Модернизация станка Nagel (стр. 7 из 16)
Для коренных шеек:
(Н/мм2).Для шатунных шеек:
(Н/мм2).Для сальника:
(Н/мм2).2.2.2 Подача
Ввиду определенных технологических и конструктивных трудностей принимается способ накатывания без продольной подачи, лишь с радиальным давлением на ролик. Длина ролика в этом случае соответствует длине обрабатываемой поверхности. Для обкатывания в таких случаях применяют стержневые цилиндрические ролики [14].
2.2.3 Число проходов
Число проходов увеличивает кратность приложения давления. Однако, существенное влияние на шероховатость поверхности, как показывают исследования [8], [23] и опыт промышленного применения обкатывания, оказывает лишь второй проход. Второй проход неизбежен при малой жесткости заготовки, ограничивающей возможность приложения усилий, необходимых для сглаживания исходных неровностей за один проход. Третий и последующие проходы дают малоощутимый эффект улучшения шероховатости.
При упрочняющем обкатывании увеличение числа проходов приводит к повышению характеристик упрочнения. Однако, интенсификация упрочнения за счет увеличения числа проходов также ограничена. С увеличением числа проходов выше допустимого глубина наклепа продолжает расти, хотя и медленнее, а поверхностная твердость вследствие разрушения тонкого поверхностного слоя снижается, причем глубина перенаклепанного слоя значительно меньше общей глубины наклепа. На основании результатов исследования [14] глубина наклепа практически не изменяется при обработке с числом проходов более 15.
Учитывая рекомендации и в соответствии с авт.св. № 1717648 принимается обработка с числом проходов i=10.
2.2.4 Скорость обкатывания
Как показывают результаты исследований [24] и промышленный опыт применения обкатывания с целью как чистовой обработки, так и упрочнения, скорость обкатывания – фактор режима, наименее заметно сказывающийся на всех показателях процесса.
Скорость обкатывания обычно не превышает 100 м/мин.
Однако необходимо учитывать, что при работе даже в этом диапазоне скоростей, а тем более со скоростями, превышающими 150 м/мин (такие скорости осуществимы при обкатывании инструментами инерционного действия, а также инструментами с гидропластовыми опорами), с увеличением скорости при прочих равных условиях деформирующее действие уменьшается, что объясняется инерцией распространения пластической деформации. Так, при обкатывании стальных образцов (сталь 45) шаром диаметром 10 мм с подачей 0,06 мм/об, с увеличением скорости обкатывания с 4 до 200 м/мин остаточная деформация (уменьшение диаметра образца) уменьшилась на 22% [24]. Работа с максимальными скоростями также ограничивается в связи со снижением точности формы и стабильности шероховатости вследствие неизбежного с увеличением скорости дисбаланса вращающегося инструмента и заготовки.
Принимается, таким образом, скорость обкатывания V=20 м/мин.
, (5)где n – частота вращения шпинделя, об/мин.
(об/мин).Основное время:
(6) 
(мин) ≈5 сек.2.2.5 Глубина наклепа
Глубина наклепа определяется по следующей формуле [4]:
, (7)где t – глубина наклепа, мм.
На коренных шейках:
(мм).На шатунных шейках:
(мм).На сальнике:
(мм).Даже при режимах, характерных для чистовой обработки давлением, не ставящей целью упрочнение, и отличающейся относительно малыми значениями усилий, прилагаемых к деформирующим элементам, и, соответственно, невысокой степенью деформации, микротвердость может увеличиваться по сравнению с исходной на 30-40%. Даже при сравнительно малой глубине распространения наклепа, что характерно для чистовой обработки давлением, его влияние на такие эксплуатационные свойства металла, как износостойкость, сопротивление схватыванию и пластическому деформированию, весьма существенно.
2.2.6 Расчет трудоемкости операции
Оперативное время вычисляется по формуле:
Топ=То+Твсп.неп, (8)
где Топ – оперативное время, мин;
То – основное время, мин, То=0,08 мин;
Твсп.неп – вспомогательное время, мин, Твсп.неп=0,76 мин.
Топ=0,08+0,76=0,84 (мин).
Время на техническое обслуживание рабочего места:
, (9)где tсм – время на смену режущего инструмента, tсм=10%.
(мин).Время организационного обслуживания рабочего места:
, (10)где Норг – норматив на организационное обслуживание, Норг=5%.
(мин).Время на отдых:
, (11)где Нотд – норматив времени на отдых, Нотд=7%.
(мин).Штучное время:
Тшт=То+Твсп.неп+Ттех+Торг+Тотд (12)
Тшт=0,08+0,76+0,008+0,013+0,05=0,91 (мин).
3. ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ СТАНКА
3.1 Обоснование бесцентровой обработки
Обработка коленчатого вала на станке NAGEL проводится в центрах, вал вращается с помощью поводкового патрона. Зажимные рычаги имеют возможность перемещаться в радиальном направлении и, по сути, свободно висят на обрабатываемой детали, нагружая ее своим весом. В связи с тем, что полировальные рычаги имеют малую силу зажима, их габариты малы и масса одного рычага составляет 15 кг. Однако, в модернизированном станке будет применена сила зажима Р=725 кГ, и габариты спроектированных рычагов значительно отличаются от предыдущих. Масса одного рычага составляет 40 кг, всего рычагов – 10 шт. Учитывая, что вал, длина которого составляет 500 мм, изготовлен из чугуна, допустимое напряжение растяжения которого меньше допустимого напряжения на сжатие в 4 раза и меньше предела прочности в 5 раз [5] и составляет 140 МПа, вероятно появление недопустимых деформаций в процессе обработки. Поэтому необходимо рассчитать обрабатываемый вал на прочность. Вал, жестко зажатый в центрах, представляет собой двухопорную балку со статическим нагружением в местах расположения рычагов. Для упрощения расчетов допустим, что десять сосредоточенных сил Р=400 Н на длине 500 мм представляют собой равномерно распределенную нагрузку q:
, (13)где n – количество сосредоточенных сил, n=10 сил.
(Н/мм).Также для упрощения расчета допустим, что вал представляет собой балку равномерного сечения. Расчет будет проводиться для растянутой зоны деформированного вала в опасном сечении, которым считается галтель.
Условие прочности для растянутой зоны:
, (14)где Ми – изгибающий момент в опасном сечении, Н∙мм;
Jx – осевой момент инерции опасного сечения, мм;
y – величина растянутой зоны балки, т.е. ее диаметра, мм, y=23 мм;
[σ] – допустимое напряжение растяжение чугуна, [σ]=140 МПа.
Максимальное значение изгибающего момента:
, (15)где L – длина опасного сечения, мм.
(Н∙мм).Осевой момент инерции:
, (16)где d – диаметр балки, мм, d=46 мм.
(мм).Используя формулу (14), имеем:
(МПа).Так как 261 МПа > 140 МПа, т.е. σ > [σ], то деталь при рассмотренном условии является непрочной.
В связи с этим необходимо предусмотреть такой способ зажима, чтобы вал не испытывал изгибающих нагрузок или испытывал, но в меньшей мере. Таким способом является схема бесцентровой обработки, при которой вал зажимается в неподвижно закрепленных рычагах обкатывания коренных шеек, а рычаги, зажимающие шатунные шейки, выполняют одновременно циклическое вращение, получая его от эталонных коленвалов, приводимых, в свою очередь, во вращение шпинделем станка и обеспечивая обработку. Такая схема широко применяется в машиностроении и реализована с разными конструктивными особенностями в станках 4481, Б-016, Б-033, Б-039 [12].
3.2 Расчет привода вращения
3.2.1 Кинематический расчет
Уравнение кинематического баланса:
, (17)где nэд - частота вращения электродвигателя, об/мин, nэд=1500 об/ мин;
iр.п – передаточное отношение ременной передачи;