Технологическая часть

В машиностроении постоянно возникают сложности в процессе проектирования и изготовления некоторых деталей (вал главного контрпривода). Вал должен иметь требуемую точность, надежность, обладать необходимой жесткостью и виброустойчивостью, что обеспечивает требуемое относительное положение соединяемых деталей и узлов. Для решения проблемы повышения точности, необходимо модернизировать технологические процессы изготовления, автоматизировать их, применять современное оборудование, оснастку, инструмент, что позволило бы повысить производительность труда и снизить трудоемкость изготовления деталей.

1.1 Анализ технологичности

Данная деталь - вал главного контрпривода, относится к группе цилиндрических изделий. Основное предназначение вала - передавать крутящий момент. Вал является сборочной единицей входящей в состав главного контрпривода устанавливаемого на комбайне «Енисей 1200».

Масса вала 34,8 кг.

Конструктивные особенности детали следующие:

вал имеет небольшие перепады диаметров, что позволяет в качестве заготовки использовать пруток;

вал имеет не достаточную жесткость для получения более точных поверхностей (6-7 квалитета), так как отношение l к D более10;

из-за длины вала приходится использовать специальные приспособления, люнеты, призмы для придания большей жесткости детали при обработке;

фрезерование пазов вызывает необходимость изготовления специального приспособления;

фрезерование лыски возможно специальным режущим инструментом.

В остальном деталь достаточно технологична, допускает применение высокопроизводительных режимов обработки, имеет хорошую базовую поверхность для первоначальных операций и довольна, проста по конструкции.

1.2 Определение типа производства

В машиностроении различают три основных типа производства: массовое, серийное, единичное. Тип производства зависит от двух факторов, а именно: от заданной программы и трудоемкости изготовления изделия. На основании заданной программы рассчитывают такт выпуска изделия tв, а трудоемкость определяется средним штучным временем Тшт по операциям действующего на производстве технологического процесса. Отношение этих величин принято называть коэффициентом серийности:

Кс=1 - мелкосерийное производство;

>Кс>1 - крупносерийное производство;

>Кс>10 - среднесерийное производство;

>Кс>40 - мелкосерийное производство;

>Кс>1 - единичное производство.

Исходные данные для определения типа производства:

Годовая программа изделия - N=1250 шт.

Режим работы предприятия - 2 смены в сутки

По табл. выбираем действительный годовой фонд времени работы Fд=1860ч. Такт выпуска изделий:

Число операций n=12

Суммарное штучное время по всем операциям ∑Tшт=46,746 мин.

Среднее штучное время равно

Определяем коэффициент серийности:

Исходя из значения коэффициента серийности, получаем тип производства -.мелкосерийное.

Расчет количества деталей в партии.

Периодичность запуска-выпуска изделий а=5

Число рабочих дней в году F=256 дней

Расчетное количество деталей в партии вычисляем по формуле:

Принятое число смен Спр=2

Принятое число деталей в партии равно:

Экономическое обоснование выбора заготовок

Метод выполнения заготовок для деталей машин определяется назначением и конструкцией детали, материалом, техническими требованиями, масштабом и серийностью выпуска, а также экономичность изготовления. Выбрать заготовку - значит установить способ ее получения, наметить припуски на обработку каждой поверхности, рассчитать размеры и указать допуски на неточность изготовления.

При мелкосерийном производстве необходимо стремиться к максимальному приближению формы и размеров заготовки к параметрам готовой продукции и снижению трудоемкости заготовительных операций.

Данную деталь можно получить двумя способами: прокат или штамповка.

Общие исходные данные:

Материал детали - Сталь 45 ГОСТ 1050-88

Масса детали - 38,4 кг

Годовая программа - N=1250 шт.

Производство - среднесерийное

Данные для расчетов стоимости заготовок при различных способах изготовления сводим в таблицу №1.

Таблица 1 - Данные для расчета стоимости заготовок

Наименование показателей	Вариант
	Первый	Второй
Вид заготовки	Прокат	Штамповка
Масса заготовки, кг	44,2	41,8

Оценка вариантов проводится по внешним признакам эффективности и позволяет отобрать наиболее приемлемый метод получения заготовки. Показатели предварительной оценки следующие:

Коэффициент использования материала

где Gд, Gз - масса детали и заготовки, кг.

Подставляя значения в формулу, получим

Чем выше значение коэффициента использования материала, тем при прочих равных условиях технологичнее конструкция заготовки и ниже ее себестоимость.

Таким образом, сэкономленный материал при изготовлении изделий, это один из важнейших резервов производства, позволяющий получать новые изделия без дополнительных затрат на исходные материалы

Снижение материалоемкости определяется по формуле, кг

где Nг - годовой объем выпуска деталей, шт.

В итоге получаем, что

Трудоемкость изготовления деталей для нового варианта

где tб - трудоемкость изготовления детали по базовому варианту, норма штучного времени, мин; Gн, Gб - масса заготовки, кг, при новом и базовом варианте.

Себестоимость С изготовления детали. В структуру себестоимости входят затраты на основные материалы Мо и заработную плату рабочих Зо. Поэтому сравнение вариантов можно производить по этим двум статьям:

Стоимость основных материалов с учетом утилизации отходов определяют по формуле:

где Ц_заг - цена заготовки, руб./шт.; g_отх - масса отходов на одну деталь, кг/шт.

Цены материалов, заготовок и отходов определяют по прейскурантам оптовых цен. Зная цены материалов можно вычислить цену заготовки:

где Цм - действующая оптовая цена единицы массы материала (руб./кг), gм - норма расхода материала на одну деталь (кг), Кт-з - коэффициент транспортно-заготовительных расходов при приобретении материалов (Кт-з=1,04-1,08).

Ц_м1=22900руб/т, Ц_м2=31000руб/т.

Масса отходов на одну деталь равна:

g_о1=44,2-38,4=5,8 кг

g_о2=41,8-38,4=3,4 кг

Стоимость отходов в виде стружки стали 45 равна 7300 руб/т. Рассчитываем стоимость основных материалов по первому варианту:

М_о1= =880,99 руб.

Стоимость основных материалов по второму варианту:

М_о2= =1225,10 руб.

Заработная плата основных рабочих:

где К_в.н.- средний процент выполнения норм, равен 1,18; К_пр. - коэффициент, учитывающий премии и другие доплаты: принимается в размере 1,2-1,4; 1,25 - коэффициент, учитывающий дополнительную зарплату и отчисления по социальному страхованию; t_шт - штучное время на выполнение ί-ой операции; С_т_ί - часовая тарифная ставка работы, выполняемой на ί-ой операции, руб.,

Себестоимость изготовления детали равна:

С₁=880,99+747,11=1628,1руб.

С₂=1225,10+668,77=1893,87 руб.

В целях наглядного сравнения вариантов заготовок показатели сравнения сводим в таблицу №2.

Таблица 2 - Показатели сравнения вариантов заготовок

Показатели оценки вариантов	Вариант
	Прокат	Штамповка
Коэффициент использования материала	87%	92%
Трудоемкость изготовления детали, мин	41,1	36,79
Снижение материалоемкости, кг	3000
Себестоимость изготовления детали, руб	1628,1	1893,87

Окончательный вывод о целесообразности того или иного варианта делают после сравнения показателей: наиболее оптимальный вариант - получение заготовки проката, при этом снижается себестоимость изготовления детали, но при этом увеличивается коэффициент использования материала и трудоемкость изготовления детали.

Определяем экономию по себестоимости

где Сб, Сн - себестоимость изготовления деталей из различных заготовок базового и нового вариантов.

Применение первого варианта, т.е изготовления вала главного контрпривода прокатом дает годовой экономический эффект в сумме 332221,5 руб. Это значит, что получение заготовки методом проката является наиболее оптимальным.

1.4 Описание технологического процесса

Намечая технологический маршрут обработки детали, следует придерживаться следующих правил:

а) с целью экономии труда и времени технологической подготовки производства использовать типовые процессы обработки деталей и типовых поверхностей деталей;

б) стараться не проектировать обработку на уникальных станках. Применение уникальных и дорогостоящих станков должно быть технологически и экономически оправдано;

в) использовать по возможности только стандартный режущий и измерительный инструмент;

г) стремиться применять наиболее совершенные формы организации производства: непрерывные и групповые поточные линии, групповые технологические процессы и групповые наладки на отдельные станки;

д) обрабатывать наибольшее количество поверхностей данной детали за одну установку и т. п.

1.5 Маршрут обработки

Таблица №3 Маршрут обработки

Номер операции	Содержание операции	Оборудование
005	Резка. Отрезать пруток выдеживая размер 1999.	Фрезерно-отрезной
010	Правка. Править пруток (по мере надобности)	Пресс И5526
015	Фрезерно-центровальная. Фрезеровать торцы в размер 1998_-1,75 и центровать с двух сторон одновременно	Фрезерно-центровальный МР-75М

020 Токарная. Точить поверхность предварительно выдерживая размер ø60,5h14 на длину 465мм. Точить поверхность ø52h14 предварительно выдерживая размеры 245, 80, . Точить поверхность под резьбу предварительно выдерживая размеры ø37h14, 64. Точить поверхность выдерживая размеры ø31h14, 15. Точить поверхность по контуру детали выдерживая размеры ø30d11, ø36H11, ø48h9, ø51h14, ø60h10, 64, 50, 81, 80,140, , 2x45º - 4фаски, R- обеспечивается инструментом. Нарезать резьбу М36х3-6g на длину 42. Переустановить деталь и повторить переходы. Токарный с ЧПУ

1Б732Ф3
025	Вертикально-фрезерная. Фрезеровать шпоночный паз выдерживая размеры ø14Р9, 25⁺¹, 125Н15(_+1,6), R0,3(обеспечивается инструментом), 42,5_-0,2. Переустановить деталь, переход повторить.	Вертикально - фрезерный 6Р13

030 Вертикально-фрезерная. Фрезеровать шпоночный паз выдерживая размеры ø14Р9, 9±0,5, 63Н15(+1,6), 21,5-0,8, R0,3(обеспечивается инструментом), . Переустановить деталь, переход повторить.Вертикально - фрезерный

6Р13
035	Вертикально-фрезерная. Фрезеровать поверхность выдерживая размеры 33h14(_-0,62), 50±0,8, R2max (обеспечивается инструментом). Переустановить деталь, переход повторить.	Вертикально - фрезерный 6Р13
040	Шлифовальная (ручная). Полировать поверхность выдерживая размеры ø60_-0,22, 40, 40.	Круглошлифовальный 3М174Е
045	Слесарная. Снять заусенцы, притупить острые кромки после фрезерования R 0.2...0.5	Верстак слесарный
050	Промывка	Моечная машина
055	Контроль	Стол контролера
060	Упаковка	Тара

1.6 Расчет припусков на механическую обработку

1. Рассчитаем припуски на обработку и промежуточные предельные размеры для диаметра 48h9_-0,062 поверхности вала.

Поверхность выполняется снятием чернового, получистового и чистового припуска точением.

Суммарное значение пространственных отклонений для заготовки данного типа определяется по формуле:

где - погрешность коробления,

- погрешность центрирования.

где - длина обрабатываемой детали.

где допуск на диаметральный размер базы заготовки.

Величина остаточного пространственного отклонения после чернового точения определяется по формуле:

После получистового точения:

Погрешность установки в центрах:

Остаточная погрешность установки после чернового точения определяется по формуле:

После получистового точения:

На основании записанных в таблице 4 данных производим расчет минимальных значений межоперационных припусков, пользуясь основной формулой:

Zmin = 2 (Rzi-1 + Ti-1+ )

Минимальный припуск под точение:

Черновое -

Zmin = 2 (160 + 250 + ) = 2 * 1588 мкм

Получистовое -

Zmin = 2 (50 + 50 + ) = 2 * 165 мкм

Чистовое -

Zmin = 2 (25 + 25 + ) = 2 * 56 мкм

Расчетный размер d_p вычисляется, начиная с конечного (чертежного) размера последовательным вычитанием расчетного минимального припуска каждого технологического перехода.

Таким образом, имея расчетный (чертежный) размер, после последнего перехода (в данном случае чистового растачивания 47,938) для остальных переходов получаем:

Для получистового точения - = 47,938+0,112=48,05 мм

Для чернового точения - = 48,05+0,33=48,38 мм

Для заготовки - = 48,38+3,176=51,556мм

Значения допусков каждого перехода принимаются по таблицам в соответствии с классом точности того или иного вида обработки.

Для чистового точения значение допуска составляет 62мкм.

Для получистового точения - 1 мкм.

Для чернового точения - 250 мкм.

Для заготовки - 1200 мкм.

Наибольший предельный размер (dmax) получается по расчетным размерам, округленным до точности допуска соответствующего перехода. Наименьший предельный размер (dmin) определяется из наибольших предельных размеров сложением соответствующих переходов.

Таким образом, для чистового точения:= 47,938мм= 47,938мм + 0,062 = 48 мм

Для получистового точения:= 48,1 мм= 48,1+0,1 = 48,2 мм

Для чернового точения:= 48,38 мм= 48,38+0,25 = 48,63 мм

для заготовки:= 51,6мм= 51,6+1,2= 52,8 мм

Минимальные предельные значения припусков равны разности наибольших предельных размеров выполняемого и предшествующего переходов, а максимальные значения - соответственно разности наименьших предельных размеров.

Тогда для чистового точения -

=48,1-47,938 = 0,162 мм

= 48,2-48=0,2 мм

Для получистового точения -

= 48,38-48,1 = 0,28 мм

= 48,63-48,2 = 0,43 мм

Для чернового точения -

= 51,6-48,38 = 3,22 мм

= 52,8-48,63 = 4,17 мм

Все результаты произведенных расчетов сведены в таблицу 4. Общие припуски zomin и zomax определяем, суммируя промежуточные припуски и записываем их значения внизу соответствующих граф.

Zomin = 162+280+3220 = 3662 мкм

Zomax = 200+430+4170 = 4800 мкм

Проверка

Z0 man-Z0 min =4,8 - 3,662 = 1,138 мм.

T_З-T_Д=1,2 - 0,062= 1,138 мм.

Таблица 4 Сводная таблица результатов расчета припусков

Технологические переходы обработки поверхности 48_-0,062	Элементы припуска, мкм				,Расчетный припуск 2Zmin, мкм	Расчетный размер dp, мм	Допуск  мкм	Предельный размер, мм		Предельные значения припусков, мкм
	Rz	h						dmax	dmin	2 2
Заготовка	160	250	999			51,556	1200	52,8	51,6
Точение:
черновое	50	50	60	625	2*1588	48,38	250	48,63	48,38	4170	3220
получистовое	25	25	2,4	25	2*165	48,05	100	48,2	48,1	430	280
чистовое	5	5		0	2*56	47,938	62	48	47,938	200	162
Итого										4800	3662

. Рассчитаем припуски на обработку и промежуточные предельные размеры для поверхности 1998_-1,75 вала. На остальные поверхности назначаем припуски и допуски по ГОСТ 26645-85.

Поверхность выполняется однократным фрезерованием.

Суммарное значение пространственных отклонений для заготовки данного типа определяется по формуле:

Величина остаточного пространственного отклонения после фрезерования определяется по формуле:

Погрешность установки при фрезеровании не возникает, так как деталь базируется в самоцентрирующихся призмах.

На основании записанных в таблице 5 данных производим расчет минимальных значений межоперационных припусков, пользуясь основной формулой:

=2* (R_zi-1 + Ti-1+ )

Минимальный припуск под фрезерование:= 2*(160+250+2100)=2*2510 мкм

Расчетный размер l_p вычисляется, начиная с конечного (чертежного) размера последовательным вычитанием расчетного минимального припуска каждого технологического перехода.

Для заготовки -

l _p1 = 1996,25+5,02=2001,27 мм

Для фрезерования - ₁175 мкм.

Для заготовки - ₂43 мкм.

Наибольший предельный размер (lmax) получается по расчетным размерам, округленным до точности допуска соответствующего перехода. Наименьший предельный размер (lmin) определяется из наибольших предельных размеров вычитанием соответствующих переходов.

Для фрезерования:

l _min = 1996,25 мм

l _max = 1996,25+1,75=1998 мм

для заготовки:

l min = 2001,3 мм

l _max = 2001,3+4,3=2005,6мм

Для фрезерования -

= 2001,3-1996,25=5,05мм

= 2005,6-1998=7,6мм

Все результаты произведенных расчетов сведены в таблицу 5. Общие припуски z_omin и z_omax определяем, суммируя промежуточные припуски, и записываем их значения внизу соответствующих граф.

Проверка

Z₀_man-Z₀_min =7,6 - 5,05 = 2,55 мм.

T_З-T_Д=4,3 - 1,75= 2,55 мм.

Таблица 5 Сводная таблица результатов расчета припусков

Технологические переходы обработки поверхности 1998_-1,75	Элементы припуска, мкм				Расчетный припуск Zmin, мкм	Расчетный размер lp, мм	Допуск  мкм	Предельный размер, мм		Предельные значения припусков, мкм
	Rz	T						lmin	lmax
Заготовка	160	250	2100	-		2001,27	4300	2001,3	2005,6
фрезерование	100	100	-	-	2*2510	1996,25	1750	1996,25	1998	5050	7600
Итого										2550	5100

1.7 Режимы резания

Расчет режимов резания для токарной операции..

Операция выполняется на станке 1Б732Ф3. Мощность электродвигателя главного привода станка составляет 22 кВт.

При назначении элементов режимов резания учитывают характер обработки, тип и размеры инструмента, материал его режущей части, материал и состояние заготовки, тип и состояние оборудования.

Как правило, при черновой обработке весь припуск целесообразно снимать за один проход, т.е. устанавливать глубину резания, равную припуску. Получистовая обработка выполняется за один - два прохода.

Рассчитаем режимы резания для токарной операции 020

Определим режимы резания для операций 020 (токарная: черновая обработка, чистовая обработка, нарезание резьбы):

) Определим скорость резания по формуле

где K_мv-коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала,_пv - коэффициент, отражающий состояние поверхности заготовки,_иv- коэффициент, учитывающий качество материала инструмента.

Находим скорость резания по формуле для каждого перехода:

А) Точить поверхность предварительно выдерживая размер ø60,5h14 на длину 465мм

Из справочника [3, с.236-275] берем значения:=1,3 мм/об; C_v=292; х=0,3; у=0,15; m=0,18; Т=60 мин.; t=0,75 мм; K_мv=1; K_иv=1; K_пv=0,9;. K_φv=0,7; K_r_v=1,03.

м/мин.

Б) Точить поверхность предварительно выдерживая размер Ø52h14 на длину 245 и конус на длину 80, =1,3 мм/об; C_v=292; х=0,3; у=0,15; m=0,18; Т=60 мин.; t=4,25 мм; K_мv=1; K_иv=1; K_пv=0,9;. K_φv=0,7; K_r_v=1,03.

м/мин.

В) Точить поверхность под резьбу предварительно, выдерживая размеры ø37h14 на длину 64 =1,3 мм/об; C_v=292; х=0,3; у=0,15; m=0,18; Т=60 мин.; t=7,5 мм; K_мv=1; K_иv=1; K_пv=0,9;. K_φv=0,7; K_r_v=1,03.

м/мин.

Г) Точить поверхность выдерживая размеры ø31h14, 15

S=1,3 мм/об; C_v=292; х=0,3; у=0,15; m=0,18; Т=60 мин.; t=3 мм; K_мv=1; K_иv=1; K_пv=0,9;. K_φv=0,7; K_r_v=1,03.

м/мин.

Д) Точить поверхность по контуру детали, выдерживая размеры ø30d11 на длину 15, уступ и фаску 2х45º, поверхность ø36h11 на длину 50, R3, уступ, фаску 1х45º, поверхность ø48h9 на длину 181-1,15, R2,уступ до ø51 конус на длину 80±2,3, уступ и фаску на длину 2 и углом 30º, поверхность ø60h10 на длину140:=0,07 мм/об; C_v=420; х=0,15; у=0,2; m=0,2; Т=60 мин.; t=0,5 мм; K_мv=1; K_иv=1; K_пv=0,9;. K_φv=0,7; K_r_v=1,03.

м/мин.

Е) Нарезать резьбу М36х3-6g на длину 42:=1,3 мм/об; C_v=292; х=0,3; у=0,15; m=0,18; Т=60 мин.; t=1,5 мм; K_мv=1; K_иv=1; K_пv=0,9;. K_φv=0,7; K_r_v=1,03.

м/мин.

)Вычисляем составляющие силы резания по формуле [3, с.271]:

, (2.43)

где K_p - поправочный коэффициент, который определяется по формуле [3, с.271]:

, (2.44)

Значения поправочных коэффициентов берем из справочника [3, с.275]:

=1,0; =0,89; =1,0; =1,0.

Получаем: =0,89

А) =300; x=1,0; y=0,75; n=-0,15.

Находим силу резания по формуле:

Б) =300; x=1,0; y=0,75; n=-0,15.

В) =300; x=1,0; y=0,75; n=-0,15.

Г) =300; x=1,0; y=0,75; n=-0,15.

Д) =300; x=1,0; y=0,75; n=-0,15.

Е) =300; x=1,0; y=0,75; n=-0,15.

) Исходя из величины скорости и диаметра обрабатываемой детали рассчитываем число оборотов шпинделя станка n по формуле:

А)

Б)

В)

Г)

Д)

Е) .

) По принятому числу оборотов рассчитывается фактическая скорость резания:

А) ,

Б) ,

В) ,

Г) ,

Д) ,

Е)

)Мощность резания рассчитываем по формуле:

А) кВт, кВт;

Б) кВт, кВт;

В) кВт, кВт;

Г) кВт, кВт;

Д) кВт, кВт;

Е) кВт, кВт.

, (2.46)

где η - КПД (0,8 - 0,85) кинематической цепи станка

э < N ст

,5 < 22, т.е. условие соблюдено.

Мощность главного привода станка достаточна для его нормальной работы.

1.8 Нормирование операций

Произведем нормирование технологического контроля согласно. Штучно калькуляционное время, затраченное на операции механической обработки в условиях серийного производства, определяется расчетно-аналитическим методом:

_шк=t_шт+t_пз/m,

где t_шт- штучное время, t_пз-подготовительно-заключительное время на партию деталей, m -количество деталей в партии.

Всегда необходимо стремиться к снижению норм времени, что достигается уменьшением основного и вспомогательного времени. Норма штучного времени определяется по формуле:

где tоп - оперативное время и равно tоп=to+tв; α, β, γ - коэффициенты, определяющие соответственно время технического, организационного обслуживания и время регламентированных перерывов в работе (α≈6%, β≈0,6-8%, γ≈2,5%).

Операция 020. Основное технологическое время определится суммой t_о на каждый переход