Технология точения металлических заготовок
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
УО «Белорусский государственный экономический
университет»
Кафедра технологии важнейших
отраслей промышленности
ИНДИВИДУАЛЬНАЯ РАБОТА
на тему: Технология точения металлических заготовок
Студент
ВШУБ, 3 курс, ВВП-7 О.Н. Карпович
Руководитель
канд. техн. наук М.В. Самойлов
МИНСК, 2012
РЕФЕРАТ
Индивидуальная работа: 25 страниц, 2 таблиц, 6 рисунков.
технологический процесс, МАШИНОСТРОЕНИЕ, РЕЗАНИЕ, ТОЧЕНИЕ, динамика трудозатрат, уровень технологии, технологическая система.
Изучена и описана технология производства детали ”корпус верхний” методом точения (токарной обработки с ЧПУ). Дана характеристика используемого сырья и получаемой продукции.
С целью определения варианта развития технологического процесса проведен анализ затрат живого и прошлого труда. Установлено, что вариант развития технологического процесса - рационалистический, вид развития - трудосберегающий, тип отдачи дополнительных затрат - убывающий.
Для выявления
путей и закономерностей
Показано место технологии обработки металлических деталей методом точения в структуре машиностроительного комплекса.
__________________
(подпись студента)
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………
- ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ПРОИЗВОДСТВА ДЕТАЛИ «КОРПУС ВЕРХНИЙ» И ЕГО ХАРАКТЕРИСТИКА…………………………
……………5
- Характеристика получаемой про
дукции – «корпус верхний»…………… ..5 - Характеристика используемого сырья для производства детали………….5
- Характеристика технологии производства детали………………………….6
- ДИНАМИКА ТРУДОЗАТРАТ ПРИ РАЗВИ
ТИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА……………………………………………… ...10
- УРОВЕНЬ ТЕХНОЛОГИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА ДЕТАЛИ…………………………………………………….14
- СТРУКТУРА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА ДЕТАЛИ………………………………………………………………
…………..17
- АНАЛИЗ ПЕРСПЕКТИВНЫХ НАПРАВЛЕН
ИЙ РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИСЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ТОЧЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЗАГОТОВО К……………………………………………………………..………2 1
ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………...……………………
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………
ВВЕДЕНИЕ
Технология изготовления подавляющего большинства деталей механизмов и машин включает операции механической обработки резанием. Заготовками для многих деталей являются прутки. Кроме того, заготовки получают путем отливки, ковки, штамповки и других процессов. В процессе обработки резанием с заготовки снимается часть металла, переходящая при этом в стружку. В результате обработки резанием обеспечивается форма, размеры и чистота поверхности, заданные чертежом.
Снятие стружки с заготовки
осуществляется различными режущими инструментами.
Закрепление режущих
Одной из основных операций обработки резанием является точение. Точение осуществляется на токарных станках. Характерным признаком его является непрерывность резания.
Методом точения можно выполнять следующие виды работ: обтачивание наружных и растачивание внутренних поверхностей, подрезание торцовой поверхности, фасонное точение фасонным резцом и копировальное точение по копиру.
В последние
годы прогресс в обработке резанием
определяется требованием повышения
её производительности и точности,
что реализуется путём создания
новых технологических
Однако применяя токарные станки для точения невозможно добиться высокой точности и технологичности, поэтому происходит процесс их дальнейшей автоматизации на базе регулируемых электроприводов, оснащения средствами автоматизации и числовым программным управлением.
Главной
задачей машиностроения является создание
и внедрение новых
В настоящее время с задачей повышения эффективности эксплуатации существующего парка оборудования поставлена задача увеличения производства средств автоматизации, станков с ЧПУ, которые постепенно заменяют станки с ручным управлением.
Автоматизация процессов механической
обработки деталей машин
1 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ПРОИЗВОДСТВА ДЕТАЛИ «КОРПУС ВЕРХНИЙ» И ЕГО ХАРАКТЕРИСТИКА
- Характеристика получаемой продукции – «корпус верхний»
Деталь – "Корпус верхний" предназначена, как вспомогательный элемент при сборке деталей в сборочную единицу “Корпус”.
Сборочная единица «Корпус» предназначена, для поддержания расположенных на нем деталей и восприятия действующих на них сил в корпусном механизме.
Корпус верхний имеет форму тела вращения с четырьмя бобышками. К детали предъявлены следующие требования:
- предельные отклонения размеров: отверстий H12, валов h12, остальных ±IT 12/2;
- шероховатость Ra 3.2;
- габаритные размеры: l =11мм; d =40мм; масса детали 0,011кг.
- Характеристика используемого с
ырья для производства детали
Деталь – "корпус верхний" будет изготовлен из конструкционной легированной стали: Сталь 20 ГОСТ 1050-88, которая хорошо обрабатывается всеми видами лезвийного и абразивного инструмента.
Назначение стали: панели, основания, платы, кронштейны, угольники, ребра жесткости, а также детали после цементации и термообработки, работающие на трение, для изготовления деталей, обрабатываемых резанием, сваркой, холодной высадкой и в виде поковок и штамповок.
При выборе заготовки для заданной детали необходимо определить метод ее получения, конфигурацию, размеры. Главным при выборе заготовки является обеспечение заданного качества готовой детали при ее минимальной себестоимости. Технологические процессы получения заготовок определяются технологическими свойствами материала, конструктивными формами, размерами детали.
В качестве заготовки для данной детали целесообразно использовать горячекатаный пруток, полученный прокатом или трубный прокат.
Сравним
эти два метода по различным технико-
Сравнение способа изготовления заготовок по расходу материала.
Получение заготовки методом проката из горячекатаного прутка.
В этом случае заготовка представляет собой горячекатаный пруток ГОСТ 8734-87 с размерами Ø42x12мм.
Определим массу заготовки по формуле:
Mз. = V × ρ (1.1)
где
Mз. – масса заготовки, кг.
V – объем заготовки, см3.
ρ – удельный вес материала заготовки, г/см3.
Для Стали 20 удельный вес составляет: ρ = 7,83г/см3.
Объем заготовки равен объему цилиндра и определяется по формуле:
V = π × R2 × L (1.2)
где
R – Радиус цилиндра, см.
L – высота цилиндра, см.
V = 3.14 × 2.12 × 1.2 = 16.61см3
Масса заготовки:
Mз = 16.61 × 7.83 = 130г = 0.130кг.
Определим коэффициент использования материала:
Ки.м. = Мд / Мз = 0.011 / 0.130 = 0,085 (1.3)
Получение заготовки из трубного проката.
В этом случае заготовка представляет собой трубу (бесшовная горячедеформированная) ГОСТ 8732-78 с размерами Ø42×8.5×12мм.
Определим массу заготовки по формуле:
Mз. = V × ρ (1.4)
где
Mз. – масса заготовки, кг.
V – объем заготовки, см3.
ρ – удельный вес материала заготовки, г/см3.
Для Стали 20 удельный вес составляет: ρ = 7,83г/см3.
Объем заготовки равен объему наружного цилиндра минус объём внутреннего цилиндра и определяется по формуле:
V = (π × R12 × L) – ( π × R22 × L) (1.5)
где
R1 – радиус наружного цилиндра, см.
R2 - радиус внутреннего цилиндра, см.
L - высота цилиндра, см.
V = (3.14 × 2.12 × 1.2) – (3.14 × 1.252 × 1.2) = 10.7см3
Масса заготовки:
Mз = 10.7 × 7.83 = 83.8г = 0.0838кг
Определим коэффициент использования материала:
Ки.м. = Мд / Мз = 0.011 / 0.0838 = 0,13 (1.6)
Из произведенного сравнительного расчета видно, что с точки зрения снижения себестоимости выгоднее заготовка из трубного проката. Однако даже при этом способе большое количества материала уходит в отходы (коэффициент использования материала Ки.м. = 0,13).
1.3 Характеристика технологии производства детали
К современным машинам и приборам предъявляются высокие требования по технико-эксплуатационным характеристикам, точности и надежности работы. Эти показатели обеспечиваются высокой точностью размеров и качеством обработанных поверхностей деталей машин и приборов. Поэтому, несмотря на большие достижения технологии производства высококачественных заготовок, роль обработки резанием и значение металлорежущих станков в машиностроении непрерывно повышаются.
Современные металлорежущие станки — это разнообразные и совершенные рабочие машины, использующие механические, электрические и гидравлические методы осуществления движений и управления рабочим циклом, решающие самые сложные технологические задачи.
Станкостроение развивается
как в количественном, так и
качественном отношении. Непрерывно повышаются
точность, производительность, мощность,
быстроходность и надежность работы
станков. Улучшаются эксплуатационные
характеристики, расширяются технологические
возможности, совершенствуются архитектурные
формы станков. Успешное развитие станкостроения
обеспечивает перевооружение всех отраслей
нашей промышленности высокопроизводительными
и высококачественными
Выбор модели станка, прежде всего, определяется
его возможностью обеспечить точность
размеров и формы, а также качество
поверхности изготовляемой
- Соответствие основных размеров станка габаритам обрабатываемых деталей, устанавливаемых по принятой схеме обработки;
- Соответствие станка по производительности заданному масштабу производства;
- Возможность работы на оптимальных режимах резания;
- Соответствие станка по мощности;
- Возможность механизации и автоматизации выполняемой обработки;
- Наименьшая себестоимость обработки;
- Реальная возможность приобретения станка;
- Необходимость использования имеющихся станков.
Выбор станочного оборудования
является одним из важнейших задач
при разработке технологического процесса
механической обработки заготовки,
от правильного его выбора зависит
производительность изготовления детали,
экономическое использование
Выбор режущего инструмента осуществляется в зависимости от содержания операций, выбранного оборудования и по возможности из стандартного режущего инструмента.
Для выбора технологического оборудования приведем последовательность технологических стадий (операций) производства детали:
- ленточнопильная;
- токарная с ЧПУ;
- слесарная;
- промывочная;
- контрольная;
- транспортная.
Для выполнения заготовительной операции изготовления детали будем применять: ленточнопильный станок Н – 260НВ.
Для выполнения основных операций обработки детали: токарный станок с ЧПУ СТХ 310.
Технические характеристики станка с ЧПУ СТХ 310:
- наибольший диаметр изделия, мм 505
- диаметр патрона, мм 170
- диаметр прохода прутка, мм 51
- поперечное перемещение, мм 213
- горизонтальный ход по оси Y, мм ±40
- продольное перемещение Z, мм 450
- скоростной ход X/Y/Z, мм 24/10/30
- мощность привода, кВт 16
- крутящий момент, Нм 153
- частота
вращения,
25-6000 - инструменты приводом 12
Применение выбранного оборудования всем требованиям по изготовлению детали. Применяемое оборудование позволяет обеспечить коэффициенты точности поверхностей, необходимых параметров шероховатости и допустимые формы предъявляемые к детали. При этом наиболее полно используется технологические возможности оборудования, что позволяет максимально использовать эффективность его применения.
Ниже приведены основные преимущества станков ЧПУ в сравнении с обычными универсальными токарными станками.
- главным очевидным преимуществом от использования токарных станков с ЧПУ является более высокий уровень автоматизации производства. Случаи вмешательства наладчика токарного станка с ЧПУ в процесс изготовления детали сведены к минимуму, достаточно визуального контроля оператора, т.е. значительно снижается человеческий фактор, а следовательно и уменьшается брак продукции. Токарные станки с ЧПУ могут работать практически автономно, день за днем, неделю за неделей, в 1-3 смены, выпуская продукцию с неизменно высоким качеством. При этом главной заботой станочника оператора станков с ЧПУ являются операции: установка и снятие детали, наладка инструмента и т.д. В результате один работник может обслуживать сразу несколько токарных станков с ЧПУ, что не возможно на токарных винторезных станках, а это значительно снижает расходы на персонал, а следовательно снижает себестоимость выпускаемой продукции.
- вторым преимуществом токарных станков с ЧПУ является производственная гибкость. Это значит, что для ЧПУ обработки разных деталей нужно всего лишь заменить программу. А уже проверенная и отработанная программа для станков с ЧПУ может быть использована в любой момент и любое число раз, причем на разных станках.
- третьим очевидным плюсом токарных станков с ЧПУ является высокая точность и повторяемость ЧПУ обработки. По одной и той же программе вы сможете изготовить с требуемым качеством тысячи практически идентичных деталей. Ну и наконец, числовое программное управление ЧПУ позволяет обрабатывать такие детали, которые не возможно изготовить на обычном токарном винторезном станке.
- четвертым преимуществом токарных станков с ЧПУ перед универсальными токарными станками является более продолжительный срок наработки на отказ за счет введения в устройство токарного станка ЧПУ системы централизованной смазки направляющих.
Блок-схема технологического процесса производства детали приведена на рис. 1.1.
Рис. 1.1 Блок-схема технологического процесса производства детали:
1 – резка заготовок; 2 – точение заготовок; 3 – зачистка заусенцев; 4 – промывка в спецрастворе; 5 – проверка размеров согласно КД.
2 ДИНАМИКА ТРУДОЗАТРАТ ПРИ РАЗВИТИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА
Для определения варианта динамики трудозатрат, обусловленного развитием технологического процесса, построим графики динамики затрат живого, прошлого и совокупного труда (рис.2.1).
Затраты живого труда заданы выражением (2.1)
(2.1)
Затраты прошлого труда заданы выражением (2.2)
(2.2)
Совокупные затраты определим по формуле (2.3)
Тс = Тж + Тп (2.3)
Рассчитаем значения Тж, Тп и Тс при t равное от 1 до 10. Плученные знаения занесем в табл. 2.1
Таблица 2.1
t |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
Tж |
0,595 |
0,591 |
0,580 |
0,561 |
0,538 |
0,510 |
0,480 |
0,449 |
0,417 |
0,387 |
0,357 |
Tп |
0,3 |
0,302 |
0,308 |
0,318 |
0,332 |
0,35 |
0,372 |
0,398 |
0,428 |
0,462 |
0,5 |
Tc |
0,895 |
0,893 |
0,888 |
0,879 |
0,870 |
0,860 |
0,852 |
0,847 |
0,845 |
0,848 |
0,857 |
Приведем графическое изображение динамики трудозатрат в координатах Т-t.
Рис. 2. 1 Динамика затрат живого, прошлого и совокупного труда
Анализ построенных графиков показывает, что снижение затрат живого труда происходит с одновременным увеличением затрат прошлого труда. Другими словами живой труд, т.е. труд человека, заменяется на действия машин. Это значит, что имеет место ограниченный вариант развития.
При экономии живого труда за счет роста прошлого вид развития всегда будет трудосберегающим.
Построим график зависимости затрат живого труда от затрат прошлого труда (рис. 2.2). Функция Тж=f(Тп).
Рис. 2.2 Зависимость экономии живого труда от величины прироста прошлого труда.
Определим теперь тип отдачи от дополнительных затрат прошлого труда.
Для этого сначала выразим t через Тп (2.4).
(2.4)
Подставим полученное выражение и получи функцию Тж(Тп) (2.5)
(2.5)
Найдем Т´ж(Тп) и поучим следующее выражение (2.6)
(2.6)
Очевидно, что с ростом Тп значение модуля отношения уменьшается.
Это значит, что тип отдачи от дополнительных затрат прошлого труда – убывающий.
Определим экономический предел накопления прошлого труда. Он наступит в момент времени, когда Tc будет иметь минимальное значение. На графике приведенном на (рис. 2.1) определяем, что экономический предел накопления прошлого труда наступит при t ~ 7,9.
Для более точного определения значения экономического предела найдем минимум функции Тс(t). Для этого производную функции Тс(t) приравняем к нулю.
T´c(t) = T´п(t) + T´ж(t) = 0 (2.7)
Подставив выражения (2.1) и (2.2) получим
= 0 (2.8)
Получаем t = -7,8287; t = 0; t = 7,8287. Так как t > 0, то значение экономического предела
t = 7,8287
Подставим полученное значение в выражение (2.2) получим
Тп = 0,4226.
Анализируя график (рис. 2.1) мы видим, что экономический предел накопления прошлого труда совпадает с абсциссой точки пересечения Тж и Тп.
Для доказательства произведем математические вычисления. Определим координаты точки пересечения графиков функций Тж и Тп. Для этого решим уравнение (2.9):
(2.9)
Получаем следующие значения t = 7,8287; t = -7,8287; t = 19,0076;
t = -19,0076. По условию задания 0<t<10, то решением уравнения буде значение
t = 7,8287.
Этим доказано, что экономический предел накопления прошлого труда совпадает с абсциссой точки пересечения Тж и Тп.
Отдача рационалистического развития технологического процесса во времени падает, в результате чего наступает момент времени, когда дальнейшая замена живого труда прошлым не только не приводит к снижению совокупных затрат труда, а наоборот, повышает их. При этом дальнейшее повышение механизации (замены живого труда прошлым)
Таким образом, до момента времени t = 7,8287 целесообразно рационалистическое развитие, при котором будет происходить снижение Тс.
3 УРОВЕНЬ ТЕХНОЛОГИИ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
Модель рационалистического развития технологического процесса описывается выражением:
, (3.1)
где L – производительность живого труда; B – технологическая вооруженность; У – уровень технологии.
Все параметры в соотношении (3.1) являются функциями затрат живого и прошлого труда. В соответствии с этим выводятся единицы измерения названных параметров.
(3.2)
(3.3)
(3.4)
По условию задания Рассмотрим Тж и Тп для момента времени t=3 года. Подставив в выражения (2.1) и (2.2) получим:
(руб. (затрат живого труда))
(руб. (затрат пошлого труда))
Рассчитаем параметры технологического процесса: производительность живого труда (L), технологическую вооруженность (B), уровень технологии (Y).
Параметр уровня технологии является безразмерным и по его значению можно судить об экономическом качестве технологического процесса. В таблице 3.1 даны значения уровня технологии и рекомендации по поводу улучшения технологии (производства).
Таблица 3.1
Значение показателя, У |
Оценка состояния технологии |
Рекомендуемые мероприятия |
£ 4,1 |
очень низкий |
закрытие предприятия (замена технологии производства) |
> 4,1 до 4,6 |
низкий |
коренная реконструкция (все возможные виды технологического развития) |
> 4,6 до 6 |
повышенный |
частичная реконструкция (эволюционное, рационалистическое развитие технологии) |
> 6 |
высокий |
поддержание режима функционирования предприятия (рационалистическое развитие технологии) |
Сверив полученное выше значение уровня технологии производства со значениями, размещенными в таблице, можно сделать вывод о том, что на данном этапе (t = 3) состояние технологии находится на “повышенном” уровне, из чего можно сделать вывод, что выбранная технология производства довольно эффективна. Можно придерживаться данного пути развития технологии производства еще долгое время до t = 7,8287, а далее необходимо будет применять эволюционный тип.
Уровень технологии является показателем качества технологического процесса и определяет его производительную способность. В то же время уровень данной технологии показывает, на сколько эффективно использование живого и прошлого труда технологическим процессом.
Для того чтобы определить,
целесообразно ли рационалистическое
развитие данной технологии, рассчитаем
относительный уровень
(3.5)
Если значение У* > L - рационалистическое развитие целесообразно, если У* < L - нецелесообразно. Равенство У* = L является границей рационалистического развития.
Подставив в формулу (3.5) значение Тп получим:
Так как полученное значение , значит рационалистическое развитие технологии производства целесообразно.
По данной методике границей рационалистического развития, является равенство Y* = L. Исходя из этого равенства, определим экономический предел накопления прошлого труда:
Как видим, экономический предел накопления прошлого труда отличается (наступит позже) от полученного ранее в главе 2.
Подставив полученное значение п в формулу (2.2), определим границу рационалистического развития по относительному уровню технологии:
откуда
Как видим значения t и t* отличаются. Это говорит, что метод расчета по относительному уровню технологии, является менее точным (приближенным).
4 СТРУКТУРА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА ДЕТАЛИ
Пооперационная
структура технологического
Рис. 4.1 Пооперационная структура технологического процесса производства детали:
- предметные связи;
- временные связи.
В схеме (рис. 4.1) не отражены вспомогательные операции.
Здесь введено понятие «временные связи» с целью отображения факта либо одновременного, либо поочередного во времени выполнения технологических и вспомогательных действий.
Структура операции точения изображена на рис. 4.2.
Рис 4.2 Структура операции “токарная с ЧПУ”:
- предметные связи;
- временные связи.
Структура технологического перехода “точение детали” изображена на рис. 4.3.