаметр Ш176±4 мм и длину 3053±12. Масса заготовки - 583 кг.

Упрощенное технико-экономическое сравнение возможных вариантов предполагает два этапа.

Основным показателем, характеризующим экономичность выбранного метода изготовления заготовок, является коэффициент использования материала, который определяется по формуле (85):

(85)

где Gд - масса детали по рабочему чертежу, кг (G* =386,4 кг);

Gзг - масса заготовки, кг;

Подставляем значения в формулу (85):

По первому варианту (прокат):

По второму варианту (поковка):

Как видно, первый вариант дает более высокий коэффициент использования металла.

Второй этап - сравнение на основании расчета стоимости заготовки с учетом ее черновой обработки по формуле (86):

(86)

где См - стоимость заготовки, руб.;

gн - масса заготовки, кг;

Цм - оптовая цена материала (проката, поковки), руб.;

g0 - масса отходов, кг;

Ц0 - цена отходов, руб.;

Сзч - средняя часовая заработная плата основных рабочих по тарифу, руб./чел-ч.;

Т - время черновой обработки заготовки, ч;

Сн - накладные расходы (принимаем равными 80% от заработной платы).

По данным торговой системы metaltorg.ru средние цены декабря 2017 г.:

- круг из углеродистой стали по ГОСТ 2590 -88 - 19,2 тыс. руб./т - 19,2 руб./кг;

- поковки из углеродистой стали весом до 1 т - 32 тыс. руб./т - 32 руб./кг;

- металлолом - 7,5 тыс. руб./т - 7,5 руб./кг.

Масса отходов:

по варианту 1

g0 = 475,9 - 386,4 = 89,5 кг,

по варианту 2

g0 = 583 - 386,4 = 196,6 кг.

В связи с тем, что производство мелкосерийное, целесообразно наладку станков поручить операторам и расчет вести по штучно-калькуляционному времени. Часовая тарифная ставка рабочего-станочника сдельщика 2 разряда на холодных работах - 54,8 коп.

Минутная ставка -

Штучно-калькуляционное время определяем по формуле (87):

(87)

где = 2 - эмпирический коэффициент для токарных станков.

Основное (машинное) время на черновую обработку определяем по приближенной формуле, которая приведена в таблице 6.3, с. 158 [6]. В данном случае в качестве черновой обработки берем только первые проходы обработки до Ш150 мм. Далее обработка по обоим вариантам будет одинаковой. Результаты расчетов сводим в таблицы 3 и 4.

Подставляем полученные значения в формулу (86):

Для варианта 1

См = 475,9·19,2-89,5·7,5+155,8·(1+124,6/100) = 8816 руб.

Для варианта 2

См = 583·32-196,6·7,5+401,5·(1+321,2/100) = 18872,6 руб.

Таблица 3 - Расчет основного и штучно-калькуляционного времени обработки

Наименование

операции

Размер обработки

Глубина резания, мм

Длина об-ки, мм

Формула для расчета основного времени

Т0,

мин

Тшт-к , мин

до

после

Вариант 1

Точить Ш160 на длине L=3005;

160

150

5

3005

Т0 = 0,19DL·10-3

85,6

171,2

Вариант 2

Точить Ш176 на длине L=3005 за 2 прохода

176

150

6,5

3005x2

Т0 = 0,19DL·10-3

182,7

365,4

Таблица 4 - Расчет зарплаты и накладных расходов

Вариант

Тшт-кал

(мин.)

Разряд работы

Минутная тарифная ставка по разряду (руб.)

Зарплата на операции

(по Тшт-кал) (руб.)

Накладные расходы

(руб.)

1

171,2

2

0,91

155,8

155,8·0,8 = 124,6

2

365,4

2

0,91

401,5

401,5·0,8 = 321,2

Как видно из приведенного расчета стоимость заготовки по второму варианту будет более чем в 2 раза выше.

Окончательно принимаем - исходная заготовка - горячекатаный прокат обычной точности Ш160мм по ГОСТ 2590-88.

Масса заготовки - 475,9 кг;

Масса детали - 386,4 кг.

3.1.5 Разработка плана обработки детали

Составляем план-маршрут обработки поверхностей детали

(Приложение 1 - Маршрутная карта).

В качестве общих соображений по построению технологического процесса следует иметь в виду следующее.

Для данной детали технология строится по стандартной схеме для тяжелых валов. Эта схема предполагает на первой операции обработку чистовых установочных баз (центровых отверстий) и последующую обработку с установкой на эти базы. Заготовку отрезаем на дисковой пиле, это дает точность резки в пределах 3 мм.

Заготовку устанавливаем на расточной станок и проводим обработку торцов и базовых поверхностей. Тяжелый расточной станок выбираем потому, что деталь крупная и на фрезерно-центровальные станки не помещается (длина более 3 метров).

Деталь на столе расточного станка устанавливаем на универсальных призмах и прижимаем болтами и планками. Обработку будем вести с двух сторон с поворотом стола станка на 180 .

Сначала подрезаем торец торцовой фрезой диаметром 200 мм с твердосплавными зубьями. Затем центровочным сверлом 012 мм по ГОСТ 14952-79 выполняем центровое отверстие. Для уменьшения количества операций при этой же установке можно выполнить 2 отверстия Ml6. Последовательно сверлим обычным спиральным сверлом 013,9; затем - нарезаем резьбу метчиком М16.

Поворачиваем стол станка и повторяем переходы - обработку торца и центровочного отверстия.

Полученные базы используем для установки на токарный станок и обработки наружных поверхностей. Эти поверхности будем обрабатывать в несколько переходов, т.к. диаметры поверхностей, а также припуски различные (Приложение 2 - Операционная карта).

Наиболее точные поверхности с высокой степенью шероховатости будем шлифовать на кругло шлифовальном станке. Базы - те же, что и на токарной операции. Использование одних и тех же баз дает наибольшую точность обработки и позволяет достичь высокой степени формы и расположения поверхностей (радиальное биение шеек в пределах 0,03 мм). Шлифовальную операцию выносим в конец технологического процесса для снижения риска возможного повреждения точных, шлифованных поверхностей при установке и обработке на других станках.

Полностью технологический процесс отражен в таблице 5 и эскизах обработки (графическая часть).

Таблица 5 - Технологический процесс изготовления детали «Ось»

Наименование и содержание операции (установки, перехода)

Оборудование (наименование, модель, мощность, особенности)

Приспособление, вспомогательный инструмент.

ИНСТРУМЕНТ

Режущий (наименование, материал, размер, количество)

5

6

7

8

Заготовительная

Заготовка- круг O 160 длина 3015 мм

Расточная

Установить заготовку на столе, на призмах, закрепить;

Фрезеровать правый торец на глубину 5 мм;

Сверлить центровое отверстие А12 ГОСТ 14034-74;

Сверлить 2 отверстия Ш13,9 мм на глубину 55 мм

Нарезать резьбу М16 в 2-х отверстиях повернуть стол на 180°;

Фрезеровать левый торец, выдерживая общую длину детали, размер 3005;

Сверлить центровое отверстие А12 ГОСТ 14034-74;

Снять деталь со станка

Горизонтально-расточной станок 2636ГФ2

Призмы опорные, болты, гайки, планки Опоры винтовые, домкрат

Фреза торцевая Ш200 Т15К6ГОСТ 1092-89;

Сверло центровочное 12-1 -Р18 ГОСТ 14952-79;

Сверло О13,9 Р18

ГОСТ 12121-86;

Метчик М16-Р18 ГОСТ 1604-80; Штангенциркули ШЦ-Ш

ГОСТ 166-83:

- с пределами измерения 0-150; 0-500;800-2000 и 2000-4000 мм

Токарная черновая

Установить заготовку в центрах, закрепить кулачками

Точить Ш160 мм до мм на длине L=3005 мм;

Точить Ш150h11 1 мм с левой стороны начерно до Ш141 на длине L=413 мм;

Точить Ш141 мм с левой стороны начерно до Ш111,2 на длине L=63 мм за два прохода;

Точить Ш150h11 мм с правой стороны начерно до Ш141 на длине L=369,5 мм;

Точить Ш141 мм с правой стороны начерно до Ш111,2 на длине L=103,5 мм за два прохода;

Снять деталь со станка

Токарный

станок

16К40Ф101

(max.Ш490, L=4000) Мощность

30 кВт

Патрон четырех кулачковый, центра передний и задний

Резец проходной прямой правый Т15К6

ГОСТ 6743-73; Резец проходной упорный правый (левый) Т15К6 ГОСТ 21151-75;

Штангенциркули ШЦ-111

ГОСТ 166-83:

-с пределами измерения 0-150; 0-500;800-2000

Токарная чистовая

Установить заготовку в центрах, закрепить кулачками

Обработать с левой стороны: Точить Ш141 начисто до Ш140,1 на длине L=350 мм;

Точить Ш111,2 начисто до Ш110,1 на длине L=63 мм;

Точить канавку Ш105 на ширину L=5 мм;

Проточить фаску 5*45 на Ш110; Обработать с правой стороны: Точить Ш141 начисто до Ш140,1 на длине L=266 мм;

Точить Ш111,2 начисто до Ш110,1 на длине L=103,5 мм;

Точить канавку Ш105 на ширину L-5 мм;

Проточить фаску 5х45 на Ш110; Снять деталь со станка

Токарный

станок

16К40Ф101

(max.Ш490,

L-3000)

Мощность

30 кВт

Патрон четырех кулач-ковый,

центра передний и задний

Резец проходной упорный правый (левый) Т15К6 ГОСТ 21151-75;

Резец проходной отогнутый правый Т15К6 ГОСТ 24966-75; Резец прорезной Р18

ГОСТ 18881-73; Штангенциркули ШЦ-Ш

ГОСТ 166-83:

- с пределами измерения 0-150; 0-500; 2000-4000

Шлифовальная

Установить заготовку в центрах

Шлифовать Ш140h6

Шлифовать Ш110k6

Обработка с правой стороны Шлифовать Ш140h6

Шлифовать Ш110k6

Снять деталь со станка

Кругло шлифо-вальный полуавтомат ЗА172 Мощность 40 кВт

Поводковый патрон; Центра

передний и задний

Круг шлифовальный ПП 300x40x127- 35 ГОСТ 2424-87 Микрометры по ГОСТ 6507-80

c пределами измерения 100-125 и 125-150 Индикаторная головка с пружинным приводом

ГОСТ 6933-82

Контрольная

3.1.6 Определение типа производства и формы организации труда

При объеме производства 50 штук в год технология изготовления должна быть разработана для мелкосерийного вида производства:

Черновая масса заготовки - 475,9;

Чистовая масса детали - 386,4 кг.

Используя эти данные определяем тип производства - мелкосерийное.

Характерной особенностью мелкосерийного производства является изготовление деталей партиями. Серийное производство значительно более экономично, чем единичное, так как выше коэффициенты загрузки оборудования, выше степень специализации рабочих мест и, как следствие, выше производительность труда.

Серийное производство - наиболее распространенный вид производства, в общем и среднем машиностроении. Для серийного производства применяют в основном универсальные станки, приспособления и инструменты, иногда специализированные для выполнения отдельных операций.

В серийном производстве число деталей партии для одновременного запуска определяется по формуле (88):

(88)

где N - годовая программа выпуска;

а - периодичность запуска, принимаем равным 12.

Таким образом, число деталей в партии выбираем 3 шт., т.е. ежемесячно должно изготавливаться 3 детали.

Для данной детали форма организации производства выбираем форму организации производства - «по видам изделий». В данном случае проектируем участок тяжелых валов. Эта форма выбрана в связи с тем, что партии деталей слишком малы для создания поточных линий производства. Создавать участок «по видам оборудования» невозможно из-за малого количества станков. Поэтому проектируем участок механической обработки тяжелых валов в виде производственного одноэтажного здания с пролетом 18 м и шагом колонн 12 м. (см. графическую часть). По центру пролета оставляем проезд шириной 4 м. Для обеспечения установки тяжелых деталей на станки в пролете запроектирован мостовой кран грузоподъемностью 10 т. Поэтому высоту пролета принимаем 12 м. (9 м до подкранового рельса).

В пролете располагаем выбранные нами станки: расточной, токарный, шлифовальный. Для получения полного комплекта станков для обработки тяжелых валов добавим - фрезерный, сверлильный и т.п. (на схеме не показаны).

3.1.7 Расчет припусков на обработку

Расчет минимального припуска на механическую обработку выполним для одной из наиболее точных поверхностей детали - наружную поверхность Ш110K6, при шероховатости Rа = 1,25.

Для получения указанной точности и шероховатости необходимо и достаточно четыре технологических перехода - точение - черновое и чистовое, шлифование - предварительное и чистовое.

Расчет проводим по формулам расчетно-аналитического метода определения припусков.

а) Припуска определяем по формуле (89):

(89)

где - значение высоты микронеровностей поверхности на предыдущем переходе;

- значение глубины дефектного слоя поверхности на предыдущем переходе;

- суммарное значение пространственного отклонения на предыдущем переходе;

- погрешность установки заготовки на выполняемом переходе;

б) Значения и выбираем по по таблице 1, с. 178, [4]:
В рассматриваемом случае:

На поверхности заготовки - горячекатаный прокат обычной точности при Ш 160мм:

= 300; = 400;

Далее по таблице 2, с. 180, [4]:

после черновой обработки лезвийным инструментом:

= 100; = 100;

после чистовой обработки лезвийным инструментом:

= 30; = 30;

После шлифования предварительного: = 10; = 20;

Чистового = 5; = 10.

в) Для определения пространственного отклонения заготовки выбираем следующую формулу (90):

(90)

где - удельная кривизна стержня - 1 мкм на 1 мм длины заготовки;

l - длина половины заготовки;

Для определения значений пространственных отклонений после механической обработки используем формулу (91):

(91)

где - значения остаточных пространственных отклонений после механической обработки;

- суммарное значение пространственного отклонения заготовки (определено выше = 1,5 мм);

- коэффициент уточнения:

для чернового точения - 0,06;

для чистовой обработки - 0,04;

для шлифования - 0,02.

Подставляем выбранные значения в формулу (91):

г) Погрешность установки заготовки на выполняемом переходе рассчитывается по формуле (92):

(92)

где - погрешность установки заготовки;

- погрешность базирования;

- погрешность закрепления.

Погрешность базирования для диаметральных размеров при данной схеме установки детали на станке будет равна нулю. В связи с тем, что схема установки на всех переходах одна и та же, установочная база обработке не подвергается, то tу будет одинакова на всех переходах обработки. Тогда формулу (89) можем переписать на формулу (93):

(93)

д) Определяем припуски по формуле (93):

Припуск на чистовое шлифование после предварительного:

2Z1 = 2 · (10 + 20 + 30) = 120 мкм;

Припуск на шлифование после чистового точения:

2Z1 = 2 · (30 + 30 + 60) = 240 мкм;

Припуск на чистовое точение после чернового:

2Z2 = 2 · (100 + 100 + 90) = 580 мкм;

Припуск на черновое точение:

2Z3 = 2 · (200 + 300 + 1500) = 4000 мкм.

е) Определяем допуски на технологических переходах:

Допуск после чистового шлифования (окончательный): д1 = 22 мкм;

Допуск после предварительного шлифования: д1 = 30 мкм;

Допуск на шлифование после чистового точения: д2 = 50 мкм;

Допуск на чистовое точение после чернового: д3 = 170 мкм;

Допуск заготовки по ГОСТ 2590-88: д3 = 3400 мкм.

ж) Расчет диаметра заготовки начинаем с расчета размеров детали:

Минимальный (расчетный) наружный размер вала:

d1min = 110,00 + 0,003 = 110,003 мм.

Максимальный размер вала:

d1max = 110,00 + 0,025 = 110,025 мм,

(верхнее отклонение +0,025)

Следовательно, минимальные (расчетные) размеры вала по переходам: после чернового шлифования:

d2min = 110,003 + 0,12 + 0,022 = 110,145 мм ~ 110,1 мм;

после чистового точения:

d3min = 110,145 + 0,240 + 0,03 = 110,415 ~ 110,4 мм;

после чернового точения:

d4min = 110,415 + 0,580 + 0,05 = 111,045 ~ 111,0 мм;

заготовки:

d5min = 111,045 + 4 + 3,4 = 118,445 мм ~ 118,4 мм.

Следовательно, максимальные размеры детали можно определить, прибавляя к минимальным размерам, найденные допуска:

d1max = 110,003 + 0, 022 = 110,025 мм;

d2max = 1 10,145 + 0, 03 = 1 10,175 мм;

d3max = 110,415 + 0,05 = 110,465 мм;

d4max = 111,045 + 0,17 = 111,215 мм;

dmax = 118,445 + 3,4 = 121,845 мм.

Рассчитаем предельные размеры припусков:

2Z1min = 110,175 - 110,025 = 0,150 мм;

2Z1max = 110,175 - 110,003 = 0,172 мм;

2Z2min = 110,415 - 110,175 = 0,24 мм;

2Z2max = 110,415 - 110,145 = 0,27 мм;

2Z3min = 111,045 - 110,465 = 0,58 мм;

2Z3max = 111,045 - 110,415 = 0,63 мм;

2Z4min = 118,445 - 111,215 = 7,23 мм;

2Z4max = 118,445 - 111,045 = 7,4 мм.

Общие припуски для заготовки:

2Zmin = 118,445 - 110,025 = 8,42 мм;

2Zmax = 121,845 - 110,003 = 11,842 мм.

Таблица 6 - Расчет припусков на наружный размер Ш 110 К6

Технологические переходы обработки поверхности

Элементы припуска, мкм

Расчётный припуск

2Zmin, мкм

Расчетный размер, мм

Допуск д, мкм

Предельные размеры, мм

Предельные размеры припуска, мкм

Ri-i

Ты

Ры

Ъ

dmin

dmax

2Zmin

2Zmax

Заготовка

300

400

1507

-

121,0

3400

118,445

121,845

8420

11842

Черновое

точение

100

100

90

0

4000

111,0

170

111,045

111,215

7230

7400

Чистовое

точение

30

30

60

0

550

110,4

50

110,415

110,465

580

630

Шлифование

черновое

10

20

30

0

240

110,1

30

110,145

110,175

240

270

Шлифование

чистовое

5

10

0

120

110,003

22

110,003

110,025

150

172

Допуск заготовки по ГОСТ 2590 -мкм.

Номинальный диаметр заготовки принимаем 121 мм, тогда с учетом выбранных допусков Ш121. Для удобства рассмотрения сводим все приведенные числа в таблицу 6.

3.1.8 Выбор оборудования

Расточная операция (подготовка чистовых баз).

На расточной операции применяем горизонтально-расточной станок 2636ГФ2 с ЧПУ со следующими техническими характеристиками (таблица 7):

Таблица 7 - Технические характеристики горизонтально-расточного станка 2636ГФ2 с ЧПУ

Класс точности

Н

Наибольший диаметр растачивания, мм

125

Длина рабочей поверхности стола, мм

1800

Ширина рабочей поверхности стола, мм

1600

Вылет шпинделя, мм

1600

Частота вращения шпинделя, об/мин

6,3-1000

Мощность электродвигателя главного привода

19 кВт

Тип ЧПУ

«Размер -2М»

Габаритные размеры:

длина, мм

ширина, мм

высота, мм

6950

5070

4805

Изготовитель: Ивановский завод тяжелых станков

Токарные операции.

Для обработки наружных поверхностей оси выбираем токарно-винторезный станок 16К20Ф3С5 с ЧПУ (вариант с удлиненной станиной), имеющий следующие технические характеристики (таблица 8):

Таблица 8 - Технические характеристики токарно-винторезного станка 16К20Ф3С5 с ЧПУ

Класс точности

Н

Наибольшие размеры обрабатываемых штучных заготовок: Максимальный диаметр над станиной, мм

800

Максимальный диаметр над суппортом, мм

490

Максимальная длина, мм

4000

Частота вращения шпинделя, об/мин

6,3-1250

Мощность электродвигателя главного привода, кВт

18,5

Тип ЧПУ

УЦИ

Габаритные размеры:

длина, мм

ширина, мм

высота, мм

5780

1850

1625

Изготовитель: Рязанский станкостроительный завод

Шлифовальная операция.

Для выполнения шлифовальной операции применяем кругло-шлифовальный полуавтомат ЗМ151, имеющий следующие технические характеристики (таблица 9):

Таблица 9 - Технические характеристики кругло-шлифовального полуавтомата ЗМ151

Класс точности

Н

Наибольший диаметр обрабатываемой заготовки

560

Наибольшая длина обрабатываемой заготовки

4000

Длина шлифования, мм

3550

Частота вращения шпинделя, об/мин

368-891

Мощность электродвигателя главного привода

40 кВт

Габаритные размеры:

длина, мм

ширина, мм

высота, мм

11750

3700

1850

Изготовитель: Харьковский станкостроительный завод (г. Харьков, Украина)

3.1.9 Выбор приспособлений

Расточная.

Для установки заготовки на столе станка используем опорные призмы. Для выверки - винтовые регулируемые опоры и домкрат. Для установки сверл и метчика используем патрон сверлильный по ГОСТ 2681-88.

Токарная.

Для выполнения токарных операций используем четырехкулачковый патрон со сменными кулачками, которые могут быть спроектированы и изготовлены для закрепления конкретной детали, а также передний и задний центра.

Шлифовальная.

Для установки детали при шлифовании используем центра - передний и задний, а также поводковый патрон.

3.1.10 Выбор режущего инструмента

На расточной операции применяем:

Фреза торцевая 0200 Т15К6 ГОСТ 1092-89;

Сверло центровочное 012-1 Р18 ГОСТ 14952-79;

Сверло спиральное 013,9 Р18 ГОСТ 12121-86;

Метчик М16 Р18 ГОСТ 1604-80.

На токарной операции применяем:

Резцы проходные прямые левый и правый Т15К6 ГОСТ 6743-73;

Резцы проходные упорные левый и правый Т15К6 ГОСТ 21151-75;

Резец проходной отогнутый правый Т15К6 ГОСТ 24996 -75;

Резец прорезной Р18 ГОСТ 18881-73.

На шлифовальной операции применяем:

Круг шлифовальный ПП 300x40x127- Э5 ГОСТ 2424-87.

3.1.11 Выбор измерительного инструмента

Для измерения большинства размеров применяем стандартные штангенциркули по ГОСТ 166-83 - ШЦ-Ш с пределами измерения: 0-150 мм; 0-500 мм; 800-2000 и 2000-4000 мм.

Для измерения точных поверхностей по 6 квалитету применяем микрометры по ГОСТ 6507-80 с пределами измерения 100-125 и 125-150.

Радиальное биение наружной поверхности можно проверить путем установки индикаторной головки с пружинным приводом (ГОСТ 6933-82) на стойке, непосредственно на шлифовальном станке при проведении шлифовальной операции.

3.1.12 Нормирование операций

Определение режимов резания, расчет основного времени на обработку и технической нормы времени по операциям для технологического процесса производства детали «Ось».

Операция 010. Расточная:

А. Установить (снять) с помощью крана на столе станка в призмах с базой по наружной поверхности и креплением планками и болтами.

Переход 1.

Фрезеровать правый торец (Ш160) на глубину 5мм;

Глубина резания: t = 5 мм;

Подача: Sz = 0,15 мм/зуб;

Скорость резания: V = 40 м/мин.

Число оборотов определяем по формуле (94):

(94)

где V- скорость резания, м/мин.;

d - диаметр фрезы, мм.

об/мин.

Принимаем 63 об/мин;

Основное (машинное) время определяем по приближенной формуле (95):

(95)

где L - длина обработки.

Минутная подача определяется по формуле (96):

SM = Sz·Z·n, (96)

SM = 0,15·20·63 = 189 мм/мин.

Переход 2.

Сверлить центровое отв. А12 на глубину 27 мм;

Глубина резания t = 6 мм;

Подача: S = 0,6 мм/об;

Скорость резания: V = 24 м/мин.

По формуле (94):

n = 1000·24/3,14·12 = 637 об/мин.,

принимаем 600 об/мин.

Основное (машинное) время определяем по приближенной формуле (97):

T0 = 0,52·d·l·10-3, (97)

T0 = 0,52·12·27·10-3 = 0,2 мин.

Переход 3.

Сверлить 2 отв. Ш13,9 на глубину 55 мм;

Глубина резания t = 6,95 мм;

Подача: S = 0,6 мм/об;

Скорость резания: V = 24 м/мин.

По формуле (94):

n = 1000·24/3,14·13,9 = 549 об/мин.,

принимаем 500 об/мин.

По формуле (97)

T0 = 0,52·13,9·55·2·10-3 = 0,8 мин.

Переход 4.

Нарезать резьбу М16 на глубину 40 мм;

Глубина резания t = 2 мм;

Подача: S = 2 мм/об;

Скорость резания: V = 11 м/мин.

По формуле (94):

n = 1000·11/3,14·16 = 219 об/мин.,

принимаем 150 об/мин.

Основное (машинное) время определяем по приближенной формуле (98):

T0 = 2·0,4·D·L·10-3 , (98)

где D - диаметр резьбы, мм;

L - длина обработки, мм.

Подставляем значения в формулу (98),

Т0 = 2·0,4·16·40·10-3 = 0,5 мин.

Переход 5 повторяет переход 1;

Переход 6 повторяет переход 2.

Основное (машинное) время на операцию:

Т0 = 0,1 + 0,2 + 0,8 + 1,0 + 0,1 + 0,2 = 2,4 мин.

Штучно-калькуляционное время определяем по зависимости (99):

Тшт-к = цК·ТМ , (99)

где цК = 3 - эмпирический коэффициент для расточных станков.

Тшт-к = 3·2,4 = 7,2 мин.

Аналогично проводим расчет основного времени для остальных операций, результаты заносим в таблицу 10.

Таблица 10 - Определение основного (машинного) времени

Наименование операции

Размер обработки

Глубина резания, мм

Длина об-ки

Формула для расчета

основного времени

То, мин

до

после

1

2

3

4

5

6

7

Токарная черновая

Точить Ш160 мм до Ш150h11 мм на длине L=3005 мм;

160

150

5

3005

Т0=0,19·D·L·10-3

85,6

Точить Ш150h11 мм с левой стороны начерно до Ш141 на длине L=413 мм;

150

141

4,5

413

Т0=0,19·D·L·10-3

11,0

Точить Ш141 мм с левой стороны начерно до Ш111,2 на длине L=63 мм за два прохода;

141

111,2

7,45

63

Т0=0,19·D·L·10-3·2

2,6

Точить Ш150h11 мм с правой стороны начерно до Ш141 на длине L=369,5 мм;

150

141

4,5

369,5

Т0=0,19·D·L·10-3

9,9

Точить Ш141 мм с правой стороны начерно до Ш111,2 на длине L=103,5 мм за два прохода;

141

111,2

7,45

103,5

Т0=0,19·D·L·10-3·2

4,4

Всего на операцию

113,5

Токарная чистовая

Точить Ш141 начисто до Ш140,4 на длине L=350 мм;

141

140,4

0,3

350

Т0=0,19·D·L·10-3

9,3

Точить Ш111,2 начисто до Ш110,4 на длине L=63 мм;

111,2

110,4

0,4

63

Т0=0,19·D·L·10-3

1,3

Точить канавку Ш105 на ширину L=5 мм;

141

105

0,5

36

Т0=0,19·D·L·10-3

0,7

Проточить фаску 5x45 на Ш110;

110,4

100

5

5

T0=0,037· (D2-d2) ·10-3

0,1

Обработать с правой стороны:

Точить Ш141 начисто до Ш140,4 на длине L=266 мм;

141

140,4

0,3

266

Т0=0,19·D·L·3·10-3

7,1

Точить Ш111,2 начисто до Ш110,4 на длине

L=103,5 мм;

111

110,4

0,4

103,5

Т0=0,19·D·L·3·10-3

2,1

Точить канавку Ш105 на ширину L=5 мм;

141

105

0,5

36

Т0=0,19·D·L·10-3

0,7

Проточить фаску 5*45 на Ш110;

110,4

100

5

5

T0=0,037· (D2-d2) ·10-3

0,1

Всего на операцию

21,4

Шлифовальная

Обработка с левой стороны

Шлифовать начисто Ш140h6

140,4

140,01

0,195

350

T0=0,07·D·l·10-3

3,4

Шлифовать начисто Ш110k6

110,3

110,02

0,14

63

T0=0,07·D·l·10-3

0,5

Обработка с правой стороны

Шлифовать начисто Ш14Oh8

140,4

140,01

0,195

266

T0=0,07·D·l·10-3

2,6

Шлифовать начисто Ш110k6

110,1

110,02

0,14

103,5

T0=0,07·D·l·10-3

0,8

Всего на операцию

7,3

Общее основное (машинное) время:

Т0 = 2,4+113,5+21,4+7,3 = 144,6 мин.

Проводим расчет штучно-калькуляционного времени для операций, результаты заносим в таблицу 11.

Таблица 11 - Определение штучно-калькуляционного времени

Операция

Т0,

мин

цК

Тш.к.,

мин

Расточная

2,4

3,0

7,2

Токарная черновая

113,5

2,0

227

Токарная чистовая

21,4

2,0

42,4

Шлифовальная

7,3

1,7

12,4

Общее штучно-калькуляционное время:

Тш.к. = 7,2 + 227 + 42,4 +12,4 = 289 мин.

3.1.13 Программа выполнения черновой токарной операции

Программу выполнения черновой токарной операции на токарном станке 16К20Ф3С5 с ЧПУ заносим в таблицу 12.

Таблица 12 - Программа выполнения черновой токарной операции

Программа

Начало программы

1

2

3

N001

G27 S019 M104 T101

Выполнение перемещений в абсолютной системе координат. Скорость шпинделя - 200 об/мин, включение правого вращения патрона, выбор первого инструмента (проходной прямой правый резец)

N002

G58 Х+000000 F70000

Смещения нуля в начальную точку по оси X

N003

G58 Z+000000 F70000

Смещения нуля в начальную точку по оси Z

N004

G26

Вводится относительная система координат

N005

G10 F10140 L31

Вводится подача 140 мм/мин (0,7 мм/об), вводится коррекции 1 - ого инструмента по осям X и Z

N006

X-001500 Z+000000

F10600

Перемещение с максимальной скоростью рабочей подачи (600 мм/мин) в точку 1

N007

Х+000000 Z+003800

F10600

Перемещение с максимальной скоростью рабочей подачи (600 мм/мин) в точку 2

N008

Х+000000 Z+000200

F10140

Подвод резца в точку 3

N009

Х+000000 Z+300700

F10140

Точение 0160 до 0150 на длину 3005+2 мм на выход резца с подачей 140 мм/мин (до точки 5)

N010

X+001500Z+000000

F10600

Перемещение в точку 6 с максимальной скоростью рабочей подачи

N011

Х+000000 Z-304700

F70000

Возвращение в точку 0 с максимальной скоростью

N012

G40 F10200 L31

Отмена коррекции, обработка 1-м инструментом завершена

N013

Т102

Переключение револьверной головки. Установка второго инструмента (проходной упорный левый резец)

N014

G26

Вводится относительная система координат

N015

G10 F10140 L32

Подача 140 мм/мин, введение коррекции 2- ого инструмента по осям X и Z

N016

X-001950 Z+000000

F10600

Перемещение с максимальной скоростью рабочей подачи (600 мм/мин) в точку 1

N017

Х+000000 Z+003800

Перемещение с максимальной скоростью рабочей подачи (600 мм/мин) в точку 2

N018

Х+000000 Z+041300

F10140

Точение 0150 до 0141 на длину 413 мм с подачей 140 мм/мин (до точки 4)

N019

X+O01950 Z+000000

F10600

Перемещение с максимальной скоростью рабочей подачи (600 мм/мин) в точку 5 (отвод резца)

N020

Х+000000 Z-041500

F70000

Перемещение с максимальной скоростью в точку 6. (Возврат резца)

N021

Х-002695 Z+000000

F10600

Перемещение с максимальной скоростью рабочей подачи (600 мм/мин) в точку 7

N022

Х+000000 Z+006500

F10140

Точение 0141 до 0126,1 на длину 65 мм с подачей 140 мм/мин (до точки 9)

N023

Х+002965 Z+000000

F10600

Перемещение с максимальной скоростью рабочей подачи (600 мм/мин) в точку 10 (отвод резца)

N024

Х+000000 Z-006500

F70000

Перемещение с максимальной скоростью в точку 11. (Возврат резца)

N 025

X-003440 Z+000000

F10600

Перемещение с максимальной скоростью рабочей подачи (600 мм/мин) в точку 12

N 026

X+000000 Z+006500

F10140

Точение 0126,1 до 0111,2 на длину 65 мм с подачей 140 мм/мин (до точки 14)

N 027

X+003440 Z+000000

F10600

Перемещение с максимальной скоростью рабочей подачи (600 мм/мин) в точку 15 (отвод резца)

N028

X+000000 Z-010300

F70000

Возврат в точку 0 с максимальной скоростью рабочей подачи

N029

G40 F10140 L32

Отмена коррекции, обработка 2-м инструментом завершена

N030

G27 S019 M104 Т103

Выполнение перемещений в абсолютной системе координат. Установка третьего инструмента (проходной упорный правый резец)

N031

G58 Z+308500 F70000

Смещения нуля в начальную точку по оси Z (с правой стороны)

N032

G26

Вводится относительная система координат

N033

G10 F10140 L33

Подача 140 мм/мин, введение коррекции 3- ого инструмента по осям X и Z

N034

X-001950 Z+000000

F10600

Перемещение с максимальной скоростью рабочей подачи (600 мм/мин) в точку 1

N035

X+000000 Z-003800

F10600

Перемещение с максимальной скоростью рабочей подачи (600 мм/мин) в точку 2

N036

X+000000 Z+036950

F10140

Точение 0150 до 0141 на длину 369,5 мм с подачей 140 мм/мин (до точки 4)

N037

X+001950Z+000000

F10600

Перемещение с максимальной скоростью рабочей подачи (600 мм/мин) в точку 5 (отвод резца)

N038

X+000000 Z-036950

F70000

Перемещение с максимальной скоростью в точку 6.
(Возврат резца)

N039

X-002695 Z+000000

F10600

Перемещение с максимальной скоростью рабочей подачи (600 мм/мин) в точку 7

N040

X+000000 Z-010350

F10140

Точение 0141 до 0126,1 на длину 103,5 мм с подачей 140 мм/мин (до точки 9)

N041

X+002965 Z+000000

F10600

Перемещение с максимальной скоростью рабочей подачи (600 мм/мин) в точку 10 (отвод резца)

N042

X+000000 Z-010350

F70000

Перемещение с максимальной скоростью в точку 11. (Возврат резца)

N043

X-003440 Z+000000

F10600

Перемещение с максимальной скоростью рабочей подачи (600 мм/мин) в точку 12

N044

X+000000 Z+010350

F10140

Точение 0126,1 до 0111,2 на длину 103,5 мм с подачей 140 мм/мин (до точки 14)

N045

X+003440 Z+000000

F10600

Перемещение с максимальной скоростью рабочей подачи (600 мм/мин) в точку 15 (отвод резца)

N046

X+000000Z+014350

F70000

Возврат в точку 0 с максимальной скоростью рабочей подачи

N047

G40 F10140 L33

Отмена коррекции, обработка 3-м инструментом завершена

N048

G25 Z+999999

Возвращение в ноль станка

N049

M105

Остановить двигатель

N050

M002

Конец программы

3.2 Расчет и проектирование режущего инструмента

3.2.1 Проектирование резца

Для чернового точения наружных поверхностей детали червяка из стали 40chS2 В = 325МПа (33кгс/мм2), необходимо рассчитать и сконструировать проходной резец. Исходная заготовка круглый прокат диаметром D = 150h14 обрабатывают на токарно-винторезном станке. Принимаем припуск на обработку (на сторону) h = 3,5 мм, подача на оборот S0 = 0,5 мм, вылет резца ?=60 мм, скорость главного движения резания, v = 176 м/мин.

3.2.2 Расчет главной режущей силы

Рассчитаем главную составляющую режущей силы по формуле (100):

, (100)

Принимаем следующие геометрические размеры режущей части резца, [8]:

- главный угол в плане ц = 60є;

- передний угол г = 12°;

- главный задний угол б = 8°;

- угол наклона главной режущей кромки л = +5є.

По справочным таблицам [23] определяем значения коэффициентов для наших условий резания:

= 300; = 1,0; = 0,75; = -0,15.

Для заданных условий обработки вводим поправочные коэффициенты,

на характеристику механических свойств обрабатываемой стали с

= 70 кгс/мм2

Поправочный коэффициент рассчитываем по формуле (101):

, (101)

,

на главный угол в плане

,

на угол наклона режущей кромки

.

Определяем составляющую силу , имея ввиду, что общий поправочный коэффициент рассчитываем по формуле (102):

, (102)

.

3.2.3 Расчет корпуса резца

В качестве материала для корпуса резца выбираем углеродистую сталь 50 с , допустимым напряжением на изгиб и определяем по формуле (103):

, (103)

где PZ - главная составляющая силы резания, кгс;

l - вылет резца, м;

- допустимое напряжение при изгибе материала резца, Па

(20 кгс/мм2).

м = 13,8 мм,

Принимаем ближайшее наибольшее сечение корпуса по ГОСТ 26611-85 b = 16 мм.

Вычисляем высоту корпуса резца по формуле (104):

мм. (104)

Принимаем высоту h = 25 мм.

Вычисляем главные составляющие силы резания по формулам (105), (106):

, (105)

где b - ширина корпуса резца, м;

h - высота корпуса резца, м.

Н (?695 кгс),

, (106)

где - допускаемая стрела прогиба резца при черновом точении, м;

м;

Е - модуль упругости материала корпуса резца, Па;

Па;

l - вылет резца, м;

J - момент инерции прямоугольного сечения корпуса, м4 находим по формуле (107):

м4, (107)

Н.

Резец обладает достаточными прочностью и жесткостью, так как

.

Принимаем общую длину резца L = 150 мм, ширина b = 16 мм, высота h = 25 мм. Материал корпуса резца - сталь 50 ГОСТ 1050-88.

3.2.4 Выбор режущей пластинки и ее крепления

Выбираем пятистороннюю пластинку из твердого сплава, l = 16,5 мм TNMG-160412 ГОСТ 19042-80, марка твердого сплава Т15К6. Радиус кривизны вершины лезвия rB = 0,4 мм.

Пластинку к корпусу крепим посредством штифта с помощью клина. Под пластинку подкладываем подкладку из твердого сплава ВК8 №2407 ГОСТ 2209-82. Подкладку крепим к корпусу резца с помощью пайки. Для пайки используем латунь Л68 ГОСТ 15527-2004.

Заключение

В выпускной квалификационной работе была проведена модернизация механизма по выталкиванию заготовок нагревательной печи стана 150 СПП ПАО «Северсталь». Проводилась она для того, чтобы продукция производилась более качественная, увеличился объем продукции, уменьшилось время простоев и ремонтов оборудования, уменьшились затраты на ремонты.

Решены такие проблемы как:

ѕ разработан пневмопривод передвижения двухрукавной воронки разгрузочной тележки;

ѕ спроектирован привод выталкивателя;

ѕ разработан технологический процесс изготовления детали;

ѕ разработаны все необходимые чертежи.

После проведении модернизации, произойдет увеличение качественной продукции, а также снижение брака продукции. Производство стана возрастет, а затраты на ремонт уменьшатся.

Список использованных источников

1. Абрамов, Ю.А. Справочник технолога - машиностроителя. Т. 2 / Ю.А. Абрамов. - М.: Машиностроение, 1986. - 496 с.

2. Бавельский, М.Д. Справочник по пневмоприводу и пневмоавтоматике деревообрабатывающего оборудования / М.Д. Бавельский, С.И. Девятов. - М.: «Лесная промышленность», 1983. - 168с.

3. Баклунов, Е.А. Справочник металлиста. Т. 3/ Е.А. Баклунов, А.К. Белопухов, М.Ю. Жебин. - М.: Машиностроение, 1977. - 748 с.

4. Баранчикова, В. И. Справочник конструктора-инструментальщика: Под общ. ред. В. И. Баранчикова. -- М.: Машиностроение, 1994. -- 560 с. ил.

5. Бейзельман, Р.Д. Подшипники качения. Справочник. Издание 6-е переработанное и дополненное / Р.Д. Бейзельман. - М.: Машиностроение, 1975. - 575 с.

6. Блюмбер, В.А. Справочник токаря / В.А. Блюмберг, Е.И. Зазерский. - Л.: Машиностроение, 1981. - 406 с.

7. Боровский, Г.В. Справочник инструментальщика. Под общ. ред. А.Р. Маслова. 2-е изд. / Г.В. Боровский, С.Н. Григорьев, А.Р. Маслов. - М.: Машиностроение, 2007. - 464 с. ил.

8. Васин, С.А. Проектирование сменных многогранных пластин. Методологические принципы. (Библиотека инструментальщика) / С.А. Васин, С.Я. Хлудов. - М.: Машиностроение, 2006. - 352 с. ил.

9. Гаврилин, Е.Ф. Контроль дефектов проката / Е.Ф. Гаврилин, И.П. Шулаев. - М.: Металлургия, 1991. - 112с.

10. Гидропневмопривод и гидропневмоавтоматика станочного оборудования. Методические указания к выполнению курсовой работы. Часть 1. Статический расчет и конструирование гидропривода. - Вологда: ВоГТУ, 1999. - 29 с.

11. Горбацевич, А.Ф. Курсовое проектирование по технологии машиностроения / А.Ф. Горбацевич. - Минск: Высшая школа, 1983. - 256с.

12. Детали машин: Методические указания к курсовому проекту. Расчет и конструирование валов. - Вологда: ВоГТУ, 2001. - 25 с.

13. Детали машин: Методические указания к курсовому проекту. Расчет червячных передач. - Вологда: ВоГТУ, 2003. - 16 с.

14. Детали машин: Методические указания к курсовому проекту. Энергокинематический расчет привода. - Вологда: ВоГТУ, 2003. - 24 с.

15. Ерохин, М.Н. Детали машин и основы конструирования / М.Н. Ерохин. - М.: Колосс, 2004. - 464 с.

16. Иванов, М.Н. Детали машин / М.Н. Иванов. - М.: Высшая школа, 1991. - 383 с.

17. Ильянков, А. И. Основные термины, понятия и определения в технологии машиностроения. Справочник / А. И. Ильянков, Н. Ю. Марсов. -- М.: Академия, 2012. - 288 с.

18. Коновалов, Ю.В. Справочник прокатчика / Ю.В. Коновалов, Г.И. Налча, К.Н. Савранский. - М.: Металлургия, 1977. - 312 с.

19. Кравчик, А.Э. Асинхронные двигатели серии 4А. Справочник / А.Э. Кравчик. - М.: Энергоиздат, 1982. - 504 с.

20. Кузьменко, А.Г. Мелкосортные и проволочные станы. Состояние, проблемы, перспективы / А.Г. Кузьменко - М.: Металлургия, 1996. - 364 с.

21. Мягков, В.Д. Допуски и посадки. Справочник: в 2-х частях. Часть 1 / В.Д. Мягков. - Л.: Машиностроение, 1982. - 543 с.

22. Производство проката на проволочном стане 150: Технологическая инструкция. - Череповец: Северсталь, 1997. - 60 с.

23. Родионов, Б.В. Металлорежущие инструменты: Учебное пособие / Б.В. Родионов. - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2007. - 118 с.

24. Свешников, В.К. Станочные гидроприводы. Справочник. Издание 3 - е переработанное и дополненное / В.К. Свешников. - М.: Машиностроение, 1995. - 448 с.

25. Свирщевский, Ю.М. Расчет и конструирование коробок скоростей и подач / Ю.М. Свирщевский, Н.Н. Макейчик. - М.: Высшая школа, 1976. - 246 с.

26. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т.2 / Под ред. А.М. Дальского, А.Г. Косиловой, Р.К. Мещерякова, А.Г. Суслова. 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение - 1, 2001. -905 с.

27. Суслов, А.Г. Научные основы технологии машиностроения. / А.Г. Суслов, А.М. Дальский. - М.: Машиностроение, 2002. - 684 с. ил.

28. Технология машиностроения. В 2 книгах. Книга 1. Основы технологии машиностроения: -- Санкт-Петербург, Высшая школа, 2008. - 280 с.

29. Технология машиностроения. В 2 книгах. Книга 2. Производство деталей машин: -- М.: Высшая школа, 2008. - 296 с.

30. Элементы и устройства пневмоавтоматики высокого давления. Отраслевой каталог. Москва 1990. - 52 с.

ref.by 2006—2025
contextus@mail.ru