Модернизация кольцераскатного автомата кузнечно-прессового цеха

Размещено на http://www.allbest.ru//

Введение

Важнейшим достижением научно-технического прогресса является комплексная автоматизация промышленного производства. В своей высшей форме - гибком автоматизированном производстве (ГАП) - автоматизация предполагает функционирование многочисленных взаимосвязанных технических средств на основе программного управления и групповой организации производства.

В связи с созданием и использованием гибких производственных комплексов механической обработки резанием особое значение приобретают станки с числовым программным управлением (ЧПУ), выпуск которых в нашей стране постоянно возрастает.

В результате замены универсального неавтоматизированного оборудования станками ЧПУ трудоемкость изготовления деталей оказалось возможным сократить в несколько раз.

Обработка резанием является основным технологическим приемом изготовления точных деталей машин и механизмов. Трудоемкость механосборочного производства в большинстве отраслей машиностроения значительно превышает трудоемкость литейных, ковочных и штамповочных процессов вместе взятых. Обработка резанием имеет достаточно высокую производительность и отличается исключительной точностью.

Технический прогресс выражается в росте мощности и технических возможностей оборудования.

Эффективность производства возможно повысить путем улучшения организации производства, с помощью расстановки оборудования по потоку движения предметов труда в производственном процессе.

1. Состояние вопроса и задачи проектирования

1.1 Анализ состояния вопроса

Современный уровень технологического процесса изготовления колец подшипников требует получения более качественной, точной заготовки при минимальной себестоимости.

Наиболее прогрессивным методом получения заготовки является получение заготовки холодной раскаткой. Получение цилиндрической заготовки, так называемого бублика, уже отработано внедрено для практически всех типов подшипников и широко используется на предприятии.

Основная цель внедрения современных методов производства - снижение себестоимости, повышение качества и снижение при этом трудоемкости.

Анализ транспортной задачи показывает, что первым шагом к уменьшению трудоемкости и необходимо провести модернизацию действующего оборудования под требования получения точной полнопрофильной заготовки. Однако при получении бублика припуск на дальнейшую обработку значителен и после получения цилиндрической заготовки необходимо заготовку транспортировать в другое производство - токарное, где производится съем максимального припуска и заготовка принимает форму максимально приближенную к окончательному профилю кольца.

Наиболее перспективными является получение заготовки как можно ближе к готовой детали - с минимальными припусками. Таким образом, речь идет о получении полнопрофильной заготовки, т.е. форма заготовки максимально напоминала окончательную форму готового кольца. Первоначально речь шла о получении на операции "раскатка" дорожки качения, а в дальнейшем и канавки.

Основная проблема возникла в контроле основных параметров заготовки при непосредственном процессе раскатки.

1.2 Цель и задачи разработки

Первоочередной задачей конструкторской части является модернизация кольцераскатного автомата. Модернизировать необходимо следующие узы и механизмы: привод главного движения; гидропривода загрузочного устройства; узел раскатки; разработка раскатника; разработку системы активного контроля.

Привод главного движения. Необходимо увеличить мощность привода главного движения, провести расчеты по результатам которых назначить электродвигатель, стандартный редуктор. Провести проверочные расчеты на прочность.

Гидропривод загрузочного устройства. Цель - является разработка гидропривода автоматического устройства для загрузки-выгрузки колец подшипников на кольце раскатной автомат. в разработанном приводе должна применяться стандартная гидроаппаратура. При создании работы использовались документы из области физики, основ конструирования машин, высшей математики, технического черчения, и математического моделирования.

Узел раскатки. Необходимо разработать компоновку расположения основных узлов, входящих в узел раскатки.

Разработка системы активного контроля. Разработка активной системы управления процессом раскатки, т.е. получение более точной заготовки. При разработке активной системы увеличивается процент точности параметров заготовки, при этом возможно добиться снижение припусков на дальнейшую обработку и получение стабильно качественной поверхности заготовки. Это все влияет на технологичность получения качественной заготовки.

Задачи при разработке активной системы вытекают следующие. Уточнить каков объем проектных работ - для этого необходимо изучить работу раскатного автомата, технологию раскатки, основные недостатки, отклонения формы и неточности полученных заготовок, влияние параметров исходной заготовки на качество раскатанной. Разработать основные узлы и скомпоновать их на раскатной машине.

Произвести необходимую доработку бабки машины (обработаны дополнительные отверстия). Смонтировано вновь изготовленные узлы и детали.

Следующей немаловажной частью проекта является разработка специального режущего инструмента - сверла для обработки отверстия вала.

Далее необходимо разработать технологический процесс лезвийной обработки изготовления вала с оформлением комплекта технологической документации.

2. Конструкторская часть

2.1 Модернизация привода вращения бандажа

2.1.1 Исходные данные

Исходные данные для расчета - технические характеристики и базовые чертежи исполнительной машины:

Частота вращения вала исполнительной машины, мин-1 70;

Мощность на шпиндельном валу, кВт 35.

2.1.2 Разработка кинематической схемы

Привод автомата состоит из электродвигателя, клиноременной передачи, и муфты соединительной. Применяется двигатель асинхронный с постоянной частотой вращения вала. Так же применяем втулочно-пальцевую муфту.

На валу электродвигателя крепится ведущий шкив (Ш1) клиноременной передачи. На ведущий (быстроходный) вал редуктора (I) устанавливается ведомый шкив (Ш2) клиноременной передачи. Крутящий момент от электродвигателя передается на быстроходный вал редуктора посредством клиноременной передачи, с которого передается на тихоходный вал (II). Тихоходный вал редуктора и шпиндельный вал (III) соединяются муфтой (М). Приводной вал (III) вращается на паре конических подшипников. На кинематической схеме рисунок 1, обозначается: Эл - электродвигатель; М - соединительная муфта; Кл - клиноременная передача; Ш1 - ведущий шкив ременной передачи; Ш2 - ведомый шкив ременной передачи; Р - редуктор; I - ведущий (быстроходный) вал редуктора; II - выходной (тихоходный) вал редуктора; III - приводной вал.

Рисунок 1 - Кинематическая схема привода

2.1.3 Энерго - кинематический расчет привода

Общий к.п.д. привода определяется по формуле:

зо = зрем з4пк з2цил зм., (1)

где зо - общий к.п.д.;

пк = 0,99  0,995 - к.п.д. пары подшипников качения, (назначаем пк = 0,995);

зрем = 0,94  0,96 к.п.д. ременной передачи, (назначаем зрем = 0,96);

зм = 0,98  0,99 - к.п.д. муфты соединительной муфты (назначаем зм = 0,99);

цил = 0,96  0,98 - к.п.д. зубчатой цилиндрической закрытой передачи, (назначаем цил = 0,98).

Тогда, к.п.д. привода:

зо = 0,960,99540,990,982 = 0,899.

После определения к.п.д привода и требуемую мощность на приводном валу находим требуемую мощность электродвигателя:

, кВт, (2)

где - требуемая мощность электродвигателя, кВт;

- требуемая мощность на приводном валу, которая согласно техническому заданию определена кВт.

37,432 кВт (3)

По справочным таблицам находим электродвигатель с мощностью

Nэлст = 37 кВт.

Двигатель асинхронный АИР 200 М2 У2 380 В,50 Гц, IM1081 ТУ16-526.621

Двигатель асинхронный АИР 200 М4 У2 380 В,50 Гц,IM1081 ТУ16-526.621-85

Передаточное отношение привода автомата будет включать а себя следующее:

, (4)

где Uпр - передаточное отношение привода;

Uрем - передаточное число клиноременной передачи;

Uцил - передаточное число цилиндрического редуктора.

Корректное передаточное число передачи находится в диапазоне Uрем рек = 2 ч 4.

По технической характеристике на двухступенчатые цилиндрические редуктора Ц2У-100 - Ц2У250 допустимые номинальные передаточные числа: 8; 12,5; 16; 20; 25; 31,5; 40. Выбираем электродвигатель марки АИР 200 M2 У2 ТУ16-526.621-85 с частотой вращения вала n = 3000 об/мин нельзя применять в качестве привода.

Передаточное отношение цилиндрического редуктора находим по формуле:

(5)

При эксплуатации привода с двигателем АИР 200 М4 У2 получаем:

Окончательно назначаем:

Электродвигатель АИР 200 М4 У2 380 В,50 Гц, IM1081 ТУ16-526.621-85 с частотой вращения вала nЭл = 1470 об/мин;

Редуктор с передаточным числом Uцил = 10.

Эскиз с основными присоединительными и габаритными размерами электродвигателя рисунок 2.

Уточняем передаточное число ременной передачи:

.

Рисунок 2 - Присоединительные и габаритные размеры электродвигателя

Определяем частоты вращения валов:

nЭл = 1470 мин-1 - частота вращения вала электродвигателя;

nI - частота вращения быстроходного вала редуктора;

nI = nЭл/Uрем = 1470/2 = 735 мин-1

nII - частота вращения выходного вала редуктора;

nII = nI/Uцил = 735 / 10,5 = 70 мин-1

nIII = nII - частота вращения приводного вала.

Циклические частоты вращения определяем по формуле:

(6)

где Эл - циклическая частота вращения вала электродвигателя, сек -1.

сек -1.

Дальнейший расчет сводим в таблицу 1.

С учетом механических потерь максимальная мощность на валах принимается по мощности электродвигателя. Исходя из этого, максимальное значение мощности на каждом валу, определяем по формуле [5]:

, кВт, (7)

где N1 - мощность на валу, кВт;

N(1-1) - мощность на предыдущем валу, кВт;

i - кпд механической пары.

Определяем мощность на каждом валу привода.

Вал электродвигателя

Nэл = 35 кВт.

I вал

NI = Nэл Ч зрем зпк = 350,960,995 = 33,432 кВт.

II вал (тихоходный вал редуктора)

NII = NI зпк2 цил2 = 33,432 0,9952  0,982 = 31,787 кВт.

III вал (приводной вал )

NIII = NII зпк м = 31,787 0,995  0,99 = 31,311 кВт.

По мощности находим максимальные крутящие моменты по формуле:

, Нм (8)

Находим на валу электродвигателя крутящий момент

Нм.

Результаты энергокинематического расчета сводим в таблицу 1

Таблица 1 - Параметры привода

Вал	Максимальная мощность, кВт	Частота вращения, об/мин	Частота вращения, рад/сек	Максимальный крутящий момент, Н*м
Вал эл.	35	1470	153,86	227,479
I вал	33,432	735	76,93	454,959
II вал	31,787	70,01	7,326	4777,504
III вал	31,311	70,01	7,326	4777,504

2.1.4 Выбор стандартного редуктора

Окончательно назначаем стандартный цилиндрический двухступенчатый редуктор Ц2У-250-10-21У1.

Редукторы зубчатые цилиндрические двуступенчатые узкие горизонтальные общемашиностроительного назначения предназначены чтобы уменьшить частоту вращения либо увеличить крутящий момент.

Размеры редуктора приведены на рисунке 3.

Редуктор назначаем типа Ц2У-250-10-21У1 ТУ2-056-243-86. Техническая характеристика редуктора:

Крутящий момент на выходном валу, Нм 5000;

Передаточное число 10;

КПД редуктора, не менее, % 97;

Масса, кг 310;

Параметры тихоходного вала (1:10) (DxL) 90х170.

2.1.5 Расчет и проектирование клиноременной передачи

Сечение ремня и диаметр малого шкива, назначается в зависимости от передающего момента, выбираем сечение ремня “Б” по ГОСТ 1284.3-96 [6].

Характеристика клинового ремня сечения Б:

bр = 14 мм -ширина ремня;

b = 17 мм - ширина большего основания ремня;

Q = 0,18 кг/м - масса 1-го погонного метра ремня;

h = 10,50 мм - высота ремня;

А = 138 мм2 - площадь поперечного сечения ремня;

Lр = 800 ч 6300 мм - длина ремня;

Dр = 125 мм - минимальный диаметр малого шкива.

Рисунок 3 - Габаритные и присоединительные размеры редуктора

Исходя из расчета, выбираем диаметр малого шкива:

d1 ? (3 4) Ч , мм, (9)

где Тi - вращающий момент на валу ведущего шкива, НЧм.

Т1 = 197,672Ч103 НЧм.

d1 = (34) Чмм.

Выбираем шкив диаметром d1 = 180 мм.

Определение диаметра ведомого шкива.

Значение диаметра большего шкива находим по формуле:

d2 = d1ЧUЧ (1-Ег), мм, (10)

где Ег - коэффициент скольжения ремня Ег = 0,01…0,02;

U - передаточное число клиноременной передачи.

d2 = 180 Ч 1,933 Ч (1-0,01) = 344,461 мм.

Назначаем d2 = 355 мм (по ряду стандартных размеров диаметров шкивов). Исходя из этого передаточное число клиноременной передачи будет равно:

Uф =; Uф = 1,992

Чтобы предварительно определить межосевое расстояние применяем зависимости:

awmin= 0,55(d1+d2)+h, мм; awmax = 2(d1+d2), мм (11)

awmin= 0,55(180+355)+8 = 304,755 мм;

awmax= 2(180+355) = 1070 мм;

Межосевое расстояние располагается в передлах aw= 305 1070 мм. Выбираем межосевое расстояние клиноременной передачи aw = 600 мм.

Расчетная длина ремня определяется по формуле:

hp= 2 ap+, (12)

hp = 2 600 + 2053,136 мм.

По ГОСТ 1284.3-96 межосевое расстояние будет равно:

aw= (13)

= 0,5(d1 + d2); у = (d2 - d1)2

= 0,5 (180 + 355) = 840,376; у = (355 - 180)2 = 30625

aw =

aw = 633,772. Назначаем aw = 635 мм.

Для эксплуатации ремней уменьшаем межосевое расстояние на 2%, получаем:

(6352)/100 = 12,68 13 мм

Межосевое расстояние выбирается из расчета длины ремня, увеличенном до 5,5%:

Конструкция натяжного устройства обеспечивает разные межосевые расстояния, в пределах: aw = 621 692 мм.

Угол малого шкива находим по формуле:

= 180 - 57,3Ч(d2 - d1)/aw (14)

= 180 - 57,3 Ч (355 - 180) / 634 = 165,177.

Долговечность передачи должна удовлетворять условию:

,с-1

V - скорость, найденная по формуле:

, м/с, (15)

где hр - длина ремня по ГОСТ 1284.3-96, м;

[i] - число пробегов, для клиноременной передачи равно 10 … 20.

, м/с; 6,446 с-1

Расчетную мощность, для одного ремня, находят по зависимости:

Рр = (РоСбСhСu)/Ср, кВт, (16)

где Рр - мощность, типовой передачи, кВт, Ро = 5,14 кВт;

Сu - коэффициент передаточного отношения, Сu = 1,12;

Сб - коэффициент угла, Сб = 0,98;

Сh - коэффициент длины ремня, Сh = 0,93;

Ср - коэффициент режима работы.

Тогда: Рр = 5,140,981,100,93/1,2 = 4,765 кВт.

Рассчитанное число ремней в передаче по ГОСТ 1284.3-96:

Z = , (17)

где Р1 - мощность на ведущем валу передачи, кВт;

Рр - расчетная мощность, передаваемая одним ремнем;

Сz - коэффициент числа ремней при Z = 0,96 (2 - 3 ремня).

Получаем:

Z =

Назначаем Z = 7.

Силу натяжения одного ремня, находим по формуле:

Fo=, Н, (18)

где V -скорость, м/с;

Р1 - мощность, кВт;

и - коэффициент, учитывающий центробежные силы на сечения.

и = 0,10 ;

Fo= 322.530Н

Сила, действующая на валы:

F ? 2FoZsin (б/2), (19)

F ? 21153,1897sin (165,177/2) = 4477.698 Н.

2.1.6 Ориентировочный расчет выходного вала

Необходимо определить параметры выходного вала кольцераскатного автомата - шпиндельного вала. На данном валу предусмотрен посадочный участок под установку оснастки - с одной стороны, подшипников качения и посадка под соединительную муфту.

На валу дожны быть несколько участков под посадку: шейка (d1) - для установки полумуфты соединительной муфты; шейка под установку подшипников качения (d2); посадочный диаметр под установку специальной оснастки для раскатки (d3). Расчет испытываем на кручение по заниженным допускаемым напряжениям.

Эскиз предварительной конструкции вала рисунок 4.

Расчет проводим из условия прочностных характеристик на кручение, согласно следующей формуле:

, мм, (20)

где - момент на валу, Т = 4267,016 Нм;

МПа - допускаемые напряжения при кручении.

101,755 … 94,973 мм

Минимальный диаметр приводного вала служит для крепления соединительной муфты, поэтому выходной участок вала необходимо согласовать с концевым участком тихоходного вала редуктора.

Параметры тихоходного конического вала редуктора (1:10) (DxL) = 90х130.

Выходной конец приводного вала назначаем коническим d1 х l1 = 100 х 100 мм. Посадочный диаметр под подшипники d3 = 110 мм. Диаметр упора подшипников находим по формуле:

d4 = d3 + 2Чr, мм, (21)

где r - радиус скругления на внутреннем кольце подшипника.

Диаметр упорного буртика подшипников качения:

d4 = 110 + 2Ч3,5 = 117 мм.

Принимаем окончательно d4 = 120 мм.

Посадочный диаметр технологической спец оснастки (бандаж) назначаем таким же как и для установки соединительной муфты - конусный (1:10), т.е d2 х l2 = 100 х 125 мм.

На валу устанавливаются две шпонки: одна под полумуфтой соединительной муфты вторая под ступицей оснастки.

Рисунок 4 - Эскиз предварительной конструкции вала

2.1.7 Подбор подшипников и корпусов для них

Осевые усилия на приводном валу конвейера незначительные, основная нагрузка, воспринимаемая подшипниками - радиальная. Таким образом, назначаем подшипники шариковые радиальные однорядные с двумя уплотнениями. Такая конструкция подшипника значительно упрощает обслуживание и конструкцию подшипникового узла. Предварительно назначаем шариковые радиальные подшипники легкой серии.

Подшипник 80222 - ГОСТ 7242-81. Параметры подшипника [6]:

диаметр посадки подшипника на вал, d, мм 110;

радиус скругления R, мм 3,5;

максимально допустимая частота вращения, мин-1 3000;

диаметр посадки подшипника в корпус, D, мм 200;

высота подшипника Н, мм 38;

грузоподъемность статическая, кН 157,0;

грузоподъемность динамическая, кН 125,5.

Вал вращается на двух шариковых опорах, в качестве которых используются шариковые радиальные подшипники качения. Подшипники устанавливаются в расточки корпуса, который устанавливается в расточку литой чугунной станины автомата и крепится болтами к задней стенке. От осевого перемещения корпус закрепляется болтами. Так как приводной вал вращается на шариковых радиальных подшипниках с уплотнительными шайбами, то нет необходимости использовать стандартные крышки с уплотнениями. Такая конструкция значительно упрощает сборку и обслуживание.

2.1.8 Эскизная компоновка приводного вала

Приводной вал кольце раскатного автомата вращается на паре шариковых радиальных подшипниках легкой серии. Наружные кольца подшипников установлены в оригинальный корпус, который крепится к станине автомата болтами.

Первая со стороны оснастки опора - фиксированная. Подшипник одним торцем упирается в разрезное кольцо, которое установлено в проточку корпуса шпинделя, а второй поджимается через втулку торцовой крышкой.

Вторая опора - плавающая. Внутренние кольца подшипников стянуты через втулку гайкой, она стопорится стопорной шайбой. Предусмотрен резьбовой участок на выходе вала.

2.1.9 Проверка долговечности подшипников

Работоспособность подшипников качения заключается в динамической и статической грузоподъемности.

Ресурс подшипника находится по формуле [6]:

, млн/об, (22)

где С - грузоподъемность подшипника по каталогу;

Р - эквивалентная нагрузка;

р - показатель степени: для шарикоподшипников р = 3, для роликоподшипников р = 10/3.

Номинальная долговечность в часах определяется по формуле:

, млн/об, (23)

где n - частота вращения вала.

Для радиально-упорных однорядных шарикоподшипников неравносильная нагрузка находится по формулам:

При

Р = (XЧVЧFr + YЧFa)ЧKбЧКт, (24)

При

Р = VЧFrЧKбЧКт , (25)

где V - коэффициент вращения, для внутреннего кольца V=1, а при вращении наружного V=1,2;

Fr - радиальная нагрузка;

Fa - осевая нагрузка;

Kб - коэффициент безопасности;

Кт - температурный коэффициент.

В данном случае отсутствует осевое нагружение подшипников, нагрузка строго радиальная, поэтому эквивалентную нагрузку определяем по формуле:

Р = VЧFrЧKбЧКт (26)

Создаем расчетную схему. Расчетная схема изображена на рисунке 5.

На схеме принято обозначать:

А, В - опоры приводного вала конвейера;

RA, RВ, - реакции в опорах А и В;

Fм - усилие от муфты, определяемое по формуле:

Fм = , Н, (27)

Fм = = 8171,037 Н.

а, b, c - длины участков: а = 0,127 м; b = 0,340 м; с = 0,110 м.

Определим реакции, возникающие в опорах Для этого необходимо составить уравнения статики:

МА = 0 НЧм; МА = -FМЧa - RВЧb = 0 НЧм, (28)

МВ = 0 НЧм; МВ = -FМЧ(a+b)+RАЧb = 0 НЧм, (29)

F = 0 Н; F = -FМ + RА + RВ = 0 Н. (30)

Рисунок 5 - Расчетная схема

Из уравнений выражаем неизвестные:

RА = , RВ = (31)

Находим неизвестные:

RА = = 11224,156 Н,

RВ = = - 3052,123 Н

Проверка:

F = -8151,034 + 11224,156 + (-3052,123) = 0 Н.

Уравнение верно.

Найдем нагрузку на подшипники в опоре А (RА = 11224,156 Н):

РэА = 1Ч11224,156 Ч1,2Ч1 = 13467,791 Н.

Установим ресурс подшипников в А и В по формуле:

L = (С/Рэ)р, млн/об (32)

L = (157000/13467,791)3 = 1484,169 млн/об

Долговечность подшипников в часах:

L h= (33)

L h= 439982,03 ч

Подшипники пригодны, обеспечивают требуемый ресурс.

2.1.10 Уточненный расчет вала

Стойкость вала зависит от действия габаритов и его конструкции в местах перехода между ступенями. В них создается скопление напряжений кручения и изгиба. Поэтому конструкция и величины вала должны быть оптимальны. Расчет на стойкость осуществляется после проектирования и окончательной компоновки рассчитываемого вала, расчета подшипников качения, выбора и расчета шпонок.

Определим изгибающие моменты, возникающие в опорах. Расчетная схема нагрузки вала и эпюра изгибающих моментов рисунок 7. Уравнение статики для горизонтальной плоскости:

МА = 0 НЧм; МА = -FМЧa - RВЧb = 0 НЧм;

МВ = 0 НЧм; МВ = -FМЧ(a+b)+RАЧb = 0 НЧм;

F = 0 Н; F = -FМ + RА + RВ = 0 Н;

RА = 11223,159 Н, RВ = -3052,123 Н; а = 0,127 м; b = 0,34 м; с = 0,11 м;

FМ = 8171,037 Н.

Рассмотрим первый участок: 0 Х1 a; a = 0,127 м.

Уравнение моментов: Ми10 = - FМ Х1

При Х1 = 0 м: Ми10 = -8171,037 0 = 0 Нм;

При Х1 = 0,127 м: Ми11 Y = -8171,037 0,127 = - 1037,72 Нм;

Рассмотрим второй участок: 0 Х2 b; b = 0,340 м.

Уравнение моментов: Ми2 = - FМ (a+Х2) + RA Х2;

При Х2 = 0 м;

Ми20 Y = -8171,037 (0,127+0) - 11223,1590 = -1037,72 Нм

При Х2 = 0,340 м;

Ми21 Y = -8171,037 (0,127+0,34) - 11223,1590,34 = 0 Нм.

Наиболее опасным сечением для данного вала является место в опоре А (сечение А-А) - переход посадочного диаметра подшипника на резьбовой участок d = 102 мм. Концентратор напряжения - проточка под резьбу d = 102 мм - галтель (r = 1 мм).

Общие сведения для расчета. Коэффициент запаса прочности определяется по формуле:

S =, (34)

где Sу - коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям;

Sф - коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям;

[S] - допускаемый коэффициент запаса прочности [S]=2,5.

Коэффициент запаса прочности находим исходя из формулы:

, (35)

где у-1 - предел выносливости стали при симметричном цикле изгиба,

для углеродистых конструкционных сталей у-1= 0,43у в;

у в - предел прочности материала вала. у в = 780 МПа;

Ку - эффективный коэффициент концентрации нормальных напряжений;

Еу - масштабный фактор;

в - коэффициент, учитывающий влияние шероховатости поверхности;

уv - амплитуда цикла нормальных напряжений, равная наибольшему напряжению привода у u в рассматриваемом сечении.

Коэффициент запаса прочности по напряжениям кручения устанавливаем согласно формуле:

, (36)

где ф-1- предел выносливости стали при симметричном цикле кручения, ф-1= 0,58у-1 МПа

Рисунок 6 - Эпюры изгибающего и крутящего моментов

Определение коэффициента запаса прочности в сечении. Коэффициенты концентрации напряжений: Ку = 1,8; К = 1,7; Еу = 0,82; Е = 0,70; в = 0,96; уm = 0Н; у = 0,2; = 0,1.

у-1= 0,43у в = 0,43780 = 335,4 МПа;

-1= 0,58у в = 0,58780 = 194,532 МПа;

= 104183,852 мм3;

= 208367,704 мм3.

Амплитуда и среднее напряжение цикла касательных напряжений:

10,254 МПа

9,96 МПа

Тогда:

;

S= [S] = 1,5 … 2,5.

Прочность вала обеспечена.

2.1.11 Подбор муфты

В данном приводе применяется муфта упругая втулочно-пальцевая, очень легкая в эксплуатации. Назначаем муфту упругую втулочно-пальцевую типа: 4000-90-1У3 ГОСТ 21424-93. [11] Характеристика муфты:

номинальный крутящий момент, Н*м 4000,0;

радиальное, мм 0,6;

сдвиг валов, не более

угловое 0°30';

масса, кг, не более 70,64.

2.2 Модернизация гидропривода загрузочного устройства

2.2.1 Разработка принципиальной схемы гидропривода

Разрабатывал гидропривод автоматического устройства для загрузки-выгрузки колец подшипников на кольце раскатной автомат, со следующими техническими характеристиками, которые приняты по базовой установке:

Способ регулирования скорости - дроссельный на выходе;

Осевое усилие на исполнительном гидроцилиндре, Н 3500;

Тип гидродвигателя - поступательного движения;

Максимальное перемещение валка, мм 50;

Наибольшая линейная скорость, м/мин 5;

Монтаж аппаратуры блока управления модульный.

Гидропривод обеспечивает поступательное передвижение главных элементов устройства питателя и кантователя. Рабочим органом устройства является три гидравлических цилиндра, которые выполняют передвижение своего исполнительного механизма, два цилиндра - привод собачек отсекателя, а один - для перемещения кулисы, в которой расположен захват для транспортирования колец из лотка закрузки в рабочую зону автомата, и обработанного кольца - в лоток выгрузки.

Принципиальная схема гидропривода изображена на рисунке 7.

2.2.2 Описание работы гидропривода

Описание работы гидрооборудования.

Цикл “ОСТАНОВ”

Н - Ф -КП - Б

Отсутствие напряжения на магнитах Э1 и Э2. В среднем положении находится золотник распределителя (РР), перекрыты каналы. Через переливной клапан (КП) рабочая жидкость сливается в бак.

2.2.3 Расчет и выбор исполнительного гидроцилиндра

Назначим основной гидроцилиндр ГЦ.

Установим диаметр поршня согласно зависимости:

, м, (37)

где R - усилие на штоке, Н;

p2 - давление в сливной полости, p= 0,3 0,9 МПа;

p - давление в напорной полости, МПа;

; коэффициент отношения диаметра поршня к диаметру штока. ; ;

d1,d2 - диаметры штоков соответственно в напорной и сливной полостях цилиндра.

Должно выполняться соотношение:

р1 = (2/3) ЧрН, МПа, (38)

где рН - давление насоса.

Определяем рН = 6,3 МПа.

Тогда р1 = (2/3) Ч6,3 = 4,2 МПа. Получаем р1 = 4 МПа.

р2 = 0,09 МПа - противодавление.

Тогда

33,663 мм

Из таблицы диаметров определяем D = 40 мм. Получаем два стереотипных гидроцилиндра: ЦРГ 402050 ОСТ2 Г29-1-77 (ТУ2-053-1652-83Е) [8]

D = 40 мм - диаметр поршня;

s = 50 мм - рабочий ход цилиндра;

d = 20 мм - диаметр штока.

Для перемещения кулисы: Установим стандартный гидроцилиндр: ЦРГ 4020300 ОСТ2 Г29-1-77 (ТУ2-053-1652-83Е)

D = 40 мм - диаметр поршня;

s = 300 мм - Рабочий ход цилиндра;

d = 20 мм - диаметр штока.

2.2.4 Выбор стандартной гидроаппаратуры

Найдем минимальные и максимальные расходы гидроцилиндра. Находим расход цилиндра:

Q = Vmax F, Н, (39)

где Vmax - скорость поршня гидроцилиндра, Vmax = 5 м/мин (0,083 м/сек);

F - эффективная площадь поршня, м.

Площадь I полости гидроцилиндра находится по формуле:

F =, м2, (40)

где D - диаметр поршня цилиндра, м2;

d - диаметр штока цилиндра, м2.

Площадь II полости гидроцилиндра устанавливается по формуле:

F2 =, м2 (41)

3.2.1 Выбор насосного агрегата

Выбираем насос типа Г12-32М ГОСТ 13167-82.

Основные параметры насосного агрегата:

Давление на выходе из насоса, МПа

Номинальное 12,5;

Предельное 14;

Рабочий объем, см3 25;

Номинальная подача, л/мин 21,1.

Ставим насосную установку типа [8]:

1 Б Г48-9 4 УХЛ .

Обозначается:

1 - исполнение по высоте гидрошкафа;

4 - вместимость бака - 160 л;

Б - с теплообменником;

Г48-9 - обозначение насосной установки;

;

1Г49 - 42 - номер насосного агрегата.

Выбор направляющей аппаратуры. К направляющей аппаратуре относятся гидравлические распределители и обратные клапаны.

Распределитель (РР) устанавливаем гидравлический с электромагнитным управлением типа ВЕ 10. 44 41/ В36-50 Н Д ГОСТ 24679-81.

Клапан обратный - модульного монтажа - входит в состав блока управления.

Назначаем обратный клапан типа КОМ 10/3 ТУ2-053-1829-87.

Определение регулирующей аппаратуры. Выбор дросселя ДР.

Выбираем дроссель типа: ДКМ 10/3А ТУ2-053-1799-86.

В качестве переливного клапана назначаем гидроклапан давления типа МКПВ - 10/3М ТУ2-053-1758-85.

2.2.5 Разработка блока управления

Согласно техническому заданию в состав блока управления входят следующие аппараты:

Модульного исполнения:

Обратный клапан МКПВ - 10/3М ТУ2-053-1758-85

Дроссель ДКМ 10/3А ТУ2-053-1799-86

Гидроклапан КОМ 102-2 ТУ2-053-1679-84

Стыкового исполнения:

Реверсивный распределитель типа ВЕ 10. 44 41/ В36-50 Н Д ГОСТ 24679-81.

Принципиальная схема блока управления приведена на рисунке 8.

Аппараты стыкового монтажа имеют одну стыковочную плоскость с координатами присоединительных отверстий, расположенных снизу корпуса. Аппараты устанавливается и закрепляется на плитах, в них есть отверстия для крепления аппаратов и подвода жидкости к нему, снизу - отверстия для подключения трубопроводов, связывающих пакет с насосной установкой или гидродвигателем.

Для уплотнения стыков аппаратов используются резиновые кольца 012-016-25-2-2 ГОСТ 9833-73.

Рисунок 8 - Схема гидравлическая принципиальная блока управления

2.2.6 Расчет трубопроводов

Найдем внутренний диаметр трубопровода по формуле:

dу=, мм, (42)

где dу - диаметр условного прохода трубопровода, мм;

[V] - скорость направления жидкости в трубопроводе, м/сек;

Q - расход жидкости в трубопроводе максимальный, л/мин.

Устанавливаем толщину стенки по параметрам прочности, выраженной формулой:

ку, мм, (43)

где p - давление жидкости в трубопроводе максимальное;

упр - предел прочности на растяжение материала трубопровода, МПа;

dу - диаметр условного прохода трубопровода;

ку - коэффициент безопасности, ку=2.

Трубопроводы разбиваем на участки по давлению в них и расходу жидкости в линии. Учитываем рекомендации СЭВ РС 3644-72, при определении диаметра трубопровода. Значения скорости [V] смотри таблицу 2.

Таблица 2 - Значения скорости течения жидкости

Рном, МПа	2,5	6,3	16	32
V м/с, не более	2	3	5	6
Сливная линия V м/с, не более	1,5 4
Всасывающая линия V м/с, не более	1,6 2

Установим, для участка 3-6 напорной линии, внутренний диаметр.

Найдем внутренний диаметр трубопровода:

dу= мм,

Толщину стенки находим из условия жесткости, выраженной формулой:

4 = 0,465 мм,

Выбираем стандартный трубопровод служащий для работы с давлениями р = 6,3 МПа. Трубопровод стальной 14х1 ГОСТ 8734-75

dст=12 мм

4 = 0,5 мм (44)

Расчет для остальных участков сводим в таблицу 3.

2.2.7 Установка потерь давления в аппаратах и трубопроводах

Потери давления в гидроаппаратахДрГА находятся по формуле:

ДрГА = р0+АQ+ВQ2, (45)

где Др0 - перепад давления;

А и В - коэффициенты зависимости потерь давления в аппарате;

Q - расход жидкости через аппарат.

А и В коэффициенты находятся по формулам:

А= ; В = , (46)

где QНОМ - номинальный расход аппарата.

Таблица 3 - Расчет основных параметров сечения трубопроводов

Определение потерь давления для распределителя Р1:

Напорная линия: Др0 = 0 МПа; QНОМ = 33 л/мин (5,5Ч10-4 м3/с);

ДрНОМ = 0,15 МПа; QРХ = 16,35 л/мин (0,00031 м3/с).

А= МПас/м3

В = МПас2/м6

ДрРр1= 0+136,3640,00031+(0,00031) 2247934= 0,06731 МПа

Весь расчет представлен в таблице 4.

Течение жидкости обусловливается числом Рейнольдса. Для каналов круглого сечения:

Re = 21200 , (47)

где Q - фактический расход жидкости в трубопроводе, л/мин;

dст - диаметр условного прохода, мм;

н - коэффициент вязкости жидкости, мм2/с.

Таблица 4 - Определение потерь в гидроаппаратах

Если порядок течения ламинарный, то потери давления (МПа):

р = 0,62(QL/d4) (48)

Если режим течения турбулентный:

р = 7,85(Q2L/d5) (49)

Расчет для всех участков сведен в таблице 5.

Местные потери (ДрМ) находятся по формуле:

ДрМ=, (50)

где d - диаметр прохода, мм;

оj - коэффициент местного сопротивления;

Q - расход жидкости в трубопроводе, л/мин.

Расчет для всех участков трубопроводов приведен в таблице 6, виды местных сопротивлений представлены в таблице 7.

Рассмотрим участок 5-6 (напорная линия)

Q = 5,8 л/мин (9,667Ч10-5 м3/сек); d = 0,012 м. На данном участке несколько видов сопротивлений: одно резкое расширение, резкое сужения, два изгиба трубы, один тройник.

ДрМ = Па

Установка суммарных потерь давления в линиях это заключительный пункт расчета потерь давления. Расчет в таблице 8.

Таблица 5 - Потери в трубопроводах по длине

Таблица 6 - Определение местных потерь

Таблица 7 - Виды местных сопротивлений

?рмн = 0,0156 МПа; ?рмс= 0,0019 МПа; ?рм = 0,0175 МПа

Суммарные потери в линиях сводим в таблицу 8

Таблица 8 - Суммарные потери в линиях

?рГАн, МПа	?рГАс , МПа	?рДн , МПа	?рДс , МПа	?рМн , МПа	?рМс , МПа
0,061	0,0429	0,0281	0,0278	0,0156	0,0019

Проссумируем потери в напорной и сливной линиях:

?рн = 0.1047 МПа, ?рс = 0,0726 МПа.

По результатам расчета уточняется расчет и выбор насосной установки по давлению по следующей формуле:

рн. треб = р1 + ?р?н ? рн (51)

рн. треб = р1 + ?р?н = 10 + 0,1773 = 10,1773 МПа ? 12,5 МПа

Условие выполняется, значит принятая ранее насосная установка обеспечивает требуемое давление.

2.3 Модернизация конструкции узла раскатки

Описание конструкции узла. Узел раскатки предназначен для формирования параметров заготовки размеры наружного, внутреннего диаметров, параметров канавок и желоба, а также высоты заготовки и радиусов скругления. Эскиз узла раскатки приведен на рисунке 10.

Узел раскатки состоит из нескольких сборочных единиц:

Опора промежуточная поз. 1;

Раскатник поз. 3;

Ролик упорный поз. 2;

Бандаж (деталь) поз. 6.

По каждой из сборочной единице необходимо провести детальную проработку.

Описание конструкции опоры промежуточной. Опора промежуточная устанавливается в расточку поворачивающегося кронштейна и предназначена для создания опоры для раскатника. Опора исключает консольную нагрузку на раскатник при процессе формообразования.

Конструкция промежуточной опоры приведена на рисунке 11. Конструкция включает в себя следующие элементы:

Корпус поз. 1;

Компенсатор поз. 2;

Крышка поз. 3;

Ось поз. 4.

Подшипники роликовые 7310 А ГОСТ 27365-87 поз. 16.

Рисунок 11 - Конструкция промежуточной опоры

Описание конструкция промежуточной опоры. Корпус поз. 1 крепится винтами к кронштейну кольцераскаткого автомата соосно с раскатником. В корпусе выполнена расточка под роликовые радиально-упорные подшипники поз. 16. Подшипники установлены по схеме “враспор”. Внутренние кольца подшипников упираются в упорный буртик ступенчатой оси поз. 4. Ось пустотелая - с центральным отверстием.

Наружные кольца подшипников стягиваются торцовой проходной крышкой поз. 3, которая крепится к торцу корпуса поз. 1 винтами. Между корпусом поз. 1 и крышкой поз. 3 установлен компенсатор для регулировки натяга в подшипниках качения.

Внутри полости корпуса необходимо заложить консистентную смазку. Утечки смазки наружу и попадание пыли внутрь корпуса блокируют манжетные уплотнители поз. 14.

Рисунок 10 - Узел раскатки

2.4 Проектирование раскатника

Конструкция раскатника приведена на рисунке 12. Раскатник устанавливается в кронштейн кулисы, которая осуществляет подачу при процессе раскатки. Конструкция включает в себя следующие элементы:

Корпус раскатника поз. 1

Болт поз.2;

Вставка поз.3;

Штифт поз.4.

Описание конструкция

Корпус раскатника поз.1 с центральным посадочным отверстием. В отверстие по переходной посадке устанавливается вставка поз.3 которая крепится проходным болтом поз.3 от осевого перемещения.

От проворота вставки относительно корпуса предусмотрен штифт поз.4.

На оси нанесен профиль получаемой заготовки при раскатке.

Рисунок 12 - Конструкция раскатника

Описание конструкции опорного ролика

Ролик предназначен для поддержания кольца во время раскатки.

Конструкция ролика включает следующие элементы:

Корпус поз. 1;

Ролик поз. 2;

Ось поз. 3;

Кольцо поз. 4;

Гайка поз. 5;

Подшипник В7003С ТРА поз. 8.

Конструкция ролика приведена на рисунке 13.

Ролик устанавливается на шток цилиндра.

Описание конструкции ролика. В корпус поз. 1 на оси поз. 3. установлен ролик поз. 2. На оси устанавливается на двух подшипниках ролик. Смазка внутри ролика удерживается двумя защитными шайбами. Внутренние кольца подшипников через дистанционную втулку (кольца защитные) стягиваются гайкой. Наружные кольца подшипников установлены в ступенчатую расточку.

Рисунок 13 - Конструкция ролика

2.5 Разработка системы активного контроля

2.5.1 Разработка принципиальной схемы

Прежде чем начинать проектирование необходимо разработать принципиальную схему системы активного контроля установки. Принципиальная схема системы автоматического активного контроля приведена на рисунке 14.

Рисунок 14 - Схема принципиальная

2.5.2 Устройство и работа системы контроля

Устройство системы контроля внутреннего диаметра кольца

Система активного контроля для раскатки состоит из следующих основных узлов и элементов:

пневмоэлектроконтактный преобразователь поз. 8 - прибор, серийно выпускаемый промышленностью;

пневмоконтактные головки поз. 4 и поз. 5;

рычаг поз. 7;

кронштейны поз. 9.

Пневмоконтактные головки специально разработаны для раскатной машины - обеспечивают требуемую точность и необходимые характеристики. Пневмоконтактные головки поз. 4, поз. 5 с помощью кронштейнов поз. 9 установлены на бабке раскатника поз. 2. Выходные отверстия пневмоэлектроконтактного преобразователя поз.8 соединены пневматическими трубками пневмоконтактных головок поз. 4, поз. 5 по дифференциальной схеме, при этом перед началом процесса раскатки стрелка преобразователя должна находится в левой части шкалы.

Установку пневмоконтактных головок производить по эталонному кольцу поз.3 и при установленном на нем раскатнике поз. 1. При приближении к эталонному кольцу сопло головки поз. 4 должно перекрываться, а сопло головки поз.5 открываться. Стрелка преобразователя должна устанавливаться в среднее положение и контакт преобразователя замыкаться. Контакт преобразователя подключить в схему раскатной машины взамен демонтированного преобразователя окончательного контроля наружного диаметра.

Подобрать входные сопла: для повышения чувствительности преобразователя входные сопла устанавливаются меньшего диаметра, для увеличения скорости срабатывания - большего. Окончательную настройку произвести в процессе работы.

2.5.3 Описание работы головки электроконтактной

Эскиз электроконтактной головки приведен на рисунке 15. Электроконтактная головка служит своего рода бесконтактным датчиком положения, чувствительность которого позволяет работать с точным перемешением при незначительной точности и сложности узла измерения.

Головка смонтирована в круглом корпусе поз.3 диаметром 28 мм.

Измерительный щуп поз. 4 перемещается по скользящей посадке внутри цилиндра по напраляющей. На конце измерительного наконечника выполнен точный запорный конус, который при перемещении перекрывает конусное отверстие сопла поз. 5. При этом меняется проходное сечение, и следовательно изменяется расход воздуха.

На изменение расхода воздуха реагирует пневмопреобразователь, который отображает изменение в относительных единицах. При тарировке возможно согласование, как линейных величин, так и угловых перемещений.

Сопло поз. 5 через прокладку поз. 12 поджимается к корпусу штуцером поз. 1. Штуцер поз. 1 предназначен для подвода воздуха к пневмоголовке.

На конце щупа поз. 4 выполнена сферическая поверхность, которая подкалена и шлифована.

Щуп подпружинен и в нормальном состоянии всегда выдвинут из корпуса на максимальное расстояние.

Максимальное перемещение щупа ограничивает стопорное колечко - предохранительный элемент, который блокирует перемещение щупа при ходе превышающем максимально возможное, указанное в технической характеристике на головку.

2.5.4 Работа системы контроля

Контроль наружного диаметра при включенной подаче осуществляется имеющейся на раскатной машине пневмоконтактной головке и системы управления циклом раскатки и формообразования.

При выключении подачи осуществляется контроль внутреннего диаметра, вновь установленным оборудованием.

пневмоконтактная головка поз. 4 измеряет размер L = D1+h;

пневмоконтактная головка поз. 5 измеряет размер L1=h

преобразователь поз. 8, производит расчет внутреннего диаметра кольца L - L1 =D1+h - h =D1, при достижении этого размера происходит замыкание контакта преобразователя и подача сигнала на остановку процесса раскатки.

Конструкция системы автоматического активного контроля для раскатки заготовки приведена на рисунке 16.

2.6 Проектирование сверла для обработки отверстия вала 1

2.6.1 Обзор технологичности детали

Итогом работы над курсовым проектом по режущему инструменту является спиральное сверло для обработки цилиндрического отверстия вала. В качестве материала для изготовления вала используется качественная конструкционная сталь - Сталь 45 ГОСТ 1050-88. На автомате используется патрон быстросменный автоматический по ГОСТ 16885-71. Сталь 45 хорошо обрабатывается лезвийным инструментом. В качестве смазочно-охлаждающей жидкости назначаем сульфофрезол.

Рисунок 15 - Эскиз электроконтактной головки

Рисунок 16 - Конструкция системы активного контроля

Рассчитать и сконструировать спиральное сверло из быстрорежущей стали для сверления под последующую технологическую операцию. Обрабатываемый материал: сталь 45.

Предел прочности: ув =680 МПа.

Глубина глухого отверстия: l = 30 мм.

Назначение сверления: нарезание резьбы М8.

Решение:

Материал рабочей части сверла принимаем быстрорежущую сталь Р18, материал хвостовика принимаем сталь 45.

2.6.2 Определение наружного диаметра D

При нарезании резьбы М8 согласно ГОСТ 8724-81 стандартный шаг резьбы будет 1,2 мм. Следовательно, диаметр отверстия будет 6,8 мм [12], принимаем диаметр сверла равным D = 6,8 мм ГОСТ 10903-77.

2.6.3 Определяем режим резания

При сверлении углеродистой стали с пределом прочности ув = 680 МПа подачу на оборот принимаем равной: Sо = 0,2-0,25 мм/об [10].

Скорость главного движения резания, допускаемая режущими свойствами сверла:

(52)

где Сv - постоянная, значение берется из справочника;

D - диаметр сверла;

q, у, m - показатели степени для конкретных условий обработки;

Т- средний период стойкости, мин;

S - подача, мм/об;

Kv - суммарный поправочный коэффициент, учитывает фактические условия резания, данные берутся из таблиц.

Cv = 9,8; qv = 0,4; yv = 0,5; m = 0,2 - при Sо > 0,2 мм/об и без охлаждения;

T - период стойкости сверла, для сверла диаметром D = 6,8 мм при обработке углеродистой стали сверлом из быстрорежущей стали принимаем T=25 мин [12];

Общий поправочный коэффициент:

KV = KМv • KИv• Klv, (53)

где KМv -поправочный коэффициент, учитывающий обрабатываемый материал;

KИv - поправочный коэффициент, учитывающий материал инструмента;

Klv - поправочный коэффициент, учитывающий глубину сверления.

, (54)

где nv - показатель степени;

уB = 680 Н/мм2 - предел прочности обрабатываемого материала, МПа;

nv = 0,9; ув = 680 МПа.

,

KИv - поправочный коэффициент, учитывающий материал инструмента, для сверла из быстрорежущей стали Р18 принимаем KИv = 1,0;

Klv - поправочный коэффициент, учитывающий развертывание, принимаем Klv = 1,0;

,

.

2.6.4 Определяем осевую составляющую силы резания по формуле:

(55)

где Ср - постоянная, значение берется из справочника;

х, у- показатели степени для конкретных условий обработки для каждой из составляющих силы резания;

S - подача, мм/об;

D - диаметр сверла, м/с;

kр - суммарный поправочный коэффициент, учитывает фактические условия сверления, данные берутся из таблиц;

CP = 68; qP = 1,0; yP = 0,7;

KP - поправочный коэффициент осевой составляющей силы резания

, (56)

где np - показатель степени;

уB = 680 Н/мм2 - предел прочности обрабатываемого материала, МПа;

nP = 0,75.

,

,

.

2.6.5 Определение момента сил сопротивления резанию

Момент определяем по формуле:

(57)

где Сm - постоянная, значение берется из справочника;

х, у - показатели степени для конкретных условий обработки для каждой из составляющих крутящего момента;

S - подача, мм/об;

D - диаметр сверла, мм;

Kmp - поправочный коэффициент на осевую составляющую силы резания.

Cm = 0,0345; qm = 2,0; ym = 0,8 - для углеродистой стали с пределом прочности ув = 680МПа;

.

.

2.6.6 Определяем номер конуса Морзе хвостовика

Момент трения между хвостовиком и втулкой определяется по формуле:

(58)

где Рх - осевая сила, Н;

м - коэффициент трения стали по стали;

и - половина угла конуса;

D1, d2 - диаметры конуса хвостовика, мм.

Момент трения увеличивается до 3 раз по сравнению с моментом, принятым для нормальной работы сверла.

Следовательно, 3Мс.р. = Мтр.

Средний диаметр конуса хвостовика определяется по формуле:

dср = (D1 + d2)/2,

(59)

где Мс.р. - момент сопротивления сил резанию, Н·м;

И = 1о26'16'' - половина угла конуса (конусность равна 0,05020; sin И = 0,0251);

Рх - осевая сила, Н;

м = 0,095 - коэффициент трения стали по стали;

?И = 5' - отклонение угла конуса.

По ГОСТ 25557 - 82 выбираем конус Морзе № 0

2.6.7 Определяем длину сверла

Общую длину сверла L, длину рабочей части lо, длину хвостовика lх и длину шейки l2 принимаем по ГОСТ 2092 - 77:

L = lо + lх + l2 = 69 + 56,5+ 4,5 = 130 мм, (60)

где L - общая длина сверла, мм;

lо - длина рабочей части, мм;

lх - длину хвостовика lх, мм;

l2 - длину шейки, мм.

2.6.8 Геометрические и конструктивные параметры рабочей части сверла

Форму заточки принимаем Н (нормальная). Принимаем данный вид заточки, т.к обрабатываемый материал - сталь, а Н используется для обработки поверхностей стальных деталей после предшествующей обработки этой детали резанием.Угол наклона винтовой канавки щ = 31. Углы между режущими кромками: 2ц = 118; 2цо = 70, b = 2,5 мм. Задний угол б = 12. Угол наклона поперечной кромки ш = 55. Размеры подточенной части перемычки: a = 1,0 мм; l = 2,0 мм. Шаг винтовой канавки:

H = р D/tg щ = 3,14 6,8/tg30 = 46,252 мм, (61)

где H - шаг винтовой канавки, мм;

D - диаметр сверла, мм;

щ - угол наклона винтовой канавки, .

Толщину сердцевины сверла выбираем в зависимости от диаметра сверла.

Для сверла диаметром D = 6,8 мм толщину сердцевины у переднего конца принимаем:

dс = 0,14 D = 0,14 6,8 = 0,952 мм , (62)

где D - диаметр сверла, мм;

dс - толщина сердцевины сверла, мм.

Принимаем это утолщение равным 1 мм.

Обратную конусность сверла (уменьшение диаметра по направлению к хвостовику) на 100 мм длины рабочей части для сверла диаметром D = 6,8 мм принимаем равной 0,03 мм.

3. Технологическая часть

3.1 Описание конструкции детали и ее назначение

Начиная разработку технологического процесса необходимо ознакомиться с конструкцией детали, ее назначением и условиями работы в узле или механизме. Деталь - вал является основной частью узла управления подачей автомата. Данный вал вращается на двух шариковых опорах (шариковые радиально-упорные подшипники). В опорах установлено по два шариковых радиально-упорных подшипника собранных по схеме "враспор". Внутренние кольца подшипников стянуты специальной шайбой.

На выходных концах шпиндельного вала предусмотрено конструктивно конические посадочные поверхности. На один выходной конец устанавливается шкив зубчатой ременной передачи, а на второй - специальная оправка. От осевого перемещения оправка и шкив фиксируются болтами.

3.2 Нормоконтроль детали и анализ технологичности

Чертеж детали выполнен в соответствии ЕСКД. Для полного представления конструкции детали информации достаточно. Информация представлена на главном виде шпинделя, разрезах и местных видах.

Посадки и отклонения соответствуют действительным нормам. Отклонения формы поверхностей детали соответствуют требованиям назначения данного посадочного участка. Отклонения указаны там, где необходимо, лишнего на чертеже нет. Допуски на отклонения жестковаты, но это необходимо для работы шпиндельного узла. Шпиндельный узел должен обеспечить высокую скорость резания и точность хода (в качестве опор применены точные подшипники 5 класса точности). Частота вращения шпиндельного вала n = 6000 об/мин.

Анализ технологичности конструкции детали. Вал технологичен. Материал детали хорошо обрабатывается. Конструкция и материал оптимальны для данного вала. Наиболее технологична обработка данного вала в центах [11].

3.3 Выбор заготовки и способа ее получения

Данные для выбора вида заготовки:

материал детали - Сталь 40Х ГОСТ 4543-71;

масса детали, кг - 0,55 кг;

плотность материала - 7825 кг/м3;

годовая программа - 15 000 шт.

3.3.1 Себестоимость получения заготовки из проката

Использование проката снижает припуски и объем механической обработки. Стоимость заготовок из проката найдем по формуле [13]:

Sзаг= М + Со.з., (67)

где М - расходы на материал заготовки, руб

Со.з - технологическая себестоимость операций правки, калибрования прутков, разрезки их на штучные заготовки.

Установим стоимость материала, нужного на изготовление партии заготовок.

Предварительно штучная заготовка нарезается дисковой пилой (толщина полотна пилы 2 мм) из стандартного проката по следующим размерам:

длина заготовки, мм 268;

масса отрезанной заготовки, кг 0,79;

диаметр заготовки, мм 24h12.

Далее на специализированном фрезерно-центровальном станке производится окончательная подрезка торцов (в размер детали) и центровка с двух сторон.

Найдем число заготовок из одного прутка длиной l = 6 м:

n = 6000 / (268+2) = 22,222 назначим n = 22 шт.

Количество прутков чтобы сделать партии заготовок в количестве N = 15000 шт., определяемое по формуле:

Z = N/n (71)

Z = 15000/22 = 681,818

Получается, что необходимо Z = 682 прутков.

Требуемая масса металла:

Qмет= (D2l)/4, (72)

где = 7820 кг/м3 - плотность металла;

D - диаметр проката, м;

l = lZ - общая длина проката, м.

Получаем:

Qмет= (0,0242(6682)7820)/4 = 14476.206 кг (14.5 т);

Установим общую массу партии деталей.

Масса деталей партии

Qдет = QN = 150000,55 = 8250 кг.

Масса отходов (концевые, стружка)

Qотх = Qмет - Qдет = 14476,206 - 8250 = 6226,206 кг

Определяем стоимость металла, необходимого чтобы сделать партии валов.

Стоимость тонны материала по данным прейскуранта цен 01-08, 01-13, 02-07, 02-10, 1981 г. (Сталь 40Х ГОСТ 4345-71) S = 141 168 руб.

Принимаем окончательно S = 165 руб.

Стоимость тонны стружки (прейскурант 01-03 и 02-05 за 1981 г.)

S = 22,6 28,1 руб. Принимаем для расчета Sотх = 25 руб.

М = (14476,206165)/1000-(6226,20625)/1000 = 2232,919 руб.

Стоимость металла для одной детали с учетом отходов

М1= 2232,919/15000 = 0,149 руб.

Технологическая себестоимость содержит стоимость отрезки на станке работающем дисковой пилой.

Тшт = 0,19D210-3 (73)

Тшт = 0,1924210-3 = 0,109 мин.

Со.з.= (1210,109)/(60100) = 0,002 руб.

Стоимость заготовки из проката составит:

Sпр = 0,149+0,002 = 0,151 = 0,15 руб.

3.3.2 Определение стоимости получения заготовки методом штамповки на ГКМ

Стоимость заготовок штамповкой на ГКМ, а также электровысадкой, найдем по формуле:

S2заг= ((СiQзktkckbkmkn)/1000)-(Qз-Q)Sотх/1000; (74)

где Сi - стоимость 1т заготовок, руб;

kt,kc,kb,km,kn - коэффициенты зависящие от класса точности, массы, марки материала и объема производства заготовок.

Стоимость горячештампованных устанавливается следующим образом. Принимается стоимость 1 тоны штамповок С = 373 руб. Прейскурант № 25-01, 1981г.). Значение коэффициентов:

kt - коэффициент зависящий от точности (при нормальной точности kt = 1);

km - коэффициент материала из которого изготавливается деталь (для легированных сталей 15Х - 50Х km = 1,13);

kc - коэффициент зависящий от сложности заготовки (при II группе сложности для легированных сталей kc = 0,87);

kb - коэффициент зависящий от массы штамповки (при массе заготовки Q = 0,85 кг коэффициент kb = 1,29);