Технико-экономическое обоснование выбора заготовки

     Содержание

Графическая часть

Маршрутный технологический  процесс

Операционные эскизы

 

Введение

 

     Разработка  технологического процесса изготовления детали является основной целью в курсовом проекте. В основу разработки технологических процессов положены два принципа: технический и экономический. В соответствии с техническим принципом проектируемый технологический процесс должен полностью обеспечить выполнение всех требований рабочего чертежа и технических условий на изготовление заданного изделия. В соответствии с экономическим принципом изготовление изделия должно вестись с минимальными затратами труда и издержками производства. Технологический процесс изготовления изделий должен выполняться с наиболее полным использованием технических возможностей средств производства, при наименьшей затрате времени и наименьшей себестоимости изделий.

     Из  нескольких возможных вариантов  технологического процесса изготовления одного и того же изделия, равноценных с позиций технического принципа проектирования, выбирают наиболее эффективный (т.е. производительный) и рентабельный.

     Проектирование  технологических процессов механической обработки имеет целью дать подробное описание процессов изготовления детали с необходимыми технико-экономическими расчетами и обоснованиями принятого варианта. Технологические разработки позволяют выявить необходимые средства производства для выпуска изделий, трудоемкость и себестоимость изготовления.

     Технологический процесс разрабатывается в следующей  последовательности:

  1. Определение типа производства;
  2. Выбор вида заготовки;
  3. Составление маршрута обработки детали;
  4. Выбор технологических баз;
  5. Выбор оборудования, инструмента и приспособления;
  6. Расчет промежуточных припусков, установление технологических допусков и предельных размеров по технологическим переходам;
  7. Определение режимов резания и технических норм времени;
  8. Технико-экономическое обоснование;
  9. Оформление графической части и технологической документации.

 

1 Анализ  служебного назначения  и технологичности  конструкции детали

 

     В разделе будут  изложены следующие вопросы:

     - Описание изделия;

     - Материал детали и его свойства;

     - Анализ технологичности детали.

1.2 Описание изделия

 

     Червяк  представляет собой деталь типа вал, изготовлены из стали 20 Х ГОСТ 4543-71. Предназначен для передачи  крутящего  момента  от одного вала к другому.

Гладкая цилиндрическая поверхность Ø32n6 предназначена для втулочно-муфточного соединения с соседним валом. Канавки расположенные с обеих сторон предназначены для подшипников качения или скольжения. Поверхности Ø80 мм на которой расположены два витка с правым направлением, предназначенные для кручения или переработки материала (продукта) в иное его состояние.  Точные поверхности Ø32n6 и витки на Ø80 требуют точную  обработку.

1.2  Материал детали и его свойства

 

     Деталь  червяк изготавливается из стали 20Х  ГОСТ 4543-71. Сталь 20Х конструкционная, легированная, цементируемая с повышенной прочностью по сравнению с углеродистой сталью. Применяется для изготовления деталей (преимущественно некрупных), повергаемых цементации и закалке и работающие на износ  при трении: втулки, пальцы, зубчатые колеса, валы и т.д.

Механические  и химические свойства детали приведены  ниже:

Таблица 1.1

Химический  состав стали 20Х ГОСТ 4543-71 

Массовая  доля элементов, %
Углерод С Кремний Si Марганец  Mn Хром  Cr
0,20 0,17-0,37 0,5-0,8 0,7-1,0
 

Таблица 1.2 

Механические  свойства стали 20Х ГОСТ 4543-71 и условия  термической обработки 

Марка Термическая обработка Механические свойства
Закалка Отпуск σТ σВ σ S,%
Температура Среда охлаждения Температура Среда охлаждения МПа
1-ой  закалки 2-ой закалки
20Х 880 700-820 Вода, масло 180 Воздух масло 638-786 11
 

     Технологические свойства стали:

    • Коэффициент относительной обрабатываемости - 0,62;
    • Хорошая пластичность, сталь допускает глубокую вытяжку;
    • Свариваемость: ручная дуговая и автоматическая дуговая сварка под флюсом.

1.3  Анализ технологичности детали

 

     Рабочий чертеж обрабатываемой детали содержит все необходимые сведения, дающие полное представление о детали  т.е. все размеры и сечения.

       От точности изготовления  червяка  зависит нормальная работа редуктора,  поэтому необходимо обеспечение таких показателей, как:

      • Точность диаметральных размеров червяка;
      • Точность соосности ступеней;
      • Цилиндричность поверхности;
      • Некруглость поверхности;
      • Качество поверхности.
 

Наиболее ответственными поверхностями является гладкая  цилиндрическая поверхность Ø35к6.

Метрологический анализ червяка показал, что обработку  червяка необходимо  производить  в центрах, чтобы радиальное биение поверхностей было менее 0,100 мм.

Анализ этих требований в целом показал, что  к точности детали слишком высоких  требований не предъявлено.

 

2 Определение  типа производства

 

     Тип производства в значительной мере влияет на технологические решения и  уровень применяемой технологической оснастки. Определяется коэффициентом закрепления операций, который показывает отношение всех технологических операций к числу рабочих мест:

                                              

,                                           (2.1)

     где ΣОi - сумма всех технологических операций выполняемых в течение определенного времени;

      - общее число рабочих мест.

     Расчет  ведется в следующей  последовательности:

     1. Определение штучно-калькуляционного времени для каждой операции:

                                                       

.                                         (2.2)

   где - коэффициент штучно-калькуляционного времени см. таблицу  2.1

     2. Расчет количества единиц оборудования, необходимого для выполнения конкретной операции:

                                               

,                                         (2.3)

     где   - годовая программа выпуска деталей, шт/год;

             F - действительный годовой фонд времени технологического оборудования, для двусменного режима работы часа;

            - нормативный коэффициент загрузки оборудования, .

     Полученное  в результате расчета количество станков округляется до ближайшего большего числа ;

     3. Определение фактического коэффициента загрузки рабочего места ηзф:

                                                  

;                                            (2.4)

     4. Расчет количества операций на рабочем месте :

                                                    

.                                              (2.5)

     Таблица 2.1 

     Величина  коэффициент штучно-калькуляционного времени

Виды  станков Производство
единичное и мелкосерийное крупносерийное
Токарные 2,14 1,36
Токарно-револьверные 1,98 1,35
Токарно-многорезцовые  - 1,50
Вертикально-сверлильные 1,72 1,30
Радиально-сверлильные 1,75 1,41
Расточные 3,25 —
Круглошлифовальные  2,10 1,55
Строгальные 1,73 -----
Фрезерные 1,84 1,51
Зуборезные 1,66 1,27
 

     Перед тем как начать расчет определения  типа производства, необходимо определить маршрут обработки.

     Определение маршрута обработки  т.е.:

  1. Токарная операция черновая – подрезать торец 1, затем точить поверхность 2, поверхность 3, поверхность 4, затем повернуть деталь другой стороной и точить  поверхность 7, поверхность 6, поверхность 5;
  2. Токарная операция чистовая – подрезать торец 1, затем точить поверхность 2, поверхность 3, поверхность 4, затем повернуть деталь другой стороной и точить  поверхность 7, поверхность 6, поверхность 5;
  3. Шлифовальная операция предварительная – шлифовать поверхность 2 и поверхность 6;
  4. Зубофрезерная операция – фрезеровать зубья на поверхности 4;
  5. Шевинговальная операция – шевингование зубьев поверхности 4;
  6. Круглошлифовальная операция – шлифовать поверхность 2 и  поверхность 6;
  7. Зубошлифовальная операция – шлифование зубьев поверхности 4;
  8. Подсчет основного времени на каждую операцию.
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                               Рис. 2.1   Рабочий чертеж детали «Червяк» 
 

     Определение штучно-калькуляционного времени  

    1. Подрезать торец Ø35к6:

    Т0 = 0,00019D2

    Т0 = 0,00019 * 35 2 =  0,233 мин

    Основное  время:

    Т005 = 0,233 мин

    Штучно-калькуляционное  время:

    Тшк = 0,233*1,98 = 0,46 мин (МПС)

    Тшк = 0,233*1,35 = 0,32 мин (КСП) 

    2. Токарная операция черновая:

    Т0 = 0,00017dl

    2.1 Точить поверхность Ø32 на длину 65 мм:

    Т0 = 0,00017*32*65 = 0,3536 мин

    2.2 Точить поверхность Ø35 на длину 45 мм

      Т0 = 0,00017*35*45 = 0,27 мин

    2.3 Точить поверхность Ø42 на длину 45 мм

    Т0 = 0,00017*42*45 = 0,32 мин

    2.4 Точить поверхность Ø80 на длину 150 мм

    Т0 = 0,00017*80*150 = 2,04 мин

    2.5 Точить поверхность Ø42 на длину 45 мм

    Т0 = 0,00017*42*45 = 0,32 мин

    2.6 Точить поверхность Ø35 на длину 20 мм

    Т0 = 0,00017*35*20 = 0,12 мин

    Основное  время:

    Т010 = 0,3536+0,27+0,32+2,04+0,32+0,12 = 3,42 мин

    Штучно-калькуляционное  время:

    Тшк = 3,42*1,98 = 6,8 мин (МПС)

    Тшк = 3,42*1,35 = 4,6 мин (КСП)

    3. Токарная обработка чистовая:

    Т0 = 0,00010dl

    3.1 Точить  поверхность Ø32 на длину 65 мм:

    Т0 = 0,00010*32*65 = 0,21 мин

    3.2 Точить поверхность Ø35 на длину 45 мм:

    Т0 = 0,00010 *35*45 = 0,16 мин

    3.3 Точить поверхность Ø42 на длину 45 мм:

    Т0 = 0,00010 * 42*45 = 0,19 мин

    3.4 Точить поверхность Ø80 на длину 150 мм:

    Т0 = 0,00010 * 80* 150 = 1,2 мин

    3.5 Точить поверхность Ø42 на длину 45 мм:

    Т0 = 0,00010*42*45 = 0,19 мин

    3.6 Точить поверхность Ø35 на длину 20 мм:

    Т0 = 0,0001035*20 = 0,07 мин

    Основное  время:

    Т020 = 0,21+0,16+0,19+1,2+0,19+0,07 = 2,02 мин

    Штучно-калькуляционное время:

    Тшк = 2,02*1,98 = 4,0 мин (МПС)

    Тшк = 2,02*1,35 = 3,0 мин (КСП) 

    4. Шлифовальная предварительная операция:

    Т0 = 0,00007dl

    4.1 Шлифовать поверхность Ø35 на длину 20 мм:

    Т0 = 0,00007*35*20 = 0,049 мин

    4.2 Шлифовать поверхность Ø35 на длину 45 мм:

    Т0 = 0,00007*35*45 = 0,11 мин

    Основное  время:

    Т025 = 0,049+0,11 = 0,16 мин

    Штучно-калькуляционное  время:

    Тшк = 0,16*2,10 = 0,34 мин (МПС)

    Тшк = 0,16*1,55 = 0,25 мин (КСП) 

    5. Зубофрезерная операция:

    Т0 = 0,0022Db

    Фрезерование  зубьев длинной 16 мм и диаметром вала Ø80мм:

    Т0 = 0,0022*80*16 = 2,82 мин

    Основное  время:

    Т030 = 2,82 мин

    Штучно-калькуляционное  время:

    Тшк = 2,82*1,66 = 4,67 мин (МПС)

    Тшк = 2,82*1,27 = 3,60 мин (КСП) 

    6. Шевинговальная операция:

    Т0 = 0,0046 l z

    Шевингование  зубьев длинной 16 мм и диаметром вала Ø80мм:

    Т0 = 0,0046* 50,24* 2 = 0,46 мин

    Основное  время:

    Т035 =0,46 мин

    Штучно-калькуляционное  время:

    Тшк = 0,46*2,1 = 0,966 мин (МПС)

    Тшк = 0,46*1,55 = 0,713 мин (КСП) 

    7. Круглошлифовальная операция:

    Т0 = 0,0001dl

    7.1 Шлифовать поверхность Ø35 на длину 20 мм:

    Т0 = 0,0001*35*20 = 0,07 мин

    7.2 Шлифовать поверхность Ø35 на длину 45 мм:

    Т0 = 0,0001*35*45 = 0,16 мин

    Основное  время:

    Т045 = 0,07+0,16 = 0,23 мин

    Штучно-калькуляционное  время:

    Тшк = 0,23*2,1 = 0,5 мин (МПС)

    Тшк = 0,23*1,55 = 0,4 мин (КСП) 

    8. Зубошлифовальная операция:

    Т0 = 0,0046 l z

    Шлифование  зубьев длинной 16 мм и диаметром вала Ø80мм:

    Т0 = 0,0046* 50,24* 2 = 0,46 мин

    Основное  время:

    Т035 =0,46 мин

    Штучно-калькуляционное  время:

    Тшк = 0,46*2,1 = 0,966 мин (МПС)

    Тшк = 0,46*1,55 = 0,713 мин (КСП) 
 

     Определение количества оборудования необходимого для  операций: 

     

,

     где   = 300, шт/год;

             F - 4015 ч;

            - 0,8.

     1.Отрезание  торца:

     (МСП)  

     (КСП)  

      2. Токарная обработка черновая:

     (МСП)  

     (КСП)  

    3. Токарная обработка чистовая:

     (МСП)  

     (КСП)  

    4. Шлифование предварительное: 

     (МСП)  

     (КСП)  

    5. Зубофрезерная операция:

     (МСП)  

     (КСП)  

    6. Шевингование зубьев:

     (МСП)  

     (КСП)  

    7. Круглошлифовальная операция:

     (МСП)  

     (КСП)  

    8. Зубошлифовальная операция:

     (МСП)  

     (КСП)    

     Фактический коэффициент загрузки оборудования  

    

,

    где mпр – это округление mр. 

     1.Отрезание  торца:

     (МСП)  

     (КСП)  

      2. Токарная обработка черновая:

     (МСП)  

     (КСП)  

    3. Токарная обработка чистовая:

     (МСП)  

     (КСП)   

    4. Шлифование предварительное: 

     (МСП)  

     (КСП)  

    5. Зубофрезерная операция:

     (МСП)  

     (КСП)  

    6. Шевингование зубьев:

     (МСП)  

     (КСП)  

        7. Круглошлифовальная операция:

     (МСП)  

     (КСП)  

    8. Зубошлифовальная операция:

     (МСП)  

     (КСП)    
 
 

     Расчет  количества операций на рабочем валу:

     

.

    ηзн = 0,8 
 

     1.Отрезание  торца:

     (МСП)  

     (КСП)  

      2. Токарная обработка черновая:

     (МСП)  

     (КСП)  

    3. Токарная обработка чистовая:

     (МСП)  

     (КСП)   

    4. Шлифование предварительное: 

     (МСП)  

     (КСП)  

    5. Зубофрезерная операция:

     (МСП)  

     (КСП)  

    6. Шевингование зубьев:

     (МСП)  

     (КСП)  

        7. Круглошлифовальная операция:

     (МСП)  

     (КСП)  

    8. Зубошлифовальная операция:

     (МСП)  

     (КСП)  

     Таблица 2.2

    Расчет  количества операций на рабочем месте  

№
005
010
020
025
030
035
045
050
- -
-
 

    Определяем  тип производства

    

, 

    (МСП)  , а значит   КЗ.О. > 40

    (КСП)  , а значит   КЗ.О. > 40

    Из  этого следует, что дальнейшие расчеты  будут приведены для  единичного производства.

 

3  Выбор  заготовки. Технико-экономическое  обоснование выбора  заготовки.

 

     Способ  получения заготовки определяется прежде всего конфигурацией детали и материалом из которого она изготавливается: материал льется или штампуется, можно ли прошить отверстие такого диаметра и такой глубины и т.п. Обязательно учитывается тип производства, поскольку с повышением серийности становится возможным получать более точные и сложные заготовки, обеспечивая и большую экономию металла.

     Всего в машиностроении используются четыре вида заготовок:

     1) заготовки, полученные из сортового  проката;

     2) заготовки, полученные давлением  (поковки, штамповки);

     3) заготовки, полученные литьем (отливки);

     4) заготовки, получаемые сваркой  частей из проката, отлитых  или штампованных.

     Заготовками для деталей класса «вал» наиболее часто служит либо сортовой прокат, либо штамповка. Отливка применяется в редких случаях: при изготовлении крупных валов из чугуна. Сортовой прокат применяется для изготовления средних и мелких деталей с небольшим переходом диаметров по ступеням вала (до 20-25 мм / 100 мм длина). Штамповка применяется для изготовления средних и крупных валов сложной конфигурации, с большим перепадом диаметров, а также при специальных требованиях к структуре металла и при достаточно больших объемах выпуска.

     Для деталей класса «втулки» в основном применяют: 1) сортовой прокат (либо пруток, либо труба) при изготовлении мелких деталей (d<50мм) несложной конфигурации; 2) штамповку при изготовлении деталей средних размеров (d=50-150мм) достаточно сложной формы при больших объемах производства; 3) отливки в землю или центробежное литье при изготовлении деталей сложной конфигурации из чугуна и больших размеров.

     Заготовками для деталей класса «диски» служат: 1) лист, полоса из которых методом газовой резки вырезается контур детали; применяется при изготовлении очень плоских деталей в единичном и мелкосерийном производстве; 2) штамповка (основной вид) для изготовления как сложных так и простых деталей в серийном производстве; 3) отливки при изготовлении крупных деталей и деталей из чугуна.