Совершенствование элементов технологического процесса обработки детали корпус

0.dwg

Выбор наиболее целесообразных видов заготовки и
Анализ технологичности конструкции детали и
повышение производительности ее обработки.
Цель: Повышение технико-экономических показателей
технологического процесса изготовления детали "корпус".
Тема: Совершенствование элементов технологичекого
процесса обработки детали "корпус".
ВР.150900.12.Д.00.000

Чертеж детали и 5.dwg

Модуль m 4 Число зубьев z 17 Исходный контур ГОСТ 13755-81 Коэфф. смещения х 0
Степень точности 8-Вв по ГОСТ 1643-81 Длина общ. нормали w 31
Диаметр делит.окр. d0 68
Степень точности 8-Вв
Диаметр делит.окр. d
ВР.150900.12.Д.00.001
зубья цементировать h 0
Неуказанные предельные отклонения размеров отв. по +IT 122
Сталь 20ХН3А ГОСТ 4543-71
Граф анализа технологического маршрута детали
Принятые на чертеже обозначения:
выполняемые на станках токарной
выполняемые на зубо- и
сверлильной и расточной группы;
резьбообрабатывающих станках;
выполняемые на станках
Термические операции;
маршрута детали "корпус".
ВР.150900.12.Д.00.005.ПЛ
ВР.1500900.12.00.005.ПЛ

3.dwg

Политика предприятия в области качества
Обеспечение качества
Управление качеством
Целевая научно - техническая программа
поиски и изучение рынка
Проектирование иили разработка технических требовани
разработка продукции
Материально - техническое снабжение
Подготовка и разработка производственных процессов
проведение испытаний и обследование
Реализация и распределение
Монтаж и эксплуатация
Техническая помощь в обслуживании
Утилизация после использования
Мероприятия по обеспечению качества.
Интегрированная информационная среда
Единообразный и удобный способ фиксации
Необходимые вычисления
Все необходимые и достаточные данные для обоснованных решений в понятном и наглядном виде
Передача результатов для принятия решений заинтересованными сторонами
Первичная накопленная информация
Выполнить статистический анализ точности и стабильности техпроцесса
Установить обьем выборки и контрольный норматив
Произвести отбор п изготовленных деталей
Устранить причину невозможности отбора
Измерить контролируемый параметр
Измерение произведено успешно
Устранить причину невозможности измерения
Результаты нанести на контрольную карту
Контролируемый параметр находится в границах поля допуска
Параметр выходит за контрольные пределы
Остановка производства
Определение операции и оборудования
на котором получен брак
Снижение точности технологического процесса
Выявление и устранение причин нарушения
Сильное рассеяние точек относительно средней линии или расположение группы последовательных точек около одной границы
Корректировка процесса
03-общие затраты при изготовлении заготовок
-постоянные затраты при изготовлении
заготовок способами 1
-переменные затраты при изготовлении
-соотношение между объемом производства и
стоимостью изготовления партии заготовок.
Зависимость общих затрат от способа
изготовления партии заготовок:
Принятые на циклограмме
ВР.150900.12.Д.00.003 ПЛ
Выбор способа получения
графоаналитическим методом.
штамповка в закрытом
Методы получения заготовок:
- шероховатость поверхности Rz
- уровень геометрической точности
- количество нагревов при
изготовлении заготовки
- количество основных
технологических операций
- продолжительность изготовления
- стойкость технологической
- уровень технологичности
- доля затрат на материал
- себестоимость изготовления
- коэффициент использования
Выбор способа получения заготовки

кондуктор.dwg

ВР.150900.12.Д.00.006 СБ
Скальчатый кондуктор.
Технические характеристики:
Диаметр цилиндра 100 мм
Технические требования:
*Размер для справок.
Острые кромки притупить.

записка.doc

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
Кафедра технологии машиностроения
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
на тему: «Совершенствование элементов технологического процесса обработки детали “корпус”».
Алгоритм поиска эффективных конструкторско-технологических решений 4
Анализ базового техпроцесса ..12
1. Обоснование выбора заготовки и методы ее получения 13
2. Анализ и расчет технологичности продукции 25
3. Анализ методов обработки детали 32
4. Выявление технологических факторов влияющих на производительность 36
Разработка путей повышение технологических возможностей
1. Проектирование специального приспособления 41
2. Экономический эффект приспособления 46
Технико-экономический анализ вариантов технологических
Список используемой литературы 56
Качество технологической системы является своеобразным барьером на пути действия факторов стремящихся нарушить заданный ход технологического процесса. Отсюда главной задачей совершенствования технологической системы является повышение ее качественных характеристик в первую очередь таких как жесткость точность износостойкость.
Одним из путей совершенствования элементов технологической системы является разработка оптимальной комбинации способов воздействия на обрабатываемый материал. Новые технические решения позволяют в лучшую сторону изменить технологические процессы обработки изделий и конечно же повысить их качество и производительность.
Изготовление различных деталей связано с затратами труда материалов энергии и времени. В связи с этим необходимо разрабатывать такие технологические процессы которые были бы наилучшими не только в техническом но и экономическом отношении.
Поэтому целью данной работы является повышение технико-экономических показателей технологического процесса изготовления детали “корпус”.
Для реализации цели необходимо решить следующие задачи:
Выбор наиболее целесообразных видов заготовки и обработки.
Анализ технологичности конструкции детали и повышение производительности ее обработки.
Алгоритм поиска эффективных конструкторско- технологических решений.
Новые технические решения позволяют качественно изменить технологические процессы обработки изделий. Далеко не всегда они основываются на патентах большинство возникающих на производстве проблем удается решить за счет улучшения уже существующих конструкторско-технологических решений. Эту работу рекомендуется выполнять в следующем порядке:
построить «дерево цели»;
провести систематизацию и анализ существующих решений;
обосновать выбранное решение;
предложить вариант практической реализации принятого решения.
Определить задачи – значит уточнить исходную проблему определив при этом цель критерий выбора решения и ожидаемый результат. Необходимо четко сформулировать этапы работы выделить главные из них наметить последовательность их осуществления (рис.1).
Рисунок 1. Последовательность выполнения работы по совершенствованию процесса обработки изделий.
Составлению конкретной план-программы способствует построение схемы «дерева цели – средства» которая позволяет наглядно отразить связи между проблемой целями и путями их достижения (рис.2). Вершину «дерева» составляют «ветви» - пути достижения цели и направления решения проблемы при этом описывается средство для предыдущего и цель для последующего уровней. Самые нижние «ветви» ведут к возможным конкретным решениям. Если на «дерево цели – средства» нанести конкретные условия то получим множество решений одно из которых является предпочтительным. Пример развернутой схемы «дерево цели – средства» представлен на рис.3. Исходя из поставленных задач выбирают один из вариантов. При построении такой схемы исходными материалами являются чертежи детали заготовки и агрегата а также технологический процесс изготовления детали «корпус».
Рисунок 2. Схема «дерево цели – средства».
Анализируя условия работы машины агрегата детали в данном случае это «корпус» выявляют характер силовых и тепловых нагрузок место их приложения воздействие окружающей среды вид трения в зоне контакта сопрягаемых деталей и внешние факторы определяющие обоснование выбора материала процессов упрочнения и легирования технических требований к рабочим поверхностям конструктивных особенностей и др.
Изучение базового технологического процесса позволяет в частности получить сведения о соотношении между штучным временем и тактом выпуска что определяет количество оборудования используемого с целью уменьшения количества станков на рассматриваемой операции путем разработки новых или совершенствования существующих методов обработки. На основе анализа исходных документов можно предположить какие требуются конструкторские или технологические проработки либо дополнительные источники информации а в ряде случаев – экспериментальные исследования. Установив например необходимость повышения качества изготовления изделия нужно в первую очередь уяснить цель работы а также направления в которых ее необходимо вести. В итоге критического отношения к имеющей информации намечаются перспективные направления. В противном случае нет уверенности не только в успешном завершении но даже в успешном начале работы. Например повышение качества обработки и срока службы детали «корпус» можно обеспечить путем подбора химико-термической и механической обработки.
Установление цели и основных направлений работы позволяет в определенной степени конкретизировать вопросы требующие решения. При этом следует иметь в виду что по любому поставленному вопросу в литературе как правило можно найти те или иные технические предложения и практические рекомендации. При этом возникает вопрос каким образом организовать изучение научно-технической литературы чтобы оно было эффективным. Научно-техническая литература включает в себя справочники монографии статьи авторские свидетельства и патенты научно-технические отчеты. Результаты ее изучения обычно оформляют в виде обзора.
Процесс изучения трудоемок так как по каждому интересующему вопросу приходится просматривать много литературных источников. Для того чтобы целенаправленно вести работу по изучению литературы необходимо провести соответствующую подготовку результатом которой как уже отмечалось является разработка «дерева цели».
На пути к поставленной цели необходимо решить ряд задач которые представляют собой отдельные части сформулированного направления работы или темы. Например для достижения поставленной цели в теме «Совершенствование элементов технологической системы при изучении детали “корпус”» необходимо провести исследования процесса обработки. Отсюда вытекает ряд основных задач связанных с исследованием возможностей различных методов обработки изучение качественных показателей получаемых в результате обработки и др. Выполнение этих задач позволит достигнуть поставленной цели.
Задачи выделяют на «дереве цели» которые могут быть представлены в виде таблицы.
Рисунок 3. Развернутая схема «дерево цели».
В «дереве цели» (рис.3) в первом верхнем прямоугольнике указывается цель работы а в прямоугольниках находящихся ниже – задачи.
Для решения каждой задачи выделяют частные вопросы которые в комплексе определяют суть задачи. Полное выполнение частных вопросов обеспечит ее решение.
На рис.3 частные вопросы указаны в прямоугольниках находящихся под задачами. Зачастую возникает необходимость дальнейшей расшифровки содержания частных вопросов которым присваиваем соответствующие номера. Например 1.2 – анализ факторов влияющих на качество обрабатываемых поверхностей - можно разделить на подвопросы 1.2.1 «Геометрические показатели качества поверхности» и 1.2.2 «Физические показатели качества поверхности» и другие с указанием конкретных наименований этих показателей. При этом «дерево цели» становится более полным.
Частных вопросов должно быть столько чтобы в полной мере выполнить поставленную задачу. Важно чтобы цель задачи и изучаемые вопросы формулировали четкий физический смысл и однозначное понимание. Следует обратить внимание на то что от тщательности проработки всех перечисленных вопросов во многом зависит успех работы.
При изучении литературы необходимо вначале изучить материалы по заданному направлению в справочниках монографиях отраслевых информационных обзорах и экспресс-информациях. Одновременно собирают информацию о литературе и авторах которые публиковали материалы по изучаемому вопросу. В подготовленном таким образом списке литературы будут книги статьи и другие публикации. Изучение этой литературы авторских свидетельств и патентов научно-технических отчетов а также публикации в журналах сборниках книгах составляет существо следующего этапа работы. В результате будет собран обширный материал по теме а также выявлены новые еще не изученные публикации.
Полученные при конспектировании литературы обширные сведения представляют собой не обзор литературы а исходный материал для составления обзора. Обзора литературы должен быть аналитическим в нем рассматриваются и объясняются причины противоречивой информации у разных авторов по одному и тому же вопросу. Обзор должен быть полным охватывать максимум сведений по изучаемому вопросу давать исчерпывающую информацию по каждой поставленной задаче исследования. По итогам обзора необходимо сделать выводы отражающие отношение исследователя к необходимости и характеру проведения работ по каждой поставленной задаче.
Например если по всем задачам в результате изучения литературы получена исчерпывающая информация то на этом работа по теме заканчивается. При отсутствии конкретных сведений по совершенствованию метода обработки продолжения темы может вылиться в опытно-конструкторскую работу с наличием определенного объема исследований необходимых для уточнения некоторых положений разрабатываемой конструкции инструмента. Бывает что по итогам изучения научно-технической литературы уточняются направления последующей работы и даже изменяется формулировка темы ставятся новые цели и задачи.
Таким образом работа по поиску вариантов обеспечивающих достижение заданных параметров метода обработки изделия включает в себя систематизацию и анализ существующих конструкторско-технологических решений выбор варианта известного решения анализ возникающих противоречий и предложение варианта решения задачи.
При выборе вариантов новых конструкторских решений можно использовать и графики. Их строят по двум наиболее важным параметрам определяющим эффективность решения. При этом в соответствующих координатах указываются библиографические данные документов. Построение таких графиков позволяет концентрировать и классифицировать информацию об альтернативных вариантах технологических решений систематизировать и редактировать информацию. С помощью фактографических графиков можно проводить оценку вариантов новых технических решений что облегчает процесс выбора окончательного решения.
В определенной степени развитие технологических систем можно связывать с известным законом философии единства и борьбы противоположностей. Например параллельная концентрация технологических операций приводит в частности к увеличению числа одновременно участвующих инструментов. Но при этом усложняется процесс наладки.
Обычно преодолевая конструкторско-технологические противоречия нужно один параметр улучшить но остальные при этом не должны ухудшаться. Такое единство улучшения и ухудшения можно считать единством положительных эффектов обусловленным изменением некоторой части технологической системы называют противоречием. Между улучшаемой и ухудшаемой сторонами системы необходимо построить причинно-следственную цепочку. При выявлении технических противоречий и построений причинно-следственной цепочки намечают пути их решения. Например зубья на хвостовике корпуса можно обработать разными способами: зубофрезерованием зубодолблением зубостроганием зубошевингованием а также пластическим деформированием. Необходимо выбрать оптимальный вид обработки с точки зрения достижения необходимого качества и заданной производительности. Зубофрезерование является самой распространенной но трудоемкой операцией для обеспечения высокого качества зубьев. Наибольшее распространение в промышленности получил метод обкатки червячной фрезой который обеспечивает высокие производительность и качество. При долблении зубьев методом обкатки круглыми долбяками повышается производительность и точность обработки. Этот метод более универсален чем зубофрезерование червячными фрезами. При зубодолблении долбяками достигается более высокая точность профиля зуба и меньший параметр шероховатости поверхности. Зубострогание обладает большой универсальностью обеспечивает разнообразную форму закругления и хорошее качество обработки но производительность станка и стойкость инструмента низкие. Зубошевингование дисковым шевером является наиболее распространенным и экономичным методом чистовой обработки зубьев после зубофрезерования и зубодолбления. Пластическое деформирование осуществляется роликами и шариками оказывающими давление на поверхность обрабатываемой детали. При накатывании зубьев гладкий ролик предотвращает утечку металла по периферии а боковые ролики прилегающие к торцам препятствуют выдавливанию металла по бокам. Производительность при пластическом деформировании в два раза выше чем при зубонарезании. Но при обработке вблизи торцов детали возникают неблагоприятные условия что приводит к увеличенной пластической деформации поэтому при высоких требованиях к точности следует проводить обработку с малыми усилиями. По заводскому техпроцессу зубья на хвостовике детали “корпус” нарезают зубодолблением. Возможна замена данного вида обработки на более производительный метод – пластическое деформирование.
Критерий выбора решения выделяет из множества решений определенное направление. Каждое решение должно быть технологически реализуемым и экономически выгодным. Критериями выбора того или иного решения могут быть также технологичность конструкции время реализации решения себестоимость и т.д.
Практическая реализация предлагаемого решения выполняется в виде эскиза для промышленного изготовления с подробным выполнением наиболее важных частей предлагаемой цели в виде деталировок. Материал твердость размеры и качественные характеристики наиболее важного элемента предлагаемого решения приводятся под условием обработки конкретной детали.
Полученные данные могут быть использованы при построении дерева цели или носить самостоятельный характер. В любом случае экспериментальные исследования являются важнейшей частью работы по поиску новых и совершенствования существующих технических решений. Эксперимент является основным доказательством правильности выбранного решения. Грамотно построенные экспериментальные исследования позволяют найти наиболее перспективный вариант технического решения.
Анализ базового технологического процесса.
Для изготовления детали “корпус” по заводскому техпроцессу в качестве заготовки выбрана поковка. Для ответственных тяжело нагруженных деталей в качестве заготовки целесообразно использовать поковку поскольку при обработке давлением создается мелкозернистая направленная волокнистая структура повышающая физико-механические свойства материала что соответственно отразится на качестве и износостойкости детали “корпус”. При чем реальная заготовка – поковка максимально приближена в отношении фактических припусков на обработку и выполнение прочих технических требований к будущей детали. Это говорит о том что деталь “корпус” имеет относительно не высокую себестоимость.
При анализе механических операций базового технологического процесса можно сделать вывод что при обработке корпуса соблюден принцип единства технологических баз произведен правильный выбор с технологической точки зрения черновых чистовых и промежуточных баз на операциях технологического процесса. Поверхности обработанные на предыдущих операциях не являются базовыми на следующих и поэтому не происходит снижение качества поверхностного слоя этих поверхностей. Этого можно добиться только правильностью установки последовательности операций технологического процесса для достижения заданной точности детали “корпус”.
На последовательных токарно-винторезных операциях при механической обработке применяется различное оборудование. Это не технологично. По возможности необходимо совмещать оборудование при обработке аналогичных поверхностей что существенно снизит время изготовления деталей путем снижения подготовительно-заключительного и вспомогательного времени.
При обработке детали “корпус” используется станок с ЧПУ на расточных операциях. Это позволяет добиться заданной точности и качества обрабатываемых поверхностей и предотвращает от случайных ошибок рабочего.
Одним из пунктов повышения производительности операций технологического процесса является применение высокопроизводительного режущего инструмента и новых марок материалов его режущей части что в данном технологическом процессе отсутствует. Следовательно режимы резания не соответствуют прогрессивным.
Качество обработки деталей на каждой операции оценивается на основании данных о браке. Руководствуясь личными наблюдениями и результатами измерений важнейших параметров на операциях технологического процесса изготовления детали “корпус” можно сделать вывод что качество обработки детали достаточно высокое. Об этом также свидетельствует то что после каждой операции провидится 100% контроль исполнителем и ОТК 10% который деталь проходит.
1 Обоснование выбора заготовки и методы ее получения.
1.1 Графоаналитический метод выбора способа изготовления заготовки.
Выбор способа получения заготовки – всегда сложная подчас трудно разрешимая задача так как часто различные способы могут надежно обеспечить технические и экономические требования предъявляемые к детали. Оценку целесообразности и технико-экономической эффективности применения того или иного способа необходимо производить с учетом всех его недостатков и преимуществ.
Для серийного производства (N=3000 штук) в качестве заготовок для детали “корпус” можно использовать прокат отливки и поковки полученные штамповкой. Эти заготовки имеют большие припуски и напуски что приводит к увеличению трудоемкости за счет низкой технологической оснащенности.
В условиях заданного производства основной задачей является выбор наилучшего технологического процесса изготовления заготовки который отвечал бы заданным требованиям выполнения производственной программы с наименьшими затратами труда материалов рациональным использованием оборудования и т.д.
При принятии решения по выбору оптимального способа получения заготовки необходимо рассмотрение некоторого числа вариантов изготовления. Сравнительную оценку возможных вариантов получения заготовки можно производить по различным признакам – критериям: коэффициенту использования металла трудоемкости себестоимости и т.д.
Для каждого способа изготовления заготовки существуют свои затраты подготовительно-заключительного и оперативного времени своя стоимость одного часа работы оборудования и другие показатели приведенные в табл.1.
Затраты на изготовление партии заготовок можно определить по формуле:
где А – общие затраты на изготовление партии заготовок руб;
а – постоянные затраты на обработку партии заготовок руб;
в – переменные затраты на изготовление одной заготовки руб;
N – величина партии изготавливаемых заготовок шт.
Параметры процессов изготовления заготовок для детали “корпус”.
Штамповка в закрытом штампе
Время изготовления заготовки мин
Стоимость одного часа работы оборудования руб..
Затраты на наладку оборудования руб.
Затраты на изготовление одной заготовки руб.
При графическом отображении прямых для рассматриваемых способов изготовления заготовки могут возникнуть две ситуации: прямые пересекаются в точке и прямые параллельны (пересекаются в бесконечности). Точку пересечения прямых можно определить из условия равенства общих затрат на изготовление одинаковой партии заготовок т.е.
где а1 а2 а3 и а4 – постоянные затраты при изготовлении заготовок способами 1 2 3 и 4;
в1 в2 в3 и в4 – переменные затраты при изготовлении заготовок способами 1 2 3 и 4.
При анализе способов изготовления заготовок попарно имеем
Подставляя значения а1 а2 в1 в2 из таблицы 1 получаем для 1 и 2 способов:
Затраты на изготовление партии заготовок:
Построив по этим данным зависимости рис.4 получаем точки С1 С2 и С3 которые соответствуют равному для двух способов изготовления соотношению между объемом производства и стоимостью изготовления партии заготовок. Из данного графика видно что способ 3 изготовления заготовки – штамповка в закрытом штампе экономически целесообразен при партии заготовок более 323 штук. Способ 1 – центробежное литье – при партии заготовок менее 323 штук способ 3 – литье в кокиль – при партии заготовок менее 283 штук способ 4 – прокатка – при партии заготовок менее 122 штук.
Рисунок 4. Зависимость общих затрат от способа изготовления партии заготовок.
Таким образом график наглядно позволяет анализировать целесообразность использования того или иного способа изготовления заготовок в зависимости от объема производства и других факторов. Использование графоаналитического метода выбора способа изготовления заготовок обеспечивает снижение трудоемкости процесса оптимизации выбора и позволяет осуществлять анализ затрат на изготовление партии заготовок. Итоговые данные выбора и изготовления заготовки нагляднее можно представить в виде круговой монограммы.
1.2 Выбор способа изготовления заготовки.
Построение циклограммы рассмотрим для случая когда необходимо осуществить выбор заготовки для детали “корпус”. Материал детали – сталь 20ХН3А. Габаритные размеры 169х148 мм. Программа выпуска 3000 шт.год. Техническими условиями устанавливаются жесткие требования к качеству рабочих поверхностей.
Для получения заготовки могут быть использованы следующие способы:
центробежное литье;
штамповка в закрытом штампе;
Графический анализ выбора заготовки.
Способ изготовления заготовки
Квалитет точности изготовления
Шероховатость поверхности Rz мкм
Степень точности формы при относительной z геометрической точности А
Припуски для способа 1 и 2 могут быть определены по формулам:
где Z1 – номинальный припуск на обдирку (черновую механическую обработку)
К – коэффициент учитывающий потери материала при изготовлении заготовки К=115.
М3 – масса готовой детали М3=605 кг.
Z2 – номинальный припуск на чистовую механическую обработку;
Z3 – номинальный припуск на финишные способы обработки;
После подстановки имеем
Для определения припусков заготовки изготавливаемой способом 3 предварительно определяется масса детали и группа сложности.
Группа сложности заготовки определяется из выражения
где Vпоковки – объем заготовки детали корпус;
V1 – объем кольца с размерами d 791* d 46*65 мм.
V2 – объем кольца с размерами d 62*d 46*15 мм;
V3 – объем кольца с размерами d 85*d 46*15 мм;
V4 – объем части кольца с размерами d 82*d 20*28 мм;
V5 – объем фигуры с основаниями 56 и 16 мм шириной 34 мм и высотой 41мм за вычетом отверстия d 13 мм;
С учетом припусков объем заготовки определим как объем детали увеличенный на 10%.
Объем фигуры Vфиг принимается как объем цилиндра с размерами 169*148 мм тогда
Теперь можно определить группу сложности заготовки
Полученной величине соответствует группа сложности С3.
Массу заготовки определим в первом приближении по размерам детали с учетом припусков по формуле
где Vзаг – объем заготовки определяемый по размерам детали с учетом припусков
ρ – плотность материала заготовки ρ = 785 гсм3;
Подставив полученные значения имеем
По таблице 49 (2) припуски на стороны заготовки полученной способом 3 составляет:
для наружного диаметра d 148 – 22 мм на сторону;
для торцев – 19 мм на сторону.
В среднем припуски составят 20 мм на сторону.
Припуски для способа 4 найдем по рекомендациям [3]. Величина допуска детали должна быть согласована с величиной соответствующего ему припуска. Ориентировочно допуск составляет от 25 до 45% от среднего размера припуска на последующую обработку. Допуск на максимальный размер детали корпус d 164 мм составляет 063 мм тогда припуск принимаем равным 14 мм.
Так как заготовки изготавливаются из одного химического состава и примерно одной структуры то особого различия в прочности заготовок не должно быть и для упрощения принимается приблизительно одинаковая прочность всех заготовок.
Аналогично можно считать что также не будет изменяться твердость и структура. По количеству и объему напусков рассматриваемые способы изготовления заготовок не будут резко различаться. Поэтому в первом приближении можно считать что количество и объем напусков для принятых способов изготовления заготовок будет одинаковым. Так как деталь не имеет необработанные поверхности (рассматриваемыми способами не возможно получение поверхностей удовлетворяющих требованиям рабочего чертежа детали) то различия по доли механической обработки и количеству обработанных поверхностей практически не будет.
По количеству нагревов под термообработку способы 12 и 4 могут иметь по одному нагреву в то время как при использовании способа 3 необходимо не менее двух нагревов.
По количеству основных технологических операций способы 1 3 и 4 имеют по одной операции а способ 2 – три операции.
По продолжительности изготовления заготовки самым быстрым будет способ 4. Следующим по длительности будет способ 3 а затем второй и первый способы.
По степени унификации конструктивных элементов заготовок они будут мало различаться.
Основными конструктивными элементами для рассматриваемых способов являются: литейные уклоны литейные радиусы толщины стенок кузнечные уклоны кузнечные радиусы параметры облоя и другие.
По стойкости технологической оснастки для способов:
При определении уровня технологичности в зависимости от способа изготовления заготовки будут изменяться коэффициенты К1 К2 К3 К6 и К7. Другими словами уровень технологичности будет определяться этими коэффициентами
Для первого способа изготовления заготовки:
М1 – масса исходного металла больше массы заготовки и составляет
М1 = 12М2 = 12*65 = 78 кг
Тогда К1=М2М1=6578=083;
К2 – коэффициент учитывающий припуски различных способов изготовления заготовки К2 = 171;
К3 = М3М1 = 60578 = 078
М3 – масса готовой детали принимается из рабочего чертежа детали: М3 = 605 кг;
Коэффициент шероховатости поверхности К6 определяется по формуле
где Q1 – количество всех поверхностей и конструктивных элементов;
Q4 – количество поверхностей с шероховатостью менее 10 мкм.
Так как заготовка изготавливаемая первым способом таких поверхностей не имеет то Q4 = 0 и следовательно К6 = 1.
Коэффициент точности обработки К7 также можно принять равным единице (К7 = 1)
Тогда уровень технологичности заготовки изготовленной по способу 1 составят
К=083*171*078*1*1=1107
Аналогично для второго способа
Для третьего способа К = 12.
Для четвертого способа определим К3.Так как заготовка в данном случае будет в форме цилиндра то Vзаг = Vфиг.
В этом случае М1=М2 и следовательно
После расчета получаем К = 036.
Доля затрат на материал заготовки будет пропорциональна коэффициенту использования материала и может быть принята в условных единицах равной К3.
Уровень распространения выбранного технологического процесса изготовления заготовки для рассматриваемых способов можно принять одинаковым.
Себестоимость изготовления заготовки определяется по формуле:
где М2 – масса заготовки кг;
М3 - масса детали кг;
Sотх – цена одной тонны отходов руб;
Кт Кс Кв Км Кп – коэффициенты зависящие от класса точности группы сложности массы марки материала и объема производства заготовок.
При расчете себестоимости в относительных единицах Сi1000 для рассматриваемых случаев равно 17 а Sотх1000 = 025.
Коэффициенты принимаем по [3]
Кт =1; Км=1; Кс=088; Кв=081; Кп=092.
Для второго способа изготовления заготовки коэффициенты
Кт =106; Км=240; Кс=07; Кв=107; Кп=05.
Также принимаем С21000=17; Sотх1000=025.
Для третьего способа изготовления заготовки коэффициенты
Кт =105; Км=118; Кс=077; Кв=129; Кп=08.
Принимаем С31000=17; Sотх1000=025.
Для четвертого способа изготовления заготовки когда деталь изготавливается из проката затраты на заготовку определяется по весу проката требующегося на изготовление детали и весу сдаваемой стружки. При этом во внимание принимается стандартная длина прутков:
S – цена 1 кг. материала заготовки руб;
М3 – масса готовой детали кт;
Sотх – цена 1 т. отходов руб.
Принимаем S=17 руб; Sотх=250 руб.
Рассчитанные параметры представляем в виде векторной фигуры где на лучах исходящих из одного центра в масштабе откладываем полученные значения.
Выбор способа изготовления заготовки для конкретных условий может быть произведен по минимальной площади поверхности фигуры описанной ломаной линией данного способа. Этим способом будет третий способ то есть изготовление заготовки штамповкой в закрытом штампе.
Показанное на рисунке 5 графическое отображение параметров заготовки позволяет наглядно сравнить числовые значения и выбирать способ изготовления заготовки с учетом влияния многочисленных параметров ее изготовления.
Рисунок 5. Циклограмма.
– квалитет точности; 2 – шероховатость поверхности 3 – уровень геометрической точности; 4 – припуски; 5 – количество нагревов при изготовлении заготовки; 6 – количество основных технологических операций; 7 – продолжительность изготовления заготовки; 8 – стойкость технологической оснастки; 9 – уровень технологичности; 10 – доля затрат на материал; 11 – себестоимость изготовления заготовки; 12 – коэффициент использования металла.
2 Анализ и расчет технологичности детали “корпус”.
Технологичность конструкции изделия рассматривается как совокупность свойств конструкции изделия определяющих ее приспособленность к достижению оптимальных затрат при производстве эксплуатации и ремонте для заданных показателей качества объема выпуска и условий выполнения работ. Это определение достаточно широкое охватывает все свойства изделия и в тоже время довольно условное: технологичность одного и того же изделия может быть оценена по разному в зависимости от типа производства и от условий эксплуатации изделия. Вместе с тем оценка технологичности даже частичная очень важна так как создает предпосылки для поиска путей оптимизации и конструкции изделия и процесса его изготовления.
Оценить технологичность изделия можно количественными и качественными методами. Обеспечение качественных требований к технологичности конструкции является необходимым но не достаточным условием отработки конструктивно-технологических решений при создании изделий. Окончательное решение по выбору наиболее рационального варианта изделия из ряда возможных альтернатив может быть принято только по результатам количественной оценке технологичности.
Показатели технологической рациональности конструкции отражают рациональность состава и структуры исполнения изделия принятых конструктивных форм и материалов. К таким показателям относят коэффициенты: сложности конструкции изделия; сборности; легкосъемности составных частей; доступности мест обслуживания; контролепригодности. При визуальной оценке по данным показателям можно сказать что деталь “корпус” обладает сложной конструкцией с разнообразными поверхностями: цилиндрическими коническими плоскими. Также имеются зубья резьба фаски. Делимости на составные части в детали не присутствует. В сборочном узле обслуживание корпуса вполне осуществимо.
Показатели преемственности конструкции изделия отражают конструктивную и технологическую преемственность изделия изменяемость и повторяемость его составных частей и их компоновок его конструктивных элементов и материалов. К этой группе относятся например коэффициенты новизны конструкции изделия; применяемости унифицированных или стандартных составных частей изделия; применяемости унифицированных конструктивных элементов деталей (резьб креплений фасок и т.п.) и др. Деталь “корпус” имеет унифицированные конструктивные элементы это – резьба М 12-6Н скругления фаски.
Показатели ресурсоемкости изделия отражают комплексную или частную (единичную) ресурсоемкость (удельная и относительная трудоемкость материалоемкость энергоемкость). Эти показатели характеризуют затраты труда материалов энергии времени на изготовление и эксплуатацию изделия. Форма заготовки – поковки для детали “корпус” максимально приближена к форме самой детали. Благодаря рациональному использованию металла при механической обработке не потребуются необъяснимо большое количество энергии затрат труда и времени на изготовление детали.
Показатели производственной технологичности характеризуют: трудоемкость изделия в технической подготовке производства; трудоемкость в изготовлении; трудоемкость монтажа; материалоемкость в изготовлении; энергоемкость в изготовлении; продолжительность изготовления; технологическая себестоимость изделия в изготовлении. Деталь “корпус” имеет поверхности различной геометрической формы поэтому возникают трудности при ее изготовлении. Также в связи с высокими требованиями к точности и шероховатости некоторых поверхностей существенное время занимает продолжительность изготовления детали. Технологическая себестоимость изготовления заготовки – поковки рассчитана в пункте 2.1.
Показатели эксплуатационной технологичности включают: трудоемкость изделия в эксплуатации; трудоемкость изделия в техническом обслуживании; трудоемкость монтажа и демонтажа; трудоемкость утилизации; материалоемкости изделия в эксплуатации; энергоемкость в эксплуатации; продолжительность технического обслуживания; технологическая себестоимость в эксплуатации. При работе сборочного узла в который входит корпус существенна трудоемкость его обслуживания а также монтажа и демонтажа. Это связано с тем что помимо зубчатого зацепления возникает трение между корпусом и валом. Посредством резьбы осуществляется крепление крышки к корпусу и оно должно быть обеспечено. Доступ к корпусу затруднен так как на него при сборке происходит установка других деталей что также вызывает трудности при его обслуживании.
Показатели ремонтной технологичности характеризуют: трудоемкость; материалоемкость и энергоемкость в ремонте; продолжительность ремонта; технологическую себестоимость изделия. Можно сказать что корпус скорее всего обладает достаточной износостойкостью но при повреждении каких либо поверхностей детали например зубьев расположенных на хвостовике ремонт будет трудоемок.
Показатели общей технологичности характеризуют технологичность изделия по всем стадиям жизненного цикла и включают: удельную трудоемкость изделия; удельную материалоемкость и энергоемкость; удельную технологическую себестоимость изделия.
Многие очень существенные критерии оценки технологичности вовсе не рассматриваются так как для них еще не создана методика расчета ввиду сложности выбора критериев оценки.
Поэтому проанализируем лишь пять признаков технологичности конструкции: обрабатываемость материала детали резанием (Кто) рациональность формы и расположения обрабатываемых поверхностей (Ктф) наличие у деталей поверхностей которые удобно использовать в качестве базовых (Ктб) возможность использования при обработке поверхностей заготовки режущих и мерительных инструментов стандартных размеров (Ктс) соответствие намеченной конструктором шероховатости обрабатываемых поверхностей точности их размеров и расположения (Ктш).
При расчете показателя Кто все переходы технологического процесса обработки заготовки условно делят на четыре группы: обработка резцами обработка сверлами обработка фрезами и обработка шлифовальными кругами. По всем переходам операций механической обработки подсчитывается основное технологическое время:
Кто=(Кмvт ×SТот+Кмvс×SТос+Кмvф×SТоф+Кмvш×SТош)SТо
где Кмvт Кмvс Кмvф Кмvш – поправочные коэффициенты к скорости резания для токарной сверлильной фрезерной и шлифовальной обработки;
SТот Тос SТоф SТош – суммарное по виду обработки основное технологическое время;
SТо – сумма основного технологического времени по всем переходам всех анализируемых операций.
На данном этапе работы основное технологическое время для всех видов механической обработки выбираем ориентировочно.
Кто=(109×15+096×2+15×07+10×02)44=11
Для упрощения дальнейших расчетов пронумеруем поверхности (рис.6). Все поверхности детали “корпус” за исключением исполнительных нумеруются арабскими цифрами. Исполнительные поверхности нумеруются римскими цифрами причем последовательность нумерации при этом сохраняется. Номера поверхностей корпуса на эскизе помещаются в рамки: основные конструкторские базы в квадратные с двойной обводкой вспомогательные конструкторские – в квадратные с одинарной обводкой все остальные поверхности – в окружности. Технологические и измерительные базы обозначаются соответствующей штриховкой квадратов и кружков. Поле рамки с номером поверхности используемой в качестве установочной контактной базы штрихуется сеткой установочной наладочной (и измерительной) штрихуется горизонтальными линиями установочной – проверочной базы – вертикальными линиями. Если одна и та же поверхность детали используется на одной операции как технологическая контактная база а на другой как установочная настроечная или проверочная база то штрихуется поверхность клетки наклонными и горизонтальными или вертикальными линиями.
При расчете показателя Ктф все перенумерованные поверхности детали анализируются и оценивается их технологичность путем проставления баллов.
Для поверхности 6 произведено сокращение площади механической обработки путем уменьшения длины уступа что является технологичным. По данной методике для этого признака выставляется балл – “0”.
Поверхности детали “корпус” имеют полную открытость обрабатываемых поверхностей. Это технологично поэтому выставляем балл – “0”.
Обрабатываемые уступы – поверхности 4 5 6 7 – не лежат в одной плоскости что не технологично выставляем -02 балла.
При обработке системы отверстий наиболее точное – сквозное а следовательно то что имеет меньший диаметр. По чертежу детали “корпус” именно так и получается. Отверстие 46 выполнено точнее и имеет меньший квалитет точности чем отверстие 60. Это технологично выставляем “0” баллов.
При обработке поверхности 14 возможно нормальное врезание и выход инструмента что является технологичным выставляем балл – “0”.
Рисунок 6.Пронумерованные поверхности детали “корпус”.
Поверхность 10 является глухим резьбовым отверстием но с резьбой не на всю длину поэтому выставляем “0” баллов.
Деталь “корпус” не имеет отверстий с наклонным положением осей. Это технологично выставляем “0” баллов.
Поверхность 3 детали “корпус” имеет сложную геометрическую форму что не является технологичным. По существующему методу для данного признака оценки выставляем +09 баллов.
Поверхности попадающие под другие признаки у анализируемой детали отсутствуют и по ним оценка не производится. Значение Ктф складывается из суммы средних значений по признакам.
Показатель Ктб оценивает удобство базирования заготовки при ее механической обработке. Так как оценить удобство базирования количественно очень трудно этот коэффициент рассчитывается условно: за использование в качестве технологической или измерительной базы основной поверхности детали записывается 10 балла. За использование каждой вспомогательной поверхности записывается 085 балла и за создание искусственной базовой поверхности – записывается 075 балла.
Все эти значения суммируются и делятся на число поверхностей используемых в качестве баз. Согласно принятой методике:
Ктб=(1+085+085+1+085+085)6=09
При расчете Ктс принимается следующая методика. Каждый случай невозможности использования для обработки одной или нескольких однотипных поверхностей инструмента стандартной конструкции оценивается в -02 балла. Все баллы полученные по количеству используемого инструмента складываются и вычитываются из 10.
При рассмотрении отверстия 46мм можно сделать вывод что стандартным инструментом его обработать нельзя так как стандартный инструмент имеет 45 и не имеет 46 поэтому:
При расчете показателя Ктш технологичность чертежа детали “корпус” оценивается по следующей методике. Анализируются шероховатости поверхностей между которыми проставлен то или иной размер детали. Если квалитет точности и шероховатость на чертеже не согласованы то этому нарушению присваивается балл Ктшi=-025. Анализируются все точные размеры тогда Ктш=1-Ктшi.
При проверке размера 120 Н7 шероховатость поверхности Rа=25 мкм не гарантирует точность измерения поэтому:
Ктшi =-025 и Ктш=1-025=075.
При проверке размера 13 Н8 шероховатость поверхности Rа=25 мкм не гарантирует точность измерения поэтому:
Для остальных поверхностей нарушения не выявлены квалитет точности и шероховатость на чертеже согласованы.
Рисунок 7. Диаграмма характеризующая технологичность “корпус”.
Теперь можно подвести итог если произведение всех коэффициентов 01 и более – деталь технологична:
Кт = Кто* Ктф*Ктб*Ктс*Ктш=11 *07*09*08*075=04
В нашем случае Кт=04 таким образом можно сделать вывод что деталь “корпус” является технологичной.
Для наглядности приведем диаграмму на основе рассчитанных количественных показателей характеризующую технологичность детали “корпус” (рис. 7).
3 Анализ методов обработки детали “корпус”.
Одним из путей совершенствования процессов обработки является разработка оптимальной комбинации способов воздействия на обрабатываемый материал. Выбор методов обработки поверхностей детали имеет целью обеспечить наиболее рациональный процесс механической обработки заготовки. В зависимости от требований предъявляемых к точности размеров формы расположения и параметров шероховатости поверхностей детали с учетом ее размеров массы и конфигурации типа производства выбирают один или несколько возможных методов обработки и тип соответствующего оборудования. Каждому методу обработки соответствует определенный диапазон значений параметров точности. Для черновых операций это обусловлено в основном различиями точности исходных заготовок полученных различными методами большими глубинами резания. Для чистовых – различиями условий обработки и применяемых методов. Точность линейных размеров например в результате выполнения каждого последующего технологического перехода обработки данной элементарной поверхности обычно повышается на 2-4 квалитета при черновой обработке на 1-2 квалитета при чистовой и отделочной обработке.
Проанализируем методы обработки всех поверхностей детали “корпус” исходя из требований чертежа и служебного назначения пользуясь его заводским технологическим процессом. Для упрощения пронумеруем все обрабатываемые поверхности детали (рис. 8).
Торцы детали – поверхности 1 и 2 – подрезаются до размера 169 мм и при этом достигается шероховатость Ra=20 мкм. В данном случае применяется токарная обработка осуществляемая в два этапа: черновое и чистовое точение. При обработке поверхностей 3 7 8 и 9 до шероховатости Ra=20 мкм также применяется двукратное точение. Этот метод обеспечивает необходимое качество поверхности и не требует больших затрат времени на обработку. К тому же в условиях данного производства этот метод наиболее оптимален так как более универсальные методы обработки не будут целесообразны из за неоправданных экономических затрат и трудоёмкости.
Рисунок 8. Поверхности детали “корпус”.
При растачивании отверстия 60 мм (поверхность 5) точность отверстия может быть достигнута за два прохода: предварительное и чистовое растачивание. Поверхность 4 – отверстие 46Н14(+0.52) мм – образуется путем сверления и рассверливания а также растачивания. К ним не предъявляется жёстких требований по точности и в результате многократная обработка необходима только для получения больших диаметров отверстий.
Наклонные поверхности 10 11 и 13 образуются однократным точением до указанной на чертеже шероховатости что не вызывает трудности при выполнении. Таким же образом обрабатываются фаски – поверхности 12 15 и 16 а также поверхность 14 72 мм. В данном случае этот метод обработки наиболее прост удобен в исполнении и экономически эффективен.
При обработке поверхности 6 вначале применяется черновое и чистовое точение а затем производится нарезание зубьев по методу обкатки которое осуществляется долбяком. Использование долбяка позволяет обеспечить при обработке необходимую точность и качество поверхности впадин зубьев с достижением заданной шероховатости Ra=25 мкм.
Поверхности 17 и 18 также как и поверхность 19 20Н7(+0.021) мм фрезеруются на станке с ЧПУ тем самым уменьшаются затраты времени на эту операцию и обеспечивается заданная точность и качество поверхностей.
После проведения анализа методов обработки детали “корпус” можно построить граф анализа технологического маршрута и график отражающий структуру нормы времени на отдельных операциях технологического процесса (рис.9) которые проиллюстрируют принятые при разработке технологического процесса решения. На графе технологического маршрута условными знаками отображаются все операции технологического процесса механической обработки заготовки которые изображаются в последовательности их выполнения и помещаются в соответствующие зоны графа: зона черновой обработки зона чистовой обработки зона отделочной обработки и зона внестаночных операций. При осуществлении черновой и чистовой обработки на одной операции символ операции помещается на границе двух зон. Над рамкой символа проставляется ее номер по технологическому процессу. Внутри рамки записываются номера поверхностей детали “корпус” с указанием номера перехода. Таким образом номера поверхностей содержат 3 цифры: две номер поверхности и номер перехода считая от начала механической обработки. Поверхностям исходной заготовки присваивается номер нулевого перехода «0» окончательно обработанная поверхность считается полученной после девятого перехода и имеет индекс «9» (хотя может быть окончательно обработана всего за один технологический переход). Номера поверхностей заготовки записываются в соответствующие трафаретки операций причем поле трафаретки горизонтальной линией делится на две части. В нижней половине записываются номера поверхностей используемых в технологическом процессе в качестве установочных или измерительных баз. Символы операции соединяются друг с другом сплошной толстой линией которая начинается от предыдущей операции и заканчивается стрелкой у последующей. На графе тонкими пунктирными линиями символ операции также соединяется с поверхностями которые на данной операции используются в качестве баз. В этом случае пунктирная линия начинается от символа анализируемой операции и заканчивается стрелкой у символа операции на которой были обработаны поверхности принятые за базу.
Рисунок 9. Граф анализа технологического маршрута и график отражающий структуру нормы времени на отдельных операциях технологического процесса детали “корпус”.
Таким образом по технологическому процессу детали были проанализированы методы обработки для каждой поверхности корпуса. Можно сделать вывод что поставленная перед технологом задача – обеспечить точность и качество поверхностей при минимальных затратах производства – выполнена на достаточно высоком уровне.
4 Выявление технологических факторов влияющих на производительность.
На производительность изготовления детали “корпус” оказывают влияние эксплуатационные конструктивные и технологические факторы. В данном разделе будут выявлены и рассмотрены технологические факторы. К ним относят обрабатываемость материала состояние поверхности детали и режимы резания.
Обрабатываемость – технологическое свойство материала определяющее его способность подвергаться резанию. Обрабатываемость материала не является физической константой материала и зависит от его химического состава термической обработки микроструктуры и условий обработки. Высокие эксплуатационные требования предъявляемые к детали “корпус” как к зубчатой передаче вызывают применения прочного материала сопротивляющегося на изгиб противостоящего усталостному выкрашиванию и износу зубьев в процессе эксплуатации. Поэтому при изготовлении корпуса используют конструкционную легированную сталь 20ХН3А. Обрабатываемость сталей улучшается с увеличением содержания в них таких элементов как сера фосфор свинец селен теллур кальций. Обрабатываемость стали улучшается также с увеличением размера зерна. Улучшить обрабатываемость стали в процессе механической обработки можно:
подбором рациональной геометрии лезвия инструмента и установки стружколомов;
подбором рациональной кинематики процесса резания;
подбором рационального маршрута механической обработки когда на предшествующих операциях проводится предварительная нагортовка вязкой стали;
использование комбинированных методов резания.
Под поверхностным слоем детали понимается как сама поверхность полученная в результате обработки так и слой материала непосредственно прилегающий к ней. Он как правило по своим физико-химическим свойствам отличается от свойств основного материала детали. Поверхностный слой формируется при изготовлении и эксплуатации и по глубине может составлять от десятых долей микрометра до нескольких миллиметров. Поверхностный слой характеризуется геометрическими характеристиками и физико-химическими свойствами. Под геометрическими характеристиками поверхностного слоя понимают единичные макрогеометрические отклонения от правильной геометрической формы (погрешность формы) систематические многочисленные макрогеометрические отклонения (волнистость) и микрогеометрические (отклонения) шероховатость. К физико-механическому состоянию поверхностного слоя относят микротвердость (глубина и степень деформационного упрочнения) остаточные (внутренние) напряжения макроструктура и микроструктура.
Различное содержание в сталях углерода и легирующих элементов определяет различия режимов механической обработки деталей из данных сплавов. При назначении элементов режимов резания учитывают характер обработки тип и размеры инструмента материал его режущей части материал и состояние заготовки тип и состояние оборудования. Элементы режима резания обычно устанавливают в таком порядке: глубина резания подача скорость резания стойкость инструмента сила резания мощность резания.
Также на изготовление детали “корпус” влияет применение технологической оснастки а именно специальных приспособлений. Станочные приспособления применяют для установки заготовок на металлорежущие станки. Обоснованное их применение позволяет получать высокие технико-экономические показатели. Трудоемкость и длительность цикла технологической подготовки производства (ТПП) себестоимость продукции можно уменьшить за счет применения стандартных систем специальных приспособлений сократив трудоемкость сроки и затраты на проектирование и изготовление приспособления. Также увеличивается точность обработки деталей по параметрам отклонений размеров формы и расположения поверхностей за счет применения приспособлений точных надежных обладающих достаточной собственной и контактной жесткостью с уменьшенными деформациями заготовок и стабильными силами их закрепления. Более того применение специальных приспособлений позволяет обоснованно снизить требования к квалификации станочников основного производства объективно регламентировать длительность выполняемых операций и расценки расширить технологические возможности оборудования.
Рисунок. 10. Факторы влияющие на производительность изготовления корпуса.
На основе вышеизложенного материала можно составить схему (рис. 10) которая будет отражать все факторы влияющие на производительность корпуса в процессе его работы.
Таким образом в процессе работы были выявлены и рассмотрены факторы влияющие на производительность изготовления корпуса. Если при обработке учесть их и сделать правильные выводы можно повысить производительность корпуса что приведет к уменьшению экономических затрат повысит срок службы детали и увеличит эффективность всего производства. Также в данном случае можно предложить разработать специальное приспособление для сверления в корпусе трех отверстий диаметром 20Н7(+0021) – скальчатый кондуктор.
Разработка путей повышения технологических возможностей обработки.
В процессе обработки детали “корпус” говоря об анализе силовых характеристик можно сказать что прежде всего необходимо достичь равномерного съема металла стабильной геометрии образуемого рельефа и высокого качества обрабатываемых поверхностей.
Число рабочих ходов в процессе которых осуществляется подача на глубину определяется главным образом величиной снимаемого припуска. За рабочими ходами следуют чистовые холостые ходы в процессе которых подача на глубину не производится но они необходимы для снижения шероховатости поверхности (сглаживающего эффекта). В процессе обработки на каждом отдельном ходе при заданной величине подачи происходят изменения на глубину вместе с остаточным усилием от предыдущего цикла подачи определяя начальное усилие данного цикла. Поэтому при каждом отдельном ходе при заданной величине подачи происходит изменение усилий резания в зависимости от состояния режущего инструмента и применяемого способа механической обработки детали “корпус”.
При анализе процесса механической обработки делаем вывод что он характеризуется и значительными пластическими деформациями поверхностных слоев металла в зоне обработки. Выбор оптимальных режимов резания позволяет обеспечить активный съем металла а также исправлять исходную погрешность геометрических параметров после предварительной обработки детали “корпус”. Таким образом на качество обработанных поверхностей корпуса оказывает влияние метод обработки и состояние режущего инструмента а также длина рабочего хода стола станка. Чем она меньше тем выше микронеровности обработанных поверхностей детали “корпус”.
Также можно заметить что производительность обработки зависит от длины рабочего хода стола станка. Качество обработки зубчатого венца на хвостовике детали “корпус” определяется тремя факторами: скоростью резания продольной подачей стола и длиной его рабочего хода. При уменьшении длины рабочего хода стола станка производительность обработки возрастает при этом качество обработки ухудшается. Зависимость качества обработки зубчатого зацепления можно установить экспериментально в зависимости от скорости резания продольной подачи стола и длины его рабочего хода.
Способ воздействия на обрабатываемый материал определяет производительность и формирование параметров качества обрабатываемой поверхности и может быть использован в различных режимах механической обработки. Каждый способ воздействия характеризуется определенным диапазоном достижимой производительности экономической целесообразности для конкретных условий мелкосерийного производства. Сочетание различных способов воздействия не только позволяет наилучшим образом использовать каждый способ обработки но и выявить дополнительные их преимущества. Не всегда замена одного способа механической обработки на другой приводит к желаемым результатам. Часто решение сложных производственных задач лежит на стыке или в сочетании различных способов.
По мере развития технологии машиностроения следует ожидать дальнейшего увеличения способов воздействия их сочетаний и комбинаций. Разработка новых и комплексное совершенствование существующих методов обработки и способов воздействия на обрабатываемый материал является важнейшим направлением в развитии технологии машиностроения.
1 Проектирование специального приспособления.
1.1 Описание принципа работы скальчатого кондуктора.
На рис.11 показана наладка консольного кондуктора для сверления трех отверстий в детали “корпус. Заготовка устанавливается на палец 3 и центрируется по боковым поверхностям поэтому фиксация углового положения не требуется. На нижней плоскости кондукторной плиты 1 при помощи винтов 7 установлена сменная кондукторная плита 2 с кондукторными втулками 8 и 9. Зажим заготовки осуществляется упором 4 при помощи пневмопривода. При попадании воздуха в нижнюю часть пневмоцилиндра с помощью штока 11 происходит поднятие кондукторной плиты а следовательно и упоров и при попадании в верхнюю часть пневмоцилиндра соответственно происходит зажим детали. Цикл работы данного кондуктора:
- автоматический зажим заготовки;
- обработка отверстий в заготовке;
- съём обработанной детали.
Рисунок 11. Схема приспособления.
В качестве привода приспособления с учётом условий данного производства более целесообразно использовать пневматический. Данный привод обеспечивает надёжное закрепление заготовки и тем самым сокращает затраты времени на её закрепление и съём. Источник питателя пневмопривода – компрессор. Привод может быть встроен в корпус приспособления или является самостоятельным механизмом. Наш случай характеризуется встроенным механизмом который закреплён в корпусе приспособления. Привод позволяет двигать подвижную кондукторную плиту и фиксировать заготовку на неподвижной плите. Фиксация производится сменной кондукторной плитой которая перемещается при помощи штока пневмопривода. При поступлении сжатого воздуха в верхнюю полость пневмоцилиндра поршень со штоком перемещается вниз. Шток с направляющими скалками и кондукторной плитой опускаясь зажимают заготовку установленной на столе. Так как при сверлении одна составляющая силы резания направлена к опорам а осевая сила стремится сдвинуть заготовку в боковом направлении то заготовку необходимо базировать по боковой цилиндрической поверхности а для предотвращения проворачивания детали вокруг своей оси заготовку зажимают кондукторной плитой. Усилие зажима должно быть больше чем радиальная составляющая силы резания. Именно из этих соображений мы выбираем параметры пневмопривода.
Основными параметрами нашего пневмопривода ([8]стр.112) являются:
- диаметр цилиндра D = 100 мм;
- диаметр штока d = 25 мм;
- ход поршня L = 85 мм ([8] стр.91).
1.2 Разработка схемы базирования детали “корпус” на операции сверления.
Для сверления в детали “корпус” трех отверстий диаметром 20Н7(+0021) на скальчатом кондукторе в условиях мелкосерийного производства лучше всего применить схему полного базирования. В данном случае схема полного базирования будет заключаться в установке детали на палец 22 Н7п6 на неподвижной плите с базированием по посадочному отверстию и плоской поверхности. Затем заготовка зажимается кондукторной плитой тем самым предотвращая вращение заготовки вокруг своей оси и перемещение её вдоль оси. Схема базирования корпуса при обработке отверстий приведена на рисунке 12.
Итак используемый механизм лишает нашу заготовку всех степеней свободы т.е. соблюдается правило шести точек. Заготовка не имеет возможности перемещаться вдоль оси и вращаться вокруг неё т.е. менять свои координаты а это значит что имеется возможность без каких-либо дополнительных усилий обработать заданные нами отверстия.
Рисунок 12. Схема базирования.
1.3 Расчет усилия создаваемого зажимным механизмом.
Произведем расчёт сил резания крутящего момента для заданной технологической операции.
Выбираем режущий инструмент: свёрло с цилиндрическим хвостовиком ГОСТ 4010-77 с параметрами d =20 мм ; L = 131мм [8].
Назначаем режим резания: для сверления отверстия 20 H7 в детали из материала сталь 20ХН3А назначаем подачу S = 03 ммоб (из учёта табличных данных справочника [8]). Толщина срезаемого слоя t = 05 ·Dсв = 05 ·20 = 10мм.
Для спирального сверла 20 мм и при обработке стали 20ХН3А рекомендуемый период стойкости T = 45 мин [8].
Скорость (ммин) главного движения резания допускаемая режущими свойствами сверла:
Выписываем показатели степеней формулы:
y = 05; m = 02; q = 04; Сv =162 [8]. Общий поправочный коэффициент на скорость резания Кv = 1 [8].
Крутящий момент от сил сопротивления резания при сверлении и сила резания:
Показатели степеней:
См = 00345; q = 2; y = 08 [8];
Ср = 68; q = 10; y = 07 [8];
Учитывая поправочный коэффициент Кр = 098 [8] получаем:
Произведем расчёт усилия зажима.
Усилие зажима в нашем случае для пневмоцилиндра определяется по формуле:
где: dц – диаметр цилиндра dц = 100 мм;
dш – диаметр штока dш = 25 мм;
р – давление в сети р = 04 – 06 мПа;
– КПД пневмопривода = 095.
Усилие зажима достаточно так как Q > Po.
2 Экономическая эффективность приспособления.
Применение станочных приспособлений способствует решению двух основных задач:
) обеспечение заданной точности обработки;
) повышение производительности и облегчение труда рабочих.
Применение сложных специальных приспособлений с пневматическим или гидравлическим приводом повышает производительность труда но при малом годовом выпуске деталей такие приспособления могут оказаться неэкономичными: от их применения себестоимость операции не снижается а повышается. Поэтому при оснащении операции необходимо производить экономические расчеты. Расчет экономической эффективности приспособления основывается на сопоставлении затрат и экономии возникающих при его использовании и относимых к годовому периоду. Условие эффективности применения приспособления выражается формулой:
где: Э – годовая экономия (руб);
Р – годовые затраты в приспособлении (руб).
где: Тшт – штучное время при обработке детали без приспособления
– штучное время на операции после внедрения приспособления = 038 мин;
ам – себестоимость одной станко-минуты (рубмин) ам = 0015 рубмин;
q – годовая программа выпуска q=3000 штгод.
Годовые затраты на приспособление рассчитываются по формуле:
где: Рсп – годовые затраты на специальное приспособление (руб);
Ссп – стоимость специального приспособления Ссп = 8 руб.
Для специального приспособления эта формула примет вид:
Подобные расчеты проводятся после того как специальное приспособление уже спроектировано и необходимо установить будет ли оно экономически эффективным. В данном случае для серийного производства использование специального приспособления эффективно.
Технико-экономический анализ вариантов технологических процессов.
При разработке технологического процесса механической обработки перед технологом всегда возникает задача: выбрать из нескольких вариантов обработки один обеспечивающий наиболее экономичное решение. Современные способы механической обработки и большое разнообразие станков а также новые методы обработки металлов получение заготовок различными методами – все это позволяет создавать различные варианты технологии обеспечивающие изготовление деталей полностью отвечающих всем требованиям чертежа.
В соответствии с положениями по оценке экономической эффективности новой техники признается наивыгоднейшим тот вариант у которого сумма текущих и приведенных капитальных затрат на единицу продукции будет минимальной.
Сопоставим два варианта технологических процессов изготовления корпуса по технологической себестоимости. Материал детали – сталь 20ХН3А.готовой детали 605 кг. Годовая программа выпуска 3000 штук. Режим работы двухсменный при 41-часовой рабочей неделе. Производство –серийное.
Определяем такт выпуска:
где F – фонд рабочего времени мин;
N – выпуск продукции за тот же период времени шт.
t=(12*21*2*8*60)3000=8064 мин.
Рассмотрим следующие два варианта:
) по одному варианту: получение заготовки штамповкой в закрытом штампе; сверление и рассверливание центрального отверстия а также черновое обтачивание наружных поверхностей на станке 1М63; чистовая обработка наружных и внутренних поверхностей на станке с ЧПУ 16М30Ф3.
) по другому варианту: получение заготовки из проката; черновая и чистовая обработка наружных и внутренних поверхностей и центрального отверстия на автомате 1А290-6.
Показатели по вариантам заготовок сводим в таблицу 3:
Данные для расчетов стоимости заготовок при различных способах получения.
Наименование показателей
Стоимость 1 тонны заготовок принятых за базу Ci руб.
Стоимость 1 тонны стружки Sотх руб.
Рисунок 13. Заготовка корпуса:
а – полученная штамповкой в закрытом штампе; б – из проката обычной точности.
В соответствии с вышеизложенными положениями и проведенными ранее расчетами были определены стоимости сравниваемых заготовок:
Далее определяем стоимость механической обработки на отличающихся в рассматриваемых вариантах операциях:
) Токарно-винторезный станок 1М63:
Балансовая стоимость станка: Ц=2000·11=2200 руб.;
Производственная площадь занимаемая станком: f=155·097=15 м2;
Суммарная ремонтная сложность механической и электрической части станка: R=16;
Установленная мощность двигателей станка: Му=75 квт;
Штучное время: Тшт=2415 мин;
Принятое число станков на операции: mпр=2;
Коэффициент многостаночности принимаемый по фактическому состоянию на рассматриваемом участке: М=2;
Машино-коэффициент показывающий во сколько раз затраты связанные с работой данного станка больше чем аналогичные расходы у базового станка: kм=147;
Удельный вес условно-постоянных затрат в часовых затратах на рабочем месте: a=03;
Штучное время на операцию принимается по таблицам для укрупненного нормирования [3] или рассчитывается по нормативам:
где: Сп.з. – часовые приведенные затраты;
Сз – основная и дополнительная заработная плата а также начисления на соцстрах оператору и наладчику за физический час работы обслуживаемых машин;
Сч.з. – часовые затраты на эксплуатации рабочего места;
Ен – нормативный коэффициент экономической эффективности капитальных вложений: для машиностроения Ен=02;
Кс – удельные часовые капитальные вложения в станок;
Кз – удельные часовые капитальные часовые вложения в здание.
где: Ст.ф. – часовая тарифная ставка станочника соответствующего разряда ([3] табл.17).
где: - скорректированная величина часовых затрат;
- практические скорректированные часовые затраты на базовом рабочем месте: для серийного производства =363 коп.
j - поправочный коэффициент.
где: hз – коэффициент загрузки станка.
где: F – производственная площадь занимаемая станком с учетом проходов;
f – производственная площадь занимаемая станком;
kf – коэффициент учитывающий дополнительную производственную площадь (на проходы проезды и др.);
Со – стоимость механической обработки на рассматриваемой операции.
) Станок с ЧПУ 16М30Ф3:
Ц=3710·11=4081 руб.; f=18·136=245 м2;
R=155; Му=75 квт; Тшт=081 мин; mпр=1;
М=2; kм=2; a=04; разряд работы – 2.
Шестишпиндельный токарный автомат 1А290-6:
Ц=23880·11=26268 руб.; f=87·20=174 м2;
R=32; Му=75 квт; Тшт=179 мин; mпр=1;
М=2; разряд работы – 2.
Результаты расчетов технологической себестоимости при различных методах получения заготовки сводим в таблицу 4.
Сравнение вариантов технологического процесса обработки корпуса.
Наименование позиции
Стоимость заготовки руб
Отличающиеся операции механической обработки
Сверление и рассверливание центрального отверстия а также черновое обтачивание наружных поверхностей на станке 1М63
Черновая и чистовая обработка наружных и внутренних поверхностей и центрального отверстия на автомате 1А290-6.
Стоимость обработки коп
Чистовая обработка наружных и внутренних поверхностей на станке с ЧПУ 16М30Ф3
Остальные операции по обоим вариантам одинаковы
Технологическая себестоимость Со руб
Приведенная годовая экономия:
Таким образом применение первого варианта изготовления корпуса дает годовой экономический эффект в сумме 52342 руб а также при этом значительно экономится легированная сталь 20ХН3А. Следует принять первый вариант как более экономичный.
В результате проделанной работы был разработан алгоритм поиска эффективных конструкторско-технологических решений произведен анализ базового техпроцесса с обоснованием выбора заготовки и метода ее получения анализом технологичности детали анализом методов обработки корпуса а также выявление технологических факторов влияющих на производительность. Помимо этого были выявлены пути повышения технологических возможностей обработки детали “корпус” разработано специальное приспособление – скальчатый кондуктор и произведен технико-экономический анализ вариантов технологического процесса.
Проанализировав полученные данные можно сделать следующий вывод: для повышения технико-экономических показателей технологического процесса изготовления детали “корпус” можно рекомендовать:
Обоснованный и рациональный выбор заготовки по предложенной методике;
Проведение анализа и расчета технологичности детали “корпус”;
Проведение анализа методов обработки с разработкой графа анализа технологического маршрута и графика отражающего структуру нормы времени на отдельных операциях технологического процесса;
Разработку специальных приспособлений для повышения производительности и облегчения труда.
Проведение технико-экономического анализа различных вариантов технологических процессов.
Список используемой литературы.
Выбор заготовки при проектировании технологических процессов механической обработки. Методические указания. Составители: В.С. Мухортов В.М. Оробинский Волгоград: ВолгГТУ 1994 28 с.
Косилова А.Г. Мещеряков Р.К. Калинин М.И. Точность обработки заготовки и припуски в машиностроении. М.: Машиностроение 1976. – 288 с.
Горбацевич А.Ф. Курсовое проектирование по технологии машиностроения. Минск «Вышэйн школа» 1975.
Анализ и расчет технологичности изделий: Методические указания к практическим занятиям Сост. Отений Я.Н. Выходец В.И. Никифоров Н.И.; Волгоград. гос. техн. ун-т. – Волгоград 2003. – 24 с.
Технология машиностроения: Сборник задач и упражнений В.И. Аверченков и др.; Под общ. ред. В.И. Аверченкова и Е.А. Польского. – 2-е изд. перераб. и доп. – М.: ИНФА – М 2006. – 288 с. – (Высшее образование).
Клепиков В.В. Бодров А.Н. Технология машиностроения: Учебник. – М.: ФОРУМ: ИНФА-М. 2004. – 860 с.: ил. – (Серия «Профессиональное образование»).
Справочник технолога – машиностроителя под ред. Косиловой А.Г. Т.1 и 2 – М.: «Машиностроение» 1986 – 628 с. ил.

спецификация общая.doc

ВР 150900.65.12.Д.000.000 ПЗ
Расчетно-пояснительная записка.
ВР 150900.12.Д.00.000 ПЛ
ВР.150900.12.Д.00.002 ПЛ
технологических решений.
ВР.150900.12.Д.00.003 ПЛ
Выбор способа получениязаготовки
графоаналитическим способом.
ВР 150900.12.Д.00.004 ПЛ
Оценка технологичности и анализ
технологического кода.
ВР 150900.12.Д.00.005 ПЛ
Граф анализа технологического
маршрута детали “корпус”.
ВР 150900.12.Д.00.006 СБ
Скальчатый кондуктор.
ВР 150900.12.Д.00.001

2.dwg

Повышение технико-экономических показателей обработки детали "Корпус".
Выбор наиболее целесообразной схемы обработки
1. Анализ существующих методов и схем обработки
влияющих на качество обрабатываемых поверхностей
влияющих на производительность
Выбор наиболее целесообразного вида заготовки
1. Анализ существующих видов заготовок
2. Обоснование метода получения заготовки
Снижение стоимости обработки детали "корпус
1. Изучение существующих технологических процессов изготовления детали "корпус
2. Применение высокопроизводительных инструментов для обработки
3. Применение высокопроизводительной технологической оснастки
ВР.150900.12.Д.002.ПЛ
ВР.150900.12.Д.00.002.ПЛ
конструкторско-технологических
Изучаемый вопрос 3.3
Изучаемый вопрос 3.2
Изучаемый вопрос 3.1
Изучаемый вопрос 2.2
Изучаемый вопрос 2.1
Изучаемый вопрос 1.3
Изучаемый вопрос 1.2
Изучаемый вопрос 1.1
Схема "дерево цели - средства".
Последовательность выполнения
работы по совершенствованию
процесса обработки детали
предлагаемого решения
Поиск вариантов решения
обеспечивающих достижение
технологического процесса
Поиск эффективных конструкторско - технологических решений.
Развернутая схема дерево цели - средства" для детали "корпус".
высокопроизводительной
технологической оснастки
высокопроизводительных
инструментов для обработки
1. Изучение существующих
технологических процессов
обработки детали "корпус
2. Обоснование метода
1. Анализ существующих
целесообразного вида
влияющих на качество
методов и схем обработки
целесообразной схемы
Повышение технико-экономических показателей обработки детали корпус".

4.dwg

Конструкторская основная база. Используется как технологическая установочно-контактная и измерительная базы;
Конструкторская вспомогательная база. Используется как технологическая установочная контактная база;
Свободная обрабатывемая поверхность;
Исполнительная поверхность детали;
Свободная поверхностью Используется как технологическая установочнналадочная база;
Оценка технологичности и анализ технологического кода.
Анализ технологического кода 2244848Г
Смысловое значение кода
Вид исходной заготовки - штамповка в закрытом штампе на прессе.
Припуск на обработку неравномерный.
Точность обработки наружных поверхностей - 6 квалитета
внутренних - 6 квалитета.
Заданные размеры и шероховатость поверхностей 10
можно шлифованием или развертыванием.
Наиболее высокая точность расположения поверхностей.
Радиальное биение относительно базовой поверхности А 0
а зубчатого венца - 0
Шестая степень точности.
Допуск радиального биения 0.16 на диаметре 68 мм относится к шестой степени точности.
Дополнительная обработка заготовки: цементация.
После зубодолбежной операции зубья подвергаются цементации h 0
Масса заготовкм свыше 4 до 10 кг.
масса заготовки позволяет вести ее установку без специальных подъемных механизмов.
характеризующая технолгичность корпуса:
технологического кода.
технологичности и анализ
технологичность корпуса:
Свободная поверхностью Используется как технологическая
установочнналадочная база;
Конструкторская вспомогательная база. Используется как
технологическая установочная контактная база;
Конструкторская основная база. Используется как
технологическая установочно-контактная и измерительная базы;
подъемных механизмов.
биения 0.16 на ø 68 мм
относится к 6 степени
относительно базовой
Припуск на обработку
Анализ технологического кода
обозначения поверхностей:
Оценка технологичности и анализ технологического
ВР.1500900.12.00.004.ПЛ
ВР.150900.12.Д.00.004.ПЛ