Анализ технических требований, характеристика материала детали

      Кроме того, в расчете скорости резания при точении коррозионно-стойких сталей вводится дополнительный поправочный коэффициент – 0,8.

      По формуле 7.15 рассчитывают оптимальную скорость резания (на 4 перехода соответственно):

V1 = (420*0,64*0,8)/(600,2*0,50,15*0,3).2) = 136,1 м/мин

V2 = (420*0,64*0,8)/(600,2*0,550,15*0,3).2) = 130 м/мин

V3 = (420*0,64*0,8)/(600,2*0,80,15*0,3).2) = 131,6 м/мин

V4 = (420*0,64*0,8)/(600,2*20,15*0,3).2) = 119 м/мин

      5) Расчёт частоты вращения шпинделя.

n = 1000 Vопт / πD ,                                                    (7.17)

где D – диаметр заготовки, мм

n1 = (1000* 136,1)/( 3,14*18,2) = 2381,5 мин-1

n2 = (1000* 130)/ ( 3,14*18,2) = 2274,8 мин-1

n3 = (1000* 131,6)/( 3,14*18,2) = 2302,8 мин-1

n4 = (1000* 119)/ (3,14*18,2) = 2082,3 мин-1

      Корректируем частоту вращения шпинделя по паспорту до ближайшего меньшего.

nд1 = nд2 = nд3 = nд4 = 1600 мин-1

      6) Расчёт действительной скорости резания.

Vд = π*D*n/1000 , м/мин                                               (7.18)

Т.к. на всех 4 переходах расчетные значения D и nд равны, то действительные скорости тоже равны.

Vд1 = Vд2 = Vд3 = Vд4 = 3,14* 18,2 * 1600 / 1000 = 91,4 м/мин

      7) Расчёт действительной стойкости резца.

Тд = Т(Vопт./Vд)5                                                       (7.19)

Тд1 = 60*1,55 = 439 мин

Тд2 = 60*1,45 = 322,7 мин

Тд3 = 60*1,445 = 371 мин

Тд4 = 60*1,35 = 224,5 мин

      8) Расчет силы резания Pz и мощности резания Nрез

Основная составляющая силы резания рассчитывается по формуле:

Pz = 10*СрtxSyVnKp , Н                                                    (7.20)

Показатели степени и коэффициенты выбираются по нормативам:

Ср = 204      х = 1,0

y = 0,75      n = 0

Kp – общий поправочный коэффициент, находится по формуле:

Kp = Kpм Kpφ Kpy Kpλ Kpγ = 1*1,1*1*1*0,93 = 1,023

Pz1 = 10*204*0,5*0,30,75*91,40*1,023 = 417,4 H

Pz2 = 10*204*0,55*0,30,75*91,40*1,023 = 459,1 H

Pz3 = 10*204*0,8*0,240,75*91,40*1,023 = 688,3 H

Pz4 = 10*204*1,5*0,240,75*91,40*1,023 = 1073,4 H

      Мощность резания вычисляется по формуле:

Np = (Pz*V)/(10*60*102)                                                (7.21)

Np1 = (417,4*91,4)/(10*60*102) = 0,62 кВт

Np2 = (459,1*91,4)/(10*60*102) = 0,68 кВт

Np1 = (688,3*91,4)/(10*60*102) = 1,03 кВт

Np1 = (1073,4*91,4)/(10*60*102) = 1,92 кВт

      9) Определение достаточности мощности резания для заданных условий обработки

Nшп > Nрез

Nшп = Nдв*η,                                                                                                      (7.22)

где Nдв – мощность двигателя станка по паспорту, кВт

η – КПД станка

Nдв = 10 кВт     η=0,75

По формуле 7.22 рассчитываем мощность шпинделя:

Nшп = 10*0,75 = 7,5 кВт

0,62 кВт < 7,5 кВт

0,68 кВт < 7,5 кВт

1,03 кВт < 7,5 кВт

1,92 кВт < 7,5 кВт

      8 Определение норм времени

      Норма времени – регламентируемое время выполнения единицы работы технологической операции (в определённых организационно-технических условиях одним или несколькими исполнительными соответствующей квалификации).

      Штучное время – норма времени, установленную на одну операцию или единицу изделия.

      Целью данного расчёта норм времени является определение штучного времени. При этом применяется аналитически-расчётный метод нормирования труда, который предусматривает использование заранее разработанных нормативов времени. Аналитический метод предусматривает деление нормируемой операции на элементы, анализ факторов, влияющих на их продолжительность, проектирование рациональной структуры операции и организационно-технических условий её выполнение, расчёт времени по элементам.

      Нормативы для нормирования – это исходные регламентирующие материалы, предназначенные для расчёта продолжительности выполнения отдельных элементов. 

      Итак, штучное время рассчитывается по формуле:

Тш = (То + Тв)*(1+(аобс+аотд)/100) , мин                                    (3.1)

где То – основное (машинное время), мин

Тв – вспомогательное время, мин

аобс – время на обслуживание рабочего места (процент от оперативного времени)

аотд – время перерывов на отдых и личные надобности (процент от оперативного времени) Основное время вычисляется по формуле:

То = Li/nS , мин                                                         (3.2) 

L – рабочий путь инструмента (длина обработки с врезанием и перебегом)

      При точении перебег обычно равен 1…3 мм. Врезание зависит от глубины резания и угла резца в плане (обычно при точении оно равно 1…2,5мм). При фрезеровании и сверлении врезание+перебег выбираются по нормативам.

     Вспомогательное время рассчитывается по формуле:

Тв = (tуст + Σtпер + Σt’пер + Σtизм)Кtв  , мин                                (3.3) 

где tуст – время, затрачиваемое на установку и снятие инструмента

Σtпер – общее время, связанное с переходом;

Σt’пер – общее время, связанное с переходами, не вошедшие в комплекс;

Σtизм – общее время, затрачиваемое на контрольные измерения;

Кtв – поправочный коэффициент в зависимости от размера партии.

     Кроме Тшт  определяется подготовительно-заключительное время рассчитывается по формуле:

Тпз = Тпз п.с. + Тпз нал. , мин                                                 (3.4)

где Тпз п.с. – время, затрачиваемое на получение и сдачу инструмента. оснастки, задания и т. д.

Тпз нал. – время, затрачиваемое на наладку станка

      Далее приведены расчеты норм времени на сверлильную и токарную операции техпроцесса. Элементы подготовительно-заключительного времени, вспомогательного времени, время на отдых и обслуживание рабочего места принимаются по нормативам.  

030 Сверлильная операция

      По формуле 3.4 рассчитывается подготовительно-заключительное время

Тпз п.с. =11 мин        Тпз нал = 5 мин

Тпз = 11+5 = 16 мин

      По формуле 3.3 рассчитывается вспомогательное время:

Тв = (0,16+0,1+0,09+0,05)*1,07 = 0,43 мин

tуст = 0,16 мин – время на установку детали в кондукторе

Σtпер = 0,1 мин – время, связанное с переходом при сверлении по кондуктору

Σt’пер = 0,09 мин – время на установку и снятие кондукторной втулки

Σtизм = 0,05 мин – время на контрольные измерения калибр-пробкой

Кtв = 1,07 – поправочный коэффициент в зав. от размера партии

      По формуле 3.2 рассчитывается основное время:

То = (4+2+2)/(1000*0,1) = 0,08 мин

      По формуле 3.1 рассчитывается штучное время:

Тш = (0,43+0,08)*(1+(4+4)100) = 0,55 мин

аобс = 4      аотд = 4

      Определение норм времени на токарную операцию аналогична.

035 Токарная операция

      По формуле 3.4 рассчитывается подготовительно-заключительное время:

Тпз п.с. = 14 мин         Тпз нал = 10 мин

Тпз = 14+10 = 24 мин

      По формуле 3.3 рассчитывается вспомогательное время:

Тв = (0,13+0,27+0,35+0,31+0,06+0,5)*1,07 = 1,62 мин

tуст = 0,13 мин – время на установку детали в патроне

Σtпер = 0,27+0,35+0,31 мин – время, связанное с переходом при точении с предварительным промером, при продольном и поперечном точении.

Σt’пер = 0,06 мин – время на изменение величины подачи

Σtизм = 0,5 мин – время на контрольные измерения калибр-скобами, штангенциркулями и фаскомером

Кtв = 1,07 – поправочный коэффициент в зав. от размера партии

      По формуле 3.2 рассчитывается основное время:

То1 = (2,6+2+1)/(1600*0,3) = 0,01 мин

То2 = (11+2+1)2/(1600*0,3) = 0,06 мин

То3 = 0,8/(1600*0,25) = 0,01 мин

То4 = (1,5+2)/(1600*0,25) = 0,01 мин

То = 0,01+0,06+0,01+0,01 = 0,09 мин

      По формуле 3.1 рассчитывается штучное время:

Тш = (1,62+0,09)*(1+(0,35+4)/100) = 1,84 мин

аобс = 3,5       аотд = 4

     9 Описание и расчёт одного из режущих инструментов

      Канавочный резец предназначен для прорезки канавок. 

      Применяемые в промышленности канавочные резцы делятся на три группы: цельные резцы с напайными пластинами, сборные конструкции с напайными вставками и резцы с механическим креплением режущих пластин.

      При токарной обработке в связи с малыми габаритами заготовки, небольшой глубиной резания (t=3,5), простой формой канавки используется канавочный резец с напайной пластиной из твёрдого сплава (ВК8). Эта пластина и представляет собой рабочую часть. Преобладает прямоугольная форма сечения державки резцов, при которой врезание пластины меньше «ослабляет» корпус. Расчёт канавочного резца ведётся аналогично расчёту отрезного резца. Отличием является то, что рабочая часть резца соответствует профилю канавки. При расчёте на прочность учитывают, что опасным сечением резца является место перехода рабочей части к корпусу.

      1 В качестве материала для корпуса резца выбираем углеродистую сталь 50 с σв = 650 МПа (65 кгс/мм2) и допустимым напряжением на изгиб

σи.д. =200 МПа (20 кгс/мм2)                                                                          

      2 Главная составляющая силы резания

Pz = 10*СрtxSyVnKp , Н                                                     (10.1)                                                   

      Показатели степени и коэффициенты выбираются по нормативам:

Ср = 204      х = 1,0

y = 0,75      n = 0

Kp – общий поправочный коэффициент, находится по формуле:

Kp = Kpм Kpφ Kpy Kpλ Kpγ = 1*1,1*1*1*0,93 = 1,023

Pz = 10*204*3,5*0,240,75*1,023 = 1073,44 Н (107,3 кгс)

      3 При условии, что h=1,6*b, ширина прямоугольного сечения корпуса резца равна:

b = 3  (6Pzl)/(2,56σи.д.),                                                   (10.2)

где l – вылет резца (20 мм)

      По формуле 10.2 вычисляется ширина сечения:

b = 3  (6*107,3*20)/(2,56*20) = 6,3 мм

      При соотношении h=1,6*b, h= 1,6*6,3 = 10 мм

      Принимаем ближайшее большое сечение корпуса (b=8мм; h=10мм).

      4 Проверяем прочность и жёсткость корпуса резца:

- максимальная нагрузка, допускаемая прочностью резца

Pzдоп = (b*h2*σи.д.)/6l                                                     (10.3)

Рzдоп = (8*102*20)/120 = 133,3 кгс

- максимальная нагрузка, допускаемая жёсткостью резца 

Pzжёст = (3*fE*J)/l3 ,                                                      (10.4)        

где f – допускаемая стрела прогиба резца (f=0,1 мм)

      Е – модуль упругости материала резца (для углеродистой стали Е=20000кгс/мм2)

J – момент инерции сечения корпуса для прямоугольного сечения

J = BH 3/12                                                              (10.5)

J = 8*10 3/12 = 667 мм 4

Pzжёст = (3*0,1*20000*667)/20 3 = 500 кгс

      Резец обладает достаточной прочностью и жёсткостью корпуса, т.к.

Рzдоп > Pz < Pzжёст (133,3 > 107,3 < 500)

      5 Находим ширину опасного сечения резца.

      При наиболее часто встречающимся соотношении размеров сечения

b1/h1 = 1/6 ширина опасного сечения

b = 3  (Pz*l)/(6*σи.д.);                                                    (10.6)

b = 3  (107,3*20)/(6*20) = 2,6 мм

Находим (из соотношения h = 6*b) находим высоту опасного сечения

h1 = 6*2,6 = 15,6 мм

      Исходя из того, что высота резца в опасном сечении больше, чем высота державки, резец будет усиленным - то есть упрочнённым в опасном сечении (см. чертёж).

      6 Проверяем прочность и жёсткость опасного сечения резца:

- максимальная нагрузка, допускаемая прочностью резца в опасном сечении

Pzдоп = (b1*h2*σи.д.)/6l                                                     (10.7)

Pzдоп = (2,6*15,62*20)/(6*20) = 108 кгс

- максимальная нагрузка, допускаемая жёсткостью резца 

Pzжёст = (3*fE*J)/l3 ,                                                      (10.8)

J = (2,6*15,63)/12 = 822 мм 4

Pzжёст = (3*0,1*20000*822)/203 = 616 кгс

резец обладает достаточной прочностью и жёсткостью в опасном сечении, т.к. Рzдоп > Pz < Pzжёст (108 > 107,3 < 616)

      7 Выбираем конструктивные размеры

L = 80 мм; державка резца h х b = 10мм х8мм

      8 Геометрические элементы лезвия и углы заточки резца выбирают из рекомендуемых диапазонов.

γ = 10° - главный передний  угол    γф = -5° - главный задний угол в плане

α = 10°- главный задний угол   φ1 = 2° - вспомогательный угол в плане    

f = 0,2 мм

      9 По ГОСТ 5688-61 принимают: качество отделки (параметры шероховатости) передней и задней поверхности лезвия резца и опорной поверхности корпуса; предельные отклонения габаритных размеров резца; марку твёрдого сплава пластины и материала корпуса; содержание и место маркировки.

      10 Описание и расчёт контрольно-измерительного инструмента

      Повышение качества продукции машиностроения во многом зависит от правильно организации технического контроля и применения прогрессивных методов контроля. Рост объёма выпуска однородной продукции требует обеспечения однородности основных параметров в каждом изделии и сохранения необходимого уровня качества выпускаемой продукции в процессе производства.

       Для контроля промежуточных и окончательных размеров изделий используется как стандартный, так  и специальный измерительный инструмент или специальные контрольные приспособления.

      Для контроля диаметра отверстий обычно используются калибр-пробки (например, пробка двухсторонняя со вставками). В качестве проектируемого измерительного инструмента используется гладкий предельный калибр-пробка на D 10 С11. Деталь считают годной (а размер выдержанным), если проходной калибр проходит, а непроходной не проходит по контролируемой поверхности (диаметру отверстия).

       При проектировании контрольного предельного калибра производится расчёт исполнительных размеров и строится схема взаимного расположения полей допусков измеряемого изделия.

        1 Определяются размеры для калибра-пробки для отверстия D 10 C11. По СТ СЭВ 144-75 находим предельные отклонения и допуск для контролируемого отверстия

ES = +0,17   EI = +0,08

допуск IT11 = 9 мкм

      2 Определяются наибольший и наименьший предельные размеры отверстия:

Dmax = 10+0,17 = 10,17 мм                                                (9.1)   

Dmin = 10+0,08 = 10,08 мм                                               (9.2)

      По нормативам для IT11 и интервалов 6-10 мм находим данные (в мкм) для расчёта размеров калибра:

z = 7       y = 0

α = 0       H = 2,5

      3 Определяется исполнительный размер проходного калибра

ПРп = Dmin + z + H/2,                                                     (9.3)