Расчет детали "Цилиндр–вал"

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Служебное назначение детали

Деталь «Цилиндр-вал» используется в подъемно-шахтном оборудовании. Она является валом, на который насаживается барабан для наматывания троса, поднимающего грузовую клеть. Деталь «Цилиндр-вал» получает вращательное движение от двигателя через шестерню, установленную на валу с помощью шпонки.

2. Расчет детали «Цилиндр - вал» на технологичность

Конструкция детали состоит из стандартных и простых конструктивных элементов.

Все поверхности доступны для обработки на станках и измерений.

Отсутствуют специфические требования (допуски по массе, необходимость балансировки и т.д.).

Деталь может изготавливаться из стандартных или унифицированных заготовок, т.к. заготовку можно получить прокатом или штамповкой. Размеры детали имеют оптимальную точность и шероховатость.

Физико-химические и механические свойства материала детали, её жесткость, форма, размеры, соответствуют требованиям технологии изготовления, а также хранения и транспортировки. Базовая поверхность детали имеет оптимальные показатели точности и шероховатости поверхности, которые обеспечивают требуемую точность установки, обработки и контроля.

Сопряжения поверхностей детали различных квалитетов точности и шероховатости поверхности соответствуют применяемым методам и средствам обработки.

Конструкция детали обеспечивает возможность применения типовых и стандартных процессов ее изготовления.

Перепады диаметров детали минимальны, что позволяет уменьшить объем механической обработки при её изготовлении и сократить отходы металла.

Деталь имеет центровые отверстия, что повышает её технологичность.

По геометрической форме и конфигурации поверхности деталь «Цилиндр - вал» в целом можно назвать технологичной, т.к. выполняются основные требования по технологичности.

Проведем анализ технологичности детали «Цилиндр - вал» по наличию стандартных конструктивных элементов детали (таблица 1), по точностным требованиям (таблица2) и по параметрам шероховатости поверхности (таблица 3).

Таблица1 - Анализ технологичности детали «Цилиндр - вал» по наличию стандартных КЭД

Наименование КЭД	Общее количество КЭД	Количество стандартных КЭД	Степень стандарт. %
Наружные цилиндрические поверхности	1	1	100
Линейные размеры	7	7	100
Центровые отверстия	2	2	100
Шпоночные пазы	1	1	100
Канавки	5	4	80
Итого:	16	15	93,75

Деталь является технологичной, так как 93,75 % поверхностей являются стандартными.

Таблица 2 - Анализ технологичности по точностным требованиям.

Наименование КЭД	КЭД	Количество КЭД, обрабатываемых по квалитетам точности
		высокая	средняя	низкая
		6-9	%	10-12	%	13-14	%
Наружные цилиндрические поверхности	1	1	100	-	-	-	-
Линейные размеры	7	-	-	7	100	-	-
Центровые отверстия	2	-	-	-	-	2	100
Шпоночные пазы	1	-	-	1	100	-	-
Канавки	5	-	-	5	100	-	-
Итого:	16	1	6,25	13	81,25	2	12,5

По точностным требованиям деталь технологична, так как 93,75% КЭД имеют низкие и средние требования к точности.

Таблица 3 Анализ технологичности детали «Цилиндр-вал» по параметрам шероховатости поверхности

Наименование КЭД	КЭД	Количество КЭД, имеющие шероховатость Ra мкм
		12,5 - 50	3,2 - 6,3	0,63 - 2,5
Наружные цилиндрические поверхности	1	-	1	-
Линейные размеры	7	-	7	-
Центровые отверстия	2	-	2	-
Шпоночные пазы	1	-	1	-
Канавки	5	-	5	-
Итого:	16	-	16	-

По параметрам шероховатости деталь имеет высокие показатели технологичности, так как 100% КЭД обрабатываются с шероховатостью Ra 3,2 - 6,3 мкм.

В заключение анализа можно сделать вывод, что деталь в целом технологична. Обработка детали обеспечивается средне-экономическими методами.

3. Выбор исходной заготовки

В машиностроении основными видами заготовок для деталей являются стальные и чугунные отливки, отливки из цветных металлов и сплавов, штамповки и всевозможные профили проката.

При выборе заготовки для заданной детали назначают метод ее получения, определяют конфигурацию, размеры, допуски, припуски на обработку и формируют технические условия на изготовление. По мере усложнения конфигурации заготовки, уменьшения напусков и припусков, повышения точности размеров и параметров расположения поверхностей усложняется и удорожается технологическая оснастка заготовительного цеха и возрастает себестоимость заготовки, но при этом снижается трудоемкость и себестоимость последующей механической обработки заготовки, повышается коэффициент использования материала. Заготовки простой конфигурации дешевле, так как не требуют при изготовлении сложной и дорогой технологической оснастки, однако такие заготовки требуют трудоемкой последующей обработки и повышенного расхода материала.

При проектировании технологического процесса механической обработки для конструктивно сложных деталей важно иметь данные о конфигурации и размерах заготовки и, в частности, -- о наличии в заготовке отверстий, полостей, углублений, выступов.

Основным требованием, предъявляемым к заготовке, является максимальное приближение формы и размеров заготовки к форме и размерам детали. Таким образом, коэффициент весовой точности у заготовки должен быть как можно ближе к единице и рассчитывается по формуле 1:

(1)

где G_дет - масса готовой детали; G_заг - масса заготовки.

Обрабатываемая деталь «Цилиндр-вал» имеет конфигурацию простого вала диаметром 235 мм большой длины (2350 мм) с пазами, без ступеней, значительно различающихся по диаметру. Поэтому в качестве заготовки выбираем круглую горячекатаную сталь диаметром 240 мм и длиной 2354 мм. Коэффициент весовой точности такой заготовки будет равен:

Прокат круглого сечения поступает на машиностроительные заводы в виде многометровых прутков, из которых в заготовительных цехах нарезаются заготовки необходимой длины. Резка может быть проведена различными способами на различном оборудовании с соблюдением следующих условий. Процесс должен быть производительным, обеспечивать требуемую точность по длине заготовки, перпендикулярность торцов вала, необходимое качество поверхности торцов, включая заданную шероховатость, а также минимальные потери металла.

В наибольшей мере указанным требованиям отвечают отрезные круглопильные станки, применяемые в серийном и массовом производствах. В качестве режущего инструмента в них применяются пильные диски, оснащенные сегментами из быстрорежущей стали. Таким диском можно разрезать прокат диаметром до 240 мм или пакет прутков меньшего диаметра. Торцы заготовок после отрезки имеют шероховатость Rа = 25 мкм.

В мелкосерийном и единичном производствах применяются более простые, но менее производительные отрезные ножовочные станки. Тонкие ножовочные полотна дают узкий пропил, но вследствие малой жесткости не обеспечивают высокой перпендикулярности торцов заготовок.

Резка прутков из высокотвердых, закаленных сталей наиболее эффективна на абразивно-отрезных станках, оснащенных тонкими абразивными кругами на бакелитовой или вулканитовой связках. Благодаря высокой скорости вращения, достигающей 80 м/с, круги быстро разрезают пруток, образуя ровный срез с шероховатостью Rа = 3,2...6,3 мкм. Во избежание пережога торцов зона резания обильно поливается охлаждающей жидкостью.

В сравнении с перечисленными другие методы резки применяются реже. К ним относятся резка на токарно-отрезных станках отрезными резцами, на фрезерных станках прорезными фрезами, резка фрикционными пилами. Фрикционная пила представляет собой тонкий стальной диск, которому сообщается скорость вращения выше 100 м/с. В месте контакта с заготовкой выделяющаяся вследствие трения теплота расплавляет металл прутка, что обеспечивает высокую производительность процесса. Однако оплавление торцов заготовок снижает их качество. К наиболее производительным методам относятся рубка прутков на прессах и резка ножницами. Существенным недостатком этих методов, ограничивающим их применение, является смятие концов заготовок.

На машиностроительные заводы прокат поступает с заметными отклонениями от прямолинейности оси. Для устранения кривизны прутки перед резкой подвергают правке. Для этой цели служат правильно-калибровочные станки. Нарезанные заготовки перед началом обработки, а иногда и в процессе дальнейшей обработки также приходится подвергать правке. Такую правку обычно проводят на прессах.

4. Свойства материала детали

Деталь «Цилиндр-вал» выполнена из стали 45 ГОСТ 1050-88. Сталь 45 - углеродистая качественная конструкционная сталь. Область применения материала после улучшения - коленчатые валы, шатуны, зубчатые венцы, маховики, зубчатые колёса, болты, оси и другие детали; после поверхностного упрочнения с нагревом ТВЧ - длинные валы, ходовые валики, зубчатые колёса, к которым предъявляются требования высокой поверхностной твёрдости и повышенной износостойкости при малой деформации. Эта сталь в нормализованном состоянии по сравнению с низкоуглеродистыми имеет более высокую прочность при более низкой пластичности. Стали в отожженном состоянии достаточно хорошо обрабатываются резанием. Сваривается ограниченно. Рекомендуется подогрев и последующая термообработка.

Химический состав материала:

Содержание углерода, %0,42-0,50

Содержание кремния, %0,17-0,37

Содержание марганца, %0,50-0,80

Содержание хрома, %не более 0,25

Содержание фосфора, %не более 0,035

Содержание серы, %не более 0,04

Механические свойства стали 45:

Твердость, НВ179

Предел прочности, кгс/мм61

Предел текучести, кгс/мм 36

Относительное сужение, %40

Относительное удлинение, % 16

Ударная вязкость, кгс•м/см²3,5

5. Выбор технологических баз

Выбор технологических баз определяется конструкцией детали, видом заготовки и степенью автоматизации технологического процесса. От их выбора зависит точность механической обработки и однотипность используемых приспособлений для установки. Анализ технологических баз и разработку схем базирования детали в приспособлении оформляем в виде таблицы 4. В данной таблице приведена схема базирования, которая может быть использована при изготовлении детали «Цилиндр-вал».

Таблица 4 - Схемы базирования детали

Описание установов	Схемы установки
Установ 1 Самоцентрирующийся трехкулачковый патрон с упором по торцу и неподвижный люнет
Установ 2 Самоцентрирующийся трехкулачковый патрон с упором по торцу, неподвижный люнет и вращающийся задний центр
Установ 3 Самоцентрирующийся трехкулачковый патрон с упором по торцу и неподвижный люнет
Установ 4 Самоцентрирующийся трехкулачковый патрон с упором по торцу, неподвижный люнет и вращающийся задний центр
Установ 5 Самоцентрирующийся трехкулачковый патрон с упором по торцу, неподвижный люнет и задний центр

6. Разработка технологического процесса

005 Заготовительная

010 Правильная

015 Термическая

020 Токарно-центровальная

025 Фрезерная с ЧПУ ФП37ПН4

025 Слесарная

7. Расчет режимов резания операций

020 Токарно-центровальная операция

Определение типа инструмента

Таблица 5 - Тип инструмента

Номер инструмента	Обработка	Инструмент
1	Точение торца	Резец подрезной Р6М5 ГОСТ 18871-73
2	Сверление центрового отверстия	Сверло центровочное Р6М5 ГОСТ 14952-75
3	Точение диаметра	Резец проходной прямой Р6М5 ГОСТ 18869-73

Назначение стойкости инструмента

деталь заготовка материал изготовление

Таблица 6 - Стойкость инструмента

Номер инструмента	Инструмент	Период стойкости Т, мин
1	Резец подрезной 32х20х170 ГОСТ 18871-73	60
2	Сверло центровочное d = 20 мм ГОСТ 14952-75	45
3	Резец проходной прямой 32х20х170 ГОСТ 18869-73	60

Расчет режимов резания токарно-центровальной операции

Точение торца

Переход 1, Переход5

Глубина резания t = 2 мм.

Подача S = 0,8 мм/об.

Скорость резания вычисляется по формуле 2:

, м/мин(2)

где Т - период стойкости инструмента, мин; t - глубина резания, мм; S - подача, мм/об;

,

где

коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала ( = 600 МПа; n_v=1,75);

К_пv- коэффициент учитывающий состояние поверхности заготовки (0,9);

К_иv- коэффициент учитывающий материал инструмента (1).

С_v = 340; m = 0.2; x = 0.15; y = 0.45.

Определяем частоту вращения заготовки по формуле 3:

, об/мин(3)

где D - диаметр обрабатываемой детали, мм.

Определение времени обработки производится по формуле 4:

, мин(4)

где ;

L_рх - длина рабочего хода, мм.

Сверление центровых отверстий

Переход 2, Переход 6

Глубина резания t = 10 мм.

Глубина отверстия 47 мм.

Подача S = 0,15 мм/об.

Скорость резания вычисляется по формуле 5:

, м/мин(5)

где Т - период стойкости инструмента, мин; S - подача, мм/об; D - диаметр отверстия, мм;

,

где

коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала ( = 600 МПа; n_v=1,75);

К_иv - коэффициент, учитывающий материал инструмента (1);

К_lv - коэффициент, учитывающий глубину отверстия (1).

С_v = 9,8; q = 0,4; m = 0.2; y = 0.5.

Определяем частоту вращения по формуле 2.3, где D - диаметр отверстия, мм.

Определение времени обработки производится по формуле 2.4, где

Точение наружного диаметра

Переход 3, Переход 4

Глубина резания t = 2,5 мм.

Подача S = 0,8 мм/об.

Скорость резания вычисляется по формуле 2.

Определяем частоту вращения заготовки по формуле 3.

Определение времени обработки производится по формуле 4: где

;

L_рх - длина рабочего хода.

Переход 3:

Переход 4:

025 Фрезерная операция

Определение типа инструмента

Таблица 7 - Тип инструмента

Номер инструмента	Обработка	Инструмент
4	Фрезерование круговых пазов	Фреза концевая Р6М5 ГОСТ 17026-71
5	Фрезерование круговых пазов	Фреза концевая Р6М5 ГОСТ 17026-71
6	Фрезерование винтовых пазов	Фреза концевая Р6М5 ГОСТ 17026-71
7	Фрезерование шпоночного паза	Фреза шпоночная Р6М5 ГОСТ 9140-78
8	Фрезерование шестигранника	Фреза концевая Р6М5 ГОСТ 17026-71
9	Фрезерование лыски	Фреза торцевая Р6М5 ГОСТ 9304-69

Назначение стойкости инструмента

Таблица 8 - Стойкость инструмента

Номер инструмента	Инструмент	Стойкость Т, мин
4	Фреза концевая D = 50 мм z = 8 ГОСТ 17026-71	180
5	Фреза концевая D = 40 мм z = 6 ГОСТ 17026-71	120
6	Фреза концевая D = 32 мм z = 6 ГОСТ 17026-71	90
7	Фреза шпоночная D = 25 мм z = 2 ГОСТ 9140-78	45
8	Фреза концевая D = 45 мм z = 6 ГОСТ 17026-71	120
9	Фреза торцовая D = 63 мм z = 14 ГОСТ 9304-69	180

Расчет режимов резания фрезерной операции

Окружная скорость фрезы (м/мин) определяется по формуле 6:

, м/мин(2.6)

где Т - период стойкости инструмента, мин; S - подача, мм/об; D - диаметр фрезы, мм; t - глубина фрезерования (при обработке концевыми фрезами измеряется в направлении перпендикулярном к оси фрезы, торцевыми - параллельном оси фрезы), мм; B - ширина фрезерования (при обработке концевыми фрезами измеряется в направлении параллельном оси фрезы, торцевыми - перпендикулярном к оси фрезы), мм; z - число зубьев фрезы;

где

коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала ( = 600 МПа; n_v=1,75);

К_пv- коэффициент учитывающий состояние поверхности заготовки (0,9);

К_иv- коэффициент учитывающий материал инструмента (1).

Для концевых фрез: С_v = 46,7; q = 0,45; m = 0.33; x = 0.5; y = 0.5; и = 0,1; р=0,1.

Для торцевой фрезы: С_v = 41; q = 0,25; m = 0.2; x = 0.1; y = 0.2; и = 0,15; р=0.

Для шпоночной фрезы: С_v = 12; q = 0,3; m = 0.26; x = 0.3; y = 0.25; и = 0; р=0.

Частоту вращения n определяем по формуле 2.3, где D - диаметр фрезы, мм.

Определение времени обработки To производится по формуле 4.

Полученные данные по фрезерованию сводим в таблицу 9.

Таблица 9 - Полученные данные по фрезерованию

Номер инструмента	t, мм	Sz, мм/зуб	B, мм	V, м/мин	n, об/мин	То, мин
4	6	0,03	50	36	230	10,3
5	6	0,04	40	37	296	9,8
6	6	0,04	32	41	411	11,1
7	9	0,012	25	22	272	6,8
8	7,87	0,026	45	45	316	7,6
9	15	0,1	54	36	182	3,1

Размещено на Allbest.ru

...