Коэффициент технологичности применяемого материала

Материалы, применяемые для изготовления деталей по предложенным вариантам индивидуальных заданий, а также режимы операций технологического процесса получения заготовок приведены в таблице 4.

Таблица 4. Условия реализации формообразующих операций по вариантам

№	Материал порошка	Технологические режимы								Годовой объем выпуска (тыс. шт.)
		Прессование I (брикетирование)	Спекание (защитная среда - водород)		Нагревание		Прессование П (калибрование) (защитная среда - азот)
		Прессование I (брикетирование)	Т, ^оС	t, ч	Т, ^оС	t, мин.	Р, ГПа	Т, ^оС	t, мин.
1	БрАМЦ	0,5-0,6	-	-	-	-	1	600	15	21,6
2	БрАЖ-9-4	0,5-0,6	650-700	2	-	-	-	-	-	108
3	ПЖЗ	0,5-0,6	1150-1200	2	1100	15	1	1100	15	18
4	ПЖ18Н15-85	0,5-0,6	-	-	1100	15	1	1100	15	10,8
5	ПА4	0,5-0,6	350-400	2	-	-	-	-	-	36
6	ПА4	0,5-0,6	350-400	2	300	15	-	-	-	18
7	ПА4	0,5-0,6	-	-	300	15	1	300	15	82,2
8	ПХ18Н15-87	0,5-0,6	1150-1200	2	1100	15	1	1100	15	18
9	ПХ18Н15-85	0,5- 0,6	1150-1200	2	-	-	-	-	-	18
10	П2Х13	0,5-0,6	1150-1200	2	1100	15	1	1100	15	18
11	ПЖР	0,5-0,6	1150-1200	2	1100	15	1	1100	15	18
12	П14Х17Н2	0,5-0,6	-	-	1100	15	1	1100	15	21,6
13	ПЖР	0,5-0,6	1150-1200	2	-	-	1	1100	15	18
14	П12Х18Н9Т	0,5-0,6	-	-	1100	15	1	1100	15	10,8
15	П14Х17Н2	0,5-0,6	-	-	1100	15	1	1100	15	36
16	П14Х17Н2	0,5-0,6	1150-1200	2	-	-	1	1100	15	47,4
17	БрАЖ-9-4	0,5-0,6	-	-	600	15	1	600	15	21,6
18	ПА-4	0,5-0,6	350-400	2	300	15	1	300	15	43,2
19	ПА-1	0,5-0,6	-	-	300	15	1	300	15	54
20	ПЖГр	0,6	1150-1200	2	1100	15	1	1100	15	21,6
21	ПЖ18H15-85	0,6	-	-	1100	15	1	1100	15	43,2
22	ПЖ18Н-85	0,6	1150-1200	2	1100	15	1	1100	15	10,8
23	БрАМЦ	0,5-0,6	1150-1200	2	-	-	1	600	15	72
24	П14Х17Н2	0,5-0,6	1150-1200	2	-	-	1	1100	15	648

Технологичность применяемого материала оценивается двумя коэффициентами. Первый из них - показатель технологичности материала К_М. Этот показатель связан с тем, что порошки различных материалов требуют различной трудоемкости на операции спекания. Снижение технологичности вызывается склонностью материалов к образованию стойких оксидных пленок на поверхностях порошка. Поэтому низка технологичность деталей из алюминиевых и титановых сплавов, коррозионно-стойких сталей, получаемых методом порошковой металлургии. Кроме того, следует учесть, что получение мелкодисперсных порошков ряда металлов затруднено. Поэтому порошки различных материалов имеют различную исходную стоимость.

Указанные факторы способствуют повышению себестоимости деталей из-за увеличения продолжительности и усложнения технологического регламента при спекании, а также дороговизны исходных микропорошков. Конкретные значения показателя технологичности применяемого материала определяют по таблице 5. Для деталей из чугуна в качестве порошкового материала следует выбирать железографит.

Таблица 5. Значение показателя технологичности К_М применяемого материала

Материал	Марка материала	Значение К_М
Углеродистые стали	ПЖ10-63 ПЖ10-66 ПЖ10-72 ПЖ10-76 ПЖ10-77 ПЖ10-79 ПЖ50-66 ПЖ50-72 ПЖ70-66 ПЖР ПЖ70-77 ПЖЗ	0,7
Углеродистые стали, легированные медью	ПЖ70ДЗ-66 ПЖ70ДЗ-69	0,5
Низколегированные углеродистые стали	ПЖ40Х-76 ПЖ10Х13-64 ПЖ10Х13-79 ПЖ10Х13-74	0,5
Коррозионно-стойкие стали	П12Х18Н9Т ПЖХ18Н15-70 П14Х17Н2 П2Х13 ПЖ18Н-85 ПХ18Н15-85 ПХ18Н15-87	0,3
Легированные стали	ПЖХ25-73 ПЖХ30-75 ПЖ18Н15-85	0,5
Медь	Д-87	0,8
Бронза Пористая бронза	Бр010-77 БрАМЦ Бр010-8б БрАЖ-9-4 Бр010	0,7
Латунь	Л80-78 ЛСв80-1-78 Л80-84 ЛСв80-1-84	0,6
Алюминий	АПД4-27 ПА4 АПЦ6 ДЗ-27 ПА1	0,3
Железографит Железографит с добавлением меди и серы	ПЖГр1 ПЖГр1Д2 ПЖГр	0,6

Особенностями конфигурации заготовки в сочетании с применяемым материалом и требованиями по пористости детали определяются число и режимы операций обработки давлением в технологическом процессе заготовки. В таблице 4 приведены структуры технологических процессов, реализованных на конкретных деталях в промышленности.

Технологичность материала при переработке повышается, если укорачивается технологическая цепочка изготовления заготовки. Технологичность при переработке характеризуется коэффициентом сложности переработки материала К_П (таблица 6).

Таблица 6. Значение коэффициента сложности переработки К_П

Способ изготовления заготовки	Значение К_П
Однократное прессование и спекание	1,0
Двукратное прессование и спекание	0,75
Холодное деформирование при втором прессовании	0,7
Горячая штамповка вместо второго прессования	0,7

На основании данных таблицы 4 студентам следует определить способ изготовления заготовки в терминах, используемых в первом столбце таблицы б. В соответствии с определенным способом изготовления заготовки выбирают значение К_П.

Снижение технологичности материала, связанное с применением холодного деформирования, обусловлено потерями времени при охлаждении промежуточной заготовки после операции нагрева, который производится, чтобы снять остаточные внутренние напряжения. Более технологично производить вторую операцию обработки давлением непосредственно после нагрева заготовки.

Применение горячей штамповки вместо горячего прессования хотя и приводит к уменьшению операционного времени, но в целом снижает технологичность вследствие более высокой стоимости требуемой технологической оснастки.

Разработка эскиза пресс-формы

При разработке пресс-формы необходимо учитывать следующее.

• Объем порошка в состоянии свободной насыпки примерно в три раза превышает объем спрессованного брикета. Это следует учитывать при установлении высоты пресс-формы и взаимного соответствия размеров ее элементов для создания достаточного объема рабочей полости;

• Спрессованный брикет не обладает достаточной механической прочностью. Поэтому конструкция пресс-формы должна быть максимально разъемной, чтобы исключать приложение значительных механических усилий к брикету при его движении рабочей полости.

• Извлечение брикета из рабочей полости пресс-формы может производиться с помощью предусматриваемых в ее конструкции выталкивателей. При этом выталкиватели могут формировать своими рабочими поверхностями некоторые элементы рабочей полости.

Выработка рекомендаций по повышению технологичности

Детали

Анализ технологичности конструкции детали, выполненный в соответствии с разделом 1, позволяет выявить факторы, которые оказывают наибольшее влияние на снижение технологичности детали.

Одним из возможных направлений повышения технологичности детали является снижение сложности конфигурации заготовки. Под этим следует понимать такое изменение конструкции заготовки, которое приводит к упрощению конструкции пресс-формы, разрабатываемой в соответствии с разделом 2.

Другим возможным направлением является повышение коэффициента использования порошкового материала или полное исключение механической обработки из-за усложнения конструкции пресс-формы.

Здесь следует доказать возможность получения спрессованного брикета усложненной конфигурации, приведя конструкцию модернизированной пресс-формы.

Еще одним направлением может служить замена материала детали на более технологичный с точки зрения его применения в порошковой металлургии. Данную замену можно производить в том случае, если известны назначение детали и общая характеристика условий ее работы в изделии, а также режим эксплуатации изделия.

В любом случае вывод о технологичности конструкции детали следует делать на основе сравнительного расчета себестоимости ее изготовления по двум вариантам технологического процесса:

1) получение заготовки методом порошковой металлургии;

2) получение той же заготовки резанием.

Себестоимость заготовки, полученной методом порошковой металлургии, определяют по формуле:

(4)

где a - текущие расходы (на заработную плату, порошковый материал, стоимость эксплуатации производственных мощностей); b - единовременные расходы (стоимость изготовления пресс-формы); N - годовой объем выпуска детали (смотри таблицу 4).

Постоянные a и b, входящие в формулу (4), могут быть определены на основе решения системы двух линейных уравнений, связывающих приведенные в таблице 7 себестоимости С₁ и С₂ с соответствующими объемами выпуска деталей, изготовляемых методами порошковой металлургии, N₁ и N₂.

(5)

Из системы уравнений (5) имеем:

(6)

Предполагая, что изготовление детали резанием не требует дополнительных единовременных расходов, себестоимость можно определить как

(7)

где М - расходы на материал; З — зарплата операторов металлорежущих станков.

Расходы на материал для выражения (5) можно определить по формуле:

(8)

где m - масса исходной заготовки, кг; q - цена 1 кг материала детали, руб.

Расходы на заработную плату определяются из соотношения:

(9)

где p - тарифная часовая ставка, руб./ч; t - количество нормочасов, необходимых для изготовления заготовки, идентичной получаемой методом порошковой металлургии.

Исходные данные для расчета по формулам (4) - (9) приведены в таблице 7.

Таблица 7. Исходные данные для экономического анализа

№ вар	Порошковая металлургия		Обработка резанием
	Стоимость заготовки, руб./шт., при годовых объемах выпуска		q, руб./кг	τ, час.		p, руб./мин.
	N₁=5000 шт.	N₂=30000 шт.	q, руб./кг	τ, час.		p, руб./мин.
1	630	600	1450	3,43		6,32
2	55	49	1450	3,43		6,32
3	800	770	850	4,2		6,32
4	960	775	1450	8,5		6,32
5	1530	680	3500	2,44		8,43
6	720	710	3500	9,34		8,43
7	730	1480	3500	8,15		8,43
8	740	700	1450	10,1		6,32
9	1760	1670	1450	10,1		6,32
10	652	620	1400	2,29		7,36
11	1682	1635	850	4,2		6,32
12	2020	1960	1000	14,1		8,43
13	1073	1040	850	4,2		6,32
14	1044	1015	1000	19,1	8,43
15	790	750	1000	19,3	8,43
16	105	95	1000	12,8	8,43
17	1240	1198	1450	3,43	6,32
18	3040	2962	3500	2,44	8,43
19	746	672	3500	10,2	8,43
20	369	338	1660	2,67	7,36
21	1630	1590	1450	13,4	6,32
22	760	725	1450	3,39	6,32
23	454	430	1660	11,2	8,43
24	275	256	1000	4,62	8,43
25	630	600	850	4,2	6,32
26	55	49	1450	3,43	6,32
27	800	770	1450	6,12	7,36
28	960	776	1450	8,5	6,32
29	1530	1480	850	20,6	8,43
30	720	680	1450	9,34	6,32
31	730	710	1450	8,15	7,36
32	740	700	1450	10,1	6,32
33	1760	1670	850	6,61	8,43
34	652	620	1450	2,29	7,36
35	1682	1635	1400	10,4	7,36
36	2020	1960	1000	14,1	8,43
37	1073	1040	1660	5,31	6,32
38	1044	1015	1000	19,1	8,43
39	790	750	720	19,3	8,43
40	105	95	1650	12,8	7,36
41	1240	1198	850	6,63	6,32
42	3040	2962	3500	2,44	8,43
43	746	672	1450	10,2	7,36
44	369	308	1660	2,67	7,36
45	1630	1590	850	13,4	8,43
46	760	725	1250	3,39	7,36
47	454	430	1660	11,2	8,43
48	275	256	1660	4,62	6,32
49	363	344	1660	12,2	6,32
50	475	455	830	13,1	6,32
51	83	75	830	12,1	7,36
52	290	276	820	9,9	8,43
53	65	59	800	7,21	6,32
54	660	635	830	6,5	6,32