88835

Технологический процесс изготовления вала-шестерни конической 1С-53М.04.521

Дипломная

Производство и промышленные технологии

В настоящее время важно качественно при минимальных затратах и в заданные сроки изготавливать машину применяя современные высокопроизводительное оборудование инструмент технологическую оснастку средства механизации производственных процессов Деталь вал-шестерня редуктора изготовлена на заводе РГТО УД АО...

Русский

2015-05-05

1.52 MB

33 чел.

Аннотация

В дипломном проекте представлен анализ технических условий и технологический процесс изготовления вала-шестерни конической 1С-53М.04.521, разработаны процессы сборки и технологическая документация.

Разработанный технологический процесс механической обработки вала-шестерни отличается от базового более высокой производительностью и гораздо меньшей трудоёмкостью.

Размерный анализ разработанного технологического процесса показал, что требуемая точность детали обеспечивается, рассчитаны припуски и межоперационные размеры.

Обоснован новый способ получения заготовки, штампуемой плашмя в открытых штампах на штамповочных паровоздушных молотах двойного действия, позволяющий увеличить коэффициент использования металла до 0,76 против 0,43 в базовом технологическом процессе.

Разработано приспособление для круглошлифовальной и зубофрезерной операций и произведен их расчёт.

Спроектирована черновая зуборезная головка для зубофрезерной операции.


Содержание

Введение            7

1 Исходная информация для разработки дипломного проекта   8

2 Общие положения          9

2.1 Служебное назначение объектов производства     9

2.2 Определение типа производства       9

3 Технологический процесс сборки изделия             12

3.1 Анализ соответствия технических требований и норм

точности служебному назначению изделия             12

3.2 Выбор методов достижения требуемой точности изделия

3.3 Анализ технологичности конструкции изделия            12

3.4 Методы и средства технического контроля точности редуктора         16

3.5 Анализ существующего технологического процесса сборки           17

3.6 Разработка схемы сборки                                           17

4 Технологические процессы изготовления детали            18

4.1 Служебное назначение и конструктивные особенности детали                 18

4.2 Анализ технологичности конструкции детали            20

4.3 Анализ технических условий на изготовление детали           20

4.4 Анализ существующего технологического процесса

изготовления детали                 21

4.5 Выбор заготовки. Предварительная технико-экономическая

оценка выбора заготовки по минимуму приведенных затрат          22

4.6 Выбор методов обработки отдельных поверхностей детали          24

4.7 Выбор методов и средств технического контроля и качества

детали                   26

4.8 Выбор технологических баз. Разработка маршрутного

технологического процесса изготовления детали. Выбор оборудования        28

4.9 Размерный анализ технологического процесса. Расчет припусков            31

4.10 Разработка технологических операций и операционных или

маршрутно-операционных технологических процессов           38

4.11 Расчет режимов резания                                                                               38

4.12 Нормирование операций технологического процесса                               55

4.13 Технологическая документация              59

5 Расчет и проектирование технологической оснастки60

5.1 Расчет и проектирование приспособления для

круглошлифовального станка модели 3В423                                                     60

5.2 Разработка конструкции приспособления для зуборезного

станка 5С280П                  64

6 Проектирование зуборезной головки для нарезания конических колес

с круговыми зубьями                 68

6.1 Исходные данные для расчета зуборезной головки           68

6.2 Расчет параметров зуборезной головки                                                        68

7 Охрана труда и техника безопасности                                                             73

7.1 Анализ опасных производственных факторов                                             73

7.2 Расчетная часть                                                                                                76

7.3 Мероприятия по охране труда                                                                       76

7.4 Техника безопасности при выполнении производственных процессов    79

8 Промышленная экология                                                                                   84

8.1 Анализ состояния окружающей среды завода РГТО84

8.2 Расчет выбросов вредных веществ при изготовлении вал-шестерни        87

8.3 Утилизация и ликвидация отходов             89

9 Экономическое обоснование проекта             94

9.1 Требуемое число рабочих мест              94

9.2 Определение стоимости основных фондов и

амортизационных отчислений              102

9.3 Расчет численности по категориям                                                              107

9.4 Расчет оплаты труда рабочих                                                                       110

9.5 Расчет потребности в материалах            113

Заключение                                  123

Список используемых источников                                                                    124

Приложение А                                                                                                      126

Приложение Б                                                                                                      128

Приложение В                129

Приложение Г                135

Приложение Д                138

Приложение Ж                139

Приложение И                140

Приложение К                141


Введение

Ключевая роль в машиностроении отводится материализации новейших достижений науки и техники. Темпы развития машиностроения – основа научно-технического прогресса во всех отраслях промышленности и сельского хозяйства, а также поддержанием на должном уровне государства.

Технический прогресс в машиностроении характеризуется не только улучшением конструкции машин, но и непрерывным совершенствованием технологии их производства.

В настоящее время важно качественно, при минимальных затратах и в заданные сроки изготавливать машину, применяя современные высокопроизводительное оборудование, инструмент, технологическую оснастку, средства механизации производственных процессов

Деталь вал-шестерня редуктора изготовлена на заводе РГТО УД  АО“АрселорМиттал Темиртау”. Годовая программа выпуска N=2000 штук. Существующая технология изготовления вал-шестерни на заводе несовершенна и имеет ряд недостатков.

Данный дипломный  проект посвящен разработке технологии изготовления вал-шестерни. Разработанная технология изготовления вал шестерни должна обеспечивать высокопроизводительную обработку, автоматическое получение заданной точности детали, при минимальной себестоимости.


1 Исходная информация для разработки дипломного проекта

Исходными данными для проектирования технологического процесса механической обработки вал-шестерни являются чертёж детали, чертёж сборочного узла, технологические процессы изготовления детали и сборки редуктора, годовая программа выпуска деталей, N=2000 штук.

При разработке технологии изготовления вал-шестерни учитывались возможности заготовительного производства завода РГТО УД  АО “АрселорМиттал Темиртау” и имеющееся технологическое оборудование.


2 Общие положения

2.1 Служебное назначение объектов производства

Вал-шестерня входит в состав редуктора головного привода скребкового конвейра.

Скребковый передвижной конвейер СПМ87Д предназначен для транспортирования угля из очистных забоев угольных шахт на пластах пологого падения, мощностью 53…63 кВт, при работе в угледобывающем комплексе КМ87Д (КМ87Э).

Конвейер применяется в комплексно-механизированных лавах, оборудованных угледобывающим комплексом КМ87Д (КМ87Э), конвейер предусматривает работу выемочной машины со става и служит опорой для секционной механизированной крепи.

2.2 Определение типа производства

Тип производства рассчитываем по источнику [1].

Величина такта выпуска определяется по формуле (2.1):

,                                                     (2.1)

где Фр – действительный фонд времени работы основного технологического оборудования, час, Фр = 2040;

N – годовая программа выпуска деталей, шт, Nв = 2000;

По формуле 2.1: φ = 61,2 мин/шт.

Тип производства – это комплексная характеристика техничесих организационных и экономических особенностей машиностроительного производства. Одной из основных характеристик типа производства является коэффициент закрепления операций – отношение числа всех технологических операций, подлежащих выполнению в течении месяца к числу рабочих мест

Определим расчетное количество станков, необходимых для выполнения операций по формуле (2.2):

,                                                       (2.2)

где Тшт – штучное время на данной операции, мин;

–  нормативный коэффициент загрузки оборудования, принят 0,8.

Полученное расчетное значение количества станков округляем до ближайшего целого в большую сторону.

Значение фактического коэффициента загрузки оборудования определяем по формуле (2.3):

,                                                        (2.3)

где Р – принятое число станков на данной операции, шт.;

mp – принятое количество станков.

Количество операций выполняемых на рабочем месте определяем по формуле (2.4):

,                                                       (2.4)

где ηз.н. – нормативный коэффициент загрузки оборудования;

ηз.ф. – фактический коэффициент загрузки оборудования.

Все  вышеуказанные расчеты заносим в таблицу 2.1

Таблица 2.1 – Расчёт коэффициента закрепления операций

Наименование операции

Тшт, мин.

mp

P

ηэ.ф.

О

ΣО

ΣP

1 Токарновинторезная
13,00
0,26
1
0,26
3,08
 22,23
15
2 Токарновинторезная
15,00
0,31
1
0,31
2,58

3 Токарновинторезная
105,70
2,15
3
0,72
3,33

4 Токарновинторезная
52,00
1,06
2
0,53
3,00

5 Шлицефрезерная
57,40
1,17
2
0,59
2,72

6 Зубофрезерная
67,00
1,37
2
0,61
2,32

7 Вертикальнофрезерная
22,00
0,45
1
0,45
1,78

8 Круглошлифовальная
102,40
2,10
3
0,70
3,42

Определим коэффициент закрепления операций по формуле (2.5):

,                                                         (2.5)

где Σ О- суммарное количество выполняемых операций;

Σ Р – общее число рабочих мест.

Получаем Кз.о.=1,48

Таким образом, при данном коэффициенте закрепления операций, тип производства – крупносерийный.


3 Технологический процесс сборки изделия

3.1 Анализ соответствия технических требований и норм точности служебному назначению изделия.

Анализ технических условий и норм точности на изделие выполняем исходя из служебного назначения изделия. Зубчатые колеса должны быть достаточно прочными для передачи без поломок требуемых окружных усилий, должны обладать кинематической точностью, плавностью и бесшумностью в работе и не заклинивать при нагреве. Для выполнения служебного назначения и нормальной работы зубчатой передачи необходим зазор между зубьями колес, гарантированное минимальное значение которого зависит от вида сопряжения, для конических колес оно регламентируется ГОСТ 16202-81. Этот зазор необходим как компенсатор, исключающий возможность заклинивания колес зубчатой передачи вследствие температурного деформирования возникающего в процессе работы машины.

Для проверки качества сборки редуктор должен быть испытан по ОСТ 12.44 220 – 82. при этом проверяется общая работоспособность машины, нагрев подшипников и масла. Нагрев масла не должен превышать 20°С сверх температуры окружающей среды, а по абсолютному значения 50°С.

К редуктору предъявляются следующие технические требования:

- подшипники заполнить на 60% , а уплотнения, шлицевые и зубчатые соединения смазать пресс-солидолом С ГОСТ 4366-76;

- установку конической пары производить по большему модулю при этом кромку зубчатого венца конической вал-шестерни совместить с наружной поверхностью зубчатого венца конического колеса;

- боковой зазор конической пары должен быть не менее 0,28мм и не более 0,64мм. Регулировку бокового зазора производить прокладками промежуточного вала;

- величина крутящего момента на ключе при затяжке резьбовых соединений  должна соответствовать:

номинальный диаметр резьбы, мм            12            16           20

класс точности                                            46            46           36

момент затяжки, Н*м                              17-29       39-69    64-110;

- в редуктор залить полужидкую смазку. Шахтол по ТУ 38 УССР 201.359-81, или маслом цилиндровым 24 по ОСТ 380185-75, допускается применение масла индустриального И-40А;

- плоскости разъема корпуса при сборке покрыть суриком свинцовым ГОСТ 19151-73;

- допускается заливать редуктор маслом индустриальным И-40А ГОСТ 20799-75 с добавлением в масло 5% процентов присадки КП-2 ТУ38-1019-80.

3.2 Выбор методов достижения требуемой точности изделия

Выбор и расчёт размерной цепи ведём по источникам [2, 3, 4, 5, 6]

Произведем расчет сборочной цепи, в которой следует проверить допустимое смещение вершины делительного конуса шестерни с осью вращения колеса, т. е. осевое смещение зубчатого венца шестерни. Размерная цепь приведена на рисунке 3.1

                    С12 С11   С8         С7          С6          С5          С4        С3          С2       С1     С0

                     С9

 

С10

Рисунок 3.1 – Сборочная размерная цепь

Метод решения данной размерной цепи очевиден из сборочного чертежа собираемого узла. Это метод регулирования.

Исходные данные для расчета размерной цепи приведены в таблице 3.1

Таблица 3.1 – Исходные данные для расчета сборочной размерной цепи

в миллиметрах

Звено

Наименование

Величи-на

ESAi

EIAi

TAi

EcAi

1

2

3

4

5

6

7

С0

Допускаемое смещение вершины делительного конуса шестерни с осью колеса

0

+0,120

-0,120

0,24

0

С1

Расстояние от базового торца до вершины делительного конуса

216

+0,145

-0,145

0,29

0

С2

Ширина подшипника 53614

45

0

-0,160

0,16

-0,080

С3

Ширина втулки

42

0

-0,160

0,16

-0,080

С4, С6

Ширина подшипника 46314

35

0

-0,160

0,16

-0,080

С5

Ширина кольца

2

0

-0,060

0,06

-0,030

С7

Ширина кольца

2

0

-0,060

0,06

-0,030

С8

Расстояние от кольца до крышки

10

+0,055

-0,055

0,11

0

Окончание таблицы 3.1

в миллиметрах

1

2

3

4

5

6

7

С9

Ширина бурта стакана

17

0

-0,110

0,11

-0,055

С10

Расстояние от отверстия под опоры вала колеса до торца отверстия под стакан

370

+0,180

-0,180

0,36

0

С1112

Смещение о поворот оси вала колеса вследствие радиального биения заднего и переднего подшипников

0

+0,015

-0,015

0,03

0

Ск

Регулируемое звено

0

-

-

-

-

Сущность этого метода заключается в том, что требуемая точность замыкающего звена достигается преднамеренным изменением величины компенсатора. Роль компенсатора в данной размерной цепи играет регулировочная гайка. При этом детали, изготавливаются с допусками, экономически приемлемыми для данных условий производства.

Расчет размерной цепи производится в следующем порядке

1) определим погрешность замыкающего звена по формуле:

,                                                  (3.1)

2) Определим величину компенсации по формуле:

ТСк=- +Tм.к., мм                                             (3.2)

Величина Тм.к. должна обязательно отвечать следующему условию: Тм.к≤. Принимаем Тм.к =0,28мм, тогда:

ТСк=1,14-0,28+0,28=1,14 мм

3) Определяется координата середины поля допуска погрешности замыкающего звена по формуле:

Ес=,                                          (3.3)

Ес=ЕсС10-=0- (0-0,008*3-0,03*2-0,055+0+0+0)=0,0355 мм

4) В связи с тем, что Ес≠ Ес, то необходимо определить координату середины поля допуска величины компенсации погрешности замыкающего звена по формуле:

 

ЕсСк= -( Ес- Ес),                                       (3.4)

ЕсСк = -(0-0,395)=0,395≈0,40 мм

5) Определяем предельные значения величины необходимой компенсации по формулам

,                                    (3.5)

,                                       (3.6)

ESCk=0,355+1,14/2=0.925≈+0,93 мм,

EICk=0,355-1,14/2=0.215≈-0,21 мм.

Допустимый интервал регулировки должен быть мм.

Чертеж данного узла представлен на листе 3 графической части дипломного проекта.

3.3 Анализ технологичности конструкции изделия

Анализ технологичности произведём по источникам 4,5.

Редуктор соответствует ряду требований к технологичности:

а) масса и габаритные размеры редуктора и его составных частей соответствуют возможностям завода-изготовителя по грузоподъёмности кранов, транспортным средствам, производственным площадям;

б) редуктор выполнен с учётом возможности его размещения на сборочных площадях без заглублений пола для отдельных агрегатов и деталей, по рациональной схеме с минимальным числом входящих узлов и деталей (при полном обеспечении заданных функций);

в) компоновка редуктора выполнена с учётом максимального сокращения цикла работ на общем монтаже (у изготовителя и заказчика);

г) каждая сборочная единица расчленена на рациональное число составных частей с учётом принципа агрегатирования;

д) компоновка сборочной единицы обеспечивает общую сборку без промежуточной разборки и повторных сборок составных частей;

е) компоновка сборочной единицы обеспечивает удобный доступ к местам сборки, регулировки, контроля;

ж) объём ручных работ на сборке, связанных с выверкой, пригонкой, присверловкой сведён к минимуму;

з) сборка редуктора и его составляющих выполняется без применения сложного технологического оснащения;

и) количество поверхностей соединений сопряжённых деталей минимально;

к) конструкции соединений составных частей не требуют дополнительной механической обработки при сборке;

л) выбор типа соединений исключает возможность повреждения деталей в процессе сборки и демонтажа;

м) точность расположения составных частей обоснована и взаимосвязана с точностью изготовления всего редуктора;

н) в конструкции предусмотрены устройства, обеспечивающие заданную точность расположения составных частей (регулирующие);

о) компенсирующие устройства имеют простую конструкцию и свободный доступ для контрольного инструмента;

п) типы посадок назначены в зависимости от условий работы соединений.

Большинство узлов в конструкции редуктора независимы друг от друга и, таким образом, представляет собой не только конструктивные, но и сборочные группы. В этом случае сборка групп может быть легко выделена из процесса общей сборки редуктора, а это приводит к упрощению технологии сборки и сокращению её трудоёмкости.

Таким образом, конструкция редуктора достаточно технологична. Сборочные единицы и детали редуктора взаимозаменяемы, что обеспечивает быструю сборку и замену быстроизнашивающихся частей. Это благоприятно сказывается на эксплуатации редуктора.

3.4 Методы и средства технического контроля точности редуктора

Контроль в сборочных цехах осуществляют в процессе сборки узлов и изделий, и после окончания сборки. Основной контроль качества сборки ведут сами сборщики. Так, в процессе сборки редуктора должен быть проверен ряд технических требований, которые исполняет сам сборщик, они приведены на чертеже. Он контролирует образующиеся зазоры, производится измерение специальными мерительными инструментами. Общий контроль на операциях сборки осуществляется контролерами.

Заключительной контрольной операцией технологического процесса сборки редуктора является испытание на специальных стендах, различают контрольные и специальные (или исследовательские) испытания. Контрольные испытания – это испытания, проводимые с целью испытания контроля качества продукции. Приёмосдаточные испытания, под которыми понимают контрольные испытания готовой продукции, проводимые изготовителем для принятия решения о её пригодности к поставке или использованию. Также производится проверка редуктора на холостом ходу. При этом проверяются: правильность функционирования механизмов и систем редуктора; мощность холостого хода; уровень шума и его частотный спектр; уровень вибраций холостого хода; температура нагрева подшипников ответственных узлов. Проверка редуктора на холостом ходу осуществляется на различных режимах, установленных программой испытания. При проверке редуктора под нагрузкой, проверяются: безотказность работы всех механизмов и систем редуктора при его нагружении наибольшими усилием, мощностью или крутящим моментом; качество работы машины в производственных условиях; эксплуатационные характеристики.

Все испытания редуктора производятся согласно техническому описанию и инструкции по эксплуатации скребковых конвейеров, согласно ОСТ 12.44.220-82 и К.00.01.ПМ.

После испытаний сливают масло из редуктора и производят его осмотр на предмет возможных повреждений или недостатков.

3.5 Анализ существующего технологического процесса сборки

Анализ произведём по источнику 6.

На предприятии для обеспечения заданной точности редуктора используется метод регулирования. Форма организации сборки – стационарная, не поточная, без расчленения работ, по принципу концентрации работ. Сборку выполняют рабочие слесари-сборщики четвёртого разряда, на сборку затрачивается 26,48 нормо-часов из них 5,12 – на сборку узла вала-шестерни конического. При сборке используются: кран-мостовой, кран консольно-поворотный, пресс гидравлический ПА-6326, стропы и ключи 7811-0023 по ГОСТ 2839-80.

3.6 Разработка схемы сборки.

Разработку схемы сборки производим по источнику 6.

Схема сборки редуктора достаточно проста, её можно разделить на отдельные узлы и детали. Схема сборочного узла вала-шестерни представлена на листе 4 графической части дипломного проекта. Спецификация на сборочный узел приведена в Приложении А.


4 Технологический процесс изготовления детали

4.1 Служебное назначение и конструктивные особенности детали

Деталь вал шестерня предназначена для передачи вращения и крутящего момента между двумя перпендикулярно расположенными валами в редукторе. Конструкция детали непосредственно связана с ее служебным назначением. Деталь представляет собой тело вращения ступенчатой формы с гладкими шлицевыми и зубчатыми поверхностями.

В конструкции вала можно выделить следующие особенности:

- на одной из поверхностей вала 60 мм имеются шлицы, необходимые для передачи больших крутящих моментов, что обеспечивает служебное назначение поверхности. Передача больших крутящих моментов связана с тем, что невозможна при шпоночном соединении. Шлицы выполнены с центрированием по наружному диаметру, что отвечает повышенным требованиям к точности соосности элементов соединения и т.к. шлицы получают фрезерованием;

- вал имеет коническую косозубую шестерню с числом зубьев Z = 11 и модулем m = 4,5. Степень точности по ГОСТ 1758-81 Ст 9-8-8-Х – невысокая, это определяет вид передачи силовая. Основное требование к таким передачам: прочность зубьев, износостойкость, плавность и бесшумность в работе;

- две гладкие цилиндрические наиболее точные ступени диаметром 70к6 предназначены для монтажа подшипников, на которых базируется вал шестерня в редукторе;

- две гладкие цилиндрические наиболее точные ступени диаметрами 63h6 и 45h6;

- цилиндрические поверхности 69,00; 70,00; 64,00; 82,00; 85,86 мм невысокой точности;

- на поверхности 68 имеется резьба М68*2-8g.

Таким образом, вал шестерня представляет собой сочетание простых геометрических тел – цилиндров.

Вал шестерня изготавливается из легированной стали 20Х2Н4А ГОСТ 4543-71. Механические, физические и химические свойства материала, условия поставки и ее назначение приведены ниже.

Каждая партия металла, поступающая на предприятие, имеет сопроводительный документ (сертификат) и по химическому составу должна отвечать требованиям ГОСТ 19265- 73.

Вид поставки стали 20Х2Н4А – сортовой прокат ГОСТ 4543-71. Контроль наличия клейма, указывающего: марку стали, номер плавки и другие данные, предусмотренные ГОСТ 7566-81, проводят для 100% прутков диаметром свыше 100 мм.

В случае несоответствия клейма марки, указанного в сертификате, отсутствия сертификата или перепутывании марок сталь подвергают анализу в лаборатории химическим методом по ГОСТ 12344-88 и ГОСТ 12355-78 или спектральным методом на одном образце от партии одной плавки.

Назначение - шестерни, валы, червяки, кулачковые муфты и другие детали машин, к которым предъявляются требования высокой прочности, работоспособности под действием ударных нагрузок или при значительных колебаниях температур.

Химический состав стали 20Х2Н4А представлен в таблице 4.1

Таблица 4.1 – Химический состав стали 20Х2Н4А (ГОСТ 4543-71)

в процентах

C

Si

Mn

S

P

Сu

Ni

Cr

не более

1.7-2,2

0,12-0,30

0,3-0,6

0,025

0,025

0,3

3,75-4,15

1,8-2,2

Механические свойства стали в зависимости от температуры отпуска (500 °С), представлены в таблице 4.2, все свойства при закалке в масле, при температуре 840 С.

Таблица 4.2 – Механические свойства стали 20Х2Н4А

0,2, МПА

в, МПА

б,

, %

КСU, Дж/см2

НВ

не более

970

1170

10

67

220

240

Состояние стали, оказывает большое влияние на прочность зубчатого колеса, обрабатываемость резанием, стойкость режущего инструмента, деформирование при термообработке, параметр шероховатости поверхности.

Выбранный материал легированная сталь 20Х2Н4А в полной мере соответствует всем условиям, которые требует назначение вала-шестерни. Эта цементируемая сталь с мелкозернистой стружкой и низким содержанием углерода, что позволяет снизить остаточные напряжения после термообработки, уменьшить коробление и вероятность появления закалочных трещин.

Последовательность термической обработки при изготовлении вала-шестерни из стали 20Х2Н4А следующая:

1) нормализация в электропечи СН 3 до НВ 220-240;

2) цементация в контролируемой атмосфере при температуре t = 920 – 950 °С в течении 9 – 10 часов на глубину h = 0,9 – 1,4 мм, затем охлаждение с печью;

3) закалка ТВЧ при температуре t = 920 – 960 °С выдерживается 1 час 30 минут, затем охлаждается в масле;

4) отпуск при температуре t = 150 – 180 °С в электропечи СНО, в течении часа, затем охлаждение на воздухе.

В результате этого твердость обрабатываемой поверхности HRCэ 55...63.

Перед началом обработки заготовки целесообразно подвергнуть изотермическому отжигу. Заготовки в этом случае имеют перлитно-ферритную структуру и твердость НВ 170...200.

4.2 Анализ технологичности конструкции детали

Технологические требования, предъявляемые к конструкциям деталей и узлов машин, подвергающихся механической обработке, должны способствовать снижению трудоемкости обработки, а также повышению точности, стабильности геометрических размеров и получению высокого качества обрабатываемых поверхностей.

При существующей технологии в качестве заготовки применяется прокат. Из-за больших перепадов диаметров при обработке получается большой отход металла в стружку, т.е. низкий коэффициент использования металла. Целесообразно выбрать другой способ получения заготовки, например, штамповку, чтобы максимально приблизить конфигурацию детали к конфигурации заготовки. Это значительно повысит коэффициент использования металла.

Жесткость – важнейший показатель технологичности деталей типа валов. Жесткость определяется отношением (4.1) длины вала к его среднему диаметру:

L / Dср. = 434 / 68 = 6,4                                        (4.1)

Поскольку это значение меньше 12, то конструкция вала жесткая, что позволяет при обработке использовать высокопроизводительные режимы резания. Заданные чертежом точность размеров поверхностей, их относительное расположение и параметры качества могут быть достаточно экономично обеспечены традиционными методами обработки.

Нарезание зубьев является самой трудоемкой операцией. С этой точки зрения зубчатые колеса вообще не технологичны. Довольно трудоемкой операцией является нарезание шлицев, которые центрируются по наружному диаметру, что обеспечивает высокую точность шлицевого вала, требуемую точность можно легко получить шлифованием на обычном круглошлифовальном станке, что является наиболее экономичным.

Определение технологичности, рассчитанное на ЭВМ представлено в Приложении Б.

4.3 Анализ технических условий на изготовление детали

На чертеже детали указан ряд технических требований: требования к точности поверхностей, требования к качеству поверхностей, требования к форме и точности взаимного расположения поверхностей и требования к термообработке. Анализ чертежа показывает, что наиболее высокие требования к точности и качеству предъявляются к опорным шейкам под подшипники 70к6 при Rа=1,25 мкм и к поверхности 63h6 и 45h6. Эти поверхности являются базовыми посадочными поверхностями. Требуемая точность и качество могут быть обеспечены шлифованием на кругло-шлифовальном станке.

На чертеже предоставлены все линейные и диаметральные размеры, имеются необходимые сечения, размеры и виды, дающие полное представление о детали. Для материала детали стали 20Х2Н4А правильно выбрана термообработка – цементация до НRC 55...62 на глубину 0,8…1,2 мм.

4.4 Анализ существующего технологического процесса изготовления детали

Анализируя существующий технологический процесс механической обработки, вал шестерни, были сделаны выводы, приведённые ниже.

Заготовкой для получения вал шестерни является прокат диаметром 100 мм, длиной 446±2 мм. Из-за перепада диаметров ступеней вала и перепада максимального диаметра вала 85,86 мм с диаметром заготовки, данная заготовка характеризуется низким коэффициентом использования материала. Припуски на обработку поверхностей очень значительны и не обоснованы. Это ведет к большому количеству проходов и больших затрат времени на обработку. Существующий технологический процесс отличается низкой производительностью. Для повышения коэффициента использования материала и снижения трудоемкости обработки целесообразно изменить способ получения заготовки. Форму заготовки необходимо приблизить к форме детали. Целесообразно  в качестве заготовки использовать поковку, штампуемую плашмя в открытых штампах на штамповочных паровоздушных молотах двойного действия. Обоснование способа получения заготовки приведено ниже.

В качестве баз на большинстве операций используются ось вала и один из торцов. Таким образом, соблюдается принцип постоянства баз.

Подготовка технологических баз ведется на токарно-винторезном станке модели 163М. на этой операции производится подрезка торца и сверление центровых гнезд. Заготовка устанавливается в трех кулачковом патроне.

Далее производится черновая и чистовая обработка наружных поверхностей вал шестерни с переустановкой (с двух сторон) и нарезание резьбы на поверхности 68 М68*2-8g на токарно-винторезном станке модели 163М, базирование в центрах.

Фрезерование шлицев вала производится на зубофрезерном полуавтомате 5К324А червячной фрезой. Зубья шестерни нарезаются зуборезной головкой  на зубофрезерном полуавтомате модели 5С280П.

Фрезерование пазов производится на вертикально-фрезерном станке модели 6М13П.

После термообработки на кругло шлифовальном станке 3М175 шлифуются поверхности 70к6, 70h8, 63h6, 45h6, 60f8 мм; технологические базы – центровые отверстия.

Анализ существующего технологического процесса позволил выявить ряд его недостатков, устранение которых позволит существенно снизить трудоемкость изготовления детали и повысить качество обработки.

Для подготовки баз на первой операции предназначается применить фрезерно-центровальный станок МР-71М для фрезерования торцов и сверления центровых отверстий.

Токарную обработку предполагается выполнить на более совершенном и производительном оборудовании – токарных станках с ЧПУ, например модели 16К20Ф3.

Обработку шлицев выполним на вертикальном зубофрезерном полуавтомате модели 5К324А, червячной шлицевой фрезой, при установке заготовки в центрах. Так как шлицы центрируются по наружному диаметру, то обработку выполняем фрезой, имеющей у основания зубьев фланк для обработки фасок на вершинах шлиц.

Зубья шестерни будут нарезаться зуборезной головкой на горизонтальном зубофрезерном полуавтомате модели 5С280П.

Фрезерование двух диаметрально расположенных пазов выполним на вертикально-фрезерном станке модели 6М13П.

На круглошлифовальную операцию примем круглошлифовальный станок модели 3В423.

4.5 Выбор заготовки. Предварительная технико-экономическая оценка выбора заготовки по минимуму приведенных затрат

Вопрос о выборе заготовки решается на основе технико-экономического обоснования, которое выполняется по методике [1].

Сравним два варианта: заготовки из проката (в базовом технологическом процессе) и поковку, штампуемую плашмя в открытых штампах на штамповочных паровоздушных молотах двойного действия.

Рассмотрим заготовку из проката.

Размер заготовки Æ100*446 мм, масса заготовки Qз = 27,5 кг, масса детали Qд = 11,9 кг.

Коэффициент использования металла определяем по формуле:

,                                                     (4.2)

где Qзаг. – масса заготовки, кг;

Qдет. – масса детали, кг;

Ки.м. =0,43, данный коэффициент не отвечает требованиям крупносерийного производства.

Эскиз заготовки из проката представлен на рисунке 4.1


                                                                                                   Æ100

                                                     446

Рисунок 4.1 – Эскиз заготовки из проката

Стоимость заготовки из проката находим по формуле:

,                                        (4.3)

где S – цена одной тонны металла заготовки, тг за кг - 120;

Sотх - цена одной тонны отходов, тг за кг -7

Qзаг. – масса заготовки, кг –11,9

Qдет. – масса детали, кг 27,5

Получим:

тенге

Рассмотрим заготовку, получаемую штамповкой плашмя в открытых штампах на штамповочных паровоздушных молотах двойного действия. Эскиз заготовки представлен на рисунке 4.2

Масса заготовки Qзаг = 15,6 кг, определим коэффициент использования металла по формуле (4.2) для поковки:

Ким = 0,76.

Стоимость заготовки из поковки находим по формуле:

,                    (4.4)

где S – цена одной тонны металла заготовки, тг за кг - 165;

Sотх - цена одной тонны отходов, тг за кг –7;

Qзаг. – масса заготовки, кг –11,9;

Qдет. – масса детали, кг 15,6;

     Æ52                             Æ70                       Æ79                        Æ95

                                                                  219                         12

                                                         345                                     80

                                                                 446

Рисунок 4.2 – Эскиз заготовки из поковки

Кт, Кс, Кв, Км, Кп – коэффициенты, учитывающие точность, группу сложности, массу, марку материала и объем производства заготовок, принимаем Кт=1, Км=1,79, Кс=0,81, Кв=0,8, Кп=1.

Получим:

Сопоставив оба варианта, отдаем предпочтение поковке, получаемой штамповкой плашмя в открытых штампах на штамповочных паровоздушных молотах двойного действия, которая дешевле заготовки из проката, кроме того коэффициент использования металла заготовки, получаемой штамповкой на молотах меньше коэффициента использования металла заготовки из проката: Ким. пок < Ким.пр (0,43<0,76).

Экономический эффект рассчитывается по формуле:

Эгод = (Sзаг.пок. - Sзаг.пр.)* N,                                              (4.5)

где N – годовая программа выпуска деталей, шт.

Эгод = (3190-2960)*2000=460000, тенге.

4.6 Выбор методов обработки отдельных поверхностей детали

Выбор методов обработки поверхностей заготовки производится на основе наиболее рационального процесса обработки, обеспечивающего требуемую точность и качество поверхности детали. Общий план обработки поверхностей заготовки может быть принят по таблицам средней экономической точности по источнику [7]. Общий план обработки поверхностей вал-шестерни представлен в таблице 4.3.

Таблица 4.3 –  Выбор методов обработки поверхностей заготовки

Наименование

поверхности

Маршрут обработки

Квалитет точности

Шерохо-ватость

1

2

3

4

1 Цилиндрическая поверхность 45h6

1 Обтачивание получистовое

IT 12

Rz 40

2 Обтачивание чистовое

IT 9

Rz 20

3 Шлифование предварительное

IT 8

Ra 3,2

4 Шлифование окончательное

h6

Ra 1,25

2 Шлицы D–8*52*60f8*10d – 10

(рассматривается наиболее точная поверхность 60f8)

1 Обтачивание получистовое

IT 12

Rz 40

2 Обтачивание чистовое

IT 9

Rz 20

3 Нарезание шлиц

h9

Rz 20

4 Шлифование предварительное

f8

Ra 3,2

5. Шлифование окончательное

f8

Ra 1,25

3 Цилиндрическая поверхность 63h6

1 Обтачивание получистовое

IT 12

Rz 40

2 Обтачивание чистовое

IT 9

Rz 20

3 Шлифование предварительное

IT 8

Ra 3,2

4 Шлифование окончательное

h6

Ra 1,25

4 Цилиндрическая поверхность 64±0,5

1 Обтачивание получистовое

Rz 40

5 Резьба на поверхности 68, М68*2-8g

1 Обтачивание получистовое

h12

Rz 40

2 Нарезание резьбы

8g

Rz 20

3 Вертикальное фрезерование

h9

Rz 20

6 Цилиндрическая поверхность 69±0,5

1 Обтачивание получистовое

Rz 80

7 Цилиндрические поверхности 70h8

1 Обтачивание получистовое

IT 12

Rz 40

2 Обтачивание чистовое

IT 9

Rz 20

3 Шлифование предварительное

h8

Ra 3,2

4 Шлифование окончательное

h8

Ra 1,25


Окончание таблицы 4.3

1

2

3

4

8,9 Цилиндрические поверхности 70к6

1 Обтачивание получистовое

IT 12

Rz 40

2 Обтачивание чистовое

IT 9

Rz 20

3 Шлифование предварительное

IT 8

Ra 3,2

4 Шлифование окончательное

к6

Ra 1,25

11 Цилиндрическая поверхность 82+0,5

1 Обтачивание получистовое

Rz 80

12 Цилиндрическая поверхность 85h11 и зубчатая поверхность

1 Обтачивание получистовое

h11

Rz 80

2 Нарезание зубьев

Ст 9-8-8-Х

Rz 20

13 Торцовые поверхности 434±2

1 Фрезерование торцов в размер

Rz 40

2 Сверление центровочных отверстий

H12

Rz 40

4.7 Выбор методов и средств технического контроля качества детали

При разработке технологического процесса предусмотрена операция контроля, а также вспомогательные операции очистки центровых гнёзд, предшествующие операции контроля.

Контролируемые параметры после круглошлифовальный операции: радиальное и торцовое биения поверхности на которой расположены зубья , радиальное биение цилиндрической поверхности, радиальное и торцовое биения цилиндрической поверхности и прилегающего к ней торца. Схема контроля биений и их условные обозначения приведены соответственно на рисунках 4.3 и 4.4

Рисунок 4.3 – Схема контроля биений

                 0.05  Е                          0.03   Е                      0.025 Е             0.025  Е

                                                       Е

Рисунок 4.4 – Условное обозначение биений

Контрольное приспособление собрано из деталей стандартизованных приспособлений многократного применения, из комплекта универсально-сборных приспособлений (УСП). Компоновки УСП собраны из готовых нормализованных, взаимозаменяемых деталей и сборочных единиц.

Элементы системы УСП сформированы в комплекты, применяют комплекты УСП с шириной паза соответственно 8, 12, 16 мм, ширину паза используют для обозначения серии комплекта, для данного контрольного приспособления принят комплект УСП-12. Техническая характеристика комплекта УСП-12 приведена в таблице 4.4

Таблица 4.4 Техническая характеристика комплекта УСП-12

Характеристика

Серия комплекта

УСП-12

Ширина шпоночного паза и его допустимое отклонение

Допустимое отклонение шпонки

Диаметр основной крепёжной резьбы, мм

Шаг между пазами, мм

Среднее время сборки одного приспособления, ч

Габаритные размеры обрабатываемых заготовок, мм:

Длина, мм

Ширина, мм

Высота, мм

Наибольшая масса обрабатываемых заготовок, кг

Наибольший диаметр обрабатываемых отверстий, мм

12Н7

h6

М12*1,5

60

3

700

400

500

60

38

Базовые и корпусные детали изготовлены из стали 12ХН3А с последующей цементацией и закалкой до твёрдости НRСэ  58…62, установочные – из стали У8А с закалкой до твёрдости НRСэ  38…42.


4.8 Выбор технологических баз. Разработка маршрутного технологического процесса изготовления детали. Выбор оборудования.

Выбор технологических баз производят, исходя из основных принципов базирования. При обработке вал-шестерён, как правило, используют ось вала и один из торцов. Схема базирования, а также содержание маршрутной технологии изготовления  вал-шестерни представлены в таблице 4.5.

Таблица 4.5 – Технология механической обработки вал-шестерни

Содержание операции

Эскиз обработки, базирование

Оборудова-ние

1

2

3

000 Заготовительная. Изготовление поковки.

Штамповочные паровоздушные молоты двойного действия

005 Фрезерно-центровальная.

1) Фрезерование торцов в размер 434±2.

2) Сверление центровочных отверстий в5 по ГОСТ 14034-74.

Фрезерно-центровальный станок модели МР-71М

010 Токарная программируемая:

Получистовая обработка;

Чистовая обработка.

Токарный станок с ЧПУ модели 16К20Ф3


Продолжение таблицы 4.5

1

2

3

015 Токарная программируемая.

Получистовая обработка.

Чистовая обработка.

Токарный станок с ЧПУ модели 16К20Ф3

020 Термическая.

Нормализация до

НВ 220 – 240.

Электропечь СН 3

025 Шлицефрезерная.

Фрезерование червячной фрезой цилиндрической поверхности 60 мм с образованием шлицев D-8*52*60f8*10d – 10

Зубофрезерный полуавтомат модели 5К324А

030 Зубофрезерная.

Фрезерование конической поверхности торцовой зуборезной головкой методом обкатки с образованием круговых зубьев

z =11, m = 4,5.

Зубофрезерный полуавтомат модели 5С280П.

035 Контрольно-обкатная.

Проверка пятна контакта.

Контрольно-обкатной станок модели 5Б726


Продолжение таблицы 4.5

1

2

3

040 Фрезерная.

Фрезеровать концевой фрезой 10 мм два диаметрально расположенных паза.

Вертикально-фрезерный станок модели 6М13П

045 Термическая.

Цементация в контролируемой атмосфере с твёрдым карбюризатором. при температуре   t = 920 – 950 °С h= 0.9 – 1.4 мм,

Печь шахтная Ц-105А

050 Термическая.

Закалка при температуре t = 920 – 960 °С в течении 1 часа 30 минут с последующим охлаждением в масле.

Установка ТВЧ

055 Термическая.

Отпуск при температуре t = 150 – 180 °С в течении часа с последующим охлаждением на воздухе.

Электропечь СН 0

060 Контрольная

Контролировать твёр-   дость 55…62 HRCэ

Твердо-мер

065 Круглошлифо-вальная

Кругло-шлифовальный станок модели 3В423

Окончание таблицы 4.5

1

2

3

070 Контрольно-обкатная. Окончательный контроль детали.

Контрольно-обкатной станок модели 5Б726

4.9 Размерный анализ технологического процесса изготовления                вал-шестерни. Расчет припусков.

Расчет припусков и межоперационных размеров основного размера 2И = Ø70k6.

Расчет производится из размерной цепи И, начиная от последней операции (окончательное шлифование), поднимаясь вверх до заготовки, расчёт выполнен по источникам [1, 7, 8, 9].

Рассмотрим первую размерную технологическую цепь, представленную на рисунке 4.5

                                               И065

                                                                           903

                                                                                     1301

                             [Z'9]065               И'065

                                                                           903'   1301

Рисунок 4.5 – Размерная технологическая цепь на операции 065' (окончательное  шлифование)

2И'065 – выполняемый размер на данной операции: 2И'065= 70мм;

Т2И'065 – допуск выполняемого размера: Т2И'065 = 0,019 мм;

Ес2И'065 – координата середины поля допуска выполняемого размера: Ес065 = +0,0115 мм;

065 – предшествующий размер, его номинальный размер неизвестен и определяется по ходу решения размерной цепи;

Т2И065 – допуск предшествующего размера: Т2И065= 0,046 мм;

Ес065 – координата середины поля допуска предшествующего размера Ес065 = -0,023 мм;

Е(903'-1301) соосность 903' поверхности по отношению к поверхности 1301: Е(903'-1301) = 0,02 мм;

Е(903-1301)  соосность 903 поверхности по отношению к поверхности 1301: Е(903-1301)  = 0,04 мм;

[2Z'9]065 – замыкающее звено (припуск на данной операции), определяется по ходу решения размерной цепи.

Расчет данной размерной технологической цепи осуществляется в следующем порядке:

1) Минимальный припуск на этой операции определяется по формуле (4.6):

[2Z'min9]065 = 2 *[Rzi-1 + Ti-1 ],                                        (4.6)

где Rzi-1 – высота неровностей профиля на предшествующем переходе, мм     (Rzi-1 =0,01мм);

T'i-1 – глубина дефектного поверхностного слоя на предшествующем переходе (обезуглероженный или отбеленный слой), мм (Ti-1 =0,02мм).

[2Z'min9]065 = 2 *[0,01 + 0,02 ] = 0,06 мм

2) Определяем координаты середины поля допуска замыкающего звена (припуска) по формуле (4.7):

Ес[2Ζ'9]065 = Ес065 - Ес2И'065,                                          (4.7)

Ес[2Ζ'9]065 = -0,023 – 0,0115 = -0,0345 мм

3) Определяем поле рассеивания (допуск) замыкающего звена (припуска) по формуле (4.8):

Т[2Ζ'9]065 = Т2И065+ Т2И'065+ Е(903-1301)+ Е(903'-1301)           (4.8)

Т[2Ζ'9]065 = 0,046 + 0,019 + 0,04 + 0,02 = 0,125 мм

4) Определяем номинальное значение замыкающего звена (припуска) по формуле (4.9):

[2Ζ'9]065 = [2Z'min9]065 - Ес[2Ζ'9]065 + Т[2Ζ'9]065 /2                    (4.9)

[2Ζ'9]065 = 0,06-(-0,0345)+0,125 = 0,2195 мм ≈ 0,220 мм

5) Определяем верхнее и нижнее отклонение замыкающего звена (припуска), а также его наибольшее значение  по формулам (4.10, 4.11, 4.12) соответственно:

ES[2Ζ'9]065 = Ес[2Ζ'9]065 + Т[2Ζ'9]065/2,                           (4.10)

EI[2Ζ'9]065 = Ес[2Ζ'9]065 - Т[2Ζ'9]065/2,                             (4.11)

ES[2Ζ'9]065 =-0,0345+0,125/2 = 0,028 мм,

EI[2Ζ'9]065 = -0,0345-0,125/2 = -0,097 мм,

Получаем полное значение замыкающего звена (припуска)                  [2Ζ'9]065 = 0,220.

Определяем наибольший размер:

[2Ζ'max 9]065 = [2Ζ'9]065 + ES[2Ζ'9]065,                            (4.12)

[2Ζ'max 9]065 = 0,220 + 0,028 = 0,248 мм

6) Определим номинальный размер предшествующего размера Т2И065 по формуле (4.13):

065 = 2И'065 + [2Ζ'9]065,                                            (4.13)

065 = 70 + 0,220 = 70,220 мм

065 = 70,220-0,046 мм

Рассмотрим следующую размерную технологическую цепь, представленную на рисунке 4.6

                                               И'010

                                                                           901'

                                                                                     1301'

                              [Z9]065               И065

                                                                           903   1301

Рисунок 4.6 – Размерная технологическая цепь на операции 065 (предварительное шлифование)

065 – выполняемый размер на данной операции: 2И065= 70,220-0,046 мм;

Т2И065 – допуск выполняемого размера: Т2И065 = 0,046 мм;

Ес065 – координата середины поля допуска выполняемого размера:

Ес065 = -0,023 мм;

2И'010 – предшествующий размер, его номинальный размер неизвестен и определяется по ходу решения размерной цепи,

Т2И'010 – допуск предшествующего размера: Т2И'010= 0,074 мм;

Ес2И'010 – координата середины поля допуска предшествующего размера Ес2И'010 = -0,037 мм;

Е(903-1301) соосность 903 поверхности по отношению к поверхности 1301: Е(903-1301) = 0,04мм;

Е(901'-1301) соосность 901' поверхности по отношению к поверхности 1301: Е(901'-1301) = 0,08 мм;

[2Z9]065 – замыкающее звено (припуск на данной операции), определяется по ходу решения размерной цепи.

Расчет данной размерной технологической цепи осуществляется в следующем порядке:

1) Минимальный припуск на этой операции определяется по формуле (4.6):

Rzi-1 =0,03мм;

Ti-1 =0,03мм;

[2Zmin9]065 = 2 *[0,03 + 0,03 ] = 0,12 мм

2) Определяем координаты середины поля допуска замыкающего звена (припуска) по формуле (4.14):

Ес[2Ζ9]065= Ес2И'010 - Ес065,                                (4.14)

Ес[2Ζ9]065=-0,037 + 0,023= -0,014 мм

3) Определяем поле рассеивания (допуск) замыкающего звена (припуска) по формуле (4.15):

Т[2Ζ9]065 = Т2И'010+ Т2И065+ Е(901'-1301) + Е(903-1301),       (4.15)

Т[2Ζ9]065 = 0,074 + 0,046 +0,08 + 0,04 = 0,24 мм

4) Определяем номинальное значение замыкающего звена (припуска) по формуле (4.16):

[2Ζ9]065 = [2Zmin9]065 - Ес[2Ζ9]065 + Т[2Ζ9]065 /2,                  (4.16)

[2Ζ9]065 = 0,12- (-0,014)+0,24/2 = 0,254 мм

5) Определяем верхнее и нижнее отклонение замыкающего звена (припуска), а также его наибольшее значение  по формулам (4.17, 4.18, 4.19) соответственно:

ES[2Ζ9]065 = Ес[2Ζ9]065 + Т[2Ζ9]065/2 , мм                                              (4.17)

EI[2Ζ9]065 = Ес[2Ζ9]065 - Т[2Ζ9]065/2 , мм                                                (4.18)

ES[2Ζ9]065 =-0,014+0,254/2 = 0,113 мм

EI[2Ζ9]065 = -0,014-0,254/2 =-0,141мм

Получаем полное значение замыкающего звена (припуска)

[2Ζ9]065 = 0,254.

Определяем наибольший размер:

[2Ζmax 9]065 = [2Ζ9]065 + ES[2Ζ9]065,                             (4.19)

[2Ζmax 9]065 = 0,254 + 0,113 = 0,367 мм

6) Определим номинальный размер предшествующего размера Т2И065 по формуле (4.20), с учетом термообработки, где происходит угар » 0,03 мм:

2И'010 = 2И065 + [2Ζ9]065 + 0,03 , мм                                                      (4.20)

2И'010 = 70,220+0,254 + 0,03 = 70,474 мм                                                                       

2И'010 = 70,504-0,074 мм

Рассмотрим следующую размерную цепь на токарной чистовой операции 010', представленную на рисунке 4.7

                                               И010

                                                                           901

                                                                                     1301    

                              [Z'9]010               И'010

                                                                           901'   1301'

Рисунок 4.7 –  Размерная технологическая цепь на операции 010'

(чистовое обтачивание)

2И'010 – выполняемый размер на данной операции: 2И'010= 70,504-0,074 мм;

Т2И'010 – допуск выполняемого размера: Т2И'010 = 0,074 мм;

Ес2И'010 – координата середины поля допуска выполняемого размера: Ес010 = -0,037 мм;

010 – предшествующий размер, его номинальный размер неизвестен и определяется по ходу решения размерной цепи;

Т2И010 – допуск предшествующего размера: Т2И010= 0,300 мм;

Ес010 – координата середины поля допуска предшествующего размера Ес010 = -0,150 мм;

Е(901'-1301) соосность 901' поверхности по отношению к поверхности 1301: Е(901'-1301)  = 0,08 мм;

Е(901-1301)  соосность 901 поверхности по отношению к поверхности 1301: Е(901-1301)  = 0,15 мм;

[2Z'9] 010 – замыкающее звено (припуск на данной операции), определяется по ходу решения размерной цепи.

Расчет данной размерной технологической цепи осуществляется в следующем порядке:

1) Минимальный припуск на этой операции определяется по формуле (4.6):

Rzi-1 =0,05мм;

Ti-1 =0,05мм;

[2Z'min9] 010 = 2 *[0,05 + 0,05 ] = 0,2мм

Определяем координаты середины поля допуска замыкающего звена (припуска) по формуле (4.21):

Ес[2Ζ'9] 010 = Ес010 - Ес2И'010,                              (4.21)

Ес[2Ζ'9] 010 = -0,150- (-0,037) = -0,113 мм

3) Определяем поле рассеивания (допуск) замыкающего звена (припуска) по формуле (4.22):

Т[2Ζ'9] 010 = Т2И010+ Т2И'010+ Е(901-1301)+ Е(901'-1301),        (4.22)

Т[2Ζ'9] 010 = 0,300 + 0,074  + 0,15 + 0,08 = 0,604 мм

4) Определяем номинальное значение замыкающего звена (припуска) по формуле (4.23):

[2Ζ'9]010 = [2Z'min9] 010 - Ес[2Ζ'9] 010 + Т[2Ζ'9] 010 /2,                    (4.23)

[2Ζ'9]010 = 0,2-(-0,113) + 0,604/2 = 0,615 мм

5) Определяем верхнее и нижнее отклонение замыкающего звена (припуска), а также его наибольшее значение  по формулам (4.24, 4.25, 4.26) соответственно:

ES[2Ζ'9] 010 = Ес[2Ζ'9]010+ Т[2Ζ'9] 010/2 , мм                                            (4.24)

EI[2Ζ'9] 010 = Ес[2Ζ'9]010 - Т[2Ζ'9] 010/2 , мм                                             (4.25)

ES[2Ζ'9] 010 = -0,113 + 0,604/2 = 0,189 мм

EI[2Ζ'9] 010 = -0,113 - 0,604/2 = - 0,415мм

Получаем полное значение замыкающего звена (припуска)                  [2Ζ'9]010 = 0,615.

Определяем наибольший размер:

[2Ζ'max 9] 010 = [2Ζ'9] 010 + ES[2Ζ'9] 010,                         (4.26)

[2Ζ'max 9] 010 = 0,615 + 0,189 = 0,804 мм

6) Определим номинальный размер предшествующего размера Т2И010 формуле (4.27):

010 = 2И'010 + [2Ζ'9] 010,                                     (4.27)

010 = 70,504  + 0,615 = 71,119 мм

010 = 71,119-0,300 мм

Рассмотрим следующую размерную цепь на токарной получистовой операции 010, представленную на рисунке 4.8

                                              И000

                                                                           900

                                                                                     1301    

                              [Z9]010               И010

                                                                           901   1301

Рисунок 4.8 –  Размерная технологическая цепь на операции 010

( получистовое обтачивание)

010 – выполняемый размер на данной операции: 2И010= 71,119-0,300 мм;

Т2И010 – допуск выполняемого размера: Т2И010 = 0,300 мм;

Ес010 – координата середины поля допуска выполняемого размера: Ес010 = -0,150 мм;

000 – предшествующий размер, его номинальный размер неизвестен и определяется по ходу решения размерной цепи;

Т2И000 – допуск предшествующего размера: Т2И000= 4,0 мм;

Ес000 – координата середины поля допуска предшествующего размера Ес000 = +0,7 мм;

Е(901-1301) соосность 901 поверхности по отношению к поверхности 1301: Е(901'-1301)  = 0,15 мм;

Е(900-1301)  соосность 900 поверхности по отношению к поверхности 1301: Е(900-1301)  = 1 мм;

[2Z9] 010 – замыкающее звено (припуск на данной операции), определяется по ходу решения размерной цепи.

Расчет данной размерной технологической цепи осуществляется в следующем порядке:

1) Минимальный припуск на этой операции определяется по формуле (4.6):

Rzi-1 =0,15мм;

Ti-1 =0,25мм;

[2Zmin9] 010 = 2 *[0,15 + 0,25 ] = 0,8 мм

2) Определяем координаты середины поля допуска замыкающего звена (припуска) по формуле (4.28):

Ес[2Ζ9] 010 = Ес000 - Ес010,                               (4.28)

Ес[2Ζ9] 010 = 0,7 –(-0,150) = 0,850 мм

3) Определяем поле рассеивания (допуск) замыкающего звена (припуска) по формуле (4.29):

Т[2Ζ9] 010 = Т2И000+ Т2И010+ Е(900-1301)+ Е(901-1301),            (4.29)

Т[2Ζ9] 010 = 4,0+ 0,300+ 1 + 0,15 = 5,450 мм

4) Определяем номинальное значение замыкающего звена (припуска) по формуле (4.30):

[2Ζ9]010 = [2Zmin9] 010 - Ес[2Ζ9] 010 + Т[2Ζ9] 010 /2,                    (4.30)

[2Ζ9]010 =0,8 –0,850 + 5,450 =5,4 мм

5) Определяем верхнее и нижнее отклонение замыкающего звена (припуска), а также его наибольшее значение  по формулам 4.31, 4.32, 4.33 соответственно:

ES[2Ζ9] 010 = Ес[2Ζ9]010 + Т[2Ζ9] 010/2 , мм                                            (4.31)

EI[2Ζ9] 010 = Ес[2Ζ9]010 - Т[2Ζ9] 010/2 , мм                                              (4.32)

ES[2Ζ9] 010 = 0,850 + 5,450/2 = +3,575мм ≈ 3,6 мм

EI[2Ζ9] 010 = 0,850 -5,450/2 = +1,875 мм  ≈ 1,9 мм

Получаем полное значение замыкающего звена (припуска)

[2Ζ9]010 = 5,4 мм.

Определяем наибольший размер:

[2Ζmax 9] 010 = [2Ζ9] 010 + ES[2Ζ9] 010,                          (4.33)

[2Ζmax 9] 010 = 5,4 + 3,6 = 9,0 мм

6) Определим номинальный размер предшествующего размера Т2И065 по формуле (4.34):

000 = 2И010 + [2Ζ9] 010,                                         (4.34)

000 = 71,119+ 5,4 = 76,519 ≈76,6мм

000 = 76,6мм

Из результатов расчёта припусков видно, что ранее принятый размер диаметральной поверхности заготовки И (одной из наиболее точных) равный 79 мм удовлетворяет размеру той же поверхности полученному расчётным путём равному 76,6 мм. Поэтому можно сделать вывод, что все принятые диаметральные размеры заготовки удовлетворяют расчётным.

4.10 Разработка технологических операций и операционных или маршрутно-операционных технологических процессов.

В данном дипломном проекте подробный операционный технологический процесс разрабатывается на токарную программируемую операции 010 и 015 и круглошлифовальную 065. Наладки на операции 010 и 065 представлены на листе 7 и 9 соответственно графической части дипломного проекта.

4.11 Расчет режимов резания

Назначение и расчет режимов резания имеют важное значение в разработке технологического процесса. Они влияют на точность и качество получаемой поверхности, производительность и себестоимость обработки.

При назначении элементов режима резания учитывают характер обработки, тип и размеры инструмента, материал его режущей части, материал и состояние заготовки, тип и состояние оборудования.

4.11.1 Расчет режимов резания на токарную программируемую операцию 010 и 015

Расчёт производим по методике 10.

Обработка вал-шестерни производится на токарно-винторезном станке с ЧПУ модели 16К20Ф3. Эскиз обработки представлен на рисунке 4.9

Выбираем резец: тип резца – токарный проходной упорный резец с пластиной из твёрдого сплава с углом в плане 90° по ГОСТ 18879-73. Тип крепления пластины – пайка. Материал пластины Т14К8 для получистовой обработки (резец № 1) и Т30К4 для чистовой обработки (резец № 2). Толщина пластины 6.4 мм. Материал державки резца сталь 45. Сечение державки резца h*b = 25*16, длина резца L = 140 мм.

                            1      2     3       4        5        6       7          8          9

                                                                                 10                11

Рисунок 4.9 –  Эскиз обработки вал-шестерни на станке 16К20Ф3

на операциях 010 и 015 соответственно.

Геометрические параметры режущей части инструмента для получистовой обработки (резец № 1):

главный задний угол a = 6°;

главный передний угол g = 10°;

форма передней поверхности – плоская с фаской;

угол наклона главной режущей кромки l = 0°;

угол при вершине в плане e = 70°;

главный угол в плане j = 90°;

вспомогательный угол в плане j1 = 20°;

радиус округления режущей кромки r = 0,03 мм;

ширина фаски вдоль главного режущего лезвия ¦ = 0,5 мм;

радиус вершины резца rв = 1,0 мм;

допустимый износ hз = 1,4 мм.

Геометрические параметры режущей части инструмента для чистовой обработки (резец № 2):

главный задний угол a = 8°;

главный передний угол g = 15°;

форма передней поверхности – плоская с фаской;

угол наклона главной режущей кромки l = 0°;

угол при вершине в плане e = 85°;

главный угол в плане j = 90°;

вспомогательный угол в плане j1 = 5°;

радиус округления режущей кромки r = 0,03 мм;

ширина фаски вдоль главного режущего лезвия ¦ = 0,3 мм;

радиус вершины резца rв = 1,0 мм;

допустимый износ hз = 0,6 мм;

нормативный период стойкости Т = 30 мин;

обрабатываемая сталь 20Х2Н4А: НВ = 2400 МПа, sв = 880 МПа.

Определяем минимально необходимую глубину резания для получистовой и чистовой стадий обработки.

При получистовой стадии обработки для поверхностей: 1 – глубина резания  t = 6 мм; 2, 3 и 4 – 4,4 мм; 5 и 6 – 5,3 мм; 7 – 2,7 мм; 8 – 4,3 мм; 9 – 2,1 мм; 10 и 11 – 4 мм.

При чистовой стадии обработки для поверхностей: 2, 3, 4, 7, 8 и 9 – глубина резания t = 1 мм.

Осуществим выбор подачи для получистовой и чистовой стадий обработки

При получистовой стадии обработки: для поверхностей: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10 и 11 – рекомендуемая подача Sот = 0,3 мм/об; 7 – 0,39 мм/об; 9 – 0,21 мм/об.

Определяем поправочные коэффициенты на подачу для всех поверхностей в зависимости от:

инструментального материала Кsи = 1,1;

способа крепления пластины Кsр = 1,0;

сечения державки резца Кsд = 0,9;

прочности режущей части Кsh = 1,0;

механических свойств обрабатываемого материала Кsм = 0,9;

схемы установки заготовки Кsу = 0,9;

состояния поверхности заготовки Кsп = 1,0;

геометрических параметров резца Кsj = 1,0;

жёсткости станка Кsj = 0,75.

Окончательно подачу получистовой стадии обработки определяем по формуле (4.35):

Sо= Soт*Кsи*Кsр*Кsд*Кshsм*Кsу*Кsп*Кsjsj             (4.35)

Для поверхностей: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10 и 11:

Sо = 0,3 * 1,1 * 1 * 0,9 * 1 * 0,9 * 0,9 * 1 * 1 * 0,75 = 0,18 мм/об

Для поверхности 7:

Sо = 0,39 * 1,1 * 1 * 0,9 * 1 * 0,9 * 0,9 * 1 * 1 * 0,75 = 0,24 мм/об

Для поверхности 9:

Sо = 0,21 * 1,1 * 1 * 0,9 * 1 * 0,9 * 0,9 * 1 * 1 * 0,75 = 0,13 мм/об

Аналогично принимаем рекомендуемую подачу при чистовой операции для обработки поверхностей: 2, 3, 4, 7 и 8 – Sот = 0,22 мм/об; 9 – 0,12 мм/об.

Определяем поправочные коэффициенты на подачу для поверхностей 2, 3, 4, 7, 8 и 9 в зависимости от:

механических свойств обрабатываемого материала Кsм = 0,9;

схемы установки заготовки Кsу = 0,9;

радиуса вершины резца Кsr = 1,0;

квалитета обрабатываемой заготовки Кsк = 0,8;

кинематического угла в плане Кsjк = 1.

Значение подачи определяем по формуле (4.36):

Sо = Soт * Кsм * Кsу * Кsr * Кsк * Кsj к                            (4.36)

Для поверхностей 2, 3, 4, 7 и 8:

Sо = 0,22 * 0,9 * 0,9 * 1 * 0,8 * 1 = 0,15 мм/об

Для поверхности 9:

Sо = 0,12 * 0,9 * 0,9 * 1 * 0,8 * 1 = 0,08 мм/об

Осуществим выбор скоростей резания для получистовой и чистовой стадий обработки.

При получистовой стадии обработки для поверхностей: 1, 5 и 6 – Vт = 210 м/мин; 2, 3, и 4 – Vт = 215 м/мин; 8, 10 и 11 – Vт = 208 м/мин; 7 – Vт = 228 м/мин; 9 – Vт = 241 м/мин.

Определяем поправочные коэффициенты на скорость резания  для поверхностей 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10 и 11 в зависимости от:

инструментального материала Кvи = 1,0;

группы обрабатываемости материала Кvс = 0,9;

вида обработки Кvо = 1,0;

жёсткости станка Кvj = 0,75;

механических свойств обрабатываемого материала Кvм = 0,8;

геометрических параметров резца Кvj = 1,0;

периода стойкости режущей части Кvт = 1,1;

наличия охлаждения Кvж = 1,0.

Определим поправочные коэффициенты на скорость резания для поверхностей 7 и 9 в зависимости от:

инструментального материала Кvи = 0,95;

группы обрабатываемости материала Кvс = 0,9;

вида обработки Кvо = 1,0;

жёсткости станка Кvj = 0,75;

механических свойств обрабатываемого материала Кvм = 0,8;

геометрических параметров резца Кvj = 1,0;

периода стойкости режущей части Кvт = 1,1;

наличия охлаждения Кvж = 1,0.

Общий поправочный коэффициент на скорость резания определяем по формуле (4.37):

Кv = Кvи  * Кvс * Кvо * Кvj * Кvм * Кvj * Кvт * Кvж                 (4.37)

Окончательно скорость резания определяем по формуле (4.38):

V = Vт * Кv                                                  (4.38)

При чистовой стадии обработки для поверхностей: 2, 3, 4, 7 и 8 – Vт = 300 м/мин; 9 – Vт = 370 м/мин.

Определяем поправочные коэффициенты на скорость резания в зависимости от:

инструментального материала Кvи = 0,8;

группы обрабатываемости материала Кvс = 0,9;

вида обработки Кvо = 1,0;

жёсткости станка Кvj = 0,75;

механических свойств обрабатываемого материала Кvм = 0,8;

геометрических параметров резца Кvj = 1,0;

периода стойкости режущей части Кvт = 1,1;

наличия охлаждения Кvж = 1,0.

По формуле (4.37) определим поправочные коэффициенты:

при получистовой стадии обработки:

Кv = 0,59 – для поверхностей 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10 и 11;

Кv = 0,56 – для поверхностей 7 и 9;

при чистовой стадии обработки:

Кv = 0,48 – для поверхностей 2, 3, 4, 7, 8 и 9.

По формуле (4.38) определим окончательные значения скоростей резания:

при получистовой стадии обработки:

V = 162 * 0,59 = 95,6 м/мин – для поверхностей 1, 5 и 6;

V = 215 * 0,59 = 126,9 м/мин – для поверхностей 2, 3 и 4;

V = 208 * 0,59 = 122,7 м/мин – для поверхностей 8, 10, и 11;

V = 228 * 0,56 = 127,7 м/мин – для поверхности 7;

V = 241 * 0,56 = 135,0 м/мин – для поверхности 9;

при чистовой стадии обработки:

V = 300 * 0,48 = 144 м/мин – для поверхностей 2, 3, 4, 7 и 8;

V = 370 * 0,48 = 177,6 м/мин – для поверхности 9.

Частоту вращения шпинделя определяем по формуле:

n = 1000 * V / p * D                                           (4.39)

При получистовой стадии обработки значения частот вращения определяем по формуле 4.39, для поверхностей:

1 – n = 371,3 об/мин;

2, 3 и 4 – n = 577,3 об/мин;

5 и 6 – n = 447,7 об/мин;

7 – n = 645,5 об/мин;

8 – n = 651,3 об/мин;

9 – n = 955,4 об/мин;

10 и 11 – n = 455,1 об/мин.

При чистовой стадии обработки значения частоты вращения для поверхностей:

2, 3 и 4 – n = 655,1 об/мин;

7 – n = 727,9 об/мин;

8 – n = 764,3 об/мин;

9 – n = 1256,9 об/мин.

Произведём корректировку значений частот по паспортным данным станка 16К20Ф3:

при получистовой стадии обработки, для поверхностей:

1 – nф = 355 об/мин;

2, 3, и 4 – nф = 560 об/мин;

5, 6, 10, и 11 – nф = 500 об/мин;

7 и 8 – nф = 630 об/мин;

9 – nф = 1000 об/мин;

при чистовой стадии обработки для поверхностей:

2, 3 и 4 – nф = 630 об/мин;

7 – nф = 710 об/мин;

8 – nф = 800 об/мин;

9 – nф = 1400 об/мин;

Фактические значения скоростей резания определяем по формуле:

Vф = p * D * nф / 1000                                      (4.40)

при получистовой стадии обработки, для поверхностей:

1 – Vф = 91,4м/мин;

2, 3, и 4 – Vф = 123,1 м/мин;

5, 6– Vф = 75,8 м/мин;

7 – Vф = 124,6 м/мин;

8 – Vф = 118,7 м/мин;

9 – Vф = 141,3 м/мин;

10 ,11– Vф = 134,8 м/мин;

при чистовой стадии обработки для поверхностей:

2, 3 и 4 – Vф = 138,5 м/мин;

7 – Vф = 140,5 м/мин;

8 – Vф = 190,7 м/мин;

9 – Vф = 197,8 м/мин.

Осуществим проверку выбранных режимов по мощности привода главного движения, для получистовой стадии обработки, для чистовой стадии обработки проверку по мощности не производят. Значения мощности приведены ниже:

для поверхностей 1, 5 и 6 — Nт = 9,1 кВт;

для поверхностей 2, 3 и 4 — Nт = 6 кВт;

для поверхностей 8, 10 и 11 — Nт = 7,3 кВт;

для поверхности 7 — Nт = 5,7 кВт;

для поверхностей 9 — Nт = 5,1 кВт.

Поправочный коэффициент на мощность резания в зависимости от твёрдости обрабатываемого материала КNм = 1,05.

Табличную мощность резания корректируем по формуле:

N = Nт * КNм * Vф/Vт , кВт                                           (4.41)

Фактические значения мощностей резания рассчитанные по формуле 4.41

для поверхностей 1, 5 и 6 — Nт = 9,14 кВт;

для поверхностей 2, 3 и 4 — Nт = 6,11 кВт;

для поверхностей 8, 10 и 11 — Nт = 7,58 кВт;

для поверхности 7 — Nт = 5,84 кВт;

для поверхностей 9 — Nт = 5,6 кВт.

Определим значения минутной подачи по формуле:

Sм = nф * Sо                                             (4.42)

Значения минутной подачи, рассчитанных по формуле (4.42):

при получистовой стадии обработки, для поверхностей:

1 –Sм = 63,9мм/мин;

2, 3, и 4 – Sм = 100,8 мм/мин;

5, 6– Sм = 63,9 мм/мин;

7 – Sм = 151,2 мм/мин;

8 – Sм = 113,4 мм/мин;

9 – Sм = 130 мм/мин;

10 ,11– Sм = 90 мм/мин;

при чистовой стадии обработки для поверхностей:

2, 3 и 4 – Sм = 94,5 мм/мин;

7 – Sм = 106,5 мм/мин;

8 – Sм = 120 мм/мин;

9 – Sм = 112 мм/мин.

Определим основное время автоматической работы станка по формуле:

То = Li / Sмi,                                          (4.43)

где Li – длина пути, проходимого инструментом в направлении подачи при обработке i-й поверхности (с учётом врезания и перебега), мм;

Sмi – минутная подача на данной поверхности, мм/мин.

Li определяется по формуле (4.44):

Li =,                                            (4.44)

где Dz – приращение по оси z, мм;

Dx – приращение по оси x, мм.

Значения приращений Dz, Dx и Li для различных стадии обработки поверхностей приведены в таблице 4.6, значение Li определяем по формуле (4.44),.

Значения То для поверхностей и стадий обработки, рассчитанные по формуле (4.43), приведены в таблице 4.6

После получистовой и чистовой обработки следует операция нарезания резьбы М68*2-8g на поверхности 6.

Выбираем резец № 3 – токарный резьбовой с пластиной из твёрдого сплава по ГОСТ 18885-73. Тип крепления пластины – пайка. Материал пластины Т15К6. Толщина пластины 6.4 мм. Материал державки резца сталь 45. Сечение державки резца h*b = 25*16, длина резца L = 140 мм.

Определяем скорость резания при резьбонарезании по формуле (4.45):

V = Сv * ix * Kv, / Тm * sy,                                        (4.45)

где i – число рабочих ходов при нарезании резьбы;

Т – среднее значение периода стойкости резца, мин;

S – подача резца при резьбонарезании, мм/об;

Kv – общий поправочный коэффициент на скорость резания при резьбонарезании.

Общий поправочный коэффициент находим по формуле:

Kv = Kмv * Kиv * Kсv,                                          (4.46)

где Kмv – коэффициент, учитывающий качество обрабатываемой поверхности;

Kиv – коэффициент, учитывающий материал режущей части инструмента;

Kсv – коэффициент, учитывающий способ нарезания резьбы.

Kмv = 0,9 * (750/880) = 0,77; Киv = 1; Ксv = 0,75.

По формуле (4.46):

Kv = 0,77 * 1 * 0,75 = 0,58

По формуле (4.45):

V = 244 * 4 0,23 * 0,58 / 70 0,2 * 0,2 0,3 = 134,3 м/мин.

Тангенциальную составляющую силы резания определяем по формуле:

Рz = 10 * Ср *Р y * Кр / in,                            (4.47)

где Р – шаг резьбы, мм;

Кр – поправочный коэффициент на силу резания.

Кр = Кмр = (880 / 750) 0,75 = 1,13

По формуле (4.47) :

Рz = 10 * 148 * 2 1,7 * 1,13 / 4 0,71 = 2030,6 Н.

Мощность резания находим по формуле:

Nр = Pz * V / 1020 * 60,                                      (4.48)

Nр = 2030,6 * 134,3 / 1020 * 60 = 4,46 кВт.

Частоту вращения шпинделя станка рассчитываем по формуле:

n = 1000 * V / p * D,                                       (4.49)

где D – диаметр нарезания резьбы, мм.

По формуле (4.49):

 n = 1000 * 134,3 / 3,14 * 68 = 648 об/мин.

По паспортным данным станка частоту вращения шпинделя принимаем следующей — nф = 630 об/мин.

Тогда фактическое значение скорости резания находим по формуле (4.50):

Vф = p * D * nф / 1000, м/мин,                                        (4.50)

Vф = 3,14 * 68 * 630 / 1000 = 130,6 м/мин.

Расчётную мощность резания коректируем по формуле (4.48): N = 2030,6 *    * 130,6 / 1020 * 60 = 4,33 кВт.

Минутная подача по формуле (4.42):

Sм = 630 * 0,2 = 126 мм/мин.

Время цикла автоматической работы станка определяем по формуле 4.43 и вносим его значения в таблицу 4.6

После нарезания резьбы М68*2-8g на поверхности 6 следует операция проточки канавок на поверхностях 3 и 5.

Выбираем резец № 4 – токарный прямой с механическим креплением пластины из твёрдого сплава. Форма пластины – круглая. Тип крепления пластины – механический, винтом с конической головкой. Материал пластины Т14К8. Толщина пластины 3.6, диаметр 10 мм. Материал державки резца сталь 45. Сечение державки резца h*b = 25*16, длина резца L = 140 мм.

По формулам (4.42, 4.43, 4.44) рассчитываем соответственно Sм, Тмв, То и Li и результаты расчётов вносим в таблицу 4.6

Машинно-вспомогательное время Тмв рассчитывается так же, как и основное время автоматической работы станка по программе То.


Таблица 4.6 – Значения приращений Dz и Dx, длины i-го участка траектории Li и времени цикла автоматической работы станка

Участок траектории и № резца

z, мм

x, мм

Li, мм

Sмi, мм/мин

То, мин

Тмв, мин

1

2

3

4

5

6

7

Операция 010: обрабатываются поверхности 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 и 9

Резец № 1

0—1

1—2

2—3

3—4

4—5

5—6

6—7

7—8

8—9

9—10

10—11

11—12

12—13

13—14

14—15

15—16

-150,0

-1,5

-17,5

0

-1,5

-91,5

-3,0

-30,0

-1,5

-30,0

-3,0

-185,5

0

-7,2

0

+364,0

-177,8

+1,5

0

+6,0

+1,5

0

+1,5

0

+1,3

0

+2,2

0

+4,8

0

+5,0

0

232,62

2,12

17,50

6,00

2,12

91,50

3,35

30,00

1,98

30,00

3,72

185,50

4,80

7,20

5,00

364,00

4000,0

130,0

130,0

130,0

113,4

113,4

151,2

151,2

63,9

63,9

63,9

100,8

100,8

63,9

1000,0

4000,0

0,016

0,135

0,046

0,019

0,807

0,022

0,198

0,031

0,469

0,058

1,840

0,048

0,113

0,050

0,058

0,005

0,091

Резец № 2

0—1

1—2

2—3

3—4

4—5

5—6

6—7

7—8

8—9

9—10

10—11

11—12

0

-2,0

-16,5

0

-1,5

-91,5

-3,0

-30,0

0

-218,0

0

+218,5

-24,0

+2,0

0

+5,0

+1,5

0

+1,5

0

+3,5

0

+10,5

0

24,00

2,83

16,50

5,00

2,12

91,50

3,35

30,00

3,50

218,00

10,50

218,50

2000,0

112,0

112,0

112,0

120,0

120,0

106,5

106,5

500,0

94,5

1000,0

4000,0

0,025

0,147

0,045

0,018

0,763

0,031

0,282

2,306

0,050

0,012

0,007

0,011

0,055

Резец № 3

0—1

1—2

0

-22,0

-12,4

0

12,40

22,00

500,0

126,0

0,175

0,05

0,025


Окончание таблицы 4.6

1

2

3

4

5

6

7

2—3

3—4

4—5

5—6

6—7

7—8

8—9

9—10

10—11

11—12

12—13

13—14

14—15

0

+22,0

0

-22,0

0

+22,0

0

-22,0

0

+22,0

0

-22,0

-3,4

+6,0

0

-6,4

0

+6,0

0

-6,15

0

+6,0

0

-6,1

0

+10,0

6,00

22,00

6,40

22,00

6,00

22,00

6,15

22,00

6,00

22,00

6,10

22,00

10,56

1000,0

2000,0

500,0

126,0

1000,0

2000,0

500,0

126,0

1000,0

2000,0

500,0

126,0

1000,0

0,175

0,175

0,175

0,006

0,011

0,013

0,006

0,011

0,013

0,006

0,011

0,013

0,011

Резец № 4

1—2

2—3

3—4

4—5

5—6

6—7

7—0

0

0

-106,2

0

-28,8

0

+455,4

-10,0

+12,0

0

-9,5

0

+10,0

+155,5

10,95

12,00

106,20

9,50

28,80

10,00

481,22

180,0

1000,0

2000,0

180,0

100,8

1000,0

4000,0

0,061

0,053

0,286

0,050

0,012

0,053

0,010

0,120

То

8,627

0,814

Время цикла автоматической работы станка Тца, мин

9,441

Операция 015: обрабатываются поверхности 10 и 11

Резец № 1

0—1

1—2

2—3

3—4

4—0

-150,0

-61,5

-4,0

0

+215,5

-169,28

+12,21

0

+5,00

+152,07

226,18

62,70

4,00

5,00

263,75

4000,0

90,0

90,0

1000,0

4000,0

0,697

0,044

0,083

0,057

0,005

0,066

То

0,741

0.211

Время цикла автоматической работы станка Тца, мин

0,962

Наладка на токарную программируемую операцию 010 представлена на листе  графической части дипломного7 проекта.

Траектория движения резца на токарную программируемую операцию 015 представлена на рисунке 4.10.


Рисунок 4.10 – Траектория движения резца на токарной программируемой операции 015.

4.11.2 Расчет режимов резания на кругло шлифовальную операцию 065

Расчёт производим по методике 12

На круглошлифовальном станке модели 3В423 осуществляется окончательная обработка ступеней вал-шестерни. Она включает предварительное и окончательное шлифование.

Произведем расчет для одной из ступеней, а именно для ступени   ø70k6.

Известны следующие данные:

длина шлифования, l=55мм;

диаметр шлифования, d=70мм;

шероховатость после предварительной обработки, Ra=3,2 мкм;

шероховатость после окончательной обработки, Ra=1,25 мкм;

5) припуск на сторону при предварительной обработке, [Ζmax 9]065 =0,184 мм

6) припуск на сторону при окончательной обработке, [Ζ'max 9]065=0,124 мм

7) обработка ведется с продольной подачей и поперечным врезанием на каждый рабочий ход.

Характеристика круга и его размеры по ГОСТ 2424-83:

ПП 600*40*203 24А 20-П СМ2 7 К5 35м/с 1кл. А,

где ПП – тип круга, круг прямого профиля;

600*40*203 – размеры шлифовального круга: наружный диаметр, ширина, внутренний (посадочный) диаметр круга соответственно, мм;

24А – шлифовальный материал – белый электрокорунд, для инструмента на керамической связке;

20-П – цифровое обозначение зернистости определяется размером ячейки сита (для шлифзерна 20,0 – 0,20 мм) и буквенное обозначение процентного содержания основной фракции шлифовального материала (для шлифзерна П – 55%);

СМ2 – твёрдость круга, круг среднемягкий;

6 – номер структуры шлифовального круга, числовое обозначение процентного содержания зёрен, связки и пор (6 – 50% зёрен в единице объёма);

К5 – тип связки, керамическая связка для инструмента из электрокорунда;

35 м/с – допустимая окружная скорость вращения круга;

1 кл – класс неуравновешенности круга;

А – класс точности круга.

В процессе круглого наружного шлифования методом продольной подачи рассматриваются и рассчитываются следующие элементы:

1) Скорость главного движения резания – вращение шлифовального круга определяется по формуле (4.51):

,                                              (4.51)

где Dk – диаметр шлифовального круга, мм;

nk – частота вращения круга, об.мин, принимается по паспортным данным станка, для круглошлифовального станка модели 3В423 nk = 955 об/мин.

Как видно из расчета скорость вращения шлифовального круга находится в пределах рекомендуемого диапазона (до 35 м/с).

2) Скорость вращательного движения заготовки – движение окружной подачи принимаем

- для предварительной обработки vз1=20м/мин;

- для окончательной обработки vз2=35м/мин.

3) Определяем частоту вращения заготовки исходя из принятой скорости движения окружной подачи по формуле (4.52):

,                                                 (4.52)

где vз – скорость вращательного движения заготовки, м/мин;

d – диаметр ступени под шлифование,мм, d=70мм.

Получаем:

- частота вращения заготовки при предварительной обработке:

- частота вращения заготовки при окончательной обработке:

4) Определяем значение продольной подачи – возвратно-поступательное перемещения стола с заготовкой, по следующей зависимости (4.53):

s0=sд*Bk,                                                                                       (4.53)

где sд – коэффициент, зависящий от характера шлифования (предварительного или окончательного)

- при предварительной обработке sд1 = 0,3÷0,7;

- при окончательной обработке sд2 = 0,2÷0,4;

Bk – ширина круга,мм, Bk = 40мм.

Тогда величина продольной подачи будет наводиться в пределах:

- при предварительной обработке:

s01=(0,3÷0,7)*40 = 12÷28 мм/об.

- при окончательной обработке:

s01=(0,2÷0,4)*40 = 8÷16 мм/об.

Принимаем следующие значения (руководствуясь тем, что при предварительной обработке эту величину следует брать больше, а при окончательной – меньше): s01=20мм/об, s02=10мм/об.

По известной подаче определим скорость движения продольной подачи по формуле (4.54):

                                            (4.54)

- при предварительной обработке:

- при окончательной обработке:

5) Определяем значение поперечной подачи круга – прерывистые движения поперечной подачи, в данном случае осуществляется на каждый рабочий ход стола. Известно, что это значение лежит в пределах sx=0,005-0,015мм/ход. При выборе поперечной подачи следует учитывать характер обработки (предварительная или окончательная), а также требования, предъявляемые к точности обработки и шероховатости поверхности. Поэтому большие значения поперечной подачи выбирают для предварительной обработки, а меньшие для окончательной.

Принимаем следующие значения для поперечной подачи:

- для предварительной обработки sx=0,01 мм/ход

- для окончательной обработки sx=0,005 мм/ход

6) Определяем мощность, затрачиваемую на шлифование по формуле (4.55):

,                                           (4.55)

где Сn – коэффициент мощности, зависящий от характера обработки, типа обрабатываемого материала и характеристик шлифовального круга, принимаем Сn = 2,2;

vз – скорость вращательного движения заготовки;

sx – поперечная подача круга;

s0 – продольная подача круга;

d – диаметр шлифования;

n, x, e, q – показатели степени соответственно принимеам 0,5, 0,5, 0,55, 0

- мощность резания при предварительном шлифовании:

           

- мощность резания при окончательном шлифовании:

Проверяем, достаточна ли мощность двигателя шлифовальной бабки, для этого выполняется следующее условие:

NрезNcт,                                                                                (4.56)

где Ncт - мощность станка определяемая из соотношения (4.57):

 Ncт=Nдв*η,                                               (4.57)

где  Nдв - мощность привода главного движения – вращения шлифовального круга, определяется по паспорту станка,составляет, кВт – 12;

η  - коэффициент учитывающий потери , нормативный и составляет η =0,8

Ncт = 12*0,8=9,6 кВт

Сравним полученное значение мощности с мощностью резания, допускаемую станком при шлифовании

5,1<9,6 , т.е. обработка возможна.

7) определяем основное технологическое время по формуле (4.58):

,                                          (4.58)

где L – длина хода стола, при перебеге круга на каждую сторону, равном половине ширины шлифовального круга, мм, определяется длиной шлифования:

L=l=55мм

h – припуск на сторону, мм;

K – коэффициент точности, учитывающий время на «выхаживание», т. е. шлифование без поперечной подачи и зависит от характера обработки.

- для предварительного шлифования: К1=1,2;

- для окончательного шлифования: К1=1,4;

-при предварительном шлифовании:

- при окончательном шлифовании:

4.11.3 Расчёт режимов резания на шлицефрезерной операции

Расчёт производим по методике 12

Обработку производится на зубофрезерном полуавтомате модели 5К324А. Обработку производим червячной фрезой  по ГОСТ 8027-86, из быстрорежущей стали Р6М5, с фланком у основания зубьев. Получаем шлицы средней серии D-8*52*60f8*10d, центрируемые по наружному диаметру.

Назначаем подачу Sоб = 2,2 мм/об заготовки, учитывая поправочный коэффициент, учитывающий  механические свойства стали, Км = 0,9;

принимаем подачу S = Sоб * Км = 2,0 мм/об.

Скорость резания при нарезании шлиц определяем по формуле:

V = (Cv * U q * Kv) /( T m * S y * h x),                                 (4.59)

где U – число шлицев;

h – высота шлиц, мм;

Т – период стойкости инструмента, мин;

Кv – общий поправочный коэффициент.

Cv = 780, y = 0,5, x = 1,28, q = 0,37, m = 0,4, U = 8, h = 4 мм, Т = 600 мин.

Общий поправочный коэффициент на скорость резания определяем по формуле (4.60):

Kv = Kмv * Kиv * Kпv                                                        (4.60)

где  Kмv – коэффициент, учитывающий влияние механических свойств стали;

Kпv – коэффициент, учитывающий профиль зуба фрезы;

Kиv – коэффициент, учитывающий число шлицев нарезаемого валика.

Kmv = 0,9, Кпv = 1,0, Киv = 1,1.

По формуле (4.60) определяем значение коэффициента Кv = 0,99.

Значение скорости резания определяем по формуле (4.59): V = 15,5 м/мин.

Значение частоты вращения определяем по формуле (4.61):

n = 1000 * V / p * D                                                 (4.61)

n =49,4 об/мин, корректируя значение частоты вращения по паспортным данным станка, получим фактическое значение частоты вращения nф = 50 об/мин. По формуле (4.62) определяем значение фактической скорости резания:

 

Vф = p * D * nф / 1000, м/мин                                       (4.62)

V = 15,7 м/мин.

Значение мощности резания при нарезании шлиц определяем по формуле:

N = 10-5 * CN * S y * d u * V * KN,                                     (4.63)

где d – диаметр шлицевого валика, мм;

KN – поправочный коэффициент на мощность, учитывающий изменение условий эксплуатации.

СN = 42, y = 0,65, u = 1,1, d = 88 мм, KN = 1,1.

По формуле (4.63): N = 1,03 кВт.

Мощность привода главного движения станка 5К324А N = 7,5 кВт, по формуле 4.63: 1,03 < 6, следовательно, условие выполняется и обработка возможна.

Значение основного времени определяем по формуле:

То = (Lрх * U )/ (nф* S), мин                                                                   (4.63)

где Lрх – длина рабочего хода, мм; Lрх = 89 мм.

по формуле (4.63): То = 7,12 мин.


4.12 Нормирование операций технологического процесса

Технические нормы времени устанавливаются в зависимости от типа производства. В нашем случае деталь изготавливается в условиях крупносерийного производства, поэтому нормы времени устанавливаются расчетно-аналитическим методом.

4.12.1 Нормирование круглошлифовальной операции 065

Расчёт производим по методике 11

Расчет норм времени на данную операцию осуществляется по формуле:

,                                                    (4.64)

где  Тшт-к – штучнокалькуляционное время;

Тп-з – подготовительно-заключительное время,мин, Тп-з =6мин;

n – количество деталей в настроечной партии, шт, n=2000шт.;

Тшт – штучное время, мин.

Штучное время определяется по формуле (4.65):

Tштовобот,                                                 (4.65)

где То – основное время, мин;

Тв – вспомогательное время, мин;

Тоб – время обслуживания рабочего времени, мин;

Тот – время перерывов на отдых и личные надобности, мин.

Основное время на операции определяется по формуле (4.66):

То=Σ Тоi,                                                   (4.66)

где Тоi – основное время выполнения каждого перехода, мин.

То=(0,11+0,72+0,24+0,16+0,80+0,7+0,16+1,04+0,35+0,27+1,11+1,2)=8,87 мин

Вспомогательное время определяется по формуле (4.67):

Тв = Ту.с.+Тз.о.+(Туп.из.)*к,                                (4.67)

где Ту.с – время на установку и снятие детали, мин Ту.с =5мин;

Тз.о. – время на закрепление и открепление детали, мин Ту.с =5мин;

Туп. – время на приемы управления, мин Туп.=0,355мин;

Тиз – время на измерение детали, мин Тиз.=2,66 мин;

к – коэффициент, учитывающий тип производства, для крупносерийного производства к=1,5.

Тогда:

Тв = 5+5+(0,355+2,66)*1,5 = 14,52мин

Время на обслуживание рабочего места определяется из соотношения (4.68):

Тобтехорг,                                             (4.68)

где  Ттех – время на организационное обслуживание, мин;

Торг – время на обслуживание рабочего места, мин.

Время на техническое обслуживание рабочего места определяется из соотношения (4.69):

Ттех = n*tn, мин                                             (4.69)

где  n – количество операций правки шлифовального круга, n=6;

tn – время на одну правку шлифовального круга, мин tn=1,6 мин.

Тогда:

Ттех =6*1,6=9,6 мин

Время на организационное обслуживание берется из соотношения (4.70):

Торгопорг/100, мин                                  (4.70)

где  Топ – оперативное время, мин;

Порг – процентное отношение времени на организационное обслуживания к оперативному времени,  Порг=1,7%.

Оперативное время определяется из соотношения (4.71):

Топ = То+Tв,                                              (4.71)

где То – основное время, мин;

 Tв – вспомогательное время, мин.

Топ=8,87+14,52=23,39мин

Тогда:

 

Торг=23,39*1,7/100=0,4мин

Время перерывов на отдых и личные надобности берется из соотношения (4.72):

Тотопот/100,                                                      (4.72)

где  Топ – оперативное время,мин;

Пот – процентное отношение времени на отдых и личные надобности к оперативному времени,  Пот=5%.

Тогда:

Тот=23,39*5/100=1,17 мин

Таким образом, для определения штучно-калькуляционного времени может быть использована следующая формула (4.73):

+ То+ Ту.с.+Тз.о.+(Туп.из.)*к+Ттехоргот, мин      (4.73)

+5+5+(0,355+2,66)*1,5+9,6+0,4+1,17=34,563 мин

4.12.2 Нормирование шлицефрезерной операции 025

Расчёт производим по методике 11

Штучное время определяется по формуле (4.74):

Tшт = [Tом+(Tв.у.в.п.)*Ктв]*(1+(аобсотл)/100),                      (4.74)

где Tо – основное время на обработку, мин Tо=18,2 мин;

Км – поправочный коэффициент, учитывающий марку и твердость стали Км

Tв.у – вспомогательное время на установку и снятие, мин   Tв.у =0,41мин;

Тв.п – вспомогательное время, связанное с переходом, мин Тв.п=0,02 мин;

Ктв – коэффициент к вспомогательному времени, в зависимости от характера серийности работ Ктв=0,76

аобс – время на обслуживание рабочего места, % от оперативного, аобс =4;

аотл – время на отдых и личные потребности, % от оперативного, аотл=4.

Тогда:

Тшт =[18,2*1,2+(0,41+0,02)*0,76]*(1+(4+4)/100)=23,6 мин;

Штучно-калькуляционное время определяем по формуле (4.64).

Подготовительно-заключительное время будет складываться из:

-само время =23 мин;

- время на получение инструмента и приспособлений до начала и на сдачу их после обработки партии детали =7мин;

- время на пробную обработку детали =3 мин.

В итоге Тп-з =33мин

Тшт-к = (33/2000)+23,6=23,62 мин


4.12.3 Нормирование зубофрезерной операции 030

Расчёт производим по методике 11

Штучное время определяется по формуле (4.75):

Tшт = [Tо*zм+(Tв.у.в.п.)*Ктв]*(1+(аобсотл)/100),                  (4.75)

где Tо – основное время на обработку одного зуба, мин Tо=0,97 мин;

z – число зубьев, z=11

Км – поправочный коэффициент, учитывающий марку и твердость стали Км

Tв.у – вспомогательное время на установку и снятие, мин   Tв.у =1,05мин;

Тв.п – вспомогательное время, связанное с переходом, мин Тв.п=0,25 мин;

Ктв – коэффициент к вспомогательному времени, в зависимости от характера серийности работ Ктв=0,76

аобс – время на обслуживание рабочего места, % от оперативного, аобс =4;

аотл – время на отдых и личные потребности, % от оперативного, аотл=4.

Тогда:

Тшт =[0,97*11*1,2+(1,05+0,25)*0,76]*(1+(4+4)/100)=14,9 мин;

Штучно-калькуляционное время определяем по формуле (4.64).

Подготовительно-заключительное время будет складываться из:

-само время =23 мин;

- время на получение инструмента и приспособлений до начала и на сдачу их после обработки партии детали =7мин;

- время на пробную обработку детали =4,5 мин.

В итоге Тп-з =34,5мин

Тшт-к = (34,5/2000)+23,6=14,92 мин

4.12.4 Нормирование токарно-программируемой операции

Расчёт производим по методике 11

Норма времени на выполнение операций на станках с числовым программным управлением при работе на одном станке определяется по формуле:

Тшт = (Тца + Тв)*(1+(атех + аорг + аотл)/100),                                   (4.76)

где Тца – время цикла автоматической работы станка по программе, мин;

атех, аорг, аотл – время на техническое и организационное обслуживание рабочего места, на отдых и личные нужды, % от оперативного;

Тв – вспомогательное время, мин.

атех, аорг, аотл = 8%.

Время цикла автоматической работы станка по программе находим по формуле (4.77):

Тца = То + Тмв, мин                                           (4.77)

где То – основное (технологическое) время на обработку одной детали, мин;

Тмв – машинно-вспомогательное время по программе, мин.

Вспомогательное время Тв определяем по формуле:

Тв = Тву + Твоп + Твизм, мин                                   (4.78)

где Тву – время на установку и снятие детали вручную или подъёмником, мин,

Твоп – вспомогательное время, связанное с операцией (не вошедшее в управляющую программу), мин,

Твизм – вспомогательное непекрываемое время на измерения, мин.

Пронормируем отдельно  операции 010 и 015 обработки детали вал-шестерня.

Операция 010 То = 8,627 мин, Тмв = 0,814, по формуле 4.79: Тв = 2,4 мин, отсюда по формуле (4.76):

Тшт = (9,441 + 2,4) * (1 + 8 / 100) = 12,79 мин.

Операция 015 То = 0,741 мин, Тмв = 0,211, по формуле 4.79: Тв = 1,8 мин, отсюда по формуле (4.76):

Тшт = (0,952 + 1,8) * (1 + 8 / 100) = 3 мин.

4.13 Технологическая документация

Технологическая документация разрабатывается в соответствии с ГОСТами и методическими указаниями источника [13].

В соответствии с ГОСТ 3.1118-82 – формы и правила оформления маршрутных карт, маршрутный технологический процесс по изготовлению детали вал-шестерня занесён в маршрутные карты, которые приводятся в Приложении В.

Операционные карты и карта эскизов для круглошлифовальной операции 065 представлены в Приложении Г и Д соответственно.


5 Расчет и проектирование технологической оснастки

5.1 Расчёт и проектирование приспособления для круглошлифовального станка модели 3В423

5.1.1 Служебное назначение приспособления

Приспособление предназначено для наружного шлифования цилиндрических поверхностей вала на круглошлифовальном станке 3В423. Приспособление должно обладать высокой жесткостью основных элементов, иметь малый допуск концентричности установочных (базовых) поверхностей шеек, иметь достаточную силу зажима заготовки в приспособлении.

5.1.2 Схема базирования заготовки

Базирование вал шестерни  при шлифовании осуществляется по конической поверхности в приспособлении и по заднему цетровочному отверстию. Схема базирования представлена на рисунке 5.2.1:

                    3

                                                                                                       4

                         1,2                                                                         5

                         6

Рисунок 5.1 – Схема базирования на круглошлифовальной операции

Данная схема базирования может быть реализована при использовании специального патрона с центрирующими шариками.

5.1.3 Описание конструкции приспособления

Конструкция приспособления представлена на листе 8 графической части дипломного проекта, спецификация в Приложении Ж.

Тип приспособления – одноместное, однопозиционное.

Приспособление представляет собой патрон  для установки вала-шестерни по коническому зубчатому венцу при шлифовании.

В конструкции патрона 1 предусмотрены три шарика 3, по которым базируется вал-шестерня. От выпадения шарики удерживают специальные скобы 2, они же позволяют им перемещаться по своеобразному пазу на определённое расстояние, благодаря чему возможно вхождение шариков во впадины круговых зубьев конической шестерни. Скобы 2 прикрепляются к корпусу патрона 1 с помощью винтов 4 и шайб 5.

На круглошлифовальной операции патрон используется совместно с задним вращающимся центром.

Данное приспособление обеспечивает значительно большую точность центрирования детали, чем кулачковые и цанговые патроны, и радиальное биение у них составляет 0,01-0,02 мм.

5.1.4 Конструктивный расчет приспособления

При проектировании и расчёте приспособления были использованы источники [14, 15, 16].

Целью расчёта является определение диаметра шариков по которым базируется вал-шестерня, а также диаметр окружности на которой находятся сами шарики.

Схемы необходимые для данного расчёта изображены на рисунках 5.2 и 5.3.

                                                                                          h

                                   Хо'                                                                  Х

                                                Х'                                                               r

                                                           rx                         r'

                    j

Рисунок 5.2 – Схема для расчёта диаметра шариков (продольное сечение)

Известно диаметр основной окружности вала-шестерни, D = 76 мм, отсюда радиус r = 38 мм, число зубьев Z = 11, угол делительного конуса j = 9°54'20'', средний номинальный модуль m = 4,5 мм.

Определим величину rx по формуле:

rx = r – h * sin j,                                                    (5.1)

где h – расстояние от образующей внешнего дополнительного конуса шестерни до центра шарика, мм.

Обычно h принимают в пределах (1,0 – 1,5)*m, учитывая это принимаем h = 6,5 мм. По формуле (5.1): rx = 36,882 мм.

Определим величину r' по формуле:

r' = rx / cos j                                                        (5.2)

По формуле (5.2): r' = 37,44 мм.

Принимая по-прежнему расстояние от образующей наружного конуса шестерни до точек контакта шариков с зубьями 0,3*m, найдём радиус окружности касания шариков для цилиндрического колеса R по формуле:

R = r' + m' – 0,3 * m',                                              (5.3)

где m' – модуль в сечении на расстоянии h от образующей делительного конуса, мм.

Модуль в сечении m' определяем по формуле:

m' = m * (1 – h * sinj / r)                                         (5.4)

По формуле 5.3 : R = 40,498 мм.

                                                    d

                                                                  g

                                                                                             a1

                                                                 a

                                  R                 q

                                                    q1

                                                  f

                                                 a1'                      r0

                                      RL                                   r                 Re

Рисунок 5.3 –  Схема для расчёта диаметра шариков (поперечное сечение)

Радиус основной окружности цилиндрического колеса при угле зацепления a = 20° определим по формуле:

r0' = r' * cosa                                               (5.5)

Подставляя значения величин в формулу (5.5), имеем: r0' = 35,182 мм.

Тогда число зубьев этого колеса определим по формуле:

Z' = Z / cosj                                                 (5.6)

По формуле (5.6): Z' = 11,17

При этом шаг зацепления по начальной окружности расчитывается по формуле:

S' = 2 * p * r / Z'                                        (5.7)

И толщина зуба S1:

S1 = S' / 2                                                  (5.8)

S' = 21,375 мм, S1 = 10,6875 мм.

Найдём угол, соответствующий половине шага зубьев, измеренного по дуге начальной окружности f:

f = p / Z                                                     (5.9)

По формуле (5.9): f = 0,281 рад.

Далее найдём косинус угла a1 при данных значениях:

cosa1 = r0' / R                                              (5.10)

По формуле (5.10): cosa1 = 0,8687, отсюда a1 = 29,6881° = 29°41'.

Определим углы q и q1, характеризующие инволютные функции угла зацепления a и угла a1:

q = tgaa,                                                   (5.11)

q1 = tga1a1                                                (5.12)

По формулам (5.11, 5.12): q = 0,0149 рад, q1 = 0,0520 рад.

Далее найдём величину угла g:

g = p / Z' – S1 / 2 * r' – q + q1                                  (5. 13)

По формуле (5.13): g = 0,1757 рад, что соответствует g = 10,0642° = 10°4'.

Расстояние Х определяется по формуле:

Х = r0' / cos(a1 + g)                                      (5.14)

По формуле (5.14): Х = 45,761 мм.

Тогда определим диаметр шариков d по формуле:

d = 2 * (r0' * tg(a1 + g) – R * sina1)                              (5.15)

d = 18,41 мм, округляем это значение до d = 18 мм.

Поскольку мы округлили полученное расчётным путём значение диаметра шариков, то нам предстоит пересчитать некоторые величины.

Определим величину угла g:

g1 = d / 2 * r0'                                            (5.16)

По формуле (5.16): g1 = 0,2558 рад или g1 = 14,657° = 14°39'.

Найдём величину q1':

q1' = S1 / 2 * r' + q + gp / Z'                               (5.17)

q1' = 0,1322 рад, по таблицам инволютных функций при q1' = 0,1322 рад угол a1' = 38°21'.

Пересчитаем величину Х:

Х = r0' / cosa1'                                                               (5.18)

По формуле (5.18): Х = 44,869 мм.

Далее откорректируем значение радиуса окружности касания шариков для цилиндрического колеса R:

R = Ö((Х * sina1' – d / 2)2 + r0'2)                                  (5.19)

По формуле (5.19) R = 39,912 мм.

Далее посчитаем значения Х и R для конического колеса:

Х' = Х * cosj,                                                  (5.20)

R' = R * cosj                                                   (5.21)

По формулам (5.20, 5.21): Х' = 44,2 мм, R' = 39,317 мм.

В результате расчётов определили: диаметр шариков d = 18 мм и диаметр окружности, на которой находятся сами шарики D' = 2*Х' = 88,4 мм.

5.2 Разработка конструкции приспособления для зуборезного станка 5С280П

5.2.1Служебное назначение приспособления

Приспособление предназначено для нарезания конических колес с криволинейными зубьями зуборезными головками. Приспособление должно обладать высокой жесткостью основных элементов, иметь малый допуск концентричности установочных (базовых) поверхностей шеек, опорного торца относительно посадочного конуса приспособления, иметь постоянную силу зажима заготовки в приспособлении (т. е. приспособление должно иметь механизированный привод).

5.2.2 Схема базирования заготовки

Т.к. коническая вал-шестерня устанавливается в редукторе по посадочным шейкам Ø 70k6 и опорному торцу, то согласно рекомендациям именно эти поверхности следует выбрать за технологические базы. Схема базирования вал-шестерни при зубонарезании представлена на рисунке 5.4

                                     5

                                  4                   3

  1                    2

                                                    6

Рисунок 5.4 – Схема базирования вал-шестерни на операции зубофрезерование.

Данная схема базирования может быть реализована при использовании специального приспособления с разжимными центрирующими элементами.

5.2.3 Описание конструкции приспособления

Конструкция приспособления для зубонарезания представлена на листе 11 графической части дипломного проекта, спецификация в Приложении И.

Приспособление устанавливается в шпиндель  станка 5С280П. Базирование вал-шестерни производится по шейкам Ø70k6 и торцу зубчатого венца в цанге 2. После установки вал-шестерни в приспособление цанга под действием штока 3 гидроцилиндра перемещается вправо. Сначало передний конец цанги центрирует и зажимает вал-шестерню за короткую шейку диаметром Ø70k6 и прижимает к торцу зубчатого венца. При дальнейшем перемещении цанги средняя ее часть деформируется, после чего цанга центрирует и зажимает заготовку за вторую длинную шейку Ø70k6. Цанга имеет два конусных участка с различными углами конуса. Передний участок цанги имеет угол конуса 150, а средний 60. Передняя шейка зажимается раньше средней шейки благодаря тому, что угол конуса передней части цанги больше, чем угол конуса цанги на среднем участке.

Приспособление характеризуется быстродействием, точностью центрирования и надежностью зажима. Большой угол конуса передней цанги способствует быстрому зажиму и центрированию передней шейки, расположенной ближе к зубчатому венцу. Меньший угол задней цанги позволяет сильнее закрепить заготовку за среднюю шейку. Преимущество цангового приспособления состоит в том, что заготовка устанавливается с зазором. Поэтому ее легко и удобно вставить в приспособление. Съем приспособления из шпинделя станка производится с помощью двух винтов 7.

Приспособление для вал-шестерни надежно работает тогда, когда размер базовых шеек изменяется в пределах не более 0,03мм. Если зазор шейки составляет более 0,03мм, то средняя часть цанги удлиняется и недостаточно зажимает заготовку. Когда цанга новая осевой зазор между торцами цанги и корпусом приспособления сосотавляет 0,75мм. По мере изнашивания цанги зазор уменьшается. При зазоре 0,13мм цангу необходимо заменить новой.

5.2.4 Силовой расчет приспособления

При проектировании и расчёте приспособления были использованы источники [15, 16].

Сила зажима заготовки в приспособлении должна обеспечивать достаточную жесткость контакта сопряженных поверхностей, предотвратить их смещение от действующих сил в процессе обработки, возникновение вибраций и недопустимые деформации элементов системы. Схема для расчета сил зажима заготовки (в нашем случае сила затяжки цанги) представлена на рисунке

Рисунок 5.5 – Схема для расчета сил заготовки

Сила затяжки цанги определяется по уравнению (5.22):

,                         (5.22)

где Q – сила закрепления заготовки, Н;

Q/ - сила сжатия лепестков цанги для выборки зазора между ее губками и заготовкой, Н;

α1 и α2 – углы конусов цанги, град (150 и 60 соответственно);

φ – угол трения между цангой и втулкой, град (130).

Сила закрепления заготовки Q определяется по формуле (5.23):

,                                                (5.23)

где k – коэффициент запаса (2,5);

Pрез – осевая сила резания, сдвигающая заготовку, Н (5115);

f1 и f2 – коэффициенты трения между заготовкой и цангой (0,2).

Н

Величину силы Q/ определяем по формуле (5.24):

,                                         (5.24)

где S – толщина стенки лепестка цанги, мм (2,5);

D – наружный диаметр поверхности лепестка цанги, (85);

∆ – радиальный зазор между цангой и заготовкой, мм (0,075);

l – длина (вылет) лепестка цанги от места заделки до середины конуса, мм (90).

Н

Определяем необходимую величину силы затяжки по уравнению (5.22):

Н

Данное усилие затяжки цанги обеспечивается гидроприводом станка. Давление масла создается гидронасосом . Рабочее давление в гидросистеме  станка Pуд=5Мпа. Максимальная величина усилия затяжки цанги, обеспечиваемая данным станком составляет Nc=120*103Н.

Т.к. N<Nc, следовательно необходимая величина силы закрепления заготовки может быть обеспечена гидроприводом данного станка с большим запасом.


6 Проектирование зуборезной головки для нарезания конических колес с круговыми зубьями

Для нарезания круговых зубьев конической вал-шестерни спроектируем черновую двухстороннюю головку. Конструкция головки сборная. Корпус черновой головки изготавливается из стали 40Х. Клинья, подкладки и опорные кольца сделаны из стали ХВГ по ГОСТ5950-70 с твердостью 45…50 HRCэ. Винты крепления, регулировочные центральные и съемные изготовлены из стали марки 35ХГСА или 40ХРГМА с твердостью 40…45 HRCэ. Конструкция зуборезной головки представлена на листе 10 графической части дипломного проекта, спецификация в Приложении К.

6.1. Исходные данные для расчета зуборезной головки

Исходными данными конических зубчатых колес для расчета зуборезной резцовой головки являются [17] : нормальный модуль mn, угол зацепления в нормальном сечении αn, число зубьев z1 и z2 (шестерни и колеса), угол наклона зубьев в среднем сечении β (угол спирали в середине зуба), внешнее конусное расстояние Re, углы ножки зуба шестерни и колеса θf1 и θf2, ширина зубчатого венца b, высоты головки шестерни и колеса hаe1 и hаe2, высоты ножки зуба шестерни и колеса hfe1 и hfe2, толщина зуба по делительной окружности шестерни и колеса Ste1 и Ste2, направление зуба (правое или левое), межосевой угол Σ.

Исходные данные для расчета зуборезной резцовой головки:

число зубьев шестерни z1=11

число зубье колеса z2 =63

межосевой угол Σ=900

угол зацепления в нормальном сечении αn=200

угол наклоны в середине сечения β=350

направление зуба – правое

средний номинальный модуль mn=4,5мм

толщина зуба Ste1=8,1мм

высота зуба hfe1=11,56мм

высота головки зуба hаe1=4,92мм

внешнее конусное расстояние Re=206,877

угол ножки зуба  шестерни θf1 =2043

угол ножки зуба колеса θf2 =3025

6.2. Расчет параметров зуборезной головки

6.2.1 Номинальный диаметр  головки d0

По справочнику [17] в зависимости от осевой формы зуба, длины внешнего конусного расстояния, ширины зубчатого венца, угла наклона зуба, нормального модуля выбираем d0=315мм.

6.2.2 Число резцов в головке

Общее число резцов в головке – 32

наружных резцов – 16

внутренних резцов – 16

6.2.3 Номер резцов

Для получения одинаковых углов зацепления на начальных конусах соприкасающихся поверхностей зубьев необходимо ввести поправку  в угол профиля наружных  и внутренних резцов. С учетом поправки наружные резцы должны иметь угол зацепления меньше номинального на величину ∆αn, а внутренние больше номинального на ту же величину. Величина ∆αn – номерная поправка.

Обязательным условием является равентсво углов зацепления между собой, поэтому резцы стандартизованы по номерам и номер для нарезания шестерни и колеса принимается одним и тем же и определяется по формуле:

,                                           (6.1)

Это теоретический номер. Округляем его до ближайшего стандартного номера по ГОСТ 11902-77 (для черновых головок), принимаем N=12.

6.2.4 Угол профиля резцов

Угол профиля резцов сборной голвки:

для рабочих сторон наружных резцов:

,                                                 (6.2)

для рабочих сторон внутренних  резцов:

,                                              (6.3)

для нерабочих сторон наружных резцов :;

для нерабочих сторон наружных резцов .

6.2.5 Развод резцов

Развод резцов при черновом нарезании зубьев определяют в нормальном сечении не посередине, как для колеса, а на его узком конце по формуле (6.4):

,                                  (4)

где А – длина образующей конуса до середины венца зуба, мм (187);

A0 – наружная длина образующей начального конуса, мм (215);

∆ - припуск на обработку на обе стороны зуба, мм (0,7).

, мм

Рассчитанный  развод резцов Wк. ч. Округляем до ближайшей стандартной величины, по ГОСТ 11902-77 принимаем 4мм.

6.2.6 Радиус закругления и ширина вершины резцов

По ГОСТ 11902-77 для развода резцов W=4 мм для черновых наружных и внутренних и наружных резцов ширина вершины Sb=2,5 мм, радиус закругления r=1,5мм.

6.2.7 Базовое расстояние резцов

Принимают таким образом, чтобы иметь возможность обработать наибольшую высоту зуба заготовки и определяют по формулам (6.5, 6.6):

Для наружных резцов:

,                                          (6.5)

где T – толщина резца, мм (22);

g, мм (1,4).

, мм

Для внутренних резцов:

                                             (6.6)

, мм

6.2.8 Образующие диаметры

Образующий диаметр для наружных резцов:

                                                 (6.7)

, мм

Образующий диаметр для внутренних резцов:

                                                 (6.8)

, мм


6.2.9 Базовое расстояние корпуса

Для номинального диаметра головки d0=315мм базовое расстояние корпуса для наружных резцов К1=140мм, К2=143мм по ГОСТ 11902-77.

6.2.10 Подкладки под резцы

Толщину подкладки S определяем по формулам (6.9, 6.10):

Подкладки под внутренние резцы

,                                          (6.9)

мм

Подкладки под наружные резцы

,                                             (6.10)

мм

6.2.11 Углы резания

Передний угол, рассматриваемый в плоскости, перпендикулярной к режущей кромке, принимается у черновых головок равным γ=200.

Передний угол в плоскости, перпендикулярной к оси вращения голвки и пересекающей режущую кромку для наружных резцов:

,                                    (6.11)

для внутренних резцов:

,                                  (12)

Задний угол на вершине резца αb принимем 120. Задний боковой угол на режущей кромки при этом получается равным 20.

Смещение P передней поверхности с оси головки при правильной заточке может быть определено по формулам (6.13, 6.14).

Для наружных резцов:

                                             (6.13)

мм

Для наружных резцов:

                                             (6.14)

мм

На основании произведенных расчетов выполняем сборочный чертеж черновой двухсторонней праворежущей головки типа Г номинальным диаметром Dн=315мм с номером резцов №12, разводом резцов W=4мм. Чертеж головки представлен на листе 10 графической части.


7 Охрана труда и техника безопасности

Охрана труда это система законодательных актов и соответствующих им социально-экономических, технических, гигиенических и организационных мероприятий, обеспечивающих безопасность сохранения здоровья и работоспособности человека в процессе труда. Задача охраны труда сводится к минимальной вероятности поражения или заболевания работающего с одновременным обеспечением комфорта, при максимальной производительности труда.

Дисциплина охраны труда включает четыре раздела: пожарная безопасность, техника безопасности, производственная санитария и законодательство о труде.

Техника безопасности – система организационных мероприятий и технических средств, предотвращающих воздействие на работающих опасных производственных факторов.

Пожарная безопасность – система организационных мероприятий и технических средств, направленных на ликвидацию и профилактику пожаров, ограничений их последствий.

Законодательство по охране труда – это часть трудового законодательства.

Понятие производственная санитария – система организационных мероприятий и технических средств, предотвращающих (уменьшающих) воздействие на рабочих вредных производственных факторов.

7.1 Анализ опасных производственных факторов

При анализе условий труда и выявлении опасностей необходимо выполнить детальную декомпозицию трудового процесса. Это позволит наиболее полно определить опасные и вредные факторы, приводящие к заболеваниям или снижению работоспособности, и в определённых условиях приводящие к травмам или другому внезапному резкому ухудшению здоровья.

На участке цеха производят все виды обработки металлов на металлорежущих станках; при этом возникает ряд опасных ситуаций.

Вредными физическими производственными факторами, характерными для процесса резания являются: повышенная запылённость и загазованность воздуха рабочей зоны, высокий уровень шума и вибрации, недостаточная освещённость рабочей зоны, наличие прямой и отражённой блёскости, повышенная пульсация светового потока.

В воздух рабочей зоны выделяются также аэрозоли масел и смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ). Содержание углеводородов при этом достигает 150 – 940 мг/м3, аэрозоля масел 7 – 45 мг/м3, загрязнение одежды составляет 800 – 900 мг/дм2.

Концентрация СОЖ и отдельных компонентов, а также их качественный состав зависят от их расхода, способа подачи, термостабильности, характера и режима обработки изделий, свойств обрабатываемого материала, наличия и эффективности санитарно-технических устройств.

К психофизиологическим вредным производственным факторам можно отнести физические перегрузки при установке, закреплении и съёме крупногабаритных деталей, а также перенапряжение зрения и монотонность труда.

К биологическим факторам относятся болезнетворные микроорганизмы и бактерии, появляющиеся при работе с СОЖ.

Для эффективной трудовой деятельности необходимо обеспечение нормальных метеорологических условий и требуемой чистоты воздуха.

В результате производственной деятельности в воздушную среду могут поступать различные вредные вещества, которые при контакте с организмом человека в случае нарушения требований безопасности могут вызвать производственные травмы, профессиональные заболевания или отклонения в состоянии здоровья, обнаруживаемые современными методами как в процессе работы, так и в последующие сроки жизни настоящего и будущего поколений.

Все вредные вещества по характеру действия на человека делятся на две группы: токсичные и нетоксичные.

Токсичные вещества вступают во взаимодействие с организмом человека, вызывая различные отклонения в состоянии здоровья работающего.

Нетоксичные вещества оказывают раздражающее действие на слизистые оболочки дыхательных путей, глаз и кожу работающих.

Условно по физиологическому действию на человека токсичные вещества могут быть разделены на четыре группы: раздражающие, которые действуют на дыхательные пути и слизистую оболочку глаз; удушающие, нарушающие процесс усвоения кислорода тканями; соматические яды, которые вызывают нарушение деятельности всего организма или отдельных его систем, и вещества оказывающие наркотическое действие.

Действие вредных веществ в условиях завода в большинстве случаев усугубляется различными сопутствующими факторами внешней среды (высокой температурой воздуха, шумом, вибрациями и другими факторами).

На заводе в воздушную среду могут поступать различные вредные вещества. Наиболее распространённые вредные факторы воздушной среды: пыль и различного происхождения тонкодисперсные аэрозоли. Тонкодисперсная пыль, проникая в альвеолы лёгких, вызывает различного рода заболевания – пневмокониозы.

Воздействие пыли на человека зависит от её токсичности, дисперсности и концентрации в воздушной среде.

Нетоксичная пыль обычно оказывает раздражающее воздействие на слизистые оболочки человека, а при попадании в лёгкие – к возникновению специфических заболеваний.

Защита от производственного шума имеет большое значение. Шум на производстве наносит большой экономический и социальный ущерб. Шум неблагоприятно воздействуя на организм человека, вызывает психические и физиологические нарушения, снижающие работоспособность и создающие предпосылки для общих и профессиональных заболеваний и производственного травматизма.

С физиологической точки зрения шумом является всякий нежелательный, неприятный для восприятия человека звук.

Как физическое явление шум – это волновое колебание упругой среды.

Предприятия машиностроительной промышленности характеризуются наличием условий повышенной пожарной опасности: применением горючих и легко воспламеняющихся жидкостей и горючих газов; большим числом емкостей и аппаратов, в которых находятся пожароопасные продукты под давлением; значительной насыщенностью электроустановками и др. основной причиной пожаров (до 40 %) на машиностроительных предприятиях являются нарушения, связанные с технологическим режимом.

Для возникновения горения необходимо наличие горючего вещества, окислителя (обычно кислород воздуха) и источника зажигания. Необходимо, чтобы горючее вещество было нагрето до определенной температуры и находилось в определенном количественном соотношении с окислителем, а источник загорания имел бы определенную энергию. Окислителями являются также хлор, фтор, оксиды азота и другие вещества.

Пыль считается взрывоопасной, если нижний предел воспламенения (НВП) более 65 г / м³. Если нижний предел не превышает 15 г / м³, то пыль относится к наиболее взрывоопасной. Пыли, имеющие другие нижние пределы взрываемости, относятся к пожароопасным.

Принято различать два понятия, связанных с процессом горения: пожар и загорание. Под пожаром понимается неконтролируемое горение вне специального очага, наносящее материальный ущерб. Горение, не причинившее материального ущерба, называют загоранием.

Современное производственное оборудование – станки, машины и механизмы – оснащены электрическими двигателями и нагревательными приборами. При неумелом обращении или не соблюдении установленных требований электрический ток представляет серьезную опасность. Опасность поражения электрическим током специфична, поскольку он не может быть обнаружен органами чувств человека: зрением, слухом, обонянием.

Действие электрического тока на организм человека своеобразно и носит различный характер. Электрический ток, проходя через тело человека, оказывает термическое, электролитическое и биологическое  воздействие на различные системы организма. При этом могут возникнуть нарушения деятельности жизненно важных органов человека: мозга, сердца и легких.

Все виды действия  электрического тока на организм человека можно объединить в два основных: электрические травмы и электрические удары. Электрические травмы – это местные поражения тела: ожоги, металлизация кожи, механические повреждения организма. Электрический удар вызывает возбуждение живых тканей организма проходящим через него электрическим током, сопровождающееся непроизвольными судорожными сокращениями, в том числе мышц сердца и легких.

При обработке детали вал-шестерня не возникает особых вредных воздействий, приводящих к отравлениям или травматизму, используемые станки и СОЖ, удовлетворяют требованиям безопасной работы.

7.2 Расчетная часть

Условие: Для устройства контура заземления завода предлагается использовать водогазопроводные трубы длинной 2,5 метров, диаметром 0,06 м. Требуется определить оптимальную глубину заложения труб. Почва – суглинок.

Решение : Определим величну сопротивления растекания тока по формуле (7.1):

R=(ρ/2πl)*(ln(l/d0)+0.5ln([4l+7t]/[l+7t]),                           (7.1)

где ρ – удельное сопротивление грунта, Ом*м, принимаем 102;

l – длина заземлителя, м

d0 – радиус трубы, м

t – глубина заложения заземлителя, принимаем 1.

Подставим данные значения в формулу (7.1):

R=(102/2*3,14*2,5)*(ln(2,5/0,05)+0.5ln([4*2,5*1]/[l+7*1]) =26,8 Ом

Для 26,8 Ом достаточна глубина заложения труб 0,5 м < 1м. Однако заглубление полезно  и используется для того, чтобы исключить влияние слоев, промерзающих зимой или высыхающих летом. Кроме того заземлитель может попасть в благоприятный слой с малым удельным сопротивлением и общее сопротивление снизится. Обычно заземлитель заглубляется на 0,5- 1,2 м.

7.3. Мероприятия по охране труда

Санитарными нормами предусмотрено технологические процессы и производственное оборудование принимать такими, чтобы отсутствовали или были минимальными выделения в воздух помещений, в атмосферу и в сточные воды вредных или неприятно пахнущих веществ, тепла, влаги, а также пыли.

Осуществление необходимых мероприятий надлежит проводить, заменяя вредные вещества в производстве безвредными или менее вредными; сухие способы переработки пылящих материалов – мокрыми; пламенные нагрев –электрическим; твердое и жидкое топливо – газообразным, а также используя герметизацию и максимальное уплотнение стыков и соединений в технологическом оборудовании и трубопроводах – для предотвращения выделения вредностей в процессе производства; тепловую изоляцию нагретых поверхностей оборудования, воздухопроводов и трубопроводов; укрытие погрузочных емкостей механического транспорта; применяя гидропневмотранспорт при транспортировке пылящих материалов.

Для предотвращения негативного воздействия вредных факторов необходима вентиляция производственных помещений.

Вентиляция – это организованный воздухообмен, заключающийся в удалении из рабочего помещения загрязнённого воздуха и подаче вместо него свежего наружного (или очищенного) воздуха. В зависимости от назначения вентиляция может быть приточной и вытяжной. Вытяжная вентиляция служит для удаления из помещения загрязнённого воздуха и выброса его за пределы цеха, а приточная – для подачи в помещение чистого воздуха взамен удалённого.

В зависимости от способа перемещения воздуха вентиляция может быть естественной или механической. Отличительной особенностью естественной вентиляции является то, что перемещение воздуха происходит под влиянием естественных причин (факторов) без применения каких-либо механизмов.

В зависимости от способа создания воздухообмена различают местную и общеобменную вентиляцию.

Методы и средства борьбы с шумом принято подразделять на: методы снижения шума на пути распространения его от источника; методы снижения шума в источнике его образования; средства индивидуальной защиты от шума.

Наиболее эффективным мероприятием по борьбе с шумом надо считать снижение его в источниках образования, т.е. непосредственно в агрегатах, машинах, механизмах и т. п. Большое значение имеет своевременное профилактическое обслуживание станков и оборудования, при котором обеспечивается надежность креплений и правильная регулировка сочленений.

Для борьбы с шумом на пути его распространения устанавливают звукоизолирующие и звукопоглощающие конструкции,  а также глушители аэродинамических шумов. Звукоизоляцию осуществляют, устраивая ограждающие конструкции для снижения уровня шумов.

Средства борьбы с шумом в зависимости от числа лиц, для которых они предназначены, подразделяются на средства индивидуальной защиты и на средства коллективной защиты – ГОСТ 12.4.051-87 ''ССБТ. Средства индивидуальной защиты органов слуха. Общие технические условия и методы испытаний'' и ГОСТ 12.1.029-80 ''ССБТ. Средства и методы защиты от шума. Классификация''. К ним относятся вкладыши, шлемофоны, наушники.

В системе предотвращения пожаров большое значение имеет пожарная профилактика. Она предусматривает мероприятия по предупреждению и ликвидации пожаров, включая ограничение сферы распространения огня и обеспечения успешной эвакуации людей и имущества из горящих помещений.

Число эвакуационных выходов следует проектировать не менее двух. При возникновении пожара люди должны выйти наружу кратчайшим путем.

Одним из мероприятий в борьбе с распространением пожаров является устройство противопожарных преград, которые предназначены для ограничения распространения пожара. Противопожарные преграды могут быть выполнены в виде противопожарных стен, противопожарных зон, разрывов, несгораемых перекрытий.

При любом пожаре тушение должно быть направлено на устранение причин его возникновения и создания условий, при которых продолжение горение будет невозможно. Основными огнегасительными веществами являются: вода, водные растворы, водяной пар, пена, углекислота, инертные газы, галоидированные углеводороды, сжатый воздух, порошки, песок, земля.

Наиболее рационально использовать порошковые огнетушители , т. к. в цехе все станочное оборудование находится под высоким напряжением, и при тушении жидкими огнегасителями может возникнуть опасность поражения человека, который производит тушение, электрическим током.  Порошковые составы на основе карбонатов и бикарбонатов натрия применяются наиболее широко, не смотря на их высокую стоимость, сложность в эксплуатации и хранении. В частности они являются единственным средством тушения пожаров щелочных металлов и металлоорганических соединений. Для тушения таких пожаров применяются также песок, земля, флюсы.

Мероприятия по защите от электротравматизма обеспечивают недоступность токоведущих частей для случайного прикосновения; пониженное напряжение; заземление и зануление электроустановок; автоматическое отключение; индивидуальную защиту и др.

Недоступность токоведущих частей электроустановок обеспечивается размещением их на необходимой высоте, ограждением от случайного прикосновения, изоляцией токоведущих частей.

Защитное заземление – это преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей электрического и технологического оборудования, которые могут оказаться под напряжением.

Зануление – является одним из средств обеспечивающих безопасную эксплуатацию электроустановок. Оно выполняется присоединением к неоднократно заземленному нулевому проводу корпусов и других конструктивных металлических частей электрооборудования, которые нормально не находятся под напряжением , но могут оказаться под ним при повреждении изоляции.

Защитное отключение выполняется в дополнение или взамен заземления. Отключение осуществляется автоматами. Защитное отключение рекомендуется в тех случаях, когда безопасность не может быть обеспечена путем устройства заземления или когда его трудно выполнить.

Защитными средствами называют приборы, аппараты и переносные приспособления, предназначенные для защиты персонала, работающего у электроустановок, от поражения электрическим током, электрической дугой и т. п. Изолирующие защитные средства подразделяют на основные и дополнительные.

К основным средствам, применяемым при обслуживании электроустановок напряжением выше 1000 В, относятся оперативные и измерительные штанги, изолирующие и токоизмерительные  клещи, указатели напряжения, изолирующие устройства и приспособления для ремонтных работ. При обслуживании электроустановок напряжением до 1000 В основными средствами считаются  оперативные штанги и клещи, диэлектрические перчатки, инструмент с изолированными ручками и указатели напряжения.

Дополнительные средства сами по себе не могут обеспечить безопасность и применяются только в дополнение к основным. При обслуживании электроустановок напряжением выше 1000 В дополнительными средствами считаются  диэлектрические перчатки, диэлектрические боты, диэлектрические коврики и изолирующие подставки на фарфоровых изоляторах. Для установок напряжением до 1000 В дополнительными средствами являются диэлектрические галоши, ,диэлектрические резиновые коврики и изолирующие подставки [18].

7.4 Техника безопасности при выполнении производственных процессов

Предупреждение аварий и несчастных случаев не может быть обеспечено без надлежащего инструктажа и обучения рабочих по технике безопасности

Инструктаж рабочих по безопасным приемам и методам  работы проводится по следующим его видам.

Вводный инструктаж каждого вновь поступающего на предприятие проводится с целью ознакомления его с характером производства, источниками опасностей и вредностей, правилами внутреннего распорядка, основными требованиями личной гигиены.

Инструктаж на рабочем месте (первичный) проводится с каждым работником, вновь поступившим или переведенным с одной работы на другую, ил с одного оборудования на другое.

Периодический повторный инструктаж по безопасным приемам и методам работы проводится со всеми рабочими независимо от их квалификации и стажа работы по данной профессии через 3-6 месяцев.

Внеочередной инструктаж необходим если: а) изменен технологический процесс, оборудование и т. п.; б) проведенный инструктаж рабочих недостаточен и есть несчастные случаи и профзаболевания; нарушены правила и инструкции по технике безопасности.

На заводе РГТО УД АО " АрселорМиттал Темиртау " имеется инструкция по охране труда – нормативный документ в котором определяются требования безопасности при выполнении работающими своих должностных обязанностей или порученной им работы. Инструкция по технике безопасности разработана для определённых профессий и на отдельные виды работ.

Качественная инструкция по технике безопасности, соблюдение которой гарантируется безопасность труда, составлена на основе тщательного изучения технологического процесса, выявление потенциальных опасностей, а также возможных ошибок работающих, случаев производственного травматизма, аварий и других условий. После такого детального изучения опасностей разрабатываются меры и средства защиты. Важно отметить, чтобы предусматриваемые инструкцией по технике безопасности требования к работающим были реальными и выполнимыми.

На предприятии составлен перечень инструкций по охране труда, в соответствии с которым ведётся их разработка. Пример инструкции по технике безопасности для рабочих, участвующих в процессе изготовления вала-шестерни приведён ниже.

Инструкция по технике безопасности

а) Общие положения

-ходи по тротуарам, дорожкам, мостам и переходам специально предназначенным для пешеходного движения, придерживаясь правой стороны;

-ездить на электрокарах, прицепах, на бортах машин и т. п. запрещается;

-проходя по цеху, будь внимательным к сигналам, подаваемым крановщиками и водителями движущегося транспорта;

-переходи через конвейеры, рольганги и транспортеры только в установленных местах;

-не стой и не проходи под поднятым грузом или в не посредственной близости от него;

-работай только в исправной одежде, не работай на неисправном оборудовании, при выполнении работы будь внимателен и не отвлекай других;

-без разрешения администрации не заходи в другие цеха;

-получив, травму на производстве обратись в медпункт и предупреди об этом мастера;

-лица, не выполняющие требования данной инструкции, несут ответственность согласно правил внутреннего распорядка.

б) Специальные правила безопасности

1) Для слесарей механосборочных работ

-работать инструментом, отвечающим специальным требованиям;

-пользоваться только исправным инструментом и предусмотренной технологической картой;

-детали укладывать в специальную тару или стеллажи;

-по окончании работы, проверить наличие инструмента, не оставлять его на месте работы, убрать в шкаф, привести рабочее место в порядок.

2) Для тельферистов

-строповка поднимаемого груза должна осуществляться согласно схемы строповки;

-тельферист обязан следить за тем, чтобы на месте производства работ при обвязке груза не находились лица, не имеющие прямого отношения к производимой работе;

-при подъеме груженных тарных ящиков захват должен осуществляться за ушки или кольца 4 крюками;

-ящики, вагонетки и тележки не должны нагружаться выше красной черты во избежание их падения;

-перед опусканием груза, тельферист обязан осмотреть место, предназначенное для установки груза;

-тельферист несет ответственность за повреждения, аварии и несчастные случаи с людьми при работе тельфера, происшедшие в случае несоблюдения и нарушения данной инструкции.

3) Для работающих на фрезерных станках

-работать на фрезерных станках разрешается обученным рабочим и только после ознакомления с данной инструкцией;

-привести в порядок одежду, ни в коем случае не работайте в рукавицах;

-рабочее место должно быть хорошо освещено;

-проверить исправность станка, вспомогательных инструментов и приспособлений;

-запрещается исправлять станок самому без разрешения мастера;

-точно установите фрезу и прочно ее закрепите;

-прочно закрепите обрабатываемое изделие;

-перед каждым включением станка предварительно убедитесь в том, что его пуск никому не угрожает опасностью;

-при установке и снятии изделия остановите станок и отведите стол станка от фрезы;При установке изделия пользуйтесь подъемным механизмом;

-удаляйте стружку со станка только щеткой;

-не смазывайте, не чистите, не ремонтируйте и не налаживайте станок на ходу;

-ощутив, даже слабый электроток, немедленно прекратите работу и сообщите мастеру;

-не тормозите станок нажимом руки на шкив или ремень;

-не облокачивайтесь на станок и не передавайте что-либо через него во время работы;

-не поддерживайте рукой отрезаемую часть изделия;

-кончив работу, очистите свое рабочее место.

4) для работающих на радиально-сверлильном станке

-проверь исправность режущего (сверло и метчик) и мерительного инструмента;

-устанавливай и снимай детали только при помощи грузоподъемных средств;

-при установке режущего инструмента в шпиндель станка, внимательно следи за надежностью его крепления и правильности центровки;

-плавно перемещай каретку суппорта на рукаве станка; При работе прочно закрепляй рукав в нужном положении;

-кернить детали на столе станка, класть на него инструмент и другие предметы запрещается;

-режущий инструмент подводи к детали постепенно, без удара;

-при выходе сверла из отверстия уменьшай подачу сверла;

-после окончания работы выключи станок, убери станок и рабочее место.

5) для работающих на шлифовальных станках

-работать на шлифовальных станках разрешается обученным рабочим, и после ознакомления сданной инструкцией;

-работать в рукавицах категорически запрещается;

-обрабатываемую деталь подавайте на круг с постепенным нажимом, оберегайте круг от ударов и толчков;

-следите, чтобы круг срабатывался ровно по всей ширине поверхности;

-удаляйте стружку со станка только щеткой;

-остерегайтесь движущихся не огражденных частей станка, не касайтесь их руками и не вводите руки в зону движения;

-окончив работу, очистите свое рабочее место, и сдайте мастеру.

Службой охраны труда завода РГТО УД АО " АрселорМиттал Темиртау " осуществляется контроль за своевременной разработкой, проверкой и пересмотром инструкций для работающих. Инструкции утверждаются заместителем главного инженера по технике безопасности и охране труда и профсоюзом завода. Каждой инструкции присвоено наименование и обозначение, например инструкция по технике безопасности для работающих на фрезерных станках ТУ 12.01.35-95.

Производственные помещения, в которых осуществляются процессы обработки резанием, должны соответствовать требованиям СНиП II-2-80, СНиП II-89-80 и санитарным нормам проектирования промышленных предприятий СН 245-71. Бытовые помещения должны соответствовать требованиям СниП II-92-76. Все помещения должны быть оборудованы средствами пожаротушения по ГОСТ 12.4.009-83.

Стружку (отходы производства) от станков и рабочих мест следует убирать механизированными способами.

Тара для транспортирования и хранения деталей, заготовок и отходов производства должна соответствовать требованиям ГОСТ 14861-86, ГОСТ 19822-81* и ГОСТ 12.3.010-82, а эксплуатация тары – ГОСТ 12.3.010-82. Тара должна быть рассчитана на необходимую грузоподъёмность, иметь надписи о максимально допустимой нагрузке и периодически подвергаться проверкам. Угол строповки не должен превышать 90.

Погрузка и разгрузка грузов осуществляется в соответствии с ГОСТ 12.3.009-76*, перемещение грузов – с ГОСТ 12.3.020-80.

На СОЖ, применяемые для обработки резанием, необходимо иметь соответствующее разрешение Министерства здравоохранения РК. Состав СОЖ на водном растворе, их антимикробная защита и пастеризация должны содержаться и производиться в строгом соответствии с требованиями ГОСТ 12.3.025-80.

Периодичность замены СОЖ должна устанавливаться по результатам контроля её содержания, но не реже одного раза в шесть месяцев при лезвийной обработке на фрезерно-центровальных, токарных, вертикально-фрезерных, зубофрезерных станках, одного раза в месяц при абразивной обработке на круглошлифовальных станках для масляных СОЖ и одного раза в три месяца для водных СОЖ. Очистку ёмкостей для приготовления СОЖ, трубопроводов и систем подачи следует проводить один раз в шесть месяцев для масляных и один раз в три месяца для водных СОЖ.

Профилактика воздействия вредных выделений должна основываться на эффективной местной вентиляции.

Персонал, допускаемый к участию в производственном процессе обработки резанием, должен знать требования ГОСТ 12.3.025-80, пройти инструктаж и обучение условиям безопасности труда по ГОСТ 12.0.004-79.

Рабочие, которым по роду выполняемой работы необходимо иметь дело с перемещением грузов грузоподъёмными кранами и подъёмными устройствами, должны пройти обучение по специальности стропальщика в соответствии с ''Правилами устройства и безопасной эксплуатации грузоподъёмных кранов''.

Все рабочие должны ознакомиться с инструкциями по технике безопасности.

Инженерно-технические работники, ответственные за проведение процессов обработки резанием (мастера, технологи, заместители начальников цехов и начальники цехов), при назначении на должность должны проходить проверку знания правил, норм и стандартов, основ технологических процессов, требований безопасности и безопасной эксплуатации металлорежущего, подъёмно-транспортного, грузоподъёмного и другого применяемого оборудования, а также выполнения погрузочно-разгрузочных работ, пожарной безопасности и производственной санитарии в соответствии с их должностными обязанностями.

Рабочие и служащие цехов и участков обработки резанием для защиты от воздействия опасных и вредных производственных факторов должны быть обеспечены спецодеждой, специальной обувью и предохранительными приспособлениями в соответствии с ''Типовыми отраслевыми нормами'', утверждёнными в установленном порядке.

Средства индивидуальной защиты, применяемые при обработке резанием, должны соответствовать требованиям ГОСТ 12.4.011-75*.

Спецодежду людей, работающих в цехах и на участках обработки резанием, надлежит периодически сдавать в стирку (химчистку) и хранить отдельно от верхней одежды.

Условия проведения химчистки и стирки спецодежды должны соответствовать требованиям ГОСТ 12.3.025-80.

Для защиты кожного покрова от воздействия СОЖ и пыли токсичных металлов следует применять дерматологические защитные средства (профилактические пасты, мази, биологические перчатки) по ГОСТ 12.4.068-79*.

Допускается применять другие профилактические пасты и мази по рекомендациям органов Государственного санитарного надзора.

При приготовлении растворов порошкообразных и гранулированных моющих средств для промывки систем охлаждения (КМ, ''Лабоид 101'', ''Лабоид 203'', МС-2, МЛ-51) работающие должны использовать маски и респираторы.


8 Промышленная экология

8.1 Анализ состояния окружающей среды завода РГТО

Завод по ремонту горно-транспортного оборудования УД АО "АрселорМиттал Темиртау " расположен в южной части города Караганды на Юго-Востоке, на станции Большая Михайловка.

Завод расположен в удалении от крупных жилых массивов, на землях непригодных для сельскохозяйственного использования. Предприятие оптимально расположено с учётом топографии местности и розы ветров. У предприятия установлена санитарная охранная зона, ближайшие дома расположены за санитарной зоной.

В настоящее время завод по ремонту горно-транспортного оборудования в своём составе имеет восемь основных цехов и три вспомогательных: термический, инструментальный и энергомеханический.

В цехах механической обработки (№ 1, 2, 4, 5, 7, 8, 9), производится механическая обработка металлов на станках, сопровождаемая выделением пыли, стружки, туманов масел и эмульсий, которые через вентиляционную систему выбрасываются из помещений. В процессах шлифования и полирования выделяется большое количество тонкодисперсной пыли. Пыль, образующуюся в процессе абразивной обработки, на 30-40 % состоит из материала абразивного круга, на 60-70 % - из материала обрабатываемых изделий.

Цех № 6 – кузнечно-прессовый цех, оснащенный прессами и молотами, технические характеристики, которых позволяют выполнять различные виды обработки металлов давлением. В процессе обработки металлов в цехе выделяется много пыли, туманов кислот и масел. Пыль образуется главным образом в результате измельчения окалины валками, при этом около 20 % пыли имеют размер частиц менее 10 мкм.

Термический цех – производится термическая обработка различных деталей, вентиляционный воздух, выбрасываемый из термических цехов, загрязнён парами масла, аммиаком, цианистым водородом. Источниками загрязнений окружающей среды в термическом цехе являются нагревательные печи, работающие на жидком и газообразном топливе. Продукты сгорания топлива из печей выбрасываются в атмосферу через трубы без специальной очистки.

В соответствии с требованиями ГОСТ 17.2.3.02–78 для каждого источника загрязнения атмосферы на заводе установлены предельно допустимый выброс вредных веществ, из условия, что выбросы от данного источника и совокупности источников завода, с учётом перспективы развития предприятия и рассеивания вредных веществ в атмосфере не создадут приземную концентрацию, превышающую ПДК для населения, растительного и животного мира. Расчёт ПДВ производят в соответствии с СН 369-74. Так как на предприятии действуют несколько одиночных источников выбросов, то установлен суммарный ПДВ для предприятия в целом.

В очистные сооружения предприятия поступают сточные воды трёх видов: производственные, бытовые и атмосферные. Вода на предприятии используется для вспомогательных целей: охлаждения (подогрева) исходных материалов и продукции предприятия, охлаждение деталей и узлов технологического оборудования; растворения реагентов для приготовления различных технологических растворов, что сопровождается, как правило, загрязнением воды растворимыми примесями; промывки, обогащения и очистки исходных материалов или продукции, что приводит к загрязнению воды растворимыми и нерастворимыми примесями; хозяйственно-бытового обслуживания работников предприятия.

В сточных водах предприятия могут содержаться следующие виды примесей: механические примеси органического и минерального происхождения, в том числе гидроксиды металлов, эмульсии, стабилизированные различного рода добавками. В механических цехах, при обработке металлов вода используется для охлаждения инструментов, на промывке деталей, при обработке помещений, при этом сточные воды загрязняются минеральными маслами, мылами, металлической и абразивной пылью и эмульгаторами. Основное загрязнения вносят смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ), применяемые при обработке деталей на металлорежущих станках. В кузнечно-прессовых цехах, вода используется для охлаждения оборудования станов, гидросбива металлической окалины и обработки помещения. Сточные воды загрязняются  в основном маслом и окалиной.

В остальных цехах предприятия сточные воды содержат механические примеси, маслопродукты, кислоты, однако концентрация этих веществ ниже, чем в механических цехах.

Бытовые сточные воды на заводе РГТО УД АО " АрселорМиттал Темиртау", по составу и концентрации загрязняющие вещества подобны городским сточным водам, очищаемым на городской станции канализации. К ним относятся воды, поступающие из раковин, санитарных узлов, душевых. Основные загрязнители бытовых сточных вод: крупные примеси (остатки пищи, тряпки, песок, фекалии); примеси органического и минерального происхождения в нерастворённом, коллоидном и растворённом состояниях; различные, в том числе болезнетворные, бактерии. Концентрация загрязнений в бытовых сточных водах зависит от степени разбавления бытовых стоков водопроводной водой.

Атмосферные сточные воды образуются в результате смывания дождевыми, снеговыми и поливочными водами загрязнений, имеющихся на территории предприятия, крышах и стенах зданий. Количество атмосферных сточных вод, состав и концентрация загрязнений в них изменяется в течение года. Снижение концентрации загрязнений в атмосферных сточных водах достигается поддержанием в чистоте рабочей территории. Количество атмосферных сточных вод выше, чем производственных сточных вод, а концентрация загрязнений в них значительно ниже. Основные загрязнители: механические частицы (земля, песок, камень, древесные и металлические стружки, пыль и сажа) и нефтепродукты (масла, бензин, керосин, используемые в двигателях транспортных средств).

На заводе РГТО УД АО " АрселорМиттал Темиртау " имеются установки для очистки отходящих газов, а также выгребные ямы, для очистки сточных вод.

Количество и виды выбросов в атмосферу из цеха, сброс в водоёмы и эффективность очистки выбросов представлены в таблице 8.1

Таблица 8.1 – Количество и виды выбросов, эффективность очистки выбросов

Всего

В том числе твёрдых

Газообразных и жидких

Количество вредных выбросов, отходящих от стационарных источников загрязнений в воздушный бассейн,  тонн/год

522,9

143,9

379,0

Количество уловленных и обезвреженных вредных выбросов, отходящих от стационарных источников загрязнений в воздушный бассейн,  тонн/год

999,2

999,2

-

всего

на производст-венные нужды

питьевого

качества

Объём водопотребления, тыс.м3/год

169,0

62,5

102,5

Объём водоотведения, тыс.м3/год

102,5

-

-

Объём загрязнённых сточных вод, тыс.м3/год

102,5

-

-

Объём оборотного и повторно-последовательного водоснабжения, тыс.м3/год

419,2

-

-

Наличие очистных сооружений

коли-чество

производи-тельность

Установки для очистки отходящих газов

15

331,0

Установки для очистки сточных вод (выгребная яма)

6

82,5

Анализируя таблицу 8.1 видно, что количество вредных  газообразных и жидких выбросов, отходящих от стационарных источников загрязнений в воздушный бассейн в 2,7 раз выше чем твердых. Количество уловленных и обезвреженных вредных выбросов, отходящих от стационарных источников загрязнений в воздушный бассейн почти в 2 раза больше попавших в атмосферу выбросов. Основная часть водопотребления приходится на непроизводственные нужды (питьевого качества).  Установ