Рассчитаем коэффициент запаса :

[14, 23],

где - учитывает наличие случайных неровностей на заготовке;

- учитывает увеличение силы резания в результате затупления режущего инструмента;

- учитывает увеличение силы резания при прерывистой обработке;

- учитывает изменение зажимного усилия (механизированный привод);

- учитывает эргономику ручных зажимных устройств (при удобном зажиме);

- учитывает наличие момента, стремящегося повернуть заготовку на опорах;

- гарантированный коэффициент запаса для всех случаев обработки.

.

Коэффициент трения [14, 24], т.к. заготовка контактирует с опорами и зажимными элементами приспособления необработанными поверхностями.

Определяем главную составляющую силы резания:

Тогда усилие зажима равно:

,

;

.

За расчетное значение принимаем .

Определяем диаметр гидроцилиндра:

,

где - давление в гидросистеме, равное ,

- коэффициент полезного действия ( ).

.

Принимаем по диаметр гидроцилиндра равным , ход поршня . Гидроцилидр двойного действия: толкающая сила , тянущая .

2.4. Проектирование специального режущего и мерительного инструмента

2.4.1. Техническое задание на проектирование металлорежущего инструмента

Для получения поверхности детали под втулку проектируется специальный металлорежущий инструмент – зенковка (цековка) с напаянными твердосплавными пластинами и с направляющим элементом. Отличительной особенностью такой зенковки является то, что она обеспечивает перпендикулярность оси отверстия внутренней поверхности паза, а также обеспечивает одновременное снятие фаски и более высокую шероховатость поверхности.

Альтернативным металлорежущим инструментом может стать фреза торцевая. Но для реализации такого варианта необходимо предусмотреть в заготовке специальные наплывы, которые изменят конструкцию штамповочной пресс-формы, также увеличится масса заготовки, снизится коэффициент использования материала, что в свою очередь, приведет к увеличению стоимости заготовки, а следовательно, и к возрастанию стоимости детали.

2.4.2. Выборка конструктивных параметров инструмента

1. Определяем режим резания по нормативам:

• глубина резания ;

• находим подачу на оборот ;

• скорость главного движения резания ,

где - диаметр режущего инструмента, равный ;

- период стойкости инструмента, равный ;

- глубина резания, ;

- подача на оборот, ;

;

• крутящий момент и осевая сила

,

где ; ; [7, 288],

;

;

,

где ; [7, 290].

,

.

1. Определяем номер хвостовика конуса Морзе:

Осевую составляющую силы резания можно разложить на две силы:

1. - действующую нормально к образующей конуса , где - угол конусности хвостовика.

2. Силу - действующую в радиальном направлении и уравновешивающую реакцию на противоположной точке поверхности конуса.

С
ила создает касательную составляющую силы резания; с учетом коэффициента трения поверхности конуса о стенки втулки :

.

Момент трения между хвостовиком и втулкой:

.

Приравниваем момент трения к максимальному моменту сил сопротивления резанию, т.е. к моменту, создающемуся при работе затупившимся инструментом, который увеличивается до трех раз по сравнению с моментом, принятым для нормальной работы инструмента.

Следовательно,

.

Средний диаметр конуса хвостовика:

,

или

,

где - момент сопротивления сил резанию,

- осевая составляющая силы резания,

- коэффициент трения стали по стали,

- для большинства конусов Морзе равен приблизительно , ;

- отклонение угла конуса;

.

По выбираем ближний ближайший больший конус, т.е. конус Морзе №3, со следующими основными конструктивными параметрами: ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; .

1. Конструктивные элементы зенковки принимаем по : длина рабочей части ; длина оправки ; общая длина инструмента ; длина инструмента без направляющего элемента .

2. Твердый сплав пластины для обработки титанового сплава принимаем , форму по или форму по . В качестве припоя принимаем латунь . Корпус зенковки из по .

3. Технические требования для зенковки, оснащенной пластинами из твердого сплава, принимаем по .

2.4.3. Расчет металлорежущего инструмента на прочность и жесткость

Расчет инструмента на прочность и жесткость производится путем сравнения трех параметров: , , .

Максимальная нагрузка допускаемая, прочностью инструмента при известных размерах корпуса цековки:

• для круглого сечения

,

где - предел прочности при изгибе для конструкционной стали равен ;

- расстояние от вершины инструмента до рассматриваемого опасного сечения, .

.

Максимальная нагрузка, допускаемая жесткостью инструмента, определяется с учетом допустимой стрелы прогиба:

,

где - допускаемая стрела прогиба равная ;

- модуль упругости;

- момент инерции сечения корпуса (для круглого сечения ).

,

.

Таким образом, выполняется основное условие обеспечения прочности и жесткости металлорежущего инструмента, а именно:

.

2.4.4. Проектирование мерительного инструмента

Исходными данными для проектирования специального мерительного инструмента являются:

• размер паза детали, равный ;

• поле допуска на размер .

По находим предельные отклонения изделия ; . Наибольший и наименьший предельные размеры:

; .

По табл. 2 для квалитета 9 и интервалов размера находим данные для расчета размеров калибров, : ; ; .

Наибольший размер проходного нового калибра:

,

где - допуск на изготовление калибра, ;

- отклонение середины поля допуска, .

Размер калибра , проставляемый на чертеже . Исполнительные размеры: наибольший , наименьший .

Наименьший размер проходного калибра:

,

где - выход за границу поля допуска при износе проходного калибра.

Если калибр имеет указанный размер, то его нужно изъять из эксплуатации.

Наибольший размер непроходного нового калибра:

.

Размер калибра , проставляемый на чертеже .

Исполнительные размеры: наибольший , наименьший .

Расчет произведен по методике изложенной в [7, 208].

3. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

3.1. Технико-экономическое обоснование выбора конструкции приспособления на операцию фрезерования паза детали

1. Стоимость приспособления: ,

где - стоимость одной условной детали приспособления;

- коэффициент сложности приспособления [ ];

- количество деталей в приспособлении.

;

.

1. Расходы на эксплуатацию приспособления

,

где - коэффициент затрат на проектирование оснастки ( );

- срок службы приспособления (2 года);

- коэффициент, учитывающий расходы на ремонт и эксплуатацию ( ).

,

или

,

где - годовая программа выпуска, ;

- срок эксплуатации приспособления (2 года);

- процент расходов на ремонт и эксплуатацию приспособления.

.

1. Экономия от внедрения приспособления:

,

где - стоимость одной минуты работы станка, ;

,

где ; ; [ ];

.

Т.к. экономия от внедрения приспособления перекрывает расходы, то данное приспособление экономически выгодно и его можно применить на производстве.

Методика расчета проведена по [9, 18].

3.2. Технико-экономическое обоснование приспособления на операцию фрезерования контура детали

Стоимость приспособления:

, где

- стоимость одной условной детали приспособления;

- коэффициент сложности приспособления [6, 225];

- количество деталей в приспособлении.

.

.

Расходы на эксплуатацию приспособления:

, где

– годовая программа выпуска, ;

– срок эксплуатации приспособления ( );

– процент расходов на ремонт и обслуживание приспособлений (20%-30%).

.

Экономия от внедрения приспособления:

, где

- стоимость одной минуты работы станка, руб., мин.

, где

[9, 223]

.

Вывод: так как условие ( ), то данное приспособление экономически выгодно и его можно применить на производстве (методика расчета произведена по [9, 18]).

3.3. Технико-экономическое обоснование выбора конструкции приспособления на операцию сверления

Целесообразность применение приспособления должна быть экономически оправдана. Расчеты экономической эффективности основываются на сопоставлении затрат и экономии. Применение приспособления считается экономически выгодным, если годовая экономия больше, чем годовые затраты, связанные с ним.

Определим ожидаемую экономию:

где - штучно-калькуляционное время при первом и втором варианте

использования конструкции приспособления.

- себестоимость одной станко-минуты:

[14,222]

где - переменные затраты, пропорциональные изменению времени обработки[14,223] .

- переменно - постоянные затраты (входят затраты на амортизацию и эксплуатации станка)[14,223].

- прочие постоянные цеховые расходы, которые при данном объеме выпуска валовой продукции остаются постоянными независимо от изменения времени обработки [14,223].