Процесс изготовления машин или механизмов

Расчёт сверла на прочность  и жёсткость.

В качестве материала для  изготовления сверла выбирается титано-вольфрамовый сплав Т5К10.

Расчёт инструмента на прочность и жёсткость производится путём сравнения трёх параметров:

Po - осевая сила;

Po доп - максимальная нагрузка, допускаемая прочностью инструмента;

Po жёст - максимальная нагрузка, допускаемая жёсткостью инструмента.

Определение осевой силы Po, H:

деталь корпус толкатель  обработка

, H (2.2.1.) ([11] стр. 345)

 

где:

D= 2,5 - диаметр сверла, мм;

S=0,76 - подача, мм/об;

Ср= 68;

y= 0,7 ;

q=1,0 ;

=0,69 - коэффициент на обрабатываемый  материал.

H

Определение максимальной нагрузки, допускаемой прочностью инструмента Po доп, Н:

 

(2.2.2.) ([13] стр. 258)

 

где:

=155 кгс/мм2 - предел прочности  на изгиб;

l=6 мм - расстояние от вершины  инструмента до рассматриваемого  опасного сечения;

d =2,5 мм - диаметр хвостовика.

Максимальная нагрузка , допускаемая  жёсткостью инструмента, Po жёст, Н:

 

(2.2.3.) ([13] стр. 289)

 

где:

f=0,05мм - допускаемая стрела  прогиба;

E=5?1011 Па -модуль упругости  материала инструмента;

d =2,5 мм - диаметр хвостовика;

J=0.05?d4=0.05?2,54=1,95-момент инерции  сечения корпуса;

l=6мм - расстояние от вершины  инструмента до рассматриваемого  опасного сечения.

Инструмент обладает достаточной  прочностью и жёсткостью т.к.

Расчёт зенковки на прочность  и жёсткость

В качестве материала для  изготовления зенковки выбирается быстрорежущая  сталь Р6М5.

Расчёт инструмента на прочность и жёсткость производится путём сравнения трёх параметров:

Po - осевая сила;

Po доп - максимальная нагрузка, допускаемая прочностью инструмента;

Po жёст - максимальная нагрузка, допускаемая жёсткостью инструмента.

Определение осевой силы Po, H:

 

, H (2.2.4.) ([11] стр. 345)

 

где:

D= 5 мм - диаметр зенкования, мм;

S=0,76 - подача, мм/об;

Ср= 68;

y= 0,7 ;

q=1,0 ;

=0,69 - коэффициент на обрабатываемый  материал.

Определение максимальной нагрузки, допускаемой прочностью инструмента Po доп, Н:

Н

где:

=370 кгс/мм2 - предел прочности  на изгиб;

l=40 мм - расстояние от вершины  инструмента до рассматриваемого  опасного сечения;

d =6 мм - диаметр хвостовика.

Максимальная нагрузка , допускаемая  жёсткостью инструмента, Po жёст, Н:

где:

f=0,1мм - допускаемая стрела  прогиба;

E=2?1011 Па -модуль упругости  материала инструмента;

d =6 мм - диаметр хвостовика;

J=0.05?d4=0.05?64=1,95-момент инерции  сечения корпуса;

l=6мм - расстояние от вершины  инструмента до рассматриваемого  опасного сечения.

Инструмент обладает достаточной  прочностью и жёсткостью т.к.

Определение крутящего момента  сверла Mp, Н.м:

 

, Н.м. (2.2.5.) ([11] стр. 375)

 

где:

D=2,5 мм - диаметр сверла,

S=0,76мм/об - подача,

Cм=0,0345

y= 0,8;

q= 2,0

- коэффициент на обрабатываемый  материал

(2.2.6.) ([11] стр. 355)

 

где:

МПа - предел точности при  растяжении

n= 0,75

Н.м .

Определение крутящего момента  зенковки Mp, Н.м:

, Н.м. ([11] стр. 354)

где:

D=5 мм - диаметр зенкования;

S=0,76мм/об - подача,

Cм=0,0345

y= 0,8;

q= 2,0

=0,69 - коэффициент на обрабатываемый  материал

Определение конуса Морзе  хвостовика сверла-зенковки.

Определяется по большему крутящему моменту и осевой силе резания. Наибольшая сила резания 1935Н  и крутящий момент 4,78Н×м возникает  при зенковании, т.к. диаметр зенковки больше.

Осевую составляющую силу резания Рх можно разложить на две силы:

) Q - действующую нормально  к образующей конуса:

 

, где (2.2.7.) ([13] стр. 280)

- сила действующую нормально  к образующей конуса;

Px - осевая составляющая  силы резания, Н;

- угол конусности хвостовика, град.;

) R - действующий в радиальном  направлении и уравновешивающую  реакцию на противоположной точке  поверхности конуса.

Сила Q создает касательную  составляющую Т силы резания; с учетом коэффициента трения поверхности конуса о стенки втулки :

 

(2.2.8.) ([13] стр. 290)

 

Т - касательная составляющая силы резания;

µ ? коэффициента трения поверхности  конуса о стенки втулки;

Q - сила действующую нормально  к образующей конуса,H;

- угол конусности хвостовика, град.;

Px - осевая составляющая  силы резания, Н;

Момент трения между хвостовиком  и втулкой:

 

, где (2.2.9.) ([13] стр. 291)

 

µ ? коэффициента трения поверхности  конуса о стенки втулки;

Px - осевая составляющая  силы резания, Н;

D1 - наибольший диаметр  конуса Морзе, мм;

d ? наименьший диаметр  конуса Морзе, мм;

- угол конусности хвостовика, град.;

- отклонение угла конуса.

Приравниваю момент трения к  максимальному моменту сил сопротивлению  резанию, т.е. к моменту создающемуся при работе затупившимся сверлом, который  увеличивается до 3 раз по сравнению  с моментом, принятым для нормальной работы сверла.

Следовательно:

 

, (2.2.10.) ([13] стр. 291)

 

Средний диаметр конуса хвостовика:

 

, где (2.2.11.) ([13] стр. 291)

1 - наибольший диаметр  конуса Морзе, мм.

d - наименьший диаметр  конуса Морзе, мм.

или

 

(2.2.12.) ([13] стр. 291)

 

где:

4,78 Н?м ( 478 кгс?мм) момент  сопротивления сил резанию;

Рx = 1930 Н ( 193 кгс) - осевая составляющая силы резания;

= 0,096.- коэффициент трения  стали по стали;

= 1°, sin 1°З0 = 0,02618;

=5 - отклонение угла конуса;

dср = = 4,1мм

По ГОСТ 25557 - 82 принимается  ближайший больший конус, т.е. конус  Морзе №0 с лапкой, со следующими основными конструктивными размерами:

Рисунок 2.2.1. Конус Морзе.

D1=9,2мм;

D=9,045мм

d=6,1мм;

l=59,5мм;

а=3,0 мм;

е=6,5 мм

b=3,9 мм

r=4,0 мм

Конусность: 1 : 19,212 = 0,05205.

 

Определение геометрических и конструктивных параметров инструмента.

Геометрические параметры  сверла выбираются по нормативам: ([13] стр. 290)

форма заточки Н (нормальная, см.рис.50,г)

- угол наклона винтовой  канавки;

2?=118° - угол между режущими  кромками;

- задний угол;

?=55° - угол наклона поперечной  кромки.

Конструктивные размеры  сверла определяются исходя из параметров обрабатываемого отверстия, а именно глубины: 

длина рабочей части отверстия - 7мм; 

длина хвостовика сверла - 10мм;  

диаметр хвостовика - Æ2,3m7 мм;  

общая длина сверла - 17мм.

Шаг винтовой канавки определяется по формуле:

 

H===13,7мм (2.2.13.) ([13] стр. 299)

 

Толщина сердцевины сверла dc выбирается в зависимости от диаметра сверла:

= 0,16D= 0,16?2,5=0,4мм (2.2.14.) ([13] стр. 300)

 

Утолщение сердцевины по направлению  к хвостовику принимается равным 1,5 мм на 100 мм длины рабочей части  сверла/

Обратная конусность сверла (уменьшение диаметра по направлению  к хвостовику) на 100 мм длины рабочей  части составляет 0,08 мм.

Ширина ленточки выбрана  по табл. 63. в соответствии с диаметром D сверла:

= 0,6мм;

Ширина пера В рассчитывается по формуле:

 

В=0,58 D = 0,58?2,50=1,45 мм (2.2.15.);

 

где:

D=2,5 - диаметр сверла.

Геометрические параметры  зенковки выбираются по ГОСТ 14953-80.

?=90°

b=0,3

z=4 - число режущих зубьев

D=8 мм - диаметр зенковки (ближайший  к Æ 5);

d0=2,5мм

задний угол - 12°

Длина шейки зенковки конструктивно  принимается 30мм. Диаметр шейки принимается  равным 6мм.

Общая длина зенковки равна 40мм.

Общая длина инструмента  складывается из длины рабочей части  сверла, длины зенковки, длины шейки  зенковки и длины конуса хвостовика зенковки:

L=7+40+59,5=106,5»106 мм

Конический хвостовик  с конусом Морзе№0 припаивается к торцевой поверхности зенковки.

Цилиндрический хвостовик  сверла крепится в предварительно просверленное  отверстие в зенковке. Сопряжение осуществляется по посадке . Для предотвращения проворачивания хвостовика сверла, на его поверхности шлифованием  изготавливается лыска, после чего закрепляется в отверстии зенковки при помощи зажимного винта М3.

Для крепления специального режущего инструмента, в шпинделе станка необходимо использовать переходной конус  Морзе 0/4.

Чертёж инструмента представлен  в разделе 7.

 

2.3 Проектирование и расчет  специального измерительного инструмента

 

Расчёт и конструирование  калибра-пробки для контроля гладкого цилиндрического отверстия диаметром 67H9.

Проходным калибром-пробкой  ПР контролируют в отверстии годность наименьшего предельного размера Dmin.Этот размер годен, если пробка ПР проходит сквозь него под действием собственного веса.

Непроходным калибром - пробкой  НЕ контролируют в отверстии годность наибольшего предельного размера Dmax. Этот размер годен, если пробка НЕ не проходит в отверстие. Если пробка ПР прошла, а пробка НЕ вошла в отверстие , то принято считать, что действительный размер отверстия находится в  пределах поля допуска TD и это отверстие  годно.

Расчёт размеров калибра  производится в соответствии с ГОСТ 21401-75 и ГОСТ 24853-81.

1.Определением предельных  отклонений отверстия по ГОСТ 25347-82

(СТ СЭВ 144-75)

 

Отклонения: ES = + 74 мкм ; EI = 0

 

2.Предельные размеры отверстия

= Dном + ES = 67,000 + 0,074 = 67,074мм (2.3.1.) [22]= Dном + EI = 67,0 + 0 = 67мм (2.3.2.) [22]

 

3. Чтобы иметь возможность  изготовить калибры и обеспечить  их долговечность, в ГОСТ 24853-81 (СТ СЭВ 157-75) задаются:

а) Z - отклонение середины поля допуска на изготовление проходных  калибров относительно наименьшего  размера отверстия Dmin

Z = 13 мкм;

б) H - допуск на изготовление проходных и непроходных калибров

H = 5 мкм;

в) Y - допустимый выход размера  за границу поля допуска изношенного  проходного калибра

Y = 0 мкм.

3.Определение размеров  калибра.

Предельные размеры проходной  калибр-пробки:

ПРmax = Dmin + Z + H/2 = 67,000 + 0,013 + 0,005/2 = 67,015 мм (2.3.3.) [22]

ПРmin = Dmin + Z - H/2 = 67,000 + 0,013 - 0,005/2 = 67,010 мм (2.3.4.) [22]

 

Размер калибра ПР, проставляемый  на чертеже, при допуске на изготовление H = 2 мкм равен максимальному размеру  калибра с допуском направленном в «тело» калибра: 67,015-0,005.

Предельные размеры непроходной  калибр-пробки :

 

НЕmax = Dmax + H/2 =67,074 + 0,005/2 = 67,076 мм (2.3.5.) [22]= Dmax - H/2 = 67,074 - 0,005/2 = 67,071 мм (2.3.6.) [22]

 

Размер калибра НЕ, проставляемый  на чертеже, 67,076-0,005.

Конструктивные размеры  калибра выбираются по ГОСТ 14812-69 и  ГОСТ 14813-69, технические требования по ГОСТ 2015-84.

 

Рисунок 2.3. Схема поля допуска  калибр-пробки.

3. ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА

 

3.1 Расчет количества оборудования, его загрузки. Составление графика  загрузки оборудования

 

Расчет эффективного годового времени работы оборудования.

 

F эф = r × h ×Д × (1 - В / 100) ([15] стр. 131)

- продолжительность смены,

h - число смен,

Д - число рабочих дней в году,

В - план % потерь времени рабочего оборудования на ремонт (3% - 5%).

Fэф = 8 × 2× 249 × (1 - 4/100) = 3825 часов

Расчет количества станков.

Расчётное количество станков  определяется по формуле:

 

N × t шт.

С pi = ----- (3.1.2.) ([15] стр. 131)

F эф×K н. ×60

 

N - годовая программа выпуска  деталей (шт.)

Tшт. - штучное время на  операцию (мин)

K н. - плановый коэффициент  выполнения норм 1.1

 

10000 ×1,57

Сp 015 = ------ = 0,06 Сп 015=1 ст

3825×1,1×60

10000×2,0

Сp 020 = ------ = 0,078 Сп 020=1 ст

3825×1,1×60

 

10000×1,35

Сp 025 = ------ = 0,05 Сп 025=1ст

3825×1,1×60

 

10000×3,67

Сp 030 = ------ = 0,14 Сп 030=1ст

3825×1,1×60

 

10000×1,62

Сp 040 = ------ = 0,06 Сп 0401 ст

3825×1,1×60

 

10000×5,74

Сp 050 = ------ = 0,22 Сп 050=1ст

3825×1,1×60

 

Расчет коэффициента загрузки оборудования.

Определение коэффициента загрузки оборудования на каждой операции:

 

С pi

K зi. = -- × 100% (3.1.4.)

С ni.

 

С pi. - расчетное количество станков.

С ni. - принятое количество станков.

0,06з. 015 = -- × 100% = 6%

1

 

0,078з. 020 = -- × 100% = 7,8 %

1

 

0,05з. 025 = -- × 100% = 5%

1

 

0,14з. 030 = - × 100% = 14%

1

 

0,06з. 040 = -- × 100% = 6%

1

 

0,22

K з. 050 = -- × 100% = 22%

1

 

Расчёт среднего коэффициента загрузки оборудования по участку:

 

? С pi

Kзср = -- × 100% (3.1.5.)

? С ni

? С pi - сумма расчетного  количества станков,

? С ni - сумма принятого  количества станков.

 

0,608

Kзср = -- × 100% =10%

6

 

В связи с недостаточной  загрузкой оборудования следует  загрузить станки типовыми деталями.

Расчёт годовой программы  выпуска деталей в условных штуках.

 

12 × F эф×K н.×60

Nг = -------- (3.1.3.)

?t шт.

эф - годовое эффективное  время работы оборудования, час.

K н. - плановый коэффициент  выполнения норм 1.1

?t шт. = 15,95 - суммарное штучное  время на все мех. операции, мин.

 

12 × 3825×1,1×60

Nг = -------- =189900 (условных  штук)

15,95

 

189900 ×1,57

Сp 015 = ------ = 0,99 Сп 015=1 ст

3825×1,1×60

 

189900×2,0

Сp 020 = ------ = 1,5 Сп 020=2 ст

3825×1,1×60

189900×1,35

Сp 025 = ------ = 0,98 Сп 025=1 ст

3825×1,1×60

 

189900×3,67

Сp 030 = ------ = 2,75 Сп 030=3 ст

3825×1,1×60

 

189900×1,62

Сp 040 = ------ = 1,21 Сп 040=2 ст

3825×1,1×60

 

189900×5,74

Сp 050 = ------ = 4,3 Сп 050=5 ст

3825×1,1×60

 

Расчет коэффициента загрузки оборудования.

Определение коэффициента загрузки оборудования на каждой операции:

 

0,99з. 015 = -- × 100% = 99%

1

 

1,5з. 020 = -- × 100% = 75%

2

0,98з. 025 = -- × 100% = 98%

1

 

2,75з. 030 = - × 100% = 92%

3

 

1,21з. 040 = -- × 100% = 60%

2

 

4,3

K з. 050 = -- × 100% = 86%

5

 

Расчёт среднего коэффициента загрузки оборудования по участку:

 

? С pi

Kзср = -- × 100% (3.1.5.)

? С ni

 

? С pi - сумма расчетного  количества станков,

? С ni - сумма принятого  количества станков.

 

11,73

Kзср = -- × 100% =83%

14

График загрузки оборудования.

На основе расчетов строится график:

Рисунок 3.1. График загрузки оборудования.

 

Таблица 3.1. Составление сводной  ведомости оборудования.

Наименование станковМодельКол-воГабарит. р - ры.МощностьЦена (руб.×10³)Ед.всегоЕд.всегоТокарныйCU40022565х1190х1500112285170Токарный с ЧПУSK50P21250х1370х 16907,515160320Сверлильный  с ЧПУ2Р135Ф2-151800х2170х 2700105050250ФрезерныйНГФ-110-Ш45685x640x 9251,15,5120600Итого:-14--312-1340