Разработка конструкции и технологии изготовления штампового инструмента для изготовления железнодорожной шайбы
ВВЕДЕНИЕ
Группа предприятий «Северсталь-метиз» - это
эффективно работающая компания, стремящаяся к совершенствованию своих
бизнес-процессов, работающая в нишевых сегментах с высокой добавленной
стоимостью (рынки, отрасли, продукты). Основными потребителями продукции
«Северсталь- метиза» являются стройиндустрия, нефте и газодобывающая отрасли,
автопром, металлургия, машиностроение.
Находясь в постоянном диалоге с клиентами,
выстраивая партнёрские отношения с поставщиками и изучая потребности рынка,
«Северсталь-метиз» совершенствует качество предлагаемых продуктов и сервисов, а
также разрабатывает новые виды продукции, позволяющие клиентам значительно
снижать операционные издержки. Одним из продуктов компании является
железнодорожный крепеж, выпускаемый в калибровочном цехе Череповецкой площадки.
В данном дипломном проекте разрабатывается штамповый инструмент для
изготовления прижимной скобы ЦП369-103, являющейся составным компонентом
рельсового скрепления ЖБР-65. В процессе проектирования рассчитываются параметры
штампового инструмента, производится подбор технологического оборудования, с
проверкой его основных узлов и систем на соответствие требованиям,
разрабатывается технологический процесс изготовления формообразующей детали
штампа. Проводится расчет экономической целесообразности реализации проекта, а
так же разрабатываются мероприятия по охране труда и экологической
безопасности. Успешная реализация проекта по изготовлению прижимной скобы
ЦП369-103, позволит расширить линейку железнодорожного крепежа ЖБР- 65,
производимого предприятием, дополнит каждый комплект дополнительной единицей,
то есть, предприятие сможет предлагать на рынке наиболее полный комплект
крепежа данного вида, обеспечив тем самым, себе конкурентное преимущество и
возможность привлечения новых клиентов.
. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
ПРЕССОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ
муфта скоба деталь пресс
1.1 Техническая
характеристика и назначение изделия
Скоба прижимная ЦП 369.103, ТУ ЦП 369 ТУ-3 (см.
таблицу 1.1, пункт 2) является составным компонентом рельсовых скреплений
верхнего строения железнодорожного пути типа ЖБР 65, применяемых на
железобетонных шпалах. Скоба предназначена для крепления клеммы.
Основные функции рельсовых скреплений:
сохраняют неизменность ширины колеи;
противодействуют «угону» рельсов, т.е.
предотвращают перемещение рельсов в продольном направлении;
обеспечивают пространственную упругость пути,
что влияет на уровень износа рельсов и колесных пар;
обеспечивают виброгашение, что влияет на
интенсивность неравномерной осадки шпал;
обеспечивают возможность регулировки рельсовых
нитей по высоте и в плане.
Составляющие в скреплении ЖБР 65, таблицу 1.1.
Таблица 1.1 - Составные элементы рельсового
скрепления верхнего строения железнодорожного пути типа ЖБР 65:
|
Наименование
|
Назначение
|
ГОСТ,ТУ
|
Характеристики
|
|
Клемма
пружинная прутковая ЦП 369.102
|
Для
соединения рельсов с подрельсовым основанием на железобетонных шпалах
|
ТУ
ЦП 369 ТУ-1
|
Вес
одной шт. 0,92кг. Количество в 1 тонне 1086 шт.
|
|
Скоба
прижимная ЦП 369.103
|
Для
крепления клеммы в комплекте узла промежуточного нераздельного скрепления
ЖБР65 на железобетонных шпалах
|
ТУ
ЦП 369 ТУ-3
|
Вес
одной шт. 0,23кг.Количество в 1 тонне 4347 шт.
|
|
Скоба
упорная ЦП 369.101
|
Для
крепления клеммы в комплекте узла промежуточного нераздельного скрепления ЖБР65
на железобетонных шпалах
|
ТУ
ЦП 369ТУ-2 1
|
Вес
одной шт. 1,38 кг. Количество 1 тонне 724 шт.
|
|
Прокладка
упругая ЦП 369.104
|
Для
установки под скобу упорную в без подкладочном рельсовом скреплении ЖБР65
|
ТУ
ЦП 369 ТУ-4
|
Вес
одной шт. 0,1 кг. Количество в 1 тонне 10000 шт.
|
|
Прокладка
ЦП204(638)
|
|
ТУ
2539- 161- 01124323- 2003
|
Вес
одной шт. 0,460кг.
|
|
Болт
закладной с гайкой М22х175
|
|
ГОСТ
16017-79
|
Вес
одной шт. 0,761 кг. Количество в 1 тонне 1315 шт.
|
1.2 Общие сведения об
изготавливаемой детали
Деталь «Скоба прижимная ЦП 369.103» выполнена из
листа толщиной 8 мм, имеет прямоугольную форму с двумя загнутыми концами и
пробитым в центре отверстием диаметром 25 мм (см. рисунок 1.1).
Рисунок 1.1 - Скоба прижимная ЦП 369.103 (эскиз)
Материал из которого изготавливается деталь
сталь Ст.3 ГОСТ 380-2005- конструкционная сталь обыкновенного качества
предназначена для изготовления проката горячекатаного: сортового, фасонного,
толстолистового, тонколистового, широкополосного и холоднокатаного
тонколистового, а также слитков, блюмов, слябов, сутунки, заготовок катаной и
непрерывнолигой„ труб, поковок и штамповок, ленты, проволоки, метизов и др.
Химический состав и механические свойства стали
Ст.3 приведены в таблицах 1.2 и 1.3.
Таблица 1.2. - Химический состав стали Ст.3
ГОСТ103-2006
|
С
|
Mr
|
Si
|
NI
|
Cr
|
Cu
|
S
|
P
|
|
0,14-0,22
|
0,40-0,65
|
0,15-0,30
|
Не
более
|
|
|
|
0,30
|
0.30
|
0.30
|
0.050
|
0.040
|
Таблица 1.3. - Механические свойства стали марки
Ст.3 ГОСТ 505-2005
|
Предел
текучей способности σ кгс/мм²
|
Временное
сопротивление σ кгс/мм²
|
Относительное
удлинение δ, %
|
Изгиб
до параллельности сторон ( а - толщина образца, d-диаметр
справки) для толщин, мм
|
Ударная
вязкость, (кгс*м/см²), не
менее
|
|
|
|
|
KCU
|
KCV
|
|
25
|
38-49
|
26
|
d=a
|
11
|
3,5
|
|
|
|
|
|
|
|
1.3 Анализ
технологичности детали и определение способов ее изготовления, постановка
задачи на проектирование
Деталь «Скоба прижимная ЦП 369.103» имеет
простую форму без узких и широких прорезей и выступов и соответствует
требованиям технологичности:
.Наименьшие радиусы пробиваемых отверстий должны
быть не менее S, то есть R=12,5
> S= 8 мм.
.Необходимо избегать сложных конфигураций с
узкими и сложными вырезами контура.
.Радиус гибки, должен быть не менее толщины, то
есть 8 мм, R=10mm.
.Линию изгиба желательно располагать поперек
линии проката.
Исходя, из изложенных ранее технологических
требований делаем вывод что деталь технологична и наиболее рационально ее
изготавливать путем холодной штамповки, которая является одним из наиболее
прогрессивных технологических методов производства. Она имеет ряд преимуществ
перед другими видами обработки металлов, как в техническом, так и и
экономическом отношении.
В техническом отношении холодная штамповка
позволяет:
.получать детали весьма сложных форм,
изготовление деталей другими методами обработки невозможно или затруднено
.создавать простые и жёсткие, но легкие по массе
конструкции деталей при небольшом расходе материала;
.получать взаимозаменяемые детали с достаточно
высокой точность размеров, преимущественно без последующей механической
обработки.
В экономическом отношении холодная штамповка
обладает преимуществами:
. экономичным использованием материала и
сравнительно небольшими отходами;
. весьма высокой производительностью
оборудования, с применением механизации и автоматизации производственных
процессов;
. массовым выпуском и низкой стоимостью
изготавливаемых изделий;
Наибольший эффект от применения холодной
штамповки может быть обеспечен при комплексном решении технических вопросов на
всех стадиях подготовки производства, начиная с создания технологичных
конструкций или форм деталей, допускающее их экономичное изготовление.
По характеру деформаций холодная штамповка
подразделяется на две основные группы: деформация с разделением материала и
пластические деформации.
Первая группа объединяет деформации, которые
приводят к тесному разделению материала путем среза и отделения одной его части
от другой.
Группа пластических деформаций холодной листовой
штамповки включает операции по изменению формы гнутых и полых листовых деталей.
Штамповка деталей путем выполнения нескольких
раздельных операций в большинстве случаев технологически не выгодно, и поэтому
применяют методы комбинированной штамповки, одновременно сочетающие в себе две
или несколько из указанных деформаций и отдельных операций.
Определив, что шайба будет изготавливаться
штамповкой, устанавливаем задачу на проектирование - разработка штампа для
изготовления железнодорожной шайбы.
1.4 Литературный обзор
Штамповка - это один из наиболее частых видов
обработки металла, который представляет собой деформацию, придающую детали
необходимую форму методом выдавливания на поверхности определенного рельефа,
узора, отверстий. Процесс этот осуществляется на специальных прессах различной
конструкции.
На производстве используются два вида штамповки:
· горячая;
· холодная.
При горячем способе обрабатывается нагретый
металл. При этом улучшаются качества материала: он становится плотнее,
однороднее. Плюс холодного метода в том, что на поверхности не появляется слой
окалины, размеры детали получаются точнее, поверхность глаже.
Штамповка может быть листовой или объемной.
Листовым методом производят: посуду, ювелирные изделия, детали часов,
климатической техники и микросхем, оружие, медицинское оборудование, детали для
автомобиле- машино и станкостроения. Полученные детали не требуют дальнейшей
обработки. В ходе объемного прессования холодный или раскаленный металл
продавливается в формах.
В металлообработке прессы используются для:
· производства поковок;
· запрессовки шестеренок, подшипников;
· объемной и листовой штамповки.
Станки для прессования могут основываться на
принципах механики или гидравлики, обрабатывать материалы статическим или
ударным способом.
Механические бывают:
· эксцентриковые;
· кривошипными.
Кривошипные станки выполняют холодную и горячую
штамповку металла давлением: вытяжку, вырубку и прорубку. Гидравлические прессы
используются для объемной кузнечной обработки металла. Согласно технологическим
возможностям прессы делятся на: универсальные, специальные и специализированные.
Универсальные можно использовать практически для любых видов ковки (пример -
гидравлический ковочный станок). Специализированные станки выполняют только
один технологический процесс (пример - кривошипные вытяжные). Специальные
прессы производят конкретный вид изделий, используя одну технологию.
Принцип работы и устройство прессов различных
типов
Любой стандартный штамповочный станок состоит из
следующих основных узлов: мотора, передачи, исполнительного механизма. Передача
и двигатель вместе составляют «привод». Главная характеристика привода - это
вид связи двигателя и исполнительного механизма: механическая или не жесткая
(жидкость, газ, пар). Рабочие органы прессов: валки, ползун, траверсы, ролики,
бабы.
Кривошипно-шатунный пресс
Привод станка вращается, движение на ползуне
преобразуется в возвратно-поступательное. Под действием этого движения при
помощи штампа обрабатывается металл. Все детали станка производят из прочной
стали и оснащаются ребрами жесткости. Движение ползуна происходит по жесткому
графику. Усилие по ползуну достигает 8 тысяч тонн. Кривошипные ковочные
установки позволяют ускорить, упростить и удешевить производство деталей,
сэкономить до 30% проката. Все кривошипные станки делятся на простые, с двойным
и тройным действием.
Кривошипно-шатунный пресс способен выполнять
следующие виды работ:
· штамповку в открытых и закрытых
матрицах;
· формирование заусенца;
· выдавливание;
· прошивку;
· комбинированную обработку.
Механический пресс воздействует на материал
ударом, тогда как гидравлический, прилагая меньшую силу, получает больший
эффект. Поэтому вторые используют для изготовления крупных изделий с толстыми
стенками.
Гидравлические прессы
Способны проштамповывать поверхность,
продавливать и ковать изделия из металла. Они также применяются для переработки
металлических отходов. Действие станка основано на увеличении силы давления на
металл во множество раз. Пресс представляет собой два сообщающихся цилиндра с
водой, между которыми проходит труба. В цилиндрах установлены поршни. Принцип
работы пресса основан на законе Паскаля.
Радиально-ковочный аппарат
Обрабатывает металл горячим способом. Болванка
поступает в нагревательный модуль, функционирующий по принципу индукции. Здесь
она нагревается, когда металл становится достаточно податливым, подается через
конвейер на механизм захвата, подающий заготовку прямо в зону обработки. Ковка
или штамповка осуществляется бойками, в процессе заготовка все время крутится,
благодаря чему она обрабатывается равномерно со всех сторон. Пресс работает от
электромотора, соединенного клиноременной передачей с валами. Они размещены
вертикально и направляют движение на шатун и боек, между которыми установлен
ползун. Чтобы все движения механизма были синхронными, существуют копирные
барабаны. Держатель болванки вращается электромотором посредством червячных
передач. Пружинная муфта в нужные моменты притормаживает движение.
Электромагнитный пресс
Это новейшая разработка, которая только начинает
использоваться в промышленности. Рабочий орган станка - сердечник электромагнита,
который совершает движения под действием электромагнитного поля. Сердечник
двигает ползун или штамп, пружины возвращают ползун в исходное положение. Такие
станки отличаются высокой производительностью и экономичностью. На сегодняшний
день существуют модели с небольшой амплитудой движения рабочего органа - 10 мм
и усилием не более 2,5 тонны.
2. КОНСТРУКТОРСКАЯ
ЧАСТЬ
.1 Разработка
конструкции штампового инструмента
.1.1Определение способа
изготовления детали
В качестве исходного материала применяется
полоса 
,
длиной 2500 мм.
Использование данной заготовки позволяет
исключить операцию обрезки по бокам, так как ширина полосы совпадает с шириной
детали.
Деталь «Скоба прижимная ЦП 369.103»
изготавливается методом последовательной штамповки по следующему маршруту:
.Отрезка правой кромки;
.Пробивка отверстия;
.Отрезка левой кромки;
.Гибка.
Данный маршрут, возможно, выполнить
пооперационно, последовательной штамповкой в штампах простого действия, либо
объединением нескольких технологических операций в одном комбинированном
штампе.
Штамповка в комбинированном штампе позволяет
использовать меньшее количество оборудования (достаточно одного пресса),
сократить расходы на транспортировку (между операциями) и переналадку оборудования,
использовать меньший штат рабочих.
В процессе штамповки подача заготовок и удаление
отходов начала и конца полосы производится вручную, отходы при пробивке
удаляются на провал, готовая деталь выталкивается сбрасывателем и по желобу
направляется в короб.
Определим схему штамповки скобы в
комбинированном штампе (см. рисунок 2.1):
.Пробивка отверстия;
.Обрезка по длине;
.Гибка.
Для снижения общего усилия штамповки операции
выполняются по этап- но за счет ступенчатого расположения пуансонов.
.1.2 Определение формы
и размеров заготовки, коэффициента расхода материала
Для определения шага вырубки необходимо
определить наименьшую длину заготовки поступающей на гибку.
Размеры заготовки при гибке определяются по
размерам нейтрального слоя материала. Местоположение нейтрального слоя зависит
от внутреннего радиуса гибки R
и толщины материала s.
В случае, когда загибаются два угла
одновременно, длина заготовки определяется по формуле:
L=а+б+в+0,5
S (2.1)
Длина развертки детали составит:
L = 10+65 + 10+0,58
= 89 мм.
Таким образом, определяем величину развертки 89
мм.
Оценку экономичности производим посредством
коэффициента раскроя:
где f-
площадь вырубаемой детали в мм2;
п - количество детали в полосе;
F - площадь полосы в
мм2.
Для определения площади поверхности детали
разобьем ее на элементарные части:
f=F-
R2,
мм2 (2.3)
f=50∙89 -3.14∙12,52
= 4450 - 490 = 3960, мм2;
n = 27, шт.;
F= 50∙2500=125000,
мм2;
2.1.3 Расчет
технологических усилий
Для штампов с параллельными режущими кромками
пуансонов и матриц усилие вырубки (пробивки) Р определяется по формуле ([7]
стр. 74):
P=l∙S∙
,
Н (2.4)
где l
- периметр вырубаемого (пробиваемого) контура в мм;
S=8 -толщина
материала в мм;
σср - 45 -
сопротивление срезу в кг/мм2.
Определим усилие вырубки:
Pвыр.= 50-8-45 =
18000 Н.
Необходимое усилие пресса Рд рассчитывают по
формуле:
Рд=кР
Рд.ном9
, кН (2.5)
где к = 1,25 - коэффициент, учитывающий
притупление режущих кромок, изменение зазора, неоднородность штампуемого
материала и т.д.
=1,2518000=225,
кН.
Определим усилие пробивки отверстия:
Pпроб.=l∙S∙
ср.
, кН.
Площадь отверстия составляет:
L = 2R
-
3,14∙2∙12,5 - 78,54, мм2;
Рпроб = 78,54∙8 ∙ 45∙282,74,
кН.
Требуемое усилие пресса:
Рдвыр = 1,25∙282,74 = 353,43, кН.
Усилие снятия полосы с пуансона определяется по
формуле:
Рсн.=ксн.∙Рпроб , кН, (2.6)
где ксн = 0,03:0,05
Рсн.=0,05∙282,74=14,14, кН.
Усилие проталкивания детали через матрицу с
цилиндрической шейкой определяется по формуле:
Рпр.=кпр.∙Рпроб. , кН (2.7)
где кпр.=0,02:0,07
Рпр = 0,07∙282,74 = 19,79, кН.
Общее усилие пробивки составляет:
Робщ.=Рпроб.+Рсн.+Рпр. , кН (2.8)
Pобщ.=353.43+14.14+19.79=387.35,
кН.
Усилие, необходимое для вырубки и пробивки может
быть уменьшено путем ступенчатого расположения пуансонов. При использовании
ступенчатых пуансонов разницу в высотах а следует определять по формуле:
а = (0,6:0,8)s
= 4.8:6.4 мм.
Усилие вырубки при ступенчатом расположении
пуансонов подсчитывают по периметру вырубаемого (пробиваемого) контура, который
является наибольшим.
Расчет усилия гибки:
P=KгВSσв
, кН (2.9)
где Кг - коэффициент, зависящий от схемы гибки
(0,6-для двуугловой);
В - ширина детали в мм;толщина материала в мм;
σв = 38:49 кг/мм2 -
временное сопротивление;
Р = 0,6∙50∙8∙49 = 117,60, кН.
В случае гибки с прижимом для определения общего
усилия к усилию гибки прибавляют усилие прижима Рпр, вычисляемое по формуле:
Рпр=(0,25:0,3)Р , кН (2.10)
где Р - усилие гибки по формуле (2.9)
Рпр = (0,25:0,3)∙11760 = 35,28, кН.
Гибка без калибровки (свободная гибка) не
обеспечивает правильной геометрической формы детали и точных размеров. Поэтому
она всегда сопровождается приложением дополнительного усилия, необходимого для
калибровки. Это усилие значительно превышает усилие гибки и рассчитывается по
формуле:
к = Fq , кН, (2.11)
где F - проекция площади соприкосновения
калибруемого изделия и пуансона в мм;- удельное усилие, зависящее от материала
(для стали S=8 мм, удельное усилие q=8:12 кг/мм2).
F=50∙89-(3,14∙25) = 4371,5, мм2,
Рк= 4371,5∙10 = 437,15, кН.
Так как калибровка, производимая при штамповке,
превышает усилие гибки, то рассчитываемое максимальное усилие пресса будет при
калибровке.
Общее усилие пресса составит:
Рпр=Рв+Рк=387,35+437,15=824,5, кН.
2.1.4 Выбор
технологического оборудования
По рассчитанному усилию и габаритным размерам
принимается кривошипный пресс модели К2130 усилием 100 тонн, техническая
характеристика которого приведена в таблице 2.1
Таблица 2.1 - Техническая характеристика
кривошипного пресса модели К 2130
|
Наименование
характеристик
|
Данные
|
Единицы
измерения
|
|
Мощность
электродвигателя
|
11
|
кВт
|
|
Номинальное
усилие
|
1000
|
кН
|
|
Наибольший
ход ползуна
|
130
|
мм
|
|
Наименьший
ход ползуна
|
25
|
мм
|
|
Частота
движения ползуна
|
80
|
мин’1
|
|
Номинальная
закрытая высота
|
400
|
мм
|
|
Толщина
под штамповой плиты
|
100
|
мм
|
|
Изменение
длины шатуна
|
100
|
мм
|
Пресс К2130 однокривошипный, открытый, простого
действия, не наклоняемый. Предназначен для выполнения различных
холодноштамповочных операций: вырубки, просечки, гибки, неглубокой вытяжки и
пр.
Пресс рассчитан для работы, как на одиночных,
так и на автоматических ходах. Подача материала (полосы и ленты) может
производиться либо вручную, либо автоматически (при установке автоподачи).
Наладка пресса должна производиться так, чтобы
момент нагрузки происходил, возможно, ближе к нижней мертвой точке.
Устройство, работа пресса и его составных частей
(см. рисунок 2.1).
Станина пресса (1) литая, чугунная открытого
типа. Ползун (2) ориентируется в станине двумя клиновыми направляющими, по
которым он совершает возвратно-поступательные движения. Регулировка штампового
пространства выполняется вращением штока с помощью храпового механизма. В
нижней части ползуна имеются Т-образные пазы для крепления штампов. В верхней
части станины расположены буксы главного вала (4).
Рисунок 2.1 - Открытый однокривошипный пресс
простого действия К2130: 1 - станина; 2 -ползун; 3 - тормоз; 4 - вал
эксцентриковый; 5 - муфта; б ограждение шестерни; 7 - воздухоподводящая
головка; 8 - пульт сигнализации; 9 - блок пневмораспределителей; 10 - станция
ручной смазки; 11 - пульт управления; 12 - педаль включения ходов ползуна; 13 -
маслопровод; 14 - ограждение привода; 15 - электродвигатель; 16 - маховик
приводного вала; 17 - командоаппарат; 18 - подпггамповая плита
Привод пресса двухступенчатый с параллельным
расположением валов. Движение от электродвигателя (15) передается клиноременной
передачей на моховик (16) промежуточного вала и далее через открытую зубчатую
передачу и муфту включения на главный эксцентриковый вал (4) и к ползуну (2).
Электродвигатель (15) расположен на качающихся подмоторных кронштейнах.
Натяжение ремней осуществляется изменением межцентрового расстояния
клиноременной передачи с помощью шпильки и гаек. Промежуточный вал расположен в
стаканах на подшипниках качения. Стаканы расположены в расточке станины и
крепятся болтами. На промежуточном валу смонтированы маховик (16) и шестерня
зубчатой передачи. Пневмомуфта передает крутящий момент с колеса зубчатой
передачи на главный, эксцентриковый вал. Включение муфты производится блоком
воздухораспределителей (9), через трубопровод и воздухоподводящую головку(7).
Тормоз служит для точной остановки ползуна. Момент остановки ползуна
регулируется поворотом лепестка командоаппарата (17). Управление прессом
осуществляется с пульта управления(11) и педали включения (12). Смазка пресса
производиться от станции ручной смазки (10) по каналам системы смазки(13)
2.1.5 Описание
конструкции и принципа работы штампа
Комбинированный штамп (см, рисунок 2.2) для
вырубки и гибки состоит из нижней (1) и верхней (6) плит, соединенных между
собой направляющими колонками (18) и втулками (21),
К верхней плите (6) винтами (11) и штифтами (7)
крепиться держатель (5) на котором установлена гибочная матрица (4), с
закрепленным на торце с помощью винтов (23) отрезным пуансоном (14). Необходимый
зазор между отрезным пуансоном (14) и прошивной матрицей (22) обеспечивается
подбором компенсатора (24), Прошивной пуансон (16) установленный в
пуансонодержатель (17), через закаленную плитку (15) закреплен на верхней плите
(б).
К нижней плите (I) винтами (38) и штифтами (39)
неподвижно крепятся прошивная матрица (22) со съемником (20) гибочный пуансон
(31). 11Подвижный прижим (28) установлен через пружины (29) на нижней плите
(1), Передвижение прижима ограничивается винтами (26). Усилие затяжки пружин
регулируется гайками (30). Ограничители (33) закрепленные на прижиме необходимы
для фиксации заготовки во время обрезки и последующего снятия ее с ловителя
(25), закрепленного винтом (27) на гибочной матрице (4).
Штамп устанавливается на подштамповую плиту
пресса и крепится болтами через пазы в нижней плите штампа. Верхняя плита
крепится с помощью хвостовика в отверстии ползуна пресса,
Штамп работает следующим образом. Полоса
подается вручную на позицию пробивки отверстия и обрезки одной кромки. При движении
верхней части штампа вниз пуансон (16) пробивает отверстие в полосе, а отрезной
пуансон (14) обрезает кромку заготовки. Далее производится обрезка заготовки по
длине и пробивка второго отверстия в полосе, при этом ловитель (25)
устанавливает заготовку по пробитому отверстию.
Рисунок 2.2 - Конструкция комбинированного
штампа для изготовления железнодорожной скобы
Отрезанная заготовка подается на позицию гибки,
где выталкиватель (8) устанавливает заготовку по пробитому отверстию на
гибочном пуансоне (31). Матрица (4) при движении вниз загибает концы заготовки.
При движении верхней плиты вверх выталкиватели (8) выталкивает готовую деталь
из матрицы (4), при этом прижим (28) двигается вверх поднимаяпри этом заготовку
над пуансоном (31). Готовая деталь сбрасывается в контейнер с помощью
сбрасывателя (36). Отходы от пробивки отверстия удаляются на провал, через
отверстие в штампе в контейнер для отходов.
2.1.6 Определение
закрытой высоты штампа
Штамп проектируется в его нижнем рабочем
положении. В этом положении наилучшим образом увязывается взаимодействие
рабочим, прижимающих и удаляющих деталей штампа.
Закрытая высота штампа должна находиться между
наибольшей и паи меньшей закрытой высотой пресса.
Наименьшая закрытая высота пресса определяется
по формуле:
Hr=H-M
, мм (2.12)
где H
=400 мм - наибольшая закрытая высота пресса;
M= 100 мм - величина
регулируемой длины шатуна.
Hr =400 -100
=300, мм.
Определяем закрытую высоту штампа, в
соответствии с рисунком 2.6
Принимаем закрытую высоту штампа Hшт=275
мм
H-5 мм ≥ Hшт
≥ H2 +10 мм (2.13)
-5 мм≥275≥300+10 мм,
≥275≥310 мм.
Так как Hшm
=275 мм < Н2 =310 мм то необходимо установить промежуточные подкладные
плиты.
Рисунок 2.3 - Схема закрытой высоты: h
- Величина хода ползуна; М - величина регулировки длины шатуна; Н - наибольшая
закрытая высота пресса (расстояние от плиты до ползуна в его нижнем положении
при максимальном ходе и наименьшей длине ползуна); L
- расстояние от стола до направляющих; R
- вылет от оси ползуна до станины; А 1х B
1- размеры стола (не показан); а х b
- размеры отверстия в столе; А 
В - размеры
подкладной плиты; H1- толщина
подкладной плиты; D-диаметр
отверстия в подкладной плите; К х S-
размеры нижней площади ползуна; F
х F-размеры
квадратного отверстия в ползуне; I - глубина квадратного отверстия в ползуне;N
- расстояние от выталкивателя до нижней поверхности ползуна; с - ход
выталкивателя; Н2 - наименьшая закрытая высота пресса (H-M);
Ншм- закрытая высота пресса
2.1.7 Расчет
исполнительных размеров рабочих частей штампов
Основными несущими деталями штампа являются
верхняя и нижняя плиты, от их прочности и жесткости зависят стойкость
деформирующего инструмента, качество и точность размеров штампуемых деталей,
износ колонок и втулок.
Для изготовления плит штампов обычно применяют
среднеуглеродистые и низкоуглеродистые стали или чугуны. Рекомендуемые
материалы приведены в таблице 2.2.
Таблица 2.2 - Материалы для изготовления плит
штампов
|
Материал
|
Термическая
обработка
|
σ»
МПа
|
Материал
|
Термическая
обработка
|
σ„,
МПа
|
|
Сталь
|
Чугун
|
|
45
|
Улучшение
|
175
|
СЧ
28-48
|
Отжиг
|
65
|
|
Нормализация
|
130
|
СЧ
24-44
|
Отжиг
|
65
|
|
35
|
Улучшение
|
155
|
СЧ
21-40
|
Отжиг
|
60
|
|
Нормализация
|
110
|
СЧ
18-36
|
Отжиг
|
50
|
|
20Л
|
Отжиг
|
_
|
СЧ
15-32
|
Отжиг
|
50
|
|
35Л
|
Отжиг
|
-
|
-
|
-
|
-
|
Из конструктивных соображений принимаем размеры
нижней плиты 360x780 мм, а
толщину, равную 60мм.
Верхняя плита штампа опирается всей поверхностью
на плоскость ползуна пресса, она не испытывает изгибающих нагрузок, поэтому
толщину верхней плиты можно принять в пределах 0,6: 0,8 от толщины нижней
плиты.
Принимаем толщину верхней плиты равную 50мм.
Диаметр направляющих колонок рассчитывается по
формуле:
dнп=0.5
,мм (2.14)
где Fпл
- площадь опорной поверхности нижней плиты, см2;
Р - усилие, кН.
dнп = 0,5
=
42,56, мм.
После этого диаметр направляющей колонки
округляется до большего стандартного значения согласно ГОСТ131120-83 для
гладких и ГОСТ 13121-83
Рисунок 2.4 Хвостовик штампа с фланцем по ГОСТ
16719-71
Одной из операций изготовления скобы является
пробивка отверстия
Ø25 +1 мм, для которой
необходимо произвести расчет исполнительных размеров пуансона и матрицы.
Исполнительные размеры рассчитываем с учетом
оставления максимального припуска па износ матрицы и пуансона. Схема условного
расположения допусков и припусков при пробивке отверстия показана на рисунке
2.5.
Рисунок 2.5 -Схема назначения исполнительных
размеров матрицы к пуансона дм операции - пробивки отверстия
Так как износ матрицы приводит к увеличению
размеров детали, а износ пуансона к уменьшению размеров детали* размеры матрицы
выдерживают минимально допустимыми, и размеры пуансона - максимальные. В нашем
случая номинальный диаметр пуансона должен быть равен наибольшему предельному
размеру отверстия.
Прелельные
размеры пуансона и матрицы будут:м =(d+Δ+Z)+δм , мм (2.15)
dП=(d+Δ)-δп , мм (2.16)
d -номинальный размер пробиваемого
отверстия;
Δ
- припуск
на износ;
z - зазор между матрицей и пуансоном;
δп и δм -допуски
на изготовление пуансона и матрицы.
В
нашем случае необходимо пробить отверстие Ø25+1 мм в полосе
толщиной s = 8 мм из
стали марки Ст.3.
Двусторонний
зазор между матрицей и пуансоном z= 0,8 мм взят из таблицы 18 ([7]стр.
79).
Припуск
на износа Δ=
0,7 мм
при допуске на отверстие +1,0 мм, таблица 21 ([7]стр. 82).
Значение
припусков на изготовление δп = - 0,045 мм и δм = +0,045
мм, таблица 22 ([7]стр. 83).
Определим
диаметр матрицы:
dM = (25 + 0,7 + 0.8)+0,045 =
26,5+0,045 , мм.
Определим
диаметр пуансона:
Dп = (25 + 0,7)-0,045= 25,7-0,045 ,
мм.
Исполнительные
размеры на изготовление матрицы и пуансона показаны на рисунке 2.6.
Рисунок
2.6 - Схема расчета исполнительных размеров рабочих чистой штампа матрицы и
пуансона для операции - пробивка отверстия
Матрица
используется сплошная, прямоугольной формы, так как кроме пробивки отверстия,
по одной из граней матрицы производится обрезка заготовки по длине. Крепление
матрицы к плите штампа осуществляется винтами и штифтами.
Пуансон
изготавливается в соответствующими ГОСТ 16625-80 "Пуансоны круглые
диаметром от 24 до 52 мм.
Крепление
пуансона к плите штампа осуществляем в пуансонодержателе, при помощи винтов и
штифтов, рисунок 2.7.
Рисунок
2.7 - Крепление пуансона винтами и штифтами в пуансонодержателе
Пуансон,
устанавливаемы в пуансонодержатель, состоит из трех частей: рабочей части,
которая участвует в формоизменении детали; посадочной части; усиленного
основания.
Усиленное
основание делается на относительно длинных пуансонах для того, чтобы повысить
их устойчивость, для упрощения сборки с пуансонодер- жателем, а также, чтобы
избежать большого перепада диаметров ступеней (d1/d, d2/d1 ,d0/d2 ).При
перепаде диаметров более двух возможно образование трещин при термообработке.
Все переходы между рабочей частью и основанием, между посадочной частью и
основанием выполняются плавными, по радиусу, чтобы избежать дефектов при
термообработке и повысить стойкость инструмента.
.1.8 Расчет на прочность рабочих частей штампов
Расчет
пуансона на прочность и устойчивость.
Пуансоны
при работе подвергаются действию нагрузок разного характера, взаимодействуют с
плитой штампа, поэтому пуансоны рассчитывают: на смятие плиты штампа; сжатие;
изгиб со сжатием; устойчивость; устойчивость со сжатием [8]. Расчетная схема
представлена на рисунке 2.8.
Рисунок
2.8 - Расчетная схема для расчета пуансона на прочность
Проверка
опорной поверхности плиты штампа на смятие:
σсм=F/A0≤[σсм] (2.17)
где
F -
технологическое усилие;
А0
- площадь опорной поверхности буртика пуансона, равна 0,25πd0;
[δсм] -
допускаемые напряжения смятия для плиты штампа, которые равны для стали 100
МПа, для чугуна 50 МПа.
A0= 0,251∙3,14∙38 =
1133,54, мм2.
Δсм= 346596/1133,54=305,7≤100,
МПа,
Так
как условие прочности не выполняется, тогда пуансон опираем на закаленную
стальную плиту.
Расчет
пуансона на сжатие:
σсж=F/Amin≤[σсж] (2.18)
где
Amin- площадь
минимального сечения пуансона, равна 0,25πd2;
Amin = 0,25π252= 490
мм2;
[σсж] -
допускаемые напряжения сжатия для материала пуансона, которые для углеродистой
инструментальной стали типа У8А, У10А равны 1600 МПа, для легированной
инструментальной стали типа Х12М, ШХ15 - 1900 МПа.
σ = 346596/490 = 707 МПа ≤
[σсж]
Расчетом
на сжатие ограничиваются лишь для относительно короткого пуансона при использовании
его в правильно спроектированном, изготовленном и собранном штампе.
Расчет
пуансона на изгиб и сжатие.
Причиной
возникновения изгибающих напряжений является смещение оси пуансона относительно
оси матрицы на величину е, возникающее из-за погрешностей изготовления, что
ведет к внецентренному нагружению. Напряжения изгиба обычно определяются вблизи
посадочной поверхности - это «опасное» сечение. У ступенчатого пуансона
«опасных» сечений может быть несколько. Для представленной расчетной схемы суммарные
напряжения сжатия и изгиба равны:
σсж+σсж
= F/A + M/W≤ [σсж], (2.19)
где
W - момент
сопротивления пуансона в опасном сечении, для круглого сечения W = πd3/32;
e= 0,4 мм - величина смещения оси
пуансона, для вырубки-пробивки
равна
одностороннему зазору между инструментами;
М=
F∙e -
изгибающий момент;
А
- площадь поперечного сечения пуансона в опасном сечении.
W=π∙253/32=1533,98.
M=346596∙0,4=138638, Н.
σсж+σи =
346596/490 + 138638 /1533,98 = 707 + 90,37 = 797,7 Мпа, [σсж],
Расчет
пуансонов на устойчивость и сжатие.
Проводится
для относительно тонких и длинных пуансонов с d/h < 0,5.
Предельно
допустимое усилие при этом определится по формуле:
[F] = ϕAк [σсж], (2.20)
где
ϕ -
коэффициент понижения допустимого напряжения, который определяется по данным
таблицы 8 в зависимости от условной гибкости рабочего участка пуансона:
λ=μh/imin , (2.21)
где
μ≈0,7
- коэффициент
приведенной длины, характеризующий способ заделки;
imin -минимальный радиус инерции
пуансона, для круглого сечения равен
imin=0.25d=0.25∙25=6.25
мм;
Ак
- площадь контакта рабочего торца пуансона с деталью.
При
вырубке-пробивке относительно маленьких отверстий с s/d> 1,0
можно считать, что пуансон контактирует с деталью всей торцевой поверхностью Ак
= 0,25πd2.
Аk=
0,25π25,72 = 518,48 мм2.
λ
= 0,7-78 /6,25 =8,736.
Для
λ=8:12
коэффициент понижения допускаемого напряжения
ϕ= 0,75,
[σсж] - для
легированной инструментальной стали типа Х12М, ШХ15 - 1900 МПа.
Предельно
допустимое усилие при этом будет равно:
[F] = 0,75∙518,48
∙1900 = 738834 кгс/мм2.
Проведенные
расчеты показали, что прочностные характеристики пуансона соответствуют
требованиям для выполняемой операции, а возможное предельно допустимое усилие
на пуансоне значительно превышает усилие, создаваемое им при работе.
2.1.9 Выбор материалов деталей штампов
Для
изготовления деталей технологического (кроме рабочих элементов),
конструктивного, кинематического и вспомогательного назначений используют в
основном углеродистые обыкновенного качества, углеродистые конструкционные, а
также легированные конструкционные стали.
Рекомендации
по выбору материалов для изготовления рабочих элементов в зависимости от
условий их эксплуатации приведены в таблице 2.3
Таблица
2.3 - Материалы и нормы твердости рабочих элементов штампов
|
Штампуемые
материалы
|
Рабочие
элементы штампа
|
Марки
материалов для изготовления рабочих элементов штампов
|
HRC после
термообработки стальных деталей
|
|
|
|
Матриц
(пуансон матриц)
|
пуансонов,
ножей
|
|
Штампы
для разделительных операций
|
|
Низкоуглеродистые
стали, цветные металлы и их сплавы, неметаллические материалы толщиной от 3
до 8 мм
|
Пуансоны,
матрицы, пуансон матрицы и их секции простой формы, ножи для резки отходов и
шаговые ножи
|
Х12М;
Х12МФ; Х12Ф1; Х12Ф4М; 9ХВГ; 5ХВ2С
|
57-61
|
55-59
|
|
Штампы
для формоизменяющих операций
|
|
Низкоуглеродистые
стали, цветные металлы и сплавы
|
Пуансоны,
матрицы и прижимы простой формы
|
У8А;
Х12М; 8ХФ; ВК8-ВК30****
|
55-59
|
53-57
|
В таблице 2.4 приведены рекомендации по выбору
материалов для изготовления деталей штампов (кроме рабочих элементов),
Таблица 2.4 - Материалы и нормы твердости
деталей различного назначения
|
Детали
штампов
|
Рекомендуемые
марки материалов
|
Твердость,
HRC
|
|
Детали
технологического назначения
|
|
Сбрасыватели
|
Сталь
45
|
34-38
|
|
Съемники
неподвижные:
|
|
|
|
ненаправляющие
|
Ст.3
|
|
|
направляющие
|
43;40Х
|
42
- 46
|
|
Выталкиватели:
|
|
|
|
не
являющиеся составными элементами матриц (пуансонов)
|
Сталь
45
|
42-46
|
|
являющиеся
составными элемента ми матриц (пуансонов)
|
У8А;
У10А; 7X3; 9ХС;
XI2М; Х12Ф1; 9ХВГ; 5ХВ2С
|
57-61
|
|
Прижимы
и опоры штампов для чистовой вырубки-пробивки
|
Х12М
|
55-59
|
|
Детали
конструктивного назначения
|
|
Планки
поддерживающие
|
СтЗ
|
-
|
|
Плитки
подкладные
|
Сталь
45
|
42-46
|
|
Матрицедержатели
|
СтЗ
|
-
|
|
Пуансонодержатели
|
СтЗ
|
-
|
|
Детали
направляющих узлов:
|
|
|
|
колонки
направляющих скольжения
|
Сталь
20 Стали 45,50
|
Цементировать
на глубину 0,5 -1,0 мм; калить HRC
58 - 62. Калить HRC 45-50
|
|
втулки
направляющих скольжения
|
Сталь
20 Стали 45, 50
|
Цементировать
на глубину 0,5 -1,0 мм; калить HRC
58 - 62, Калить HRC 45
- 50
|
|
Упоры
|
Сталь
45
|
40-45
|
|
Прижимы,
направляющие планки, выталкиватели
|
40Х,45
|
50-54
|
|
Штифты
|
У8
|
45-50
|
|
Винты
|
Сталь
45
|
40-45
|
|
Пружины
|
65Г,
60С2
|
40-48
|
Допускается замена указанных материалов на
другие с равноценными механическими свойствами, а также снижение твердости
термически обработанных деталей штампов до 15 % на расстоянии не более 10 мм от
рабочих поверхностей (кромок).
Заготовки деталей штампов из инструментальных и
легированных сталей необходимо подвергать первичной термической обработке,
обеспечивающей возможность их дальнейшей механической и термической обработок и
стабильность размеров.
2.2 Модернизация
привода пресса
Особенностью кривошипных машин является то, что
силовой расчет их ведется таким образом, что известные силы (номинальные
усилия) прилагаются к инструменту. Усилия, возникающие на инструменте,
определяются вычислением сопротивления деформированию заготовки. Большое
значение при этом имеет характер изменения усилия по ходу ползуна пресса, или
график рабочих нагрузок на ползуне. После выяснения сил и моментов, действующих
на отдельные элементы машины, составляют расчетные схемы отдельных деталей. Это
наиболее ответственная часть расчета, так как выбор правильной расчетной схемы
способствует и наиболее правильному конструктивному оформлению детали и экономичному
использованию материала.
Большую помощь при оформлении деталей и выборе
их размеров оказывают статистические данные, которые имеются в литературных
источниках. В этом отношении большую роль должны играть наблюдение за работой
деталей, их износом при эксплуатации, за ремонтом, а также сбор и обобщение
известных данных по поломкам деталей и корректировка на этой основе
эмпирических правил конструирования, применяемых при выборе прочных размеров
деталей.
Такие эмпирические данные применяют и для
определения размеров основных деталей кривошипных прессов, поэтому расчеты этих
деталей носят проверочный характер.
2.2.1 Проектирование
кинематической схемы пресса
Кинематическая схема привода пресса (рис. 2.9)
разработана на основе типовых технических решений на данный тип машин.
Рисунок 2.9 - Кинематическая схема пресса: 1 -
электродвигатель, 2 - шкив, 3 - маховик, 4 - быстроходный вал, 5 - шестерня, 6
- зубчатое колесо, 7 пиевмомуфта, 8 - тихоходный вал, 9 - ползун, 10 - стол
пресса, 11- эксцентриковая втулка, 12 - тормоз
Вращение от электродвигателя (1) через
клиноременную передачу передается на шкив-маховик (3), установленный на
промежуточном валу (4). При своем вращении маховик накапливает кинетическую
энергию, которая передается от шестерни (5) на зубчатое колесо 6 открытой
передачи, установленное на главном валу в подшипниках. При включении муфты (7)
вращение передается на главный вал и от него через эксцентриковый привод (11) и
шатун оно преобразуется в возвратно-поступательное движение ползуна (9).
2.2.2 Расчет мощности
электродвигателя
Решающим фактором при выборе системы
электропривода пресса является экономическая целесообразность в сочетании с
техническими требованиями. В период рабочего хода большая часть работы
выполняется за счет кинетической энергии маховика, скорость вращения которого
уменьшается. В остальные периоды цикла угловая скорость маховика
восстанавливается.
Мощность двигателя в таком случае определяется
исходя из средней работы за цикл. При этом чем: больше число ходов пресса и
меньше величина расхода энергии на холостое перемещение механизмов пресса, тем
больше должен быть запас мощности.
Номинальную мощность асинхронного,
короткозамкнутого электродвигателя определяют суммой средних мощностей активного
и холостого ходов за период одного технологического цикла по формуле [10]:
где к = 1,4 - коэффициент запаса, принимается по
табл. 15.4 [10], в зависимости от числа включений пресса;
n0 - число включений
муфты за цикл (на одиночных ходах nB
=1; на автоматических ходах nB
=0);
Ƞ0 - общий КПД привода;
Ƞм - КПД передачи от муфты до
двигателя.
Значения КПД Ƞ0
и ȠM
зависят от типа и числа передач, расположенных между главным валом (для Ƞ0)
или валом муфты (для ȠM)
и электродвигателем:
Ƞ0=Ƞk
Ƞ3m1
, Ƞm=Ƞk
Ƞ3m2 (2.21)
где Ƞk
- КПД клиноременной передачи, принимаемый равным 0,97;
Ƞ3 -КПД зубчатой передачи, Ƞ3
= 0,98 при использовании подшипников качения, и Ƞ3
= 0,96 при использовании подшипников скольжения;
ml, m2 - соответственно,
общее число степеней зубчатого привода и число ступеней от вала муфты до
двигателя. m1=1; m2=1.
Ƞ0 = 0,97∙0,98 = 0,95; Ƞm=
0,97∙0,98 = 0,95.
Время технологического цикла приближенно
определяется при выбранном коэффициенте использования ходов Рu
который представляет собой отношение tм
- времени машинного цикла (одного двойного хода ползуна) к времени
технологического цикла tц,
по формуле:
tц=
=
, c (2.22)
где ри = 0,4.. .0,8 - значение коэффициента
использования ходов для листоштамповочного универсального пресса простого
действия (табл. 15.2 [10]); nн
= 80 - число ходов пресса.
Определим мощность электродвигателя:
Требуется электродвигатель мощностью Nò
≥10 кВт.
2.2.3 Подбор
электродвигателя
Выбор электродвигателя производится в
соответствии с условием Nò
≤Рэд.
В нашем случае подходит электродвигатель серии 4А мощностью Рэд = 11 кВт.
Записываем все варианты электродвигателей:
.4А132М2УЗ синхронная частота 3000 об/мин;
асинхронная частота 2900 об/мин;
.4А132М4УЗ синхронная частота 1500 об/мин;
асинхронная частота 1460 об/мин;
.4A160S6y3
синхронная частота 1000 об/мин;
асинхронная частота 975 об/мин;
.4А160М8УЗ синхронная частота 750 об/мин;
асинхронная частота 730 об/мин.
Применение каждого из электродвигателей дает
общее передаточное число
где nим
- частота вращения вала исполнительной машины, об/мин.
На основании выше приведенных зависимостей
каждый из электродвигателей дает:
u01= =
= 36.25; u02=
=18.25; u03=
=12; u04 = 
=9.125
Определим общее передаточное число передач,
входящих в привод:
u0=u1∙u2 (2.24)
где u1
и u2 - передаточные
числа отдельных ступеней привода, рекомендуемые значения которых приведены в
табл.2.2. '
Для заданной кинематической схемы справедливо:
) клиноременная передача - uрем
= 2.. .4;
)цилиндрическая открытая передача - uцил.откр.
= 4. ..8.
В свою очередь передачи могут обеспечить:
u0= (2...4)(4...8) =
8...32
Таким образом, очевидно, что из дальнейшего
рассмотрения электродвигатель с частотой вращения nэд=
2900 об/мин должен быть исключен.
Что касается трех оставшихся вариантов, то может
быть реализован любой из них.
Окончательно принимаем электродвигатель
4А132М4УЗ, имеющий минимальные габариты среди электродвигателей мощностью Рэд =
11 кВт (см. рисунок 2.10).
Рисунок 2.10 - Размеры электродвигателей серии
4А132М4УЗ
2.2.4 Определение
передаточного отношения в приводе пресса
Передаточное отношение привода рассчитываем по
общим методикам машиностроения [15].
Исходными данными для расчета являются:
N1 = 11 кВт -
мощность на малом шкиве;
n1 - 1460 об/мин -
частота вращения малого шкиве;
По известной частоте вращения двигателя, числу
ходов пресса определим общее передаточное отношение привода пресса:
В данном случае общее передаточное отношение;
возможно, реализовать ременной и зубчатой передачей:
uобщ = 18,25 = u3„
∙ uрп
где uзп
- передаточное число открытой цилиндрической передачи;
uрп - передаточное
число клиноременной передачи.
В соответствии с рядом Ra20
назначаем uред =5,4 тогда
передаточное число клиноременной передачи будет:
2.2.5 Определение
частот вращения валов привода
Скорость вращения вала электродвигателя nдв
= 1460 об/мин
Скорость вращения входного вала редуктора:
Скорость вращения выходного вала редуктора:
Скорость вращения вала исполнительной машины
(фактическая): nим факт-
79,99 об/мин.
Разница между заданным и фактическим значениями nим
факт составляет 0,025% что лежит в пределах допустимого при проектировании
диапазона, равного ± 5%.
Окончательно принимаем иред =5,4, ирем = 3,38,
что дает фактическую частоту вращения вала исполнительной машины:
2.2.6 Определение
циклических частот вращения валов привода
Циклические частоты вращения валов определяются
по формуле [15]:
Для входного вала:
Для выходного вала:
Для вала исполнительного механизма:
2.2.7 Определение
мощности на валах привода
Мощность на валу определяется по формуле [15]:
Pi=Pi-1Ƞi-1,i,Вт, (2.30)
где Pi-1
- мощность на предыдущем к i
-му валу, Вт;
Ƞi-1,
i - коэффициент
полезного действия, учитывающий потери мощности на участке между i-1
и I валами.
Ррэд=11 кВт.
Pвх.в=Pэд∙Ƞрем
∙Ƞподщ=11∙0,95∙0,99
= 10,34 кВт;
Pвых.в=Pвх.в∙Ƞза∙Ƞподш=10,34∙0,93∙0,99
= 9,52 кВт;
Pим=Pвых.в∙Ƞм∙Ƞподш.ск=9,52∙0,98∙0,985
= 9,18 кВт.
Определение крутящих моментов на валах привода
Вращающий момент на любом валу Тi
рассчитывается как [15]:
где Pi
- мощность на рассматриваемом валу, Вт;
ῳi-
угловая скорость данного вала, с-1
Для входного вала крутящий момент будет:
Для выходного вала крутящий момент будет:
Для вала исполнительного механизма крутящий
момент будет:
Полученные результаты запишем в итоговую таблицу
2.5.
Таблица 2.5 - Итоговая таблица расчетов
|
Параметр
|
Входной
вал
|
Выходной
вал
|
Вал
исполнительного механизма
|
|
Скорость
вращения n, об/мин
|
431,95
|
79,99
|
79,99
|
|
Циклических
частот вращения  , с'1
|
45,23
|
837
|
8,37
|
|
Мощность
Р, кВт
|
10,34
|
9,52
|
9,18
|
|
Крутящий
момент Т, Нм
|
228,6
|
1137,39
|
1096,77
|
2.2.8 Расчёт зубчатой
передачи
Открытые зубчатые передачи машин работают в
условиях запыленных помещений, поэтому для них характерен абразивный износ.
Практика показывает, что при нормальной эксплуатации даже с повышенным износом
зубы» могут работать без поломки продолжительное время. Основной причиной
выхода их из строя являются поломки зубьев колес. Поломки могут происходить от
усталости при многократных перегрузках, несколько превышающих предел
выносливости при изгибе материала колес, а также при однократных значительных
перегрузках.
Так как при конструировании кузнечных машин
размерам передач задаются на основе имеющихся хорошо работающий машин, то при
конструировании приходится проводить проверочный расчет. Ориентировочные данные
для выбора размеров передач приведены в приложении 3 [10]. Выбранные размеры
подлежат проверочному расчету. При расчете выясняется, какой величины крутящий
момент можно приложить на коленчатому валу исходя из прочности той или иной
передачи, исходя из усталостной прочности на изгиб и на нормальные контактные
напряжения или исходя из допускаемых пластических деформации поверхностей
зубьев.
Число зубьев назначаем по шестерне (ZШ>Zmin).
Разброс значений для числа зубьев шестерни Zш
довольно узкий, для однокривошипного пресса с односторонним приводом составляет
13:21 (прил. 3 [10]). Шестерни и колеса диаметром менее 500,„800мм изготовляют
из стальных поковок марок 45,40,40 ХН и др., а колеса диаметром более 500...800
мм - из стальных отливок марок 35Л, 45Л, 35ХГСЛ, 40ХНЛ и др. Поковки подвергают
нормализации (Н) или улучшению (У) до твердости 190...280 НВ, отливки - нормализации
до 160...220 НВ. Более высокая твердость нецелесообразна, поскольку нарезание
зубьев производят после термообработки. Для лучшей прирабатываемости и во
избежание заедания зубьев твердость шестерни должна быть на 20...40НВ выше
твердости колеса.
Таблица 2.6 - Механические свойства сталей,
используемых для зубчатых колес
|
Элемент
|
Марка
|
Вид
заготовки
|
Термообработка
|
НВ
|
σВ
|
σ-1
|
σТ
|
[σ]max
|
|
передачи
|
стали
|
|
|
|
Н/мм2
|
кг/см2
|
|
Шестерня
|
45
|
Поковка
|
улучшение
|
235:262
|
780
|
335
|
650
|
17600
|
|
Колесо
|
45Л
|
Литье
|
нормализация
|
207:235
|
680
|
285
|
440
|
13400
|
Для выбора зубчатой передачи воспользуемся
приложением 3 [10], при этом получаем:
Число зубьев шестерни Z1=
17;
Число зубьев колеса Z2=
92;
Передаточное число u
= 5,4;
Модуль зацепления т m
= (0,09:0.I) d0
= 10:13,
Принимаем m
=12;
Межосевое расстояние:
Ширина венца колеса:
b2 =ψa
aw , мм, (2.33)
где ψа
=b2/aw
=0.2:0.25 - коэффициент ширины венца колеса, консольнорасположенного относительно
опор в открытых передачах.
b2=0.20∙654=130.8
мм,
принимаем b2=
130 мм
Определяем геометрические размеры колес.
Шестерня:
Делительный диаметр:
d1=m∙Z1=12∙17=204
мм.
Диаметр вершин зубьев:
da1=d1+2m=204+2∙12=228
мм.
Диаметр впадин зубьев:
Ширина венца шестерни:
b1 =b2
+(2:4)мм= 130+4 = 134 мм.
Колесо:
Делительный диаметр:
d2 =м∙Z2
=12∙92 = 1104 мм.
Диаметр вершин зубьев:
da2=d2
+ 2m = 1104 + 2∙12
= 1128 мм.
Диаметр впадин зубьев:
df2 =d2
-2,4m = 1104-2, 4 ∙12
=1081,2 мм.
Ширина венца колеса:
b2 =130 мм.
2.2.9 Проверочный
расчет на прочность зубчатой передачи
Первой проверкой является определение крутящего
момента Мкп исходя из допускаемой пластической деформации зубьев. Для этого
пользуются следующей формулой, дающей значение допускаемого крутящего момента
на колесе:
где [σk]max
- допускаемое нормальное контактное напряжение исходя из некоторой пластической
деформации зубьев; принимается по данным табл. 17 [10],
Для материала зубчатого колеса - сталь 45Л
нормализованная:
[σk]max
=13400, кг/см2;
Для материала шестерни - сталь 45 улучшенная:
[σk]max
=17600, кг/см2;
Слабым местом является колесо.
С - коэффициент, учитывающий модуль упругости
материала зубчатого колеса и шестерни [10];
С - 2140 (сталь по стали).
С1= 1 - коэффициент, учитывающий угол
зацепления. Для прямозубых некоригированных колес или колес с высотной
коррекцией;
C1 =1 ;
кn
- коэффициент нагрузки при расчете по допускаемым пластическим деформациям
поверхностей зубьев:
кn=
k1n
k2 k4
- 1,3 ∙ 1 ∙ 1,4 = 1,82;
k1n-
коэффициент перегрузки, k1n
=Mkmax /Mknom
, так как кузнечнопрессовые машины должны снабжаться предохранительными
устройствами, рассчитанными на 30%-ную перегрузку, то к!п - 1,3;
к2 -коэффициент концентрации нагрузки,
учитывающий неравномерность распределения нагрузки по ширине колеса,
возникающую вследствие упругой деформации опор, валов, а также неточностей
изготовления (при твердости зубчатых колес НВ < 350 для открытых передач к2
=1);
к4 - коэффициент, учитывающий динамическую
нагрузку в зацеплении из-за неточностей изготовления (для прямозубых колес при
окружной скорости >3м/с, k4
= 1,4:1,5);
Окружная скорость V
зацепления определяется по формуле:
nк= 80 об/мин -
число оборотов в минуту вала колеса;
u - передаточное
отношение зубчатой передачи. Для наружного зацепления принемается u+1,
для внутреннего u-1
Второй проверкой является определение
допустимого крутящего момента Мки передаваемого колесом, исходя из усталостной
прочности зубьев колеса на изгиб:
где ук = 0,193 - коэффициент формы зуба,
зависящий от числа зубьев, угла их наклона, коэффициента смещения и типа
передачи, который определяется для открытых передач - по табл. 24 [10];
Таблицы коэффициентов формы зуба дают значения
для ведомых и ведущих колес открытых передач (угол трения ϕ
= 8°).
[σ-1u]
- 2500 - предел усталости материала колеса (кг/см2 ) при изгибе и симметричном
цикле, выбирается по табл. 17 [1];
ке =1 - коэффициент, учитывающий степень
перекрытия, принимается равным 1 для прямозубых передач и 1,3 - для косозубых и
шевронных;
кu
- коэффициент нагрузки при изгибе;
k = ku
k2 к3ик4 = 1,3∙1∙0,517∙1,4
= 0,94;
k1- коэффициент
перегрузки; при расчете на усталость к1=1;
ϕ'- коэффициент, учитывающий
нагружение передачи моментом, обратным по знаку рабочему моменту, передаваемому
муфтой ;
Для тихоходной передачи прессов с муфтой
включения и тормозом, расположенными на коленчатом валу Ф' = 0;
Фσ -
коэффициент, учитывающий свойства материала;
Фσ =Фσ
0+ψσ=1,8 + 0,1 = 1,9;
Фσ 0 =
1,8 - коэффициент, учитывающий концентрацию напряжений и масштабный фактор,
определяется по табл. 25 [10];
[nц]
- коэффициент запаса прочности, относительно предела прочности при изгибе при
нереверсивной нагрузке, для модулей до 14 мм включительно, для стального литья
[nц] = 2,0, для
стальных поковок [nц] = 1,8;
Коэффициент эквивалентной нагрузки при расчете
на усталостную прочность к3и находят по формуле:
k3u=δu
,
(2.37)
где δи
=0,495 - коэффициент интенсивности нагружения, при расчете на усталостную
прочность;
ii = 5,4 -
передаточное отношение от главного вала до рассчитываемой шестерни. Для колеса
тихоходной передачи, установленного на главном валу, ii=0
nн = 80 -
номинальное число ходов пресса;
pu=0.25
-коэффициент использования числа ходов;
kвер =0,45 - коэффициент
вероятности нагружения.
Проверяем допускаемый крутящий момент исходя из
усталостной прочности шестерни на изгиб:
=0.102
Фσ =Фσ
0+ψσ=1,8 + 0,1 = 1,9;
[nц]=1.8;
[σ-1u]=3300
кг/см2
2.2.10 Проектирование
быстроходного вала
Проектный расчет ставит целью определить
ориентировочно геометрические размеры каждой ступени вала: ее диаметр d
и длину.
В нашем случае шкив клиноременной передачи и
шестерня установлены консольно, на противоположных концах вала.
Диаметр d1 выходного
конца вала определяется по формуле:
где где d1
-
диаметр вала в мм; T - крутящий
момент, Нм;
[τ]k
- допускаемое напряжение на кручение, МПа. Обычно принимают [τ]k=20...25
МПа для концевых участков вала.
Полученное значение округляем до ближайшего
большего из ряда R40 по ГОСТ
6636-69: принимаем d1 = d5
= 85 мм.
Длины концевых участков вала определяются:
под шкив l1
= (1,2:1,5)
d1 =
(1,2:1,5)85 = 102:127,5 мм;
принимаем l1
= 105 мм;
под шестерню
l5 = (1,0:1,5) =
(1,0:1,5)85 = 85:127,5 мм;
принимаем l1
= 125 мм;
Определим диаметр вала под подшипник:
d2 = d4≥
d1 +2t2
+1= 85 + 2∙5,6+1= 97,2 мм
где t2
- глубина шпоночного паза в ступице детали (ГОСТ 23360-78).
t2 = 5,6 мм, таблица
1.1 [12].
Принимаем стандартное значение dn
=
100 мм.
Длина участка вала под подшипник в соответствии
со стр.48 [12]:
l2=l4=1.4∙d2=1.4∙100=70
мм
Диаметр среднего участка определяется с учётом
фасок на кольцах подшипника по формуле:
d3=d2
+3f= 100 + 3∙4
=
112 мм.
где ƒ- фаска
внутреннего кольца подшипника ƒ = 4 мм
(см. табл. 1.1).
Принимаем d3
- 115 мм.
2.2.11 Предварительный
выбор подшипников качения
C учетом полученного
диаметра выбираем подшипники по ГОСТ 5721- 75 (подшипники роликовые,
радиальные, двухрядные).
Подшипники предназначены для работы с
радиальными нагрузками, но могут одновременно воспринимать и осевую нагрузку,
действующую в обоих направлениях и не превышающую 25% величины неиспользованной
радиальной нагрузки. Такие подшипники обладают значительно более высокой
грузоподъемностью, чем сферические шарикоподшипники таких же габаритных
размеров. Подшипники могут работать при значительном (2-3°) перекосе оси
внутреннего кольца относительно оси наружного.
Области применения: буксы железнодорожных
вагонов, насосы, компрессоры, редукторы большой мощности, прокатные станы,
ходовые колеса мостовых кранов и т.п.
Обе опоры вала выполняют на подшипниках 3520
ГОСТ 5721-75, характеристика которых представлена в табл. 2.7.
Таблица 2.7 - Подшипники, устанавливаемые на
быстроходном валу
|
Обозначение
|
Основные
размеры
|
Грузоподъемность,
кН
|
|
d, мм
|
D, мм
|
r, MM
|
b, мм
|
Сr
|
C0r
|
|
3520
|
100
|
180
|
3.5
|
46
|
275
|
212
|
Схема установки подшипников - «враспор», с одной
фиксирующей опорой. B этом случае
торцы внутренних колец обоих подшипников упираются в бортики вала. Внешние
торцы наружных колец подшипников упираются в торцы крышек. Чтобы избежать
защемления вала в опорах в результате температурных деформаций необходимо
предусмотреть зазор между торцом внешнего кольца одного из подшипников и
крышкой. После установления нормального температурного режима работы вала зазор
исчезает.
В качестве опор подшипников используем стаканы,
которые в свою очередь устанавливаются в посадочные гнезда в станине и
фиксируются крышками.
Для герметизации подшипникового узла используем
войлочное (сальниковое) уплотнение, которое представляет собой кольцо
прямоугольного сечения из технического войлока-фетра, вставляемое в кольцевой
трапециевидный паз и поджимаемое к поверхности вала предварительным
деформированием.
.2.12 Определение
реакций в опорах и построение эпюр изгибающих и крутящих моментов быстроходного
вала
Определим значения консольных сил по формулам
(табл. 2.8).
Таблица 2.8 - Значения консольных сил
|
Вид
открытой передачи
|
Характер
силы
|
Значение
силы, Η
|
|
|
На
шестерне
|
На
колесе
|
|
Цилиндрическая
прямозубая
|
Окружная
|
Ft1
= Ft2 = 2059,78
|
Ft2 = =2059.78
|
|
Радиальная
|
Fr1=Fr2
= 749,69
|
Fr2=Ft2tga
= 749.69
|
|
Клиноременная
|
Радиальная
|
Fon=2F0Zsin
= 2249,3
|
Fon=2F0Zsin
= 2249,3
|
При составлении расчетной схемы вала
производится схематизация нагрузок, опор и формы вала. Вал будем рассматривать
как балку, установленную на двух опорах. При этом подшипники заменяем
шарнирно-подвижными опорами.
Определяем реакции опор А и В из уравнения
моментов равновесия.
Реакции опор в вертикальной плоскости YOZ:
MB
=0; -Fr1 (l1
+ l2)-RАу∙l2+Fon∙l3=0,
H∙м, (2.40)
∑ MA=0; -
=0
, H∙м,
(2.41)
∑ y=0 ; 
=0
;
,69+529,15+2469,83-2249,29=0
Реакции опор в горизонтальной плоскости XOZ:
MB
=0; -Fr1 (l1
+ l2)-RАx∙l2+Fon∙l3=0,
H∙м, (2.42)
∑ 
=0;
Н∙м,
(2.43)
Проверка:
Σy
= 0; Ft1
-RAy + RBy -Fon =0;
2059.78 - 2800.9 + 2990.42 - 2249,29 = 0
Определяем суммарные радиальные реакции:
, 
,
H, (2.44)
RA =
=2850.44
H;
RB =
3878.49
H.
Строим эпюру изгибающих моментов относительно
оси X в характерных
сечениях 1.. .3, Нм:
Мx1
= 0; Мх2 = -Fr1 ∙ l1
= -749.69∙0.118 = -88.46; Мх3 = 0;
Строим эпюру изгибающих моментов относительно
оси Υ в характерных
сечениях 1.. .4, Нм:
Му1=0;
МУ2 =Ft1
∙l1 =2059.78 ∙
0.118 = 243.05 Н∙м;
Му3 = -Fon · l3
= -2249,29 ∙ 0.116 = -260,91 Н∙м;
Му4 = 0;
Определяем суммарные изгибающие моменты в
наиболее нагруженных сечениях, Нм:
M2=
; M3=My3 ;
=
=258.65
H∙м;=-260.91
H∙м.
Строим эпюру крутящих моментов, H∙м:
2.3 Модернизация
пневмопривода муфты включения приводного вала пресса
Система включения пресса необходима для
соединения исполнительного механизма с приводом и передачи момента от него на
коленчатый вал или, наоборот, для остановки кривошипно-шатунного механизма в
заданном положении при работающем электродвигателе. Основными элементами
системы включения являются узлы пресса - муфта, тормоз и блок управление.
Система управления предназначена для
своевременного включения и выключения муфты и тормоза, обеспечивая три режима
работы: последовательных, одиночных и наладочных ходов ползуна кривошипной
машины. Режим наладочных ходов характеризуется кратковременным движением
ползуна при нажатии кнопки управления и остановкой при отпускании кнопки.
Система управления состоят из командной и
исполнительной подсистем. Для командной подсистемы применяют стандартные
электрические устройства. Для исполнительной подсистемы - механические,
пневматические, электрические или гидравлические исполнительные механизмы.
Кнопки ручного управления располагают на
стационарных или переносных пультах. Исполнительные механизмы получают сигналы
управления от путевых бесконтактных выключателей, управляемых командоаппаратом
- набором кулачков, вращающихся вместе с коленчатым валом. Профили кулачков
рассчитывают исходя из требований обеспечения безопасности работы
обслуживающего персонала и надежной работы оборудования на всех режимах.
В системе привода пресса используются
фрикционные муфта и тормоз. При включении муфты вращательное движение и энергия
от электродвигателя и маховика передается исполнительному механизму:
кривошипному валу и ползуну пресса. При выключении муфты и включении тормоза
останавливается исполнительный механизм и ползун пресса, а электродвигатель и
маховик продолжают вращение. Муфта и тормоз взаимно блокируются системой
управления: при включении муфты освобождается тормоз, который должен быть
постоянно включенным. При непрерывной работе пресса автоматическими ходами, а
также при работе автоматов муфта не выключается продолжительное время. При
работе пресса одиночными ходами муфта может включаться несколько раз в минуту
(0,1 ...0,9)nн, где nн
- номинальная быстроходность.
Время включения и выключения муфты обычно не
должно превышать нескольких десятых долей секунды.
Тормоза. Тормоз предназначен для поглощения
энергии ведомых частей пресса после выключения муфты. Тормоз постоянно включен,
например пружинами, и выключается одновременно с включением муфты. Торможение
происходит за счет сцепления фрикционной пары ведомых частей привода с
неподвижно закрепленными частями тормоза.
В структуру системы управления входят органы
включения, механизм управления и отключающие устройства. Механизм управления,
воспринимающий команду от включающего органа передает ее муфте и тормозу при
помощи пневматической системы.
2.3.1 Расчет основных
исполнительных элементов системы управления
На кривошипном пресс с усилием 100 т.е.
фрикционная муфта включения и тормоз установлены консольно на разных концах
главного вала.
Исходными данными при проектировании муфты
являются: принятая конструкция муфты и максимальный крутящий момент,
действующий на главном валу.
Для определения габаритных размеров
пневмоцилиндра муфты необходимо знать расчетное рабочее давление рр и давление
рс1, необходимое для преодоления силы затяжки отводных пружин.
Принимаем расчетное рабочее давление рр = 0,3 -
0,35 МПа, по табл. 15
Давление рс1 принимается в зависимости от
быстроходности пресса, для машин с nн
= 60-120 ход/мин - рc1 =
0,045МПа.
Определяем площадь поршня пневмоцилиндра:
где Fn - площадь поршня пневмоцилиндра;
Мрас.м - 46697,3 Нм, - расчетный момент муфты;
μ,q
=
0,441 - приведенный коэффициент трения;- количество поверхностей трения;= 278
мм - средний радиус трения.
Диаметр поршня будет равен:
D=1.13
мм,
Принимаем диаметр поршня D = 800 мм.
Полный ход поршня составляет 1,5:2,5 мм (для
муфт с регулируемым зазором).
Тормоз предназначен для выключения, остановки
привода и исполнительного механизма после выключения муфты.
Расчет тормоза сводится к определению тормозного
момента и выбору силовых элементов, которые будут обеспечивать получение
требуемого момента.
Расчетный тормозной момент определяется по
формуле:
где к∙т =1.65 - показатель момента
тормоза;
Іпр - момент инерции ведомых деталей привода,
приведенный к валу тормоза, Іпр = 6,24 кг∙ м2;= 1,2 - коэффициент
относительного момента инерции тормоза;м - относительный момент инерции,
зависящий от числа оборотов вала муфты, Jм = 2,8 при nм<\100
об/мин;
ωТ
-
угловая скорость вала тормоза, ωТ
=
8,37 с-1;
nвк = (0,3: 0,55)nH
- число включений муфты, nвк
= 0,55 · 80 = 44;
φη ≤15°
≤0,7пн
- расчетный угол торможения для обычных систем, для универсальных
листоштамповочных прессов при угле торможения αТ
= 12°, расчетный угол будет равен ϕт
=12° =0,5nн =40.
В качестве материала фрикционных вставок
выбираем вставки круглой формы из ретинакса РФ-24.
Оптимальные параметры фрикционных материалов при
использовании их в тормозах:
давление q = 1,0... 1,2 МПа,
коэффициент взаимного перекрытия квз = 0,45,
относительная ширина кольца трения δ
=
0,5.
коэффициент трения μq
=
0,42.
коэффициент формы δф
= 1,115.
Приведенный коэффициент трения находим из
выражения:
μ,q=
μq
∙
δф
μ,q
=0,42∙1,115
= 0,468.
Проектирование тормоза ведется по значению
среднего радиуса Rcp определенного из условия передачи заданного расчетного
момента:
Определение габаритных размеров пневмоцилиндра.
Расчетным усилием пружины тормоза является
усилие сжатия пружины, возникающее при отключении тормоза, определяемое по
следующим выражениям (расчет параметров пружины производится по большему из
усилий):
, H,
(2.48)
, H,
(2.49)
Коэффициент ψ'ηρ,
для
тормозных пружин определяется из условия, что их активное нажимное усилие между
двумя регулировками тормоза в процессе работы не должно измениться больше чем
на 15%. В этом случае ῳ'пр ≥0,85.
Коэффициент ψηρ
≥
0,75.
Величина износа h*0 для регулируемых тормозов h∙Q
= 0,4 :
0,8см.
Рабочее усилие одной пружины Рпр находим из
выражения:
где 
=
235 мм - приведенный радиус трения;
тпр = 6 - количество пружин.
Рпр”=340,94[1+(1-0.85)
=340.94
H.
Рпр”=340,94[0.75+(1-0.75)
]=312.5
H
поршня Fn находим из выражения:
pp= 0,3 - 0,35
МПа - рабочее давление;
Fn=Определим
диаметр кольцевого поршня:
Dn=
, мм (2.52)
где dn =125 мм - внутренний диаметр поршня,
ограничен конструктивно.
Dn = 
=340
мм.
Прорисовываем тормоз с основными размерами и
приводим описание его работы.
2.3.2 Разработка схемы
управления
Выбор схемы управления осуществляем по
рекомендациям, разработанным по результатам эксплуатации удовлетворительно
работающих систем пневмоуправления кривошипных прессов (табл. 20).
Согласно рекомендаций наиболее применима схема
для раздельно установленных муфты и тормоза с неуправляемой или самоуправляемой
подводящей головкой, все цепи которой являются силовыми.
Согласно типовой схемы разрабатываем принципиальную
схему управления приводом пресса.
Элементы пневматической системы объединены в
общее для пресса устройство - воздухопровод. В состав воздухопровода входят
специальные устройства: воздухоподводящая головка, распределители воздуха и
воздушная арматура, а также трубы, вентили, обратный клапан, регулятор
давления, фильтр, маслораспылитель, предохранительный клапан, манометры. В
качестве аккумулятора сжатого воздуха используется воздушный ресивер.
Описание схемы управления.
Из сети сжатый воздух поступает через вентиль в
фильтр-влагоотделитель. Вращением винта регулятора давления устанавливается
необходимое рабочее давление в сети муфты и тормоза и контролируется
манометром. Предохранительный клапан отрегулирован на давление 6 кг/см2 и
срабатывает при превышении давления. Реле давления выключает пресс при падении
давления ниже допустимого. Запас воздуха в ресивере компенсирует резкое падение
давления при заполнении цилиндров муфты и тормоза маслораспылитель в
поступающий из ресивера воздух добавляет распыленное масло, которым смазываются
распределители воздуха воздухоподводящая головка и цилиндры муфты и тормоза.
Распределители воздуха муфты, тормоза и
воздухоподводящая головка создают следующую последовательность работы муфты и
тормоза: при включении хода ползуна - выключение тормоза, затем - включение
муфты; при выключении хода ползуна - выключение муфты, затем - включение
тормоза.
Тормоз маховика предназначен для быстрой
остановки маховика при выключении электродвигателя, используется при наладочных
работах и в аварийных случаях.
При включении воздушного клапана воздух
поступает в цилиндр тормоза, прижимая вкладыш к ободу маховика, затормаживая
его вращение.
Для ускоренного впуска сжатого воздуха в муфту и
сброса отработавшего воздуха в атмосферу предназначена самоуправляемая
воздухоподводящая головка, соединяющая через подшипниковый узел вращающуюся
крышку муфты с неподвижными трубами.
Подача воздуха в муфту осуществляется через
неподвижную трубу, далее через отверстия в шайбе, смонтированной в корпусе, и
резиновую диафрагму, отжатую к корпусу. Одновременно с этим происходит закрытие
выхлопных отверстий в корпусе. При выключении воздухораспределителя снимается
подпор на диафрагму и она занимает исходное положение, т. е. открывает
выхлопные отверстия в корпусе.
Распределитель воздуха является исполнительным
механизмом одновременно обеих цепей управления: электрической и пневматической.
Сигналы в электрической цепи управления воспринимает электромагнит, якорь
которого перемещает золотник вспомогательного распределителя
При включении электромагнита золотник
поднимается и пропускает сжатый воздух от ресивера в полость над поршнем
основного распределителя. В результате поршень опускаясь, перекрывает выпускные
окна, а благодаря открытию клапана сжатый воздух также от ресивера поступает в
полость воздухоподводящей головки.
Установка в схеме двух распределителей -
основного и вспомогательного позволяет намного уменьшить расход сжатого воздуха
при его выпуске в атмосферу после выключения муфты, поскольку размеры проходных
сечений каналов и трубопроводов, связывающих распределители между собой и с
муфтой, могут быть небольшими.
Электропневматическая система управления
обеспечивает работу пресса в следующих режимах.
. Режим одиночных ходов, когда
главный исполнительный механизм останавливается после совершения каждого
двойного хода независимо от продолжительности нажатия на кнопки или педаль;
выключатели муфты и тормоза действуют автоматически по команде от кулачков. Для
совершения последующего хода органы включения должны быть отпущены и вновь
нажаты.
2. Режим автоматических последовательных
ходов, когда главный исполнительный механизм движется до тех пор, пока нажаты
кнопки или педаль, но обязательно останавливается при их отключении в крайнем
верхнем (заднем) положении. Выключатели муфты и тормоза на время нажатия кнопок
или педали заблокированы, но блокировка снимается при очередном подходе к
крайнему положению, если перед этим были отпущены кнопки или педаль.
. Режим наладочных (толчковых) ходов,
когда движение главного исполнительного механизма, вызванное нажатием на органы
включения, немедленно прекращается: выключатели муфты и тормоза заблокированы и
цепь электромагнитов воздухораспределителей замыкается и размыкается только при
действии на кнопки или педаль управления.
2.3.3 Определение
объема и трубопроводов цепи наполнения ресивера
На основании компоновочных чертежей муфты и
тормоза определяются вредные объемы муфты Vо.м
и тормоза Vо.м и приращения
объемов для муфты и для тормоза [13]:
V1m=Fп.мhп.м , см3 (2.53)
где Fпм
= 5026,54 см2 - площадь поршня муфт
Fпм = 753,98 см2 -
площадь поршня тормоза;
hпм= 2,5 мм -
максимальный рабочий ход поршня муфты,
hnm = 1,5 мм -
максимальный рабочий ход поршня тормоза,
V0M
= 5026,54 ∙ 0,5 = 2513,27 см3,
V0 m
= 753,98 ∙ 0,3 = 226,19 см3,
VlM =5026,54 ∙
0,25 = 1256,63 см3,
Vl
m = 753,98 ∙
0,15 = 113,09 см3,
Выражения для полных объемов муфты и тормоза,
м=V0м+V1м
, Vm=V0m+V1m
, см3 (2.54)
Vм = 2513,27 +
1256,63 = 3769,9 см3,
Vm = 226,19
+113,09 = 339,28 см3,
Объем ресивера равен:
Vp=cv(Vм+Vm),
см3 (2.55)
В зависимости от заданного перепада давлений Δр
коэффициент сv равен:
Δp=(0,1:0,2)3,5=0.35:0.7
МПа,
сv=(
(0.286∙3.5+1)=8.004
Vp=8(3769.9+339.28)
=32873.44 см3
Эффективное сечение ξнрfнр
цепи наполнения ресивера составляет:
ξнрfнр
>2.3∙10-7(Vм+Vm)nвк
, (2.57)
ξнрfнр
>2,3∙10-7(3769,9+339,28)44>0,488
Выбор диаметра трубопровода Dy
цепи наполнения ресивера производим в зависимости от величины ξнрfнр
по данным табл. 21[13].
Принимаем Dyp
=25 мм (1 дюйм).
2.3.4 Определяем
диаметр трубопровода муфты
Эффективное сечение цепи наполнения
пневмоцилиндра муфты определяется из условия обеспечения полного включения
муфты к началу рабочего хода:
Значение коэффициента ϕм
= 40° берем из табл. 22
ξнрfнр≥2,17510-43769,9
≥0,9
Диаметр трубопровода Dy
цепи наполнения силового цилиндра муфты выбирается в зависимости от величины ξнfн
и типа воздухораспределительного устройства, применяемого для подачи сжатого
воздуха из ресивера в муфту, по данным табл. 23 [13].
Принимаем Dyм
= 20 мм (3/4 дюйма).
Эффективное сечение ξоn.м
fon.м цепи
опоражнивания пневмоцилиндра муфты составляет:
ξнfн>1,89∙10-6Vмnвк (2.59)
ξнfн>1.89∙10-63769.9∙44>3.1
Эффективное сечение цепи опоражнивания
пневмоцилиндра муфты при использовании схемы управления с самоуправляемой
воздухоподводящей головкой выбираем по табл. 25 [3].
Don м - 25 мм
(1 дюйм).
2.3.5 Определяем диаметр
трубопровода тормоза
Минимальное эффективное сечение цепи наполнения
пневмоцилиндра тормоза определяется из условия:
Давление рс1м для запроектированной муфты и
рс1,т для запроектированного тормоза определяются по формуле:
pc1м
,
МПа, Pc1m
,
МПа, (2.61)
Расчетное усилие затяжки пружин муфты Рпр.м и
тормоза Рпр,т и число пружин mпр
берется из проектировочных расчетов муфты и тормоза.
Pc1.м
≈0,62
МПа.
Pс1.m≈
≈0.346
МПа.
ξн.mfn.m>0.9
>0.29
Диаметр трубопровода выбирается, в зависимости
от эффективного сечения ξн тfн
т по табл. 23.
Dy.m
= 15 мм (1/2 дюйма)
Эффективное сечение цепи опоражнивания силового
цилиндра тормоза находим из выражения:
ξon..mfon..m>
, (2.62)
Коэффициент 
зависит
от рабочего давления.
При рp = 0,3 : 0,4 МПа, коэффициент af
= 0.45.
ξon..mfon..m>0.45
>0.37
Выбор диаметра трубопровода производится по
табл. 24 [13].
Don
m = 15 мм (1/2
дюйма)
Так как ξon..mfon..m
= 0,37 > ξн.mfн.м=0,29
то в данной системе пневмоуправления тормоза необходимо применять управляемую
или неуправляемую головку.
2.3.6 Определение
суммарного времени включения муфты
Суммарное время включения находим из выражения:
∑tвк=tэ.м+tкл.1+tм
, сек, (2.63)
Время срабатывания системы электроуправления tэм
можно принимать в пределах 0,01: 0,02 сек.
Время включения воздухораспределительных
устройств l для практических
расчетов можно брать по данным табл. 27 [13].
Для системы включения муфты при диаметре
трубопровода Don.м= 20 мм,
время включения воздухораспределительных устройств принимаем tкл.1=0,08
сек.
Время смыкания дисков муфты определяем из
формулы:
где рд - давление, которое определяется по
коэффициенту GM и давлению
рс1 с помощью номограммы на рис. 111 [13]:
Сила тяжести поршня Gn
-11,93 кг определяется по компоновочным чертежам муфты. Параметры пружины берем
из проектировочного расчета муфты:
λ”пр =31 мм -
максимальное значение деформации пружины;
р'пр = 1438 Н - усилие сжатия пружины,
развиваемое во включенной муфте при изношенных вставках;
тпр = 18 - количество пружин;
hn =2,5 мм -
полный ход поршня,
pc1=
=0.099
МПа.
По коэффициенту GM
и давлению рс1 с помощью по номограммы на рис.111 [13] определяем давление рд =
0,16 МПа
tм=
=0.18
Суммарное время включения муфт
∑tвк
=0,02 + 0,08 + 0,18 = 0,28 сек.
2.3.7 Определение
предельного числа ходов ползуна пресса
Суммарное время срабатывания при отключении
муфты определяется по формуле:
∑ tоm=
, сек., (2.67)
Время отключения системы электроуправления t'э.м
= 0,012 : 0,018 сек.
Время отключения воздухораспределительных
устройств t'кл для
практических расчетов следует брать по данным табл. 28 [13].
При использовании в цепи опоражнивания
пневмоцилиндра муфты с самоуправляемой воздухоподводящей головкой труб
диаметром Don.м =25 мм,
принимаем время отключения воздухораспределительных устройств t'кл
=0,08 сек.
Время размыкания дисков муфты определяется по
формуле:
=2,532∙
, сек, (2.68)
Множитель p1/7=
1/7
можно определить по рис. 112[13].
Давление pп.м
определяется по давлению pc2.м
и коэффициенту G3 c
помощью номограммы рис. 113(б)[13]l:
По номограмме рис. 113 (б) [13] определяем
давление рпм = 0,51 МПа. Время размыкания дисков муфты будет составлять
Суммарное время срабатывания при отключении
муфты составляет
∑tom=
0,018 + 0,08 + 0,0549 = 0,152
Предельное число ходов пресса находим из
выражения:
[nн]=
(2.71)
Для нормальной работы системы включения машины
должно быть выполнено условие, при котором
[nн]>nн
[nн]=
≈294
>80
Условие выполняется.
2.3.8 Определение
параметров командоаппарата
В системах электроуправления пресса обязательно
устанавливается командоаппарат (набор кулачков, вращающихся с числом оборотов nн
в минуту), обеспечивающий подачу команд на отключение воздухораспределительных
клапанов муфты и тормоза.
В одно и двухклапанных системах с одновременным
срабатыванием воздухораспределителей подается одна команда на угле поворота ϕк
т главного вала, который отсчитывается от к.и.п. в сторону, противоположную
вращению.
Подача команды на отключение клапана тормоза
производится на угле поворота кривошипа, равном:
ῳк.m
6
(
,
град., (2.72)
где t'э.m0,015сек
- время срабатывания системы электроуправления тормоза;
t'кл.m
0,07сек - время отключения воздухораспределительного клапана тормоза по данным
табл. 28:
Давление pn.m
определяется с помощью номограммы на рис. 113 (а) [13], по давлению рс2 т и
коэффициенту Gm:
pc2.m
, МПа, (2.75)
Сила тяжести поршня тормоза Gn.m=12.429
кг определяется по компоновочному чертежу тормоза. Множитель p1/7=
1/7
определяют по номограмме на рис. 112[13].
pc2m
,
По номограмме рис.113(а) определяем давление pn.m=0.29
МПа
Подача команды на отключение клапана тормоза
производиться на угле поворота кривошипа, равном:
ϕк.m6∙80(0,015+0,07+0,038+0,015)+12=78
Полное время торможения, т.е. время, прошедшее с
момента подачи сигнала на отключение до полной остановки ползуна равно:
tпол.m=t'э.m+t'кл.m+ton.m'''
+ton.m'' , сек,
(2.77)
Для обеспечения безопасности работы на
листоштамповочном оборудовании необходимо, чтобы tпол.m
< (0,3 :0,4) сек.
tnoxm =0,05 +
0,07 + 0,038 + 0,015 = 0,17 сек.
Условие выполняется.
2.3.9 Определяем
рабочего давления воздуха в системе
Рабочее давление воздуха в системе
устанавливается по полному нажимному усилию на поршень муфты.
Полное нажимное усилие равно:
Qпор=Qакт+Qпр
+ Qmp , H,
(2.78)
Активное нажимное усилие находим из выражения:
Qакт=
вз(
-
, H , (2.79)
где по данным проектировочного расчета муфты:
Rн = 363 мм и Rвн
= 193 мм- наружный и внутренний радиусы трения муфты;
квз = 0,41- уточненный коэффициент взаимного
перекрытия;
Qaкm
= 3,14∙13,2∙0,4l(36,32-19,32)=
160624 Н.
Суммарное усилие отводных пружин составляет:
Qпр=P'пр.мmпр.м
, Н , (2.80)
где Р'прм = 1438 Н - усилие сжатия пружины,
развиваемое во включенной муфте при изношенных вставках;
mпр - количество пружин,
mпр =18;
Qnp =1438∙18
= 25884 Н.
Условие для преодоления трения в манжетах
пневмоцилиндра находим из формулы:
Qакт=
0(Dnbм-dnbм')m0(pp+1)
, H , (2.81)
где 
0=0,08:0,1
- коэффициент трения в мантажетах;
m0=1 - используется
одна мембрана;
b0=0,5см -толщина
мембраны;
dn =0 -поршень
цилиндрический.
Qакт =3,14∙0,1(80∙0,5)1(3,5+1)=565,2
Н.
Полное нажимное усилие равно:
Qпор
=160624+25884+565.2=187073.2 H.
Рабочее давление воздуха, устанавливаемое в
ресивере, определяется из выражения:
Pраб=
, МПа, (2.82)
Pраб=
0,37
Мпа.
Наладка редукционного клапана системы
пневмоуправления осуществляется на рабочее давление Pраб=0.37
МПа
2.3.10 Подбор элементов
системы пневмоуправления
Согласно определенных параметров системы
пневмоуправления по справочникам по подбору элементов пневмопривода и
пневмоавтоматики и рекомен- дациям по расчету систем включения кривошипных
прессов подбираем элементы пневмосистемы.
Давление воздуха в цеховой магистрали составляет
5+6 кГ/см2 , а диаметр трубопровода цепи наполнения ресивера (по расчетам) Dy.p
= 25 мм (1 дюйм).
. В качестве вентиля используем шаровой кран
типа 602-1 являющийся элементом запорной арматуры, сечение рабочего канала
которого практически не оказывает сопротивления потоку рабочей среды.
Условный проход, 25 мм
Присоединение размеры К1"
. Фильтр-влагоотделитель В41-16м (см. табл. 2.9)
предназначен для очистки сжатого воздуха от влаги и механических примесей
размером более 0,05 мм. Конструктивно фильтр-влагоотделитель состоит из
отражателя, металлического фильтра, резервуара для накопления влаги и
устройства для спуска влаги.
Таблица 2.9 - Техническая характеристика
фильтра-влагоотделителя
|
Модель
|
Условный
проход, мм
|
Присоединительная
резьба по ГОСТ
|
Рабочее
давление кГ/см2
|
Потери
давления на наибольшем расходе кГ/см2
|
Наибольший
расход воздуха при давлении 4 кГ/см2, м3/мин
|
Полезная
емкость резервуара для сбора конденсата, см3
|
|
В41-16м
|
25
|
К1"
|
2-6
|
0,2
|
2,5
|
400
|
3. Реле давления РД-4/25М предназначено для
контроля давления в пневматических системах. Вследствие затяжки пружины реле
давления может настраиваться на давление от 1 до 6 кгс/см2.
Контролируемое давление подводится через отверстие
К1/4". При достижении контролируемым давлением величины, соответствующей
усилию настройки пружины, мембрана с жестким центром, преодолевая усилие
пружины, воздействует с помощью толкателя на шток микровыключателя, вызывая
срабатывание реле.
.Клапан предохранительный П-КАП25-2 (см. табл.
2.10) предназначен для автоматического сброса сжатого воздуха из замкнутого
объема в атмосферу при повышении давления сверх установленного и применяются
для предохранения пневмосистем от перегрузки.
Таблица 2.10 - Техническая характеристика
обратного клапана
|
Модель
|
Условный
проход, мм
|
Присоединительная
резьба по ГОСТ
|
Рабочее давление кГ/см2
|
Превышение
давления над давлением настройки, при котором открывается клапан, не более
|
Снижение
давления по сравнению с давлением настройки, при котором закрывается клапан,
не более
|
Номинальный
расход воздуха через клапан, м3/мин
|
|
П-КАП25-2
|
25
|
К1"
М33х2
|
0-6
|
15%
давления настройки
|
10%
давления настройки
|
6,5
|
5.Реле давления Б57-16 (см. табл. 2.11)
предназначено для понижения давления сжатого воздуха и автоматического
поддержания его на заданном уровне. Заданное давление на регуляторе
устанавливается вручную винтом.
Таблица 2.11- Техническая характеристика
регулятора давления
|
Модель
|
Условный
проход, мм
|
Присоединительная
резьба по ГОСТ
|
Давление
на входе кГ/см2
|
Давление
на выходе кГ/см2
|
Наибольший
расход воздуха при давлении 4 кГ/см2, м3/мин
|
|
Б57-16
|
25
|
К1'
|
2-6,3
|
1-6
|
2,5
|
6. Обратный клапан В51-16 (см. табл. 2.12)
предназначен для пропуска потока воздуха в одном направлении и перекрытии его в
обратном направлении.
Таблица 2.12 - Техническая характеристика
обратного клапана
|
Модель
|
Условный
проход, мм
|
Присоединительная
резьба по ГОСТ
|
Рабочее
давление кГ/см2
|
Потери
давления на наибольшем расходе кГ/см2 (не более)
|
Наибольший
расход воздуха при давлении 4 кГ/см2, <1 м /мин
|
|
В51-16
|
25
|
К1"
|
1-6
|
0,3
|
2,5
|
7. Воздушный ресивер предназначен для накопления
и хранения сжатого воздуха, и служит для стабилизации давления в пневмосистеме
при переменном расходе сжатого воздуха. Воздушный ресивер (воздухосборник)
оснащается клапаном слива конденсата. Объем требуемого ресивера согласно
проведенных расчетов должен составлять 35:40 литров.
. Маслораспылитель В44-26а (см. табл. 2.13)
предназначен для внесения в сжатый воздух распыленного масла для смазки трущихся
поверхностей пневматических устройств. Маслораспылитель состоит из резервуара
для масла, подающей трубки с обратным клапаном и распылителя.
Таблица 2.13 - Техническая характеристика
маслораспылителя
|
Модель
|
Условный
проход, мм
|
Присоединительная
резьба по ГОСТ
|
Рабочее
давление кГ/см2
|
Полезная
емкость резервуара, см
|
Наибольший
расход воздуха при давлении 4 кГ/см2, м3/мин
|
|
В44-26а
|
25
|
К1"
|
1-6
|
400
|
2,5
|
9. В качестве воздухораспределительных устройств
управления муфтой и тормозом используем распределители модели П-Р13Э-25/10 (для
муфты) и П- Р13Э-16/10 (для тормоза) - трехлинейные с условным проходом 16 и 25
мм с односторонним электропневматическим управлением, пружинным возвратом в
исходное положение и ручным дублированием управления, предназначены для изменения
направления потока сжатого воздуха в пневмоприводах различного назначения.
Пневмораспределители могут использоваться в нормальнозакрытом (Н. 3.) и
нормально-открытом (Н. О.) схемном исполнениях.
Конструкция распределительного устройства:
клапанного типа.
Рабочая среда - сжатый воздух давлением
очищенный не грубее 10 класса загрязненности по ГОСТ 17433, содержащий
распыленное масло вязкостью 10...35 мм3/с (сСт) при температуре 50°С.
Напряжение сети постоянного тока 12,24,48 или
110В.
Виброустойчивость и вибропрочность соответствуют
III степени жесткости по ГОСТ 28988.
Пневмораспределители устанавливаются на
обработанную поверхность в любом пространственном положении и крепятся с
помощью четырех винтов через отверстия в корпусе распределителя или в его основании.
. Трехлинейный пневмораспределитель типа П-РЭ
3/2,5 - с электромагнитным управлением и ручным (кнопочным) дублированием
электрического сигнала. Предназначен для управления потоком сжатого воздуха в
пневмоприводах различного назначения.
Управляет работой тормоза моховика при
наладочных работах и аварийных случаях. Пневмораспределители типа П-РЭ 3/2,5
стыкового исполнения для. присоединения к пневмоcистеме
устанавливают на комплектуемом устройстве с выполненными в нем каналами для
прохода воздуха и крепят двумя винтами с помощью двух отверстий.
В монтажной плите имеются каналы, соединяющие
через управляющий распределитель полость управления основного
пневмораспределителя с отверстием подвода давления питания. В монтажной плите
выполнены резьбовые отверстия для подсоединения внешних пневмолиний.
. Воздухопроводы предназначены для передачи
энергии сжатого воздуха от цеховой магистрали до потребителя и между различными
элементами пневмопривода. Основная характеристика воздухопровода - его условный
проход. Необходимый условный проход воздухопровода зависит от расхода воздуха,
скорости его перемещения и плотности.
Исходя из условий эксплуатации, давления, длины
и т. д. воздухопроводы выполняем жесткими. Жесткими трубопроводами служат трубы
стальные водогазопроводные (ГОСТ 3262-75), труб стальные бесшовные
холоднодеформиро- ванные (ГОСТ 8734-75) или трубы стальные бесшовные
горячедеформированные (ГОСТ 8732-78). Для трубопровода на участках от цеховой
магистрали до ресивера и далее через воздухораспределительный клапан муфты к
воздухоподводящей головке муфты применяем трубы с условным проходом 25 мм (1
дюйм) Труба Ц-Р-25*2,8 ГОСТ 3262-75. наружным диаметром 33,5 мм. На участке от
воздухораспределительного клапана тормоза до пневмоцилиндра тормоза применяем
трубы с условным проходом 15 мм (1/2 дюйм), Труба Ц-Р- 15*2,8 ГОСТ 3262-75
наружным диаметром 21,3 мм. Все соединения в системе производим с
использованием стандартных соединений из ковкого чугуна и стали с
цилиндрической резьбой для трубопроводов ГОСТ 8943-75: ГОСТ 8969-75.
Трубопроводы прокладывают по кратчайшим
расстояниям между соединяемыми приборами и агрегатами в местах доступных для
монтажа, обслуживания и ремонта. В местах укладки не должно быть резких
колебаний температуры окружающего воздуха Они должны отстоять от
технологических агрегатов и электрооборудования и быть удалены от мест, где
возможны сотрясения, вибрации или механические повреждения.
При монтаже воздухопроводов необходимо
обеспечить возможность удаления из них компрессорного масла, конденсированной
воды и других загрязнений. Вода накапливается в низких местах воздухопроводов,
перед задвижками, вентилями, подъемами и перемещается в разных направлениях,
увлекаемая течением воздуха и силой тяжести. При укладке воздухопроводов не
допускается образования впадин во избежание скопления воды, масла и грязи. Во
избежание обводнения и засорения магистральные трубопроводы следует укладывать
с уклоном 0,003 - 0,005 в сторону движения воздуха.
3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
3.1 Описание
конструкции и назначение детали
Деталь - матрица гибочная, является
формообразующей деталью в штампе, служит для придания заготовке требуемых
геометрических параметров. Формообразующим элементом матрицы является
профильный паз.
В отверстие 036 мм устанавливается выталкиватель,
который центрирует заготовку в матрице, а также, выталкивает готовую деталь из
матрицы после гибки. Через 2 резьбовых отверстия М12 на торце матрицы,
осуществляется крепление ножа, обрубающего заготовку на нужный размер.
Центрирование матрицы с держателем осуществляется через штифты, установленные
во втулки, которые запрессовываются в отверстия 030 мм. Крепление матрицы к
держателю осуществляется болтами, через 4 резьбовых отверстия Ml6.
Для изготовления матрицы выбираем материал - сталь Х12МФ химический состав,
которой приведены в таблице 3.1.
Таблица 3.1 - Химический состав в % материала
Х12МФ ГОСТ 5950 - 2000
|
С
|
Si
|
Мп
|
Ni
|
Не
более
|
Сг
|
Мо
|
V
|
Си
|
|
|
|
|
S
|
Р
|
|
|
|
|
|
1.45-1.65
|
0.1-0.4
|
0.15-0.45
|
до
0.4
|
до
0.03
|
до
0.03
|
11-12.5
|
0.4
- 0.6
|
0.15-0.3
|
до
0.3
|
В горячекатаном состоянии НВ 217-228 σВ=
710 МПа.
Сталь Х12МФ штамповая сталь холодного
деформирования с повышенным содержанием хрома и включениями молибдена (ср.0,5%
) и ванадия (ср.0,2%). Сталь Х12МФ обладает хорошей теплостойкостью и
прочностью, высокой прокаливаемостью, закаливаемостью и износостойкостью. Также
эта сталь технологична, хорошо обрабатывается резанием и давлением,
удовлетворительно шлифуется.
3.2 Технологический
контроль чертежа детали
Рабочий чертеж обрабатываемой детали содержит
все необходимые сведения, дающие полное представление о детали, то есть все
проекции, разрезы, совершенно четко и однозначно объясняющие её конфигурацию и
возможные способы получения заготовки.
На чертеже указаны все размеры с необходимыми
отклонениями, требуемая шероховатость обрабатываемых поверхностей, что для
данной детали достаточно. Чертеж содержит все необходимые сведения о материале
детали. Рабочий чертеж соответствует действующим на сегодняшний день
стандартам.
3.3 Анализ
технологичности конструкции детали
Основной задачей анализа является проработка
технологичности конструкции обрабатываемой детали, снижение трудоёмкости,
возможность обработки высокопроизводительными методами.
Деталь - матрица гибочная имеет сложную форму
прямоугольного тела и достаточно сложная в изготовлении. Материал, из которого
изготовлена деталь - инструментальная сталь Х12МФ. Свойства, предъявляемые к
матрице, требуют проведения термообработки (закалки до твердости HRC
59...61), с последующим проведением финишных и доводочных операций. Программа
выпуска данной детали до 500 штук в год. Для изготовления матрицы целесообразно
применять как универсальное, металлорежущее оборудование, так и
высокопроизводительные методы обработки с применением станков с числовым
программным управлением.
Данная деталь имеет низкую технологичность, так
как:
требуются финишные и доводочные операции после
термообработки;
требуется изготовление специализированного
режущего инструмента (фасонная фреза);
требуется применение специализированного
мерительного инструмента (шаблоны на профиль паза).
3.4 Выбор способа
изготовления заготовки
Метод выполнения заготовок для деталей машин
определяется назначением и конструкцией детали, материалом, техническими
требованиями, масштабом и серийностью выпуска, а также экономичностью изготовления.
Иногда целесообразно сопоставить два возможных способа получения заготовки,
выбрав оптимальный.
Рассмотрим два варианта получения заготовки для
матрицы.
Для данной детали подходят поковки 2-х видов:
поковка прямоугольной формы, выполненная
способом свободной ковки;
поковка прямоугольной формы с пазом.
Общие исходные данные:
материал детали сталь X12МФ
масса детали g
= 10,5 кг
годовая программа N
= 500 штук.
Определим массу заготовки вариант 1:
m3 =p-V3,
кг (3.1)
где V3
- объем заготовки, см3;
р - удельный вес стали,(р = 7,85 г/см2)
V3 = А∙В∙Н,
см3 (3.2)
где А, В, Н, - соответственно длина, ширина и
высота заготовки, см.
V3= 7,7 ∙ 15,8
∙18,8 =2287,2 см3;
mзаг1= 2287,2 ∙7,85
= 17,95 кг.
Определим массу заготовки вариант 2:
3=p-Vз2,
кг;
где Vз2
- объем заготовки вариант 2, см ;
р- удельный вес стали,(р = 7,85 г/см2 ).
Vз2 = V1- V2,
см3, (3.3)
где V1 - объем заготовки прямоугольной формы,
см3 :
V1=A∙
В∙ Н, см3;
где А, В, Н - соответственно длина, ширина и
высота заготовки, мм.- объем паза, см3:
V2 = C
∙D∙
H + E∙
D∙ H,
см3, (3.4)
где С - длина, ширина паза по дну, см;
D - высота паза, см;
Е - ширина паза вверху, см.
V1= 7,7∙15,8∙18,8
=2287,2 см3;
V2= 5,0∙2,3∙15,8
+ (8,5- 50)/2 ∙2,3∙15,8 =245,3 см3;
V3= 2287,2-245,3 =
2041,9 см3;
mзаг2 = 2041,9∙7,85
= 16,98 кг.
Стоимость механической обработки можно
прогнозировать без расчетных выкладок. Обработка заготовки выполненной по 2-му
варианту дешевле, так как исключается операция предварительной выборки
профильного паза, а все остальные операции по обоим вариантам будут
одинаковыми.
Из двух сопоставляемых вариантов
технологического процесса изготовления заготовки матрицы выбираем 2-й вариант.
Это решение вытекает из проделанных выше расчетов и выводов: стоимость
изготовления поковки прямоугольной формы и поковки с пазом отличаются
незначительно; стоимость механической обработки у поковки с пазом ниже, чем у
поковки прямоугольной формы, к тому же выбрав, поковку с пазом мы сэкономим
значительное количество металла.
Итак; делаем вывод, что наиболее подходящий
вариант заготовки для изготовления детали матрица, это поковка прямоугольной
формы с пазом.
3.5 Выбор и расчет
припусков на обработку
Величина припуска на обработку двух параллельных
сторон определяется по формуле:
Zmin
=
2 (RZi-l+Тi-l
+ рi-l
+ Еi), мкм, (3.5)
где Zmin
- величина припуска на обработку, мкм
RZi-l
- величина на предыдущем переходе, мкм.
Тi-l-
величина поверхностного дефектного слоя на предыдущем переходе.
pi-l
- величина пространственных отклонений на предыдущем переходе, мкм;
Еi
- погрешность установки заготовки на выполняемом переходе, мкм; Фрезерование
поверхности:
RZi-1 = 800
мкм, Тi-1=800 мкм;
Pi-1 = Рпор= Δк∙l=0,7∙2000
= 1400 мкм;
Ei = Е3 = 220
мкм;
Zmin = 2 (800 +
800 + 1400 + 220) = 6440 мкм.
Шлифование поверхности:
RZi-l=300
мкм, Тi-1= 300 мкм;
Pi-1=pосm
= k∙pзаг
= 0,06 ∙1400 = 84 мкм;
Ei = 0
(монтажная плита)
Zmin2 = 2∙
(300 + 300 + 84 + 0) = 1360мкм.
Определим рабочие размеры:
lp1 = Znocm
+ li = 176,5 + 0 =
176,5 мм;
lp2 = lp1
+ 2Zmin2= 176,5 + 1,36 =
177,86 мм;
lр3 = lр2
+ 2Zmin = 177,86 + 6,44 =
184,3 мм.
Определим максимальные размеры:
lmax1 = lp1-δ9
= 176,5 + 0,1 = 176,6 мм;
lmax2 = lp2
+ δф = 177,86 + 0,84 =
178,7 мм;
lmax3 = lp3
+ δ3=
184,3 + 1,4= 185,7 мм.
Определим максимальное значение припусков:
Zmax1=lmax3-lmax2=185.7-178.7=7
мм
Zmax2=lmax2-lmax1=178.7-176.6=2.1
мм.
Таблица 3.2 - Припуски и допуски на обработку
детали
|
Технологический
переход
|
RZi-!, мкм
|
Тi-1,
мкм
|
pi-1, мкм
|
Ei , мкм
|
 мкм
|
Предельный
размер
|
Предельный
припуск
|
|
|
|
|
|
|
lmin , мм
|
lmax , мм
|
2Zmin , мкм
|
2Zmax , мкм
|
|
Заготовка
Фрезерование Шлифование
|
800
300
|
800
300
|
1400
84
|
220
0
|
1400
840 520
|
184,3
177,86 176,5
|
185.7
178,7 176,6
|
6440
1360
|
7000
1680
|
По данным табл. 3.2, согласно, проведенных
расчетов строим схему расположения припусков и допусков на обработку плоскостей
в размер 176,5 мм.
3.6 Выбор плана
обработка детали
По данным чертежа детали разрабатываем
технологический процесс обработки, который предусматривает черновую обработку и
окончательную (чистовую) обработку.
Рассмотрим процесс изготовления детали согласно
разработанного маршрута:
. Термическая операция. Отжиг.
. Вертикально-фрезерная операция.
Предварительная фрезеровка габаритов детали выполняется в тисках с переворотом:
плоскости 1 и 2 размер 70 мм;
плоскости 3 и 4 размер 150 мм;
плоскости 5 та б размер 176,5 мм;
. Плоскошлифовальная операция предварительная:
плоскости 1 та 2 размер 70 мм;
плоскости 3 та 4 размер 150 мм;
плоскости 5 та б размер 176,5 мм.
. Вертикально-фрезерная операция ЧПУ:
обработка профильного паза 7.
сверловка отверстия 12 под резьбу М8;
обработка отверстия 13, 036 мм;
обработка отверстия 11,025,6+0’021 мм;
обработка 2-х колодцев 10, размером 26x34
мм;
обработка 2-х занижений 8, шириной 42 мм,
глубиной 6 мм;
обработка занижения 9, шириной 34 мм, глубиной 6
мм.
нарезание резьбы М8 в отверстии 12;
. Координатно-расточная операция:
сверловка 4-х отверстий 15 под резьбу М16;
сверловка, расточка 2-х отверстий 14 03О*0,029
мм;
. Сверлильная операция:
зенковка фаски в отверстия 13, 036 мм;
сверловка 2-х отверстий 16 под резьбу М12;
зенковка фасок в 2-х отверстиях 16, и 4-х
отверстиях 15;
нарезание резьбы Ml2
в 2-х отверстиях 16;
нарезание резьбы Ml6
в 4-х отверстиях 15;
. Слесарная операция:
обработка профильного паза 7.
. Термическая обработка. Закалка, отпуск.
. Плоскошлифовальная операция. Обработка
поверхностей:
плоскости 1 и 2 размер 70 мм;
плоскости 5 и б размер 176,5 мм.
. Слесарная операция:
доводка профильного паза 7.
3.7 Предварительное
нормирование операций
Нормирование выполняем с учетом
производительности, методов обработки и величины снимаемого припуска, используя
приближенные формулы. Результаты заносим в табл. 3.6.
Таблица 3.6-Определение основного
технологического времени резания
|
Наименование
операции
|
Размер
участка, мм
|
Глубина
резания, мм
|
Длина
обработки, мм
|
Формула
для расчета основного времени, мин
|
То,
мин
|
|
До
обработки
|
После
обработки
|
|
|
|
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
|
Вертикально-фрезерная
операция
|
|
Фрезерование
плоскостей 1 и 2 торцевой фрезой
|
78
|
73
|
185
|
6l
|
2,22
|
|
73
|
71
|
1
|
185
|
4l
|
1,48
|
|
Фрезерование
плоскостей 3 и 4 торцевой фрезой
|
158
|
153
|
2,5
|
185
|
6l
|
2,22
|
|
153
|
150,8
|
1,1
|
185
|
4l
|
1,48
|
|
Фрезерование
плоскостей 5 и 6 торцевой фрезой
|
188
|
179,5
|
2,5
|
151
|
6l
|
3,624
|
|
179,5
|
177,5
|
1
|
151
|
4l
|
1,208
|
|
Итого
вертикально-фрезерная
|
12,752
|
|
Шлифовальная
операция
|
|
Шлифование
плоскостей 1 и 2
|
71
|
70,4
|
0,03
|
111
|
2,5l
|
8,85
|
|
Шлифование
плоскостей 3 и 4
|
150,8
|
150
|
0,03
|
177
|
2,5l
|
11,505
|
|
Шлифование
плоскостей 5 и 6
|
177,5
|
176,9
|
0,03
|
150
|
2,5l
|
7,5
|
|
Итого
шлифовальная
|
27,855
|
|
Фрезерная
с ЧПУ операция
|
|
Черновое
фрезерование паза
|
20
|
24
|
3
|
151
|
7,2l
|
8,7
|
|
Чистовое
фрезерование паза
|
24
|
25
|
0,3
|
151
|
7,2l
|
91,32
|
|
Фрезеровать
2 колодца 26x34 мм
глубиной 12мм
|
|
12
|
3
|
104
|
7,2l
|
5,99
|
|
Фрезеровать
2 занижения 42x50,5мм
глубиной 6мм,
|
-
|
6
|
3
|
372
|
7,2l
|
10,713
|
|
-
|
6
|
6
|
135
|
7,2l
|
0,972
|
|
Фрезеровать
занижение 34x50,5мм
глубиной 6мм,
|
-
|
6
|
3
|
233
|
7,2l
|
3,355
|
|
-
|
6
|
6
|
127
|
7,2l
|
0,914
|
|
Центровать
отв.  36
мм
|
-
|
6
|
|
5
|
0,56Dl
|
0,031
|
|
Центровать
отв. 6,8мм
|
-
|
6
|
|
5
|
|
0,031
|
|
Сверлить
отв. 36
мм пред.
|
-
|
20
|
10
|
45
|
0,56Dl
|
0,504
|
|
Сверлить
отв. 6,8
мм
|
-
|
6,8
|
3,4
|
27
|
|
0,102
|
|
Рассверлить
отв. 35,6
мм
|
20
|
35,6
|
7,8
|
45
|
0,423Dl
|
0,677
|
|
Рассверлить
отв. 25,6
мм
|
6,8
|
24
|
8,6
|
12
|
|
0,122
|
|
Развернуть
отв. 36
мм
|
35,6
|
36Н8
|
0,2
|
45
|
0,876Dl
|
1,419
|
|
Расточить
отв. 25,6
мм
|
24
|
25,6Н7
|
0,8
|
12
|
0,181Dl
|
0,055
|
|
Нарезать
в отв. резьбу М8
|
6,8
|
М8
|
|
20
|
0,4dl
|
0,64
|
|
Итого
фрезерная с ЧПУ
|
125,54
|
|
Координатно-расточная
операция
|
|
Центровать
2 отв. 30
мм
|
-
|
6
|
|
5
|
0,56Dl
|
0,062
|
|
Центровать
4 отв. 14
мм
|
-
|
6
|
|
5
|
|
0,124
|
|
Сверлить
2 отв. 20
мм
|
-
|
20
|
10
|
32
|
0,56Dl
|
0,716
|
|
Сверлить
4 отв. 14
мм
|
-
|
14
|
7
|
70
|
|
2,195
|
|
Рассверлить
2отв. 30мм
|
20
|
28
|
4,5
|
32
|
0,4237Dl
|
0,785
|
|
Расточить
2 отв. 30мм
|
28
|
30Н7
|
1
|
32
|
0,187Dl
|
0,345
|
|
Итого
координатно-расточная
|
4,227
|
|
Сверлильная
операция
|
|
Центровать
2 отв. 10,2
мм
|
-
|
6
|
|
5
|
0,56Dl
|
0,062
|
|
Сверлить
2 отв. 10,2
мм
|
-
|
010,2
|
5Д
|
35
|
|
0,4
|
|
Снять
фаску в отв. 36 мм
|
36
|
1,5x45°
|
0,75
|
1,5
|
|
0,13
|
|
Снять
2 фаски в отв. 10,2
|
10,2
|
1,6x45°
|
0,8
|
1,6
|
0,2Dl
|
0,08
|
|
Снять
4 фаски в отв. 14
|
14
|
2x45°
|
1
|
2
|
|
0,38
|
|
Нарезать
в 2отв. резьбуМ12
|
10,2
|
М12
|
|
30
|
0,4dl
|
0,225
|
|
Нарезать
в 4отв. резьбуМ14
|
14
|
М14
|
|
40
|
|
0,896
|
|
Итого
сверлильная
|
|
|
|
|
|
2,173
|
|
Шлифовальная
операция
|
|
Шлифование
плоскостей 1 и 2
|
70,4
|
70-o;i
|
'
0,02
|
177
|
2,5l
|
8,85
|
|
Шлифование
плоскостей 5 и 6
|
176,9
|
176,
|
0,02
|
150
|
|
7,5
|
|
Итого
шлифовальная
|
16,35
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3.8 Выбор типа и формы
организации производства
Тип производства - согласно ГОСТ 3.1108-78
характеризуется коэффициентом закрепления операций за одним рабочим местом или
единицей оборудования.
Коэффициент закрепления операций определяется по
формуле:
KЗО=
Q/∑P (3.6)
где Q-
суммарное число различных операций;
∑Р - явочное число рабочих подразделений,
выполняющих различные операции.
На основании данных рассчитывается годовая
программа. Располагая штучным или штучно-калькуляционным временем, затраченным
на каждую операцию, определяют количество станков:
где N
- годовая программа, шт.;
Тшm(ш-к)
- штучное или штучно-калькуляционное время, мин;
FД действительный
годовой фонд времени, ч;
з.н нормативный
коэффициент загрузки оборудования.
Принимаем годовую программа N
= 500 штук.;
FД- годовой фонд
работы оборудования (Ffl=3904
часа.)
Ƞз.н = (0,75.. .0,85)
нормативный коэффициент загрузки оборудования. Данные для расчета
штучно-калькуляционному времени, Тш к. для всех операций берем из табл. 3.6
предварительного нормирования.
Штучно-калькуляционное время определяем по
формуле:
Тш.к.=ϕк∙Т0
, мин., (3.8)
где ϕк
- коэффициент, учитывающий вспомогательное и дополнительное время;
Т0 - основное технологическое время резания.
Определим значения штучно-калькуляционного
времени (Тшт) и требуемое количество оборудования (mр)
для всех операций.
Вертикально-фрезерная операция:
Тшк =1,68∙12,752 = 21,43 мин.;
Фрезерная ЧПУ операция:
Тш.к. =3∙125,54 = 376,62 мин.;
Координатно-расточная операция:
Тшк = 2,7 ∙4,227 = 11,41 мин.;
Радиально-сверлильная операция:
Тшк =1,58∙2,173 = 3,43 мин.;
Шлифовальная операция;
Тш к = 1,83 (27,855+16,35) = 80,89 мин.;
Результаты вычислений заносим в таблицу 3.7.
Таблица 3.7 - Штучно-калькуляционное время
|
Операция
|
То,
мин
|
Фк
|
Тш.к.,
мин
|
|
Вертикально-фрезерная
|
12,752
|
1,68
|
21,43
|
|
Фрезерная
ЧПУ
|
125,54
|
3,0
|
376,62
|
|
Координатно-расточная
|
4,227
|
2,7
|
11,41
|
|
Радиально-сверлильная
|
2,173
|
1,58
|
3,43
|
|
Шлифовальная
(общая)
|
27,855+16,35
|
1,83
|
80,89
|
Определяем коэффициент загрузки оборудования для
всех операций:
Ƞз.ф. =mр/р,
где р - принятое число рабочего мест.
Ƞз.В.фрез =0,057/1 = 0,057;
Ƞз..ЧПУ =1,004/1 = 1,004;
Ƞз.раст. = 0,03/1 = 0,03;
Ƞз.сверл = 0,009/1 = 0,009;
Ƞз.шлиф = 0,21 /1 = 0,21.
Определяем количество операций выполняемых на
каждом станке:
Q=Ƞзн
/Ƞэф
,
QВ.фр= 0,8/0,057 =
14,03;
QЧПУ= 0,8/1,004 =
0,79;
Qраст.= 0,8/0,03 =
26,67;
Qсверл.= 0,8/0,009 =
88,9;
Qшлиф.= 0,8/0,21 =
3,8
Результаты вычислений заносим в таблицу 3.8.
Таблица 3.8
|
№
|
Операция
|
тш_к
|
Р,шт.
|
|
Qjnrr.
|
|
1
|
Вертикально-фрезерная
|
21,43
|
0,057
|
1
|
0,057
|
14.
|
|
2
|
Фрезерная
ЧПУ
|
376,62
|
1,004
|
1
|
1,004
|
1
|
|
3
|
Координатно-расточная
|
11,41
|
0,03
|
1
|
0,03
|
27
|
|
4
|
Радиально-сверлильная"
|
3,43
|
0,009
,
|
1
|
0,009
|
89
|
|
5
|
Шлифовальная
(общая)
|
80,89
|
0,21
|
1
|
0,21
|
4
|
∑Q
= 14 + 4 + 27 + 89 + 4 = 135
Определим коэффициент закрепления операций:
КЗО =135/5 = 27
Так как 10
К30 100,
то значит, производство будет серийное.
3.9 Выбор оборудования
Выбор оборудования осуществляется на основании
таких данных, как метод обработки, точность обработки, расположение размеров
обрабатываемых поверхностей, габаритных размеров заготовки, количество
инструментов в наладке станка, обеспечение заданной производительности,
эффективность использования станка по времени, мощности и др.
В процессе обработки детали используется
несколько видов станков.
Краткая характеристика которых приведена ниже.
Предварительную обработку габаритов производим
на вертикальнофрезерном станке 6Р12 (паспортные данные в таблице 3.9).
Таблица 3.9 - Техническая характеристика
вертикально-фрезерного станка модели 6Р12
|
Техническая
характеристика
|
Модель
станка
|
|
Наименование
|
Обозначение
|
6Р12
|
|
Рабочая
поверхность стола, мм
|
|
320x1250
|
|
Мощность
эл. Двигателя, кВт
|
Nэ
|
7,5
|
|
КПД
станка
|
Ƞ
|
0,7
|
|
Наибольшее
усилие, допускаемое механизмом продольной подачи и стола, Н
|
Рдоп.
|
15000
|
|
Числа
оборотов шпинделя, об/ мин
|
n
|
31,5;
40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 315; 400; 500; 630; 800; 1000; 1250;
1600
|
|
Скорость
движения подачи стола (продольной и поперечной), мм/мин.
|
VS
|
25;
31,5; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 315; 400; 500; 630; 800; 1000;
1050
|
Шлифовку детали производим на плоскошлифовальном
станке ЗГ71М паспортные данные в таблице 3.10).
Таблица 3.10- Техническая характеристика
плоскошлифовального станка ЗГ71М
|
Техническая
характеристика
|
Модель
станка
|
|
ЗГ71М
|
|
Рабочая
поверхность стола, мм
|
630
х200
|
|
Наибольшая
высота шлифуемых изделий, мм
|
370
|
|
Скорость
продольного перемещения стола (бесступенчатое регулирование), мм
|
5...20
|
|
Поперечная
подача шлифовальной бабки за каждый ход стола (бес-
|
0,3
...4,2
|
|
ступенчатое
регулирование), мм
|
|
|
Вертикальная
подача шлифовального круга, мм
|
0,005...0,05
|
|
Размеры
шлифовального круга, мм
|
250x32x76
|
|
Частота
вращения шлифовального круга, мин-1
|
2680
|
|
Мощность
электродвигателя, кВт
|
2,2
|
|
Габариты
станка, мм
|
1870x1550
|
Для обработки профильного паза, отверстий, окон,
пазов используем вертикальный обрабатывающий центр с ЧПУ модели «TOPPER
TMV-850A»
(паспортные данные в таблице 3.11).
Таблица 3.11 - Техническая характеристика
вертикального обрабатывающего центра с ЧПУ модели «TOPPER
TMV-850A»
|
Основные
данные
|
|
Размер
стола (ДхШ)
|
950
мм х 500 мм
|
|
Продольное
перемещение (X)
|
850
мм
|
|
Поперечное
перемещение (Y)
|
500
мм
|
|
Вертикальное
перемещение (Z)
|
530
мм
|
|
Расстояние
от торца шпинделя до стола
|
МАКС:
630 мм; МИН: 100 мм
|
|
Наибольшая
грузоподъемность стола
|
500
кг
|
|
Быстрое
перемещение (X/Y/Z)
|
X,Y
= 30 м/мин, Z=24 м/мин
|
|
Серводвигатель
|
X,Y: 3 кВт; Z:
4
кВт
|
|
Частота
вращения шпинделя
|
60
~ 8000 об/мин
|
|
Двигатель
вращения шпинделя
|
5,5/7,5
кВт (50% ED)
|
|
Количество
инструментов
|
24
(макс)
|
|
Максимальный
диаметр инструмента
|
 88
мм
|
|
Максимальная
длина инструмента
|
250
мм
|
|
Максимальный
вес инструмента
|
7
кг
|
|
Инструментальная
оправка
|
ВТ40
|
|
Габариты
станка, мм
|
2640
х 2000 х 2870
|
|
Точность
станка
|
Позиционирование:
0,01 мм/ Воспроизводимость при полном ходе: ±0,005 мм
|
Сверление растачивание отверстий требующих особо
точного взаимного расположения выполняем на координатно-расточном станке модели
2431C (паспортные данные
в таблице 3.12).
Таблица 3.12 - Техническая характеристика
координатно-расточного станка 2431C
|
Техническая
характеристика
|
Модель
станка
|
|
2431C
|
|
1
|
2
|
|
Наибольший
диаметр сверления по стали, мм
|
20
|
|
Наибольший
диаметр растачивания, мм
|
220
|
|
Максимальный
момент на шпинделе, Н
|
52
|
|
Расстояние
от оси шпинделя до колонны, мм
|
320
|
|
Расстояние
от торца шпинделя до плиты, мм
|
50...575
|
|
Обозначение
конца шпинделя по ГОСТ
|
30
|
|
Наибольшее
вертикальное перемение шпинделя, мм
|
400
|
|
Цена
деления оптического отсчетного устройства, мм
|
0,001
|
|
Частота
воашения шпинделя мин"1
|
10...3000
|
|
Механические
подачи шпинделя мм/об
|
0,02;
0,03; 0,05; 0,08; 0,12; 0,20
|
|
Точность
установки координат, мм
|
0,002
|
|
Мощность
электродвигателя, кВт
|
1,9
|
|
Габариты
станка, мм
|
2300
х 1900х 1580
|
Сверление отверстий и нарезание резьбы
производим на радиальносверлильном станке модели 2Л53У (паспортные данные в
таблице 3.13).
Таблица 3.13 - Техническая характеристика
радиально-сверлильного станка 2Л53У
|
Техническая
характеристика
|
Модель
станка
|
|
2Л53У
|
|
Наибольший
диаметр сверления по стали, мм
|
35
|
|
Наибольшее
усилие подачи, Н
|
12500
|
|
Расстояние
от оси шпинделя до колонны, мм
|
290...1000
|
|
Расстояние
от тоопа шпинделя до плиты, мм
|
320...1400
|
|
Конус
Морзе шпинделя
|
№4
|
|
Наибольшее
вертикальное перемещение шпинделя, мм
|
300
|
|
Число
ступеней скоростей
|
21
|
|
Частота
вращения шпинделя мин-1 Частота воашения шпинделя мин
|
35,5...1400
|
|
Число
ступеней подачи
|
12
|
|
Подача
шпинделя, мм/об
|
0,056...2,5
|
|
Мощность
электродвигателя, кВт
|
2,2
|
|
Габариты
станка, мм
|
2140
х 870
|
3.10 Выбор инструмента
Выбор режущих инструментов осуществляется в
зависимости от метода обработки, формы и размеров обрабатываемой поверхности,
ее точности, шероховатости, от обрабатываемого материала, заданной
производительности и периода стойкости. Режущие инструменты должны обладать
высокой режу щей способностью (стабильной размерной стойкостью при высоких
режимах резания), обеспечить возможность быстрой и удобной замены, наладки в
процессе работы, формировать транспортабельную стружку и отводить ее от зоны
обработки без нарушения нормальной работы оборудования.
При выборе инструмента следует использовать, по
возможности, стандартные режущие инструменты.
Ниже приведены данные о режущем инструменте
(табл. 3.14), применяемом при обработке детали, по справочным данным и
средствам измерения.
Таблица 3.14 - Выбор режущего инструмента
|
Операция
и переходы
|
Режущие
инструменты
|
Материал
режущей части
|
Обозначение,
ГОСТ
|
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
|
|
Вертикально
фрезерная
|
Торцевая
фреза со сменными твердосплавными пластинами пятигранной формы 2214-0448
|
Т5К10
|
ГОСТ
26595-85 ГОСТ 19065-80
|
|
|
Плоско
шлифовальная
|
Абразивный
круг ПП 350x40x76
25А 40 СМ2 6 К
|
электрокорунд
белый
|
ГОСТ
52588-06
|
|
|
Фреза
для фрезерования уступов и пазов со сменными пластинами, 50
мм «SECO», Square
6 - 220/96-0050-04-8А
|
Твердый
сплав МР1500
|
XNEX040304TR-М08
|
|
|
Фреза
для объемного фрезерования со сменными пластинами 32xR6
мм, «SECO», -
217.29-3232.3-06.3.060
|
Твердый
сплав МР1500
|
RPHT1204M0T-М15
|
|
|
Сверло
цилиндрическое твердосплавное 6,7 мм, «SECO»,
|
Твердый
сплав Покрытие: TiAlN
+ TiN
|
SD205A-6.7-40-8R1
|
|
|
Фрезерная
ЧПУ
|
Сверло
цилиндрическое твердосплавное 20,0 мм, «SECO»,
|
Твердый
сплав Покрытие: TiAIN
+ TiN
|
SD205А-20.0-71 - 20R1
|
|
|
Сверло
цилиндрическое со сменными твердосплавными пластинами 35,5
мм, «SECO»,Perfomax
- SD503
|
Твердый
сплав Покрытие: TiAIN
+ TiN
|
SD503-35.5-107-40R7
|
|
|
Развертка
с быстросменной головкой 36 мм, «SECO»,
серии Precimaster
|
Твердый
сплав Покрытие: TiAIN
+ TiN
|
Державка:
РМ15В- 12700-25N1
головка: РМ60- 36Н7-ЕВ45
|
|
|
Фреза
концевая 8 мм цельная
твёрдосплавная «SECO»,
JABRO -SOLID
|
Твердый
сплав 500
|
JS512
|
|
|
Фрезерная
ЧПУ
|
Фреза
для фрезерования резьбы М8, цельная твёрдосплавная «SECO»,
Threadmaster
|
Твердый
сплав
|
ТМ-М8Х1.25ISO-
8R5
|
|
Фреза
концевая со сменными пластинами 20
мм, «SECO» R217.69
-1820.0.0-12-2AN
|
Твердый
сплав МР2500
|
ХОМХ120408TR-
М12
|
|
Координатно
расточная
|
Сверло
центровочное тип А исполнение 1, d3.15;
D8 мм
|
Р6М5
|
2316-0006
ГОСТ 14952-75
|
|
Сверло
спиральное с коническим хвостовиком 14
мм
|
Р6М5К5
|
'ГОСТ
10903-77
|
|
Сверло
спиральное с коническим хвостовиком 20
мм
|
Р18
|
ГОСТ
10903-77
|
|
Резец
расточной для обработки глухих отверстий на координатнорасточных станках
|
ВКб
|
ГОСТ
25987-83
|
|
Сверлильная
|
Сверло
спиральное с коническим хвостовиком 010,2 мм
|
Р6М5К5
|
ГОСТ
10903-77
|
|
Зенковка
2353-0134 тип 10, D20 мм
|
Р6М5
|
ГОСТ
14953-80
|
|
Зенковка
2353-0137 тип 10, D40 мм
|
Р6М5
|
ГОСТ
14953-80
|
|
Метчик
машинный М12х1,75 для глухих отверстий 2621-1515, исполнение 1
|
Р6М5
|
ГОСТ
3266-81
|
|
Метчик
машинный Ml6x2
для сквозных отверстий 2621-1617, исполнение 1
|
Р6М5
|
ГОСТ
3266-81
|
Контроль размеров детали в процессе обработки
осуществляется как универсальным измерительным инструментом, так и специальным
(табл.3.15).
Таблица 3.15- Средства измерения
|
№
|
Измерительный
инструмент и приспособления
|
|
1
|
Штангенциркуль
ШЦ-Ш-250-0,05 ГОСТ 166-89
|
|
2
|
Штангенциркуль
электронный Mitutoyo
551-201-20, предел измерения 0-200 мм.
|
|
3
|
Шаблон
на фасонный профиль
|
|
4
|
Микрометр
МК50-1 ГОСТ 6507-90,
|
|
5
|
Нутромер
индикаторный НИ 18-50-1 ГОСТ 868-82
|
|
6
|
Калибр-пробка
36П8
|
|
7
|
Калибр-пробка
25,6
Н7
|
|
8
|
Калибр-пробка
30
Н7
|
|
9
|
Профилометр
Mitutoyo Surftest SJ-201
|
3.11 Расчет режимов
резания
Рассчитаем режимы резания для
вертикально-фрезерной обработки плоскостей 1 и 2. Используем торцевую фрезу со
сменными твердосплавными пластинами пятигранной формы (ГОСТ 26595-85), диаметром
D = 200 мм, с числом
зубьев z = 12, пятигранные
пластинки, условное обозначение: 2214-0448.
Так как заготовка обрабатывается с двух сторон
то общий припуск на обработку распределяем равномерно по припускам на обработку
каждой стороны т.е.
tобр. = tобщ
/2 = 8/2 = 4 мм.
При назначении глубины резания в первую очередь
из припуска на обработку выделяется та его часть, которая остаётся для
проведения чистовой обработки - шлифование, h2
= 0,4 мм на сторону. Общий припуск на фрезерование составит:
h1 = h
- h2 = 4 - 0,4 = 3,2
мм.
Фрезеруем заготовку в два этапа - черновой и
чистовой проходы. Чистовое фрезерование проводится за 1 рабочий ход i2
= 1, припуск на чистовой проход составит t2=1
мм . Отсюда припуск t1 при
черновом фрезеровании составит:
t1=h1-t2=3.2-1=2.2
мм.
Для снятия этого припуска достаточно одного
рабочего хода, поэтому принимаем число рабочих ходов при черновом фрезеровании ii
= 1. Тогда глубина резания t\
при черновом фрезеровании составит t1
= 2,2 мм.
Выбираем режимы подачи. При черновом фрезеровании,
для торцовых фрез с пластинами из твёрдого сплава с мощностью станка 5-10 кВт
при несимметричном попутном фрезеровании для пластинки Т5К10 подача на зуб
находится в пределах Sz1
= 0,06-0,10 мм/зуб.
Принимаем меньшую величину для гарантированного
обеспечения условия по мощности на шпинделе, Sz1=
0,06 мм/зуб.
Подача на оборот составит:
So1 = Sz1
z = 0,06 ∙ 12
= 0,72 мм/об.
Назначаем подачу при чистовом фрезеровании для
торцовых фрез с пластинами из твёрдого сплава, при обработке материала,
имеющего 
в
700
МПа и обеспечении шероховатости обработанной поверхности Ra
= 3,2 мкм. Подача на оборот фрезы находится в пределах So2
= 0,30-0,20 мм/об. Принимаем большую величину для повышения производительности
процесса So2= 0,30
мм/об. При этом подача не зуб составит: Sz2
= S02 / z
= 0,30 /12 = 0,025 мм/зуб.
Скорость резания, м/мин, определяем по формуле:
где v
- скорость резания;
Значения коэффициента Cv
и показателей степени определяем по табл. 39 [3]. Для чернового и чистового
фрезерования конструкционной углеродистой стали с σв
> 750 МПа с применением твердосплавных пластин: Cv
= 332, q = 0,2; m
= 0,2; x=0,1; y
= 0,4; u= 0,2; р = 0.
Период стойкости фрезы принимаем Т= 240 мин
(табл. 40, [3]).
Общий поправочный коэффициент:
Kv=
, (3.10)
находим по (по табл. 1, [3]) для обработки
стали. Расчётная формула:
г(750/
nv (3.11)
По таблице 2, [3], находим для обработки стали
углеродистой с σв > 550
МПа для материала инструмента из твёрдого сплава Кг = 1; nv
= 1.
Тогда:
= 1 (750/760)1,0 =
0,986.
Кnv
находим (по табл. 5, [3]) для обработки при черновом фрезеровании поковки - Кnv1
= 0,8, при чистовом фрезеровании без корки - Кnv2
= 1;
Кuv
находим (по табл. 6, [3])для обработки стали конструкционной фрезой с
пластинками из твёрдого сплава Т5К10 при черновом фрезеровании - Кuv1
= 0,65, с пластинками Т15К6 при чистовом фрезеровании Kuv2=1;
находим (по табл.
39, [3]) для чернового фрезерования:
ϕ= 45° - 
=
1,1; для чистового фрезерования:
ϕ = 60° - 
=
1,0;
Общий поправочный коэффициент для чернового
фрезерования:
Kv1 = 0,986 ∙
1,1 ∙ 0,8 ∙ 0,65 = 0,563;
Общий поправочный коэффициент для чистового
фрезерования:
Kv2 = 0,986 ∙
1,0 ∙ 1,0 ∙ 1,0 = 0,986.
Скорость резания при черновом фрезеровании
равна:
Скорость резания при чистовом фрезеровании
равна:
Расчетное число оборотов фрезы, об/мин,
определяем для чернового и чистового фрезерования по выражению:
где nф
- число оборотов фрезы, (об.);
v - скорость
резания, (м/мин.);
D - диаметр фрезы,
(мм).
По паспорту станка 6Р12 уточняем возможную
настройку числа оборотов фрезы и находим фактические значения для черновой
обработки nф1 = 200 об/мин,
для чистовой обработки nф2
= 630 об/мин, т.е. выбираем значения ближайшие меньшие от расчётных. В
результате этого изменится и фактическая скорость резания, которая составит:
при черновой обработке
при чистовой обработке
Для уточнения величин подач необходимо
рассчитать скорость движения подачи v,
по величине подачи на зуб и на один оборот:
vs == Sо
∙ n = Sz
∙
z ∙
n, мм/мин. (3.13)
где v
- скорость движения подачи, мм/мин;
So - подача на
оборот, мм/об;
z - число зубьев
фрезы;
n - число оборотов
фрезы, об.;
vs1 = 0,06 ∙
12 ∙ 200 =144 мм/мин;
vs2 = 0,025 ∙
12 ∙ 630 =189 мм/мин.
По паспорту станка находим возможную настройку
на скорость движения подачи, выбирая ближайшие меньшие значения - vs1
= 125 мм/мин, и vs2
=160 мм/мин. Исходя из принятых величин, уточняем значения подач на зуб и на
оборот:
Sоф1 = 125/200 =
0,625 мм/об;
Szф1 =
0,625/12 = 0,05 мм/зуб;
Sоф2 = 160/630 =
0,25 мм/об;
Szф2 = 0,25/12
= 0,021 мм/зуб.
3.12 Расчет времени
обработки
Основное время резания определяем по формуле:
где Т0 - основное время резания, мин;
L - общая длина
прохода фрезы, мм;
l - длина
фрезерования, мм;
l1 - величина
участка врезания фрезы, мм;
- величину перебега фрезы, мм;
v - скорость
движения подачи, мм/мин;
Длина фрезерования l
= 180 мм;
Величина врезания фрезы l1
определяется для условия несимметричного встречного фрезерования, принимаем С1
= 0,04*D:
l1=0.5D-
(3.15)
где D
- диаметр фрезы, (мм).
l1=0.5∙200-
=100-39.19=60.8
мм.
Величину перебега фрезы l2
для чернового и чистового фрезерования принимаем одинаковой, 12 = 5 мм.
Число рабочих ходов i
при чистовом и черновом фрезеровании равно 1. Общая длина прохода фрезы для
чернового и чистового фрезерования
L = 180 + 60,8 + 5 =
245,8 мм.
Основное время при торцовом фрезеровании
плоскости заготовки за черновой и чистовой переходы составит:
Так как заготовку обрабатываем с двух сторон то
общее штучное время на обработку заготовки составит:
Тo1
=1,97∙2 = 3,93 мин;
То2 =1,54∙2 = 3,07 мин.
Штучное время, затрачиваемое на данную операцию:
Тшт = Топ + Твсп + Тобс + Томд , мин (3.16)
где Тщт - штучное время, затрачиваемое на
операцию;
Топ - оперативное время, мин;
Твсп - вспомогательное время, мин;,
Тобс - время на обслуживание рабочего места,
мин;
Тотд - время на личные потребности, мин;
Определим вспомогательное время Твсп,
затрачиваемое на установку и снятие детали. Принимаем способ установки детали
при длине 180 мм - в тисках с выверкой средней сложности, при массе детали до
20 кг - время на установку и снятие заготовки равно 2 мин. Вспомогательное
время на рабочий ход принимаем для обработки плоскостей с одной пробной
стружкой - 0,7 мин и на после дующие проходы - 0,1 мин, всего - 0,8 мин. Время
на измерение заготовки с помощью штангенциркуля по толщине - размеры до 100 мм
с точностью до 0,1 мм, принимаем равным 0,13 мин.
Таким образом:
Твсп = 2 + 0,8 + 0,13 = 2,93 мин.
Тогда оперативное время, мин:
Топ1 = То1 + Твсп = 3,93 + 2,93 = 6,86 мин.
Топ2 = То2 + Твсп = 1,3 + 2,93 = 5,53 мин.
Время на обслуживание рабочего места и время на
личные потребности принимаем в процентах от оперативного времени, мин:
Тотд1 + Тобс1 = 10 % ∙ Топ = 0,1 ∙
6,86= 0,686 мин.
Тотд2 + Тобс2 = 10 % ∙ Топ = 0,1 ∙
5,53 = 0,553 мин.
Штучное время, затрачиваемое на данную операцию,
мин:
Тшт1 = То1 + Tвсп1
+ Tобс1 + Tотд1
= Топ1 + 0,1∙ Топ1 = 6,86 + 0,686= 7,546 мин.
Тшт2 = То2 + Твсп2 + Тобс2 + Тотд2 = Топ2 + 0,1∙
Топ2 = 5,53 + 0,553 = 6,083 мин.
Определим основное технологическое время для
остальных операций. Результаты расчета занесем в таблицу 3.16.
Таблица 3.16 - Основные параметры
технологического процесса
|
Технологические
переходы
|
Элементы
режимов резания
|
|
L, мм
|
t, мм
|
S, мм/об
|
Vф, м/мин
|
п,
об/мн
|
Vs, мм/мин
|
Тo,
мин
|
Тшт,
мин
|
|
Вертикально-фрезерная
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Фрезеровать
плоскость (черн.) 1,2
|
188
|
2,2
|
0,625
|
125,66
|
200
|
250'
|
4,26
|
7,546
|
|
Фрезеровать
плоскость (черн.) 3,4
|
188
|
2,2
|
0,625
|
125,66
|
200
|
250
|
4,26
|
7,546
|
|
Фрезеровать
плоскость (черн.) 5,6
|
157
|
2,2
|
0,625
|
125,66
|
200
|
250
|
3,87
|
7,02
|
|
Фрезеровать
плоскость (чист.) 1,2
|
177
|
1
|
0,25
|
395,84
|
630
|
160
|
2,6
|
6,083
|
|
Фрезеровать
плоскость (чист.) 3,4
|
177
|
1
|
0,25
|
395,84
|
630
|
160
|
2,6
|
6,083
|
|
Фрезеровать
плоскость (чист.) 5,6
|
151
|
1
|
0,25
|
395,84
|
630
|
160
|
2,36
|
5,82
|
|
Плоско-шлифовальная
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Шлифовать
плоскость 1,2
|
177
|
0,4
|
0,02
|
12
|
2680
|
-
|
16,23
|
19,43
|
|
Шлифовать
плоскость 3,4
|
177
|
0,4
|
0,02
|
12
|
2680
|
-
|
7,57
|
9,71
|
|
Шлифовать
плоскость 5,6
|
150
|
0,4
|
0,02
|
12
|
2680
|
-
|
6,42
|
8,11
|
|
Фрезерная
ЧПУ
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Фрезеровать
проф. паз (черн.) 7
|
150
|
3
|
0,4
|
200
|
1273
|
509,29
|
23,09
|
26,77
|
|
Фрезеровать
проф. паз (чист) 7
|
150
|
0,5
|
0,15
|
190
|
1889,9
|
850,45
|
62,43
|
67,74
|
|
Сверлить
отв. (предв. 20мм) 13
|
55
|
10
|
0,34
|
80
|
1273
|
433,1
|
0,47
|
0,51
|
|
Сверлить
отв. (предв. 20мм) 11
|
12
|
10
|
0,34
|
80
|
1273
|
433,1
|
0,16
|
0,26
|
|
Рассверлить
отв. (35,5мм)
13
|
55
|
7,75
|
0,19
|
110
|
986,8
|
187,49
|
0,37
|
0,49
|
|
Развернуть
отв. (36
мм) 13
|
55
|
0,25
|
0,3
|
35,0
|
309
|
92,88
|
1,52
|
1,74
|
|
Фрезеровать
2 занижения (предв.) 8
|
372
|
3
|
0,12
|
195
|
3105
|
745,2
|
3,49
|
4,23
|
|
Фрезеровать
занижение (предв.) 9
|
233
|
3
|
0,12
|
195
|
3105
|
745,2
|
|
|
|
Фрезеровать
2 колодца 10
|
104
|
5
|
0,032
|
100
|
3980
|
255
|
13,45
|
15,04
|
|
Доработать
отверстие (оконч.) 11
|
58
|
12
|
0,032
|
100
|
3980
|
255
|
|
|
|
Доработать
2 занижения (оконч.) 11
|
135
|
6
|
0,032
|
100
|
3980
|
255
|
|
|
|
Доработать
занижение (оконч.) 11
|
127
|
6
|
0,032
|
100
|
3980
|
255
|
|
|
|
Сверлить
отв. (6,7мм)
12
|
20
|
3,35
|
0,15
|
80
|
3746
|
561,9
|
0.,17
|
0,28
|
|
Нарезать
резьбу в отверстии 12
|
15
|
0,65
|
0,004
|
49,31
|
4109
|
80
|
1,15
|
1,34
|
|
Координатно-расточная
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Сверлить
4 отв. 15
|
70
|
7
|
0,12
|
12,09
|
250
|
30
|
9,44
|
12,34
|
|
Сверлить
2 отв. (предв.) 14
|
32
|
10
|
0,25
|
17,27
|
250
|
62,5
|
1,02
|
1,37
|
|
Расточить
2 отв. (предв.) 14
|
32
|
4
|
0,2
|
63
|
630
|
130
|
0,54
|
1,41
|
|
Расточить
2 отв. (оконч.) 14
|
32
|
1
|
0,12
|
47,1
|
500
|
60
|
1,06
|
2,21
|
|
Сверлильная
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Сверлить
2 отв. (10,2 мм) 16
|
35
|
5,1
|
0,12
|
22,74
|
630
|
75,6
|
0,82
|
2,04
|
|
Зенковать
2 фаски в отв. 16
|
1,5
|
0,75
|
0,25
|
12,56
|
200
|
62,5
|
0,12
|
0,31
|
|
Нарезать
резьбу в 2-х отв. 16
|
30
|
0,75
|
1,75
|
6,02
|
160
|
280
|
0,68
|
0,97
|
|
Зенковать
4 фаски в отв.15
|
2,0
|
1,0
|
0,25
|
12,56
|
200
|
62,5
|
0,24
|
1,45
|
|
Нарезать
резьбу в 4-х отв. 15
|
40
|
2,0
|
2,0
|
8,04
|
160
|
320
|
1,36
|
1,96
|
|
Зенковать
фаску в отв.13
|
2,0
|
1,0
|
0,25
|
125
|
31,25
|
0,07
|
1,14
|
|
Плоско-шлифовальная
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Шлифовать
плоскость 1,2
|
176,5
|
0,4
|
0,02
|
12
|
2680
|
-
|
20,65
|
24,56
|
|
Шлифовать
плоскость 5,6
|
150
|
0,4
|
0,02
|
12
|
2680
|
-
|
8,17
|
10,17
|
.13 Разработка управляющей программы для станка
с ЧПУ
Разрабатываем управляющую программу для
обработки отверстий, колодцев и занижений на вертикальном обрабатывающем центре
с ЧПУ модели «TOPPER
TMV-850A»,
со стойкой ЧПУ «Fanuc
0i-MD».
Деталь устанавливаем на рабочем столе в тисках. С помощью системы обмера «Renishaw»
определяем локальную систему координат (угол заготовки), вносим данные обмера в
корректор G54. Дальнейшее
программирование осуществляем относительно локальной (относительной) системы
координат.
Для составления управляющей программы определяем
траектории движения режущих инструментов, определяем по паспорту станка адреса
режущих инструментов и элементов режима резания. Затем составляем управляющую
программу. В таблице 3.17 представлена управляющая программа на обработку
отверстий детали - матрица.
Таблица 3.17. Управляющая программа обработки
отверстий
|
№
кадра
|
Содержание
кадра
|
Описание
|
|
1
|
2
|
3
|
|
%
|
Начало
программы
|
|
Сверлить
предварительно отверстия D26,6
и D36
|
|
N1
|
G28
|
Возврат
в исходное положение
|
|
N2
|
GOO G17 G40 G49 G80
|
Позиционирование,
выбор плоскости XY,
стирание (отмена) компенсации диаметра инструмента и компенсации длины
инструмента, отмена цикла
|
|
N3
|
ТОЗ
М06
(D20mm Drill)
|
Установка
в шпиндель инструмента №3 (сверло 20
мм)
|
|
N4
|
GOO G90 G54 Х-161. Y-75.
|
Позиционирование
инструмента относительно рабочей системы координат по осям X Y.
|
|
|
|
|
N5
|
G43 Н03 Z20.
SI273
МОЗ
|
Позиционирование
инструмента по оси Z
с использованием корректора на длину, включение вращения шпинделя.
|
|
N6
|
G99 G83 Х-161.Y-75.Z-12.5
R5. Q7.M08F433.1
|
Цикл
глубинного сверления отверстия (отв. 25,6
мм), включение СОЖ.
|
|
N7
|
G80
|
Отмена
цикла.
|
|
N8
|
GOO Х-75.2 Y-75.
|
Позиционирование
инструмента по оси XY.
|
|
N9
|
Z-20.
|
Позиционирование
инструмента по оси Z.
|
|
N10
|
G99 G83 Х-75. Y-75.
Z-75. R5. Q7. F433.1
|
Цикл
глубинного сверления отверстия (отв. 36
мм).
|
|
N11
|
G80
|
Отмена
цикла.
|
|
N12
|
G40M05M09
|
Отмена
компенсации длины инструмента отключение вращения шпинделя, СОЖ.
|
|
Рассверлить
отверстие D36
|
|
N13
|
T04 M06 (D35,5 mm Drill)
|
Установка
в шпиндель инструмента №4 (сверло 35,5
мм).
|
|
N14
|
GOO G54X-75. Y-75.
|
Позиционирование
инструмента по оси XY.
|
|
G43 H04 Z20. S987 M03
|
Позиционирование
инструмента по оси Z
с использованием корректора на длину, включение вращения шпинделя.
|
|
N16
|
G99 G81 X-75. Y-75. Z-73. R5. M08 F187.5
|
Цикл
сверления отверстия (отв. 36 мм) включение
СОЖ.
|
|
N17
|
G80
|
Отмена
цикла.
|
|
N18
|
G40 M05 M09
|
Отмена
компенсации длины инструмента отключение вращения шпинделя, СОЖ.
|
|
Развернуть
отверстие D36
|
|
N19
|
T05 M06 (36.mm Razvertka)
|
Установка
в шпиндель инструмента №5 (развертка 36
мм).
|
|
N20
|
GOO G54 X-75. Y-75.
|
Позиционирование
инструмента по оси XY.
|
|
N21
|
G43 H05 Z20. S309 M03
|
Позиционирование
инструмента по оси Z
с использованием корректора на длину, включение вращения шпинделя.
|
|
N22
|
G99 G85 X-75. Y-75. Z76.733 RIO. M08 F92.8
|
Цикл
растачивания отверстия (отв. 36 мм) включение
СОЖ.
|
|
N23
|
G80
|
Отмена
цикла.
|
|
N24
|
G40 M05 M09
|
Отмена
компенсации длины инструмента отключение вращения шпинделя, СОЖ.
|
|
Сверлить
отверстие D6,7 под
резьбу М8
|
|
N25
|
T08 M06 (D 6,7mm Drill)
|
Установка
в шпиндель инструмента №8 (сверло 6,7
мм).
|
|
N26
|
GOO G54 X-161. Y-75.
|
Позиционирование
инструмента по оси XY.
|
|
N27
|
G43 Н08 Z20.
S3746 МОЗ
|
Позиционирование
инструмента по оси Z
с использованием корректора на длину, включение вращения шпинделя.
|
|
N29
|
G99 G81 Х-161. Y-75.
Z-38.5 R5. M08F561.9
|
Цикл
сверления отверстия (отв. 36 мм) включение
СОЖ.
|
|
N30
|
G80
|
Отмена
цикла.
|
|
N31
|
G40 М05 М09
|
Отмена
компенсации длины инструмента отключение вращения шпинделя, СОЖ.
|
|
Нарезать
резьбу М8
|
|
N32
|
Т09
М06 (М8 Тар)
|
Установка
в шпиндель инструмента №9 (метчик М8).
|
|
N33
|
GOO G54 Х-161. Y-75.
|
Позиционирование
инструмента по оси XY.
|
|
N34
|
G43 Н09 Z20.
S4109 МОЗ
|
Позиционирование
инструмента по оси Z
с использованием корректора на длину, включение вращения шпинделя.
|
|
N35
|
G98 G84 Х-161. Y-75.
Z-3.0 R5. М08 F80.
|
Цикл
нарезания резьбы в отверстии метчиком, включение СОЖ.
|
|
N36
|
G80
|
Отмена
цикла.
|
|
N37
|
G40 М05 М09
|
Отмена
компенсации длины инструмента отключение вращения шпинделя, СОЖ.
|
|
Чистовое
фрезерование отверстия D25,6
мм
|
|
N38
|
Т07М06
(8mmEndMill)
|
Установка
в шпиндель инструмента №7 (концевая фреза 8
мм).
|
|
N38
|
GOO G54 Х-161. Y-75.
|
Позиционирование
инструмента по оси XY.
|
|
N39
|
G43 Н07 Z20.
S3980 МОЗ
|
Позиционирование
инструмента по оси Z
с использованием корректора на длину, включение вращения шпинделя.
|
|
N39
|
G01 Z -6. F25
|
Подача
на глубину
|
|
N40
|
G12110. К12.5 02.5 D06
F20
|
Фрезерование
круглых выемок (черн.).
|
|
N41
|
G01 Z -12. F25
|
Подача
на глубину
|
|
N42
|
G12110. К12.5 02.5 D06
F20
|
Фрезерование
круглых выемок (черн.).
|
|
N42
|
G12112,8 R8.02.5
D06 F25;
|
Фрезерование
круглых выемок (чист.).
|
|
N43
|
G00 Z100. М05 М09
|
Вывод
фрезы по оси Z,
отключение вращения шпинделя, СОЖ.
|
|
N44
|
М02
|
Конец
программы
|
|
|
|
|
Описание программных кодов. Вспомогательные
функции:
М02 - конец программы;
МОЗ - включение правого шпинделя;
М05 - остановка шпинделя;
М06 - автоматическая смена инструмента;
М08 - включение подачи СОЖ;
М09 - выключение подачи СОЖ; Подготовительные
функции:
G00 -
Позиционирование. Эта команда позиционирования гарантирует линейное перемещение
на осях X, Y и Z
между программируемыми конечными точками со скоростью, определяемой
переключателем ручной коррекции быстрой продольной подачи; -
G01 - Линейная
интерполяция. Эта команда генерирует линейное движение по оси X, Y
или Z между
запрограммированными конечными точками со скоростью подачи, запрограммированной
в том же блоке или активной скоростью подачи в предыдущем блоке;
G02 (G03)
- Круговая интерполяция. Эта команда генерирует траекторию перемещения
инструмента для дуги по часовой стрелке (против часовой стрелки) со скоростью
рабочей подачи;
G12 - Фрезерование
круглых выемок, перемещение по часовой стрелке (обычное фрезерование);
G17 - выбор
плоскости XY. Эта
команда выбирает плоскость X, Y
для компенсации инструмента, круговой интерполяции, вращения системы координат
и циклов сверления;
G28 - Возврат в
исходное положение. Команда выполняет автоматический возврат в исходное
положение для одной или нескольких осей;
G40 - Отмена
компенсации диаметра инструмента;
G43 - Активная
компенсация длины инструмента;
G49 - Отмена
компенсации длины;
G54 - Система
рабочих координат. Команда позволяет сместить нулевые положения осей. Значения,
введенные в каждый комплект регистров координатной системы, представляют собой
абсолютное расстояние от исходного положения станка до смещенного исходного
положения для каждой оси;
G80 - Отмена цикла.
Команда отменяет предыдущие циклы обработки;
G81 - Цикла
сверления с одним проходом;
G83 - Цикл глубокого
сверления. Активизирует цикл глубокого (со ступенчатой подачей) сверления;
G84 (G74)
- циклы нарезания правой (левой) резьбы метчиком;
G85 - Цикл расточки
(растачивания). После достижения расточным резцом запрограммированной глубины
он продолжает вращение и отводится с программируемой скоростью подачи в точку
возврата;
G90 - Режим
абсолютного позиционирования. Команда на перемещение всех осей относительно
исходного положения:
G99 - Возврат в
точку R.
Значение слов в программе:- координата оси X;
Y - координата оси Y;
Z - координата оси Z;
Н - выбор коррекции на длину инструмента;
D - выбор коррекции
диаметра инструмента;
Q - глубину резания
на проход;
R - абсолютное
расстояние от Z0 до точки
возврата;
F - скорость
подачи;- начальный радиус;
К - конечный радиус выемки;
S - скорость
вращения шпинделя;
Т - индексирует инструментальный магазин.
4. ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
.1 Оценка
предельно-необходимых затрат на модернизацию
Одним из продуктов компании «Северсталь-метиз»
является железнодорожный крепеж, выпускаемый, в калибровочном цехе Череповецкой
площадки.
Предлагаемый инвестиционный проект по
изготовлению прижимной скобы ЦП369-103, направлен на расширение линейки
железнодорожного крепежа, производимого предприятием.
Осуществление данного инвестиционного проекта
позволит предприятию дополнить каждый комплект крепежа ЖБР-65 дополнительной
единицей, то есть, предприятие сможет предлагать на рынке наиболее полный
комплект крепежа данного вида, обеспечив тем самым конкурентное преимущество и
возможность привлечения новых клиентов.
Для осуществления предлагаемой модернизации
необходимо закупить кривошипный пресс К2130, стеллаж эстакада, рольганг
подающий, штамп 2 шт.
Объем необходимых инвестиционных ресурсов
составляет 756 тысяч рублей. Необходимое оборудование и его стоимость
представлены в таблице 4.1.
Таблица 4.1 - Потребность в технологическом и
вспомогательном оборудовании и инструменте
|
Наименование
оборудования
|
Кол-во.
|
Стоимость,
за 1 ед., руб.
|
Стоимость
всего, руб.
|
|
Кривошипный
пресс К2130
|
1
|
280
000
|
280
000
|
|
Стеллаж
эстакада
|
1
|
56
000
|
56
000
|
|
Рольганг
подающий
|
1
|
35
000
|
35
000
|
|
Штамп
|
2
|
192
500
|
385
000
|
|
Итого:
|
5
|
|
756
000
|
Транспортировка оборудования обойдется
организации в 115 тыс. руб. Установка и монтаж - дополнительно 48 тыс. руб.
Поскольку налог на добавленную стоимость организация в последующем имеет право
поставить к вычету, то эти суммы не включается в общую сумму затрат.
Таким образом, полная стоимость оборудования
составляет 756 тыс. руб. Предприятие планирует профинансировать приобретение
данного оборудования из собственных источников, а именно из нераспределенной
прибыли. Затраты на восстановление и замену быстроизнашивающихся деталей штампа
с учетом запроектированной стойкости составят 168 500 руб. в год.
Единовременные затраты на модернизация представлены в таблице 4.2.
Таблица 4.2 - Единовременные затраты на
модернизацию
|
Виды
единовременных затрат
|
Объём
затрат, руб.
|
|
Приобретение
оборудования
|
756
000
|
|
Транспортные
расходы
|
115
000
|
|
Установка
и монтаж
|
48
000
|
|
Основные
материалы
|
168
500
|
|
Сумма
|
1
087 500
|
Структура единовременных затрат на модернизацию
представлена на рисунке 4.1.
Рисунок 4.1 - Единовременные затраты
на модернизацию
Таким образом, единовременные затраты на
предлагаемое мероприятие составят 1 087 500 рублей.
4.2 Расчет затрат на
изготовление скобы прижимной ЦП 369.103
Расчет годовых материальных затрат определяется
умножением материальных затрат на изготовление одного изделия на годовой объем
производства.
Для производства 420 тонн скобы в год с учетом
того, что выход готовой продукции составляет 80% от общего объема сырья, потребуется
530 тонн полосы на сумму 15 062 600 руб.
4.2.1 Расчет затрат на
основные материалы
Потребности в сырье представлены в табл. 4.3.
Таблица 4.3 - Потребность в сырье и основных
материалах
|
Наименование
сырья и основных материалов
|
Норма
расхода на изделие, кг
|
Цена,руб./тонна
|
Материальные
затраты на 1 тонну готовой продукции, руб.
|
|
Полоса
|
1,2619
|
28
420
|
35
819,28
|
Следует учесть возврат средств за счет стоимости
отходов (как металлолома) составляющий 20% от общего объема сырья, т.е. 110
тонн.
При стоимости металлолома от 7400 руб. за тонну
получается 814 000 рублей или 1938,1 руб. /тонну.
Итак, материальные затраты на изделие с учетом
реализации отходов составят: 33 881,18 руб. на тонну.
4.2.2 Затраты на
энергоресурсы
Определим годовую потребность в энергоносителях
в стоимостном выражении.
Годовой объем производства планируется в размере
420 тонн.
Расчет затрат на электроэнергию:
руб. (4.1)
Где Руст - установленная мощность оборудования
11,083 кВт;
Та - время работы
оборудования 168 часов в месяц, 12 месяцев;
Сэ - стоимость 1 кВт∙час, Сээ= 2,19
руб/1кВт;
Зээ = 11,083∙168∙12∙2,19 = 48
933,36 руб. или 116,508 тонну.
Годовая потребность в сжатом воздухе
определяется аналогично и составит 3549 м3 или 922,7 руб. Общая годовая
потребность в энергоносителях в стоимостном выражении составит 49 856,1 руб.
(табл. 4.4).
Таблица 4.4 - Потребность в энергоресурсах на
технологические нужды
|
№
п/п
|
Наименование
энергоносителей
|
Единицы
измеренияния
|
Норма
расхода на 1 тонну изделий
|
Цена,
руб.
|
Энергозатраты
на 1 тонну изделий, руб.
|
Энергозатраты
на годовой объем производства, руб.
|
|
1
|
Электроэнергия
|
кВт*ч
|
53,2
|
2,19
|
116,5
|
48
933,36
|
|
2
|
Сжатый
воздух
|
м3
|
8,45
|
0,26
|
2,2
|
922,7
|
|
Итого:
|
|
|
2,45
|
118,7
|
49
856,1
|
4.2.3 Расчет затрат на
оплату труда
Всего в данном производстве занято 5 человек, в
том числе 2 рабочих основного производства и 3 человека вспомогательного
персонала.
Фонд заработной платы рассчитывается по
следующей последовательности:
фонд заработной платы основных рабочих;
фонд заработной платы вспомогательных рабочих;
Численность рабочих-сдельщиков (табл. 5.5)
определяется в соответствии с нормой выработки на соответствующей операции,
годовым количеством продукции и бюджетом рабочего времени (в среднем один
человек работает с учетом отпуска 1760 часов в году).
Таблица 4.5 - Численность и оплата труда
рабочих-сдельщиков
|
№
п/п
|
Наименование
профессии должности
|
Кол-во,
чел.
|
Средняя
часовая зарплата, руб./час
|
Зарплата
на единицу продукции, руб.
|
Зарплата
на 1 тонну продукции, руб.
|
Месячный
фонд зарплаты, руб.
|
Годовой
фонд зарплаты, руб.
|
|
1
|
Оператор
пресса
|
2
|
165,57
|
0,37
|
1
608,39
|
28
146,8
|
337
761,6
|
|
Итого:
|
|
56
293,6
|
675
523,2
|
Численность вспомогательных категорий персонала
устанавливается в соответствии с потребностями (табл. 4.6).
Таблица 4.6 - Расчет фонда заработной платы
вспомогательных рабочих
|
№
п/п
|
Наименование
профессии, должности
|
Кол-во,
чел.
|
Окладе
месяц, руб./чел.
|
Годовой
фонд зарплаты, руб.
|
|
1
|
1
|
24
500
|
294
000
|
|
2
|
Машинист
крана
|
2
|
16
000
|
384
000
|
|
Итого:
|
3
|
56
500
|
678
000
|
4.2.4 Расчет затрат на
амортизационные отчисления
Амортизационное имущество (Гл.25 РФ НК)
признается имущество, результат интеллектуальной деятельности которой находится
у налогоплательщика на праве собственности для извлечения дохода, и стоимость
которой погашается путем начисления амортизации.
Воспользуемся линейным методом.
Амортизационные отчисления - это денежные суммы,
идущие в заранее создаваемые фонды, средства из которых в будущем пойдут на
полную замену того или иного производственного оборудования, за которым данный
фонд закреплен.
Основные фонды включают стоимость зданий,
оборудования, инструмента, производственного и хозяйственного инвентаря.
Стоимость инструмента принята в размере 1% от
первоначальной стоимости технологического оборудования.
Стоимость производственного и хозяйственного
инвентаря принимается в размере 1 % от первоначальной оборудования.
Сумма амортизации определяется на основании
действующих норм амортизационных отчислений.
Затраты на амортизационные отчисления определяются
по формуле:
(4.2)
Где А - сумма ежегодных амортизационных
отчислений, руб.;
Ф - годовой фонд рабочего времени, 1 760 часов;
- время
необходимое для изготовления деталей, 168 часов;
Сумма ежегодных амортизационных отчислений
определяется по формуле:
, руб. (4.3)
Где На - норма амортизации, %;
Со - стоимость оборудования, руб.
Норма амортизации рассчитывается по формуле:
(4.4)
Где Тэ - срок эксплуатации оборудования, год.
Произведенные расчеты сведены в таб. 5.7.
Таблица 4.7 - Расчет стоимости основных фондов и
амортизации
|
№
п/п
|
Наименование
оборудования
|
Количество
|
Стоимость
, за 1 ед., руб.
|
Группа
основных средств
|
Годовая
норма амортизации, %
|
Годовые
амортизационные отчисления, руб.
|
|
1
|
Кривошипный
пресс К2130
|
1
|
280
000
|
4
|
14,28
|
39
984
|
|
2
|
Стеллаж
эстакада
|
1
|
56
000
|
7
|
6,7
|
3
752
|
|
3
|
Рольганг
подающий
|
1
|
35
000
|
7
|
6,7
|
2
345
|
|
4
|
Штамп
|
2
|
192
500
|
6
|
20
|
77
000
|
|
Итого:
|
5
|
756
000
|
|
|
123
081
|
В месяц сумма амортизации составит 123 081: 12 =
10 256,75 руб.
4.2.5 Расчет прочих
затрат
К прочим затратам можно отнести:
. Фиксированный налог на частную движимую и
недвижимую собственность (на сооружения, оборудование).
Региональный налоговый орган назначил налоги по
следующим ставкам:
на движимое имущество (оборудование) 2,2 % [14];
ЗП1 = СО·R/N,
руб. (4.5)
где СО - стоимость имущества = 756 000 руб.
R - ставка налога,
N - объем продукции
изготавливаемой в год;
ЗП1 = 756 000·0,022/420=39,6 руб/тонну.
. Коммунальные услуги (холодная вода).
В среднем для предприятия требуется 20 м3/сутки.
Так как производство работает круглый год день, то нам потребуется 7 300 м3.
Стоимость 1 м3 составляет 15,25 руб.
Затраты определяются по формуле:
Звод=15,25∙7300=111325, руб. (4.6)
Коммунальные услуги (отопление зимой, гор/хол
вода).
Тарифы (за месяц):
Отопление - Сотопл. = 30,94 руб/м2 [15];
Холодная вода- Схол.вода. = 48,65 руб/чел. [15];
Подогрев воды - Сподогрев воды = 194,65 руб/чел.
[15];
Водоотведение - Сотв. = 22,94 руб/чел.
Общая площадь производственного помещения 144
,
тогда затраты на отопление:
Зотопл. =30,94∙144= 4455,4 руб/мес.,
Холодная вода и подогрев воды в сумме:
Звода = Схол.вода·N
+ Cподогрев воды·N
+ Сотв.·N, руб/мес., (4.7)
где N
- количество работающих на участке, N=5
чел.
Звода = 48,65 · 5 + 194,65·5+ 22,94·5
= 1331,2 руб/мес.;
Зп2 =(11325+ (4455,4 + 1331,2)*12)/420= 430,39
руб/тонну.
. Расчет отчислений в страховые фонды
представлен в таблице 4.13.
Таблица 4.8 - Расчет отчислений в страховые
фонды
|
Наименование
|
Фонд
оплаты труда. Руб.
|
Отчисления
на
|
|
|
социальные
нужды, 30%
|
|
Основные
рабочие
|
675
523
|
202
657
|
|
Вспомогательные
рабочие
|
678
000
|
203
400
|
|
Итого,
руб.
|
1
353 523
|
406
057
|
На тонну 406 057 : 420 = 966,8
Посчитаем общие прочие затраты:
ЗП = ЗП1+ЗП2+ЗП3,руб/тонну (4.8)
ЗП = 39,6 + 430,39+966,8 = 1436,79 руб/тонну.
Общие затраты предприятия на производство 1
тонны готовой продукции сведены в таблицу 4.9.
Таблица 4.9- Сводная таблица затрат предприятия
на производство 1 тонну готовой продукции
|
Виды
затрат
|
Затраты
на единицу продукции, руб/тонну
|
Структура
затрат,%
|
|
Материальные
затраты
|
На
основные материалы
|
33
881
|
86,19%
|
|
На
вспомогательные материалы
|
339
|
0,86%
|
|
На
приобретение инструмента
|
18
|
0,05%
|
|
На
энергоресурсы
|
119
|
0,30%
|
|
Затраты
на оплату труда
|
3
223
|
8,20%
|
|
Затраты
на амортизацию
|
293
|
0,75%
|
|
Виды
затрат
|
Затраты
на единицу продукции, руб/тонну
|
Структура
затрат,%
|
|
Прочие
затраты
|
1
437
|
3,66%
|
|
Итого
|
39
309
|
100,00%
|
Структура затрат в виде круговой диаграммы
представлена на рисунке 4.2.
Рисунок 4.2 - Структура затрат на
производство 1тонну готовой продукции
Таким образом, можно сделать вывод о
том, что в прямых производственных затратах большой удельный вес занимает
затраты материальные затраты (87,4 %). Они выше средних по промышленным
предприятиям Вологодской области (65%). Затраты на оплату труда составляют
8,2%, что ниже средних значений по области (оплата труда по Вологодской области
10-12%), амортизационные начисления составляют 0,75% (средние по Вологодской
области 5%), прочие 3,66%.
.3 Оценка
экономической целесообразности модернизации
Реализация инвестиционного проекта
рассчитана на 5 лет и ограничена периодом использования штампового инструмента.
Для реализации проекта в последующий период потребуются дополнительные вложения
средств на приобретение новых штампов.
Итак, использование приобретаемого
оборудования позволит предприятию производить на нем в течение 5 лет скобу
прижимную ЦП 369.103, являющуюся составным элементом рельсового скрепления
ЖБР-65. Объем производства и реализации скобы ЦП 369.103 прогнозируем по
результатам продаж других элементов скрепления ЖБР-65 за последние годы. По
результатам анализа предполагаемый объем производства прижимной скобы в течении
5 лет с 2013 по 2017 г. составит 420 тонн (1 825 740 шт.) изделий в год.
Следовательно, в 1 тонне 4347
изделий, затраты на производство 1 тонну по данным таблицы 5.9 составляют 39
309 руб., затраты на производство изделие 9,04 руб. (39 309 руб.: 4347 изделий)
Чтобы определить цену изделия
воспользуемся методом ценообразования с возмещением издержек производства, то
есть примем цену с учетом фактических затрат на производство и реализацию
продукции и средней нормы прибыли на рынке или в отрасли.
Для целей выполнения задания
необходимо взять норму прибыли в 20% исходя из затрат.
Модель определения цены этим методом
имеет вид:
P = Cx(1 + Rc), руб. (4.9)
где Р - цена изделия, руб.;
Сх - затраты на производство, руб.;
Rc -
рентабельность продукции к затратам, %.
Р = 9,07 ∙(1 + 0,2) = 10,85
руб. штука или 47 164,95 руб. тонна.
Рассчитаем выручку от продаж
продукции после модернизации по формуле:
В = ЦР ·QПР , руб. (4.10)
где: ЦР - цена продаж продукции;
руб./тонна(кг, шт.)ПР - объем продаж продукции при заданной цене; тонн
В =10,85∙1 825 740 = 19 809
279 руб.
Прибыль в качестве показателя
прибыли принимаем прибыль от реализации продукции, которая определяется как
разность между объемом продукции в оптовых ценах и прямыми производственными
затратами этой продукции.
Она может рассчитываться по формуле:
П= ( Цопт. - Спол. )Опр, руб, (4.11)
где П - прибыль;
Цопт. - оптовая цена единицы
продукции, руб.;
Опр - объём производства, шт.;
С полн. - прямые производственные
затраты единицы продукции, руб.;
Рассчитаем операционную прибыль по
формуле:
Попер.= В- Зпп; руб/год (4.12)
Где В - выручка от продаж; руб./год
Зпп - прямые производственные
затраты, руб/год,
П опер. = 19 809 279 - 16 559 462 =
3 249 817 руб/год
Чистую прибыль рассчитаем по
формуле:
Пчист.= Попер - Нприбыль; руб/год (4.13)
Налог на прибыль:
Нприб=Попер∙Снап.приб ,
руб/год (4.14)
где Снал.приб - ставка налога на
прибыль, 20 % .
Н приб. = 3 249 817- 3 249 817 ∙20%
= 3249 817-649 963,4 = 2 599 853,6 руб/год
Доход предприятия:
Д = Пчист. + А; руб/год (4.15)
Где Пчист. - чистая прибыль; руб/год
А - амортизация; руб/год
Д = 2 599 853,6 + 123 081= 2 722
934,6 руб/год
Определив все доходы, которые мы
получим от производства изделия, и затраты на его модернизацию (п.5.1) можно
определить срок окупаемости по формуле:
Т=
, год (4.16)
Единовременные затраты 1 087 500
руб.
Т =1 087 500 : 2 722 934,6 = 0,4
года.
Таким образом, предлагаемое
мероприятие является экономически эффективным, срок окупаемости 0,4 года, доход
предприятия составит 2 723 тыс. руб.
5. БЕЗОПАСНОСТЬ И
ЭКОЛОГИЧНОСТЪ ПРОЕКТА
.1 Анализ опасных и
вредных производственных факторов при изготовлении железнодорожной шайбы
Железнодорожная шайба (скоба) изготавливается
методом голодной штамповки в штампе последовательного действия на кривошипном
прессе,
При проведении кузнечно-прессовых работ возможно
воздействие на работников следующих опасных и вредных производственных
факторов:
- подвижные
части производственного оборудования, передвигающиеся изделия, заготовки,
материалы, оснастка и инструмент;
- острые
кромки, заусенцы и шероховатости на поверхности заготовок, деталей оснастки и
инструмента;
- разлетающиеся
осколки от рабочих частей оснастки при возможных их разрушениях, деформируемого
материала и окалины;
- повышенное
содержание вредных паров и аэрозолей в воздухе рабочей зоны;
- повышенная
загазованность воздуха рабочей зоны | в результате разложения технических
смазок;
- повышенное
напряжение в электрической цепи оборудования;
- повышенный
уровень шума на рабочем месте при работе на механических прессах и молотах;
- повышенный
уровень электромагнитных излучений (импульсных);
- повышенный
уровень вибрации при работе на молотах;
- повышенная
температура поверхности нагревательного оборудования, заготовок и деталей
(поковок, штамповок);
-
повышенный уровень яркости света и инфракрасной радиации при открытых рабочих
зонах нагревательного оборудования, нагретых заготовок;
- физические
перегрузки при транспортировании заготовок, деталей, оснастки;
- пожароопасность;
- взрывоопасность.
Перечень опасностей являющихся результатом
оценки риска, который охватывает все возможные опасности во время работы
пресса, а также относительно опасные зоны прессов приведены в таблице 5.1
Таблица 5.1 - Перечень опасностей и опасных зон
при работе пресса
|
Опасности
|
Опасная
зона
|
|
Механические
опасности: раздавливание, защемление и падение; отрезание или разрубание;
разрыв, затягивание или задержание; попадание под удар
|
Зона
штампа; движущийся ползун; подушки, выталкиватели; ограждения. Подвижные
детали механических, электрических, гидравлических и пневматических
агрегатов. Механические САМ и манипулирующие устройства
|
|
Выброс
|
Компоненты
пресса, штампа. Заготовки, полуфабрикаты и вспомогательные инструменты
|
|
Скольжение,
падение
|
Все
работы на высоте. Площадь пола вокруг пресса
|
|
Разрушение
от воздействия высокого давления
|
Гидравлические
и пневматические системы
|
|
Электрические
опасности: прямой и непрямой контакт с оборудованием и деталями
|
Электрическое
оборудование. Детали, находящиеся под напряжением
|
|
Тепловые
опасности, в том числе в форме загорания и ожога, при возможном контакте
персонала
|
Тормоза,
муфты, детали гидравлической системы, инструменты и заготовки
|
|
Шум
с результатом потери слуха (глухота)
|
Любая
зона пресса, где есть опасность для слуха
|
|
Вибрация
|
Зона
пресса, где создается опасность, например рабочая позиция, место оператора
|
|
Воздействие
материалов и веществ, обрабатываемых, используемых или выделяемых рабочими
зонами, например, опасность от контакта или вдыхания вредных жидкостей,
газов, паров, тумана, дыма и пыли
|
Гидравлические
и пневматические системы; их устройства управления; токсические
обрабатываемые и технологические материалы
|
|
Пожар
или взрыв
|
Вытяжная
вентиляция и оборудование, накапливающие пыль
|
|
Несоблюдение
эргономических принципов в конструкции пресса (несоответствие машины
параметрам и возможностям человека), создаваемое, например, неудобным
положением частей тела или излишними усилиями
|
Рабочее
место и органы управления для операторов и обслуживающего персонала
|
5.2 Меры по обеспечению
безопасных и здоровых условий труда
В калибровочном цехе ОАО «Северсталь-метиз»
проводится большой объем мероприятий, направленных на обеспечения безопасных и
здоровых условий труда.
Для персонала систематически проводятся обучения
безопасным методам труда и проверки знаний по технике безопасности.
На рабочих местах вывешены инструкции по охране
труда, определяющие безопасные приемы выполнения операций, предусмотренных
технологическими процессами, и безопасную эксплуатацию оборудования.
Проведение технологического процесса
обеспечивается с соблюдением требований безопасности при работе, обслуживании и
ремонте оборудования, оговоренные в технической документации на оборудование.
Безопасность выполняемых работ обеспечивается
при:
- разработке
технологических процессов;
- подготовке
оборудования, оснастки, инструмента и материала;
- ведении
технологического процесса;
- сдаче
готовой продукции и удалении отходов производства.
При разработке, организации и проведении технологических
процессов должны обеспечиваться:
- устранение
непосредственного контакта работников с исходными материалами, заготовками,
полуфабрикатами и отходами производства, оказывающими опасное воздействие;
- максимальную
механизацию и автоматизацию технологических процессов, применение
дистанционного управления технологическими процессами при наличии опасных и
вредных производственных факторов;
- замену
технологических процессов и операций, связанных с возникновением опасных и
вредных производственных факторов, процессами и операциями, при которых
указанные факторы отсутствуют или обладают меньшей интенсивностью;
- своевременное
получение информации о возникновении опасных и вредных производственных
факторов на отдельных технологических операциях;
- систему
контроля и управления технологическим процессом, обеспечивающим защиту
работников и аварийное отключение производственного оборудования;
- своевременное
удаление, в случае необходимости - обезвреживание отходов производства,
являющихся источниками опасных и вредных производственных факторов;
- применение
средств защиты работниками.
Работающий персонал снабжается спецодеждой,
рукавицами, мылом по нормам: х/б костюм и ботинки - раз в год, рукавицы для
безопасных методов работ - два раза в месяц, мыло - один раз в месяц. Кроме
того, работники обеспечиваются средствами защиты: касками, защитными очками
(экранами), наушниками, берушами и т.д. в зависимости от исполняемых работником
обязанностей и аттестации рабочего места.
Прием и выдача спецодежды для стирки и ремонта
производится ежедневно.
Для обеспечения безопасности работников при
передвижении по цеху предусмотрены безопасные маршруты пешеходного движения с
разметкой, все опасные места обозначены соответствующими знаками и знаками
указывающими на необходимость применения средств защиты.
Для обеспечения нормальных санитарно-бытовых
условий в цехе предусмотрены помещения для отдыха, места для курения, туалетные
комнаты, душевые помещения с раздевалками, столовая.
Для оказания медицинской помощи в цехе находится
медпункт, работающий круглосуточно, а в дневное время в цехе работает кабинет
стоматолога.
Обучение персонала безопасным методам работы
производится согласно графика, составленного и утвержденного управлением охраны
труда, промышленной безопасности и экологии ОАО «Северсталь-метиз».
Ежегодно все работники предприятия проходят
обязательный медицинский осмотр, который направлен на выявление и
предупреждение профзаболеваний. По направлению врача работники могут быть
направлены в профилактории «Ивушка» и «Родник», а также на санаторно-курортное
лечение за счет средств социального страхования.
5.3 Расчет средств
пожаротушения
Потребное количество тех или иных огнетушащих
средств определяется расчётом на стадиях проектирования и эксплуатации.
При проектировании промышленных предприятий
определяют потребные противопожарные расходы и объёмы воды, как наиболее
дешёвого огне- тушащего средства, а также возможность её подачи в необходимые
места, т.е. ведётся расчёт водопроводной сети.
Противопожарное водоснабжение должно
обеспечивать подачу воду к месту пожара в любое время года с необходимым
напором.
Запас воды для целей пожаротушения определяется
по формуле:
Q = 3,6∙q-tn∙n
, тыс. м3 (5.1)
где q
- удельный расход воды на внутреннее и наружное пожаротушение, л/с. Расход воды
зависит объема объекта, категории производств по пожарной опасности и степени
огнестойкости зданий и принимается по таблице 2 [50];
tn - расчетная
продолжительность пожара, ч. Принимается равной 3 часам;
n - количество
одновременных пожаров (1-3) принимается в зависимости от местности и площади
застройки.
Размеры калибровочного цеха составляют:
ширина -110 м; длина -210 м; высота 15 м.
Производственные помещения калибровочного цеха
имеют следующие категории по пожарной опасности:
- помещения
категории Г - характеризуется наличием негорючих веществ и материалов в горячем
и раскаленном состоянии, процесс обработки которых сопровождается выделением
лучистого тепла, искр, пламени. К этой категории можно отнести цехи горячей
штамповки, термические цехи, кузнечные цехи и котельные, отделения ремонта
двигателей внутреннего сгорания.
- помещения
категории Д - характеризуется наличием некоторых веществ и материалов в
холодном состоянии. К этой категории относятся помещения щитов управления
электростанций, станочное отделение механического цеха, участки станков и
оборудования.
Конструктивные характеристики здания
соответствуют II степени их огнестойкости - здания с несущими и ограждающими
конструкциями из естественных или искусственных каменных материалов, бетона или
железобетона с применением листовых и плитных негорючих материалов. В покрытиях
зданий допускается применять незащищенные стальные конструкции.
Объем объекта пожара определяется из выражения:
V = So6-h,
M3, (5.2)
где Sоб
- площадь объекта, м ;
h - высота объекта,
м.= 110-210-15 =346500, м3.
q = 30 л/с - для
здания I и II степени огнестойкости, категорией производства Г и Д, при объеме
зданий 200 - 400 тыс. м .
Запас воды для целей пожаротушения составит:
Q = 3,6∙30∙3∙1
= 324 тыс.м3.
Параметры и количество огнетушителей определяют
исходя из специфики обращающихся пожароопасных материалов, дисперсности частиц
и возможной площади пожара.
Потребное количество огнетушителей для
производственных помещений определяют по формуле:
n=m0∙S,
шт. (5.3)
где m0
- нормируемое количество огнетушителей на площадь, шт./м2,принимается по табл.
6 приложения [50];- площадь производственного помещения, м2 .
Допускается помещения, оборудованные
автоматическими установками пожаротушения, обеспечивать огнетушителями на 50 %
исходя из их расчетного количества.
Расчет необходимого количества огнетушителей
следует вести по каждому помещению и объекту отдельно.
При наличии рядом нескольких небольших помещений
одной категории пожарной опасности количество необходимых огнетушителей
определяют с учетом суммарной площади этих помещений.
Рассчитаем необходимое количество огнетушителей
на участке горячего производства крепежа.
Участок относится к категории Г пожарной
опасности.
Размеры участка: длина 72 м, ширина 24 м.
Sуч =72∙24 =
1728 м2.
На участке возможно возгорание следующего
класса:
Класс А - пожары твёрдых веществ, в основном,
органического происхождения, горение которых сопровождается тлением (древесина,
текстиль, бумага).
Класс Д - пожары металлов и их сплавов.
Класс Е - пожары, связанные с горением
электроустановок.
По таблице 6 [50] для категорий помещения Г и Д,
классами пожара А, Д и Е, с предельной защищаемой площадью до 1800 принимаем
количество огнетушителей:= 2 шт. - порошковые огнетушители с зарядом для класса
А (порошок
ABC (E)),
объемом 5 литров, массой огнетушащего вещества 4 кг;
m0 = 1 шт. -
порошковые огнетушители с зарядом для класса Д (порошок Д), объемом 10 литров,
массой огнетушащего вещества 9 кг;
Выбираем порошковые огнетушители ОП-1
("Спутник", "Момент"), ОП-2А, ОПС-10, ОП-5 соответствующего
объема.
Необходимое количество пожарных щитов и их тип
определяются в зависимости от категории помещений, зданий (сооружений) и
наружных технологических установок по взрывопожарной и пожарной опасности,
предельной защищаемой площади одним пожарным щитом и класса пожара в
соответствии с табл. 4 приложения [50].
По таблице 4 [50] для категорий помещения Г и Д,
применяются пожарные щиты типа ЩП-А и ЩП-Е по 1 шт. на каждые 1800 м2
предельной защищаемой площади в зависимости от класса возможного пожара. Всего
в цехе необходима установка: п = s/1800 = 23100/1800 = 12.8 щитов.
Принимаем необходимое количество пожарных щитов
в цехе не менее 13 шт. Пожарные щиты комплектуются первичными средствами пожаротушения,
немеханизированным пожарным инструментом и инвентарем в соответствии с табл. 5
приложения [50].
ЩП-А комплектуется: огнетушитель пожарный ОП
вместимостью 5 л - 2 шт.; лом; багор; ведро - 2 шт.; лопата совковая; лопата
штыковая; емкость для хранения воды объемом 0,2 м .
ЩП-Е комплектуется: огнетушитель пожарный ОП
вместимостью 10 л - 1 шт.; крюк с деревянной рукояткой; комплект для резки
электропроводов - ножницы, диэлектрические боты и коврик; асбестовое полотно,
грубошерстная ткань или войлок (кошма, покрывало из негорючего материала);
лопата штыковая; ящик с песком.
Для помещений и наружных технологических
установок категории Г и Д запас песка в ящиках должен быть не менее 0,5 м3 на
каждые 1000 м защищаемой площади.
5.4 Меры по обеспечению
устойчивой работы участка в условиях чрезвычайных ситуаций
Защита рабочих и служащих в условиях
производственных аварий и стихийных бедствий надежная работа предприятия
связана с успешным решением задачи по защите персонала. Для этой цели в цехе
возведено убежище, также существует система сигнализации и оповещения.
Мероприятия, направленные на повышение
надежности зданий и сооружений во время производственных аварий и стихийных
бедствий были заложены во время проектирования цехов. Здания цехов с жестким
каркасом (железобетонным), с увеличенной площадью световых проемов, со стеновым
заполнителем из облегченных слоистых материалов, с легкой, долговечной и
огнестойкой кровлей из оцинкованного профлиста. Все это способствует снижению
степени разрушения несущих конструкций при землетрясениях, ураганах, взрывах и
прочих бедствиях, а также уменьшают действие обломков на технологическое
оборудование, и облегчает работы по восстановлению разрушенного сооружения.
Ограничения поражения от вторичных факторов при
авариях. Для предотвращения пожаров все масла в цехе находятся в маслоподвалах
расположенных ниже уровня пола.
Для обеспечения безопасности персонала
разработан план ликвидации аварий, разработана схема эвакуации с указанными
эвакуационными выходами, местами расположения пожарных кранов, пожарных щитов,
огнетушителей, расположением мест установки телефонов. Утвержден пакет
документов, направленный на порядок действия персонала в случае чрезвычайных
ситуаций:
- положения
о порядке оповещения, о несчастных случаях, авариях произошедших в ОАО
«Северсталь-метиз»;
- список
должностных лиц и их обязанности в плане ликвидации аварий и порядок их
действий;
- список
членов добровольной пожарной дружины;
- график
учебно-тренировочных занятий технологических бригад по плану ликвидаций аварий;
- перечень
газоопасных и пожароопасных мест;
- перечень
инструментов и материалов, находящихся в аварийном шкафу;
- последовательность организационных и
технических мероприятий по защите и спасению людей.
- порядок
ввода плана ликвидации аварий в действие.
Во всех помещениях предприятия установлены
системы звукового оповещения.