Эскизы аналогов объекта 1 страница

Таблица 1.3 Механические свойства стали 30ХМ в состоянии поставки

s0,2	sв	s5	y	KCU, Дж/см2	HRC
МПа		%
610	780	18	64	147	25

 

Технологические свойства:

-температура ковки, °С: начала 1260, конца 760-800;

-свариваемость – ограниченно свариваемые;

- обрабатываемость резанием –при HB 229-269, s_в = 610 МПа, K_{V тв.спл.} = 0,70, K_{V б.ст.} = 0,3

-склонность к отпускной хрупкости – не склонна.

Заготовку вала возможно получить отрезкой проката круглого профиля, так и штамповкой на горизонтально-ковочной машине (ГКМ). Наиболее предпочтительный вариант получения заготовки определим экономическим расчетом.

За критерий обрабатываемости принят коэффициент [бар]:

 

, (1.1)

 

где К_Г – коэффициент, учитывающий группу стали по обрабатываемости;

s_В – предел прочности обрабатываемого материала;

n_V – показатель степени при обработке;

.

Значение данного коэффициента будем учитывать при выборе материала режущих инструментов.

 

1.3.2 Технологичность установки

Черновыми базами для установки заготовки на первой операции могут быть цилиндрические и торцевые поверхности заготовки. В дальнейшем за базы приняты цилиндрическая пов. 2 и торцевая пов.1 и центровые отверстия ли цилиндрическая пов.13 и торцевая пов.15, в зависимости от установа. Данные технологические базы обеспечивают надежную ориентацию и закрепление заготовки, возможность свободного подвода инструмента при обработке.

Измерительные базы детали можно использовать в качестве технологических баз, т.к. точность и шероховатость этих баз обеспечивает требуемую точность обработки.

Таким образом, с точки зрения установки при обработке, деталь можно считать технологичной.

 

1.3.3 Технологичность обрабатываемых поверхностей

Предполагается обрабатывать все поверхности детали. Число обрабатываемых поверхностей 41: 16 цилиндрических: 2, 4, 6, 7, 8, 10, 11, 13, 18, 22, 24, 28, 29, 35, 38, 40; 15 торцевых: 1, 3, 5, 9, 21, 23, 25, 27, 30, 33, 34, 36, 37, 39; резьбовые поверхности: пов. 20, 32; сферические: 26, 31, 41; технологические канавки и уклоны: пов.9, 12; шпоночный паз 14, 15, 16; фаски, галтели.

Протяженность обрабатываемых поверхностей невелика и определяется условиями компоновки насоса-мотора.

Для обеспечения нормальной работоспособности всех узлов насоса-мотора назначены следующие требования к геометрии вала: допуск К5 на шейку вала, сопрягаемую с шестерней гидромашины, допуск ! на шейки под подшипники; допуски на шероховатость назначаем по [1], точность резьбовых соединений по [1], допуски торцевого и радиального биения назначаем по [8]. Точность и шероховатость поверхностей 6, 8, 13, 25 (ОКБ) определяется условиями эксплуатации вала. Уменьшение точности приведет к снижению точности установки вала в насосе-моторе. Все отверстия вала доступны для обработки. Поверхности различного назначения разделены, что облегчает обработку. Форма детали позволяет обрабатывать поверхность напроход. Обработка поверхностей в упор затруднений не вызывает.

Таким образом, с точки зрения обрабатываемых поверхностей, деталь можно считать технологичной.

 

1.3.4 Технологичность общей конфигурации детали

Деталь имеет достаточную жесткость и прочность. Радиусы закруглений и фаски выполняются по ГОСТ 10948-64, форма и размеры канавок по ГОСТ 8820-69. Такая унификация упростит обработку и контроль этих элементов вала.

Вал можно отнести к типу деталей "валы", для которых разработан типовой ТП.

Форма детали позволяет вести одновременную обработку нескольких поверхностей: цилиндрических- 6, 8 ,10,11 ,торцовых 1,2,4. При обработке на станке с ЧПУ сферических пов. 26 и 31 и нарезание резьбы в отверстиях можно осуществить на одной операции. Оборудование может быть простым, универсальным, оснастку также можно применять универсальную. Все поверхности вала доступны для контроля.

Таким образом, с точки зрения общей компоновки детали ее можно считать технологичной.

Поскольку деталь отвечает требованиям технологичности по всем 4 группам критериев, можно сделать вывод о ее достаточно высокой технологичности.

 

1.4 Формулировка задач дипломного проекта

 

На базе анализа технических требований к детали сформулируем задачи дипломного проекта:

1. Определить тип производства и выбрать стратегию разработки технологического процесса;

2. Выбрать оптимальный метод получения заготовки и маршрут обработки поверхностей;

3. Разработать технологический маршрут и схемы базирования заготовки;

4. Выбрать оборудование, приспособления, режущий инструмент, средства контроля;

5. Рассчитать припуски на обработку на спроектированные технологические операции

6. Рассчитать и спроектировать станочное приспособление для токарной операции и приспособление контроля биения отверстия

7. Рассчитать и спроектировать режущий инструмент для токарной операции

8. Провести линейную оптимизацию режимов резания на токарной операции

9. Спроектировать участок механического цеха

10. Провести научные исследования по повышению стойкости режущего инструмента и повышению производительности обработки

11. Рассмотреть мероприятия по обеспечению безопасности и экологичности проекта

12. Определить экономическую эффективность проекта.

 

2. Определение типа производства

 

2.1 Выбор и проектирование заготовки

 

Задача данного раздела – в зависимости от детали и годового объема выпуска определить тип производства и на его базе выбрать оптимальную стратегию разработки технологического процесса

 

2.1.1 Определение типа производства

Тип производства определяем с учетом годовой программы, массы детали и качественной оценки трудоемкости ее изготовления. По трудоемкости данную деталь можно отнести к деталям средней трудоемкости.

Определим массу детали по формуле:

 

 , кг (2.1)

 

где ρ – плотность материала, для стали 30ХМ , принимаем ρ = 0,0785 кг/см³;

V – объем детали, см³

Объем детали определяем как алгебраическую сумму объемов тел за вычетом полых цилиндрических составляющих и сегментов, входящих в конфигурацию детали:

 

 

Зная объем детали и плотность материала, из которого сделана деталь, определяем массу детали:

Тип производства зависит от годового объема выпуска деталей, ее массы и трудоемкости. По трудоемкости данную деталь можно отнести к деталям средней трудоемкости, поэтому при годовом объеме выпуска N = 15000 шт /год и массе детали m =2,56 кг по] принимаем тип производства – среднесерийное.

Рассчитаем объем партии запуска изделий, шт:

 

 (2.2)

 

где N_г – годовой объем выпуска деталей;

F – число рабочих дней в году.

 

2.1.2 Выбор стратегии разработки технологического процесса

Задача данного подраздела – в зависимости от типа производства выбрать оптимальную стратегию разработки технологического процесса – принципиальный подход к определению его составляющих (показателей ТП), способствующей обеспечению заданного выпуска деталей заданного качества с наименьшими затратами.

1. В области организации технологического процесса:

Вид стратегии – последовательная, в отдельных случаях циклическая; линейная, в отдельных случаях разветвленная; жесткая, в отдельных случаях адаптивная;

· Форма организации технологического процесса – переменно-поточная форма организации технологического процесса

· Повторяемость изделий – периодически повторяющиеся партии

2. Метод получения заготовки:

· Оптимальный вариант получения заготовки – прокат или штамповка на ГКМ;

· Выбор последовательности обработки – по таблицам с учетом коэффициентов удельных затрат;

· Припуск на обработку – незначительный;

· Метод определения припусков – табличный.

3. В области разработки технологического процесса:

· Степень унификации ТП – разработка технологического процесса на базе типового ТП;

· Степень детализации разработки ТП – маршрутный или маршрутно-операционный технологический процесс;

· Принцип формирования маршрута – концентрация операций и

совмещение по возможности переходов;

· Обеспечение точности – работа на настроенном оборудовании, с частичным применением активного контроля;

· Базирование – с соблюдением принципа постоянства баз и по возможности принципа единства баз на последующих операциях технологического процесса;

4. В области выбора средств технологического оснащения (СТО):

· Оборудование – универсальное, в том числе с ЧПУ, специализированные;

· Приспособления – универсальные, стандартные, нормализованные,

специализированные;

· Режущие инструменты – стандартные, нормализованные, специальные;

· Средства контроля – универсальные, специальные

5. В области проектирования технологических операций:

· Содержание операций – одновременная обработка нескольких поверхностей, исходя из возможностей оборудования;

· Загрузка оборудования – периодическая смена детали на станках, коэффициент закрепления операций от 10 до 20;

· Расстановка оборудования – по группам станков, предметно замкнутые участки;

· Настройка станков – по измерительным инструментам и приборам или работа без предварительной настройки по промерам.

6. В области нормирования технологического процесса:

· Определение режимов резания – по общемашиностроительным

нормативам и эмпирическим формулам;

· Нормирование – детальное пооперационное;

· Квалификация рабочих – средняя;

· Технологическая документация – маршрутные и операционные карты.

Принятой стратегией будем руководствоваться при разработке технологического процесса изготовления вала.

 

2.2 Выбор и проектирование заготовки

 

Задача данного подраздела - выбрать методы получения заготовки и обработки поверхностей, обеспечивающих минимум суммарных затрат на получение заготовки и ее обработку.

 

2.2.1 Выбор метода получения заготовки

Учитывая конструкцию изготавливаемого вала и материал заготовки – сталь 30ХМ, можно предложить два основных альтернативных метода получения заготовки:

1. Прокат;

2. Штамповка на ГКМ.

1. Прокат

По ГОСТ 2590-71 определим диаметр прутка для данной заготовки:

1) определим припуск на механическую обработку шейки вала наибольшего диаметра:

 

, (2.3.)

 

где D_дmin – наименьший предельный размер расчетной ступени по чертежу, мм;

2 Z_omin – расчетный минимальный общий припуск на обработку по диаметру, мм;

Определим значение минимального припуска  после каждой операции по формуле:

 

, (3.3)

 

где R_z , h, мм – высота неровностей и дефектный слой, образовавшиеся на обрабатываемой поверхности при предыдущей обработке;

D_i ,мм- суммарное значение пространственных отклонений;

e_уi,мм - погрешность установки.

Суммарное значение пространственных отклонений определим по формуле:

 

 (3.4)

 

где D_к.о. –общая кривизна заготовки (учитывается на первой операции механической обработки);

D_см - величина смещения заготовки, т.к. обработка ведется в патроне за величину смещения принимаем отклонение от соосности.

Общая кривизна заготовки:

 

 (3.5)

 

где D_к – удельная изогнутость и коробление заготовки, мкм/мм;

l – длина заготовки, мм. Так как допустимая кривизна реза прутка не должна превышать 5 мм, длина заготовки составляет 209,5 мм.

Погрешность установки для однопозиционной обработки:

 

 (3.6)

 

где e_б – погрешность базирования;

e_з – погрешность закрепления.

Так как при обработке диаметра измерительные и технологические базы совпадают, погрешность базирования e_б = 0 при всех установках заготовки.

2) по рассчитанному диаметру определяем ближайший диаметр заготовки из сортового проката: Dз = 95 мм.

Для проведения в дальнейшем технико-экономического обоснования выбора заготовки необходимо определить коэффициент использования материала для данного метода.

Коэффициент использования материала определим по формуле:

 

К_и1=q/Q, (2.2.)

 

где q – масса детали, q = 2,56 кг (см. п. 2.1.1.);

Q- масса заготовки

Объем заготовки:

Зная объем детали и плотность материала, определяем массу заготовки:

Подставив полученные значения масс детали и заготовки в формулу 2.2., получим коэффициент использования материала для отрезки из проката: К_и1=2,56/11,653=0,22.

2. Штамповка на ГКМ

Ведем расчет поковки по ГОСТ 7505-89.

Исходные данные для расчета.

Ориентировочная величина расчетной массы поковки, кг:

 

 (2.2.)

 

где М_Д –масса детали, кг;

К_р – расчетный коэффициент, устанавливаемый в соответствии с приложением 3 (табл.20).

Класс точности – Т5 ( приложение 1).

Группа стали – М1 (табл.1).

Степень сложности – С3 (приложение 2).

Конфигурация поверхности разъема штампа – П (плоская) (табл.1)

Исходный индекс – 9 (табл.2).

По табл. 3 ГОСТ 7505-89 определяем припуски на механическую обработку, рассчитываем размеры поковки и их допустимые отклонения, учитывая дополнительные припуски, по табл. 8 ГОСТ 7505-89 назначаем допуски поковки. Все значения вносим в таблицу 2.1.

 

Таблица 2.1 Допуски и припуски на размеры поковки

Размер детали, мм	Поверхн-ти, на которые назначается припуск	Допуск на размер поковки, мм	Припуск, мм	Расчет размера поковки	Окончатль-ный размер (учитывая округления до 0,5 мм)
Æ87	2	1,4	1,4	Æ87+2×(1,4+0,3+0,4)	Æ91
Æ63	4	1,4	1,4	Æ63+2×(1,4+0,3+0,4)	Æ67
Æ45	11	1,4	1,5	Æ45+2×(1,5+0,3+0,4)	Æ50
19,5	33	1,2	1,3	19,5+(1,3+0,3+0,4)	21,5
21	5	1,2	1,4	21+(1,4+0,3+0,4)	23
Остальные требования по ГОСТ 7505-89

 

Дополнительные припуски, учитывающие:

смещение по поверхности разъема штампа - 0,3 мм (табл.4);

изогнутость и отклонения от плоскости и от прямолинейности – 0,4 мм (табл.5);

Радиус закругления наружных углов – 4,0 мм (табл.7).

Штамповочный уклон - 7Å (табл.18).

Для проведения в дальнейшем технико-экономического обоснования выбора заготовки необходимо определить коэффициент использования материала для данного метода. Коэффициент использования материала определим по формуле 2.2.

Объем заготовки определяем как алгебраическую сумму объемов тел за вычетом полых цилиндрических составляющих и сегментов, входящих в конфигурацию заготовки:

Зная объем детали и плотность материала, определяем массу заготовки:

Подставив полученные значения масс детали и заготовки в формулу (2.2.), получим коэффициент использования материала для ковки на горизонтально-ковочных машинах: К_и2=2,56/4,86=0,53.

Для окончательного решения по выбору метода получения заготовки, следует провести сравнительный экономический анализ по технологической себестоимости.

 

2.2.2 Экономическое обоснование выбора метода получения заготовки

Оценку эффективности различных вариантов получения заготовок чаще всего проводят по двум показателям:

а) коэффициенту использования материала заготовки (см. формулу 2.2.)

б) технологической себестоимости изготовления детали. Сюда включаются только те статьи затрат, величины которых изменяются при переходе одного варианта к другому.

На стадии проектирования технологических процессов оптимальный вариант заготовки, если известны массы заготовки и детали, можно определить путем сравнения технологической себестоимости изготовления детали, рассчитанной по формуле:

 

S_тд = S_заг·Q + S_мех(Q-q) - S_отх(Q-q), (2.3.)

 

где S_заг –стоимость одного кг заготовки, руб/кг;

S_мех – стоимость механической обработки, отнесенная к одному кг срезаемой стружки, руб/кг;

S_отх – цена 1 кг. отходов, руб/кг, S_отх = 0,0144 руб/кг;

 

S_мех = S_с + Е_н·S_к , (2.4.)

 

где S_с – текущие затраты на 1 кг стружки, руб/кг;

S_к – капитальные затраты на 1 кг стружки, руб/кг;

По табл. 3.2 [Технология отрасли] для автомобильного и сельскохозяйственного машиностроения S_с = 0,188 руб/кг, S_к = 0,566 руб/кг.

Е_н – нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений, Е_н = 0,15.

С_мех = 0,188 + 0,15·0,566 = 0,273 руб/кг.

Это значение принимаем для обоих методов получения заготовки.

Стоимость заготовки, полученной методом проката:

 

 , (2.5.)

 

где М – затраты на материал заготовки, руб

 

, (2.6.)

 

где Q –масса заготовки, кг;

S –цена 1 кг материала заготовки, руб;

q – масса готовой детали, кг;

где SС_о.з. – технологическая себестоимость операций правки, калибрования прутков, разрезки их на штучные заготовки:

 

, (2.6.)

 

где С_п.з. – приведенные затраты на рабочем месте, руб/ч;

Т_шт(ш-к) – штучное или штучно-калькуляционное время выполнения заготовительной операции (правки, калибрования, резки и др.).

 

 

Подставим рассчитанные значения в формулу (2.)

 

 

Стоимость заготовки, полученной методом ковки на ГКМ с достаточной для стадии проектирования точностью можно определить по формуле:

 

С_заг = С_i/1000 × k_т × k_c× k_в× k_м× k_п, (2.5.)

 

где С_i - базовая стоимость одного 1 т поковки, полученной на ГКМ, руб.:

С_i = 0,725 руб;

k_т – коэффициент, зависящий от класса точности, для поковок нормального класса точности:

k_т = 1;

k_c – коэффициент, зависящий от группы сложности поковки, для третьей группы сложности:

k_c =1,0;

k_в – коэффициент, зависящий от марки материала и массы поковки, для стали 40Х при массе поковки менее 10 кг:

k_в =0,8;

k_м – коэффициент, зависящий от марки материала поковки, для стали 30ХМ:

k_м = 1;

k_п – коэффициент, зависящий от объема производства поковок и группы серийности:

k_п = 1;

Подставим определенные значения в формулу (2.5.):

 

С_заг = С_i/1000 × k_т × k_c× k_в× k_м× k_п

 

Подставим полученные данные в формулу (2.3) и рассчитаем технологическую себестоимость изготовления детали, для двух методов получения заготовки:

-для проката:

С_тд1 = 0,29×3,12+ 0,273 × (3,12-2,2) - 0,0144×(3,12-2,2)= 1,143 руб.;

- для штамповки на ГКМ:

С_тд2 = 0,821×2,64+ 0,273 × (2,64-2,2) – 0,0144×(2,64-2,2) = 2,281 руб.

Расчеты проведены в ценах 1985 года. Для учета ценовой инфляции введем коэффициент К = 10000. Тогда стоимость заготовки:

-для литья в земляные формы С_заг1=0,298×10000=2980 руб;

-для литья в оболочковые формы С_заг2=0,821×10000=8210 руб.

Полная себестоимость с учетом коэффициента инфляции составит:

-для литья в земляные формы С_тд1=11430 руб;

-для литья в оболочковые формы С_тд2=22810 руб.

Вывод: по результатам проведения сравнительного анализа технологической себестоимости двух методов получения отливки можно заключить, что экономически целесообразнее использовать при получении заготовки детали метод ковки на горизонтально-ковочной машине, т.к. полная себестоимость получения заготовки этим методом существенно ниже чем методом отрезки сортового проката.

Экономический эффект при изготовлении детали из заготовки полученной ковкой на ГКМ, по сравнению с изготовлением детали резкой сортового проката для годовой программы выпуска-15000 шт. составит:

Э=(С_тд2 - С_тд1)·N= (22810-11430)·15000=170700000руб.

 

3. Технологический маршрут и план изготовления детали

 

3.1 Обоснование технологического маршрута изготовления детали. План изготовления детали

 

Задача раздела - разработать оптимальный технологический маршрут, т.е. такую последовательность операций, которая обеспечит получение из заготовки готовой детали с наименьшими затратами, при этом необходимо разработать такую схему базирования заготовки на каждой операции, которая обеспечила бы минимальную погрешность обработки.

Тип производства – среднесерийное;

Способ получения исходной заготовки – штамповка на ГКМ;

Метод достижения точности – по настроенному оборудованию.

На рисунке 1.1. представлена схема кодирования детали, т.е. изображен эскиз детали с пронумерованными поверхностями и буквенными обозначениями чертежных размеров.

Технологический маршрут, выбранный в соответствии рекомендациям [Выбор маршрутов обработки поверхностей деталей машин. Сост. Михайлов А. В., Пашко Н. М.] представлен в таблице 3.1:

 

Таблица 3.1 Технологический маршрут изготовления детали

№ операции	Наименование операции	Оборудование (тип, модель)	Содержание операции	Точ-ность (IT)	Ra, мкм
000	Заготовительная	Горизонтально-ковочная машина		15 16	32
005	Фрезерно-центровальная	Фрезерно-центровальный п/а МР-71М	переход1: фрезеровать торцы 1,17	12	10
			переход 2: сверлить центровые отверстия 47 и 48
010	Токарная	Токарно-винторезный станок 16Б16П	Установ А точить пов. 13,46,11,8.	12	12,5
			Установ Б точить пов. 2, 3,4,6	12	12,5
015	Токарная	Токарно-винторезный станок 16Б16П	Установ А точить точить пов. 13,46,11,8.	10	6,3
			Установ Б точить пов. 2, 3,4,6	10	6,3
020	Токарная с ЧПУ	Токарно-винторезный станок 16К20Ф3	Установ А точить пов. 17,13,12,11,10,9,8,7, 3…6, фаски, уклоны и канавки	8	2,5
025	Токарная	Токарно-винторезный станок 1А616П	Установ А: переход1: сверлить отв. 38,	11	6,3
			переход 2: зенкеровать пов. 38,40,41,	9	2,5
			переход 3: нарезать резьбу пов.39	7 ст.	2,5
			Установ Б: сверлить отв. 28	11	10
030	Сверлильно-фрезерная	Сверлильно-фрезерно-расточной станок 2254ВМФ4	Установ А переход 1: сверлить 14 отв. пов.22	12	10
			переход 2: зенкеровать 14 отв.22	10	5
			переход 3: нарезать резьбу в отв.22	7 ст.	2,5
			переход 4: сверлить 7 отв. 33 и отв 26	10	10
			переход 5: фрезеровать 7 отв. 33 и отв 26	7	5
035	Фрезерная	Специальный консольно-фрезерный станок ГФ-792	переход 1: фрезеровать шпон. паз (пов. 14,15,16)	10	10
			переход 2: фрезеровать шпон. паз (пов. 14,15,16)	8	5
			переход 3: сверлить отв.35	12	10
			переход 4: сверлить отв.47	12	10
040	Термическая	Печь индукционная	Закалить, отпустить, пов. 24,40,41 защитить от окалины	+1 на все поверхности кроме 24,40, 41
045	Очистная		Очистить от окалины
050	Плоскошлифовальная	Плоскошлифовальный станок 3П756Л	Шлифовать торец 1	10	2,5
055	Круглошлифовальная	Круглошлифовальный станок 3М150	Шлифовать пов. 13 8 и 6, торец 5	7	1,25
060	Круглошлифовальная	Круглошлифовальный станок 3М150	Шлифовать пов. 13 8 и 6	5	0,63
065	Токарная	Токарно-винторезный станок 1А616П	Установ А Полировать пов. 11	-	0,32
			Установ Б Притереть пов. 33 и 26	-	0,16
075	Слесарная	Верстак слесарный	Притупить острые кромки, маркировать электрографом согл. ТТ	-	-
080	Моечная	Моечная машина		-	-
085	Азотирование	Печь для азотирования	согл. ТТ	-	-
090	Контрольная	-	-	-	-