Анализ базового варианта технологического процесса

Введение

 

Дата рождения Минского автомобильного завода – 9 августа 1944 года. В этот день было принято постановление Государственного Комитета обороны о строительстве  в Минске автосборочного завода. Спустя три месяца первые 50 автомобилей, собранные  из поступивших на завод узлов и деталей, ушли на фронт.

Через три года на автомобильном  заводе были собраны первые пять автосамосвалов, большинство узлов для которых изготовили собственные цеха. Начатая в Ярославле конструкция машин доводилась в Минске. За создание и постановку на производство нового грузового автомобиля специалисты Минского и Ярославского автомобильных заводов были отмечены Государственной премией.

В конце 1948 г. было завершено строительство первой, а в 1950 г. – второй очереди завода. Вслед за самосвалом МАЗ-205  на производство ставились новые модели—автомобили МАЗ-200 с бортовой платформой и тягачи на их базе, лесовозы, автомобили повышенной проходимости. Были созданы машины, которых не знало раньше ни отечественное, ни мировое автомобилестроение. В 1850 г. на заводе был построен самосвал грузоподъемностью  25т. –  МАЗ –525, а в 1950г. – сорокотонник - самосвал МАЗ –530, за который в октябре 1950г. завод был удостоен высокой международной награды - гран-при Всемирной промышленной выставки в Брюсселе.

В мае 1959г. был изготовлен 100-тысячный МАЗ, а 200-тысячный сошел с конвейера в 1964г.

16 марта 1965г. на главном конвейере  был собран первый автомобиль  семейства МАЗ—500, а 31 декабря  – последний автомобиль первого  семейства МАЗов автосамосвал МАЗ—205 (выпуск его осуществлялся в течение 18 лет).

Второе, как и первое семейство  МАЗов, было отмечено Государственной  премией. А в сентябре 1970г. началось серийное производство новых модернизированных  автомобилей МАЗ—500А. В январе 1976г. заводчане собрали на конвейере первый самосвал МАЗ—5549 из нового семейства автомобилей МАЗ—5335, а месяц спустя—первый бортовой автомобиль этого семейства. Через 5 лет, 15 мая 1981г., на главном конвейере был собран первый седельный тягач МАЗ—5432 нового перспективного семейства автомобилей МАЗ—6422. С каждым годом в общем, объеме производства наращивается выпуск этих машин.

Растут и темпы производства автомобилей. 8мая 1975г. из ворот предприятия  выехал полумиллионный МАЗ. А 14 апреля 1989г. на главном конвейере был  собран миллионный автомобиль.

На предприятии, ставшем с января 1992г. собственностью РБ, продолжается выпуск надежной автомобильной техники марки МАЗ.

Сегодня торговый знак МАЗ известен в мире. Сам МАЗ, ставший одним  из крупнейших промышленных предприятий РБ, уже давно признан в числе ведущих в Европе производителей большегрузной дизельной автомобильной техники.

МАЗ сегодня—это большое количество моделей и модификаций автомобилей, прицепов и полуприцепов, сходящих с его конвейера. Специализирующийся на выпуске различного типа автомобилей и автопоездов грузоподъемностью от 8 до 35 тонн, предназначенных, прежде всего, для междугородних и международных перевозок грузов, автозавод в Минске наряду с бортовыми машинами и автопоездами производит самосвалы, лесовозы, автомобильные шасси, идущие на комплектацию.

Но МАЗ – это не только МАЗы. Труд его более чем 30-тысячного  коллектива—и в прицепах «Зубренок», и в прицепах-дачах на колесах. Он – и в мощных машинах выпускаемых  БелАЗом и МЗКТ. МАЗ — головное предприятие производственного объединения «БелавтоМАЗ». МАЗ—это и малые предприятия, созданные при его участии, позволяющие  оперативно откликаться на требования рынка и одновременно апробировать рыночные условия работы

Преимущества, выдвигающие машины МАЗа в первые ряды современных моделей  автомобилей в своем классе определяются не только целым рядом их несомненных  конструкционных достоинств, но и  высоким уровнем технологии изготовления и контроля на всех этапах производства. Выпуск автомобилей, соответствующих мировому уровню, обеспечивается применением в производстве самых передовых технологических процессов, отвечающих современным достижениям науки и техники. Сегодня МАЗ располагает всеми видами производств от заготовительного до сборочного, мощными конструкторскими, технологическими и коммерческими службами, собственной научно—технической базой, позволяющими оперативно воплощать в жизнь инженерные замыслы, обеспечивать в сжатые сроки постановку на производство новой автомобильной техники, высокую эффективность деятельности предприятия.

Пять литейных цехов, оснащенных прогрессивным  технологическим оборудованием, позволяют  получать все виды литья, в том  числе легированного. В значительной мере для удовлетворения нужд головного завода  в алюминиевом литье работает цех алюминиевого литья Осиповичского завода автомобильных агрегатов.

Потребность завода  в качественных поковках обеспечивается не только кузнечным  цехом предприятия, но и заводом  тяжелых кузнечных штамповок, входящем в состав объединения. В производстве широко используются процессы высадки, горячего и холодного выдавливания деталей на механических прессах и холодновысадочных автоматах, позволяющие при минимальных затратах обеспечивать изготовление точных штамповок, максимально приближенных по форме к готовой детали.

Прессово-сварочное производство оснащено всей гаммой необходимых прессов  усилием от 6,3 тысячи тонны для  изготовления лонжеронов рамы до мелких и средних многооперационных  пресс-автоматов усилием 100…200 тонн, на которых штампуются детали сложной конфигурации. В сварочном производстве все более широкое применение  находят робототехнические комплексы. Показателен в этом отношении цех сварки кабин, созданный как комплексное производство, в основу которого положены роботизированные сборочно-сварочные линии, объединенные в единый технологический поток системой конвейеров и транспортных манипуляторов.

Механическая обработка основных деталей автомобиля ведется на специальном  автоматическом и полуавтоматическом оборудовании, автоматических линиях и станках с ЧПУ. Производство в достаточной степени насыщено финишным оборудованием и средствами автоматизированного контроля.

В термическом производстве широкое  развитие получила химико-термическая  обработка деталей с законченным  циклом в атмосфере с регулированием углеродистого потенциала, процессы скоростной нитроцементации и закалки с нагревом ТВЧ, лазерное термоупрочнение, а также процессы гальванической защиты и декоративного покрытия деталей.

Повышение защитных свойств деталей  и узлов от коррозии обеспечивается за счет широкого использования современных  методов окраски. Окраска производится в  струйно-окуночном агрегате, грунтование - методом анодного электроосаждения водоразбавляемой грунтовкой, окраска - методом автоматического пневмораспыления.

Сборка узлов производится на автоматизированных линиях, подвесных и напольных конвейерах с применением механизированного инструмента и динамометрических ключей для контроля за затяжкой резьбовых соединений.

Наличие собственной базы по производству оборудования, средств механизации, высококачественного инструмента  и технологической оснастки позволяет  заводу оперативно производить смену  моделей и модификаций выпускаемой  автомобильной техники.Одним из новшеств на МАЗе является комплект оборудования и оснастки для термообработки IPSEN. Он применяется для термообработки в регулируемой атмосфере защитного газа.

 

1 Объект производства

 

Деталь “Ступица 54321-3104015-20” поставляется на сборку для автомобилей МАЗ – 54321 и МАЗ – 5336.

 

 

     Рис. 1.1 – МАЗ - 54321                                         Рис. 1.2 – МАЗ - 5336

 

Технические характеристики данных автомобилей  представлены в таблице №1.1

 

Таблица №1.1 – технические характеристики

Автомобиль Параметры	МАЗ - 54321	МАЗ - 5336
Назначение	Седельный тягач для перевозки различных грузов в составе автопоезда.	Бортовые  автомобили, соответствующие требованиям TIR для перевозки грузов в системе транзитных перевозок МДП, в составе автопоездов.
Колёсная формула	4х2
Грузоподъёмность, кг номинальная/допустимая	8800/10300	7700/9200
Полная  масса автомобиля, кг номинальная/допустимая	16500/18000
Масса снаряженного автомобиля, кг	7500	8700
Полная  масса автопоезда, кг.	40000
Двигатель	ЯМЗ-238ДЕ2, Евро - 2
Мощность, кВт(л.с)/частота вращения, мин-1	243(330)/2100
Крутящий  момент, Н∙м (кгс∙м)/частота вращения мин-1	1225(125)/1200-1400
Коробка передач	ЯМЗ – 238М
Число передач	8
Ведущие мосты	Двухступенчатые с планетарной колёсной передачей
Подвеска:
-передняя	Параболические малолистовые рессоры  с амортизаторами и стабилизатором поперечной устойчивости	Многолистовые рессоры с амортизаторами

Продолжение таблицы №1.1

-задняя	Многолистовые рессоры со стабилизатором поперечн. устойчивости
Кабина	Длинная с двумя спальными местами	Большая с двумя спальными местами
Рулевое управление	Рулевой механизм со встроенным распределителем  и вынесенным цилиндром
Тормозная система	Пневматическая, двухпроводная с  раздельным приводом осей, тормозные  механизмы барабанного типа. Включает стояночную, запасную и вспомогательную  системы, устанавливается АБС
Шины, размер	11.00.R20
Ёмкость топливного бака, л.	500
База, мм.	3550	4990
Максимальная  скорость, км/ч.	100

 

 

 

2 Назначение и конструкция детали. Условие работы детали в узле

 

Ступица 54321-3104010-20 заднего колеса автомобиля МАЗ-5336 является несущим элементом задней оси. Данная деталь служит для крепления тормозного барабана и колеса автомобиля, и крепится к поворотному кулаку посредством двух роликовых радиально-упорных подшипников и регулировочной гайки. Условия работы ступицы – вращение вместе с колесом автомобиля при его движении. При эксплуатации автомобиля, ступица подвержена сложным радиальным и осевым нагрузкам. При торможении автомобиля,  в месте крепления тормозного барабана и ступицы возникают контактные напряжения .

Данная деталь должна обеспечивать надёжность работы в условиях повышенной запылённости, а также в условиях повышенных и пониженных температур.

 

 

Рисунок 2.1 – Ступица заднего колеса.

 

Данная деталь эксплуатируется  в условиях высоких знакопеременных нагрузок, повышенных вибрациях, ударов и т.п. явлений связанных с передвижением автомобиля, как по автомагистралям, так и в условиях бездорожья.

В качестве материала для изготовления ступицы применяется высокопрочный  чугун марки ВЧ-45. Выбор данного материала обоснован тем, что чугун лучше работает на сжатие и менее подвержен воздействию деформации, чем другие материалы.

 

 

Таблица № 2.1 – Механические свойства чугуна ВЧ45 ГОСТ 7293-85

σв, МПа	σт, МПа	δ, %	Ψ, %	αн, кДж/м2	НВ
450	330	5	-	300	220

 

 

 

Таблица № 2.2 – Химический состав чугуна ВЧ45 ГОСТ 7293-85, в процентах

С	Si	Mn	Cu	Cr	Ni	S	P
2,5-3,1	0,08	0,08	-	-	-	≥0,08	≥0,5

 

 

 

3 Метод упрочняющей технологии  детали, применяемый на заводе

3.1 Закалка

  Это процесс термической обработки,  при которой сталь нагревают  до оптимальной температуры, выдерживают  при этой температуре и затем  быстро охлаждают с целью получения  неравновесной структуры. В результате  закалки повышается прочность  и твердость и понижается пластичность  конструкционных и инструментальных  сталей и сплавов. Качество  закалки зависит от температуры  и скорости нагрева, времени  выдержки и охлаждения. Основными  параметрами закалки являются  температура нагрева и скорость  охлаждения.

Температуру нагрева для закалки определяют по положению критических точек  Ac1 и Ас3. Доэвтектоидные углеродистые стали при закалке нагревают на 30-50°С выше верхней критической точки Ас3, а заэвтектоидные - на 30-50°С выше точки Ас1 (рис. 3.1).

Рисунок 3.1 Интервалы температур нагрева стали при закалке

 

Скорость  нагрева и время выдержки зависят  от химического состава стали, размеров, массы и конфигурации закаливаемых деталей, типа нагревательных печей  и нагревательной среды. Чем больше размеры и сложнее конфигурация закаливаемых деталей, тем медленнее  происходит нагрев. Детали из высокоуглеродистых и легированных сталей, имеющих пониженную теплопроводность, нагревают медленно и с более длительной выдержкой  при нагреве по сравнению с  деталями из низкоуглеродистых сталей. Это делается для того, чтобы уменьшить  деформацию деталей при нагреве.

Скорость  нагрева и продолжительность  выдержки определяют экспериментально или по технологическим картам, в  которых указывают температуру, время нагрева для каждого  вида деталей или инструмента. Ориентировочно время нагрева в электрических  печах принимают 1,5-2 мин на 1 мм сечения  изделия.

Оборудованием для нагрева стали служат нагревательные термические печи и печи-ванны, которые  подразделяют на электрические и  топливные, обогреваемые за счет сгорания топлива (газа, мазута, угля и др.).

3.2 Отпуск

Это процесс термической обработки, состоящий в нагреве закаленной стали до температуры ниже критической  точки Ас1), выдержке при этой температуре  и последующем охлаждении (обычно на воздухе). Цель отпуска - получение более устойчивого структурного состояния, устранение или уменьшение напряжений, повышение вязкости и пластичности, а также понижение твердости и уменьшение хрупкости закаленной стали (рис. 43). Правильное выполнение отпуска в значительной степени определяет качество закаленной детали. Температура отпуска варьируется в широких пределах - от 150 до 700°С в зависимости от его цели. Различают низкий, средний и высокий отпуск.

Низкий  отпуск характеризуется нагревом в  интервале 150-250°С, выдержкой при  этой температуре и последующим  охлаждением на воздухе. Он выполняется  с целью получения структуры  мартенсита отпуска и для частичного снятия внутренних напряжений в закаленной стали с целью повышения вязкости без заметного снижения твердости. Низкий отпуск применяют для инструментальных сталей, после цементации и т. д.

Средний отпуск производится при температурах 300-500°С для получения структуры  троостита отпуска. Твердость сталей заметно понижается, вязкость увеличивается. Этот отпуск применяют для пружин, рессор, а также инструмента, который  должен иметь значительную прочность  и упругость при достаточной  вязкости.

Рисунок 3.2 Влияние температуры отпуска на механичесуие свойства стали 40

 

Высокий отпуск выполняется при температурах 500-650°С. В процессе высокого отпуска  мартенсит распадается с образованием структуры сорбита отпуска. Эта  структура обеспечивает лучшее сочетание  прочности и пластичности стали. В сорбите отпуска цементит приобретает  зернистую форму в отличие  от сорбита, полученного после нормализации, в котором цементит имеет пластинчатое строение. Благодаря этому существенно  повышается ударная вязкость при  одинаковой или даже более высокой  твердости, по сравнению с нормализованной  сталью. Применяется этот вид отпуска  для деталей из конструкционных  сталей, работающих при ударных нагрузках.

Закалку стали с последующим высоким  отпуском называют улучшением. Конструкционные  стали 35, 45, 40Х в результате улучшения  получают более высокие механические свойства.

Отпуск  закаленных деталей проводят непосредственно  после закалки, так как возникшие  в них внутренние напряжения могут  вызвать образование трещин.

 

 

4 Анализ технологичности  конструкции детали

 

Технологический анализ конструкции обеспечивает  улучшение технико-экономи-ческих показателей  разрабатываемого технологического процесса. Основные задачи, решаемые при анализе технологичности конструкции обрабатываемой детали, сводятся к возможному уменьшению трудоемкости и металлоемкости, возможности обработки детали высокопроизводительными методами. Таким образом, улучшение технологичности конструкции позволяет снизить себестоимость ее изготовления без ущерба для служебного назначения.

Проведём  в начале качественную оценку технологичности  конструкции детали           '' Ступица 54321-3104015-20'' .   

Деталь  – '' Ступица 54321-3104015-20'' изготавливается  из высокопрочного чугуна ВЧ45 ГОСТ 7293-85.

Заготовкой  для данной детали  служит отливка, полученная методом литья в земляные песчано-глинистые формы.

С точки  зрения технологичности ступица имеет следующие недостатки:

-наличие  рёбер жёсткости, что усложняет  изготовление полуформ;

-заготовка  тяжелая (m=39,4 кг.), что вызывает  трудности связанные с установкой  её в приспособление, и требует  дополнительных средств механизации  для транспортировки  между  операциями;

-ступица  имеет  множество точных по  исполнению, а также взаимному  расположению размеров и поверхностей, что снижает технологичность изделия;

-требования  по круглости 0,009 мм. и по профилю продольного сечения 0,009 мм.– это очень жесткие требования по точности, которые требуют многократной обработки на точном оборудовании;

-наличие  глухих отверстий с резьбой  М8×1-6Н на торцах ступицы.

В остальном деталь достаточна технологична, допускает применение высокопроизводительных режимов обработки, стандартного режущего и мерительного инструмента, имеет хорошие базовые поверхности для первоначальных операций, обладает достаточной жесткостью для обеспечения высокой точности обработки.

 

Количественная оценка

 

Ведем анализ по качественным и количественным показателям  оценки технологичности в соответствии с ГОСТ 1402-73:

1. Коэффициент унификации конструктивных элементов

где  Q_уэ – число унифицированных конструктивных элементов детали;

Q_э- - общее число элементов детали

Всего деталь содержит    конструктивных элементов: проточек − 2, цилиндрических поверхностей − 14, галтелей − 13, фасок − 29, отверстий – 10, резьб − 14, конических поверхностей − 2, (всего элементов − 84 из них 80 унифицированных) 

2. Коэффициент применяемости стандартизованных  обрабатываемых поверхностей

 

где Dмо=73 - число  поверхностей подвергаемых механической обработке,

Dос=37 - число  поверхностей обрабатываемых стандартным  инструментом

3. Коэффициент обработки поверхностей

 

где Dэ − общее число поверхностей, Dэ =84,

      Dмо − число поверхностей подвергаемых механической обработке, Dмо =73

4. Коэффициент использования материала

где  Q = 39,4 кг - масса заготовки,

        q = 27 кг - масса детали

5. Масса детали 27 кг.
6. Максимальное значение параметра шероховатости обрабатываемых поверхностей Ra = 1,6 мкм;
7. Максимальное значение квалитета обработки IT7.

 

Из полученных результатов  видно, что значения коэффициентов  использования материала и применяемости  стандартизованных обрабатываемых поверхностей не высоки. В пользу технологичности свидетельствуют достаточно высокие значения коэффициентов унификации конструктивных элементов, и обработки поверхностей. Поэтому можно сделать вывод, что деталь недостаточно технологична

 

5 Выбор метода получения заготовки

На  выбор метода получения заготовки  оказывают влияние: материал детали, её назначение и технические требования на изготовление, объём и серийность выпуска.

Оптимальный метод получения заготовки определяется на основании всестороннего анализа названных факторов и технико-экономического расчета технологической себестоимости детали. Метод получения заготовки, обеспечивающий технологичность изготовления из неё детали при минимальной себестоимости, считается оптимальным.

Процесс получения заготовок методом  литья в земляные формы отражен в приложении (техпроцесс получения заготовки).

В техпроцесс получения заготовки  предлагаю внести следующие изменения: стержневую песчаную смесь заменить на наливную самотвердеющую смесь и  установить автоматическую линию для  заливки данных стержней.

  Преимущество указанной технологии состоит в том, что исключается трудоемкая операция уплотнения формы: наливную смесь заливают в стержневой ящик или опоку, где она самопроизвольно затвердевает при нормальной температуре.

Одними  из основных показателей эффективности  литейного производства является  коэффициент весовой точности, и  коэффициент использования материала.

Коэффициент весовой точности характеризует  трудоёмкость последующей обработки, а коэффициент использования материала – степень экономичности принятой технологии.

При изготовлении стержней из наливных самотвердеющих смесей  на 5-15% снижается стоимость 1т. заготовок, а применение автоматической линии позволяет увеличить производительность изготовления стержней 1,1-1,5 раза.

В результате применения нового способа  получения заготовки, детали будут  получаться более точные, сократиться трудоёмкость их последующей обработки, а также повысится коэффициент использования материала.

Определим себестоимость получения заготовок:

Масса заготовки по базовому варианту ТП - 41,8 кг.

Масса заготовки по принятому варианту ТП – 39,4 кг.

 

Стоимость заготовки, получаемой этими  методами можно определить по формуле:

;

где     S_i – базовая стоимость одной тонны заготовок; S_i =2295 тыс. руб.;

Q – масса заготовки;

q – масса готовой детали; q=27 кг;

S_отх – стоимость 1 тонны отходов; S_отх = 160 тыс. руб.

k_т – коэффициент, зависящий от класса точности;

k_с – коэффициент, зависящий от класса сложности;

k_в – коэффициент, зависящий от массы заготовки;

k_м – коэффициент, зависящий от марки материала;

k_п – коэффициент, зависящий от объёмов производства.

 

Стоимость заготовки, получаемой по базовому варианту техпроцесса:

тыс. руб.

Стоимость заготовки, получаемой по предлагаемому  варианту

тыс. руб.

Из  расчета видно что заготовка  полученная предлагаемым методом дешевле.

 

Экономический эффект от принятия получения заготовки  предлагаемым методом:

 

Э_з = (S_б – S_пр)∙N;

 

где S_б, S_пр – стоимость заготовки соответственно по базовому и принятому варианту получения, руб;

N – годовая программа выпуска,  шт; N=80000 шт.

 

Э_з = (97,7 - 92,3)∙80000 = 324000 тыс. руб.

Значит  применение предложенного метода экономически целесообразно.

Полученные  результаты заносим в таблицу.

 

Таблица №5.1 - Сравнение методов получения заготовок

Показатели	Метод получения заготовки
	Базовый вариант	Проектный вариант
Масса заготовки, кг	41,8	39,4
Масса детали, кг	27
Стоимость 1т заготовок, тыс. руб.	2295
Стоимость 1т стружки, тыс. руб.	160
Стоимость готового изделия, тыс. руб.	97,7	92,3

 

Улучшения по способу получения заготовки  и экономическое обоснование  согласно литературе [5 ], [11 ], [24 ].

 

 

6 Анализ базового варианта технологического процесса

Предметом анализа является технологический  процесс изготовления детали “Ступица 54321-3104015-20”,  изготовляемой из чугунных отливок. Производство крупносерийное. Годовой объем выпуска - 80000 шт.

Базовый технологический  процесс состоит из следующих  операций:

005 – Токарно-винторезная

010 – Токарная с ЧПУ

015 – Токарная с ЧПУ

020 – Токарная с ЧПУ

025 – Радиально-сверлильная

030 – Радиально-сверлильная

035 – Радиально-сверлильная

040 – Радиально-сверлильная

045 – Радиально-сверлильная

050 – Радиально-сверлильная

055 – Слесарная

060 – Промывка

065 – Контроль

 

Проанализировав существующий технологический процесс  можно сделать следующие выводы: сначала производиться обработка чистовых баз, при этом происходит снятие основной части припуска, далее производиться чистовая обработка наружных  и внутренних поверхностей. Затем на агрегатных операциях сверлятся отверстия с последующей чистовой  обработкой и нарезанием резьбы. На слесарной операции зачищаются заусенцы и притупляются острые кромки, далее деталь промывают, производится приёмочный контроль.

Принятую  в данном варианте техпроцесса общую  последовательность обработки следует  считать логически целесообразной, так как при этом соблюдаются  принципы постепенности формирования свойств обрабатываемой детали.

Для анализа применяемого для обработки  заданной детали оборудования составляем таблицу № 6.1

 

Таблица № 6.1 – Технологические возможности применяемого оборудования

№ опер.	Модель станка	Предельные или наибольшие размеры  обрабатываемой заготовки			Технологические возможности метода обработки
		Диаметр (ширина) d(b)	Длина l	Высота h	Квалитет точности	Шероховатость обрабатываемой поверхности, мкм
005	1М63Ф101	630	−	350	9	Ra 6,3
010	1А751Ф3	510	−	300	7	Ra 1,6
015	1А751Ф3	510	−	300	7	Ra 1,6
020	1А751Ф3	510	−	300	7	Ra 1,6
025	2А554	50	−	375	11	Ra 1,6
030	2А554	50	−	375	11	Ra 1,6
035	2А554	50	−	375	11	Ra 1,6
040	2А554	50	−	375	11	Ra 1,6
045	2А554	50	−	375	11	Ra 1,6
050	2А554	50	−	375	11	Ra 1,6