Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Вологодский государственный университет»

Институт машиностроения, энергетики и транспорта

Технологии машиностроения

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

Модернизация привода передвижного ленточного конвейера участка загрузки бункеров шихтой ПАО «Северсталь»

Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств

Айрапетов Сергей Самвелович

И.о.директора института __________________________(А.А. Фролов)

Заведующий кафедрой ___________________________(А.С. Степанов)

Руководитель ВКР ______________________________(В.А. Глазков)

Нормоконтролёр ________________________________(В.В. Яхричев)

Вологда 2019



СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ВКР

1.1 Анализ состояния оборудования

1.2 Цель и задачи проектирования

2. КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Описание работы конвейера

2.2 Расчёт и проектирование привода конвейера

2.2.1 Энергокинематический расчет привода

2.2.2 Выбор тормоза

2.2.3 Расчет вала приводного барабана

2.2.4 Проверочный расчет подшипников

2.2.5 Уточненный расчет вала приводного барабана

2.2.6 Выбор муфт

2.3 Расчёт и проектирование гидропривода шибера

3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

3.1 Разработка технологического процесса изготовления концентратора

3.1.1 Характеристика детали

3.1.2 Анализ технологичности конструкции детали

3.1.3 Тип производства

3.1.4 Выбор заготовки

3.1.5 Выбор методов и этапов обработки детали

3.1.6 Расчет припусков на механическую обработку

3.1.7 Нормирование операций

3.1.8 Выбор оборудования

3.1.9 Выбор режущего инструмента

3.1.10 Расчет режимов резания

3.2 Расчёт протяжки для обработки шпоночного паза

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Программа на станке с ЧПУ



ВВЕДЕНИЕ

ПАО «Северсталь» входит в число крупнейших сталелитейных компаний мира. Конкуренция и борьба за лидерство в отрасли является жестокой реальностью сегодняшних дней. С каждым годом ситуация на рынке металла становится все более сложной, и чтобы сохранить лидерство на «Северстали» предпринимаются ряд мер по удержанию и упрочению позиций, получению большей прибыли, строят новые цеха с современным оборудованием реконструируют, модернизируют оборудование на всех этапах производства, начиная с добычи сырья, заканчивая качеством выпускаемой продукции и сохранением окружающей среды. Только тот, кто сегодня сумеет выполнить требования клиентов, дать лучшее качество, обеспечить разумный уровень издержек, сможет нормально развиваться и быть конкурентоспособным.

В основу бизнес-плана комбината легли три магистральных направления: первое - реализация проекта по производству автомобильного листа с высококачественным цинковым покрытием, второе - производство штрипса для труб большого диаметра, третье - полный отказ от мартеновской технологии и переход на непрерывную разливку стали, что позволит в два с половиной раза увеличить реализацию сортового проката отечественным автомобильным, метизным и подшипниковым заводам, а также расширить экспортные поставки. Для выпуска таких продуктов необходимо вывести на новый уровень качества выплавки чугуна, конвертерной и электростали.

Металлопрокат является наиболее распространенным в промышленности материалом, идущим в значительном количестве для машиностроения, инженерных сооружений, строительства и т. д. Для его производства необходимы все переделы производства.

К одному из таких переделов относится агломерационное производство. Важным продуктом для производства чугуна является агломерат. Дробленая железная руда и концентраты перед загрузкой в доменную печь окусковываются. Одним из основных способов окускования является агломерация. Процесс агломерации осуществляется на агломерационной фабрике, расположенной на современном металлургическом заводе вблизи доменного цеха.

Агломерационное производство ПАО «Северсталь» включает в себя комплекс цехов. В него входят агломерационный цех № 2, агломерационный цех № 3, шихтоподготовительный цех № 1, шихтоподготовительный цех № 2. В агломерационном производстве используются различные виды оборудования: агломерационные машины, окомкователи, молотковые дробилки, четырехвалковые дробилки, шахтные мельницы, грохоты, линейные охладители, ленточные конвейеры и другое оборудование.

Конвейер передвижной ленточный - это современный мобильный конвейер используемый для обеспечения загрузки бункеров. Обычно применяют ленточные конвейеры, которые устанавливаются стационарно и не позволяют производить равномерное распределение материалов в необходимых по технологии зонах бункеров.

Необходимость, в проектировании передвижного ленточного конвейера, возникла для обеспечения равномерного распределения материалов в бункерах агломерационных машины. При замене стационарных конвейеров на передвижные снизятся затраты на эксплуатацию, на ремонт и тех. обслуживание оборудования, простои, отпадает необходимость в уборке просыпей рабочего продукта, повысится производительность и снизится себестоимость производства агломерата.

В данной работе разрабатываем участок подачи шихты в бункера агломерационных машин. Разработаем общий вид конвейера, спроектируем и произведём расчёт привода передвижного ленточного конвейера.



1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ВКР

1.1 Анализ состояния оборудования

Агломерационный цех №2 состоит из спекательного отделения с агломашинами ленточного типа модификации АК - 75 с площадью спекания 100 кв. метров, шихтового отделения с комплексом оборудования и отделения сортировки агломерата.

Подготовка шихты к спеканию осуществляется в шихтовом отделении. Поступающие в шихтовое отделение материалы проходят предварительную подготовку. Известняк и коксовая мелочь измельчаются до необходимых размеров и отправляются в шихтовые бункера, концентрат загружается в шихтовые бункера на прямую. В шихтовом отделении материалы поступают на сборный конвейер и транспортируются в смеситель первичного смешивания. После перемешивания материалы группой конвейеров перемещаются в спекательное отделение.

Важной задачей в соблюдении технологического процесса является равномерная загрузка бункеров агломашин. Бункера установлены попарно с промежуточным расстоянием между ними 12 метров. В настоящее время загрузка бункеров производится стационарным реверсивным ленточным конвейером с шириной ленты 1200 мм. Загрузка бункеров производится следующим образом. С ленточного конвейера А-2 агломерационная шихта пересыпается на конвейер А-4, с него на приемный лоток, который находится между парных бункеров. Скатываясь по наклонным стенкам бункера, шихта заполняет сам бункер. Данная технология загрузки не позволяет полностью использовать полезную емкость бункера, в результате чего приходится часто делать реверс конвейера, что приводит к более интенсивному износу оборудования.

На рисунке 1.1 показана схема участка загрузки бункеров шихты до модернизации:

Рисунок 1.1 - Схема участка загрузки бункеров шихты до модернизации

На рисунке 1.2 рассматривается циклограмма работы участка до модернизации:

Рисунок 1.2 - Циклограмма работы участка до модернизации:

Т₁ - время загрузки бункеров 1 и 2 (Т₁ = 10 мин); Т₂ - время загрузки бункеров 3 и 4 (Т₂ = 10 мин); Т₃ - время загрузки бункеров 5 и 6 (Т₃= 10 мин)

Если проанализировать работу производственного участка загрузки шихты в бункера агломашин, то можно обнаружить ряд технических и технологических недостатков.

Среди этих недостатков выделяются:

1. Периодические аварийные ситуации на конвейере А-4;

2. Необходимость периодических чисток бункеров из-за потери полезной емкости бункера;

3. Оборудования в цехе расположение не рационально, что приводит к нерациональному использованию рабочего места.

Учитывая все вышеперечисленные факторы можно прийти к выводу о необходимости модернизации.

На основе анализа основных недостатков рассматриваемого участка предлагается провести модернизацию. Она позволит увеличить производительность участка, за счет установки ленточных конвейеров повышенной производительности, и повысить эффективность производства, благодаря равномерному распределению материалов и более полной загрузке бункеров.

Схема оборудования после модернизации имеет ряд технических новшеств. Агломерационная шихта с конвейера А-2 попадает на перекидной шибер, который распределяет шихту на конвейера А-4 и А-6. Конвейера А-4 и А-6 выполнены в новом варианте, они теперь имеют дополнительно привод передвижения и могут загружать бункера по всей длине. Полезная емкость бункеров значительно возрастет, следовательно, время выдачи шихты из одного бункера тоже увеличится, а значит, появляется возможность увеличить производительность участка на 15-20 %.

Таким образом, после проведения модернизации будет наблюдаться равномерная работа оборудования, увеличится производительность, улучшатся условия труда в цехе.

На рисунке 1.3 показана схема участка загрузки бункеров шихты после модернизации.



Рисунок 1.3 - Схема участка загрузки шихты после модернизации

На рисунке 1.4 рассматривается циклограмма работы участка после модернизации.

Рисунок 1.4 - Циклограмма работы участка после модернизации

При модернизации необходимо спроектировать и рассчитать оборудование, которое будет установлено в цехе. К основному производственному оборудованию относятся: передвижные ленточные конвейеры (транспортеры). Таким образом, следует рассмотреть основные узлы и детали ленточного конвейера, особенности их конструкции, системы привода.

1.2 Цель и задачи проектирования

Целью проекта является разработка и модернизация ленточного конвейера предназначенного для подачи материалов в шихтовые бункера агломашин.

Из цели выводим следующие задачи:

- провести анализ состояния оборудования на участке подготовки материалов в агломерационном цехе №2;

- проводим расчёт и проектировку привода ленточного конвейера;

- проводим расчёт и проектировку гидропривода шибера;

- разработать общий вид конвейера;

- рассчитать протяжку для обработки шпоночного паза;

- разработать технологический процесс изготовления концентратора.

- 

2. КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Описание работы конвейера

На передвижном ленточном конвейере имеется привод передвижения. Он позволяет перемещаться и тем самым загружать бункер по всей его площади.

Резинотканевая лента, опирающаяся на роликовые опоры представляет собой несущий и тяговый орган конвейера. Она замкнуто протянута через приводной и натяжной барабаны. Движется лента при помощи фрикционной передачи, её натяжение создается натяжным устройством. Для централизации ленты и исключение ее поперечного смещения применяют центрирующие роликовые опоры.

Диаметр барабана соответствует ГОСТ 18974-87. Рассчитывается диаметр ролика, он зависит от скорости движения ленты и ширины, рода груза и размеров его частиц. Длина ролика равна длине барабана.

Для большого срока службы ленты применяют барабаны большого диаметра для избегания большого напряжения изгиба самой ленты

Схема конвейера представлена на рисунке 2.1.



Рисунок 2.1 - Принципиальная схема ленточного конвейера для транспортировки агломерационной шихты

2.2 Расчёт и проектирование привода конвейера

Требования к конвейеру обеспечить заданную производительность и перемещение агломерационной шихты от конвейера А-2 до участка загрузки бункеров:

- транспортируемый материал - агломерационная шихта;

- объемный вес - 2,0 т/м³;

- производительность Q - 900т/ч;

- ширина ленты B - 1400 мм.

Привод проектируемого ленточного конвейера представляет собой совокупность машин и механизмов предназначенных для обеспечения перемещения грузов по ленточному конвейеру.

Привод проектируемого ленточного конвейера состоит из электродвигателя (1), редуктора (3), приводного барабана (5), соединительных муфт (2,4), установленных на сварную металлическую раму. На рисунке 2.2 представлена схема привода.

Рисунок 2.2 - Кинематическая схема привода ленточного конвейера

агломерационный гидропривод шибер конвейер

2.2.1 Энергокинематический расчет привода

Расчет требуемой мощности привода произведем приближенным методом по методике представленной в [5].

Требуемую мощность привода определяют по формуле (2.1):

, , (2.1)

где Р - тяговое усилие на ободе приводного барабана, Н;

- скорость перемещения груза, м/с;

К - коэффициент неучтенных потерь.

Необходимое расчетное тяговое усилие Р на ободе приводного барабана по формуле (2.2):

, (2.2)



где К_Д - учитывающий дополнительные сопротивления коэффициент в местах загрузки, его выбирают в зависимости от длины конвейера L_r, при L_r = 32 м К_Д ? 1,5;

Н₀, Н - высота в начале наклонного участка и высота в конце наклонного участка, м;

w - коэффициент сопротивления движению ленты по роликоопорам и барабанам;

- погонная нагрузка от транспортируемого груза, кг/м;

- линейные нагрузки, кг/м;

- нагрузка средняя линейная, кг/м.

Важнейшим показателем сопротивления является коэффициент определяющим работу конвейера. На него влияют следующие факторы: режим работы конвейера, температуры окружающей среды, тип и конструкция рассматриваемого узла и др.

В данном приближенном методе расчета рассматривается обобщенный коэффициент сопротивления w, в дальнейшем называемый коэффициентом сопротивления, так как наличие большого числа факторов, влияющих на коэффициент сопротивления w, позволяет рекомендовать только усредненные их значения в зависимости от основных условий. Значения w приведены [5] w = 0,05

Определяются линейные нагрузки и по формулам (2.3) и (2.4):

, кг/м, (2.3)

кг/м, (2.4)

где , - массы роликоопоры верхней и нижней ленты, кг;

, - шаг роликоопор, м.

Роликоопоры нижней ветви в большинстве случаев устанавливают на кронштейнах стоек средней части конвейеров, шаг которых принимается равным на прямых и вогнутых участках трассы 2,4 - 3 м, на выпуклых участках 1 - 1,5.

Погонная нагрузка от транспортируемого груза на конвейер, формула (2.5):

, кг/м, (2.5)

где F - площадь сечения материала на ленте, м²;

с - коэффициент угла наклона конвейера;

г - насыпная плотность груза, кг/м³.

При угле откоса материала ц = 45⁰ и наклоне роликов конвейера б = 30⁰

площадь сечения материала на ленте можно найти по приближенной формуле (2.6):

, м², (2.6)

где B - ширина ленты, м.

, м²,

При угле наклона конвейера 0⁰ коэффициент угла наклона с = 1.

Насыпная плотность шихты г = 2,0 т/м³, принимаем г = 2000кг/м³.

Переводим единицы: килограмм-сила (кгс) <--> ньютон (Н):

Отсюда требуемая мощность привода:

Для приводов мощностью до 50 кВт К = 1,2 ч 1,5,

мощностью более 50 кВт К = 1,1 ч 1,15.

Дальнейший расчет по методике[18], формула (2.7):

, (2.7)

где ;

;

.

По формуле (2.8) мощность электродвигателя:

, кВт, (2.8)

Исходя из полученных расчетных данных выбираем взрывозащищенный электродвигатель типа ВА180S4, его характеристики в таблице 2.1:

Таблица 2.1 - Характеристики электродвигателя типа ВА180S4

Параметр	Значение
Мощность, кВ	22
Номинальная частота вращения вала,,
Длинна, мм
Диаметр конца выходного вала,,
Длина конца выходного вала, мм,

По формуле (2.9) определяется частота вращения приводного барабана:

, мин^-1, (2.9)

По формуле (2.10) определяется необходимое передаточное число редуктора:

, (2.10)

Передаточное число редуктора:

По формуле (2.11) определяется крутящий момент на выходном валу редуктора:

, Нм, (2.11)

где - крутящий момент на быстроходном валу, Нм,

По формуле (2.12) определяется крутящий момент на быстроходном валу:

, Нм, (2.12)

где - номинальная угловая скорость на валу, с^-1.

По формуле (2.13) определяется угловая скорость на валу барабана:

, с^-1, (2.13)

где - номинальное число оборотов электродвигателя, об/мин.

Крутящий момент на тихоходном валу редуктора:

Выбираем коническо-цилиндрический редуктор типа КЦ2-750-28-42Ц с передаточным отношением u = 28.

У которого КЦ2 - тип редуктора, 750 - межосевое расстояние (мм), 28 - передаточное число, 42 - тип сборки, Ц - тип выходного конца тихоходного вала.

Фактическая частота вращения барабана, формула (2.14):

, (2.14)

Допустимое отклонение числа оборотов барабана конвейера, формула (2.15):

, (2.15)

где n_рм - расчетная частота вращения барабана, мин^-1;

- допускаемое отклонение скорости ленты, = 4%.

Отклонение фактического числа оборотов от расчетного, формула (2.16):

, (2.16)

где n_ф - фактическое число оборотов, мин^-1;

n_рм - расчетная частота вращения, мин^-1.

n = |52,38 - 53,68| = 1,36 < 2,1 , мин^-1,

Фактическое число оборотов барабана лежит в допустимых пределах.

Крутящий момент на вале барабана с учетом фактического передаточного числа редуктора:

2.2.2 Выбор тормоза

Исходя из конструкции редуктора, тормоз в данном случае не требуется, так как при остановке будет происходит самоторможение.

2.2.3 Расчет вала приводного барабана

Минимальный диаметр вала, формула (2.17):

, м, (2.17)

Согласно :

- диаметр выходного конца вала мм;

- длина выходного конца вала мм;

- диаметры под подшипники d₂ и d₅;

- высота буртика мм [18].

- длинна ступени под подшипник и уплотнение:

Согласно :

- длина ступени , мм,

- под подшипник, длинна ступени, будет равна ширине подшипника;

- диаметр промежуточной ступени принимаем конструктивно мм;

- диаметры под ступицы барабана принимаем также конструктивно из условия удобства монтажа барабана на вал мм;

- длинны ступеней и :

Для соединений призматическими шпонками, формула (2.18) расчет на смятие [18]:

(2.18)

где - рабочая длина шпонки, мм;

t - глубина врезания шпонки в вал составляет 11 мм;

- допустимое напряжение смятия, H/мм²,

Длина шпонки:

Рабочая длина шпонки:

Шпонка по прочности пригодна.

2.2.4 Проверочный расчет подшипников

Окружное усилие на барабане, формула (2.19):

, Н, (2.19)

Натяжение сбегающего конца ленты, формула (2.20):

, Н, (2.20)

где - коэффициент трения;

- угол обхвата барабана.

Натяжение набегающего конца ленты, формула (2.21):

, Н, (2.21)

Нагрузка на барабане от груза:

Консольная сила от муфты [18], формула (2.22):

, H, (2.22)

условия действующих моментов, формула (2.23):

, H, (2.23)

Расчетная схема вала барабана представлена на рисунке 2.3:



Рисунок 2.3 - Расчетная схема вала барабана

Реакции опор:

Предварительно выбраны радиальные сферические роликовые подшипники с радиальной нагрузкой на подшипник R_B = 12773,4 Н, согласно расчетных данных по формуле (2.24), можно пренебречь, эквивалентная нагрузка:

, Н, (2.24)

где V = 1;

;

.

По формуле (2.25) рассчитана динамическая грузоподъемность и проведём условие пригодности:

, Н, (2.25)

где - срок службы привода, ч.

Условие пригодности выполняется.

Определяем, формула (2.26) базовую долговечность подшипника:

, ч, (2.26)

Срок службы привода меньше базовой долговечности подшипника, условие пригодности выполняется.

2.2.5 Уточненный расчет вала приводного барабана

Изгибающие моменты, схемы на рисунке 2.4.

На рисунке 2.4 изображаем построенную эпюру изгибающих и крутящих моментов.

Рисунок 2.4 - Эпюры изгибающих и крутящих моментов

В опасном сечении, нормальные напряжения рассчитаны по формуле (2.27):

, Нмм², (2.27)

где М - изгибающий момент, Нм;

W - осевой момент, мм³.

Ослабленного шпоночным пазом осевой момент инерции сопротивления сечения вала, формула (2.28):



, мм³, (2.28)

где d - диаметр вала в рассматриваемом сечении, мм;

b - ширина шпоночного паза, мм;

t - глубина шпоночного паза, мм.

Коэффициент концентрации нормальных напряжений [18], формула (2.29):

, (2.29)

где = 1,6; = 0,71.

По нормальным напряжениям, формула (2.30), вычисляем предел выносливости:

(2.30)

где - предел выносливости симметричного цикла изгиба, Н/мм².

Стали 45, предел выносливости симметричного цикла изгиба:

где ,Н/мм²,

Коэффициент запаса по касательным напряжениям, формула (2.31):

(2.31)

В опасном сечении касательные напряжения по формуле (2.32):

, Н/мм², (2.32)

Ослабленный шпоночным пазом, полярный момент инерции сопротивления сечения вала, формула (2.33):

, мм³, (2.33)

Касательные напряжения в опасном сечении:

Коэффициент по формуле (2.34) концентрации нормальных:

, (2.34)

где = 1,4;

- коэффициент влияния абсолютных размеров сечения;

- коэффициент влияния шероховатости;

Формула (2.35), предел выносливости по касательным напряжениям:

, Н/мм², (2.35)

где , Н/мм², а для Стали 45 Н/мм².

По касательным напряжениям, формула (2.36) определяем коэффициент запаса:

(2.36)

Расчетный коэффициент запаса прочности, формула (2.37):

, (2.37)

где - допускаемый коэффициент запаса прочности.

условие прочности выполняется.

2.2.6 Выбор муфты

Расчёт по формуле (2.38) передаваемый крутящий момент муфтой [18]:

, Нм, (2.38)

где - зависящий от характера нагрузки коэффициент;

- крутящий момент на валу, Нм.

Исходя из расчетного крутящего момента и диаметров валов выбираем, муфту типа МУВП : (Рисунок 2.5)

Рисунок 2.5 - Муфта упругая втулочно-пальцевая:

1 - полумуфта; 2 - палец; 3 - втулка распорная; 4 - втулка упругая

2.3 Расчёт и проектирование гидропривода шибера

По формуле (2.39) определяем D гидроцилиндра:

, мм, (2.39)

Площади в штоковой и поршневой областях, формула 2.40 и 2.41:

, м², (2.40)

, м², (2.41)

Принципиальные схемы привода на рисунках 2.6 и 2.7.

Рисунок 2.6 - Выдвижение и втягивание штока



Рисунок 2.7 - Нейтральное положение

По формуле (2.42) и (2.43) рассчитываем насосную установку:

, (2.42)

, (2.43)

где Q_ох - максимальные расходы жидкости при ОХ(обратном ходе);

V_{д mаx} - максимальная скорость поршня при быстром отводе;

V_{рх mаx} - при рабочем ходе максимальная скорость поршня;

F_1СТ, F_2СТ - площади в левой и в правой полостях.

На рисунке 2.8 показана гидравлическая схема.



Рисунок 2.8 - Гидравлическая схема

F_1СТ, F_2СТ - площади в левой и в правой полостях.

Q_H? Q_MАX.

Давление на выходе из насоса по формуле (2.44):

, (2.44)

Диаметр трубопровода внутри по формуле (2.45):

, мм, (2.45)

где Q - расход жидкости, л/мин.

Толщина стенки трубопровода, формула (2.46):

d =, мм, (2.46)

где у_пр =340 МПа;

К_у= 2…8.

Напорные участки 1-2, 3-4:

0,6 мм > 0,36 мм условие выполняется.

Напорно-сливной участок 5-6:

0,6 мм > 0,36 мм условие выполняется.

Напорно-сливной участок 7-8:

, м,

0,6 мм > 0,28 мм условие выполняется.

Сливные участки 9-10, 11-12:

Проверяем условие:

1 мм > 0,06 мм условие выполняется.

Сливной участок 15-16:

Проверяем условие:

0,6 мм > 0,057 мм условие выполняется.

По формуле (2.47) в гидроаппаратах определяется потери давления ДР_ГА:

, (2.47)

Коэффициенты А и В проксимации экспериментальной зависимости потерь давления в аппарате от расхода жидкости через него определяются по формулам (2.48) и (2.49):

(2.48)

(2.49)

Потери давления для одного из аппаратов - гидрораспределитель РР:

Максимальный расход напорной линии:

Максимальный расход сливной линии:

Число Рейнольдса по формуле (2.50):

, (2.50)

Потери давления на вязкое трение по формуле (2.51):

МПа, (2.51)



Участок 1-2:

Ламинарный режим течения:

Местные потери давления складываются из потерь в различных местных сопротивлениях и определяются по формуле (2.52):

, МПа, (2.52)

Результаты расчетов сводим в таблицу 2.2:

Таблица 2.2 - Потери по длине труб

Линия	Qmаx, м3/с	Уч-к	dст, м	fст, м2	U м/с	Rеi	лi	L м	Дрl МПа
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Напор		1-2
		3-4
		5-6
	ИТОГО
Слив
		11-12
	ИТОГО
Напор		1-2
				0,000036
	ИТОГО
Слив
	0,000228
		11-12
	ИТОГО

3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

3.1 Разработка технологического процесса изготовления концентратор

3.1.1 Характеристика детали

Деталь «Концентратор» на рисунке 3.1 является одной из основных или базовых деталей в сборке, а именно к ней происходит присоединение абразивных кругов на круглошлифовальном станке типа СВААГЛ-125:

Рисунок 3.1 - Концентратор

Выбранная деталь являются важными базовым элементам изделия.

Имеются основные поверхности, они называются базовыми и их поверхности обуславливаются довольно жесткими допусками на параллельность и перпендикулярность.

Чертеж не содержит диаметра D, D1 и L (в качестве данных размеров используя способ пропорциональности существующих размеров к неизвестным.

Чертеж не содержит сведений о материале детали, что затрудняет определение возможных способов получения заготовки.

Опираясь на технические требования по твердости поверхности изделия и назначение детали - в качестве материала применяем сталь 40Х.

Рабочий чертеж требует доработки (внесение сведений о материале, недостающие размеры, вес изделия). После доработки чертеж будет соответствовать действующим на сегодняшний день стандартам и нормам.

3.1.2 Анализ технологичности конструкции детали

Деталь - концентратор имеет простую форму тела вращения. Материал, из которого будет изготовлен концентратор, хорошо обрабатывается. Так как годовая программа выпуска данной детали не значительна, то не целесообразно будет применение высокопроизводительных методов обработки. В тоже время форма детали имеет конические элементы, что в частности подразумевает использование станков с ЧПУ (числовым программным управлением).

Деталь изготовлена из материала сталь 40Х - конструкционная легированная.

Заменители стали - 45Х, 38ХА, 40ХН, 40ХС, 40ХФА, 40ХГТР.

Химический состав и механические свойства 40Х приведены в таблицах 3.1 и 3.2:

Таблица 3.1 - Химический состав ( ГОСТ 1051-73 ), %

							0,30



Таблица 3.2 - Механические свойства

Термообработка, состояние поставки	Сечение, мм	у0,2 ,МПа	ув,МПа	д5, %	ш, %	KСU, Дж/м2	HB
Пруток ГОСТ 4543-71
Закалка 860 °С, масло. Отпуск 500 °С, вода или масло	25	780	980	10	45	59	167-197
Поковка ГОСТ 8479-70
Нормализация. КП 245	500-800	245	470	15	30	34	143-179
Нормализация. КП 275	300-500	275	530	15	32	29	156-197
Закалка, отпуск. КП 275	500-800	275	530	13	30	29	156-197
Нормализация. КП 315	<100	315	570	17	38	39	167-207
	100-300	315	570	14	35	34	167-207
Закалка, отпуск. КП 315	300-500	315	570	12	30	29	167-207
	500-800	315	570	11	30	29	167-207
Нормализация. КП 345	<100	345	590	18	45	59	174-217
	100-300	345	590	17	40	54	174-217
Закалка, отпуск. КП 345	300-500	345	590	14	38	49	174-217
Закалка, отпуск. КП 395	<100	395	615	17	45	59	187-229
	100-300	395	615	15	40	54	187-229
	300-500	395	615	13	35	49	187-229
Закалка, отпуск. КП 440	<100	440	635	16	45	59	197-235
	100-300	440	635	14	40	54	197-235

3.1.3 Тип производства

Исходя из объема выпуска детали выбираем тип производства, для его определения воспользуемся таблицей 3.3. Наш выпуск составляет шт., выбираем единичное производство.

Таблица 3.3 - Тип производства от объема выпуска

Масса детали, кг	Тип производства
	Единичное	Мелко - серийное	Средне - серийное	Крупно - серийное	Массовое
<1,0	<10	10 - 2000	1500 - 100000	75000 - 200000	>200000
1,0 - 2,5	<10	10 - 1000	1000 - 50000	50000 - 100000	>100000
2,5 - 5,0	<10	10 - 500	500 - 35000	35000 - 75000	>75000
5,0 - 10	<10	10 - 300	300 - 25000	25000 - 50000	>50000
>10	<10	10 - 200	200 - 10000	10000 - 25000	>25000

3.1.4 Выбор заготовки

Для выбора заготовки детали из стали Ст40 рассмотрим её конструкцию и назначение, технические требования, а также как экономичнее изготовить.

Одно из направлений технологий механической обработки, это использование черновых заготовок с последующей их обработкой на токарных станках.

Рассмотрим варианты производства заготовок, их преимущества и недостатки:

- Отливка;

Характеризуются: большая шероховатость, твёрдый поверхностный слой, большие припуски на обработку и высокая стоимость.

- Поковка;

Характеризуются: меньшей шероховатостью поверхности, но большей волнистостью, повышенной твёрдостью поверхностного слоя, большими припусками на обработку и высокой стоимостью.

- Штамповка;

Характеризуются: возможно получение отверстий любой формы и конфигурации, малая шероховатость поверхности, высокая точность, малые припуски на обработку, высокая стоимость.

- Сортовой прокат;

Характеризуются: низкая стоимость, форма поперечного сечения (круг, квадрат, шестигранник, труба, угольник, тавр), низкий коэффициент использования материала.

Для детали - «Концентратор» выберем самый рациональный из рассмотренных способов получения заготовки:

- штамповка на ГКМ;

- сортовой прокат.

Рассмотрим оба способа:

Стоимость заготовки, с учетом общих потерь (распиловка, подготовка, не мерные остатки и др.), формула (3.1):

, руб., (3.1)

где - масса, кг;

- цена за тонну, руб.

На рисунке 3.2 рассматриваются варианты заготовок:

Рисунок 3.2 - Эскизы заготовок (в двух вариантах)

Определим стоимость заготовки из проката:

Определим стоимость штампованной заготовки на ГКМ:

При горячей штамповке. Окалину после получения заготовки удаляют. Массу заготовки с учетом окалины определим по следующей формуле (3.2):

, кг, (3.2)

Выбор заготовки, исходя из полученных результатов, наиболее дешевая заготовка получается из проката. В нашем случае заготовка с максимально приближенными контурами к готовому изделию стоит немного дороже заготовки из горячекатаного круглого проката. Но штампованная заготовка менее затратная в обработке, что значительно сказывается на времени обработки детали и соответственно на экономии машинного времени, к тому же в отходы уходит меньше всего материала. Но в связи с малой партией деталей данный метод заготовки не совсем оправдан, так как для производства заготовок требуется изготовить оснастку и иметь на производственном участке ковочное оборудование.

Для производства такой малой партии детали выгоднее использовать горячекатаный прокат. Количество механической обработки увеличивается незначительно по сравнению со штамповкой, но зато для изготовления детали достаточно стандартного набора станков имеющегося практически в каждом ремонтном участке. Для изготовления детали используем заготовку, полученную из горячекатаного проката методом распиловки на пильном станке. В качестве сортамента используем следующий прокат:

Круг 82 ГОСТ 2590-88 / Сталь 40Х ГОСТ 4543-71.

3.1.5 Выбор методов и этапов обработки детали

Механическая обработка включает в себя следующие операции:

- токарная;

- фрезерная;

- термообработка;

- шлифовальная.

На рисунке 3.3 обозначен маршрут обработки:



Рисунок 3.3 - Маршрут обработки

010 Токарная:

1. подрезать торец заготовки начисто (2 прохода);

2. точить поверхность 80 на длину L=60мм начерно;

3. обрезать в размер L=60мм оставив припуск на подрезку.

015 Токарная (переустановить деталь):

1. подрезать торец заготовки начисто (2 прохода);

2. точить торец начерно (2 прохода);

3. точить торец начисто;

4. снять фаску 0,5 на 45⁰;

5. снять фаску 1,0 на 45⁰.

020 Токарная (переустановить деталь):

1. сверлить отверстие 8 начисто;

2. сверлить отверстие 15 на глубину L=41мм-начисто;

3. сверлить отверстие 30 на глубину L=30мм-начерно;

4. расточить отверстие с 30 до 34^+0,1мм на глубину L=30мм- начисто;

5. произвести обработку сложной поверхности с применением ЧПУ.

030 Фрезерная:

1.Фрезеровать 4 паза b=2мм на глубину 8 мм

035 Термообработка;

040 Шлифовальная:

1. Шлифовать торец начисто.

3.1.6 Расчет припусков на механическую обработку

Расчет припуска 80 по H11 (_-0,19 ) мм. приведен в таблице 3.4, где последовательно приведён технологический маршрут.

Таблица 3.4 - Расчет припусков 80_-0,19 мм

Технологические переходы обработки размера 80-0,19	Элементы припуска, мм	Расчетный припуск 2Zmin, мкм	Расчетный размер dр, мм	Допуск , мкм	Предельный размер, мкм	Предельные значения припусков, мкм
	Rz	T					dmin	dmаx
заготовка	200	300	50		81,61	600	81,61	82,21	-	-
обдирка h14	125	120	2		80,51	440	80,51	80,95	1100	1260
черновое точение h12	63	60	-		80,056	380	80,06	80,44	450	510
чистовое точение h10	20	30	-		79,81	190	79,81	80,00	250	440
Итог:	-

Суммарное отклонение по формуле (3.3):

, мкм, (3.3)

где - погрешность, мкм.

По формуле (3.4) определяется погрешность коробления:



,мкм, (3.4)

где _к - кривизна, мкм/мм;

L - длина, мм.

Отклонение пространственное остаточное по формуле (3.5):

, мкм, (3.5)

Применяется зажимное приспособление с постоянным усилием, его погрешность закрепления зажима из расчетов исключаем.

Расчет минимальных значений припусков, формула (3.6):

(3.6)

прокат:

обдирка:

черновое точение:

чистовое точение:

Определяем расчетный размер для перехода, предшествующего конечному, формулы (3.7) и (3.8):



, мм, (3.7)

, мм, (3.8)

где еs - отклонение нижнее.

Определяем расчетные размеры:

после чернового точения:

после обдирки:

прокат:

К округленному наименьшему предельному размеру прибавлением допуска по формуле (3.9) находим наибольшие предельные размеры:

, мм, (3.9)

где _i - допуск, мм.

В соответствии с квалитетом обработки для каждого перехода:

- после обдирки: d_mаx= 80,51+0,44 = 80,95, мм,

- после чернового точения: , мм,

- после чистового точения: , мм,

Проверка произведенных расчетов, формула (3.10):

z_imаx-z_imin=_i-1-_i (3.10)

440-250=380-190

180=190 (верно)

Нижнее отклонение размера заготовки находим по ГОСТ 7505--74,

Н_з=700 мкм:

В качестве заготовки принимаем прокат из стандартного ряда с размером по диаметру 85мм.

На рисунке 3.4 показана схема припусков и допусков:

Рисунок 3.4 - Схема припусков и допусков

3.1.7 Нормирование операций

Определяем с учетом производительности, величины снимаемого припуска время по формуле (3.11):



(3.11)

Дальнейший расчёт основного времени заносим в таблицу 3.5:

Таблица 3.5 - Время основное

Наименование операции	Диаметр участка, мм	Глубина резания, мм	Длина обр-ки, мм	Формула для расчета основного времени, мин	То, мин
	до обр-ки	после обр-ки
Токарная операция I установ I
Подрезать торец начерно Rа6.3	85	-	1	42	0,037(D2-d2)10-3	0,26
Подрезать торец начисто Rа1.6	85	-	1	42	0,052(D2-d2)10-3	0,36
Центровать отверстие	-	6,3	-	14	0,52(dl)10-3	0,045
Точение наружной поверхности	85	81	2	60	0,17(dl)10-3	0,83
Точение наружной поверхности	81	80	0,5	60	0,17(dl) 10-3	0,82
Отрезать заготовку	85	0	5	42,5	0,037(D2-d2)10-3	0,27
Токарная операция I установ II
Подрезать торец начерно Rа6.3	80	-	1	40	0,037(D2-d2)10-3	0,24
Подрезать торец начисто Rа1.25	80	-	1	40	0,052(D2-d2)10-3	0,33
Центровать отверстие	-	6,3	-	14	0,52(dl)10-3	0,045
Точить торец начерно Rа6.3	80	18	4	31	0,037(D2-d2)10-3	0,44
Точить торец начисто Rа1.25	80	18	0,5	31	0,052(D2-d2)10-3	0,32
Снять фаску	18	17	0,5	0,5	0,052(D2-d2) 10-3	0,0018
Снять фаску	80	78	1	1	0,052(D2-d2)10-3	0,0160
Токарная операция I установ III
Сверлить отверстие	-	8	-	58	0,52(dl)10-3	0,24
Сверлить отверстие	-	15	-	41	0,52(dl)10-3	0,32
Сверлить отверстие	-	30	-	30	0,52(dl)10-3	0,47
Расточить отверстие	30	33	1,5	30	0,3(dl)10-3	0,18
Расточить отверстие	33	34	0,5	30	0,3(dl)10-3	0,18
Токарная операция I установ IV (Обработка на станке с ЧПУ)
Точение наружной поверхности (4 прохода)	80 75 70 65	75 70 65 60	10	38	0,17(dl)10-3	0,49 0,45 0,42 0,39
Точение наружной поверхности (4 прохода)	60 55 50 45	55 50 45 40	10	38 31,5 25 18,5	0,17(dl)10-3	0,36 0,27 0,19 0,13
Снять фаску	80	78	1	1	0,052(D2-d2)10-3	0,0160
ИТОГО по токарной	8,0098
Фрезерная операция
Фрезеровать 4 паза	-	-	В=2	8	2,2b10-3	0,017
Шлифовальная операция
Шлифование поверхности «Г»	40	-	-	-		18,000

3.1.8 Выбор оборудования

Для токарной обработки используем - токарно-револьверный станок с ЧПУ 1325Ф30 для токарных работ по обработки деталей диаметром до 29 мм. среднесерийного производства. При использовании ручного патрона возможна обработка деталей диаметром до 125 мм.

На станке производится следующие виды токарной обработки: обточка, расточка, подрезка, проточка и расточка канавок, сверление, зенкерование, развертывание, нарезание резьбы метчиками и плашками, а также резцами, обточка и расточка конических поверхностей, а также криволинейных поверхностей, образованных радиусами.

Станок обеспечивает точность обработки - 7 квалитет, при расточке - 8 квалитет, по длине - в пределах 50 мкм.

На станке должен обрабатываться только калиброванный холоднотянутый прутковый материал (с полем допуска до 12 ) по ГОСТ 1628-78, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 2060-73, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 7417-75.

Станок построен с использованием устройства ЧПУ "Электроника НЦ-31", приводов подач X и Z "КЕМТОК" и главного привода "КЕМТОР" или "КЕМРОС". 1325Ф30.

Ниже приводится таблица 3.6 с техническими характеристиками токарно-револьверного станка 1325Ф30:



Таблица 3.6 - Технические характеристики токарно-револьверного станка 1325Ф30

Наименование параметров	Ед.изм.	Величины
Класс точности П		П
Диаметр отверстий в револьверной головке	мм	30
Количество управляемых координат		2
Максимальная длина изделия в цанговом зажиме	мм	100
Наибольшая длина обрабатываемого изделия в патроне	мм	60
Конец шпинделя по ГОСТ 12595-72		2-5Ц
Наибольшая длина подачи прутка за один цикл	мм	80
Пределы подач продольных крестового суппорта	мм/мин	2 - 2500
Пределы поперечных подач крестового суппорта	мм/мин	1 - 1250
Максимальная длина прутка без поддерживающего устройства	мм	850
Наибольшая длина заправляемого прутка	мм	3000
Высота оси шпинделя от нижней плоскости основания	мм	1060
Длина станка без приставляемых агрегатов	мм	2850
Ширина станка без приставляемых агрегатов	мм	1185
Высота станка без приставляемых агрегатов	мм	1700
Масса станка без приставных агрегатов, дополнительных устройств, принадлежностей и вспомогательного инструмента	кг	2160
Наибольшее сечение резцов, устанавливаемых с державках	мм	16 Х 16
Мощность двигателя	кВт	6

3.1.9 Выбор режущего инструмента

При выборе инструмента следует использовать, по возможности, стандартные РИ.

Приведём в таблице 3.7 данные о режущем инструменте [17]:

Таблица 3.7 - Режущий инструмент

Наимено-вание	Режущий инструмент	Материал реж. части	Эскиз (форма рабочей части)
Токарная	Резец контурный правый
Токарная	Сверло спиральное серии 8
Токарная	Сверло спиральное серии 15

3.1.10 Расчет режимов резания

Частота вращения шпинделя, формула (3.12):

(3.12)

Принимаем n₁= 250 об/мин, формула (3.13):

(3.13)

Определяем силу резания, формула (3.14):

(3.14)

Принимаем по [1] поправочные коэффициенты на силу резания: К₁=300; m=1,0; n=0,75:

Р_z=300•1•0,68=204

Определяем крутящий момент:

М_к= Р_zD/2•1000=204•85/2•1000=8,67

Определяем мощность, затрачиваемую на резание, формула (3.15):

(3.15)

первый проход:

второй проход:

Сверление центровочным сверлом d=6мм

Применяем сверло центровочное по ГОСТ 14952-69.

Назначаем 1 группу подачи S = 0,08-0,18 мм/об принимаем S = 0,175 мм/об.

По формуле (3.16) вычисляем скорость резания:

, м/мин, (3.16)

Формула (3.17) для обработки конструкционной углеродистой стали с _в=75 кгс/мм^2; С_v=98,9; q_v=90,4; x_v=0; у₀=0,7; m=0,2. Коэффициент на скорость резания:



(3.17)

; KИv=1, Кlv=1.

Частота вращения шпинделя, формула (3.18):

(3.18)

Частота вращения по паспорту станка: , скорость движения резания формула (3.1...