Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

Машиностроение - важнейшая отрасль народного хозяйства, отвечающая за обеспечение изделиями различного назначения все сферы человеческой деятельности. Задача изготовления этих изделий не только с высокими показателями качества, но и с наименьшей себестоимостью всегда была и будет актуальной. Металлургические переделы - это первый этап существования любых промышленных изделий, поскольку на этом этапе создается и проходит первые стадии формообразования материал, из которого затем будут выполняться детали, узлы и машины. И поэтому этот этап является наиболее ответственным, ведь именно здесь закладывается будущее качество.

Машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) - это современный стандарт получения не прерывно литой заготовки, которая затем идет в дальнейшую переработку. Не прерывно литой заготовке сразу же придается первичная форма, для чего используются прокатные станы. ПАО «Северсталь» является ведущим российским производителем листового и фасонного проката. Для того, чтобы обеспечить высокое качество проката требуется и высококачественный инструмент, которым при прокатке являются прокатные ролики и валки. Их особенность состоит в значительных габаритных размерах и массе, что ведет к необходимости решения дополнительных задач, связанных с организацией и технологией производства.

В выпускной квалификационной работе рассматриваются вопросы производства одного из видов прокатных валов в ремонтно-механическом цехе (РМЦ) №1 ПАО «Северсталь».



1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ

Принцип работы листопрокатного стана заключается в том, что металлический брус прокатывается между системой валов, постепенно изменяя форму, как представлено на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1- Принципиальная схема прокатки

Таким образом, прокатный вал работает в условиях повышенных нагрузок, температур и трения, что предъявляет к нему высокие требования по прочности, твердости, износостойкости и красностойкости. Кроме того, валы должны обеспечивать стабильный размер заготовки. Соответственно, размеры вала должны находиться в достаточно жестком допуске.

В силу тяжелых условий эксплуатации прокатные валы и ролики являются наиболее востребованными расходными деталями.

ВРМЦ №1 ПАО «Северсталь» существует производственный участок, ориентированный на выпуск прокатных валов. В настоящее время обработка выполняется на универсальных металлорежущих станках, таких, как:

- токарно-винторезные 16К25 (для деталей, длиной до 2000 мм);

- токарно-винторезные 16К40П (для деталей, длиной до 6000 мм);

- радиально-сверлильный станок 2М55 (для деталей, длиной до 1600 мм);

- радиально-сверлильный станок 2М58-1 (для деталей, длиной до 3200 мм);

- круглошлифовальный станок 3М163В (для деталей длиной до 1400 мм и диаметра шлифования - до 280 мм);

- круглошлифовальный станок 3М194 (для деталей длиной до 4000 мм и диаметра шлифования - до 560 мм);

- круглошлифовальный станок 3М197 (для деталей длиной до 6000 мм и диаметра шлифования - до 800 мм);

- другие универсальные станки.

Основным недостатком работы на этих станках является низкая производительность и недостаточная универсальность. Низкая производительность объясняется значительной долей вспомогательного времени при установке и перемещении заготовок, а также высоким уровнем дифференциации операций. Для повышения производительности в указанных условиях требуется укрупнить состав технологических операций, что может быть обеспечено только использованием современных станков с ЧПУ.

Целью выпускной квалификационной работы является проект участка механической обработки прокатных валов для РМЦ №1 ПАО «Северсталь».

Для достижения заданной цели в работе должны быть решены следующие задачи:

- осуществлена разработка привода конвейера для удаления стружки;

- разработан гидропривод механизмов загрузки вала на металлорежущее оборудование;

- разработан технологический процесс изготовления вала прокатного стана;

- спроектирован режущий инструмент, использующийся в процессе механической обработки.

- спроектирован производственный участок.

подшипник конвейер стружка заготовка



2 РАЗРАБОТКА ПРИВОДА КОНВЕЙЕРА ДЛЯ УДАЛЕНИЯ СТРУЖКИ

2.1 Энергокинематический расчет привода

Наиболее простым решением для централизованной уборки стружки в цехах является использование скребковых, пластинчатых или шнековых конвейеров, расположенных в специальных желобах в полу цеха.

Пластинчатые конвейеры обладают рядом недостатков, в числе которых можно отметить невозможность работы с любыми видами сливной стружки, а также затруднительность очистки подконвейерного пространства, куда неизбежно попадает часть стружки.

Современное оборудование чаще всего обеспечивается шнековыми устройствами для уборки стружки, однако шнековые конвейеры ограничены по длине. На основании вышесказанного в качестве линейного магистрального транспортного средства для уборки стружки предлагается использовать скребковый конвейер. Конструкции этого типа конвейера представлены на рисунке 2.1.

Pисунок 2.1 - Конструкции скребковых конвейеров: a - c цепями в направляющих пазах рештака; б - одноцепная; в - co сдвоенными цепями, вынесенными из направляющих пазов рештака; 1 - цепь; 2 - скребок; 3 - рештак



Достоинствами этого типа конвейеров является то, что длина конвейера не ограничена, он эффективно обеспечивает работу с любыми типами стружки, может работать на трассе с искривлениями. Также этот тип конвейера не забивается стружкой.

Типовые технические характеристики стружкоуборочного конвейера:

- производительность - 1,5 т/ч.

- скорость движения - 0,15…0,25 м/с.

Особенностью стружкоуборочных конвейеров является малая скорость движения конвейера, поэтому для привода удобно использовать червячный редуктор. Кинематическая схема привода представлена на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 - Схема привода: 1 - асинхронный электродвигатель; 2 - муфта упругая втулочно-пальцевая; 3 - редуктор червячный (с нижним расположением червяка); 4 - муфта кулачково-дисковая; 5 ? цепная передача; 6 - приводной вал; 7 - приводная звездочка

Зададимся следующими входными условиями:

Тяговое усилие: кН.

Срок службы привода 5 лет.

Режим работы пятидневный, двухсменный, нормальный.

Мощность на приводном валу , Вт рассчитывается по формуле (2.1) [2, c. 56].



, (2.1)

где - тяговое усилие, Н;

- скорость движения цепи, м/c.

Вт.

Угловая скорость приводного вала рассчитывается по формуле (2.2):

, рад/с, (2.2)

рад/с.

Скорость движения приводной звездочки, м/с, рассчитывается по формуле (2.3):

. (2.3)

Диаметр и радиус приводной звездочки по формулам (2.4) и (2.5).

, мм, (2.4)

где - число зубьев приводной звездочки.

Задавшись предварительным значением:, получим:

, мм, (2.5)



мм,

м,

м/с,

Вт.

КПД привода определяем по формуле (2.6):

, (2.6)

где - КПД муфты ,

- КПД червячной передачи ,

- КПД цепной передачи ,

- КПД пары подшипников .

В соответствии со схемой рисунка 2.2, получим:

.

Требуемая мощность электродвигателя, Вт, рассчитывается по формуле (2.7):

, (2.7)

Вт.

Предварительно передаточное отношение привода рассчитывается по формуле (2.8):



, (2.8)

где - передаточное отношение червячной передачи;

- передаточное отношение цепной передачи.

,

.

Частота вращения вала электродвигателя ., мин-1, рассчитывается по формуле (2.9):

, (2.9)

мин-1.

По результатам предварительного расчета выбираем электродвигатель асинхронный 4A100L6У3 (ГОСТ 28330-89) с частотой вращения: мин-1 и мощностью: кВт.

Задаемся значениями передаточных чисел по формуле (2.10):

, (2.10)

Мощности на валах:

- вал I:

Вт.

- вал II:

Вт.

- вал III:

Вт.

Частоты вращения и угловые скорости:

- вал I:

мин-1,

с-1;

- вал II:

мин-1,

с-1,

- вал III:

мин-1,

с-1.

Вращающие моменты на валах:

- вал I:

Н·м,

- вал II:

Н·м,

- вал III:

Н·м.

Результаты расчета сводим в таблицу 2.1.

Таблица 2.1 - Значения параметров элементов привода

Номер вала	Мощность P, Вт	Частота вращения n, мин-1	Угловая скорость щ,-1	Вращающий момент T, Н·м	Передаточное отношение i
1	1678,48	950	99,43	16,9	30
2	1145,8	31,6	3,31	345,7
3	1111,65	13	1,36	817	2,43

Число заходов червяка и число зубьев червячного колеса:

Принимаем:

Число зубьев колеса рассчитывается по формуле (2.11):

, (2.11)

По таблице 8.8 [3] для изготовления червяка выбираем сталь 40Х. Термообработка - закалка до 54 HRC. Рабочие поверхности шлифовать и полировать.

Для червячного колеса принимаем бронзу БрО10Ф1, имеющую следующие характеристики: МПа, МПа.

Скорость скольжения рассчитывается по формуле (2.12):

, м/c, (2.12)

м/c.

Допускаемые напряжения при твердости поверхности червяка ? 45 HRC рассчитываются по формулам (2.13, 2.14):

, (2.13)

, (2.14)

МПа,

МПа,

209,5 < 400.

Эквивалентное число циклов нагружения (по напряжениям изгиба) рассчитывается по формуле (2.15):

, (2.15)

где - коэффициент режима работы,

- расчётный срок службы, ч.

Расчётный срок службы рассчитывается по формуле (2.16):

, (2.16)

где ? количество рабочих дней в году,

- количество смен,

- срок службы, лет.

ч,

Проверяем выполнение условия (2.13):

105 < 3,876·106 < 25·107.

Условие выполняется.

Коэффициент долговечности по напряжениям изгиба рассчитывается по формуле (2.17):

, (2.17)

Допускаемые напряжения изгиба:

,

Мпа,

Мпа,

80 < 160.

Предварительное значение коэффициента диаметра червяка рассчитывается по формуле (2.18):

, (2.18)

Принимаем . Отношение: находится в рекомендуемых пределах (0,25…0,4).

Межосевое расстояние рассчитывается по формуле (2.19):

(2.19)



где - приведенный модуль упругости, МПа, определяемый по формуле (2.20):

(2.20)

где - модуль упругости материала червяка (сталь 40Х),

- модуль упругости материала зубьев червячного колеса (бронза).

МПа,

МПа.

=119,55 мм.

Принимаем ближайшее большее стандартное значение мм;

Определяем модуль по формуле (2.21):

(2.21)

мм.

По ГОСТ 19672-74 назначаем ближайший больший модуль мм, для которого коэффициент смещения рассчитывается по формуле (2.22):

(2.22)



Так как эта величина лежит в пределах , корректируем предварительно выбранные параметры: мм, .

Делительные диаметры червяка и червячного колеса, соответственно рассчитываются по формулам (2.23, 2.24):

(2.23)

мм,

(2.24)

мм.

Угол подъёма винтовой линии определяем по формуле (2.25):

(2.25)

г = 5,73°.

Окружная скорость червяка рассчитывается по формуле (2.26):

(2.26)

м/c.

Уточняем величину скорости скольжения по формуле (2.27):

(2.27)

м/с.

Конструкция червячной передачи и ее геометрические параметры выполняются в соответствии с рисунком 2.4.

Рисунок 2.4 - Червячная передача: 1 ? червяк; 2 ? червячное колесо.

Диаметры вершин и впадин червяка рассчитываются по формулам (2.28, 2.29):

(2.28)

(2.29)

мм,

мм.

Диаметры вершин и впадин червячного колеса рассчитываются по формулам (2.30, 2.31, 2.32):



(2.30)

(2.31)

(2.32)

мм,

мм,

мм.

Принимаем: мм.

Диаметр колеса рассчитывается по формуле (2.33):

(2.33)

мм.

Результаты расчетов сводим в таблицу 2.2.

Таблица 2.2 - Результаты расчёта червячной передачи

Параметр	Червяк (1)	Колесо (2)
Число заходов число зубьев	1	30
Коэффициент диаметра червяка	10	-
Модуль мм	6,3
Модуль мм	5,35
Передаточное отношение	30
Угол подъема винтовой линии червяка	5,73
Делительный диаметр мм	63	189
Диаметр вершин мм	75,6	199,6
Диаметр впадин мм	47,88	171,88
Диаметр колеса мм	212,2
Ширина нарезанной части червяка мм	62
Ширина зубчатого венца колеса мм	44,4
Коэффициент смещения	0	-0,158
Межосевое расстояние мм	125
Угол обхвата червяка колесом	50

2.2 Выбор стандартного редуктора

Стандартный редуктор выбираем по каталогу производителя [22].

Расчетным характеристикам наиболее соответствует редуктор Ч-100. Габаритные и присоединительные размеры редуктора выполняются в соответствии с рисунком 2.5.

Рисунок 2.5 - Габаритные и присоединительные размеры редуктора Ч-100

Технические характеристики:

Частота вращения входного вала, мин-1 1000

Передаточное число 31,5

Максимальный крутящий момент на выходном валу, Н•м 448

2.3 Ориентировочный расчет приводного вала

Диаметр вала предварительно определяется по формуле (2.34):

(2.34)

где - допускаемое напряжение при кручении МПа,

- вращающий момент на валу, Нм,

- быстроходный вал:

мм,

- тихоходный вал:

мм,

- приводной вал:

мм.

Принимаем для валов:

- быстроходного:

мм - диаметр в месте посадки муфты,

мм - диаметр в месте посадки подшипников,

мм - диаметр в месте посадки червяка.

- тихоходного:

мм - диаметр в месте муфты,

мм - диаметр в месте посадки подшипников,

мм - диаметр в месте посадки червячного колеса и звездочки.

- приводного:

мм - диаметр в месте посадки звездочки,

мм - диаметр в месте посадки подшипников,

мм - диаметр в месте посадки приводной звездочки.

Примем материалом вала сталь 40: МПа, Мпа. Термообработка: нормализация. Эксплуатационные характеристики: Нм; об/мин; H.

2.4 Предварительный выбор подшипников

По диаметрам валов предварительно выбираем шариковые радиально-упорные однорядные подшипники средней серии по ГОСТ 831-75 для всех валов. Выбранные подшипники с характеристиками заносим в таблицу 2.3.

Таблица 2.3 - Характеристики подшипников

Вал	Обозначение подшипника	мм	мм	мм	кН	кН
Быстроходный	305	25	62	17	22,5	11,4
Быстроходный	46305	25	62	17	26,9	14,6
Тихоходный	46310	50	110	27	71,8	44
Приводной	1314	70	150	35	75	37,5

2.5 Эскизная компоновка приводного вала

Предварительная конструкция вала представлена на рисунке 2.6.



Рисунок 2.6 - Конструкция тихоходного вала

2.6 Проверка долговечности подшипников

Проверочный расчёт подшипников качения тихоходного вала проводится по динамической грузоподъёмности.

Реакции в опорах:

Н,

Н,

Н,

Н.

Полные реакции в опорах:

Н,

Н.

Проверка осуществляется по опоре А так как она нагружена больше.

Условие выбора подшипника рассчитывается по формуле (2.35):

(2.35)



где - паспортная динамическая грузоподъёмность;

- требуемая динамическая грузоподъёмность;

- для шариковых подшипников;

- эквивалентная нагрузка.

Н;

где - коэффициент безопасности.

- ресурс работы редуктора, млн. об.,

ч,

млн. об.,

Н,

Н.

Условие (2.35) выполняется.

2.7 Уточненный расчет вала

Силы в зацеплении:

Н,

Н,

Н·м.

Сила в месте посадки муфты:

Н.

Реакции опор в горизонтальной плоскости определяются из уравнения равновесия (2.36):

(2.36)

Уравнение моментов относительно опоры А рассчитывается по формуле (2.37):

(2.37)

Подставляя уже известные данные в формулу (2.37), получим:

Н.

Уравнение моментов относительно опоры В рассчитывается по формуле (2.38):

(2.38)

Н.

Проверка:

(2.39)

Условие (2.38) выполнено.

Эпюры напряжений представлены на рисунке 2.7.

Рисунок 2.7 - Расчетная схема и эпюры моментов

Реакции опор в вертикальной плоскости:



Н.

Н.

Проверка:

Величина изгибающих моментов по ключевым точкам определяется по формуле (2.40):

(2.40)

В первом сечении:

Н.

Во втором сечении:

Н.

Результаты расчета переносим на эпюру (рисунок 2.7), из которой видно, что опасным сечением является место посадки колеса.

Статическая прочность вала в этом сечении:

- вращающий момент: Нм.

- предельно допускаемое напряжение:

МПа.

- напряжение изгиба рассчитывается по формуле (2.41):

(2.41)

МПа.

- напряжение кручения рассчитывается по формуле (2.42):

(2.42)

МПа,

где - диаметр посадки червячного колеса, м.

- эквивалентное напряжение рассчитывается по формуле (2.43):

(2.43)

МПа,

МПа.

Условия прочности выполняются.

Предел выносливости:

МПа,

МПа.

Запас сопротивления определяется по формулам (2.44, 2.45):

- по изгибу:

(2.44)

- по кручению:

(2.45)

где и - амплитуды переменных составляющих;

и - амплитуда постоянных составляющих;

и - коэффициенты концентрации напряжений.

Коэффициенты концентрации напряжений рассчитываются по формулам (2.46, 2.47):

(2.46)

(2.47)



где и - эффективные коэффициенты концентрации напряжений (в нашем случае по таблице получаем и ),

и - масштабный фактор,

и - коэффициенты, учитывающие качество поверхности (т.к. );

- коэффициент, учитывающий поверхностное упрочнение.

Величину масштабного фактора можно оценить по формуле (2.48):

(2.48)

где - диаметр вала, мм.

При изгибе:

При кручении увеличивают в 1,5 раза.

Коэффициенты концентрации напряжений:

Суммарный коэффициент запаса:

Усталостная прочность вала обеспечивается.

2.8 Подбор муфты

В связи с тем, что на приводном валу действует значительный крутящий момент, изменим тип муфты, принятой предварительно на комбинированную зубчато-фрикционную.

Наружный диаметр поверхности трения диска:

мм.

Принимаем: мм.

Внутренний диаметр поверхности трения:

мм.

Принимаем: мм.

Средний диаметр поверхности трения:

мм.

Для условия сухого трения принимаем материал дисков: фрикционная металлокерамика МПа [5, табл. П1.3].

Предельный момент, передаваемый муфтой.

Н•м,

где - коэффициент запаса сцепления для предохранительных муфт.

Потребное число пар поверхностей трения определяем по формуле (2.49):

(2.49)

Принимаем:

Число ведущих дисков:

Число ведомых дисков:

Усилие сжатия пружины рассчитывается по формуле (2.50):

, (2.50)

Н.

Действительная удельная нагрузка рассчитывается по формуле (2.51):

, (2.51)



Мпа < [P].

Принимаем число пружин n = 8, тогда сила одной пружины:

Н.

Принимаем для пружин углеродистую стальную проволоку II класса по ГОСТ 9389-75. По [4, таблице П1.2] находим допускаемые напряжения пружин.

Класс прочности II МПа. Из условия прочности на кручение задавшись индексом пружины: вычисляем коэффициент .

Определяем диаметр проволоки пружины по формуле (2.52):

, (2.52)

мм.

Принимаем: мм.

Средний диаметр пружины: мм.

Из условия жесткости определяем осадку одного витка по формуле (2.53):

(2.53)

= 6,8 мм.

Шаг витков пружины:

мм,

где - зазор между витками при осадке.

Принимаем рабочее число витков тогда полное число витков:

Определяем высоту пружины при полном сжатии витков:

мм.

Высота пружины в свободном состоянии:

мм.

Проверка устойчивости:

Пружина устойчива.



2.9 Проверка шпоночных соединений

Размеры поперечного сечения шпонок выбираются по ГОСТ 23360-78 в соответствии с диаметром вала в месте установки шпонок. Результат предварительного выбора показан в таблице 2.4.

Таблица 2.4 - Шпонки призматические ГОСТ 23360-78

Вал	Н.м	мм	мм	мм	мм
Быстроходный	16,9	15	5	5	18	50,07
Тихоходный	345,7	45	14	9	56	60,97
Тихоходный	345,7	60	18	11	50	41,9
Приводной	817	80	22	14	63	46,3

Выбранные шпонки проверяются на смятие по формуле (2.54):

(2.54)

Проверяем шпонки, установленные на быстроходном валу:

МПа.

Результат расчет заносим в соответствующую графу таблицы 2.4. Аналогично проверяем остальные шпонки. Расчет показывает, что все выбранные шпонки удовлетворяют напряжениям смятия, так как при посадках с натягом МПа.



3. РАЗРАБОТКА ГИДРОПРИВОДА МЕХАНИЗМОВ ЗАГРУЗКИ ВАЛА ПРИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ

3.1 Расчет и выбор исполнительного гидродвигателя

Движение рабочего органа поступательное. Для расчета двигателя необходимо знать максимальное осевое усилие и максимальную линейную скорость рабочего органа.

Осевое усилие можно приблизительно определить по формуле (3.1):

(3.1)

где - проекция сил веса неуравновешенных движущихся частей робота и детали на направление перемещения;

- масса детали (грузоподъемность);

- масса неуравновешенных движущихся частей робота;

- ускорение рабочего органа; м/с2.

Массу движущихся частей определяем по базовому роботу; приблизительно можно принять, что

кг;

кг;

м/с2,

Н,

Наибольшая линейная скорость: м/с (по условию).

В качестве исполнительного гидродвигателя выбираем гидроцилиндр двухстороннего действия с двухсторонним штоком. Основными параметрами гидроцилиндра являются диаметры поршня и рабочее давление.

Ход поршня определяется исходя из величины наибольшего перемещения рабочего органа (РО) и ГОСТ 6540-68.

Рабочим давлением p задаемся, руководствуясь техническими характеристиками привода станка, стандартных ГЦ и насосов и рядом номинальных давлений, регламентируемых ГОСТ 12445-80. При этом необходимо учесть, что должно выполняться соотношение:

где - давление, создаваемое насосом.

При проектировании гидропривода в качестве расчетного давления примем среднюю величину из приведенных рабочих давлений [6]: для станков с программируемыми электрогидравлическими приводами 6...7 МПа. Принимаем: МПа.

Диаметр поршня гидроцилиндра определяется по формуле (3.2):

, (3.2)

где и - давление соответственно в напорной и сливной полостях гидроцилиндра;

Величина принимается равной.

МПа,

Противодавление (давление в сливной полости) выбираем из диапазона МПа. Принимаем: МПа.

Выбран ГЦ с двусторонним штоком, то для обеспечения равенства скоростей быстрых ходов в прямом и обратном направлениях: быстрого подвода (БП) и отвода (БО). Принимаем: , значения которых выбираются из диапазона Принимаем: МПа.

Значение нагрузки принимается равным .

мм.

По полученному значению из справочника [7] выбираем стандартный ГЦ, у которого диаметр поршня

мм.

Диаметр штока:

мм.

Принимаем значение: мм.

Выбранные значения диаметров поршня и штоков должны соответствовать ГОСТ 6540-68. Выбираем стандартный гидроцилиндр:

712-90х45х320 УХЛ4 ОСТ2 Г52-1-86,

где 7 - цилиндр гидравлический с односторонним штоком; 1 - исполнение без торможения; 2 - уплотнения поршневыми кольцами; 90 - диаметр поршня, мм; 45 - диаметр штока, мм; 320 - ход штока, мм; УХЛ4 - климатическое исполнение.

3.2 Составление принципиальной схемы гидропривода

3.2.1 Выбор гидравлической схемы и ее обоснование

Составление принципиальной схемы гидропривода начинаем от гидроцилиндра, то есть наносим на схему гидроцилиндр, а затем на его гидролинии устанавливаем регулирующие и направляющие гидроаппараты в соответствии с циклограммой работы привода и способом регулирования скорости. После этого объединяем напорную, сливную линии отдельных участков схемы.

Схема насосной установки окончательно определяется после выбора её модели. Необходимо предусмотреть разгрузку насоса в положении «стоп», что обычно достигается выбором соответствующей схемы реверсивного распределителя.

В соответствии с рисунком 3.1 обозначены: ГЦ - гидроцилиндр; ЛП, ПП - левая и правая полости ГЦ; РР - реверсивный распределитель; Рр, Ар, Вр, Тр - линии распределителя; Д - регулируемый дроссель; Н - насос; КП - переливной клапан; КО, КО1, КО2 - обратные клапаны; Ф - фильтр; ЭМ1, ЭМ2 - электромагниты; ТУ1, ТУ2 - тормозные устройства; ТО - теплообменник; Б - гидробак.

Для получения быстрого подвода включается электромагнит ЭМ1 золотник распределителя РР смещается вправо (по схеме). Жидкость от насоса (Н), проходя через фильтр (Ф), обратный клапан (КО), и через реверсивный распределитель РР и обратный клапан (КО1) поступает в левую полость гидроцилиндра (ГЦ), поршень перемещается вправо. Жидкость, вытесняемая поршнем из правой полости (ГЦ), через тормозное устройство (ТУ2) и распределитель (РР) поступает через теплообменник в бак (Б). Переливной клапан (КП) предохраняет систему от перегрузки. Дроссель (Д) регулирует скорость движения поршня гидроцилиндра (ГЦ). Движение потоков осуществляется в соответствии с рисунком 3.2.



Рисунок 3.1 - Схема гидропривода



Н-Ф---КО--Р(РР)А--------КО1------ЛП(ГЦ)/ПП(ГЦ) -- Р(ТУ2)А--- В(РР)Т--- ТО---Б

Д

КП

Рисунок 3.2 - Потоки жидкости при движении вправо

Для получения быстрого отвода включается электромагнит ЭМ21 золотник распределителя РР смещается влево (по схеме). Жидкость от насоса (Н), проходя через фильтр (Ф), обратный клапан (КО), через реверсивный распределитель РР и обратный клапан (КО2) поступает в правую полость гидроцилиндра (ГЦ), поршень перемещается влево. Жидкость, вытесняемая поршнем из левой полости (ГЦ), через тормозное устройство (ТУ1) и распределитель (РР) поступает через теплообменник в бак (Б). Переливной клапан (КП) предохраняет систему от перегрузки. Дроссель (Д) регулирует скорость движения поршня гидроцилиндра (ГЦ). Схема потоков жидкости при движении влево осуществляется в соответствии с рисунком 3.3.

Н-Ф---КО--Р(РР)В--------КО2------ПП(ГЦ)/ЛП(ГЦ) -- Р(ТУ1)А--- А(РР)Т--- ТО---Б

Д

КП

Рисунок 3.3 - Потоки жидкости при движении влево

В нейтральном положении разгрузка насоса происходит через реверсивный распределитель (РР). Схема потоков осуществляется в соответствии с рисунком 3.4.

Н----Ф------КО----Р(РР)Т--- ТО---Б

Д

КП

Рисунок 3.4 - Схема потоков жидкости в нейтральном положении

3.2.2 Выбор насосной установки

Выбор насосной установки осуществляется исходя из требуемых расхода жидкости и давления в ГП, поэтому прежде всего следует определить максимальный расход жидкости, необходимый для питания ГД на всех этапах цикла.

Для ГЦ необходимо рассчитать максимальные расходы жидкости на всех этапах цикла: БП и БО.

Максимальный расход жидкости определяется по формуле (3.3):

(3.3)

где - максимальный расход жидкости на конкретном этапе цикла;

- максимальная скорость движения поршня ГЦ на данном этапе (, м/с);

- эффективная площадь поршня, м2.

Для гидроцилиндра с двухсторонним штоком расход жидкости определяется по формуле (3.4), а площадь поршня - по формуле (3.5):

(3.4)

, м2 (3.5)

м2.

Определяем максимальные расходы жидкости:

м3/с = 71,5 л/мин.

л/мин.

На основании полученных значений из справочника выбираем модель насосной установки и насоса.

3АКПГ48-85 - модель насосной установки

3 - исполнение по высоте гидрошкафа; Н = 1850 мм,

А - исполнение по способу охлаждения: с теплообменником,

К - с защитным кожухом,

П - расположение насосного агрегата: правое,

Г48-8 - обозначение насосной установки,

5 - исполнение по вместимости бака: 250 л,

- в числителе - тип комплектующего насоса, в знаменателе - электродвигатель,

Основные параметры насосной установки типа Г48-85:

Вместимость бака: 250 л,

Масса (без масла): 500 кг,

Подача насосов: 104 л/мин,

Мощность приводных электродвигателей, 15 кВт,

Давление в напорных гидролиниях: 6,3 МПа,

Температура масла в баке: 55

Основные параметры однопоточного насоса типа

(ТУ2.024-0224533-025-89):

Рабочий объем, см3 - 125,

Давление на выходе из насоса, МПа:

номинальное - 6,3, предельное - 7,

Номинальная подача, л/мин - 104 (0,0017 м3/с),

Номинальная мощность, кВт - 13,4.



3.2.3 Выбор гидроаппаратуры и трубопроводов

Выбор аппаратуры производим из справочника [7]. При выборе направляющей аппаратуры предпочтение отдаём распределителям типов В и Р, отличающимся меньшими габаритами и металлоёмкостью.

Ф - Фильтр напорный

Обозначение: 3ФГМ-32 (ТУ2-053-1778-86)

10 - номинальная тонкая фильтрация (мкм)

л/мин; МПа; Мпа.

КО - клапана обратные

Обозначение: 1МКО20/20 (ТУ2-053-1841-87)

М - исполнение по присоединению: стыковое

КО - обратный клапан

20 - диаметр условного прохода, мм

20 - номинальное рабочее давление, МПа

л/мин; МПа; Мпа; МПа.

КО1, КО2 - клапана обратные

Обозначение: ПГ51-24 (ТУ2-053-1444-79)

П - стыковой монтаж

Г51-2 - обозначение по отраслевому каталогу

4 - диаметр условного прохода Dy = 20 мм

л/мин; МПа; Мпа; МПа.

КП - клапан переливной

Обозначение: 20-10-2(ТУ2-053-5749043-002-88)

Qном.= 100 л/мин; Qmax= 140 л/мин; Рном. = 10 МПа.

20 - диаметр условного прохода, мм

10 - исполнение по номинальному давлению; Рном. = 10 МПа

2 - исполнение по присоединению: стыковое

РР - реверсивный распределитель

ВЕХ16Х.64/В220 (ГОСТ 24679-81)

В - распределитель золотниковый

ЕХ - вид управления: электрогидравлическое

16 - диаметр условного прохода

Х - исполнение по способу установки золотника: гидравлический возврат

64 - исполнение по схеме

В220 - напряжение

л/мин; МПа; Мпа.

ТУ1, ТУ2 - тормозные устройства

ВММ16.574 (ГОСТ 24679-81)

В - распределитель золотниковый

ММ - вид управления: механическое

16 - диаметр условного прохода

574 - исполнение по схеме

В220 - напряжение

л/мин; МПа; Мпа.

Регулируемый дроссель

Обозначение: ПГ77-14 (ТУ27-20-2205-78)

П - стыковой монтаж

Г77-1 - обозначение по отраслевому каталогу

4 - диаметр условного прохода 20 мм

л/мин; МПа; Мпа.

Воздушный теплообменник

Обозначение: Г44-25 (ТУ2-053-1682-84)

л/мин; МПа; Мпа.

В качестве трубопроводов принимаем стальные бесшовные холоднодеформированные трубы по ГОСТ 8734-75. Для монтажа принимаем соединение с развальцовкой.

Внутренний диаметр линии определяется по формуле (3.6):

, (3.6)

где - максимальный расход жидкости в линии, м3/с;

- рекомендуемая скорость течения жидкости в линии, м/с.

Для сливных и напорно-сливных линий гидропривода обычно принимают м/c, для всасывающих линий - 1,6 м/с, для напорных (в зависимости от давления) - 2...10 м/с.

Минимально допустимая толщина стенки трубопровода определяется по формуле (3.7):

(3.7)

где - максимальное давление жидкости в трубопроводе;

- предел прочности на растяжение материала трубопровода: МПа;

- коэффициент безопасности; принимаем:

Трубопроводы разбиваем на участки: напорные, сливные, напорно-сливные и производим расчёт для каждого участка.

Напорные линии: 1-2, 3-4, 25-26. л/мин = м3/с; Мпа; м/с.

Внутренний диаметр трубопровода:

м = 26 мм.

Для данного участка выбираем стальные бесшовные холоднодеформированные трубы: [7].

мм.

Проверим толщину стенки трубопровода :

мм,

1 мм - 1 мм условие выполняется.

Напорно-сливные линии:

Напорно-сливные линии: 5-6, 7-8, 9-10, 11-12, 13-14, 15-16, 17-18, 19-20. л/мин = м3/с; Мпа; м/с.

Внутренний диаметр трубопровода:

м = 27,6 мм.

Для данного участка выбираем стальные бесшовные холоднодеформированные трубы: [7].

мм.

Проверим толщину стенки трубопровода :

мм.

1,6 мм > 1,27 мм условие выполняется.

Сливные линии.

Сливные линии: 21-22, 23-24, 27-28. л/мин = м3/с; Мпа; м/с.

Внутренний диаметр трубопровода:

мм.

Для данного участка выбираем стальные бесшовные холоднодеформированные трубы: [7].

мм.

Проверим толщину стенки трубопровода :

мм

1,6 мм > 0,21 мм условие выполняется.

3.3 Определение потерь давления в аппаратуре и трубопроводах

3.3.1 Потери давления в аппаратах

Потери давления в гидроаппаратах определяются по формуле (3.8):

, (3.8)

где - давление открывания или настройки аппарата;

и - коэффициенты аппроксимации экспериментальной зависимости потерь давления в аппарате от расхода жидкости через него;

- расход жидкости через аппарат на данном этапе цикла. При определении потерь давления в гидроаппаратах целесообразно их разделить на аппараты. К первой группе относятся распределители, дроссели, фильтры, теплообменники; в них

Ко второй группе аппаратов относят гидроклапаны давления, обратные клапаны и др. Величина для обратных клапанов приводится в справочниках, а для клапанов давления выбирается при расчёте ГД и насосной установки.

Коэффициенты и определяются по формулам (3.9, 3.10):

, (3.9)

. (3.10)

где - номинальный расход аппарата;

- потери давления в аппарате при номинальном расходе.

Величина для стандартных гидроаппаратов указана в [3].

1) Фильтр Ф:

л/мин = м3/с;; МПа

МПас/м3,

МПас2/м6.

Напор: л/мин = м3/с;

МПа.

2) Обратный клапан КО:

л/мин = м3/с; МПа; МПа.

МПас/м3,

МПас2/м6.

Напор: л/мин = м3/с;

МПа.

3) Реверсивный распределитель РР:

л/мин = м3/с; ; МПа.

МПас/м3,

МПас2/м6.

Напор: л/мин = м3/с;

Мпа.

Слив: л/мин = м3/с;

МПа.

4) Обратный клапан КО1:

л/мин = м3/с; МПа; МПа.

МПас/м3,

МПас2/м6.

Напор: л/мин = м3/с;

Мпа.

5) Тормозное устройство ТУ2:

л/мин = м3/с; ; МПа.

МПас/м3,

МПас3/м6.

Слив: л/мин = м3/с;

МПа.

6) теплообменник:

л/мин = м3/с; ; МПа.

МПас/м3,

МПас3/м6.

Слив: л/мин = м3/с;

МПа.

Результаты расчета сведены в таблицу 3.1



Таблица 3.1 - Потери давления в гидроаппаратах

Наименование и модель аппарата	(МПа)			Этап цикла	(м3/с)	(МПа)
Напор
Фильтр Ф		13,5	4050,0	БП	0,0017	0,035
Клапан обратный КО	0,15	18,8	7031,3	БП	0,0017	0,202
Рапределитель РР		90,0	54000,0	БП	0,0012	0,186
Клапан обратный КО1	0,15	37,5	28125,0	БП	0,0012	0,236
Слив
Тормозное устройство ТУ2		75,0	45000,0	БП	0,0012	0,155
Рапределитель РР		75,0	45000,0	БП	0,0012	0,155
Теплообменник ТО		30,0	18000,0	БП	0,0017	0,103

Напорная линия: МПа.

Сливная линия: МПа.

3.3.2 Определение потерь давления в трубопроводах по длине

Потери давления по длине обусловлены вязким трением жидкости при ее течении в трубопроводе. Существенное влияние на величину этих потерь оказывает режим течения жидкости. Различают два режима: ламинарный и турбулентный, причем переход из одного режима в другой происходит при критическом числе Рейнольдса (), поэтому прежде всего для каждого трубопровода определяется число Рейнольдса () по формуле (3.11):

(3.11)

где - фактическая скорость течения жидкости в трубопроводе, м/с;

- кинематический коэффициент вязкости жидкости.

Полученное число сравнивается c : если , то режим течения - ламинарный, если - режим турбулентный. Для гладких круглых труб, а также для отверстий в корпусе гидроблока управления ; для рукавов .

При расчете потерь давления трубопроводы разбиваются на участки, имеющие одинаковый диаметр и расход жидкости. Потери давления рi на вязкое трение определяются по формуле (3.12):

(3.12)

где - плотность рабочей жидкости;

- соответственно длина, внутренний диаметр и площадь внутреннего сечения на i-том участке;

- коэффициент гидравлического трения на i-м участке;

- число участков.

Для гладких цилиндрических трубопроводов коэффициент лi определяется по формулам:

- при ламинарном режиме:

- при турбулентном режиме:

где - число Рейнольдса на i-м участке.

Расчёт потерь давления произведем на всех этапах цикла работы ГП при максимальных значениях расхода жидкости на каждом этапе.

Расчет производим для БП.

Используемое масло имеет следующие характеристики:

Вязкость при 500 С, мм2/с 40

Индекс вязкости ИВ 95

Кислотное число КОН, мг/1 г 2,5

Температура вспышки tвсп, 0С 210

Температура застывания tз, 0С -15

Плотность , кг/м3 895

Напорная линия: участок 1-2:

л/мин = м3/с;

мм м.

Определяем площадь внутреннего сечения стандартного трубопровода:

. мм м2

Находим фактическую скорость течения жидкости:

м/с.

Определяем число Рейнольдса:

.

Определяем режим течения жидкости: 2081,3 > 2300; ламинарный режим ().

Находим коэффициент гидравлического трения:

.

Потери по длине для напорного участка равны:

Мпа.

Для остальных участков трубопровода расчет производим аналогично. Результаты расчета сведены в таблицу 3.2.

Таблица 3.2 - Потери давления по длине

Линия	(м3/с)	Участок	[м]	[м2]	(м3/с)			[м]	[МПа]
Напор	0,0017	1-2	0,026	0,000531	3,20	2081,3	0,0308	0,1	0,00054
	0,0017	3-4	0,026	0,000531	3,20	2081,3	0,0308	0,1	0,00054
	0,0012	5-6	0,0308	0,000745	1,61	1240,2	0,0516	0,1	0,00019
	0,0012	7-8	0,0308	0,000745	1,61	1240,2	0,0516	3,2	0,00622
Итого, потери на линии напора	0,00749
Слив	0,0012	13-17	0,0308	0,000745	1,61	1240,2	0,0516	3,4	0,00661
	0,0012	17-18	0,0308	0,000745	1,61	1240,2	0,0516	0,1	0,00019
	0,0012	19-20	0,0308	0,000745	1,61	1240,2	0,0516	0,1	0,00019
	0,0012	20-16	0,0308	0,000745	1,61	1240,2	0,0516	0,1	0,00019
	0,0017	21-22	0,0388	0,001182	1,44	1394,7	0,0459	0,15	0,00016
	0,0017	23-24	0,0388	0,001182	1,44	1394,7	0,0459	0,15	0,00016
Итого, потери на линии слива	0,00752

3.3.3 Местные потери давления

Местные сопротивления - это сопротивления, обусловленные изменением размеров, формы живого сечения, направления потока (всякого рода сужения, повороты потока и т.п.). Местные потери давления складываются из потерь в различных местных сопротивлениях и определяются по формуле (3.13):

(3.13)

где - коэффициент j-того местного сопротивления,

- число местных сопротивлений,

- площадь внутреннего сечения трубопровода перед или после j-го сопротивления (выбирается сечение с меньшей площадью).

Виды местных сопротивлений и их количество определяются по чертежам. Коэффициенты определяем по справочнику [7].

Расчет производим для БП.

Участок 1-7:

- вход в трубу (;),

- крестовина (разделение потока) (;).

Для данного участка:

МПа.

Для остальных участков трубопровода расчет производим аналогично. Результаты расчетов сведены в таблицы 3.3 и 3.4.

Таблица 3.3 - Местные потери давления

Линия	Уча-сток	м3/с	м2	Вид местного сопр.	Параметр мест. сопротив.	Кол-во мест. сопр.		МПа
Напор	1-2	0,001700	0,000314	Резкое сужение Ф26/Ф20 (Ф)	d0/d=0,77	1	0,27	0,0035
	3-4	0,001700	0,000314	Резкое расширение Ф20/Ф26 (Ф)	d0/d=0,77	1	0,68	0,0089
	3-4	0,001700	0,000531	Тройник Ф26		1	0,30	0,0014
	3-4	0,001700	0,000201	Резкое сужение Ф26/Ф16 (Вход в плиту)	d0/d=0,62	1	0,39	0,0125
	4-5	0,001700	0,000201	Тройник Ф16		1	0,30	0,0096
	5-6	0,001200	0,000201	Резкое расширение Ф16/Ф30,8 (Выход из плиты)	d0/d=0,52	1	1,38	0,0220
	5-6	0,001200	0,000745	Тройник Ф30,8		1	0,10	0,0001
	5-6	0,001200	0,000314	Резкое сужение Ф30,8/Ф20 (КО1)	d0/d=0,65	1	0,37	0,0024
	7-8	0,001200	0,000314	Резкое расширение Ф20/Ф30,8 (КО1)	d0/d=0,65	1	1,02	0,0067
	7-8	0,001200	0,000745	Тройник Ф30,8		1	0,10	0,0001
	7-8	0,001200	0,000745	Колено Ф30,8	90 град.	2	1,20	0,0028
	7-8	0,001200	0,000745	Вход в емкость		1	2,00	0,0023



Таблица 3.4 -Местные потери давления

Линия	Участок	м3/с	м2	Вид местного сопр.	Параметр мест. сопротив.	Кол-во мест. сопр.		, МПа
Слив	13-17	0,001200	0,000745	Колено Ф30,8	90 град.	2	1,20	0,0028
	13-17	0,001200	0,000745	Тройник Ф30,8		1	0,90	0,0010
	17-18	0,001200	0,000745	Колено Ф30,8	90 град.	1	1,20	0,0014
	17-18	0,001200	0,000201	Резкое сужение Ф30,8/Ф16 (ТУ2)	d0/d=0,52	1	0,48	0,0077
	19-20	0,001200	0,000201	Резкое расширение Ф16/Ф30,8 (ТУ2)	d0/d=0,52	1	1,38	0,0220
	19-20	0,001200	0,000745	Колено Ф30,8	90 град.	1	1,20	0,0014
	19-20	0,001200	0,000745	Тройник Ф30,8		1	0,90	0,0010
	20-16	0,001200	0,000201	Резкое сужение Ф30,8/Ф16 (Вход в плиту)	d0/d=0,52	1	0,48	0,0077
	16-21	0,001200	0,000201	Колено Ф16	90 град.	1	1,20	0,0191
	16-21	0,001200	0,000745	Тройник Ф30,8		1	0,50	0,0006
	21-22	0,001700	0,000201	Резкое расширение Ф16/Ф38,8 (Выход из плиты)	d0/d=0,41	1	1,69	0,0541
	21-22	0,001700	0,000314	Резкое сужение Ф38,8/Ф20 (ТО)	d0/d=0,52	1	0,48	0,0063
	23-24	0,001700	0,000314	Резкое расширение Ф20/Ф38,8 (ТО)	d0/d=0,52	1	1,38	0,0181

Итого:

Напорная линия: МПа;

Сливная линия: МПа.

3.3.4 Суммарные потери давления и проверка насосной установки

Заключительным этапом является расчёт суммарных потерь давления в напорной и сливной линиях на различных этапах цикла, который сведем в итоговую таблицу 3.5.

Таблица 3.5 - Сводная таблица потерь давления

Линия	Этап цикла	[МПа]	[МПа]	[МПа]	[МПа]
1	2	3	4	5	6
Н	БП	0,658	0,00750	0,0723	0,738
С	БП	0,413	0,00752	0,1431	0,564

По полученным данным уточняем расчет насосной установки по давлению.

Величина требуемого давления на выходе из насоса определяется по формуле (3.14):

(3.14)

где - суммарные потери давления в линии, соединяющей насос с ГД на расчётном этапе цикла.

МПа,

МПа.



4. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ИЗГОТОВЛЕНИЯ РОЛИКА

4.1 Назначение детали, анализ конструктивных и технологических особенностей

Деталь предназначена для использования в прокатном стане в качестве одного из валов, передающих усилие прокатки на формируемый лист.

Листовые прокатные валки, изготовление которых - достаточно трудоемкий процесс, выполняют прокатку ленты, полос. Бочка у таких валков гладкая, выполнена в цилиндрической форме. Валки сортопрокатные используются для изготовления фасонного материала, который может иметь как круглое, так и квадратное сечение (двутавровые балки, уголки).

Все прокатные валки имеют три основных компонента:

- Бочка валка находится в непосредственном контакте с раскалённым и подвергаемым обработке металлом. У бочки есть два главных линейных параметра - длина и диаметр.

- Шейки (опорные части) - расположены по бокам от бочки и опираются на подшипники вала. Также характеризуются длиной и диаметром.

- Приводной конец. Для валко-сортового стана главными показателями считаются: номинальный диаметр, диаметр буртов и рабочий диаметр. В тех случаях, когда прокатный валок служит для вращения с помощью шпинделя универсального типа, его приводной конец будет иметь форму лопасти или цилиндра.

Рассматриваемая нами деталь представляет собой тело вращения ступенчатое, двухстороннее, симметричное. На детали имеются такие конструктивные элементы, как центровые отверстия, пазы, в том числе на торце вала, резьбы, фасонные поверхности.



4.2 Условия работы изделия

Обжатие материала, которое производит прокатный валок, позволяет придавать обрабатываемому профилю определенные размеры и геометрические параметры. Валки в процессе своей работы непосредственно воспринимают и передают усилия, поэтому прокатный вал - наиболее изнашивающаяся часть прокатного стана.

4.3 Анализ технических условий на изготовление и ремонт изделия

Особенностями конструкции детали являются значительные габариты и масса (380 мм, кг, мм). Большая длина и масса заготовки требуют использования при обработке люнетов. С одной стороны вала имеется глубокое ступенчатое отверстие с наименьшим диаметром 60 мм и длиной 2700 мм. Обработка этого отверстия требует применения специального оборудования и технологической оснастки в составе отдельной технологической операции. Материал детали относится к труднообрабатываемым. Эти показатели снижают технологичность деталию

По заводской технологии заготовка получается ковкой. Масса заготовки кг, тогда коэффициент использования материала по формуле (4.1) равен:

(4.1)

Такое значение коэффициента использования материала свидетельствует о высоком технологическом уровне.

К детали предъявляются следующие технические требования: наивысшая точность обработки IT7 (шейки вала под установку в подшипники; наивысшая шероховатость - Rа 3,2; радиальное биение поверхностей вала относительно посадочных шеек - 0,05 мм. Соосность посадочных шеек 0,025 мм. Заготовка может быть получена методом ковки или изготовлена из горячекатаного пруткового материала. Материал детали - жаропрочная релаксационностойкая сталь 24ХМ1Ф, предназначенная для тяжелонагруженных деталей общемашиностроительного назначения, испытывающих значительные нагрузки и работающих в условиях трения.

Химический состав и физические свойства стали 24ХМ1Ф приведены в таблице 4.1 и 4.2 [8].

Таблица 4.1 - Химический состав стали 24ХМ1Ф, %

С	Si	Мо	V	Mn	Cr	S	P	Cu	Ni
					не более
0,22-0,29	0,17-0,37	0,25-0,35	0,15-0,3	0,40-0,70	0,25	0,025	0,03	0,2	0,3

Таблица 4.2 - Механические и физические свойства стали 24ХМ1Ф

Механические свойства	Физические свойства
МПа	%	кДж/м2	НВ	г/см3	Вт/м?с	1/град
880	15	273	229	7,84	39,8	11,3-12,9

Рекомендуемые режимы термической обработки: закалка 880 - 900 °C в масло, подогретое до 200°, отпуск при 640 - 660 °C с охлаждением на спокойном воздухе.

4.4 Технологический контроль чертежа детали

Наивысшую точность размеров имеют посадочные шейки под подшипник 160g7(-0.014-0,054), выполненные с шероховатостью Rа 3,2. На эти поверхности имеются также дополнительные технические требования по отклонению от расположения. Обе шейки являются базами и имеют одновременно допуск на соосность 0,025 мм и допуск на радиальное биение относительно другой шейки 0,05 мм. Все прочие поверхности выполняются по IT9-14. Эти показатели свидетельствуют о технологичности детали.

Анализ коэффициентов точности и шероховатости не имеет смысла, так как наивысший показатель шероховатости Rа 3,2 соответствует получистовой обработке, а количество классных поверхностей (IT7) - всего две. Все это указывает на высокую степень технологичности.

По результатам проведенного качественного и количественного анализа можно сделать вывод, что деталь технологична.

4.5 Анализ базового технологического процесса

Заводской технологический процесс осуществляется на универсальных токарных и горизонтально-расточных станках.

Тяжелые кованые валы центруют на горизонтально-расточных станках 2А635, на которых одновременно подрезают и торцы.

На токарных станках 16К40П выполняют последовательное обтачивание заготовки с двух сторон, а затем снова на горизонтально-расточном станке 2А635 выполняется осевое глубокое отверстие.

4.6 Анализ схемы базирования и закрепления изделия

Для валов в качестве базовых поверхностей используются наружные или внутренние цилиндрические поверхности, а также торцы детали или отдельных уступов. Технологические и установочные базы выбираются таким образом, чтобы они совпадали с измерительными базами. В этом случае погрешность базирования будет равна 0.

Для конструкции, рассматриваемой в ПЗ, технологическими базами будут являться: наружные цилиндрические поверхности 380h9 и шейки 180h9, а также те промежуточные поверхности, которые будут образовываться на указанных диаметрах в процессе обработки. Кроме этого, в качестве базовых будут использоваться торцы вала и торцы ступеней 180h9.

Следует отметить, что шейка 180h9 - это короткая цилиндрическая поверхность, базирование по которой лишает заготовку 2-х степеней свободы (направляющая база) торцы вала и шеек - это опорные базы (одна степень свободы). Еще одной опорной базой можно считать третий кулачок трехкулачкового патрона. Таким образом, при базировании по шейкам 180h9 для выполнения правила 6 точек необходимо лишить заготовку еще 2-х степеней свободы. Это может обеспечить центровое отверстие.

4.7 Выбор способа изготовления заготовки

Заготовка для вала выполняется методом ковки. При ковке происходит деформирование кристаллов металла, в результате чего кованая заготовка значительно лучше воспринимает нагрузки. Эти стальные валки обладают повышенным коэффициентом трения в момент соприкосновения с прокатываемой заготовкой.

Сама по себе ковка предусматривает следующие операции:

- биллетировку слитка,

- осадку,

- протяжку,

- ковку на размер поковки.

Обработка прокатных валков после ковки предусматривает сложную термическую обработку, заключительным этапом которой непременно являются поверхностная закалка и отпуск и на механическую обработку они поступают уже после термической обработки.

Стоимость заготовки из поковки определяется по формуле (4.2):



, руб., (4.2)

где - масса заготовки, кг,

- цена 1 кг материала заготовки поковки, руб./кг,

- масса готовой детали, кг,

- цена 1 т отходов, руб./т.

, руб.

4.8 Выбор типа и формы организации производства, предварительное нормирование операций

Определяем тип производства из таблицы 4.3.

Таблица 4.3 - Зависимость типа производства объёма выпуска и массы детали

Производство	Годовой объём выпуска деталей N в штуках
	Тяжёлых > 100 кг	Средних 10 - 100 кг	Мелких до 10 кг
Единичное	До 5	До 10	До 100
Мелкосерийное	5 - 100	10 - 200	100 - 500
Среднесерийное	100 - 300	200 - 500	500 - 5000
Крупносерийное	300 - 1000	500 - 5000	5000 - 50000
Массовое	Более 1000	Более 5000	Более 50000

По массе детали - 2 430 кг и годовой программе - 300 штук принимаем среднесерийное производство.

Количество деталей в настроечной партии определяется по формуле (4.3):



, шт., (4.3)

где Nr- годовая программа, шт.,

а - периодичность запуска, принимаем равной 3 дня,

F - число рабочих дней в году.

шт.

4.9 Расчет припуска на обработку

Исходные данные для расчета: материал детали - сталь 24ХМ1Ф ГОСТ 20072-74. Заготовка - поковка. Масса заготовки - 2430 кг. Длина детали - 2843 мм.

Припуски и допуски на поковки из углеродистой и легированной стали, изготавливаемые ковкой на прессах, регламентируются ГОСТ 7062-90, который распространяется на поковки общего назначения массой до 130 т.

Деталь имеет больше двух уступов, следовательно, за основное принимаем сечение, имеющее наибольший диаметр ( мм).

Основные припуски и допуски на диаметр определяем по таблице 2 [10], а дополнительные - по таблице 4 [10].

На диаметр 380 (), основной припуск и допуск 24±9 дополнительный припуск не выбирают (). Номинальное значение размера в заготовке: мм.

На диаметр 310 (),основной припуск и допуск 22±8, дополнительный припуск для разности основного и рассматриваемого сечений мм по таблице 4 равен 3 мм (). Номинальное значение размера в заготовке: мм.

На диаметр 195 (), основной припуск и допуск 23±7, дополнительный припуск для разности основного и рассматриваемого сечений мм по таблице 4 равен 8 мм (). Номинальное значение размера в заготовке: мм.

На диаметр 180 (), основной припуск и допуск 22±7, дополнительный припуск для разности основного и рассматриваемого сечений мм по таблице 4 равен 8 мм (). Номинальное значение размера в заготовке: мм.

На диаметр 160 (), основной припуск и допуск 21±6, дополнительный припуск для разности основного и рассматриваемого сечений мм по таблице 4 равен 8 мм (). Номинальное значение размера в заготовке: мм.

Припуски и допуски по длине поковки определяют в соответствии с черт. 6 [10]. На длину 2100 мм припуск равен: мм, а допуск равен: мм. Номинальное значение в заготовке: мм.

На длину 2843 мм припуск равен:

мм,

а допуск равен: мм. Номинальное значение в заготовке: мм.



4.10 Выбор оборудования и приспособлений

Выбор оборудования осуществляется на основании маршрута обработки, а также сведений о технических характеристиках станков. Предварительно примем маршрут, представленный в таблице 4.4.

Таблица 4.4 - Предварительный маршрут обработки

Операция	Наименование	Содержание
005	Фрезерно-центровальная	Фрезеровать торцы заготовки, сверлить центровые отверстия
010	Программно-комбинированная	Обработать поверхности детали с одной стороны, оставляя припуск под чистовую обработку на шейке 160g7
015	Программно-комбинированная	Обработать поверхности детали с одной стороны, оставляя припуск под чистовую обработку на шейке 160g7
020	Горизонтально-расточная	Обработать глубокое осевое отверстие окончательно

Тяжелые кованые валы центруют на горизонтально-расточных станках, на которых одновременно подрезают и торцы вала, поэтому для операции 005 и 020 предлагается использовать горизонтально-расточной станок 2А635. На станке можно производить фрезерование плоскостей и пазов, сверление, зенкерование и развертывание. Станок имеет встроенный поворотный стол. Техническая характеристика станка приведена в таблице 4.5, а внешний вид выполняется в соответствии с рисунком 4.1.

Таблица 4.5 -Технические характеристики станка 2А635

Наименование параметра	Значение
Диаметр выдвижного шпинделя, мм	125
Внутренний конус в шпинделе метрический, метрический	80
Наибольшее осевое перемещение шпинделя, мм	1000
Наибольшее перемещение радиального суппорта, мм	300
Рабочие размеры поверхности стола (длина X ширина), мм	1600 х 1250
Перемещение стола - поперечное (Х), мм	1400
Перемещение стола - продольное (W), мм	1600
Рабочие подачи по линейным осям, мм/мин	2 - 800
Пределы чисел оборотов шпинделя, мин-1	8 - 1250
Пределы чисел оборотов планшайбы, мин-1	5 - 320
Мощность главного электродвигателя, кВт	14
Габаритные размеры в стандартном исполнении (L x B x H), мм	7500 х 3500 х 3765
Общая масса станка, кг	26700

Рисунок 4.1 - Внешний вид станка 2А635

Поскольку прокатные валы - это тела вращения, для которых основным видом обработки является токарная, то предлагается организовать новый технологический процесс на основе использования токарных обрабатывающих центров. Достаточно популярная концепция двухшпиндельных станков, позволяющих производить обработку деталей с двух сторон за одну технологическую операцию, не получила распространения для тяжелого оборудования, поскольку двухшпиндельные конструкции обладают пониженной жесткостью. Поэтому выбор ограничивается одношпиндельными станками.

Из имеющихся на рынке тяжелых токарных центров предлагается использовать станки UT600 представленные на рисунках 4.2, 4.3. Особенностью этого обрабатывающего центра является широкая гамма модификаций, ориентированных на обработку валов различной длины. При этом основные узлы и механизмы станка унифицированы. Наличие приводного инструмента позволяет производить сверлильные и фрезерные работы с поверхностями вне оси детали.

Рисунок 4.2 - Внешний вид станка UT600

Рисунок 4.3 - Устройство станка UT600

Технические характеристики станка обеспечиваются в соответствии с рисунком 4.4.