Модернизация роторного механического пресса за счет замены копиров и пуансонодержателей с роликами на гидроцилиндры

Модернизация роторного механического пресса за счет замены копиров и пуансонодержателей с роликами на гидроцилиндры

Содержание

Введение

. Литературный обзор. Роторные машины и автоматические линии

.1 Классификация технологических машин и свойства машин различных классов

.2 Рабочие роторы

.2.1 Роторы с механическим приводом рабочих органов

.2.2 Рабочие роторы с гидравлическим и гидромеханическим приводами исполнительных органов

. Конструкторская часть. Разработка конструкции роторного гидравлического пресса

.1 Исходные данные

.2 Циклограмма работы пресса

.3 Расчет и выбор исполнительного гидродвигателя

.4 Составление принципиальной схемы гидропривода

.5 Расчет и выбор насосной установки

.6 Расчет и выбор гидроаппаратуры и трубопроводов

.7 Расчет предохранительного клапана

.8 Разработка конструкции пресса

.8.1 Разработка конструкции гидропривода пресса

.8.2 Разработка конструкции торцового распределителя

.8.3 Компоновка деталей и узлов пресса

.8.4 Расчет шлицевой гайки на прочность

. Технологическая часть. Разработка технологического процесса изготовления плиты гидрошкафа

.1 Назначение и конструкция детали

.2 Выбор типа производства

.3 Расчет количества деталей в партии

.4 Сопоставление и выбор варианта технологического процесса при различных способах получения заготовки

.5 Выбор варианта технологического маршрута по минимуму приведенных затрат

.6 Расчет припусков на обработку

.7 Маршрут обработки детали

.8 Расчет режимов резания

.9 Расчет норм времени

.10 Управляющая программа для обработки детали на станке с ЧПУ

. Исследовательская часть. исследование твердости абразивных кругов после прессования

.1 Методика контроля твердости абразивных кругов методом вдавливания шарика

.1.1 Аппаратура

.1.2 Проведение измерений

.2 Проведение эксперимента и статистическая обработка результатов измерений

Заключение

Список использованных источников

Введение

В настоящее время в абразивной промышленности для производства абразивных кругов находят широкое применение роторные механические прессы вследствие их высокой производительности. Однако механические прессы, на ряду с преимуществами, имеют ряд существенных недостатков, таких как:

низкая надежность при эксплуатации,

невозможность обеспечения заданной точности прессуемых абразивных кругов.

Эти недостатки обусловлены большим износом взаимодействующих между собой наиболее ответственных деталей пресса. В механическом прессе большому износу подвержены копиры и ролики пуансонодержателей, так как они воспринимают основное усилие прессования.

Целью данной выпускной квалификационной работы является модернизация роторного механического пресса за счет замены копиров и пуансонодержателей с роликами на гидроцилиндры. Данное решение позволит при неизменной производительности повысить точность прессуемых абразивных кругов за счет устранения износа выше перечисленных деталей пресса.

1. Литературный обзор. Роторные машины и автоматические линии

Еще в 50-х годах началась интенсивная разработка роторных машин и автоматических линий, заменивших в ряде производств существовавшее ранее оборудование и обеспечивших сокращение производственных площадей и рабочей силы в 4-5 раз, а продолжительность производственного цикла и объема незавершенного производства - в сотни раз.

Были созданы и обеспечили высокую эффективность роторные линии для изготовления пластмассовых деталей прессованием и литьем, деталей приводных цепей и их сборки, для химических источников тока, узлов полупроводниковых приборов, деталей подшипников качения и т.д.

В последние годы был сделан исключительно важный вывод о том, что роторные машины при всей их эффективности представляют собой лишь начальную стадию развития машин, характеризуемых непрерывным движением предметов обработки, и что их развитой формой являются так называемые роторно-конвейерные машины, отличие которых состоит в отделении инструмента от исполнительных органов машин.

.1 Классификация технологических машин и свойства машин различных классов

В зависимости от тех или иных технологических процессов роторные машины подразделяются на 4 класса.

Наиболее широко распространен способ выполнения технологических процессов, характеризуемый прямым противоречием между транспортными и технологическими движениями. Это противоречие выражается в том, что транспортное и технологическое движения прерывают друг друга, т.е. обработка предмета совершается только во время прекращения его транспортирования - при остановке предмета обработки у инструмента, а транспортирование совершается только во время прекращения обработки в соответствии с рисунком 1.1.

Рисунок 1.1 - Первый способ выполнения технологических процессов:

- предмет обработки; 2 и 3 - инструмент; 4 - деталь; Vтр и Vтех - соответственно транспортная и технологическая скорости; Lтр и Lтех - величины соответственно транспортного и технологического перемещений.

Этот способ выполнения технологических процессов применяют в самых различных машинах - токарных станках и автоматах [7].

Второй вид отношения между транспортированием и обработкой характеризуется совпадением или единством транспортного и технологического движений. Транспортное и технологическое движение представляют собой одно и то же движение. Обработка осуществляется посредством самого транспортного движения - во время транспортного перемещения предмета мимо инструмента в соответствии с рисунком 1.2.

Такое отношение между транспортированием и обработкой имеет место, например, в прокатных станах, в непрерывных станках накатки и т.д.

Рисунок 1.2 - Второй способ выполнения технологических процессов:

- инструмент; 2 - предмет обработки; 3 - транспортирующий орган; h - шаг между предметами; d - размер предмета; Ln - длинна рабочей зоны машины.

Третий вид отношения характеризуется независимостью между транспортными и технологическими движениями. Транспортное и технологическое движения представляют собой самостоятельные, но не прерывающие одно другого движения, имеющие возможность производить одновременно. Независимость транспортного и технологического движения имеет место, когда технологическое движение осуществляется в процессе совместного транспортного движения предмета обработки и инструмента.

Существует четвертый способ выполнения технологических процессов, отличающийся тем, что соотношение между транспортированием и обработкой характеризуется не только независимостью скорости транспортного движения от движений технологических, но и независимостью от них других параметров потока, именно независимостью порядка транспортирования, т.е. положения предметов обработки в потоке, плотности, и в некоторой степени, поперечного сечения потока от технологических параметров. Такое соотношение между транспортированием и обработкой существует, когда обработка производится в процессе непрерывного массового транспортирования предметов обработки в произвольном положении, например, химических или термических агрегатах. Различие в характере отношения между транспортирования и обработкой определяют собой различия всех основных свойств технологических машин и позволяют разделить их на четыре качественно различных класса [9].

Для машин первого класса технологические и транспортные действия могут происходить только последовательно; технологический цикл обработки предмета, т.е. время от начала обработки одного предмета до начала обработки второго, определяется суммой времени  и , необходимой для обработки и для транспортирования предмета

Вследствие того, что обработка следующего предмета данным инструментом не может начаться прежде чем закончится обработка и транспортное движение первого, очевидно, что и операционный цикл инструмента  равен .

Итак, для технологических машин первого класса характерно следующее соотношение между технологическим циклом обработки предмета и операционным циклом инструмента.

Для машин первого класса экономически необходимая производительность, и, следовательно, окупаемость соединения операционных машин возможна лишь для процессов с достаточно малой длительностью технологического цикла обработки, т.е. в частных случаях. Проблема экономической окупаемости не получает общего решения на базе машин первого класса. По одной этой причине на данной базе невозможно осуществить в широких масштабах объединение операционных машин в автоматические линии.

Для машин первого класса, характеризуемых противоречием между транспортным и технологическим движениями условие, необходимое для осуществления реагирования на изменения состояния инструмента, и условие, необходимое для получения высокой производительности, несовместимы. Следует, кроме того, отметить, что в машинах первого класса, поскольку рабочие и транспортные движения прерывают друг друга, скорости этих движений в течении каждого цикла проходят через нулевые значения, вследствие чего величины этих скоростей ограничиваются также и значениями допустимых ускорений.

При втором способе выполнение технологических процессов, т.е. для машин второго класса, как это видно из рисунка 1.2, технологический цикл обработки предмета  равен времени прохождения предметов обработки рабочей зоны машины, т.е. участку пути  от места поступления предмета до его выхода из машины.

Рабочий цикл машины - время, через которое происходит выпуск очередного предмета, равен также времени прохождения участка h, т.е. шагу между предметами в потоке.

Это означает, что увеличение технологического цикла обработки не влечет за собой снижения производительности и, следовательно, при любой производительности возможны в принципе любые длительности обработки.

Существенным отличием рабочих машин второго класса является также и то, что вследствие совмещения транспортного и технологического движения эти движения не прерывают одно другого и могут происходить непрерывно с постоянной скоростью. Величина технологической, и, следовательно, транспортной скорости не ограничивается предельной величиной допустимого (из динамических условий) ускорения. Производительность лимитируется лишь допустимой величиной технологической или транспортной скорости и сопряжена с осуществлением высокой транспортной и рабочей скорости. Поэтому высокая производительность сопряжена с жестким технологическим скоростным режимом, но в отличие от машины первого класса высокая производительность уже не сопряжена с высокими ускорениями, и, следовательно, совместима с оптимальными динамическими условиями работы.

В этом состоит второе важное преимущество машин второго класса, существенное с точки зрения износостойкости, и, следовательно, коэффициента использования.

Однако машины второго класса не обеспечивают возможности реагирования на изменения состояния инструмента, т.е. осуществления его автоматической смены в процессе работы машины. Такое реагирование требует, чтобы в операционном цикле инструмента могло быть выделено время , в течении которого инструмент не находится во взаимодействии ни с одним предметом обработки. Способ выполнения технологических процессов, характеризуемый единством транспортного и технологического движения, не обеспечивает, таким образом, всех условий, необходимых для осуществления автоматической системы машин в ее полном развитии.

Третий способ выполнения технологических процессов характеризуется независимостью между транспортным и технологическим движением. Машины третьего класса, характеризуемые этим способом выполнения технологических процессов, отличаются тем, что технологические воздействия осуществляются в процессе совместного транспортирования предмета обработки и инструмента. Рабочие инструменты в машинах этого класса находятся в непрерывном транспортном движении по какой-либо замкнутой траектории, в процессе которого каждый инструмент совершает по определенному закону все необходимые для данной операции технологические движения.

Технологический цикл обработки  представляет собой время транспортирования предмета обработки на участке пути, где совершаются технологические движения инструментов, а также действия необходимые для выполнения операции. Операционный цикл инструмента равен времени прохождения инструментом пути , и, наконец, рабочий цикл машины  определяется временем прохождения шагового расстояния h между двумя смежными инструментами или предметами обработки.

Проблема окупаемости для машин третьего класса получает общее решение. Естественно, что производительности для машин третьего класса всегда могут быть одинаковыми на различных операциях для данного предмета обработки, т.е.

Таким образом, для машин третьего класса в общем случае обеспечивается как условие окупаемости - важнейшее условие, необходимое для осуществления перехода к автоматическим системам машин, так и условие одинаковости производительности, обеспечивающее саму возможность объединения однооперационных автоматических машин в единую автоматическую систему с общим потоком предметов обработки.

Для машин третьего класса в общем случае обеспечивается и условие, необходимое для осуществления реагирования на изменения состояния инструмента. Следовательно, машины третьего класса позволяют реализовать содержащиеся в процессах третьего класса возможности осуществления автоматической замены рабочих инструментов. Проблема сохранения коэффициента использования при выполнении процессов третьего класса посредством машин третьего класса получает общее решение.

Существенное отличие машин третьего класса, имеющее важное значение при переходе к автоматической системе машин, имеет место также в характере соотношения между производительностью и динамическими и технологическими режимами работы машины.

Если в машинах первого класса высокая производительность не совместима с оптимальными технологическими и динамическими режимами, а в машинах второго класса с оптимальными технологическими режимами, то в машинах третьего класса существует, очевидно, в общем случае возможность достижения высокой производительности не только без применения высоких ускорений, но и без использования высоких скоростей рабочих движений. Иначе говоря, как бы не была велика заданная производительность, она может быть доступна в результате увеличения транспортной скорости при сохранении любых скоростей рабочих движений. Следовательно, высокая производительность в машинах третьего класса совместима с оптимальными технологическими и динамическими режимами. Производительность рабочих машин третьего класса, ввиду ее независимости как от значений рабочих скоростей, так и от значений ускорений рабочих и транспортных движений, представляет собой величину, определяемую в конечном итоге лишь значением допустимой транспортной скорости.

С точки зрения возможностей построения автоматической системы машин, тот факт, что при высокой производительности могут быть сохранены оптимальные динамические и технологические режимы, имеет существенное значение потому, что от технологических и динамических режимов зависят в конечном счете стойкость инструмента и сроки службы инструментов и механизмов, а, следовательно, и процент простоев, и коэффициент использования машин.

Таким образом, машины третьего класса способны обеспечить более высокий коэффициент использования и, следовательно, являются наиболее пригодными для работы в автоматических системах машин.

Четвертый способ выполнения технологических процессов, характеризуемый не только независимостью скорости транспортирования, но и независимостью других параметров потока предметов, а именно плотности и поперечного сечения потока от технологических действий, представляет собой обработку в процессе транспортирования предметов обработки не по штучно, в общей массе. Для машин четвертого класса, характеризуемых этим способом выполнения технологических процессов, технологический цикл обработки предмета, операционный цикл инструмента и рабочий цикл машины.

По структуре технологического цикла , цикла инструмента , рабочего цикла  машины четвертого класса имеют формальное сходство с машинами второго класса. Однако принципиальное отличие их заключается в том, что рабочий цикл машины четвертого класса, и, следовательно, производительность зависят не от технологической, а от транспортной скорости, аналогично тому, как это имеет место в машинах третьего класса.

Расстояние между предметами обработки в направлении транспортирования может быть равным нулю или иначе, шаг h равен размеру предмета d, т.е. операционный цикл инструмента и рабочий цикл машины определяются уже не шагом между предметами, а непосредственно размерами предметов в направлении потока. С другой стороны, в сечении потока может размещаться не одно, а произвольное число n предметов. Поэтому за время, соответствующее прохождению предметом пути n=d, может происходить выпуск не одного, а n предметов.

Это означает, что в машинах четвертого класса производительность может быть практически произвольной. Повышение производительности может быть достигнуто не только за счет увеличения транспортной скорости, а также за счет увеличения числа предметов обработки в поперечном сечении потока, поскольку. Следовательно, для машин четвертого класса одинаковая производительность на различных операциях может быть достигнута в общем случае не только за счет соответствующего изменения скорости транспортирования, как в машинах третьего класса, но и при любой скорости транспортирования за счет соответствующего изменения поперечного сечения потока, т.е. за счет изменения числа предметов обработки, размещающихся в поперечном сечении рабочей зоны машины. Таким образом, машины четвертого класса обеспечивают возможность объединения различных операций в общую автоматическую систему машины.

Итак, только два последних способа выполнения технологических процессов, и, следовательно, два последних класса рабочих машин (3 и 4) могут быть в общем случае основой для широкого осуществления автоматической системы машин. Однако это обстоятельство, так же как и то, что сами предпосылки, необходимые для широкого перехода в автоматической системе машин, связаны лишь с двумя последними классами технологических процессов, не ограничивает перспектив распространения автоматической системы машин и превращения ее в конечном итоге в господствующую форму оборудования в различных производствах.

.2 Рабочие роторы

Рабочие роторы, предназначенные для выполнения основных технологических операций, являются наиболее важными и разнообразными по конструктивным исполнениям элементами роторных линий. Различие в конструкциях рабочих роторов обуславливаются характером технологических операций, определяющим кинематическую схему ротора и тип исполнительных органов, а также масштабом производства, для которого они предназначаются, определяющим одно - или многономенклатурность оснастки позиций ротора и соответствующие особенности распределительных устройств.

В пределах одного и того же класса прессов рабочие роторы различаются в зависимости от технологических параметров, характера привода, расположения рабочих роторов, применяемых кинематических элементов, и наконец, от конструктивных форм монтажа инструментов в роторе и самого ротора на его оси. Рассмотрение конструкций рабочих роторов проведем на машинах третьего класса, т.к. эти роторы конструктивно разработаны лучше других и являются наиболее распространенными [9].

Различают два основных типа операций третьего класса: операции, выполняемые посредством одного совершающего рабочее движение инструмента, что показано на рисунке 1.3 а, и операции, выполняемые посредством двух совершающих рабочие движения инструментов, что показано на рисунке 1.3 б.

К операциям первого типа относятся операции (чеканки, клеймения), выполняемые без ввода заготовки в матрицу, или подобные же прессы, выполняемые с применением матриц или пресс-форм, не требующих выталкивания обработанной детали, так как она извлекается из матрицы самим пуансоном или штампом при его обратном ходе.

К операциям второго типа относятся большинство прессовых, гибочных, вытяжных и других операций, выполняемых с применением штампов, линейных форм и т.п., из которых обработанная деталь извлекается посредством самостоятельного движения отдельного инструмента (выталкивателя, второго пуансона и т.п.). Второй тип операций наиболее часто встречается в технологических процессах третьего класса.

Рисунок 1.3 - Принципиальные схемы одностороннего (а) и двухстороннего (б) технологических процессов для операции III класса:

- заготовка; 2 - рабочий инструмент.

Основным элементом всех роторов для выполнения операций третьего класса является орган, сообщающий инструменту прямолинейное рабочее движение.

При выполнении операций первого типа каждый рабочий орган ротора содержит один совершающий самостоятельное движение инструмент и один исполнительный орган, сообщающий инструменту движение. При выполнении операций второго типа каждый рабочий орган ротора состоит из двух совершающих самостоятельные движения инструментов и двух исполнительных органов, сообщающих им эти движения. Роторы, выполняющие операции первого типа, получили название односторонних, а второго двусторонних.

В зависимости от типа исполнительных органов рабочие роторы для операций третьего класса могут быть механическими, гидравлическими, пневматическими и комбинированными. Также рабочие роторы могут быть цилиндрическими, коническими, гиперболическими, плоскими или радиальными. Цилиндрические роторы с вертикальной осью являются основной формой рабочих роторов, роторных и роторно-конвейерных линий.

.2.1 Роторы с механическим приводом рабочих органов

В рабочем роторе имеются следующие конструктивные элементы: корпус ротора, в котором расположены все жестко закрепленные на валу ротора элементы, съемные блоки инструмента, подвижные исполнительные органы, сообщающие им рабочие движения, элементы привода вращательного движения ротора, неподвижная распределительная система привода исполнительных органов. В этих роторах исполнительными органами являются подвижные в направлении рабочего движения и соосные с инструментами ползуны, распределительная система выполняется в виде неподвижных копиров, соосных с ротором.

Цилиндрические рабочие роторы с механическим приводом обладают всеми свойствами, необходимыми для работы в автоматических роторных линиях. Роторы просты по устройству и несложны в изготовлении. Обеспечивая высокую производительность и высокий коэффициент использования, роторы с механическим приводом имеют малые габариты и массу. Однако область применения таких роторов ограничивается определенными видами процессов вследствие ряда особенностей самого механического привода. Такие роторы целесообразно применять лишь для операций, требующих сравнительно небольших сил (порядка 5-10 кН), так как рабочие движения осуществляются в результате взаимодействия ползунов с неподвижными кривыми.

.2.2 Рабочие роторы с гидравлическим и гидромеханическим приводами исполнительных органов

В таких роторных машинах исполнительными органами являются штоки поршней гидроцилиндров, смонтированных на роторе соосно с блоками инструментов и обеспечивающих заданное технологическое движение инструментов. Существует ряд схем питания цилиндров рабочей жидкостью. Наиболее удобной и простой является схема гидравлического привода с применением общих для всех цилиндров центральных неподвижных распределителей в виде цилиндрических золотников или дисков с плоским распределительным зеркалом. Роторы с гидравлическим приводом, как и роторы с механическим приводом, могут быть односторонними или двусторонними, в зависимости от характера операции.

Гидравлический привод в отличии от механического дает возможность при перемещении ротора на один шаг, получить рабочие ходы инструмента значительно большей величины, чем шаг между заготовками, т.к. при гидравлическом приводе нет прямой зависимости между транспортной скоростью роторами рабочей скоростью поршней, которая определяется производительностью насоса и лимитируется лишь допустимыми скоростями движения рабочей жидкости в соединительных каналах ротора.

Более совершенными по сравнению с цилиндрическими золотниками являются плоские распределители, в которых роль распределительного золотника выполняет неподвижный диск с плоским зеркалом, снабженным распределительными полостями. В роторе с плоским распределителем, как показано на рисунке 1.4, блок цилиндров выполняется с точно обработанной плоскостью наружного торца, на который выводятся соединительные каналы силовых цилиндров. К торцу блока жестко крепиться промежуточный диск, снабженный сквозными отверстиями, являющимися продолжениями соответствующих соединительных каналов блока цилиндров. С наружной плоскостью промежуточного диска, вращающегося вместе с ротором, взаимодействует строго припасованное к нему плоское зеркало неподвижного распределительного диска. Диск снабжен расположенными на двух различных окружностях распределительными полостями, имеющими форму кольцевых секторов и кольцевыми полостями для сбора утечек.

Рисунок 1.4 - Рабочий ротор с плоским распределителем:

- поршень силового цилиндра; 2 - блок цилиндров ротора; 3 - фланец станины; 4 - промежуточный диск; 5 - неподвижный распределительный диск; 6 - неподвижный коммуникационный диск; 7 - стяжной болт.

Существенным преимуществом плоского распределителя является также то, что зазор между рабочими полостями постоянный и не возрастает при нагреве масла, чем обеспечивается стабильность величины утечек, а, следовательно, и давление в силовых цилиндрах ротора. Плоские распределители удобны при монтаже и при ремонте.

Гидравлический привод позволяет развивать больше силы и ходы при больших скоростях инструмента. Если на всем рабочем ходе инструмента обеспечивается более или менее равномерная нагрузка, гидравлический привод, обеспечивающий высокие силы на протяжении всего хода, является необходимым. Для малонагруженной части рабочего хода инструмента движение может происходить по определенному закону, в частности с остановками, что при гидравлическом приводе требует более сложных устройств, чем при механическом. Для прессовых операций, требующих больших сил на незначительной части хода инструмента, следует применять комбинированный гидромеханический привод. В таком приводе нагруженная часть рабочего хода инструмента осуществляется от неподвижных копиров, а часть хода, требующая больших сил, от гидравлического привода.

Ротор с гидромеханическим приводом отличается от ротора с гидравлическим приводом тем, что в нем по мимо блока цилиндров имеется барабан с осевыми ползунами, взаимодействующими посредством консольных радиальных пальцев с неподвижным пазовым копиром.

Таким образом, применение гидравлического и механического приводов позволяет использовать свойственное каждому из них преимущество и избежать их недостатков. Гидравлический привод легко осуществим для всех геометрических форм рабочих роторов, в частности для конических роторов, которые для односторонних операций позволяют при больших размерах гидроцилиндров иметь малый шаг в зоне размещения инструментов, однако эта задача решается более полноценно в роторно-конвейерных машинах и поэтому конические роторы не перспективны.

2. Конструкторская часть. Разработка конструкции роторного гидравлического пресса

.1 Исходные данные

Исходными данными для разработки конструкции пресса являются:

)        Циклограмма работы базового пресса;

)        Чертежи базового пресса;

)        Техническая характеристика базового роторного механического пресса:

мощность привода - 3 кВт;

развиваемое усилие формования - до 50 кН;

производительность - 900 шт/час;

количество позиций ротора - 4;

скорость вращения барабана - 3,8 об/мин.

.2 Циклограмма работы пресса

Циклограмма работы пресса представлена на рисунке 2.1. Согласно циклограмме, пуансоны совершают возвратно-поступательное движение, величина которого зависит от угла поворота ротора.

Верхние пуансонодержатели, находясь в крайнем верхнем положении, совершают следующие движения:

быстрый подвод пуансонов ------- рабочий ход ------- выдержка в крайнем нижнем положении ------- быстрый отвод пуансонов в крайнее верхнее положение.

Нижние пуансонодержатели, находясь в крайнем нижнем положении, совершают следующие движения:

рабочий ход пуансонов ------- выдержка пуансонов в определенном положении ------- быстрая выгрузка кругов на поверхность ротора ------- быстрый отвод пуансонов в крайнее нижнее положение для загрузки абразивной смеси в прессформу.

Режимы движения пуансонов:

Согласно циклограмме, изображенной на рисунке 2.1, режимы движения пуансонов следующие:

скорость быстрого подвода верхних пуансонов: , м/мин,

скорость рабочих ходов верхних и нижних пуансонов: , м/мин,

скорость быстрого отвода верхних пуансонов и скорость выгрузки кругов: , м/мин,

скорость быстрого отвода нижних пуансонов: , м/мин.

.3 Расчет и выбор исполнительного гидродвигателя

В данном разрабатываемом прессе в качестве исполнительного гидродвигателя предусмотрены гидроцилиндры, к штокам которых прикреплены пуансонодержатели с пуансонами.

Исходные данные:

максимальное усилие, прилагаемое к штокам гидроцилиндров - 50 кН

Rmax = 50000 Н.

Расчет геометрических параметров и выбор гидроцилиндров производим по литературе [5].

Основными параметрами гидроцилиндра (ГЦ) являются диаметры поршня и штока, ход поршня и рабочее давление.

Выбираем  как давление на входе ГЦ

где  - номинальное давление насоса, МПа.

Первый вариант.

Задаемся  = 6,3 МПа, тогда:

Диаметр поршня гидроцилиндра определяем по формуле:

где  - максимальное усилие;

 - противодавление, выбираем из диапазона Р2 = (0,3…0,9) МПа. Принимаем  = 0,6 МПа.

и - коэффициенты, принимаемые в зависимости от конструкции ГЦ. Для ГЦ с односторонним штоком принимаем:, .

Подставляем данные в формулу (2.2):

Второй вариант.

Задаемся  = 12,5 МПа, тогда:

Выбираем  = 0,6 МПа = .

Подставляем данные в формулу (2.2):

В целях уменьшения габаритных размеров гидроцилиндров выбираем второй вариант:

= 8,33 МПа; = 12,5 МПа; D = 90 мм.

По полученному значению D из справочника [12] выбираем стандартный ГЦ, у которого диаметр поршня  D.

Для рассматриваемого случая выбираем гидроцилиндр по ОСТ2 Г29-1-77, шифр обозначения: 1-10063 ОСТ2 Г29-1-77,

где 1- тип исполнения (с односторонним штоком);

- диаметр поршня, мм;

- ход штока, мм;

Данный гидроцилиндр выбран для верхних пуансонов (количество гидроцилиндров - 4 штуки).

Для нижних пуансонов выбираем 4 гидроцилиндра:

-10032 ОСТ2 Г29-1-77,

где 32 - ход штока, мм.

.4 Составление принципиальной схемы гидропривода

Составление принципиальной схемы гидропривода начинаем с гидроцилиндров (верхних и нижних), затем на рабочих гидролиниях располагаем регулирующие и направляющие аппараты в соответствии с работой привода.

Принципиальная гидравлическая схема привода показана на рисунке 2.2.

На схеме приняты следующие условные обозначения:

ЦВ и ЦН - соответственно верхние и нижние гидроцилиндры;

ТР - торцовый распределитель;

ОК1, ОК2, ОК3 - обратные клапаны;

МН1, МН2 - манометры давления;

ПМ1, ПМ2 - переключатели манометров;

ПК1, Пк2 - предохранительные клапаны;

Н1, Н2 - насосы;

Ф1, Ф2 - фильтра;

Рисунок 2.2 - Принципиальная схема привода:

БП - быстрый подвод пуансонов; БО - быстрый отвод пуансонов; РХ - рабочий ход пуансонов; ВЫГР - выгрузка кругов; СЛ - отвод жидкости.

Описание режимов работы:

БП и БО:

Ф2 - Н2 - ОК2 - ТР - ЦВ и ЦН;

РХ:

Ф1 - Н1 - ОК1 - ТР - ЦВ и ЦН;

Аварийный режим:

Ф1 - Н1 - ПК1; Ф2 - Н2 - ПК2.

При быстром подводе или отводе пуансонов жидкость через фильтр Ф2 и насос быстрых ходов Н2 поступает в обратный клапан ОК2, из него в соответствующие отверстия торцового распределителя ТР. Из распределителя жидкость поступает в соответствующие гидроцилиндры ЦВ и ЦН.

При рабочем ходе пуансонов жидкость через фильтр Ф1 и насос рабочих ходов Н1 поступает в обратный клапан ОК1, из него в соответствующие отверстия торцового распределителя ТР, а затем к гидроцилиндрам ЦВ и ЦН.

Слив жидкости производиться из соответствующих отверстий распределителя ТР через обратный клапан ОК3.

Для предохранения насосов от перегрузок в случае аварии и для настройки соответствующего давления в линиях применены предохранительные клапаны ПК1 и ПК2.

Измерение давления в соответствующих линиях гидропривода производится с помощью манометров МН1 и МН2.

Конструкция торцового распределителя будет описана ниже в подразделе «Разработка конструкции пресса».

.5 Расчет и выбор насосной установки

Выбор насосной установки осуществляется исходя из требуемых расхода жидкости и давления в гидроприводе [5].

Для ГЦ необходимо рассчитать максимальные расходы жидкости на всех этапах цикла: БПв, БОв, БПн, БОн, РХн, РХв.

Для гидроцилиндра с односторонним штоком:

;

; (2.3)

;

,

где Q, Q, Q, Q, Q, Q - максимальные расходы жидкости на соответствующих этапах цикла гидроцилиндров;

F1ст, F2ст - эффективные площади стандартного гидроцилиндра соответственно в поршневой и штоковой полостях:

Vбпв, Vбов, Vбон, Vрх - соответствующие скорости движения штоков ГЦ на разных этапах цикла (см. раздел 2.2).

Подставляем данные в формулы (2.3):

, л/мин,

, м3/мин = 7,3, л/мин,

, м3/мин = 10,2, л/мин,

, м3/мин = 1,49, л/мин.

Номинальная подача насоса Qн должна превышать наибольший из этих расходов, т.е. Qн  Qmax.

Так как в гидросхеме, что представлена на рисунке 2.2, питание гидросети осуществляется от двух насосов с разными расходами жидкости, то насосную установку следует выбирать с двумя насосами или с одним двухпоточным насосом.

Qmax1=20,4, л/мин; Qmax2=1,49, л/мин.

Максимальное давление в системе Рmax=12,5 МПа. На основании полученных значений Qmax1; Qmax2 и Pmax из справочника [12] выбираем модель насосной установки и насос пластинчатый нерегулируемый двухпоточный.

Шифр обозначения насосной установки:

БМЛ Г48-8 4 УХЛ21Г49 - 33,

где 2 - исполнение по высоте гидрошкафа;

Б - с теплообменником;

М - один агрегат за щитом;

Л - левое расположение насосного агрегата;

Г48-8 - обозначение насосной установки;

- исполнение по вместимости бака (160 литров);

УХЛ - климатическое исполнение;

БГ12 - 23М - насос пластинчатый нерегулируемый

Q1ном=35 л/мин., Q2ном=8 л/мин., Рном=12,5 МПа.;

Ф132S4 - тип электродвигателя;

Г49 - 33 - номер насосной установки.

.6 Расчет и выбор гидроаппаратуры и трубопровода

Выбор гидроаппаратуры производится из справочника [12] в зависимости от расхода жидкости и рабочего давления в той линии, где установлен аппарат. Номинальные значения расхода и давления аппарата должны быть ближайшими к расчетным значениям.

Предохранительный клапан - 2 штуки:

- 20 - 2 - 11 (ТУ2 - 053 - 1748 - 85) Qном = 40 л/мин., Рном = 20 МПа.

- диаметр условного прохода, мм;

- номинальное давление, МПа;

- стыковое присоединение;

- с ручным управлением.

Обратный клапан - 3 штуки:

Г51 - 32 Qном = 32 л/мин., Рном = 20 МПа.

Ду = 10 мм - величина условного прохода.

Манометр - 2 штуки:

МО - 160 - 25 - 0,4 ГОСТ 6521 - 72

Мо - манометр образцовый;

- диаметр корпуса, мм;

- верхний предел измерения, МПа;

,4 класс точности.

Переключатель манометра - 2 штуки:

ПМ2.1 - С320 (ТУ2 - 053 - 1707 - 84Е) Рном = 32 МПа.

Расчет трубопроводов проводим по литературе [5].

Внутренний диаметр трубопровода определяем по формуле:

где Q - максимальный расход жидкости в трубопроводе ;

 - рекомендуемая скорость течения жидкости в трубопроводе [12, с. 447], м/сек.

Минимально допустимая толщина стенки  трубопровода:

где Р - максимальное давление жидкости в трубопроводе, МПа;

d - внутренний диаметр трубопровода, мм;

 - предел прочности на растяжение материала трубопровода (сталь),  - 320 МПа;

КБ - коэффициент безопасности, КБ = 2.

Расчет трубопроводов ведем для всех режимов движения пуансонов, т.к. значения внутренних диаметров трубопроводов необходимы для проектирования торцового распределителя.

Первый вариант (напорная линия):

Pmax=14.0 МПа, Qрх=1,49 л/мин=2,510-5 м3/сек.

При Р=12,5 МПа  =3.7 м/сек.

Подставляем данные в формулы (2.4) и (2.5):

dн=d+2=2.9+20.12=3.14 мм

Из справочника [12] выбираем dн ст  dн и при условии, что

dт ст =dн ст - 2ст  dт. расч.

1,5 ГОСТ 8734-75

Соединение: 2 - 6 - К ,

где 2 - конструктивное исполнение на давление до 16 МПа;

- наружный диаметр трубы, мм;

К - резьба коническая.

Второй вариант (сливная линия):

Рmax=0,9 МПа; Qрх=2,510-5 м3/сек.

Для сливных линий принимаем =2 м/сек.

dн = 4+20,01 = 4,02 мм.

Выбираем трубопровод 82 ГОСТ 8734-75.

Соединение: 2 - 8 - К

Третий вариант (напорная линия):

А). Рmax=Рном=6,3 МПа., QБПв=20,4 л/мин=3,410-4 м3/сек.,

=3,2 м/сек.:

Выбираем трубопровод 141 ГОСТ 8734-75.

Соединение: 2 - 14 - К

Б). Рmax=Рном=6,3 МПа., QБОв=7,3 л/мин=1,2210-4 м3/сек.,

=3,2 м/сек.:

Выбираем трубопровод 100,6 ГОСТ 8734-75

Соединение: 2 - 10 - К

В). Рmax=Рном=6,3 МПа., QБон=10,2 л/мин=1,710-4 м3/сек.,

=3,2 м/сек.:

Выбираем трубопровод 100,6 ГОСТ 8734-75.

Соединение: 2 - 10 - К

Четвертый вариант (сливная линия):

А). Рmax=Рном=0,9 МПа., QБПв=3,4 л/мин=3,410-4 м3/сек.,

=2 м/сек.:

Выбираем трубопровод 181 ГОСТ 8734-75.

Соединение: 2 - 18 - К

Б). Рmax=Рном=0,9 МПа., QБОв=1,22 л/мин=1,2210-4 м3/сек.,

=2 м/сек.:

Выбираем трубопровод 120,6 ГОСТ 8734-75

Соединение: 2 - 12 - К

В). Рmax=Рном=0,9 МПа., QБОн=1,710-4 м3/сек.,

=2 м/сек.:

Выбираем трубопровод 141 ГОСТ 8734-75.

Соединение: 2 - 14 - К

На основании данных всех четырех вариантов выбираем трубопроводы с наибольшим наружным диаметром для соответствующих линий гидравлической схемы, что показана на рисунке 2.2.

Для участка от Н1 до ТР: выбираем трубопровод 61,5% ГОСТ 8734 - 75, соединение: 2 - 6 - К

Для участка от Н2 до ТР: выбираем трубопровод 141 ГОСТ 8734 - 75, соединение: 2 - 14 - К

Для участка от ТР до бака (сливная линия): выбираем трубопровод 181 ГОСТ 8734 - 75, соединение: 2 - 18 - К

Для участков от ТР до гидроцилиндров: выбираем трубопровод 181 ГОСТ 8734 - 75, соединение: 2 - 18 - К

Трубы должны располагаться на прессе в местах, где исключена возможность механического повреждения их, они не должны мешать доступу к узлам, требующим обслуживания. Радиусы изгиба не должны быть меньше трех диаметров трубы.

2.7 Расчет предохранительного клапана

В данном роторном гидравлическом прессе предохранительный клапан предназначен для поддержания постоянного давления в напорной линии путем непрерывного слива масла во время работы.

Для определения того, удовлетворяет ли нас используемый предохранительный клапан, нужно рассчитать его пропускную способность и сравнить с максимально возможным расходом жидкости в гидросистеме пресса.

Исходные данные:

тип клапана: 10 - 20 - 2 - 11;

максимальный расход масла: Qmax=56 л/мин.;

максимальное избыточное давление перед предохранительным клапаном: Р1=12,5 МПа;

диаметр условного прохода: Dy=10 мм.

Расчет клапана производим по формуле [14]:

 = 1,9fщ, л/мин, (2.6)

 - перепад давлений МПа;

 (2.7)

 - максимальное избыточное давление перед предохранительным клапаном, МПа;

 - максимальное избыточное давление за предохранительным клапаном, МПа: =0, МПа;

,9 - коэффициент расхода жидкости для данной конструкции клапана;

fщ - площадь сечения клапана в проточной части мм2.

Подставим данные в формулу (2.6):

Q=1,978,5 л/мин.

Проверяем условие:

Q  Qmax;

 56, значит клапан удовлетворяет условию.

2.8 Разработка конструкции пресса

.8.1 Разработка конструкции гидропривода пресса

Конструкция гидропривода (ГП) должна обеспечить минимальную длину и простейшую форму трубопроводов и одновременно удобство обслуживания. Все гидроаппараты монтируются на щите насосной установки. В гидрошкафе установлены: насос с электродвигателем, предохранительные клапаны, обратные клапаны, манометры, переключатели манометров.

Гидроцилиндры и торцовый распределитель устанавливаем на прессе.

2.8.2 Разработка конструкции торцового распределителя

Торцовый распределитель, что показан на рисунке 2.3, является одной из важных деталей пресса, т.к. он обеспечивает соответствующие режимы движения пуансонов.

Торцовый распределитель представляет собой диск, на одной поверхности которого выполнены канавки для распределения жидкости, а на другой поверхности выполнены резьбовые отверстия для крепления штуцеров трубопроводов. Канавки выполнены на четырех радиусах окружности распределителя, что соответствует двум полостям верхнего гидроцилиндра двум полостям нижнего гидроцилиндра.

Угловое расположение канавок выполнено в соответствии с циклограммой работы пресса, представленной на рисунке 2.1, в зависимости от того или иного угла поворота ротора [3].

Для подвода жидкости к канавкам в распределителе выполнены отверстия, диаметры которых соответствуют внутренним диаметрам трубопроводов, рассчитанных для соответствующих режимов движения пуансонов (см. подраздел 2.6.).

Рисунок 2.3 - Торцовый распределитель:

БПв - быстрый подвод верхних пуансонов; РХв - рабочий ход верхних пуансонов; БОв -быстрый отвод верхних пуансонов; РХн - рабочий ход нижних пуансонов; ВЫГР - ход нижних пуансонов для выгрузки кругов; БОн - быстрый отвод нижних пуансонов; СЛ - слив жидкости.

В поперечных сечениях канавки имеют размеры, необходимые для обеспечения условия: , мм2, где - площадь поперечного сечения канавки, .

- площадь поперечного сечения отверстия для подвода жидкости к соответствующей канавке, .

Поверхность распределителя, на которой выполнены канавки, цементируются для повышения износостойкости.

На фланце распределителя имеются отверстия для крепления его к станине пресса.

.8.3 Компоновка деталей и узлов пресса

Составление компоновки проводим таким образом, чтобы в разработанном прессе использовалось как можно большее количество механизмов, узлов и деталей базового механического пресса в целях уменьшения габаритов и уменьшения затрат на производство пресса.

Компоновка пресса без привода представлена на рисунке 2.4.

В конструкции разрабатываемого пресса неизменными остались: механизм подачи абразивной смеси 2, ременная передача 1 и привод вращения вала пресса.

Привод вращения состоит из электродвигателя; ременной передачи; редуктора, на выходном валу которого установлена полумуфта. Также в приводе предусмотрен механизм ручного вращения вала пресс.

Назначение основных элементов пресса показано на рисунке 2.4.

Полумуфта 12 предназначена для передачи крутящего момента от вала редуктора к валу пресса. Ременная передача 1 предназначена для передачи крутящего момента от вала пресса 4 к валу вращения крыльчатки механизма подачи смеси 2. Верхние и нижние гидроцилиндры 3 и 7 предназначены для приведения в движение соответственно верхних и нижних пуансонов. Барабаны 5 и 8 предназначены для крепления верхних и нижних гидроцилиндров.

Диск 10 и торцовый распределитель 11 предназначены для распределения жидкости по трубопроводам 13 к соответствующим полостям гидроцилиндров.

Описание работы пресса в соответствии с рисунком 2.4

Рисунок 2.4 - Компоновка пресса:

- ременная передача; 2 - механизм подачи смеси; 3 - верхний гидроцилиндр; 4 - вал; 5 - барабан верхний; 6 - ротор; 7 - нижний гидроцилиндр; 8 - барабан нижний; 9 - стакан; 10 -диск; 11 - торцовый распределитель; 12 - полумуфта; 13 - трубопроводы; 14 - трубопровод; 15 - гайка.

При включении насосной установки жидкость от нее по трубопроводам поступает к соответствующим отверстиям торцового распределителя 11. Одновременно с этим при включении в электросеть электродвигателя пресса приводится во вращение вал пресса 4 с закрепленными на нем ротором 6, барабанами 5 и 8, диском 10. Торцовый распределитель 11 неподвижен, а по его поверхности вращается диск 10 с трубопроводами 13. При совпадении отверстий диска 10 с соответствующими канавками торцового распределителя 11 жидкость по трубопроводам 13 поступает в соответствующие полости гидроцилиндров верхних и нижних и происходит процесс прессования при непрерывном вращении вала 4. Крыльчатка механизма подачи абразивной смеси вращается непрерывно, а загрузка смеси осуществляется при прохождении прессформы под крыльчаткой.

В плоскости вращения диска 10 по поверхности распределителя 11 возникают незначительные утечки, которые удерживаются в герметичной камере, созданной диском 10 и 11 и стаканом 9, и по трубопроводу 14 уходит в бак насосной установки.

.8.4   Расчет шлицевой гайки на прочность

Шлицевая гайка 15, в соответствии с рисунком 2.4, предназначена для фиксирования ротора 6 и барабанов 5 и 8 на валу пресса и предотвращения их смещения в осевом направлении. Данная гайка воспринимает основное усилие прессования. Расчетная схема представлена на рисунке 2.5.

Исходные данные:

Гайка М95× ГОСТ 11872-80.

Внутренний диаметр:

Материал гайки: сталь 30Х, предел текучести = 700 МПа.

Усилие прессования: F = 50 кН.

Эксцентриситет приложения нагрузки: е=0,25 м.

Рисунок 2.5 - Расчетная схема

Гайка находится под действием эксцентрично приложенной нагрузки [11].

В таких гайках под действием силы F после затяжки гайки возникают напряжения растяжения  и напряжения изгиба вала :

где F=50 кН - эксцентрично приложенная нагрузка;

 диаметр резьбы;  - усилие затяжки гайки, кН:

 кН, (2.10)

где к=1,5 - коэффициент затяжки или коэффициент запаса по затяжке [11];

μ=0,25 - коэффициент внешней нагрузки:

е=0,25 м - эксцентриситет; W=0,1  - момент сопротивления вала изгибу: .

Гайки с эксцентричной нагрузкой рассчитывают по эквивалентному напряжению:

, МПа, (2.11)

где  - предел прочности на растяжение:

Подставляем данные в формулы (2.9) и (2.11):

 условие выполнено. Гайка удовлетворяет требуемой прочности.

3. Технологическая часть. разработка технологического процесса изготовления плиты гидрошкафа

.1 Назначение и конструкция детали

Плита является частью разрабатываемого пресса для производства абразивных кругов. Это плита гидрошкафа, на которой монтируются предохранительный клапан и трубопроводы. Присоединяемые клапан и штуцера должны плотно примыкать к поверхности плиты, чтобы не протекало масло, поэтому эти поверхности шлифуются. Материал детали сталь 50 (ГОСТ 1050-74). Химический состав стали 50 представлен в таблице 3.1, а механические свойства стали 50 представлены в таблице 3.2.

Таблица 3.1 - Химический состав стали 50

Таблица 3.2 - Механические свойства стали 50

.2 Выбор типа производства

Исходные данные:

годовая программа N2=2000 шт;

действительный годовой фонд времени работы оборудования, Fg=4029 ч.

Воспользуемся укрупненным методом расчета норм штучно-калькуляционного времени. Предварительно принимаем следующий технологический маршрут:

фрезерование;

сверление;

шлифование.

Штучно-калькуляционное время:

Тшт.к.=φкТ0, мин, (3.1)

где φк - коэффициент штучно-калькуляционного времени [6].

Т0 - основное технологическое время, определяемое по приближенной методике получения норм времени по обрабатываемой поверхности.

Определяем количество станков на операцию по формуле:

где Nr - годовая программа выпуска шт.;

Тшт.к.- штучно-калькуляционное время, мин.;

Fg - действительный годовой фонд времени работы оборудования, час.;

Ƞз.п. - нормативный коэффициент загрузки оборудования:

Ƞз.п.=0,85 [6].

Определяем принятое число рабочих мест - P.

Фактический коэффициент загрузки рабочего места вычисляем по формуле:

Количество операций, выполняемых на рабочем месте, определяем по формуле:

Результаты расчетов сводим в таблицу 3.3, просуммируем Тшт.к., Mр, Р, О.

Таблица 3.3 - Результаты расчета

Коэффициент закрепления операций определяется по формуле:

Коэффициент соответствует среднесерийному производству [6].

.3 Расчет количества деталей в партии

Исходные данные:

Nr=2000 шт;

Тшт.к.ср.=11,5 мин;

периодичность запуска в днях а=3;

число рабочих дней в году F=253 дня.

Расчетное количество деталей в партии:

Принятое число смен Спр=1.

Принятое число деталей в партии:

.4 Сопоставление и выбор варианта технологического процесса при различных способах получения заготовки

Исходные данные:

материал детали - сталь 50;

масса детали - 4,7 кг;

годовая программа - 2000 шт;

такт выпуска - tв=120,81 мин;

производство среднесерийное.

Сравниваем два варианта получения заготовки: первый - деталь сделана из проката, второй - деталь сделана из отливки.

Данные для расчета стоимости заготовки сводим в таблицу 3.4.

Таблица 3.4 - Данные для расчета стоимости заготовки

Себестоимость заготовки из проката находим по формуле:

=М+ƩСо.з., руб., (3.6)

где М - затраты на материал заготовки, руб.;

ƩСо.з. - технологическая себестоимость операции отрезки, руб.

Затраты на материал заготовки находим по формуле:

где Q - масса заготовки, кг;

S - цена 1 кг материала заготовки, руб.;

 - масса заготовки детали, кг;

 - цена 1 тонны отходов, руб.

Со.з. находим по формуле:

где Сп.з.=1210 руб/час - приведенные затраты при отрезке на отрезных станках дисковыми пилами;

Тшт.=1,1 мин. - штучно-калькуляционное время при отрезке.

Стоимость заготовки по второму варианту определяем по формуле:

где Ci - базовая стоимость 1т. заготовки, руб.;

Q - масса заготовки, кг;

Кт - коэффициент точности;

Кс - коэффициент сложности заготовки;

Км - коэффициент металла заготовки;

Кв - коэффициент массы отливки;

Кп - коэффициент объема производства.

Так как отличий в механической обработке по вариантам нет, то можно сразу определить годовой экономический эффект по формуле:

Эг = (2260-964)2000 = 2592000 руб.

Годовой экономический эффект от применения заготовки по 1 варианту (из проката) составит 2592000 руб.

.5 Выбор варианта технологического маршрута по минимуму приведенных затрат

вариант - универсальное оборудование.

Приведенные затраты определяются в виде удельных величин на 1 час работающего оборудования:

Сп.з. = Сз.+Си.з.+Ен. (Кс+Кз.), руб., (3.11)

где Сз. - основная и дополнительная заработная плата.

Си.з. - часовые затраты на эксплуатацию рабочего места.

Ен.=0,15 - нормативный коэффициент экономической эффективности.

 и Кз. - удельные часовые капитальные вложения соответственно в станок и здания.

Использование табличных значений Сп.з. значительно ускоряет и упрощает расчеты. Хотя точность их ниже, чем при использовании методики, изложенной в [6]. Однако на данном этапе экономического обоснования варианта операции эту точность можно считать достаточной. Результаты расчетов сводим в таблицу 3.5.

Таблица 3.5 - Результаты расчетов

где Кв - коэффициент выполнения норы: Кв=1,3.

С0 - технологическая себестоимость операции, руб./час.

Имеем:

вариант - обработка на станке с ЧПУ. Сверлильная операция производится на станке с ЧПУ модели 2Р135Ф2, цена: 48850 тыс. руб., площадь в плане 6,18 м2.

Остальные операции по обоим вариантам одинаковы.

Рассчитаем:

, (3.13)

где Ɛ - коэффициент учитывающий дополнительную зарплату (Ɛ = 1,53);

Ст.ср. - часовая тарифная ставка станочника сдельщика, в данном случае второго разряда;

R=1 - коэффициент, учитывающий зарплату наладчика;

y=1 - коэффициент, учитывающий зарплату рабочего при многостаночном обслуживании.

Тогда:

 руб./час.

Часовые затраты по эксплуатации рабочего места:

Сч.з. = , мин, (3.14)

где  - практические часовые затраты на базовом рабочем месте;

Км - коэффициент, показывающий, во сколько раз затраты, связанные с работой данного станка, больше, чем аналогичные расходы у базового станка.

Тогда:

 руб./час.

Капитальные вложения в станок:

где Ц - балансовая стоимость станка, руб.;

Fg - производственная площадь, которую занимает станок с учетом проходов, м2.

Имеем:

Капитальные вложения в здание:

 руб./час,

Технологическая себестоимость сверлильной операции на универсальном станке 2Н135 составляет С0=481 руб./час., на станке с ЧПУ 2Р135Ф2 составляет С0=1050 руб./час.

Следовательно, дешевле обходится универсальное оборудование. При этом годовой экономический эффект составляет [2]:

Но поскольку внедрение станков с ЧПУ улучшает социальные условия работы людей, позволяет сократить численность работающих на предприятии, понизить квалификацию рабочих, повысить норму многостаночного обслуживания, следовательно, выбираем оборудование с ЧПУ совместно с универсальным и учитываем это в дальнейших расчетах.

.6 Расчет припусков на обработку

Схема установки показана на рисунке 3.1

Рисунок 3.1 - Схема установки:

и 2 плоскости размером 110160 мм; 3 и 4 плоскости размером 40110 мм; 5 и 6 плоскости размером 40160 мм.

Исходные данные: деталь - плита, заготовка - прокат, приспособление - пневмотиски.

Рассчитать припуски на поверхность 1 и 2. Результаты расчетов представлены в таблице 3.6.

Суммарное значение пространственных отклонений для заготовки данного типа определяется по формуле:

где  = 0,5 мм = 500 мкм;  = 0,3  340 = 102 мкм.

 = 364 мкм.

Остаточные пространственные отклонения, расчет минимальных значений припусков производим по формуле [6]:

, мкм, (3.18)

Имеем:

Расчетный размер dp определяем, начиная с конечного (чертежного) размера:

dp1 = 40,00+0,25=40,25 мм;

dp2 = 40,25+0,39=40,64 мм;

dp3 = 40,64+1,328=41,968 мм.

Предельные значения припусков определяем как разность наибольших предельных размеров и  как разность наименьших предельных размеров предшествующего и выполняемого переходов:

3.7 Маршрут обработки детали

Маршрут обработки по операциям:

- вертикально - фрезерная операция;

- сверлильная программная операция;

- сверлильная программная операция;

- плоскошлифовальная операция.

Структура операций по переходам:

Фрезерная операция.

.        Фрезеровать торцы.

.        Фрезеровать две широкие поверхности в размер 40 мм.

Сверлильная операция.

.        Сверлить, зенковать четыре отверстия ø11 и ø18 мм.

.        Сверлить и нарезать резьбу в четырех отверстиях М12.

.        Сверлить, зенковать два отверстия ø14 и ø22 мм.

Сверлильная операция.

.        Сверлить, зенковать и нарезать резьбу К1/2” в двух отверстиях.

Шлифовальная операция

.        Шлифовать две широкие поверхности в размер 40 мм.

3.8 Расчет режимов резания

Фрезерование двух широких поверхностей размером 110160 мм. [10].

Расчет длины рабочего хода Lр.х.:

в=110 мм. - ширина обрабатываемой поверхности.

Определение стойкости инструмента по нормативам (Тр) в мин:

, мин, (3.19)

где λ - коэффициент времени резания каждого инструмента:

если λ > 0,7, то его не учитываем;

Кср. - коэффициент, учитывающий количество инструментов в наладке, Кср. = 0,85;

Тм=250 мм [10], тогда:

Тр=0,85(250+250)=425 мин.

Расчет скорости резания, V в м/мин;

число оборотов шпинделя, n об/мин;

минутная подача, Sм мм/мин.

Определение рекомендуемой скорости резания:

, м/мин, (3.20)

где Vтабл. = 35 м/мин.;

К1 = 1; К2 = 0,7; К3 = 0,55.

Тогда:

 м/мин.

Расчет числа оборотов шпинделя:

Уточнение скорости резания по принятым оборотам шпинделя:

Расчет минутной подачи:

 об/мин.

Расчет основного машинного времени обработки:

Выявление подачи на зуб фрезы:

Проверочные расчеты по мощности резания: определение по нормам потребной мощности:

где Е = 0,4; К1 = 0,8; К2 = 1,25; t = 1мин.,

тогда:

Проверка по мощности двигателя:

,115,5 - условие выполнено.

Плоское шлифование двух широких поверхностей 110160 мм.

Расчет скорости круга, Vкр.

Выбор характеристики круга:

тип круга ЧК;

наружный диаметр 300 мм;

высота круга 60 мм;

марка шлифовального материала 25;

зернистость 40;

степень твердости СМ-1;

структура 7;

коэффициент шлифования 5;

параметр шероховатости Ra обрабатываемой поверхности,

не более 1,25 мкм.

Определение минутной подачи круга:

Sm=Sm табл.К1К2, мм/мин, (3.23)

где К1=1,1; К2=0,9;

тогда:

, мм/мин.

Определение времени выхаживания: tвых.=0,6 мин. [10].

Определение снимаемого слоя при выхаживании: авых.=0,05 мм=50 мкм.

.9 Расчет норм времени

Среднесерийное производство характеризуется ограниченной номенклатурой изделий, изготовляемых повторяющимися партиями и сравнительно большим объемом выпуска.

Нормативы времени рассчитываем на одноинструментальную обработку в условиях одиночного обслуживания.

Норма времени на выполнение станочной операции состоит из нормы подготовительно-заключительного времени tп.з. и штучного времени Тшт..

Рассчитываем норму штучно-калькуляционного времени для операции фрезерования плоскости 110160 мм., высотой 40 мм., цилиндрической фрезой на продольно-фрезерном станке 6308 с длиной стола 3000 мм. Масса детали 4,7 кг. Производство среднесерийное. Размер партии деталей 32 шт. Деталь устанавливается в тиски с пневмозажимом. Основное время - 1,1 мин.

Определяем состав подготовительно-заключительного времени:

установка тисков с креплением четырьмя болтами - 14 мин;

установка фрезы - 2 мин;

завершение работы - 7 мин.

, мин.

Время на установку и снятие детали, закрепление и открепление ее:

, мин.

Время на приемы управления:

включить и выключить станок - 0,01 мин;

подвести деталь к фрезе в продольном направлении - 0,03 мин;

переместить стол в обратном направлении на 350 мм - 0,09 мин.

Время, затраченное на измерение детали - 0,16 мин., при 20% контроле деталей получим:

Поправочный коэффициент при средне серийном производстве К=1,85.

Вспомогательное время:

Оперативное время:

Штучно-калькуляционное время:

.10 Управляющая программа для обработки детали на станке с ЧПУ

Для того чтобы составить управляющую программу, составляем расчетно-технологическую и технологическую карты обработки детали типа плита и сводим в таблицу 3.8. Эти документы содержат всю необходимую информацию для создания последовательности обработки отверстий, как указано в таблице 3.7.

Таблица 3.7 - Расположение отверстий относительно осей координат

Таблица 3.8 - Технологическая карта обработки детали типа плита на станке 2Р135Ф2

Управляющая программа обработки отверстий на станке 2Р135Ф2:

%1 (DIS, “Plita”)2 M003 G71 G91 G95 G97 X0 Y0 Z04 T1.1 M06 S1250 M135 G00 X15 Y166 G82 R160 Z-7 F0.057 Y1448 Y-30 X139 Y-5410 Y28 X2711 Y25.612 Y6.4 X2713 Y-5414 Y-44 X1315 Y128G80Y-144 X95 M05T2.2 M06 S1000X15 Y16G81 R160 Z-46 F0.1Y144X80Y-128G80Y-16 X-95 M05T3.3 M06 S1000X28 Y60G81 R160 Z-25 F0.1Y54X54Y-54G80X-82 Y-60 M05T4.4 M06 S1000X55 Y82G81 R160 Z-15 F0.1Y25.6G80X-55 Y-107.6 M05T5.5 M06 S350X28 Y60G81 R160 Z-2 F0.2Y54X54Y-54G80X-82 Y-60 M05T6.6 M06 S420X15 Y16G82 R160 Z-10 F0.2Y128X80Y-128G80X-95 Y-16 M05T7.7 M06 S80X28 Y60G84 R160 Z-20 KY54G80X-82 Y-60 M05 M09(DIS TIM)63 (TMR=2)

N64 M60

%

4. Исследовательская часть. Исследование твердости абразивных кругов после прессования

.1 Методика контроля твердости абразивных кругов методом вдавливания шарика

Настоящая методика предназначена для определения твердости кругов типа ПП на керамической связке изготовленных из белого электрокорунда и из зеленого карбида кремния зернистостями 4 и меньше по ОСТ 2 Н70-10-90.

.1.1 Аппаратура

Прибор типа ТР (Роквелл) по ГОСТ 23677-79 и шарик диаметром 5 мм степени точности 3 по ГОСТ 3722-81.

.1.2 Проведение измерений

Во время измерений поверхность круга должна находиться перпендикулярно к оси приложения нагрузки.

Устанавливается нагрузка 589 Н и шарик диаметром 5 мм.

Для измерения твердости сначала прикладывают предварительную нагрузку 98 Н, при этом испытываемый брусок должен перемещаться только в одном направлении, сближаясь с наконечником.

После приложения предварительной нагрузки прикладывают основную, которая должна плавно возрастать до 589 Н и снижаться через 4-7 с после резкого замедления движения стрелки индикатора. Измерение твердости проводят при продолжающемся действии основной нагрузки.

Результаты измерений отсчитывают по шкале В индикатора в целых делениях шкалы прибора. Погрешность отчета по индикатору - до ±1,0 ед. шкалы. Степень твердости определяется с помощью таблицы 4.1.

Таблица 4.1 - Твердость кругов

.2 Проведение эксперимента и статистическая обработка результатов измерений

Измерение твердости производили на кругах ПП 322010.

Твердость кругов - СМ1.

Количество измерений кругов - 100 шт.

Результаты измерений сводим в таблицу 4.2.

По полученным 100 значениям твердости Хт рассчитывается математическое ожидание, т.е. наиболее  значение твердости , среднеквадратичное отклонение  и величину разброса твердости следующим образом.

Для каждой выборки из 100 значений выделяются минимальное и максимальное  значения и находится диапазон твердости [4]:

;

Таблица 4.2 - Результаты измерений твердости

 (4.1)

Этот размах разбивается на 10 равных интервалов и определяется ширина интервала.

Находится среднее значение для каждого интервала:

= / 2. (4.2)

Определяется число - частота попадания значений в соответствующий интервал и для каждого интервала находится частота :

Величина математического ожидания определяется по формуле [4]:

 / n, (4.4)

где n - число замеров.

Для каждого интервала определяем среднеквадратичное отклонение:

Определяем величины разбросов твердости:

По результатам расчета строим гистограмму и кривую нормального распределения твердости , что можно увидеть на рисунке 4.1.

Построение кривой распределения производится упрощенно по формулам, приведенным в таблице 4.3.

Таблица 4.3 - Упрощенные формулы

По данным расчетам составляем таблицу 4.4, в нее заносим результаты обработки исследований.

Таблица 4.4 - Результаты обработки исследований

Как видно из гистограммы, представленной на рисунке 4.1, наибольшее количество абразивных кругов имеют твердость 9689 НВ при заданной твердости 80105 НВ.

Характер гистограммы позволяет сделать вывод о том, что полученные данные не соответствуют нормальному закону распределения. Смещение экспериментальной кривой происходит в сторону наименьшей твердости.

Это происходит из-за большого износа копиров пресса и роликов пуансонодержателей.

Заключение

роторный гидравлический пресс гидроцилиндр

В ходе выполнения данной выпускной квалификационной работы был модернизирован роторный механический пресс за счет замены копиров и пуансонодержателей с роликами на гидроцилиндры. Пресс разработан на базе роторного механического пресса. В один цикл работы пресса в его загружается смесь и прессуется при помощи давления гидроцилиндров. Привод перемещения выполнен гидравлическим. В конструкторской части произведен расчет потерь давления в трубопроводах и гидроаппаратах пресса, данные расчеты показывают, что потери давления не оказывают значительного влияния на работу пресса, соответственно и на размеры прессуемых кругов. В технологической части разработана технология изготовления плиты гидрошкафа, составлен маршрут обработки, произведен расчет штучно - калькуляционного времени. В заключении технологической части приведен текст управлявшей программы для станка с числовым - программным управлением. В приложении представлены: маршрутно-операционная карта, спецификации к чертежам.

Список использованных источников

.        Балабанов, А. С. Организация и оснащение рабочих мест на предприятиях / А. С. Балабанов, К. С. Маркелов. - Москва: Машиностроение, 1986. - 124 с.

.        Барташев, Л. В. Технико-экономические расчеты при проектировании и производстве машин / Л. В. Барташев. - Москва: Машиностроение, 1973. - 384 с.

.        Башта, Т. М. Объемные насосы и гидравлические двигатели гидросистем. Учебник для вузов / Т. М. Башта. - Москва: Машиностроение, 1974. - 606 с.

.        Гидропривод и гидропневмоавтоматика станочного оборудования: методические указания к выполнению лабораторных работ / сост. В. Н. Колпаков. - Вологда: ВоПИ, 1997. - 24 с.

.        Гидропривод и гидропневмоавтоматика станочного оборудования: Методические указания к выполнению курсовой работы. Часть 1. Статический расчет и конструирование гидропривода / сост. В. Н. Колпаков. - Вологда: ВоПИ, 1994. - 27 с.

.        Горбацевич, А. Ф. Курсовое проектирование по технологии машиностроения: учебное пособие для машиностроительных специальностей вузов. - 4-е изд., перераб. и доп. / А. Ф. Горбацевич, В. А. Шкред. - Минск: Высш.школа, 1983. - 256 с., ил.

.        Каусов, И. А. Технологические системы роторных машин / И. А. Каусов. - Москва: Машиностроение, 1976. - 232 с.

.        Косипова, А. Г. Справочник технолога -машиностроителя / А. Г. Косипова, Р. К. Мещеряков. - Москва: Машиностроение, 1972. - Т. I. - 694 с.

.        Кошкин, Л. Н. Роторные и роторно-конвейерные линии / Л. Н. Кошкин. - Москва: Машиностроение, 1982. - 236 с., ил.

.        Малов, А. Н. Справочник технолога - машиностроителя / А. Н. Малов. - Москва: Машиностроение, 1972. - Т. II. - 568 с.

.        Охрана труда в машиностроении: учебник для машиностроительных вузов / Е. Я. Юдин, С. В. Белов, С. К. Баланцев и др. - 2-е изд., перераб. и доп. - Москва: Машиностроение, 1983. - 432 с., ил.

.        Романов, М. Я. Сборник задач по деталям машин / М. Я. Романов, В. А. Константинов, Н. А. Покровский. - Москва: Машиностроение, 1984. - 240 с.

.        Свешников, В. К. Станочные гидроприводы: справочник. - 2-е изд., перераб. и доп. / В. К. Свешников, А. А. Усов. - Москва: Машиностроение, 1988. - 512 с., ил.

.        Экономика отрасли. Организация, планирование и управление предприятием: Методические указания к выполнению организационно-экономической части дипломных проектов для студентов специальности 0636. - Вологда: ВоПи, 1985. - 54 с.