Технологический процесс механической обработки детали с экономически обоснованием техпроцесса

Содержание

Введение 4

1. Назначение и условия работы детали в узле 5

2. Анализ технологичности конструкции 8

3. Выбор типа и организационной формы производства 10

4. Выбор способа получения  заготовки с экономическим обоснованием 14

5. Анализ существующего технологического процесса 16

6. Проектирование технологического процесса механической обработки 26

7. Назначение припусков на обработку 28

8. Назначение режимов резания 29

9. Определение нормы времени для операций 30

10. Определение необходимого количества оборудования и построение графиков загрузки 32

11. Проектирование приспособления 35

12. Технико-экономические расчеты 36

Заключение 38

Список использованной литературы 39

 

Введение

Машиностроение является ведущей отраслью промышленности в  нашей стране. Промышленность состоит  из целого ряда отраслей, тесно взаимосвязанных  между собой.

Продукция предприятий машиностроения играет решающую роль в реализации достижений научно-технического прогресса  во всех областях хозяйства. Машиностроение, как системообразующая отрасль  отечественной экономики, определяющая уровень производственного и  кадрового потенциалов страны, обороноспособности государства, а также устойчивого  функционирования всех отраслей промышленности, является главным плацдармом подъема  экономики страны и придания ей инновационного характера.

Поэтому одной из главных  задач машиностроения на сегодняшний  день является модернизации оборудования, технологий и повышение качества обработки заготовки.

Целью курсового проекта  является приобретение навыков по техническому и технико-экономическому совершенствованию действующих техпроцессов, созданию конструкций прогрессивной оснастки (режущих, вспомогательных инструментов и приспособлений).

Задачами курсового проекта  являются:

-изучить и проанализировать техпроцесс механической обработки детали болт 2103-2023302-Б;

- предложить усовершенствование  техпроцесса; 

-изучить вопросы  конструирования и изготовления  технологической 
оснастки, наладки станков, работы устройств по механизации и автоматизации обработки;

-изучить методы  упрочняющей технологии, научной  организации труда и экономики производства.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  1. Назначение и условия работы детали в узле

Болт представляет собой  цилиндрический стержень с шестигранной головкой на одном конце и винтовой резьбой на другом. Обычно болты  применяют для скрепления (соединения) деталей не очень большой толщины  и при необходимости частого  соединения и разъединения.

«Болт 2103-2023302-Б» входит в  состав Гидросистемы ГСП трактора МТЗ-2103 и служит для соединения трубопровода с дренажным отверстием насоса (рисунок 1, 2).

Рисунок 1 – Гидросистема ГСП МТЗ-2103

 

Рисунок 2 – Болт зажимной  (24)

 

Болт сделан из материала  стали марки 45 ГОСТ 1050-88.

Химический состав и механические свойства используемой стали приведены  в таблицах 1 и 2.

 

 

 

 

Характеристика материала  сталь 45:

Марка:

45

Заменитель:

40Х, 50, 50Г2

Классификация:

Сталь конструкционная углеродистая качественная

Применение:

вал-шестерни, коленчатые и распределительные  валы, шестерни, шпиндели, бандажи, цилиндры, кулачки и другие нормализованные, улучшаемые и подвергаемые поверхностной  термообработке детали, от которых  требуется повышенная прочность.


 

Таблица 1 - Химический состав в % материала сталь 45

C

Si

Mn

Ni

S

P

Cr

Cu

As

0,42-0,5

0,17-0,37

0,5-0,8

до 0,25

до 0,04

до 0,035

до 0,25

до 0,25

до 0,08


 

Температура критических  точек материала сталь 45:

Ac1=730, Ac3(Acm)=755, Ar3(Arcm)=690,  Ar1=780, Mn=350

 

Таблица 2 - Механические свойства при Т=20oС материала сталь 45

Сортамент

Размер

Напр.

sв

sT

d5

y

KCU

Термообр.

-

мм

-

МПа

МПа

%

%

кДж / м2

-

Лист горячекатан.

80

 

 

590

 

 

18

 

 

 

 

Состояние поставки

Полоса горячекатан.

6-25

  

600

  

16

40

  

Состояние поставки

Поковки

100-300

  

470

245

19

42

390

Нормализация

Поковки

300-500

  

470

245

17

35

340

Нормализация

Поковки

500-800

  

470

245

15

30

340

Нормализация

Твердость материала 45 горячекатанного  отожженного

HB=170

Твердость материала 45 калиброванного нагартованного

HB=207


 

Обозначения:

sв - Предел кратковременной прочности, [МПа]

sT - Предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), [МПа]

d5 - Относительное удлинение при разрыве, [ % ]

y - Относительное сужение, [ % ]

KCU - Ударная вязкость, [ кДж / м2]

HB - Твердость по Бринеллю

 

Технологические свойства материала 45:

Свариваемость:

трудносвариваемая.

Флокеночувствительность:

малочувствительна.

Склонность к отпускной хрупкости:

не склонна.


 

 

Заготовка подвергается закалке (28…35 HRC).

Закалка заключается в  нагреве изделия выше критической  температуры с последующим быстрым  охлаждением, как правило, в жидкости (воде или масле).

Для сталей различают закалку  с полиморфным превращением. Материал, подвергшийся закалке, приобретает  большую твердость, но становится хрупким, менее пластичным и вязким, если сделать большее количество повторов нагревание-охлаждение. Для снижения хрупкости и увеличения пластичности и вязкости, после закалки с  полиморфным превращением применяют  отпуск. При отпуске имеет место  некоторое снижение твердости и  прочности материала.

 

  1. Анализ технологичности конструкции

Технологический анализ конструкции  обеспечивает улучшение технико-экономических  показателей разрабатываемого технологического процесса. Поэтому технологический  анализ – один из важнейших этапов технологической разработки.

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, повысить производительность труда и сократить  время на изготовление изделия при  обеспечении необходимого его качества.

Оценка технологичности  конструкции может быть двух видов:

  1. качественной;
  2. количественной.

Качественная оценка характеризует  технологичность конструкции обобщенно  на основании опыта исполнителя  и допускается на всех стадиях  проектирования как предварительная.

Оценка количественным способом заключается в расчете основных и дополнительных показателей. К  основным относят:

  1. трудоемкость изготовления детали Тш=22,72 мин
  2. технологическая себестоимость детали Ст=2418 руб

 

Дополнительные показатели:

1) коэффициент унификации конструктивных элементов:

Ку.э= Q у.э / Q э ,

где Qу.э и Qэ - соответственно число унифицированных конструктивных элементов детали и общее, шт.

Ку.э = 2/11=0,18

2) коэффициент применимости стандартизованных обрабатываемых поверхностей:

Кп.ст= Dо.с / Dм.о ,

где    Dо.с    ,    Dм.о    -    соответственно    число    поверхностей    детали, (обрабатываемых стандартным    инструментом,    и    всех,    подвергаемых механической обработке поверхностей), шт.

Кп.ст= 7/15=0,47

3) коэффициент обработки поверхностей:

Кп.о= 1 - Dм.о / Dэ .

где Dэ - общее число поверхностей детали, шт.

Кп.о= 1-15/15=0

4) коэффициент использования материала:

Ки.м = q/ Q , где q, Q - масса детали и заготовки соответственно, кг.

Ки.м = 0,06/3,38 = 0,018

5) максимальное значение квалитета обработки IТ - 13;

6) максимальное значение  параметра шероховатости обрабатываемых  поверхностей Rа – 1,6 мкм;

В процессе проверки уровня технологичности видно, что данная деталь по дополнительным показателям  является технологичной.

 

  1. Выбор типа и организационной формы производства

Тип производства по ГОСТ 3.1119-83 характеризуется коэффициентом  закрепления операций. При Кз.о. = 1 тип производства – массовое; при 1 < Кз.о. < 10 – крупносерийное; при 10  <  Кз.о. < 20 – среднесерийное; при 20  <  Кз.о. < 40 – мелкосерийное производство. В единичном производстве Кз.о. не регламентируется.

В соответствии с ГОСТ 3.1119-83, ГОСТ 14.004-83 и РД 50-174-80 коэффициент  закрепления операций для всех разновидностей производства определяется по формуле:

,

где ∑Поi – суммарное число различных операций за месяц по участку из расчета на одного сменного мастера; ∑Poi – явочное число рабочих участка, выполняющих различные операции при работе в одну смену; i – номер операции обработки детали; n -  число операций обработки данной детали.

При разработке проекта определяется условное число однотипных операций, выполняемых на одном станке в  течение одного месяца при работе в одну смену:

,

где hн – планируемый нормативный коэффициент загрузки станка всеми закрепленными за ним однотипными операциями, принимаемый для крупно-, средне- и мелкосерийного производства соответственно равным  0,75; 0,8; 0,9;

hз – коэффициент загрузки станка проектируемой (заданной) операции:

 

,

Тшт-к. i – штучно-калькуляционное время, необходимое для выполнения проектируемой операции, мин;

NМ – месячная программа выпуска заданной детали при работе в одну смену, шт.;

NM = Nг/2*12,

где Nг – годовой объем выпуска заданной детали, шт.

NM = 144000/2*12 = 6000 шт.,

FМ – месячный эффективный фонд времени работы оборудования в одну смену, ч;

FМ = 4055/24 = 169 ч.,

где 4055 ч. – годовой фонд времени при работе в 2 смены.

kв – коэффициент выполнения норм, принимается равным 1,3.

Подставляя в формулу  значения FМ, kв, получим:

 

Получим зависимость для  определения числа однотипных операций, выполняемых на одном станке в  течение месяца:

Необходимое число рабочих для  обслуживания в течение одной  смены одного станка, загруженного по плановому нормативному коэффициенту:

,

где Ф – месячный фонд времени рабочего, занятого в течение 22 рабочих дней в месяц, ч: Ф = 22 × 8 = 176 ч.

Получим зависимость для  определения необходимого числа  рабочих для обслуживания одного станка:

hн

 

Результаты расчетов по операциям  приведем в таблице 3.

 

Таблица 3 - Расчет коэффициента закрепления операций

№ опер.

Модель станка

Наименование  операции

Трудоем-

ηз

Пoi

Pi

Кз.о.

кость Тшт-к, мин.

005

16К20Ф3

Токарно-винторезная

13,7

6,236

0,144

0,864

0,167

010

16К20

Токарно-винторезная

2,4

1,092

0,824

0,864

0,954

015

6Р81Г

Горизонтально-фрезерная

0,92

0,419

2,149

0,864

2,488

025

2М112

Сверлильная

1,23

0,560

1,608

0,864

1,861

030

2Н118

Вертикально-сверлильная

0,28

0,127

7,062

0,864

8,173

055

16К20

Токарно-винторезная

2,87

1,306

0,689

0,864

0,979

060

2Н118

Вертикально-сверлильная

1,2

0,546

1,648

0,864

1,907

065

2Н118

Вертикально-сверлильная

0,12

0,055

16,478

0,864

19,071

Итого:

22,72

-

30,601

6,912

35,418


 

Поскольку коэффициент закрепления  операций равен 35,418, то производство – мелкосерийное (20  <  35,418 < 40).

Формы организации технологических  процессов зависят от установленного порядка выполнения операций, расположения технологического оборудования, количества обрабатываемых изделий и направления  их движения при изготовлении.

Решение о целесообразности поточной формы организации производства обычно принимается на основании  сравнения заданного суточного  выпуска изделий и расчетной  суточной производительности поточной линии при двухсменном режиме работы и ее загрузке на 65…75%.

Заданный суточный выпуск изделий определяется по формуле:

где Nг – годовой объем выпуска изделий, шт.; 253 – количество рабочих дней в году.

Nс = 6000/253 =23,72 шт.

Суточная производительность поточной линии определяется по формуле:

,

где Fc – суточный фонд времени работы оборудования (при двухсменном режиме работы – 960 мин); Тср – средняя станкоемкость основных операций, мин; hз – коэффициент загрузки оборудования.

,

где Тi – штучное время основной i-й операции, мин;

kв – коэффициент выполнения норм, принимается равным 1,3;

n – количество основных операций.

Тср = 22,72/8*1,3 =2,18 мин.

Коэффициент загрузки оборудования:

Суточная производительность поточной линии

 шт.

Заданный суточный выпуск изделий, равный 23,72 шт., больше суточной производительности поточной линии (22,02 шт).

Поскольку > , то применение однономенклатурной поточной линии целесообразно.

При групповой форме организации  запуск изделий в производство осуществляется партиями с определенной периодичностью, что является признаком серийного  производства.

Рассчитывают предельно  допустимые параметры партии n1 и n2:

 

 шт.;

  шт.;

где FЭ.М – эффективный месячный фонд времени участка, равный 10560 мин; no – число операций механической обработки по технологическому процессу;  kмо – коэффициент, учитывающий затраты межоперационного времени, принимаем равным 1,5.

Параметр n1 отражает производительность и уровень специализации рабочих мест на участке. С помощью параметра n2 учитывается и ограничивается объем незавершенного производства и связывания оборотных средств. Меньший из двух параметров обозначают nmin = 136 шт., а больший – nmax= 403 шт.

Расчетная периодичность  повторения партий деталей (дн.):

Ip=22nmin /Nм = 22× 136/(6000/24)=11,97 дня.

Ближайшее большее нормативное  значение равно Iн = 12 дня.

Рассчитаем размер партии согласно условию:

n = IнNм /22 = 12*250/ 22 » 137 шт.

при условии nmin < n < nmax.

Так как условие выполняется 136 < 137 < 403, значит, размер партии определен верно.

 

 

 

  1. Выбор способа получения  заготовки с экономическим обоснованием

Заводским методом получения  заготовки «Болта 2103-2023302Б» является прокат. Технологический процесс  получения заготовки:

005 Контроль. Проверка результатов  исследования металлопроката в  ЦЗЛ с данными сертификата  качества.

010 Контроль. Проверить марку  стали. Проверить размер 1 (3-5 прутков  из пачки).

015 Подогрев. Подогреть прутки  до Т=500-550ºС.

020 Контроль. Проверить температуру  подогрева прутков.

025 Отрезка. Пресс-ножницы  5000 кН. Отрезать заготовку, выдерживая  размер 2.

030 Контроль. Предъявить годную  продукцию БТК.

035 Термическая обработка.

Прокат применяется в  условиях крупносерийного и массового  производства, что позволяет почти  полностью исключить механическую обработку детали.

Заменим метод получения  заготовки на штамповку на горячештамповочных прессах.

 

1) Расчет стоимости заготовки  из проката:

Sзаг=Sм+∑Со.з.

где Sм - затраты на материал заготовки, руб.

 

Sм=Q*S-(Q-q)*(Sотх/1000)=3,38*740-(3,38-0,06)*112,4=2128 руб.

где S=740 руб. - стоимость одного кг материала заготовки;

Sотх=112,4 руб. - стоимость одного кг отходов.

 

∑Со.з. - технологическая  себестоимость заготовительных  операций, руб.

Со.з.=Сп.з.*Тшт/6000

 

где Сп.з.=484000 руб. - приведенные затраты на заготовительные операции;

Тшт=3,6 мин - штучное время выполнения заготовительной операции.

Со.з.=484000*3,6/6000=290,4 руб.

 

Sзаг=2128+290,4=2418,4 руб.

 

2) Расчет стоимости заготовки,  полученной штамповкой на ГШП:

S3=(Ci/1000×Q3×kт×kс×kв×kм×kп) – (QЗ-q)Sотх/1000  

где kт, kс, kв, kм, kп – коэффициенты, учитывающие материал и обработку;

kт—коэффициент точности=1;                      

kс—коэффициент сложности=0,75;                     

 kм—коэффициент марки материала=1;              

kв—коэффициент массы=1;     

kп—коэффициент объема производства=1;           

      Ci—базовая стоимость 1т заготовки=1492000 руб;

      Sотх—базовая стоимость 1т отходов=96000 руб.

                Q3=q×kр=3,38×1,3=4,39—масса заготовки, кг;

               q—масса детали, кг =0,06кг.

S3=(1492000/1000×4,39×1×0,75×1×1×1)-((4,39-0,06)×96000/1000)=4496,73 руб.

 Экономический эффект  составил:

Э = (СБ - СП) ·NГ

где  СБ - себестоимость базового технологического процесса, руб.;

СП - себестоимость предлагаемого технологического процесса, руб.;

NГ - годовая программа выпуска деталей, шт.

Э = (2418,4 –4496,73) ·60= -124670 руб.

 

Исходя из проведенных  выше расчетов видно, что в качестве метода получения заготовки лучше  применять прокат, так как он является более экономичным.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  1. Анализ существующего технологического процесса

Технологический процесс  «Болта 2103-2023302 – Б» состоит из следующих  операций:

005 Токарно-винторезная на  станке модели 16К20

010 Токарно-винторезная на  станке модели 16К20

015 Горизонтально-фрезерная  на станке модели 6Р81Г

025 Сверлильная на станке  модели 2М112

030 Вертикально-сверлильная  на станке модели 2Н118

055 Токарно-винторезная на  станке модели 16К20

060 Вертикально сверлильная  на станке модели 2Н118

065 Вертикально-сверлильная  на станке модели 2Н118

Годовая программа выпуска  «Болтов 2103-2023303-Б» составляет 60 штук.

Предметом анализа является технологический процесс изготовления «Болта 2103-2023302-Б». Технологические  возможности и характеристика применяемого оборудования представлены в таблицах 3 и 4.

Таблица 3 - Технологические  возможности применяемого оборудования

№ операции

 

Модель станка

 

Предельные или наибольшие размеры обрабатываемой заготовки, мм

Технологические возможности  метода обработки

Диаметр

(ширина)

d (b)

Длинна 1

Высота h

Квалитет точности

Шероховатость

обрабатываемой  поверхности, мкм

005

16К20

220

710

  

9

12,5

010

16К20

220

710

  

9

12,5

015

6Р81Г

180

400

400

9

1,6

025

2М112

12

    

9

12,5

030

2Н118

18

    

12

3,2

055

16К20

220

710

  

9

12,5

060

2Н118

18

    

12

3,2

065

2Н118

18

    

12

3,2


 

Таблица 4 - Технологическая  характеристика применяемого оборудования

цования

Модель станка

Год изготовления

Цена, руб

Категория ремонтной  сложности

Количество

станков на

операции

Трудоёмкость 

Коэффициент

загрузки станка

16К20

1983

21800000

19

1

13,7

0,00340

16К20

1983

21800000

19

1

2,4

0,00060

6Р81Г

1980

10200000

18

1

0,92

0,00023

2М112

1978

1160000

7

1

1,23

0,00031

2Н118

1979

3080000

11

1

0,28

0,00007

16К20

1983

21800000

19

1

2,87

0,00071

2Н118

1979

3080000

11

1

1,2

0,00030

2Н118

1979

3080000

11

1

0,12

0,00003


 

Расчетное количество станков  на операции определяется:

где  tшт – трудоемкость, мин.

Тв – такт выпуска.

(мин)

где  Фд – годовой фонд работы станка в две смены (ФД=4029 часов)

Д – годовая программа выпуска  деталей (N=6000 шт.)

- коэффициент загрузки станка:

 

где  niпр – ближайшее большее принятое количество станков на операции.

Для всех станков такт выпуска  Тв=40,29 мин.

 

Автоматизация технологического процесса осуществляется с целью  повышения производительности труда  и сокращения числа рабочих, снижения себестоимости и повышения качества изделий. Анализ автоматизации включает качественную и количественную оценку её состояния.

Качественная оценка производится по видам, ступеням и категориям. Различают  следующие виды автоматизации:

- единичная (А), когда автоматизируется  только один первичный структурный  компонент из числа всех компонентов  системы;

- комплексная (КА) неполная  или полная, когда автоматизируется  несколько первичных структурных  компонентов.

Полная КА охватывает все  операции технологического процесса, неполная – часть их.

Различают следующие ступени  автоматизации:

  1. единичная технологическая операция;
  2. законченный техпроцесс;
  3. система техпроцессов, выполняемых на производственном участке;
  4. система техпроцессов, выполняемых в пределах цеха(система операций)

Далее до 10 – системы техпроцессов в системе отраслей.

Категории автоматизации  техпроцессов характеризуют её по степени  замены ручного труда машинным. Критерием  определения категории является основной показатель уровня автоматизации:

,

Количественная оценка состояния  автоматизации может производится с помощью основных (например D), вспомогательных и дополнительных показателей. Для оценки уровня механизации и автоматизации технологического процесса составляем таблицу 5.

Таблица  5   -   Характеристика  механизации  и автоматизации  техпроцесса

№ опе

Модель станка

Управление циклами  станка

Способ загрузки заготовки

Вид межоперационного транспорта

d =

Качественная

оценка механизации

и автоматизации.

Ступень

Вид

Категория

005

16К20

ручной

ручной

тележка

0,47

2

комплексная неполная

средняя

010

16К20

0,47

015

6Р81Г

0,54

025

2М112

0,57

030

2Н118

0,57

055

16К20

0,47

060

2Н118

0,58

065

2Н118

0,58