1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ
1.1 Анализ детали, ее назначение.
Деталь «Кольцо специальное» является составной частью муфты, предназначенной для соединения соосных валов при передаче крутящего момента. Муфта является составной частью установки для подачи реагента, предназначенной для дозирования и подачи, а так же в технологической цепи, сбора и подготовки нефти, различных жидкостей, эмульсий и суспензий. Форма детали и посадочные размеры определяются назначением сборки, в состав которой она входит, и удобством обслуживания узлов сборки, закрепленных на данном корпусе. Материал детали определяется условиями рабочей и окружающей среды.
Поскольку деталь «Кольцо специальное» сопрягается с другими деталями узла как по внутренней, так и по наружной поверхности, она имеет точные диаметральные размеры, выполненные по 7-му квалитету с шероховатостью Ra = 2,5 мкм.
Деталь «Кольцо специальное», подвергается, как ударным нагрузкам и кручению, так и должна работать хорошо на истирание. Сталь 45 с термообработкой ТВЧ удовлетворяет этим требованиям, поэтому сталь 45, выбранную конструктором, а также назначенный им способ получения заготовки обработкой металлов давлением оставляем для производства указанной детали.
1.2 Анализ способов получения заготовки для детали «Кольцо специальное».
Заготовку для детали «Кольцо специальное» можно получить как ковкой на молоте, штамповкой и литьем. На базовом предприятии заготовку получают способом ковки на молотах, масса заготовки при этом составляет 15.57 кг. Учитывая конструктивные особенности детали, минимальные трудовые, денежные затраты принимаем метод получения заготовки для детали «Кольцо специальное» горячей объемной штамповкой. Предполагается, что деталь будет выпускаться не менее пяти лет, а стойкость штамповой оснастки составляет на подобных деталях в пределах 4000-4500 штук, то рациональнее использовать заготовку, полученную горячей объемной штамповкой на прессах. Штамповкой на кривошипных горячештамповочных прессах заготовку для данной детали получить сложно из-за большой площади ее сечения. Производительность штамповки значительно выше ковки, масса заготовки значительно ниже. Штамповая оснастка будет использоваться рационально, а штампованная заготовка позволит повысить режимы резания и снизить себестоимость механообработки.
1.3 Выбор способа получения заготовки в проекте
Деталь изготавливается из стали 45.
Химический состав и механические свойства стали 45 приведены в таблицах 1.1 и 1.2.
Таблица 1.1
Химический состав стали 45 по ГОСТ 1050-88
Массовая доля элементов в %
Твердость НВ
С Si Mn Cr S Р
Не более
0,42- 0,50 017-0,37 0,50-0,80 0,25 0,040 0,035 197
Таблица 1.2
Механические свойства стали 45 по ГОСТ 2590-88
Предел
текучести
?т, МПа Временное
сопротивление
?в, МПа Относительное удлинение ?, % Ударная вязкость
кс V Дж/см2
353 569 16 49
При годовой программе 4700 штук в год, рационально применять вместо ковки на молоте штампованную поковку. Тогда заготовка будет иметь следующие показатели:
Квалитет точности IT14 ГОСТ 25346-89;
Шероховатость Ra 12,5 ГОСТ 2789-73;
Таким образом, в проекте в качестве заготовки выбираем горяче-штампованную поковку, выполненную в открытом штампе на КГШП.
Расчетная масса поковки определяется исходя из ее номинальных размеров. Ориентировочную величину расчетной массы поковки Мп.р. вычисляем по формуле:
где Мд – масса детали;
Кр – расчетный коэффициент, устанавливаемый в соответствии с ГОСТ 7505.
Выбираем класс точности штамповки и деформирующее оборудование, применяемое для изготовления заготовок по таблице 25 [4]. Данные о применяемом оборудовании и классе точности поковки сведены в сведены в таблицу 1.3
Таблица 1.3 Деформирующее оборудование и класс точности поковки.
Основное деформирующее оборудование, техпроцессы Класс точности
Кривошипный горячештамповочный пресс Т4
Определяем ориентировочную массу заготовки:
Основные конструктивные характеристики заготовки сведены в таблицу 1.4.
Таблица 1.4 Конструктивные характеристики поковки.
Конструктивная характеристика поковки Обозначение конструктивных характеристик Определение конструктивных характеристик
1. Класс точности Т4 Четвертый класс точности
2. Группа стали М2 Сталь с массовой долей углерода свыше 0,35% до 0,65% включительно.
3. Степень сложности С1 Определяем по табличному коэффициенту исходя из отношения веса поковки к весу фигуры, в которую вписаны размеры заготовки:
Размеры описывающей поковку фигуры (цилиндр):
диаметр 215 мм
высота 64,4 мм
Масса описываемой фигуры (расчетная):
;
4. Конфигурация поверхности разъема штампа П Конфигурация поверхности разъема штампа – плоская.
Исходный индекс для последовательного назначения основных припусков и допускаемых отклонений определяется в зависимости от массы заготовки, марки стали, степени сложности и класса точности поковки по таблице 27 [1].
Исходный индекс: 14.
Допуски и допускаемые отклонения линейных размеров поковок назначаются в зависимости от исходного индекса и размеров поковки по ГОСТ 7505]:
допуск на диаметр: 3,6 ;
допуск на длину: 3,2;
общий припуск на диаметр: 2,5 мм на сторону;
общий припуск на длину: 2,0 мм на сторону.
Определив допуски линейных размеров, определяем припуски и размеры заготовки.
Размеры наружных поверхностей заготовки определяют по формуле:
;
размеры внутренних поверхностей
где - размер поверхности по чертежу детали, мм;
- общий припуск на обработку данной поверхности, мм.
Результаты расчета размеров заготовки сведены в таблицу 1.5.
Таблица 1.5 Размеры заготовки.
Размер детали, мм Основной припуск Дополнительный припуск Общий припуск Размер заготовки, мм*
zипп zсм.пш.
O173 2,5 0,5 0,4 3,4 O166,2
O160 2,5 0,5 0,4 3,4 O153,2
O210 2,5 0,5 0,4 3,4 O216,8
O175 2,5 0,5 0,4 3,4 O181,8
58 2,0 0,5 0,4 2,9 63,8
*С учетом двустороннего припуска
Радиус закругления наружных углов – 3 мм;
Допускаемые отклонения размеров:
диаметр 160 мм - O
диаметр 173 мм - O
диаметр 210 мм - O
диаметр 175 мм - O
размер 58 мм - ;
Неуказанные предельные отклонения размером - 1,5Т (допуска) соответствующего размера поковки;
Допуски радиусов закруглений – 1,0;
Допускаемое отклонение от плоскостности – 1,0 мм;
Допускаемое отклонение от концентричности пробитого отверстия относительно внешнего контура поковки – 1,5 мм.
1.3.1 Расчет коэффициента использования материала.
Одним из технико-экономических показателей при выборе заготовки является коэффициент использования материала, определяемый по формуле:
,
где М – масса готовой детали, кг (по чертежу детали);
Мзаг – масса заготовки, кг.
Определяем коэффициент массы используемого материала:
1.3.2 Экономическое обоснование выбора способа получения заготовки.
Стоимость изготовления детали устанавливают по данным расчета стоимости 1т готовых деталей, которую определяют по формуле:
где: Сз — стоимость 1 т фасонных заготовок (отливок, поковок, штампованных поковок и др.), подвергаемых механической обработке путем снятия припусков, руб.;
? — коэффициент использования основного материала фасонной заготовки, определяемый отношением массы детали к массе ее заготовки;
А - текущие расходы на срезание 1 т стружки при механической обработке заготовок путем снятия припусков, руб.;
В - заготовительная цена 1 т стружки, получившейся в результате обработки заготовок, руб.;
m — коэффициент полноты сбора и утилизации стружки, образующейся при обработке заготовок;
где: а - расходы на механическую обработку одной фасонной заготовки, руб.;
Мд - масса детали, определяемая ее объемом по чертежу и плотностью материала детали, кг;
Мз - масса заготовки, определяемая ее объемом по чертежу и плотностью материала заготовки, кг.
Стоимость одной заготовки (Сз1) и одной детали (Cд1):
;
Стоимость заготовок и деталей представленные в расчете без НДС.
Стоимость на базовом заводе:
В = 4000 руб. m = 0,82 а1 = 70 руб.
руб.
руб.
руб.
руб.
Стоимость по проекту:
В = 4000 руб.
m = 0,86
руб.
руб.
руб.
руб.
руб.
Данные по заготовке сведем в таблицу 1.6
Таблица 1.6.
Технико-экономические показатели изготовления заготовки
Показатели ед. изм. По технологии принятой на базовом заводе По технологии разработанной в проекте
Масса детали кг 8,7 8,7
Масса заготовки кг 15,57 10,53
Вид заготовки - Поковка (ковка на молоте) Поковка (штамповка на КГШП)
Квалитет точности ГОСТ 25346-89 - IT15 IT14
Параметр шероховатости ГОСТ 2789 Ra, мкм 25 12,5
Величина припусков на механическую обработку
на диаметр мм 3,5…5,0 2,5
на длину мм 3,5 2,0
КИМ - 0,56 0,83
Экономия металла:
на одной заготовке
на годовой программе
кг
-
-
5,04
23688
Экономия денежных средств:
на одной заготовке
на годовой программе
тыс.
руб.
-
-
0,151
710
Вывод: анализ технико-экономических показателей производства заготовок показывает, что выбранная в проекте заготовка и способ ее получения более эффективен, в отличие от технологии их изготовления на базовом заводе по следующим показателям:
— снижена масса заготовки;
— повышен коэффициент использования материала;
— получена экономия материала 23,688 т;
— получена экономия денежных средств 710 тыс. руб.
1.4 Расчет припусков на механическую обработку
Припуски на заготовку, получаемую горячей объемной штамповкой на молотах, назначаем по ГОСТ 7505-89. Рассчитываем минимальные припуски, необходимые для получения поверхностей детали с заданными чертежом техническими условиями. Расчет выполним для диаметра 225 мм. Расчет ведем по формуле:
2 Z min = 2 (Rzi-l ++ei ),
где
Rzi-1 – шероховатость поверхности на предшествующем переходе;
Hi-1 – глубина дефектного слоя на предшествующей обработке;
pi-1 – суммарное значение пространственных отклонений предшествующей обработки;
ei – погрешности установки заготовки на выполняемой операции.
Диаметр 225 мм обрабатывается черновым и чистовым точением. Значения Rzi-1 и Hi-1 для заготовки, чернового и чистового точения выбираем из литературы [2] и заносим в таблицу 1.3.
rзаг= =1,28мм =1280 мкм,
Pчерн =Ку?rзаг,
где
Ку – коэффициент уточнения для черновой обработки равен 0,06, для чистовой обработки 0,04.
rчерн =0,06?1280 = 77 мкм,
rчист= 0,04 ? 1280 = 51 мкм.
Погрешности установки заготовки определяем:
,
Погрешность при черновом точении равна:
мкм,
При чистовом точении погрешность установки равна:
мкм.
ei инд = 0, так как чистовое и черновое точение производим в одной установке.
Таблица 1.7
Расчет припусков и предельных размеров
Элементы припуска
Расчетный размер, мм
Предельные
размеры, мм
Предельные
значения при
пуска, мкм
Технологические переходы
обработки
наружной
поверхности
диам. 225 мм
Расчетный припуск, 2Zmn Допуск, мм
Rzi-1
Ti-1
Pi-1
Ei-1
Dmin
Dmax
Zmin
Zmax
Заготовка 200 300 1280
228,620 4500 228,6 233,1
Точение
черновое 100 100 77 80 2*1783 225,054 720 225,1 225,8 3500,0 7300,0
чистовое 40 40
4 2*277 224,5 46 224,4 225,0 600,0 800,0
Итого: 4100 8100
Минимальный припуск при черновом точении равен:
2Z min - 2 (200 + 300 + ) = 2 ? 1783 мкм.
Минимальный припуск при чистовом точении равен:
2 Zmin = 2 (2100 + 100 + ) = 2 ? 277 мкм.
Расчетные диаметры равны:
d1= 224,5 мм;
d2 = 224,5 + 2? 0,227 = 225,054 мм;
d3 =224,5 + 2? 1,783 = 228,62 мм.
Значение допусков на черновую и чистовую обработку выбираем из [2]
?черн = 720мкм; ?чист =46 мкм. Допуск на заготовку выбираем по ГОСТ 7505-89, ?заг = 4500 мкм.
Минимальные диаметры обработки:
dmin 1=224,5 мм;
dmin 2 = 225,1 мм;
dmin 3 = 228, 6 мм.
Максимальные диаметры обработки:
dmax 1 = dmin 1 + ?чист = 225,0 мм;
dmax 2 = dmin 2 + ?черн = 225,8 мм;
dmax 3 = d min 3 + ?заг = 233,1 мм.
Предельные значения припуска равны:
2Zпpminl= 225, 1 - 224,5 = 0,6 мм;
2Zпpmin2 =228,6 - 225 1 = 3,5 мм;
2Z пpmax1 = 225,8 - 225,0 = 0,8 мм;
2Z пpmax2 =233,1 - 225,8 = 7,3 мм.
Общие припуски равны:
2Z0min = 2Zпpminl + 2Zпpmin2 = 600 + 3500 = 4100 мкм;
2Z°max = 2Z пpmax1 + 2Z пpmax2 = 800 + 7300 =8100 мкм.
1.5 Разработка маршрутов и операций обработки
Технологический процесс изготовления детали «Кольцо специальное» в основном состоит из операций токарной обработки.
Расчет режимов резания аналитическим способом приведен для операции фрезерования, на остальные операции режимы выбираются по справочникам (см. приложение).
1. Скорость резания
,
где Р – диаметр фасонных фрез с выпуклым профилем Р6М5
Т – период стойкости фрез
В – ширина фрез
Sz – подача на один зуб
Kv – поправочный коэффициент на скорость резания
м/мин.
2. Расчет частоты вращения
об/мин.
3. Окружная сила
,
где Ср – значение коэффициента
Н
2. КОНСТРУКТОРСКИЙ РАЗДЕЛ
2.1 Описание конструкции и расчет станочного приспособления
Принцип работы:
Приспособление 7101- 0001 применяется на токарных станках с ЧПУ.
Трехкулачковый патрон клинового типа обеспечивает зажим заготовки с центрированием ее по кулачкам и с самоустановкой кулачков по детали.
(Центровой вариант)
Патрон быстро переналаживается с одного вида обработки (в патроне) на другой (в центрах). Большой ход кулачка позволяет при обработке поковок, штамповок, литых заготовок с большим облоем, а при получистовых и чистовых операциях – сократить число перестановок кулачков. Предварительная настройка кулачков на заданный размер производится перестановкой рифленой поверхности. Благодаря шарнирному соединению с клиновой втулкой, кулачки могут самоустанавливаются. Патрон крепится на переходном фланце. Привод патрона пневматический. Точность центрирования 0,03 – 0,05 мм.
Расчет приспособления:
Рассмотрим систему сил, действующих в плоскости ХОУ.
Сила Р, стремится сдвинуть кулачок вдоль оси У, одновременно повернуть его относительно оси Z и вызывает реакции N2 и N1 корпуса патрона и соответственно силы трения F2 и F1 (эскиз №б).
Для определения этих сил трения составили уравнения проекции сил на ось У и моментов относительно Z.
Рис. 2.1. - Схема сил, действующих на кулачок патрона.
Уравнение проекции сил
Р1 – N2 = 0 ; N2 = Р1
отсюда F2 = Р1Ф
F2 считается из конструкции механизма и уравнения моментов.
Р1 = P r – P er – P dcn / Fcp = 410*85-100*55-29*75 / 75 = 3630 Н.
Ф=0,15 (коэффициент трения).
F2 = 363*0,15=54,5кгс.
Уравнение моментов
Рi h – N1 m = O N1 = Pi (h / m) отсюда F1 = N1 Ф = Р1 (n/m)Ф
F1 = 363 (3/22) * 0,15=57кгс., где n=22 мм, m=23мм.
Рассмотрим систему сил, действующих в плоскости XOZ (рис. 2.1а).
Силы W, W и сила трения F2 вызывают поворот кулачка относительно оси У и создают в стыках направляющих корпуса с полями кулачка нормальные давления, распределенные по закону треугольника (рис. 2.1 б) и соответственно сила трения F. Равнодействующие нормальных давлений N создают реактивный момент с плечом, равным 2/3h, где h – длина контакта кулачка с направляющим.
Для определения силы трения F составим уравнение моментов относительно оси У.
Wа + W1 b +F2 c – (2/3) N h = 0
N = (2/3) h (Wа + W1 b +F2 c) отсюда F = N Ф = (2/3 h) (Wа + W1 b +F2 c) Ф
F = (3 /2*82,5) (W*16+3000*123+54,5*7)*0,15
F = 0,043W+99, где для данного патрона h=825 мм; Q=16 мм; b=12 мм; C=7мм
Суммарную сумму зажима W определяем из уравнения проекций сил на ось Z
W–W1+2F+2F1+F2=0
Отсюда W=W1–2F–2F-F2
Подставив значения всех входящих в правую часть уравнения величин и выполнив необходимые преобразования, получим
W=3000-2*0,043W-2*99-2*57-54,5
W (1+0,086)=3000-366,5
1,086W=2633,5
окончательно W=2633,5/1,086=24200 Н
Передаточное отношение сил центрирующего клино-плунжерного механизма
i-W/P1=2420/363=6,65
КПД поступательных пар кулачок – направляющая корпуса патрона.
?nn=W/W1=2420/3000=0,806
Определение хода кулачков:
Механизм патрона представляет собой две кинематические пары:
Коническое зубчатое зацепление и спирально-реечный механизм. Повороту ключа, а значит и шестерни на полный оборот соответствует поворот конического колеса – спирального диска на часть оборота, равную
?=Zм/Zn=10/77=0,13
Целому обороту спирального диска соответствует перемещение каждого кулачка на шаг спирали t=9,52 мм
Одному полному обороту ключа будет соответствовать ход кулачка
Sw=t*?=9,52*0,13=1,24 мм
Диаметральный ход кулачков патрона при повороте ключа на целый оборот
X=? ? S ? w=2,48 мм
Определение КПД патрона
КПД патрона определяется по формуле ?h = ?к.з ? ?к ? ?nn,
где ?n=КПД патрона
?n.3=0,96- КПД конического зацепления
?к= 0,153 - КПД клиновой пары тяги
?nn= 0.81 -КПД поступательной пары
Кулачок – направляющие корпуса патрона, тогда КПД патрона ?n = 0,96*0,153=0,92
1. Скорость резания
CV ? Pr
V = ??????????? ? KV,
Tm ? tX ? SZY ? BU ? ZP
где Р – диаметр фасонных фрез с выпуклым профилем Р6М5;
Т – период стойкости фрез;
В – ширина фрез;
CV – подача на один зуб;
t – глубина фрезерования;
KV – поправочный коэффициент на скорость резания
53 ? 1250,45
V = ?????????????????,
1800,33 ? 90,3 ? 0,080, 2 ? 320,1 ? 100,1
53 ? 8,78
V = ?????????????????? KV=
5,5 ? 1,9 ? 0,6 ? 1,41 ? 1,12
= 43,9? KV=43,9?0,54=23,7 м/мин
2. Частота вращения
1000 ? V
n = ?????? = 1000? 23,7/3,14 60,37 об/мин
p?D
3. Окружная сила
10Сp?tx?Sz4?B4?Z
Рz = ????????? Мкр,
Dr?nw
где Ср - значение коэффициента
10 ? 47 ? 90,86 ? 0,080,72 ? 320,1 ? 10
Рz = ???????????????? Мкр=
1250,86 ? 60,38°
=109,2?Мкр=109,2?0,97=105,9 Н
4. Момент крутящий (см. рис. 2.2)
5. Мкр = Rz?R',
где R' = D/2 - t = 90/2 - 9 = 36 мм;
?= 90°
Мкр = 105,9 ? 36 = 3813,2 Н?мм
Рис. 2.2. Схема для определения крутящего момента
5. Сила зажима
К ? Мкр ? 2 ? соs?/2
Рз = ???????????????? ,
f ? D
где f – коэффициент трения;
к – коэффициент запаса.
К = Ко?K1 ....К6,
Ко= 1.5; К2=1.7; К4=1.3;
К1= 1,5; К3=1; К5,6=1
К = 1,5?1,2?1,7?1,3=3,97
Подставляем
3,97 ? 3813,2 ?1,41
Рз = ???????????????? = 1482,3 Н
0,16 ? 90
6. Сила давления
Мкр = N?f?D
N = Мкр/ f?D3 = 3813,2/0,19?90 = 264,80 Н
7. Сила трения на призме
Мкр = 2F?D/2
1482,3=2F?45
2F= 1482,3?45 = 16,47 Н
8. Определяем силу Q, с которой гайка должна давить на прихват, чтобы прихватить прижимную деталь с силой Рз = 1483,3 Н (рис. 2.3)
Рис. 2.3. Схема для определении прижимной силы Q
Q = Р3?l2/l1
Q = 1482,3?200/100 = 2964,3 Н
Далее расчет винтового зажима заданного материала ?в = 80–120 МПа
Пусть ?в = 80 МПа
d= 1,4
d = 1,4 ? = 8,52 мм
Резьбу принимаем М8 ( рекомендуется брать М8 – 12 мм), т.к. из расчета нам известно Мкр = 3,8 кН, то для винта применяются головки звездообразные по ГОСТ 12463-67 при Мкр = 2–3 кН.
Из справочника M12 – диаметр резьбы.
Шаг резьбы (нормальный) t = 1,75 мм
Внутренний диаметр d1 = 10,106 мм
Средний диаметр d2 = 10,863 мм
Необходимый момент на гайке
М = 0,2 ? Q ? d2 = 0,2 ? 2964,3 ? 10,863 = 6440,23
Плечо ключа М/147....196 = 6440,23/180 = 35,7 мм
2.2 Расчет режущего инструмента
Для точения детали на станке с ЧПУ предлагается использование в качестве режущего инструмента резец проходной с квадратной пластиной с пластиной СНП (сменная неперетачиваемая пластина) из твердого сплава марки КТН-16 .
2.2.1 Описание конструкции резца.
Крепление СНП пластины к корпусу резца осуществляется по схеме Р, согласно ГОСТ 27686-80, а именно через рычаг винтом. Пластина должна быть негативная с цилиндрическим центральным отверстием. Корпус выполняется из стали 40Х закаленной до 38-42 HRCэ размером 32х32.
Выполнено двугранное гнездо для установки в него опорной пластины и СНП. В опорной поверхности фрезеруют паз для установки в него рычага и винта. Рычаг имеет бочкообразную цапфу для установки на него режущей пластины. Второе плечо рычага наклонено. При завертывании винта рычаг сдвигается вниз, при этом происходит смещение цапфы влев, что перемещает режущую пластину назад до упора в боковые грани гнезда корпуса.
В качестве покрытия деталей резца применяется химическое оксидирование. Закрепление резца в револьверной головке осуществляется посредством резцодержателя с диаметром цилиндрического хвостовика 50 мм.
2.2.2 Пластина SNUM.
На данном резце используется пластина квадратной формы с отверстием, с односторонними стружколомательными канавкам (ГОСТ 19052-80) из твердого сплава Т15К6 со следующим содержанием веществ:
Химическая формула Содержание в % Название.
WC 79 Карбид вольфрама
TiС 15 Карбид титана
Co 6 Кобальт.
А так же имеющего физико-механические характеристики:
- Изгибная прочность ?и=1150 МПа.
- Плотность ?=11,1 – 11,6 г/см3.
- Твердость 90HRA.
Группа применения Р10, что относиться к чистовому точению, растачиванию, точению по копиру и т.д. в условиях удовлетворительного состояния оборудования и снятия постоянного припуска. Данным твердым сплавом обрабатывают заготовки из вязких материалов: стали или ковкого чугуна.
Маркируется синим цветом.
2.2.3 Проверочные расчеты:
Расчет на надежность закрепления режущей пластины
Силы зажима должны гарантированно противодействовать силам резания и обеспечить полную неподвижность и надежность закрепления режущей пластины (графический лист).
Составляем уравнение надежности закрепления пластины:
, где
k=2,5…4 – коэффициент надежности;
Pх =Pz=1250 Н – сила резания.
Действию силы Рх, стремящейся сдвинуть пластину в осевом направлении, противодействуют силы трения, возникающие в результате взаимодействия прихвата с пластиной и пластины с державкой резца.
