Выбор метода получения заготовки с экономическим обоснованием

Заготовка – это предмет производства, из которого изменением формы и размеров, свойств материала и шероховатости поверхности изготавливают деталь или неразъемную сборочную единицу – узел. Факторы, влияющие на выбор процесса и методы изготовления заготовки:

1) технологическая характеристика материала, его свойства, определение возможности применения литья, пластической деформации, сварки, порошковой металлургии;

2) физико-механические свойства материала в процессе формообразования;

3) конструктивные формы, размеры детали, ее масса;

4) объем выпуска, в частности в крупносерийном производстве применяются штамповка заготовки или заготовка из проката.

5) наличие технологического оборудования, литейного, кузнечного, сварного и др. производств, возможность получения заготовок от специальных заводов по кооперации.

Для рационального выбора заготовки необходимо одновременно учитывать назначение и конструкцию детали, материал, технические требования, масштаб и серийность выпуска, а также экономичность изготовления, так как между ними существует тесная взаимосвязь. Окончательное решение можно принять только после экономического комплексного расчета себестоимости заготовки и механической обработки в целом.

Исходя из вышесказанного, рассчитаем стоимость заготовки (необходимой для заданной детали – вала-шестерни), полученной на горизонтально-ковочной машине (ГКМ) и стоимость заготовки из горячекатаного проката.

Для начала определяем массу прутка (массу геометрической фигуры, в которую вписывается деталь): М_ф=26,53. Более подробно расчеты приведены в разделе «Расчет припусков».

Для заданного материала (Сталь 30Х) по таблице определяем оптовую цену за 1 тонну металла (табл.2.6, стр. 31[1]). В нашем случае 1 тонна стоит 160000 руб.

Масса детали подробно рассчитана в разделе «Расчет припусков»: М_дет=15,25кг.

Определяем по таблице заготовочную цену на стальную стружку (табл.2.7, стр. 32 [1]):

S_отх=28000 руб (за 1 тонну);

Определим стоимость получения заготовки из проката по выражению:

(5.1)

где S – оптовая цена 1т металла, руб.;

Q – масса заготовки (М_ф), кг;

q – масса детали (М_дет), кг;

S_отх – заготовительная цена на стальную стружку, руб.

руб.

Определяем стоимость получения заготовки полученной на ГКМ:

(5.2)

где

C_i-базовая стоимость 1 тонны заготовки (штамповки), С_i=373000 руб.;

К_т – коэффициент, зависящий от класса точности (в нашем случае класс точности – 1), поэтому К_т=1;

К_с – коэффициент, зависящий от степени сложности по таблице (табл.2.12, стр.38 [1]) К_с=0,87;

К_в – коэффициент, зависящий от массы по таблице (табл.2.12, стр.38 [1]) К_в=1,14;

К_м – коэффициент, зависящий от марки материала. В нашем случае заготовка стальная, поэтому К_м=1,18;

К_п – коэффициент, зависящий от объема производства К_п=1,0

Q – масса заготовки, кг;

q – масса детали, кг;

S_отх – стоимость отходов;

руб.

Исходя из полученных расчетов видно, что заготовка полученная прокатом дешевле чем заготовка полученная на ГКМ.

Определяем годовой экономический эффект одного способа получения заготовки по сравнению с другим по выражению:

руб. (5.3)

где Э – годовой экономический эффект, руб.;

N – годовой объем выпуска деталей, шт.

Таким образом, при использовании заготовок полученных прокатом экономия составит 167 млн. рублей в год по сравнению с заготовкой, полученной на ГКМ.

Однако, исходя из производственного опыта и технико-экономических расчетов, следует, что при объеме выпуска 35000 деталей в год целесообразно применять ГКМ. Более того, если учесть стоимость механической обработки, то очевидным становится то, что применение ГКМ более рационально и экономически выгодней чем прокат. Поэтому для нашего случая выбираем метод получения заготовки на ГКМ (ковка на горизонтально-ковочной машине) (См. п. 9).

Обычно при обработке резанием заданные чертежом форма, геометрические размеры и параметры качества поверхностного слоя, получают за один или несколько переходов обработки. При этом на каждом переходе механической обработки с элементарной обработкой поверхности в виде стружки снимается слой металла. Таким образом припуском называют слой металла, который необходимо удалить с поверхности заготовки для получения детали заданных размеров и качества поверхности. На величину припуска оказывают влияние следующие факторы:

1. материал заготовки;

2. вид заготовки (литье, штамповка и т.д.);

3. размер заготовки;

4. величина дефектного слоя на обрабатываемой поверхности;

5. сложность процесса обработки;

6. величина погрешности установки;

Расчет припусков и назначение их по таблицам ГОСТов следует производить после отработки конструкции детали и заготовки на технологичность и технико-экономические обоснования метода получения заготовки.

Перечислим исходные данные для расчета припусков на механическую обработку в нашем случае:

- материал заготовки – Сталь 30Х;

- заготовка получена прокатом;

- способ установки при обработке – в центрах;

Значение припусков запишем в виде таблицы.

Технологический процесс обработки для поверхностей, припуски которых будут определяться в данном разделе расчетно-аналитическим методом выглядит следующим образом: черновое точение; чистовое точение; шлифование; термообработка; повторное шлифование.

Определяем исходный индекс заготовки. Для этого определяется группа стали в зависимости от содержания углерода. Группа стали – Сталь М1 (согласно ГОСТ 7505-89). Также согласно этому ГОСТу в зависимости от метода получения заготовки определяется класс точности поковки – Т4. Далее необходимо определить степень сложности поковки. Для этого определяем массу детали, исходя из того, что удельный вес стального изделия составляет ρ_ст=7800кг/м³.

(6.1)

где:

d_i – диаметр детали, см;

l_i – длина детали с диаметром d_i, см;

кг;

Определим массу заготовки (приближенная масса заготовки)

(6.2)

К_р - коэффициент, равный 1,33;

кг;

Определим массу геометрической фигуры, в которую вписывается деталь:

(6.3)

где:

d_i – максимальный диаметр детали, см;

l_i – длина всей детали, см;

кг

Определяем степень сложности половин:

(6.4)

Следовательно степень сложности заготовки – С2.

Рассчитаем припуск для поверхности опорной шейки Ø95к6. Необходимые для расчета значения элементов припуска определим, согласно рекомендациям (табл. 4.1, стр. 61 [1]).

Технологический маршрут обработки поверхности опорной шейк состоит из следующих операций: черновое точение, чистовое точение, шлифование предварительное (до термообработки), шлифование окончательное (после термообработки).

Расчёт припусков на обработку приведён в табл. 6.1, в которой последовательно записываются технологический маршрут обработки опорной шейки и все значения элементов припуска.

Значения высоты микронеровностей R_z для штампованной заготовки массой 20,3 кг принимаем: R_z =600.

Определяем пространственные отклонения. Для данной заготовки:

(6.5)

где

ρ_см – погрешность заготовок по смещению.

ρ_см = 0,9 (для второй группы точности).

ρ_кор – погрешность штампованной заготовки по короблению.

ρ_кор = 0,5 (с диаметром по опорной шейке <50 мм).

ρ_ц – погрешность зацентровки заготовки. Вычисляется по формуле:

(6.6)

Тd_заг – допуск заготовки по ГОСТ 7505-89.

Определяем допуск на поверхность для штамповки точности Т4, для группы стали М1, степени сложности С2 по исходному индексу ИТ=12.

Тd_заг = мм

Определим ρ для последующих технологических переходов:

ρ_черн =0,06* =0,06*1300=80 мкм

ρ_чист =0,05* =0,05*1300=50 мкм

ρ_{шл. пр} =0,04* =0,02*1300=30 мкм

Величину расчётного припуска по технологическим переходам определим по формуле:

(6.7)

где

z_min - расчетный припуск, мкм;

R_zi-1 – среднее квадратичное отклонение на предшествующей операции, мкм;

Т_i-1 – глубина дефектного поверхностного слоя на предшествующей операции, мкм;

ρ_i-1 – суммарное отклонение распределения поверхностей и отклонение формы поверхностей на предшествующей операции, мкм

Для чернового точения: 2z_min=2(600+0+30)= 2^.630мкм

Для получистового точения: 2z_min=2(50+0+50)= 2^.100мкм

Для чистовое точение: 2z_min=2(50+0+50)= 2^.100мкм

Расчётный размер d_р находится последовательно в обратном порядке технологических переходов, т.е. снизу вверх, начиная с шлифования. Размер после шлифования должен соответствовать размеру детали.

Предельные отклонения принимаем по СТ СЭВ 144-75. В нашем случае: Ø .

d_р при шлифовании в случае обработки наружных поверхностей принимают по d_мин. Последующие значения d_р для технологических переходов определяются прибавлением к известному размеру величин припуска (рис 6.1):

d_р1=94,75+0,200=94,95мм

d_р2=94,95+0,200=95,15мм

d_р3=95,15+1,260=96,41мм

d_max = d_min+Td,

где Td – допуск на размер для заготовки:

d_max = 96,41 + 2 = 98,41 мм – для заготовки;

d_max = 95,15 + 1,3 = 96,45 мм – для чернового точения;

d_max = 94,95 + 0,52= 95,47 мм – для получистового точения;

d_max = 94,75 + 0,21 = 94,96 мм – для чистовое.

Предельные значения припусков 2z_min^пр для наружных поверхностей определяют как разность наибольших предельных размеров, 2z_mах^пр – как разность наименьших предельных размеров предшествующего и рассматриваемого переходов.

2z_min1 = 96,41-95,15= 1,26 мм;

2z_min2= 95,15-94,95 = 0,68 мм;

2z_min3 = 94,95-94,75 = 0,2 мм;

2z_max1= 98,41-96,45 = 1,96 мм;

2z_max2 = 96,45-95,47 = 0,98 мм;

2z_max3= 95,47-94,96 =0,51 мм;

Выполним проверку:

2z_{max i} - 2z_{min i} = T_i-1-T_i (6.8)

2z_max1 - 2z_min1 = 1,96-1,26=0,7мм;

Тd - Тd_i = 2000-1300=700 мкм.

2z_max2 - 2z_min2 = 0,98-0,2= 0,78 мм;

Тd - Тd_i = 1300-520=780 мкм.

2z_max3 - 2z_min3 = 0,51-0,2= 0,31 мкм;

Тd - Тd_i =520-210=310 мкм.

Величина номинального припуска z_0ном определяется с учётом несимметричного расположения поля допуска заготовки.

Для наружных поверхностей:

(6.9)

где

Н_з – нижнее отклонение допуска заготовки,

Н_д – нижнее отклонение допуска детали.

z_0ном = 2140+700-2=2838мкм=2,84мм≈2^.1,42 мм

Расчетный размер заготовки:

d_{заг. ном.}= d+ z_0ном (6.10)

d_{заг. ном.}= 95+2,84=97,848мм

Таблица 6.1

На остальные обрабатываемые поверхности маховика припуски и допуски выбираем по ГОСТ 7505-89. Также по этому стандарту проверяем правильность расчёта припусков рассчитанного отверстия. Полученные значения записываем в таблицу 6.3

Таблица 6.3

Схема расположения межоперационных припусков и допусков

Рис.6.1

На остальные поверхности заготовки (рис 6.2) припуски и допуски принимаются по найденному исходному индексу ИТ по ГОСТ 7505-89. Результаты сводим в табл.6.2.

Рис 6.2

Таблица 6.2

Припуски на поверхности заготовки

Данные таблицы являются основой для последующего назначения глубины при расчёте режимов резания.

7. РАСЧЁТ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ И ОСНОВНОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ВРЕМЕНИ

Техпроцесс для рассматриваемой детали:

005-фрезерно-центровальная:

005.1- фрезеровать торцы в размер детали;

005.2- сверлить центровые отверстия;

010 – токарно-черновая:

010.1- Токарно-черновая обработка промежуточного вала;

010.2- Токарно-черновая подрезка опорной шейки;

010.3- Токарная - точить канавку;

010.4- Токарно-черновая обработка опорной шейки;

010.5- токарно-черновая обработка промежуточного диаметра;

010.6- Токарно-черновая обработка опорной шейки;

010.7- Токарная - точить канавку;

010.8- Токарно-черновая подрезка промежуточного диаметра;

010.9- Токарно-черновая подрезка торца шестерни;

010.10- Токарно-черновая обработка поверхности шестерни;

010.11- Токарно-черновая подрезка торца шестерни;

015 – токарно-черновая:

015.1- Токарно-черновая обработка выходного конца вала;

015.2 Токарно-черновая подрезка торца опорной шейки;

015.3 Токарно-черновая обработка поверхности опорной шейки;

015.4 Токарно-черновая обработка промежуточного вала;

015.5Токарно-черновая обработка поверхности опорной шейки;

015.6Токарная – точить канавку;

015.4 Токарно-черновая обработка промежуточного вала;

015.8 Токарно-черновая обработка поверхности шестерни;

020 – чистовое точение с образованием фасок:

020.1- Токарно-чистовое точение выходного конца вала;

020.2- Токарно-чистовое точение шестерни;

020.3- Токарная - точить 1 фаску;

025 – чистовое точение с образованием фасок:

025.1- Токарно-чистовое точение опорных шеек;

025.2 Токарно-чистовое точение выходного конца вала;

025.3- Токарно-чистовое точение шестерни;

025.4- Токарная - точить 1 фаску;

030– Зубофрезерная – фрезеровать зубья;

035– Шлифование опорных шеек;

040– Шлифование поверхностей под колёса;

045– Фрезерование шпоночного паза;

Термообработка:

050 – повторное шлифование опорных шеек;

055 – повторное шлифование поверхностей под колёса;

060 – хонингование зубьев.

Операция 005 (станок МР-71М)

005.1 Фрезеровать заготовку в размер 260 м с двух сторон одновременно. Фреза 2214-0153 ГОСТ 9473-80 [2] оснащена пластинками твёрдого сплава Т15К6, Д=100 мм, z= 10.

Глубина резания t=2 мм (см.табл. 6.2). Фрезерование производится за один проход, S=0,7 мм/об [3, стр. 960] для σ_в =710-790 МПа при φ₁=5⁰, ν_р=120 м/мин

n_p=1000V_P/(3.14*D)=1000*120/(3.14*100)=382 мин^-1, округляем до стандартного в большую сторону n_p=400мин^-1

V_п=3,14*100*400/1000=126 м/мин

Рассчитаем основное технологическое время Т₀, мин:

(7.1)

где

Т₀ – основное технологическое время, мин

l – расчётная длина обрабатываемой поверхности, мм

(7.2)

где

l₀ – длина обрабатываемой детали по чертежу, мм

l_вр – длина пути врезания

l_п – длина пути перебега

(7.3)

а- прибавка 1-2 мм.

t- глубина резания

і – число проходов

l_вр =2,0+2=4 мм; l₀=120мм; і = 1; l_п =2 мм

l= 60+4+2=66 мм

Т₀₁=66*1/(400*0,7)=0,23 мин