Установка для закалки лапы чизельного культиватора (конструкторский раздел дипломного проекта)

6.КОНСТРУКТОРСКАЯ РАЗРАБОТКА


6.1.1. Описание существующих устройств


С целью резкого сокращения длительности цикла упрочнения была опробована промежуточная закалка поверхности изделия водой при помощи спрейера с последующим самоотпуском. Спрейерное охлаждение обеспечивает высокую и равномерною твердость поверхности, обладает высокой производительностью, но часто приводит к образованию закалочных трещин на концентраторах напряжений.
В результате кратковременного охлаждения в спрейере происходит промежуточная закалка на определенную глубину охлаждаемой поверхности. Глубинные слои прогретого насквозь изделия при этом сохраняют высокую температуру. В результате последующей выдержки происходил разогрев и самоотпуск закаленного поверхностного слоя на требуемую твердость. После самоотпуска слоя промежуточной закалки производили нагрев под поверхностную закалку. По предложенному способу проводили химико-термическую обработку пальцев задней рессоры автомобиля МАЗ из стали 45 с использованием индукционного нагрева.

Рис. 6.1. Схема устройства для термомеханической обработке пальцев рессоры и реактивной штанги после пцгронеметации при индукционном нагреве:I-обрабатываемая деталь, 2 -приводные опорные рамки, 3-нагружающий ролик, 4-пневмоцилшшр, 5-снрейер, 6-регулируемый упор.
Схема устройства для такой обработки показана на рис. 6.1. Обрабатываемую деталь 1 после насыщения при температуре 1050°С помещают между опорными приводными роликами 2 и нагружающим роликом 3, после чего при непрерывном вращении создают радиальную нагрузку па поверхность обрабатываемой детали при помощи пневмоцилнндра 4. При снижении температуры до 800 - 820 °С на поверхность детали, не прекращая обкатку, подают закалочную воду через спрсйерное устройство 5, расположенное между обкатывающими роликами. Количество подаваемой воды дозируют для осуществления самоотпуска. Смещение нагружающего ролика жестко ограничено регулируемыми упорами 6 для обеспечения заданного окончательного диаметра детали. В процессе такой обработки деталь предохраняется от коробления, происходит выглаживание поверхности и дополнительное упрочнение за счет пластической деформации поверхностного слоя[ ].
При закалке деталей сложной формы может быть несколько участков, закаливаемых поочередно одновременным способом. В этом случае говорят о последовательной закалке. В качестве примера такого приема закалки можно привести закалку шестерен по впадине или по зубу, коленчатых валов, у которых поочередно закаливаются все шейки, и др. При закалке шеек коленчатых валов и подобных деталей цилиндрический индуктор делается разъемным.

Рис. 6.2. Схема закалки Рис. 6.3. Схема профиля индуктирующего
с одновременным нагревом провода для одновременного
нагрева при зональной закалке

Непрерывно последовательный способ нагрева легко позволяет осуществить процесс ускоренного сквозного или глубинного нагрева, который может быть условно назван процес сом с постоянной температурой поверхности. Мощность, выде-

Вода Индуктор

Рис. 6.4. Схема закалки непрерывно-последовательным способом: а-без
дополнительного душа; Б-с дополнительным душем
ляемая в начале и конце процесса, регулируется числом витков на единице длины индуктора. В некоторых случаях одновременный способ нагрева сочетают с непрерывно-последовательным. Такое сочетание удобно, напри-мер, при поверхностной закалке длинных валков, имеющих е одной стороны уступ или фланец с галтелью, который тоже должен быть закален. Индуктор конструируется с учетом возможности нагрева галтели одновременным способом и цилиндрической части непрерывно-последовательным способом. Индуктор устанавливается вблизи галтели. Нагрев галтели и фланца осуществляется при неподвижном индукторе, одновременно нагревается и та часть вала, которая охвачена индуктором. После доотижения заданной температуры из отверстий индуктора на нагретую поверхноеть подается закалочная вода. Одновременно индуктор приводится в движение и производится последовательная закалка цилиндрической части вала. Часть цилиндрической поверхности, находящаяся внутри индуктора в период нагрева галтели, легко перегревается, так как время нагрева этого учаетка всегда больше времени нагрева элемента поверхности при закалке остальной части вала ^непрерывно-последовательным способом. В результате вблизи поверхности в закаленном слое возможно получение структур перегрева с пониженными механическими свойствами. Получение равномерною закаленного слоя без жесткого перегрева возможно лишь за счет регулирования электрического режима в процессе закалки.
Закалку лапы культиватора непрерывным способом из сложной формы осуществить не удалось, и в дипломном проекте был спроектирован штамп для раздельного спрейрного охлаждения. После индукционного нагрева лапу культиватора укладывают в штамп. Он позволяет предотвратить коробление лапы при охлаждении и получить необходимую структуру металла. Конструкция штампа представлена в графической части проекта, описание конструкции изложено в следующем пункте.
6.1.2. Описание конструкции

Рис.6.5.штамп для спрейрного охлаждения лапы
При закалке во избежание коробления закаленного слоя деталь должна фиксироваться относительно спрейера достаточно точно. Базой при установке детали в закалочное устройство может быть нижний спрейер2. Следовательно, его размер должен быть точным и это надо предусмотреть при построении технологического процесса механической обработки. Верхний спрейер3 также выполнен отдельно и закреплен на направляющих 1,2. Прижимное усилие создаёт гидроцилиндр 6. Вода подводится к спрейерам через штуцер 11,12.
На части спрейеров 2,3 прилегающих к лапе выполнены отверстия диаметром2 мм. По опыту работы на МАЗе для спрейера оптимальными параметрами являются: отверстия 01,8-2,0 мм. просверленные с шагом 4 мм. для одного ряда отверстий и 6 мм -для многорядных спрейеров, при расстоянии между рядами 3 мм и сверлении отверстий в шахматном порядке. При этом для индукционных витков с толщиной стенки более Змм спейерные отверстия делаются ступенчатыми: сначала сверлом 0 2,8-3,3 мм сверлится большая часть толщины витка, а оставшаяся толщина (около 1 мм) - сверлом 01,8-2,0 мм. Такая технологическая последовательность объясняется несколькими причинами: -вязкостью и пластичностью меди при сверлении, в результате которой сверление глубоких отверстий малого диаметра приводит к поломке сверла; ступенчатая форма отверстий обеспечивает снижение сопротивления потоку охлаждающей воды; спрейер со ступенчатой формой отверстий более удобен при чистке и травлении от загрязнений, накапливающихся в результате длительной эксплуатации[ ].
Вода на нагретую поверхность должна подаваться равномерно, под большим давлением через расширяющиеся к выходу патрубки- штуцеры. Площадь сечения водяной камеры индуктора (внутреннее сечение индуктирующего провода) должна быть не менее суммарной площади всех спрейерных отверстий.
6.2.Расчет на прочность


Нагрузке в 16кН подвержен сварной шов между плитами основания. Произведем его расчет:
Ţf1=F1/2*0.7*k*l (6.1)
Где F1-сила действующая на шов, Н;
к-катет шва, мм;
l-длина шва, мм.
Ţf1=16*103/2*0,7*10*40=28,57Мпа.
Ţм1=М/Wz,
где М-изгибающий момент, Н*м;
Wz-момент сопротивления, м2.
Wz=2*0,7*к*l/6. (6.2)
М=F*h, (6.3)
где h-плечё прикладываемого усилия, мм.


М=16*103*396=6336кН*мм.
Ţм1=6336*103/(2*0,7*10*3962)/6=17,32Мпа.
Ţ=(Ţм1*Ţf1)1/2; (6.4)
Ţ=(28,572+17,322)1/2=33,41Мпа;
При сварке электродами Э42 Ţср=0,65*[Ĝ]=0.65*240=169Мпа [ ].
Условие Ţ< Ţ выполняется.

Расчёт гидроцилиндра:
S=F/P, (6.5)
где S-площадь поперечного сечения гидроцилиндра, м2;
F-необходимое усилие, Н;
P-давление жидкости, Па.
S=15*103/107=15*10-4м-3.
d=(4*S/π)1/2, (6.6)
где d-диаметр гидроцилиндра, м.
d=(4*15*10-4/3,14)1/2=0,04м.
Принимаем гидроцилиндр ГЦ-32.100.16.00 D=32мм; d=16мм; l=60...220мм;
F=16кН; vн=0,12м/с; vmax=0/3м/с; m=3,1кг; Pmax=20Мпа.

Расчет пальца на срез:
Ĝсм=F/d*δср; (6.7)
где δср-толщина стенок, мм;
d- диаметр пальца, мм.

δср=(6+11)/2=8,5мм.
Ĝсм=16*10-3/12*8,5=156,9Мпа<[Ĝсм].
Материал сталь Ст.3. [Ĝсм]=240Мпа [ ].


6.3.Особенности экономического обоснования целесообразности изготовления оборудования


Методика экономического обоснования целесообразности изготовления оборудования включает ряд элементов:


6.3.1Расчет затрат на изготовление оборудования


З = М + Спрн + Соп, (6.8)
где З - затраты на изготовление оборудования, тыс.руб.;
 М-стоимость материала, тыс.руб.;
 Спрн - расходы на оплату труда, тыс.руб.;
Соп- общепроизводственные расходы, тыс.руб.
Стоимость материала, используемого для изготовления оборудования рассчитывается по формуле:
М = См * Мз, (6.9)
где См - стоимость одного килограмма металла, тыс.руб.;
 Мз - масса заготовки,кг.
Мз = Мд / Ки, (6.10)
где  Мд - масса детали, кг;
 Ки - коэффициент использования материала, Ки=0,8-0,9.
Масса закалочного штампа составляет 17кг.Тогда масса заготовки:
Мз = 17/ 0.9=19кг.
Цена материалла составляет 0.7тыс.руб/кг.
М =0,700*19=13,3тыс.руб.

6.3.2. Заработная плата производственных рабочих


Заработная плата производственных рабочих(слесарь 3-го разряда и сварщик 2-го):

Спр = Сср.ч * Т *Кув, (6.11)
где Сср.ч–средняя часовая тарифная ставка, тыс.руб /ч;
 Т – трудоемкость производственной программы (14ч);
 Кув – коэффициент, учитывающий доплаты стимулирующего характера, Кув=1,5-2,0.
Средняя часовая тарифная ставка определяется по формуле
Сср.ч = Σ (Счi * ni) / Σni, (6.12)
где Счi - часовая тарифная ставка i – го разряда, тыс.руб.;
 Ni – количество производственных рабочих i- го разряда, чел.
Трудоемкость изготовления штампа составляет 14ч.
Сср.ч =(0,319*1)+(0,286*1) / 2=0,303 тыс.руб.
Спр = 0,303* 14 *1,5=6,36тыс. руб.
Дополнительная заработная плата производственных рабочих:

Сдоп = Ндоп * Спр / 100, (6.13)
где Ндоп – норматив отчислений на дополнительную заработную плату производственных рабочих (в % от основной заработной платы).
Сдоп = 10*6,36/ 100=0,64тыс. руб.

Отчисления на социальное страхование:
Ссоц = (Спр + Сдоп) * Qсоц / 100, (6.14)
где  Qсоц – ставка отчислений на социальное страхование, %.
Ссоц = (6,36+0,64)*35 / 100=2,45 тыс. руб

Единый платеж чрезвычайного налога и обязательных отчислений в государственный фонд содействия занятости:
Счз = Qчз * (Спр + Сдоп), (6.15)
где Qчз- ставка единого платежа чрезвычайного налога и отчислений в государ-
ственный фонд содействия занятости, %.
Счз = 0,05*(6,36+0,64)=0,35 тыс. руб
Спрн = Спр + Сдоп + Ссоц + Счз. (6.16)
Спрн =6,36+0,64+2,45 +0,35=9,8 тыс. руб

Величину общепроизводственных расходов принимаем в % от основной заработной платы производственных рабочих, занятых изготовлением (модернизацией) оборудования, Rоп = 100-200 %

Соп = Rоп * Спр / 100 (6.17)
Соп = 140 *6,36 / 100=8,9тыс.руб.
З =13,3+ 9,8 +8,9=32тыс.руб.