Разработка конструкции и технологии изготовления штампового инструмента для изготовления железнодорожной шайбы

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

Группа предприятий «Северсталь-метиз» - это эффективно работающая компания, стремящаяся к совершенствованию своих бизнес-процессов, работающая в нишевых сегментах с высокой добавленной стоимостью (рынки, отрасли, продукты). Основными потребителями продукции «Северсталь- метиза» являются стройиндустрия, нефте и газодобывающая отрасли, автопром, металлургия, машиностроение.

Находясь в постоянном диалоге с клиентами, выстраивая партнёрские отношения с поставщиками и изучая потребности рынка, «Северсталь-метиз» совершенствует качество предлагаемых продуктов и сервисов, а также разрабатывает новые виды продукции, позволяющие клиентам значительно снижать операционные издержки. Одним из продуктов компании является железнодорожный крепеж, выпускаемый в калибровочном цехе Череповецкой площадки. В данном дипломном проекте разрабатывается штамповый инструмент для изготовления прижимной скобы ЦП369-103, являющейся составным компонентом рельсового скрепления ЖБР-65. В процессе проектирования рассчитываются параметры штампового инструмента, производится подбор технологического оборудования, с проверкой его основных узлов и систем на соответствие требованиям, разрабатывается технологический процесс изготовления формообразующей детали штампа. Проводится расчет экономической целесообразности реализации проекта, а так же разрабатываются мероприятия по охране труда и экологической безопасности. Успешная реализация проекта по изготовлению прижимной скобы ЦП369-103, позволит расширить линейку железнодорожного крепежа ЖБР- 65, производимого предприятием, дополнит каждый комплект дополнительной единицей, то есть, предприятие сможет предлагать на рынке наиболее полный комплект крепежа данного вида, обеспечив тем самым, себе конкурентное преимущество и возможность привлечения новых клиентов.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР ПРЕССОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ

муфта скоба деталь пресс

1.1 Техническая характеристика и назначение изделия

Скоба прижимная ЦП 369.103, ТУ ЦП 369 ТУ-3 (см. таблицу 1.1, пункт 2) является составным компонентом рельсовых скреплений верхнего строения железнодорожного пути типа ЖБР 65, применяемых на железобетонных шпалах. Скоба предназначена для крепления клеммы.

Основные функции рельсовых скреплений:

- сохраняют неизменность ширины колеи;

- противодействуют «угону» рельсов, т.е. предотвращают перемещение рельсов в продольном направлении;

- обеспечивают пространственную упругость пути, что влияет на уровень износа рельсов и колесных пар;

- обеспечивают виброгашение, что влияет на интенсивность неравномерной осадки шпал;

- обеспечивают возможность регулировки рельсовых нитей по высоте и в плане.

Составляющие в скреплении ЖБР 65, таблицу 1.1.

Таблица 1.1 - Составные элементы рельсового скрепления верхнего строения железнодорожного пути типа ЖБР 65:

Наименование	Назначение	ГОСТ,ТУ	Характеристики
Клемма пружинная прутковая ЦП 369.102	Для соединения рельсов с подрельсовым основанием на железобетонных шпалах	ТУ ЦП 369 ТУ-1	Вес одной шт. 0,92кг. Количество в 1 тонне 1086 шт.
Скоба прижимная ЦП 369.103	Для крепления клеммы в комплекте узла промежуточного нераздельного скрепления ЖБР65 на железобетонных шпалах	ТУ ЦП 369 ТУ-3	Вес одной шт. 0,23кг.Количество в 1 тонне 4347 шт.
Скоба упорная ЦП 369.101	Для крепления клеммы в комплекте узла промежуточного нераздельного скрепления ЖБР65 на железобетонных шпалах	ТУ ЦП 369ТУ-2 1	Вес одной шт. 1,38 кг. Количество 1 тонне 724 шт.
Прокладка упругая ЦП 369.104	Для установки под скобу упорную в без подкладочном рельсовом скреплении ЖБР65	ТУ ЦП 369 ТУ-4	Вес одной шт. 0,1 кг. Количество в 1 тонне 10000 шт.
Прокладка ЦП204(638)		ТУ 2539- 161- 01124323- 2003	Вес одной шт. 0,460кг.
Болт закладной с гайкой М22х175		ГОСТ 16017-79	Вес одной шт. 0,761 кг. Количество в 1 тонне 1315 шт.

1.2 Общие сведения об изготавливаемой детали

Деталь «Скоба прижимная ЦП 369.103» выполнена из листа толщиной 8 мм, имеет прямоугольную форму с двумя загнутыми концами и пробитым в центре отверстием диаметром 25 мм (см. рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 - Скоба прижимная ЦП 369.103 (эскиз)

Материал из которого изготавливается деталь сталь Ст.3 ГОСТ 380-2005-- конструкционная сталь обыкновенного качества предназначена для изготовления проката горячекатаного: сортового, фасонного, толстолистового, тонколистового, широкополосного и холоднокатаного тонколистового, а также слитков, блюмов, слябов, сутунки, заготовок катаной и непрерывнолигой„ труб, поковок и штамповок, ленты, проволоки, метизов и др.

Химический состав и механические свойства стали Ст.3 приведены в таблицах 1.2 и 1.3.

Таблица 1.2. - Химический состав стали Ст.3 ГОСТ103-2006

С	Mr	Si	NI	Cr	Cu	S	P
0,14-0,22	0,40-0,65	0,15-0,30	Не более
			0,30	0.30	0.30	0.050	0.040

Таблица 1.3. -- Механические свойства стали марки Ст.3 ГОСТ 505-2005

Предел текучей способности ? кгс/мм?	Временное сопротивление ? кгс/мм?	Относительное удлинение ?, %	Изгиб до параллельности сторон ( а - толщина образца, d-диаметр справки) для толщин, мм	Ударная вязкость, (кгс*м/см?), не менее
				KCU	KCV
25	38-49	26	d=a	11	3,5

1.3 Анализ технологичности детали и определение способов ее изготовления, постановка задачи на проектирование

Деталь «Скоба прижимная ЦП 369.103» имеет простую форму без узких и широких прорезей и выступов и соответствует требованиям технологичности:

1.Наименьшие радиусы пробиваемых отверстий должны быть не менее S, то есть R=12,5 > S= 8 мм.

2.Необходимо избегать сложных конфигураций с узкими и сложными вырезами контура.

3.Радиус гибки, должен быть не менее толщины, то есть 8 мм, R=10mm.

4.Линию изгиба желательно располагать поперек линии проката.

Исходя, из изложенных ранее технологических требований делаем вывод что деталь технологична и наиболее рационально ее изготавливать путем холодной штамповки, которая является одним из наиболее прогрессивных технологических методов производства. Она имеет ряд преимуществ перед другими видами обработки металлов, как в техническом, так и и экономическом отношении.

В техническом отношении холодная штамповка позволяет:

1.получать детали весьма сложных форм, изготовление деталей другими методами обработки невозможно или затруднено

2.создавать простые и жёсткие, но легкие по массе конструкции деталей при небольшом расходе материала;

3.получать взаимозаменяемые детали с достаточно высокой точность размеров, преимущественно без последующей механической обработки.

В экономическом отношении холодная штамповка обладает преимуществами:

1. экономичным использованием материала и сравнительно небольшими отходами;

2. весьма высокой производительностью оборудования, с применением механизации и автоматизации производственных процессов;

3. массовым выпуском и низкой стоимостью изготавливаемых изделий;

Наибольший эффект от применения холодной штамповки может быть обеспечен при комплексном решении технических вопросов на всех стадиях подготовки производства, начиная с создания технологичных конструкций или форм деталей, допускающее их экономичное изготовление.

По характеру деформаций холодная штамповка подразделяется на две основные группы: деформация с разделением материала и пластические деформации.

Первая группа объединяет деформации, которые приводят к тесному разделению материала путем среза и отделения одной его части от другой.

Группа пластических деформаций холодной листовой штамповки включает операции по изменению формы гнутых и полых листовых деталей.

Штамповка деталей путем выполнения нескольких раздельных операций в большинстве случаев технологически не выгодно, и поэтому применяют методы комбинированной штамповки, одновременно сочетающие в себе две или несколько из указанных деформаций и отдельных операций.

Определив, что шайба будет изготавливаться штамповкой, устанавливаем задачу на проектирование -- разработка штампа для изготовления железнодорожной шайбы.

1.4 Литературный обзор

Штамповка -- это один из наиболее частых видов обработки металла, который представляет собой деформацию, придающую детали необходимую форму методом выдавливания на поверхности определенного рельефа, узора, отверстий. Процесс этот осуществляется на специальных прессах различной конструкции.

На производстве используются два вида штамповки:

· горячая;

· холодная.

При горячем способе обрабатывается нагретый металл. При этом улучшаются качества материала: он становится плотнее, однороднее. Плюс холодного метода в том, что на поверхности не появляется слой окалины, размеры детали получаются точнее, поверхность глаже.

Штамповка может быть листовой или объемной. Листовым методом производят: посуду, ювелирные изделия, детали часов, климатической техники и микросхем, оружие, медицинское оборудование, детали для автомобиле- машино и станкостроения. Полученные детали не требуют дальнейшей обработки. В ходе объемного прессования холодный или раскаленный металл продавливается в формах.

В металлообработке прессы используются для:

· производства поковок;

· запрессовки шестеренок, подшипников;

· объемной и листовой штамповки.

Станки для прессования могут основываться на принципах механики или гидравлики, обрабатывать материалы статическим или ударным способом.

Механические бывают:

· эксцентриковые;

· кривошипными.

Кривошипные станки выполняют холодную и горячую штамповку металла давлением: вытяжку, вырубку и прорубку. Гидравлические прессы используются для объемной кузнечной обработки металла. Согласно технологическим возможностям прессы делятся на: универсальные, специальные и специализированные. Универсальные можно использовать практически для любых видов ковки (пример -- гидравлический ковочный станок). Специализированные станки выполняют только один технологический процесс (пример -- кривошипные вытяжные). Специальные прессы производят конкретный вид изделий, используя одну технологию.

Принцип работы и устройство прессов различных типов

Любой стандартный штамповочный станок состоит из следующих основных узлов: мотора, передачи, исполнительного механизма. Передача и двигатель вместе составляют «привод». Главная характеристика привода -- это вид связи двигателя и исполнительного механизма: механическая или не жесткая (жидкость, газ, пар). Рабочие органы прессов: валки, ползун, траверсы, ролики, бабы.

Кривошипно-шатунный пресс

Привод станка вращается, движение на ползуне преобразуется в возвратно-поступательное. Под действием этого движения при помощи штампа обрабатывается металл. Все детали станка производят из прочной стали и оснащаются ребрами жесткости. Движение ползуна происходит по жесткому графику. Усилие по ползуну достигает 8 тысяч тонн. Кривошипные ковочные установки позволяют ускорить, упростить и удешевить производство деталей, сэкономить до 30% проката. Все кривошипные станки делятся на простые, с двойным и тройным действием.

Кривошипно-шатунный пресс способен выполнять следующие виды работ:

· штамповку в открытых и закрытых матрицах;

· формирование заусенца;

· выдавливание;

· прошивку;

· комбинированную обработку.

Механический пресс воздействует на материал ударом, тогда как гидравлический, прилагая меньшую силу, получает больший эффект. Поэтому вторые используют для изготовления крупных изделий с толстыми стенками.

Гидравлические прессы

Способны проштамповывать поверхность, продавливать и ковать изделия из металла. Они также применяются для переработки металлических отходов. Действие станка основано на увеличении силы давления на металл во множество раз. Пресс представляет собой два сообщающихся цилиндра с водой, между которыми проходит труба. В цилиндрах установлены поршни. Принцип работы пресса основан на законе Паскаля.

Радиально-ковочный аппарат

Обрабатывает металл горячим способом. Болванка поступает в нагревательный модуль, функционирующий по принципу индукции. Здесь она нагревается, когда металл становится достаточно податливым, подается через конвейер на механизм захвата, подающий заготовку прямо в зону обработки. Ковка или штамповка осуществляется бойками, в процессе заготовка все время крутится, благодаря чему она обрабатывается равномерно со всех сторон. Пресс работает от электромотора, соединенного клиноременной передачей с валами. Они размещены вертикально и направляют движение на шатун и боек, между которыми установлен ползун. Чтобы все движения механизма были синхронными, существуют копирные барабаны. Держатель болванки вращается электромотором посредством червячных передач. Пружинная муфта в нужные моменты притормаживает движение.

Электромагнитный пресс

Это новейшая разработка, которая только начинает использоваться в промышленности. Рабочий орган станка -- сердечник электромагнита, который совершает движения под действием электромагнитного поля. Сердечник двигает ползун или штамп, пружины возвращают ползун в исходное положение. Такие станки отличаются высокой производительностью и экономичностью. На сегодняшний день существуют модели с небольшой амплитудой движения рабочего органа -- 10 мм и усилием не более 2,5 тонны.



2. КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Разработка конструкции штампового инструмента

2.1.1Определение способа изготовления детали

В качестве исходного материала применяется полоса ,

длиной 2500 мм.

Использование данной заготовки позволяет исключить операцию обрезки по бокам, так как ширина полосы совпадает с шириной детали.

Деталь «Скоба прижимная ЦП 369.103» изготавливается методом последовательной штамповки по следующему маршруту:

1.Отрезка правой кромки;

2.Пробивка отверстия;

3.Отрезка левой кромки;

4.Гибка.

Данный маршрут, возможно, выполнить пооперационно, последовательной штамповкой в штампах простого действия, либо объединением нескольких технологических операций в одном комбинированном штампе.

Штамповка в комбинированном штампе позволяет использовать меньшее количество оборудования (достаточно одного пресса), сократить расходы на транспортировку (между операциями) и переналадку оборудования, использовать меньший штат рабочих.

В процессе штамповки подача заготовок и удаление отходов начала и конца полосы производится вручную, отходы при пробивке удаляются на провал, готовая деталь выталкивается сбрасывателем и по желобу направляется в короб.

Определим схему штамповки скобы в комбинированном штампе (см. рисунок 2.1):

1.Пробивка отверстия;

2.Обрезка по длине;

3.Гибка.

Для снижения общего усилия штамповки операции выполняются по этап- но за счет ступенчатого расположения пуансонов.

2.1.2 Определение формы и размеров заготовки, коэффициента расхода материала

Для определения шага вырубки необходимо определить наименьшую длину заготовки поступающей на гибку.

Размеры заготовки при гибке определяются по размерам нейтрального слоя материала. Местоположение нейтрального слоя зависит от внутреннего радиуса гибки R и толщины материала s.

В случае, когда загибаются два угла одновременно, длина заготовки определяется по формуле:

L=а+б+в+0,5S (2.1)

Длина развертки детали составит:

L = 10+65 + 10+0,58 = 89 мм.

Таким образом, определяем величину развертки 89 мм.

Оценку экономичности производим посредством коэффициента раскроя:

где f-- площадь вырубаемой детали в мм2;

п -- количество детали в полосе;

F -- площадь полосы в мм2.

Для определения площади поверхности детали разобьем ее на элементарные части:

f=F-R2, мм2 (2.3)

f=50•89 -3.14•12,52 = 4450 - 490 = 3960, мм2;

n = 27, шт.;

F= 50•2500=125000, мм2;

2.1.3 Расчет технологических усилий

Для штампов с параллельными режущими кромками пуансонов и матриц усилие вырубки (пробивки) Р определяется по формуле ([7] стр. 74):

P=l•S•, Н (2.4)

где l - периметр вырубаемого (пробиваемого) контура в мм;

S=8 -толщина материала в мм;

?ср - 45 - сопротивление срезу в кг/мм2.

Определим усилие вырубки:

Pвыр.= 50-8-45 = 18000 Н.

Необходимое усилие пресса Рд рассчитывают по формуле:

Рд=кРРд.ном9 , кН (2.5)

где к = 1,25 - коэффициент, учитывающий притупление режущих кромок, изменение зазора, неоднородность штампуемого материала и т.д.

=1,2518000=225, кН.

Определим усилие пробивки отверстия:

Pпроб.=l•S•ср. , кН.

Площадь отверстия составляет:

L = 2R - 3,14•2•12,5 - 78,54, мм2;

Рпроб = 78,54•8 • 45•282,74, кН.

Требуемое усилие пресса:

Рдвыр = 1,25•282,74 = 353,43, кН.

Усилие снятия полосы с пуансона определяется по формуле:

Рсн.=ксн.•Рпроб , кН, (2.6)

где ксн = 0,03:0,05

Рсн.=0,05•282,74=14,14, кН.

Усилие проталкивания детали через матрицу с цилиндрической шейкой определяется по формуле:

Рпр.=кпр.•Рпроб. , кН (2.7)

где кпр.=0,02:0,07

Рпр = 0,07•282,74 = 19,79, кН.

Общее усилие пробивки составляет:

Робщ.=Рпроб.+Рсн.+Рпр. , кН (2.8)

Pобщ.=353.43+14.14+19.79=387.35, кН.

Усилие, необходимое для вырубки и пробивки может быть уменьшено путем ступенчатого расположения пуансонов. При использовании ступенчатых пуансонов разницу в высотах а следует определять по формуле:

а = (0,6:0,8)s = 4.8:6.4 мм.

Усилие вырубки при ступенчатом расположении пуансонов подсчитывают по периметру вырубаемого (пробиваемого) контура, который является наибольшим.

Расчет усилия гибки:

P=KгВS?в , кН (2.9)

где Кг -- коэффициент, зависящий от схемы гибки (0,6-для двуугловой);

В - ширина детали в мм;

S-- толщина материала в мм;

?в = 38:49 кг/мм2 - временное сопротивление;

Р = 0,6•50•8•49 = 117,60, кН.

В случае гибки с прижимом для определения общего усилия к усилию гибки прибавляют усилие прижима Рпр, вычисляемое по формуле:

Рпр=(0,25:0,3)Р , кН (2.10)

где Р - усилие гибки по формуле (2.9)

Рпр = (0,25:0,3)•11760 = 35,28, кН.

Гибка без калибровки (свободная гибка) не обеспечивает правильной геометрической формы детали и точных размеров. Поэтому она всегда сопровождается приложением дополнительного усилия, необходимого для калибровки. Это усилие значительно превышает усилие гибки и рассчитывается по формуле:

Pк = Fq , кН, (2.11)

где F - проекция площади соприкосновения калибруемого изделия и пуансона в мм;

q - удельное усилие, зависящее от материала (для стали S=8 мм, удельное усилие q=8:12 кг/мм2).

F=50•89-(3,14•25) = 4371,5, мм2,

Рк= 4371,5•10 = 437,15, кН.

Так как калибровка, производимая при штамповке, превышает усилие гибки, то рассчитываемое максимальное усилие пресса будет при калибровке.

Общее усилие пресса составит:

Рпр=Рв+Рк=387,35+437,15=824,5, кН.

2.1.4 Выбор технологического оборудования

По рассчитанному усилию и габаритным размерам принимается кривошипный пресс модели К2130 усилием 100 тонн, техническая характеристика которого приведена в таблице 2.1

Таблица 2.1 - Техническая характеристика кривошипного пресса модели К 2130

Наименование характеристик	Данные	Единицы измерения
Мощность электродвигателя	11	кВт
Номинальное усилие	1000	кН
Наибольший ход ползуна	130	мм
Наименьший ход ползуна	25	мм
Частота движения ползуна	80	мин'1
Номинальная закрытая высота	400	мм
Толщина под штамповой плиты	100	мм
Изменение длины шатуна	100	мм

Пресс К2130 однокривошипный, открытый, простого действия, не наклоняемый. Предназначен для выполнения различных холодноштамповочных операций: вырубки, просечки, гибки, неглубокой вытяжки и пр.

Пресс рассчитан для работы, как на одиночных, так и на автоматических ходах. Подача материала (полосы и ленты) может производиться либо вручную, либо автоматически (при установке автоподачи).

Наладка пресса должна производиться так, чтобы момент нагрузки происходил, возможно, ближе к нижней мертвой точке.

Устройство, работа пресса и его составных частей (см. рисунок 2.1).

Станина пресса (1) литая, чугунная открытого типа. Ползун (2) ориентируется в станине двумя клиновыми направляющими, по которым он совершает возвратно-поступательные движения. Регулировка штампового пространства выполняется вращением штока с помощью храпового механизма. В нижней части ползуна имеются Т-образные пазы для крепления штампов. В верхней части станины расположены буксы главного вала (4).

Рисунок 2.1 - Открытый однокривошипный пресс простого действия К2130: 1 - станина; 2 -ползун; 3 - тормоз; 4 - вал эксцентриковый; 5 - муфта; б ограждение шестерни; 7 - воздухоподводящая головка; 8 - пульт сигнализации; 9 - блок пневмораспределителей; 10 - станция ручной смазки; 11 - пульт управления; 12 - педаль включения ходов ползуна; 13 - маслопровод; 14 - ограждение привода; 15 - электродвигатель; 16 - маховик приводного вала; 17 - командоаппарат; 18 - подпггамповая плита

Привод пресса двухступенчатый с параллельным расположением валов. Движение от электродвигателя (15) передается клиноременной передачей на моховик (16) промежуточного вала и далее через открытую зубчатую передачу и муфту включения на главный эксцентриковый вал (4) и к ползуну (2). Электродвигатель (15) расположен на качающихся подмоторных кронштейнах. Натяжение ремней осуществляется изменением межцентрового расстояния клиноременной передачи с помощью шпильки и гаек. Промежуточный вал расположен в стаканах на подшипниках качения. Стаканы расположены в расточке станины и крепятся болтами. На промежуточном валу смонтированы маховик (16) и шестерня зубчатой передачи. Пневмомуфта передает крутящий момент с колеса зубчатой передачи на главный, эксцентриковый вал. Включение муфты производится блоком воздухораспределителей (9), через трубопровод и воздухоподводящую головку(7). Тормоз служит для точной остановки ползуна. Момент остановки ползуна регулируется поворотом лепестка командоаппарата (17). Управление прессом осуществляется с пульта управления(11) и педали включения (12). Смазка пресса производиться от станции ручной смазки (10) по каналам системы смазки(13)

2.1.5 Описание конструкции и принципа работы штампа

Комбинированный штамп (см, рисунок 2.2) для вырубки и гибки состоит из нижней (1) и верхней (6) плит, соединенных между собой направляющими колонками (18) и втулками (21),

К верхней плите (6) винтами (11) и штифтами (7) крепиться держатель (5) на котором установлена гибочная матрица (4), с закрепленным на торце с помощью винтов (23) отрезным пуансоном (14). Необходимый зазор между отрезным пуансоном (14) и прошивной матрицей (22) обеспечивается подбором компенсатора (24), Прошивной пуансон (16) установленный в пуансонодержатель (17), через закаленную плитку (15) закреплен на верхней плите (б).

К нижней плите (I) винтами (38) и штифтами (39) неподвижно крепятся прошивная матрица (22) со съемником (20) гибочный пуансон (31). 11Подвижный прижим (28) установлен через пружины (29) на нижней плите (1), Передвижение прижима ограничивается винтами (26). Усилие затяжки пружин регулируется гайками (30). Ограничители (33) закрепленные на прижиме необходимы для фиксации заготовки во время обрезки и последующего снятия ее с ловителя (25), закрепленного винтом (27) на гибочной матрице (4).

Штамп устанавливается на подштамповую плиту пресса и крепится болтами через пазы в нижней плите штампа. Верхняя плита крепится с помощью хвостовика в отверстии ползуна пресса,

Штамп работает следующим образом. Полоса подается вручную на позицию пробивки отверстия и обрезки одной кромки. При движении верхней части штампа вниз пуансон (16) пробивает отверстие в полосе, а отрезной пуансон (14) обрезает кромку заготовки. Далее производится обрезка заготовки по длине и пробивка второго отверстия в полосе, при этом ловитель (25) устанавливает заготовку по пробитому отверстию.

Рисунок 2.2 - Конструкция комбинированного штампа для изготовления железнодорожной скобы



Отрезанная заготовка подается на позицию гибки, где выталкиватель (8) устанавливает заготовку по пробитому отверстию на гибочном пуансоне (31). Матрица (4) при движении вниз загибает концы заготовки. При движении верхней плиты вверх выталкиватели (8) выталкивает готовую деталь из матрицы (4), при этом прижим (28) двигается вверх поднимаяпри этом заготовку над пуансоном (31). Готовая деталь сбрасывается в контейнер с помощью сбрасывателя (36). Отходы от пробивки отверстия удаляются на провал, через отверстие в штампе в контейнер для отходов.

2.1.6 Определение закрытой высоты штампа

Штамп проектируется в его нижнем рабочем положении. В этом положении наилучшим образом увязывается взаимодействие рабочим, прижимающих и удаляющих деталей штампа.

Закрытая высота штампа должна находиться между наибольшей и паи меньшей закрытой высотой пресса.

Наименьшая закрытая высота пресса определяется по формуле:

Hr=H-M , мм (2.12)

где H =400 мм - наибольшая закрытая высота пресса;

M= 100 мм - величина регулируемой длины шатуна.

Hr =400 -100 =300, мм.

Определяем закрытую высоту штампа, в соответствии с рисунком 2.6

Принимаем закрытую высоту штампа Hшт=275 мм

H-5 мм ? Hшт ? H2 +10 мм (2.13)

400 -5 мм?275?300+10 мм,

395?275?310 мм.

Так как Hшm =275 мм < Н2 =310 мм то необходимо установить промежуточные подкладные плиты.

Рисунок 2.3 - Схема закрытой высоты: h -- Величина хода ползуна; М - величина регулировки длины шатуна; Н - наибольшая закрытая высота пресса (расстояние от плиты до ползуна в его нижнем положении при максимальном ходе и наименьшей длине ползуна); L - расстояние от стола до направляющих; R - вылет от оси ползуна до станины; А 1х B 1- размеры стола (не показан); а х b - размеры отверстия в столе; А В -- размеры подкладной плиты; H1- толщина подкладной плиты; D--диаметр отверстия в подкладной плите; К х S- размеры нижней площади ползуна; F х F-размеры квадратного отверстия в ползуне; I - глубина квадратного отверстия в ползуне;N - расстояние от выталкивателя до нижней поверхности ползуна; с - ход выталкивателя; Н2 -- наименьшая закрытая высота пресса (H-M); Ншм-- закрытая высота пресса

2.1.7 Расчет исполнительных размеров рабочих частей штампов

Основными несущими деталями штампа являются верхняя и нижняя плиты, от их прочности и жесткости зависят стойкость деформирующего инструмента, качество и точность размеров штампуемых деталей, износ колонок и втулок.

Для изготовления плит штампов обычно применяют среднеуглеродистые и низкоуглеродистые стали или чугуны. Рекомендуемые материалы приведены в таблице 2.2.

Таблица 2.2 - Материалы для изготовления плит штампов

Материал	Термическая обработка	?» МПа	Материал	Термическая обработка	?„, МПа
Сталь	Чугун
45	Улучшение	175	СЧ 28-48	Отжиг	65
	Нормализация	130	СЧ 24-44	Отжиг	65
35	Улучшение	155	СЧ 21-40	Отжиг	60
	Нормализация	110	СЧ 18-36	Отжиг	50
20Л	Отжиг	_	СЧ 15-32	Отжиг	50
35Л	Отжиг	-	-	-	-

Из конструктивных соображений принимаем размеры нижней плиты 360x780 мм, а толщину, равную 60мм.

Верхняя плита штампа опирается всей поверхностью на плоскость ползуна пресса, она не испытывает изгибающих нагрузок, поэтому толщину верхней плиты можно принять в пределах 0,6: 0,8 от толщины нижней плиты.

Принимаем толщину верхней плиты равную 50мм.

Диаметр направляющих колонок рассчитывается по формуле:

dнп=0.5,мм (2.14)

где Fпл - площадь опорной поверхности нижней плиты, см2;

Р - усилие, кН.

dнп = 0,5= 42,56, мм.

После этого диаметр направляющей колонки округляется до большего стандартного значения согласно ГОСТ131120-83 для гладких и ГОСТ 13121-83



Рисунок 2.4 Хвостовик штампа с фланцем по ГОСТ 16719-71

Одной из операций изготовления скобы является пробивка отверстия

O25 +1 мм, для которой необходимо произвести расчет исполнительных размеров пуансона и матрицы.

Исполнительные размеры рассчитываем с учетом оставления максимального припуска па износ матрицы и пуансона. Схема условного расположения допусков и припусков при пробивке отверстия показана на рисунке 2.5.

Рисунок 2.5 -Схема назначения исполнительных размеров матрицы к пуансона дм операции - пробивки отверстия

Так как износ матрицы приводит к увеличению размеров детали, а износ пуансона к уменьшению размеров детали* размеры матрицы выдерживают минимально допустимыми, и размеры пуансона - максимальные. В нашем случая номинальный диаметр пуансона должен быть равен наибольшему предельному размеру отверстия.

Прелельные размеры пуансона и матрицы будут:

dм =(d+?+Z)+?м , мм (2.15)

dП=(d+?)-?п , мм (2.16)

где dп и dм -- предельные размеры пуансона и матрицы;

d -номинальный размер пробиваемого отверстия;

? - припуск на износ;

z - зазор между матрицей и пуансоном;

?п и ?м -допуски на изготовление пуансона и матрицы.

В нашем случае необходимо пробить отверстие O25+1 мм в полосе толщиной s = 8 мм из стали марки Ст.3.

Двусторонний зазор между матрицей и пуансоном z= 0,8 мм взят из таблицы 18 ([7]стр. 79).

Припуск на износа ?= 0,7 мм при допуске на отверстие +1,0 мм, таблица 21 ([7]стр. 82).

Значение припусков на изготовление ?п = - 0,045 мм и ?м = +0,045 мм, таблица 22 ([7]стр. 83).

Определим диаметр матрицы:

dM = (25 + 0,7 + 0.8)+0,045 = 26,5+0,045 , мм.

Определим диаметр пуансона:

Dп = (25 + 0,7)-0,045= 25,7-0,045 , мм.

Исполнительные размеры на изготовление матрицы и пуансона показаны на рисунке 2.6.

Рисунок 2.6 - Схема расчета исполнительных размеров рабочих чистой штампа матрицы и пуансона для операции -- пробивка отверстия

Матрица используется сплошная, прямоугольной формы, так как кроме пробивки отверстия, по одной из граней матрицы производится обрезка заготовки по длине. Крепление матрицы к плите штампа осуществляется винтами и штифтами.

Пуансон изготавливается в соответствующими ГОСТ 16625-80 "Пуансоны круглые диаметром от 24 до 52 мм.

Крепление пуансона к плите штампа осуществляем в пуансонодержателе, при помощи винтов и штифтов, рисунок 2.7.

Рисунок 2.7 - Крепление пуансона винтами и штифтами в пуансонодержателе

Пуансон, устанавливаемы в пуансонодержатель, состоит из трех частей: рабочей части, которая участвует в формоизменении детали; посадочной части; усиленного основания.

Усиленное основание делается на относительно длинных пуансонах для того, чтобы повысить их устойчивость, для упрощения сборки с пуансонодер- жателем, а также, чтобы избежать большого перепада диаметров ступеней (d1/d, d2/d1 ,d0/d2 ).При перепаде диаметров более двух возможно образование трещин при термообработке. Все переходы между рабочей частью и основанием, между посадочной частью и основанием выполняются плавными, по радиусу, чтобы избежать дефектов при термообработке и повысить стойкость инструмента.

2.1.8 Расчет на прочность рабочих частей штампов

Расчет пуансона на прочность и устойчивость.

Пуансоны при работе подвергаются действию нагрузок разного характера, взаимодействуют с плитой штампа, поэтому пуансоны рассчитывают: на смятие плиты штампа; сжатие; изгиб со сжатием; устойчивость; устойчивость со сжатием [8]. Расчетная схема представлена на рисунке 2.8.

Рисунок 2.8 - Расчетная схема для расчета пуансона на прочность

Проверка опорной поверхности плиты штампа на смятие:

?см=F/A0?[?см] (2.17)

где F - технологическое усилие;

А0 - площадь опорной поверхности буртика пуансона, равна 0,25?d0;

[?см] - допускаемые напряжения смятия для плиты штампа, которые равны для стали 100 МПа, для чугуна 50 МПа.

A0= 0,251•3,14•38 = 1133,54, мм2.

?см= 346596/1133,54=305,7?100, МПа,

Так как условие прочности не выполняется, тогда пуансон опираем на закаленную стальную плиту.

Расчет пуансона на сжатие:

?сж=F/Amin?[?сж] (2.18)

где Amin- площадь минимального сечения пуансона, равна 0,25?d2;

Amin = 0,25?252= 490 мм2;

[?сж] - допускаемые напряжения сжатия для материала пуансона, которые для углеродистой инструментальной стали типа У8А, У10А равны 1600 МПа, для легированной инструментальной стали типа Х12М, ШХ15 - 1900 МПа.

? = 346596/490 = 707 МПа ? [?сж]

Расчетом на сжатие ограничиваются лишь для относительно короткого пуансона при использовании его в правильно спроектированном, изготовленном и собранном штампе.

Расчет пуансона на изгиб и сжатие.

Причиной возникновения изгибающих напряжений является смещение оси пуансона относительно оси матрицы на величину е, возникающее из-за погрешностей изготовления, что ведет к внецентренному нагружению. Напряжения изгиба обычно определяются вблизи посадочной поверхности -- это «опасное» сечение. У ступенчатого пуансона «опасных» сечений может быть несколько. Для представленной расчетной схемы суммарные напряжения сжатия и изгиба равны:

?сж+?сж = F/A + M/W? [?сж], (2.19)

где W -- момент сопротивления пуансона в опасном сечении, для круглого сечения W = ?d3/32;

e= 0,4 мм - величина смещения оси пуансона, для вырубки-пробивки

равна одностороннему зазору между инструментами;

М= F•e - изгибающий момент;

А - площадь поперечного сечения пуансона в опасном сечении.

W=?•253/32=1533,98.

M=346596•0,4=138638, Н.

?сж+?и = 346596/490 + 138638 /1533,98 = 707 + 90,37 = 797,7 Мпа, [?сж],

Расчет пуансонов на устойчивость и сжатие.

Проводится для относительно тонких и длинных пуансонов с d/h < 0,5.

Предельно допустимое усилие при этом определится по формуле:

[F] = ?Aк [?сж], (2.20)

где ? -- коэффициент понижения допустимого напряжения, который определяется по данным таблицы 8 в зависимости от условной гибкости рабочего участка пуансона:

?=?h/imin , (2.21)

где ??0,7 - коэффициент приведенной длины, характеризующий способ заделки;

imin -минимальный радиус инерции пуансона, для круглого сечения равен

imin=0.25d=0.25•25=6.25 мм;

Ак - площадь контакта рабочего торца пуансона с деталью.

При вырубке-пробивке относительно маленьких отверстий с s/d> 1,0 можно считать, что пуансон контактирует с деталью всей торцевой поверхностью Ак = 0,25?d2.

Аk= 0,25?25,72 = 518,48 мм2.

? = 0,7-78 /6,25 =8,736.

Для ?=8:12 коэффициент понижения допускаемого напряжения

?= 0,75,

[?сж] - для легированной инструментальной стали типа Х12М, ШХ15 - 1900 МПа.

Предельно допустимое усилие при этом будет равно:

[F] = 0,75•518,48 •1900 = 738834 кгс/мм2.

Проведенные расчеты показали, что прочностные характеристики пуансона соответствуют требованиям для выполняемой операции, а возможное предельно допустимое усилие на пуансоне значительно превышает усилие, создаваемое им при работе.

2.1.9 Выбор материалов деталей штампов

Для изготовления деталей технологического (кроме рабочих элементов), конструктивного, кинематического и вспомогательного назначений используют в основном углеродистые обыкновенного качества, углеродистые конструкционные, а также легированные конструкционные стали.

Рекомендации по выбору материалов для изготовления рабочих элементов в зависимости от условий их эксплуатации приведены в таблице 2.3

Таблица 2.3 - Материалы и нормы твердости рабочих элементов штампов

Штампуемые материалы	Рабочие элементы штампа	Марки материалов для изготовления рабочих элементов штампов	HRC после термообработки стальных деталей
			Матриц (пуансон матриц)	пуансонов, ножей
Штампы для разделительных операций
Низкоуглеродистые стали, цветные металлы и их сплавы, неметаллические материалы толщиной от 3 до 8 мм	Пуансоны, матрицы, пуансон матрицы и их секции простой формы, ножи для резки отходов и шаговые ножи	Х12М; Х12МФ; Х12Ф1; Х12Ф4М; 9ХВГ; 5ХВ2С	57-61	55-59
Штампы для формоизменяющих операций
Низкоуглеродистые стали, цветные металлы и сплавы	Пуансоны, матрицы и прижимы простой формы	У8А; Х12М; 8ХФ; ВК8-ВК30****	55-59	53-57

В таблице 2.4 приведены рекомендации по выбору материалов для изготовления деталей штампов (кроме рабочих элементов),

Таблица 2.4 - Материалы и нормы твердости деталей различного назначения

Детали штампов	Рекомендуемые марки материалов	Твердость, HRC
Детали технологического назначения
Сбрасыватели	Сталь 45	34-38
Съемники неподвижные:
ненаправляющие	Ст.3
направляющие	43;40Х	42 - 46
Выталкиватели:
не являющиеся составными элементами матриц (пуансонов)	Сталь 45	42-46
являющиеся составными элемента ми матриц (пуансонов)	У8А; У10А; 7X3; 9ХС; XI2М; Х12Ф1; 9ХВГ; 5ХВ2С	57-61
Прижимы и опоры штампов для чистовой вырубки-пробивки	Х12М	55-59
Детали конструктивного назначения
Планки поддерживающие	СтЗ	-
Плитки подкладные	Сталь 45	42-46
Матрицедержатели	СтЗ	-
Пуансонодержатели	СтЗ	-
Детали направляющих узлов:
колонки направляющих скольжения	Сталь 20 Стали 45,50	Цементировать на глубину 0,5 -1,0 мм; калить HRC 58 - 62. Калить HRC 45-50
втулки направляющих скольжения	Сталь 20 Стали 45, 50	Цементировать на глубину 0,5 -1,0 мм; калить HRC 58 - 62, Калить HRC 45 - 50
Упоры	Сталь 45	40-45
Прижимы, направляющие планки, выталкиватели	40Х,45	50-54
Штифты	У8	45-50
Винты	Сталь 45	40-45
Пружины	65Г, 60С2	40-48



Допускается замена указанных материалов на другие с равноценными механическими свойствами, а также снижение твердости термически обработанных деталей штампов до 15 % на расстоянии не более 10 мм от рабочих поверхностей (кромок).

Заготовки деталей штампов из инструментальных и легированных сталей необходимо подвергать первичной термической обработке, обеспечивающей возможность их дальнейшей механической и термической обработок и стабильность размеров.

2.2 Модернизация привода пресса

Особенностью кривошипных машин является то, что силовой расчет их ведется таким образом, что известные силы (номинальные усилия) прилагаются к инструменту. Усилия, возникающие на инструменте, определяются вычислением сопротивления деформированию заготовки. Большое значение при этом имеет характер изменения усилия по ходу ползуна пресса, или график рабочих нагрузок на ползуне. После выяснения сил и моментов, действующих на отдельные элементы машины, составляют расчетные схемы отдельных деталей. Это наиболее ответственная часть расчета, так как выбор правильной расчетной схемы способствует и наиболее правильному конструктивному оформлению детали и экономичному использованию материала.

Большую помощь при оформлении деталей и выборе их размеров оказывают статистические данные, которые имеются в литературных источниках. В этом отношении большую роль должны играть наблюдение за работой деталей, их износом при эксплуатации, за ремонтом, а также сбор и обобщение известных данных по поломкам деталей и корректировка на этой основе эмпирических правил конструирования, применяемых при выборе прочных размеров деталей.

Такие эмпирические данные применяют и для определения размеров основных деталей кривошипных прессов, поэтому расчеты этих деталей носят проверочный характер.

2.2.1 Проектирование кинематической схемы пресса

Кинематическая схема привода пресса (рис. 2.9) разработана на основе типовых технических решений на данный тип машин.

Рисунок 2.9 - Кинематическая схема пресса: 1 - электродвигатель, 2 - шкив, 3 - маховик, 4 - быстроходный вал, 5 - шестерня, 6 - зубчатое колесо, 7 пиевмомуфта, 8 - тихоходный вал, 9 - ползун, 10 - стол пресса, 11- эксцентриковая втулка, 12 - тормоз

Вращение от электродвигателя (1) через клиноременную передачу передается на шкив-маховик (3), установленный на промежуточном валу (4). При своем вращении маховик накапливает кинетическую энергию, которая передается от шестерни (5) на зубчатое колесо 6 открытой передачи, установленное на главном валу в подшипниках. При включении муфты (7) вращение передается на главный вал и от него через эксцентриковый привод (11) и шатун оно преобразуется в возвратно-поступательное движение ползуна (9).

2.2.2 Расчет мощности электродвигателя

Решающим фактором при выборе системы электропривода пресса является экономическая целесообразность в сочетании с техническими требованиями. В период рабочего хода большая часть работы выполняется за счет кинетической энергии маховика, скорость вращения которого уменьшается. В остальные периоды цикла угловая скорость маховика восстанавливается.

Мощность двигателя в таком случае определяется исходя из средней работы за цикл. При этом чем: больше число ходов пресса и меньше величина расхода энергии на холостое перемещение механизмов пресса, тем больше должен быть запас мощности.

Номинальную мощность асинхронного, короткозамкнутого электродвигателя определяют суммой средних мощностей активного и холостого ходов за период одного технологического цикла по формуле [10]:

где к = 1,4 -- коэффициент запаса, принимается по табл. 15.4 [10], в зависимости от числа включений пресса;

n0 - число включений муфты за цикл (на одиночных ходах nB =1; на автоматических ходах nB =0);

?0 - общий КПД привода;

?м - КПД передачи от муфты до двигателя.

Значения КПД ?0 и ?M зависят от типа и числа передач, расположенных между главным валом (для ?0) или валом муфты (для ?M) и электродвигателем:

?0=?k ?3m1 , ?m=?k ?3m2 (2.21)

где ?k - КПД клиноременной передачи, принимаемый равным 0,97;

?3 -КПД зубчатой передачи, ?3 = 0,98 при использовании подшипников качения, и ?3 = 0,96 при использовании подшипников скольжения;

ml, m2 - соответственно, общее число степеней зубчатого привода и число ступеней от вала муфты до двигателя. m1=1; m2=1.

?0 = 0,97•0,98 = 0,95; ?m= 0,97•0,98 = 0,95.

Время технологического цикла приближенно определяется при выбранном коэффициенте использования ходов Рu который представляет собой отношение tм - времени машинного цикла (одного двойного хода ползуна) к времени технологического цикла tц, по формуле:

tц= = , c (2.22)

где ри = 0,4.. .0,8 - значение коэффициента использования ходов для листоштамповочного универсального пресса простого действия (табл. 15.2 [10]); nн = 80 - число ходов пресса.

Определим мощность электродвигателя:

Требуется электродвигатель мощностью No ?10 кВт.

2.2.3 Подбор электродвигателя

Выбор электродвигателя производится в соответствии с условием No ?Рэд. В нашем случае подходит электродвигатель серии 4А мощностью Рэд = 11 кВт.

Записываем все варианты электродвигателей:

1.4А132М2УЗ синхронная частота 3000 об/мин;

асинхронная частота 2900 об/мин;

2.4А132М4УЗ синхронная частота 1500 об/мин;

асинхронная частота 1460 об/мин;

3.4A160S6y3 синхронная частота 1000 об/мин;

асинхронная частота 975 об/мин;

4.4А160М8УЗ синхронная частота 750 об/мин;

асинхронная частота 730 об/мин.

Применение каждого из электродвигателей дает общее передаточное число

где nим - частота вращения вала исполнительной машины, об/мин.

На основании выше приведенных зависимостей каждый из электродвигателей дает:

u01= = = 36.25; u02= =18.25; u03= =12; u04 = =9.125

Определим общее передаточное число передач, входящих в привод:

u0=u1•u2 (2.24)

где u1 и u2 - передаточные числа отдельных ступеней привода, рекомендуемые значения которых приведены в табл.2.2. '

Для заданной кинематической схемы справедливо:

1) клиноременная передача - uрем = 2.. .4;

2)цилиндрическая открытая передача - uцил.откр. = 4. ..8.

В свою очередь передачи могут обеспечить:

u0= (2...4)(4...8) = 8...32

Таким образом, очевидно, что из дальнейшего рассмотрения электродвигатель с частотой вращения nэд= 2900 об/мин должен быть исключен.

Что касается трех оставшихся вариантов, то может быть реализован любой из них.

Окончательно принимаем электродвигатель 4А132М4УЗ, имеющий минимальные габариты среди электродвигателей мощностью Рэд = 11 кВт (см. рисунок 2.10).

Рисунок 2.10 - Размеры электродвигателей серии 4А132М4УЗ

2.2.4 Определение передаточного отношения в приводе пресса

Передаточное отношение привода рассчитываем по общим методикам машиностроения [15].

Исходными данными для расчета являются:

N1 = 11 кВт - мощность на малом шкиве;

n1 -- 1460 об/мин - частота вращения малого шкиве;

По известной частоте вращения двигателя, числу ходов пресса определим общее передаточное отношение привода пресса:

В данном случае общее передаточное отношение; возможно, реализовать ременной и зубчатой передачей:

uобщ = 18,25 = u3„ • uрп

где uзп - передаточное число открытой цилиндрической передачи;

uрп - передаточное число клиноременной передачи.

В соответствии с рядом Ra20 назначаем uред =5,4 тогда передаточное число клиноременной передачи будет:

2.2.5 Определение частот вращения валов привода

Скорость вращения вала электродвигателя nдв = 1460 об/мин

Скорость вращения входного вала редуктора:

Скорость вращения выходного вала редуктора:

Скорость вращения вала исполнительной машины (фактическая): nим факт- 79,99 об/мин.

Разница между заданным и фактическим значениями nим факт составляет 0,025% что лежит в пределах допустимого при проектировании диапазона, равного ± 5%.

Окончательно принимаем иред =5,4, ирем = 3,38, что дает фактическую частоту вращения вала исполнительной машины:



2.2.6 Определение циклических частот вращения валов привода

Циклические частоты вращения валов определяются по формуле [15]:

Для входного вала:

Для выходного вала:

Для вала исполнительного механизма:

2.2.7 Определение мощности на валах привода

Мощность на валу определяется по формуле [15]:

Pi=Pi-1?i-1,i,Вт, (2.30)

где Pi-1 - мощность на предыдущем к i -му валу, Вт;

?i-1, i - коэффициент полезного действия, учитывающий потери мощности на участке между i-1 и I валами.

Ррэд=11 кВт.

Pвх.в=Pэд•?рем •?подщ=11•0,95•0,99 = 10,34 кВт;

Pвых.в=Pвх.в•?за•?подш=10,34•0,93•0,99 = 9,52 кВт;

Pим=Pвых.в•?м•?подш.ск=9,52•0,98•0,985 = 9,18 кВт.

Определение крутящих моментов на валах привода

Вращающий момент на любом валу Тi рассчитывается как [15]:



где Pi - мощность на рассматриваемом валу, Вт;

?i- угловая скорость данного вала, с-1

Для входного вала крутящий момент будет:

Для выходного вала крутящий момент будет:

Для вала исполнительного механизма крутящий момент будет:

Полученные результаты запишем в итоговую таблицу 2.5.

Таблица 2.5 -- Итоговая таблица расчетов

Параметр	Входной вал	Выходной вал	Вал исполнительного механизма
Скорость вращения n, об/мин	431,95	79,99	79,99
Циклических частот вращения , с'1	45,23	837	8,37
Мощность Р, кВт	10,34	9,52	9,18
Крутящий момент Т, Нм	228,6	1137,39	1096,77

2.2.8 Расчёт зубчатой передачи

Открытые зубчатые передачи машин работают в условиях запыленных помещений, поэтому для них характерен абразивный износ. Практика показывает, что при нормальной эксплуатации даже с повышенным износом зубы» могут работать без поломки продолжительное время. Основной причиной выхода их из строя являются поломки зубьев колес. Поломки могут происходить от усталости при многократных перегрузках, несколько превышающих предел выносливости при изгибе материала колес, а также при однократных значительных перегрузках.

Так как при конструировании кузнечных машин размерам передач задаются на основе имеющихся хорошо работающий машин, то при конструировании приходится проводить проверочный расчет. Ориентировочные данные для выбора размеров передач приведены в приложении 3 [10]. Выбранные размеры подлежат проверочному расчету. При расчете выясняется, какой величины крутящий момент можно приложить на коленчатому валу исходя из прочности той или иной передачи, исходя из усталостной прочности на изгиб и на нормальные контактные напряжения или исходя из допускаемых пластических деформации поверхностей зубьев.

Число зубьев назначаем по шестерне (ZШ>Zmin). Разброс значений для числа зубьев шестерни Zш довольно узкий, для однокривошипного пресса с односторонним приводом составляет 13:21 (прил. 3 [10]). Шестерни и колеса диаметром менее 500,„800мм изготовляют из стальных поковок марок 45,40,40 ХН и др., а колеса диаметром более 500...800 мм - из стальных отливок марок 35Л, 45Л, 35ХГСЛ, 40ХНЛ и др. Поковки подвергают нормализации (Н) или улучшению (У) до твердости 190...280 НВ, отливки - нормализации до 160...220 НВ. Более высокая твердость нецелесообразна, поскольку нарезание зубьев производят после термообработки. Для лучшей прирабатываемости и во избежание заедания зубьев твердость шестерни должна быть на 20...40НВ выше твердости колеса.

Таблица 2.6 - Механические свойства сталей, используемых для зубчатых колес

Элемент	Марка	Вид заготовки	Термообработка	НВ	?В	?-1	?Т	[?]max
передачи	стали				Н/мм2	кг/см2
Шестерня	45	Поковка	улучшение	235:262	780	335	650	17600
Колесо	45Л	Литье	нормализация	207:235	680	285	440	13400

Для выбора зубчатой передачи воспользуемся приложением 3 [10], при этом получаем:

Число зубьев шестерни Z1= 17;

Число зубьев колеса Z2= 92;

Передаточное число u = 5,4;

Модуль зацепления т m = (0,09:0.I) d0 = 10:13,

Принимаем m =12;

Межосевое расстояние:

Ширина венца колеса:

b2 =?a aw , мм, (2.33)

где ?а =b2/aw =0.2:0.25 - коэффициент ширины венца колеса, консольнорасположенного относительно опор в открытых передачах.

b2=0.20•654=130.8 мм,

принимаем b2= 130 мм

Определяем геометрические размеры колес.

Шестерня:

Делительный диаметр:

d1=m•Z1=12•17=204 мм.

Диаметр вершин зубьев:

da1=d1+2m=204+2•12=228 мм.

Диаметр впадин зубьев:

df1 = d1 - 2,4m = 204 - 2, 4 • 12 =175,2 мм.

Ширина венца шестерни:

b1 =b2 +(2:4)мм= 130+4 = 134 мм.

Колесо:

Делительный диаметр:

d2 =м•Z2 =12•92 = 1104 мм.

Диаметр вершин зубьев:

da2=d2 + 2m = 1104 + 2•12 = 1128 мм.

Диаметр впадин зубьев:

df2 =d2 -2,4m = 1104-2, 4 •12 =1081,2 мм.

Ширина венца колеса:

b2 =130 мм.

2.2.9 Проверочный расчет на прочность зубчатой передачи

Первой проверкой является определение крутящего момента Мкп исходя из допускаемой пластической деформации зубьев. Для этого пользуются следующей формулой, дающей значение допускаемого крутящего момента на колесе:

где [?k]max -- допускаемое нормальное контактное напряжение исходя из некоторой пластической деформации зубьев; принимается по данным табл. 17 [10],

Для материала зубчатого колеса - сталь 45Л нормализованная:

[?k]max =13400, кг/см2;

Для материала шестерни - сталь 45 улучшенная:

[?k]max =17600, кг/см2;

Слабым местом является колесо.

С - коэффициент, учитывающий модуль упругости материала зубчатого колеса и шестерни [10];

С - 2140 (сталь по стали).

С1= 1 - коэффициент, учитывающий угол зацепления. Для прямозубых некоригированных колес или колес с высотной коррекцией;

C1 =1 ;

кn - коэффициент нагрузки при расчете по допускаемым пластическим деформациям поверхностей зубьев:

кn= k1n k2 k4 - 1,3 • 1 • 1,4 = 1,82;

k1n- коэффициент перегрузки, k1n =Mkmax /Mknom , так как кузнечнопрессовые машины должны снабжаться предохранительными устройствами, рассчитанными на 30%-ную перегрузку, то к!п - 1,3;

к2 -коэффициент концентрации нагрузки, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по ширине колеса, возникающую вследствие упругой деформации опор, валов, а также неточностей изготовления (при твердости зубчатых колес НВ < 350 для открытых передач к2 =1);

к4 - коэффициент, учитывающий динамическую нагрузку в зацеплении из-за неточностей изготовления (для прямозубых колес при окружной скорости >3м/с, k4 = 1,4:1,5);

Окружная скорость V зацепления определяется по формуле:

nк= 80 об/мин - число оборотов в минуту вала колеса;

u - передаточное отношение зубчатой передачи. Для наружного зацепления принемается u+1, для внутреннего u-1

Второй проверкой является определение допустимого крутящего момента Мки передаваемого колесом, исходя из усталостной прочности зубьев колеса на изгиб:

где ук = 0,193 - коэффициент формы зуба, зависящий от числа зубьев, угла их наклона, коэффициента смещения и типа передачи, который определяется для открытых передач - по табл. 24 [10];

Таблицы коэффициентов формы зуба дают значения для ведомых и ведущих колес открытых передач (угол трения ? = 8°).

[?-1u] - 2500 - предел усталости материала колеса (кг/см2 ) при изгибе и симметричном цикле, выбирается по табл. 17 [1];

ке =1 - коэффициент, учитывающий степень перекрытия, принимается равным 1 для прямозубых передач и 1,3 - для косозубых и шевронных;