Разработка технологического процесса изготовления корпуса каретки

1. Общая часть

1.1 Описание узла машины

Объектом производства является каретка трактора. Каретка принадлежит ходовой части трактора, которая включает гусеницы (траки), перемещающиеся по каткам и прокладывающие «дорогу» трактору. Каретка играет роль натяжителя. При движении трактора каретка с цапфами, левой и правой, воспринимает усилия и помогает сохранить равновесие и натяжение. Цапфы подпружинены двойной пружиной с одной стороны, а с другой стороны цапфа имеет два гнезда, в которые входят оси и валы. На осях в свою очередь в подшипниках одеты катки опорные, а валы входят в гнездо корпуса каретки на подшипниках скольжения. За счет такой рамной подвесной конструкции каретка для катка находится как бы в связке и по ним перемещаются гусеницы.

Узел каретки является ответственным узлом, так как обеспечивает плавность движения трактора по впадинам, буграм и вообще по неровной поверхности. Детали каретки собраны в узле, в основном, по посадкам с зазором и натягом. Так как многие детали имеют возможность вращаться, или поворачиваться вокруг своей оси, то поверхности должны быть высокого качества. Соединения отдельных деталей имеют смазку, которая заливается через специальные отверстия, закрытые пробками.

Узел каретки представлен на чертеже графической части ТМ.ПД.06.99.01.00СБ.

1.2 Назначение и конструкция детали

Корпус каретки представляет собой деталь корпусного типа. В центральной части детали имеются два отверстия с выточками, в которых монтируются оси цапф. В выточках расположены уплотнительные кольца. Отверстия с одной стороны расширены. Для крепления корпуса каретки в узле на основании его имеется восемь отверстий с гнездами под головки болтов. Корпус каретки имеет уплотнения для предотвращения попадания грязи и твердых частиц. Заготовка детали выполняется методом литья и для лучшей обрабатываемости после литья она подвергается отпуску до твердости НВ 160…210. Деталь имеет плоские поверхности и поверхности вращения. Плоские поверхности есть необработанные, а есть и обрабатываемые до R_z=40, а поверхности вращения все обрабатываются и наиболее качественная поверхность имеет R_z =1,6 мкм. Масса детали после обработки составляет 12,7 кг. Взаимное расположение поверхностей обусловлено ограничениями от параллельности осей отверстий O60 Н9 и перпендикулярности этих отверстий и торца детали.

1.3 Анализ технологичности конструкции детали

Деталь корпус каретки является ответственной и поэтому изготовляется из качественной конструкционной стали 45 ГОСТ 1050–74. Эта сталь хорошо обрабатывается резанием, имеет нормальную свариваемость, интервал температур при ковке 900° - 1200°, имеет улучшенную пластичность.

Химический состав и механические свойства стали 45 ГОСТ 1050–74 приведены в таблицах 1.1. и 1.2.

Таблица 1.1. Химический состав стали 45 ГОСТ 1050–74

Таблица 1.2. Механические свойства стали 45 ГОСТ 1050–74

Технологичность детали с точки зрения механической обработки, открытости поверхностей, их качества, доступности инструмента в зону обработки является достаточной. Нетехнологичными являются внутренние поверхности вращения, глухие отверстия и проточки. Кроме того, деталь после литья имеет корку, поэтому обязательна черновая обдирочная операция при обработке всех поверхностей. Технологические базы удобны для реализации принципа постоянства и единства баз. Качество поверхностей достижимо на отечественном оборудовании и известными методами. В основном оснастка и инструмент могут быть стандартными и нормализованными. Деталь не подвергается термической обработке, что гарантирует стабильность полученных размеров. Деталь имеет такие унифицированные элементы, как отверстия, углубления, фаски, канавки, которые можно обработать стандартным инструментом, что снижает трудоемкость и повышает эффективность обработки.

1.4 Определение типа производства

Цель определения типа производства — выбор формы его организации (поточная, грунтовая и др.).

Тип производства на начальной стадии проектирования технологического процесса предварительно определяют по объему выпуска и массе обрабатываемых деталей.

Исходя из данных завода, тип производства определяем по степени специализации рабочих мест, которая характеризуется коэффициента закрепления операций:

где О=29 — число операций в месяц;

Р=7 — число рабочих мест.

При = 4,14 тип производства является крупносерийным.

Окончательно тип производства будет уточнен после определения трудоемкости изготовления детали и расчета количества станков и выполняемых операций. Годовая программа выпуска детали 8500 шт., масса 12,7 кг.

2. Специальная часть

2.1 Выбор способа получения заготовки

Метод изготовления заготовки определяется назначением и конструкции детали, материалом, техническими требованиями, масштабом и серийностью выпуска. А также экономическими показателями. В каждом конкретном случае рассматривается свои критерии, отвечающие потребностям производства.

Исходя из вышесказанного, анализируя факторы, определяющие метод получения заготовки, особенно конструкцию детали, материал и серийность, приходим к заключению, что основным наиболее эффективным методом получения заготовки корпуса каретки является литье в песчано-глинистые формы с машинной формовкой и механизированным выемом металлической модели из форм и с заливкой в подсушенные формы.

Такой способ эффективен в серийном производстве для отливок корпусных деталей массой до 20 кг при годовом выпуске от 2000 до 35 000 штук в год.

Принимаем отливку 2 го класса точности по ГОСТ 26 645–85. Такая заготовка обеспечивает необходимое качество поверхности при минимальных припусках.

2.2 Экономическое обоснование выбранного способа получения заготовки

Обобщающим показателем эффективности выбранного метода является себестоимость заготовки, которая определяется по формуле:

где базовая стоимость 1 т заготовок;

соответственно коэффициенты, зависящие от класса точности, группы сложности, массы заготовки, марки материала, объема производства;

Q — масса заготовки;

q — масса детали;

S_отх — стоимость 1 т отходов.

S_заг =

Другим показателем, характеризующим правильный выбор метода получения заготовки является коэффициент использования металла, который определяется по формуле:

К_и.м.=

Такой коэффициент использования материала довольно высок и говорит о том, что мы правильно выбрали метод получения заготовки.

2.3 Предварительная разработка и выбор варианта технологического маршрута по минимуму затрат

Базовый технологический процесс своей основе направлен на массовое производство. Поэтому операции раздроблены и выполняются на специальном оборудовании и со специальной оснасткой. В технологический процесс входят такие операции механической обработки, как: фрезерные, агрегатные, расточные, сверлильные, шлифовальные и др.

Трудоемкость механической обработки корпуса каретки по базовому варианту составляет Т_шт.к. = 77,62 мин.

С переходом на серийное многономенклатурное производство необходимо пересмотреть технологический процесс, укрупнить операции, выбрать быстро переналаживаемое гибкое оборудование. Следует пересмотреть структуру и содержание операций, использовать принцип постоянства баз, оснастку и инструмент использовать по возможности стандартизованные и нормализованные.

Для этого мы заменяем шесть станков: вертикально-фрезерный 6Р11, радиально-сверлильный 2М55, координатно-расточной 2431 (два станка), агрегатный АМ 7861 и вертикально-сверлильный 2А135 на сверлильно-фрезерный-расточной станок 2254ВМФ4 и оставляем вертикально-фрезерный 6Р11, но только для первой операции при подготовке чистовой базы.

Оценить эффективность обоих вариантов можно по технологической себестоимости операции.

Технологическая себестоимость на этапе разработки проекта оценивается по приведенным затратам в виде удельных величин на один час работы оборудования.

Часовые приведенные затраты можно определить по формуле:

С_ч.з.= С_з+С_ч.з+Е_н(К_с+К_з),

где С_з — основная и дополнительная зарплата с начислениями, коп/ч;

С_ч.з — часовые затраты по эксплуатации рабочего места, коп/ч;

Е_н — нормативный коэффициент экономической эффективности капитальных вложений (Е_н = 0,15)

К_с, К_з — удельные часовые капитальные вложения соответственно в станок и в здание, коп/ч.

Основная и дополнительная зарплата с начислением и учетом многостаночного обслуживания рассчитывается по формуле:

С_з=Е?С_т.ф.?К?у;

где Е — коэффициент, учитывающий дополнительную зарплату, равную 9% начисления на социальные страхования и приработок к основной зарплате в результате перевыполнения норм; Е=1,53;

К — коэффициент, учитывающий зарплату наладчика; для серийного производства К=1,0;

С_т.ф — часовая тарифная ставка для сдельщиков 3 разряда в нормальных условиях работы; С_т.ф=606 коп/ч;

у — коэффициент, учитывающий оплату при многостаночном обслуживании; для обслуживания одного станка у=1,0.

Тогда, С_з= 1,53?606?1,0?1,0=927 коп/ч.

Часовые затраты по эксплуатации рабочего места:

С_ч.з.= С_ч.^б_з.?К_м,

где С_ч.^б_з. — часовые затраты на базовом рабочем месте, коп/ч; для серийного производства; С_ч.^б_з.= 358 коп/ч.

К_м — коэффициент, учитывающий во сколько раз затраты, связанные с работой данного станка, больше, чем аналогичные расходы у базового станка; К_м=1,2.

С_ч.з = 358_.?1,2=429,6 коп/час.

Капитальные вложения в станок:

К_с =,

где Ц — балансовая стоимость стана, грн;

F_q — действительный годовой фонд времени работы станка; F_q = 1860 для работы в одну смену;

?₃ — коэффициент загрузки станка для серийного производства, ?₃=0,8.

Рассчитываем приведенные затраты базового техпроцесса по операциям.

Балансовая стоимость станков:

операция 005 — станок 6Р11 — 23 000 грн;

операция 010 — станок 2М55 — 22 500 грн;

операция 015 — станок 2431 — 28 000 грн;

операция 020 — станок АМ7861 — 12 950 грн;

операция 025 — станок 2431 — 28 000 грн;

операция 030 — станок 2А135 — 18 500 грн;

Капитальные вложения в станок:

К_С 005= коп/ч.

Соответственно и для других операций:

К_с 010=756,048 коп/ч; К_с 015,025=940,08 коп/ч;

К_с 020= 435,12 коп/ч; К_с 030=621,6 коп/ч;

Капитальные вложения в здания:

К₃=,

где F — производственная площадь, занимаемая одним станком с учетом проходов, м²;

F=f*k,

где f — площадь станка в плане;

k — коэффициент, учитывающий дополнительную производственную площадь и проходов, проездов и др; k=3,5;

К_з=коп/ч.

Для шести станков базового варианта капитальные вложения в здания будут:

К^б_з.=553,23*6=3319,35 коп/ч.

Приведенные затраты по операциям базового варианта будут:

С_{п.з 005}=927+429,6+0,15 (772,85+553,23)=1555,5 коп/ч.

Соответственно по другим операциям:

С_{п.з 020}=1552,99 коп/ч; С_{п.з 015,025}=1580,7 коп/ч;

С_{п.з 020}=1504,85 коп/ч; С_{п.з 030}=1532,82 коп/ч.

Технологическая себестоимость операции определяется по формуле:

С_о=,

Штучно калькуляционное время по операциям базового варианта следующее:

Т_{шт.к. 005}= 22,17 мин; Т_{шт.к. 010}= 17,26 мин;

Т_{шт.к. 015}= 16,74 мин; Т_{шт.к. 020}= 6,8 мин;

Т_{шт.к. 025}= 5,96 мин; Т_{шт.к. 030}= 8,69 мин.

Технологическая себестоимость операции будет:

С^б_о 005== 442,12 коп.

С^б_о 010= 343,65 коп; С^б_о 015= 339,24 коп;

С^б_о 020= 131,19 коп; С^б_о 025= 120,78 коп;

С^б_о 030= 170,77 коп.

Суммарная технологическая себестоимость операций по базовому варианту составит:

=442,12+343,65+339,24+131,19+120,78+170,77=1547,75 коп.

Капитальные вложения в станок с ЧПУ в проектном варианте будут:

К_с пр.==2016,13 коп/ч.

Технологическая себестоимость операций 005 по проектному варианту будет:

= 103,77 коп.

Определяем технологическую себестоимость операции 010 с ЧПУ в проектном варианте.

Приведенные затраты будут:

= 927+429,6+0,15 (2016,13+553,03)=1742,0 коп/ч.

Технологическая себестоимость:

==1086,07 коп.

Общая технологическая себестоимость по проектному варианту операций:

? =103,77+1086,7=1189,84 коп.

Как видим, себестоимость ниже, чем в базовом варианте:

1189,74<1547,75 коп;

т.е. изменение технологического процесса изготовления корпуса каретки экономически оправдано.

2.3.1 Выбор технологических баз

Одним из наиболее ответственных вопросов проектирования технологического процесса является назначение технологических баз.

Выбору баз первой операции предшествует определение поверхностей, которые будут использоваться в качестве баз на последующих операциях.

Такими поверхностями обычно бывают основные базы, от которых, как правило, задано большинство размеров, координирующих расположение других ответственных поверхностей детали. Отступление от этого правила возможно лишь в том случае, когда обработка детали производится с использованием приспособления-спутника.

Основные требования, предъявляемые к технологическим базам:

1. Заготовка должна занимать в приспособлении надлежащее ей положение под собственным весом, а не в результате приложения зажимных усилий.

2. Базовые поверхности должны быть чистыми для обеспечения однозначности базирования. Не допускается использовать поверхности со следами разъёма штампов, литейных фор, остатками литниковой системы и другими дефектами.

3. Следует при обработке детали обеспечить постоянство баз и их совмещение.

4. С точки зрения эксплуатации детали базовые поверхности должны быть наиболее ответственными. В этом случае при их обработке на последующих операциях обеспечивается равномерность припусков.

5. Базы должны обеспечить возможность обработки с одной установки максимального количества поверхностей.

Деталь корпус каретки имеет плоские поверхности, отверстия рабочие и под крепления. За черновую базу принимаем две плоские поверхности основания h= 25_-0,2 мм и цилиндрическую наружную поверхность O 100 мм, которая в дальнейшем не обрабатывается.

Далее на вертикально-фрезерном станке торцевой фрезой обрабатываем основание (плоская поверхность), которое в дальнейшем будет служить чистовой базой при обработке большинства поверхностей.

При обработке центрального отверстия вновь используем в качестве технологической базы две торцевые поверхности, которые использовались на первой операции, но теперь они будут уже обработаны.

Подробное базирование на каждой операции показано в технологическом процессе (см. приложение).

2.3.2 Маршрутный технологический процесс изготовления детали

Разработка маршрута обработки является как бы планом, т. е. последовательностью и содержанием выполнения операций для изготовления детали. При этом учитываются следующие положения:

1. В первую очередь следует обрабатывать поверхности, которые в дальнейшем используются в качестве технологической базы.

2. Затем обрабатываются поверхности, с которых снимается большой слой материала, что позволяет своевременно обнаружить внутренние дефекты в заготовке.

3. Обработка остальных поверхностей ведется в последовательности, обратной степени их точности: чем точнее должна быть поверхность, тем позже она обрабатывается.

4. Заканчивается обработка той поверхностью, которая является наиболее точной и имеет наибольшее значение для эксплуатации детали.

5. Отверстия следует сверлить в конце технологического процесса, за исключением тех случаев, когда они служат базами для установки.

6. Контрольные операции производят после тех этапов обработки, где вероятно получения брака, перед сложными и дорогостоящими операциями, а также в конце обработки детали.

На основании этих принципов составляется маршрут обработки детали. При этом одновременно решаются вопросы выбора оборудования, оснастки, инструмента и технологических баз. Маршрут обработки детали корпус каретки оформляем в таблице 2.1.

Таблица 2.1. Маршрутный технологический процесс изготовления детали корпус каретки

2.3.3 Выбор оборудования, режущего инструмента и приспособления

Предварительно оборудование, инструмент и приспособление были ориентировочно выбраны при разработке маршрута изготовления детали на основе анализа базового техпроцесса.

Окончательно, исходя из многих критериев (мощность, размеры рабочей зоны, точность и др.) остановимся на таких моделях.

1. Вертикально-фрезерный станок модели 6Р11, мощность N=7,0 кВт, с размером рабочей поверхности 800?250.

2. Вертикальный сверлильно-фрезерно-расточной станок с ЧПУ модели 2254ВМФ4 с крестовым столом, универсальной системой ЧПУ и инструментальным магазином, N=6,3 кВт главного привода, размеры рабочей поверхности стола 500?400.

3. Внутришлифовальный станок модели 3К227В; диаметр шлифуемого отверстия 5 — 150 мм, наибольшая длина заготовки 125 мм; N=4,0 кВт.

Правила выбора технологической оснастки устанавливает ГОСТ 14.305−83. К ним относят: приспособления, инструменты и средства контроля. В соответствии с рекомендациями ГОСТа принимаем на первой операции при подготовке чистовой технологической базы и в связи с конструктивными особенностями специальное приспособление, далее идет обработка на вертикальном сверлильно-фрезерно-расточном станке и мы принимаем универсально-наладочную оснастку, которая является стандартной и не требует дополнительных затрат на проектирование. Окончательный выбор оснастки и оборудования приведен в приложении в технологическом процессе.

Таблица 2.2. Оборудование, инструменты, оснастка

2.4 Расчет припусков

2.4.1 Расчетно-аналитическим методом

Рассчитаем припуски на обработку плоской поверхности при торцевом фрезеровании. На второй операции, фрезеруется плоскость в размер 25_-0,2 мм с шероховатостью R_z=40 мкм. Технологической базой при этом служит плоская поверхность основания, обработанная предварительно на предыдущей операции.

Формула для определения припусков расчетно-аналитическим методом имеет вид:

Z_min=Rz _i-1+h_i-1+?_i-1+E_i,

где Rz _i-1 — высота микронеровностей на предыдущей операции;

h_i-1 — величина дефектного слоя на предыдущей операции;

?_i-1 -погрешность формы на предыдущей операции;

E_i — погрешность закрепления заготовки на рассматриваемой операции.

Погрешность формы для поверхности литой заготовки:

?=?_кор=347 мкм.

После чернового фрезерования:

?_i=0.04*?_кор=0.04*347=14 мкм.

Для стальных отливок размерами до 500 мм к сумме R_t+h прибавлять припуск 4 мм для плоских поверхностей. Припуски на отверстия принимаются в зависимости от толщины стенки.

Все вычисления производим согласно методике и заносим в таблицу 2.3.

2.4.2 Табличным методом

Припуски для других поверхностей выбираем табличным методом согласно рекомендациям.

Технические требования и условие на выполнение отливки указаны на чертеже заготовки-отливки корпуса каретки.

Таблица 2.3. Расчетные элементы припусков, допуски и предельные размеры

2.5 Расчет режимов резания

2.5.1 Аналитическим методом

Рассчитаем режимы резания для первой операции — 005, фрезерной. На этой операции фрезеруется плоскость основания, которая в дальнейшем используется как чистовая база при обработке на последующих операциях.

Режимы обработки определяются исходя из физико-механических свойств обрабатываемого материала, режущего инструмента, его формы, состояния поверхности и др.

На данной операции обработка ведется на вертикально-фрезерном станке модели 6Р11. В качестве оснастки используется специальное приспособление, а в качестве инструмента — специальная высокопроизводительная фреза торцевая со вставными ножами с пластинами твердого сплава Т15К6, Д_ф=320, число зубьев Z=18. Обрабатываемый материал — сталь 45 ГОСТ 1050–74, литьё в песчано-глинистые формы. Обработка ведется в два перехода: черновой и чистовой, причем первый — наиболее тяжелый, т. к. фрезеруем по корке.

Поэтому режимы резания рассчитываем для чернового прохода как наиболее нагруженного.

Согласно рекомендациям принимаем подачу на зуб S_Z=0,1 мм/зуб.

Скорость резания рассчитывается по формуле:

V=,

где коэффициент и показатели степени:

C_v=332; q=0,2; x=0,1; y=0,4; n=0,2; p=0; m=0,2; T=300 мин.

Глубина резания для чернового прохода:

t₁=2,5 мм.

где K — коэффициент учитывающий влияние обрабатываемого материала.

K= K_u^nv=1,0^0,9=1,0;

— коэффициент, отражающий состояние поверхности; =0,65;

— коэффициент, учитывающий качество режущего инструмента; =1,0.

Таким образом:

=1,0*0,65*1,0=0,65.

Тогда скорость резания определяется:

V= *0,65=79,6 м/мин.

Принимаем V=80 м/мин.

Определяем частоту вращения шпинделя:

N=== 80 мин^-1.

Минутная подача определяется:

S_мин =S_z*z*n=0,1*18*80=144 мм/мин.

Определим силу резания P_z:

где коэффициент и показатели степени равны:

С_р=825; x=0,1; y=0,75; n=1,1; q=1,3; w=0,2; =1,0;

Р_z==2083,6H

Составляющие силы резания:

P_h=0,3 P_z=625,08 H; P_v=0,85* P_z=1764,2 H;

P_x=0,5 P_z=1041,8 H; P_y= P_h=1041,8 H;

Определяем крутящий момент на шпинделе:

M_кр==3333,76 Нм.

Мощность резания:

N_эф==4,6 кВт.

Мощность станка модели 6Р11 составляет N_c=7,0 кВт. Таким образом, мощность станка больше мощности при фрезеровании и позволяет вести обработку на повышенных режимах.

2.5.2 Табличным методом

Для остальных операций выбираем режимы резания табличным способом согласно[5].

Все режимы сводим в таблицу 2.4.

Таблица 2.4. Сводная таблица по режимам резания

2.6 Расчет технических норм времени

Техническое нормирование является обязательным, так как без его проведения невозможно определить трудоемкость обработки детали.

Проведем техническое нормирование для фрезерно-сверлильно-расточной операции с ЧПУ как наиболее трудоемкой и введенной технологический процесс заново вместо целого ряда операций.

В серийном производстве норма штучно-калькуляционного времени рассчитывается по формуле:

Т_шт.к.=+Т_шт,

где Т_шт.к — штучное время, мин;

— подготовительно — заключительное время, мин;

п — партия запуска детали, шт.

Штучное время определяется:

Т_шт.=Т_о+Т_в+Т_об+Т_отд.,

где Т_о — основное машинное время;

Т_в — вспомогательное время;

Т_об — время на обслуживание рабочего места;

Т_отд — время на отдых и личные надобности.

Вспомогательное время определяется:

Т_в=(Т_у.с+Т_з.о+Т_уп+Т_из+Т_поз+Т_инд+Т_с.и)*k,

где k=1,5 — коэф. в серийном производстве;

Т_у.с — время для установки и снятие детали; Т_у.с =0,075 мин.

Т_з.о — время для закрепления и открепления детали, Т_з.о = 0,135 мин;

Т_уп — время на управление (пуск, останов, быстрый подвод инструмента, его отвод), некоторые приемы можно совмещать, Т_уп =10−20 с;

Т_из — время на измерение размеров (отсутствует т. к. используется мерительная головка МР-3);

Т_поз — время позиционирования, Т_поз =5−10 с на каждое позиционирование;

Т_инд — время индексации стола (поворотного) для обработки заготовки с нескольких сторон, Т_инд =4−5 с;

Т_с.и — время смены инструмента (снятие инструмента, перенос, установка и закрепление), Т_с.и =3−7 с.

Основное время автоматической работы состоит из суммы времени автоматической работы на каждом переходе (см. таблицу 2.4.).

?Т_о=36,5 мин.

Вспомогательное время автоматической работы будет содержать включение и выключение шпинделя, подвод инструмента в рабочую зону, отвод, быстрое перемещение и др.

Операция имеет 22 перехода, при этом заменяется 16 инструментов и сменяется 16 режимов резания. Таким образом, вспомогательное время автоматической работы определяется:

Т_в.а=0,1*16+0,1*16=3,2 мин;

Т_а=Т_о.а+Т_в.а=36,5+3,2=39,7 мин;

Т_уп=0,2*21=4б2 мин.

Партия запуска определяется по формуле:

п=N_см*R*S,

где N_см — сменное задание;

R — ритм запуска: R=2,3,6,8,12,24 дня;

S — количество смен.

N_см=,

где N= 8500 — программа выпуска;

F_q= 253 — количество рабочих дней в году;

S= 2 — количество рабочих смен;

Отсюда:

N_см==16,8 шт.; Принимаем N_см=17 шт.

Режим работы принимаем R=8.

Тогда партия запуска будет:

п= N_см*R*S=17*8*2=269 шт.

Подготовительно-заключительное время определяется в соответствии с: на установку детали на УСП и закрепление четырьмя болтами — 16 мм; установка режущего инструмента — 4 мин; пробное закрепление детали и установка поворотного стола — 7 мин; получение инструмента и приспособлений, ознакомление с технической документацией — 7 мин.

Т_п.з=16+4+7+7=34 мин.

Вспомогательное время на обслуживание рабочего места, время на отдых и перерывы в работе принимается 10% от оперативного Т_оп времени.

Т_оп=Т_о+Т_в=39,7+4,4=44,1 мин.

Т_{об, отд}=44,1*0,1=4,41 мин.

Тогда штучное время определяется:

Т_шт — 39,7+4,4+4,41=48,51 мин.

Штучно-калькуляционное время определяется по формуле:

Т_шт.к=+Т_шт=+48,51=48,63 мин.

Другие операции сохраняются такими же, как в базовом варианте, а потому нормы штучно-калькуляционного времени остаются те же. Все расчеты сводим в таблицу 2.5.

Таблица 2.5. Трудоемкость обработки детали, корпус каретки

2.7 Определение необходимого количества оборудования и построение графиков его загрузки

Определяем расчетное количество станков по формуле:

С_р=, мин,

где — суммарная станкоемкость обработки годового количества деталей, обрабатываемых на участке, на станках данного типоразмера;

— эффективный фонд времени работы станка при двухсменной работе:

=, ч.,

где m — число операций i-той детали;

Т_шт.к — штучно-калькуляционное время выполнения i-той детали.

Расчетное число станков будем определять по операциям. Все детали группы обрабатываются на вышеприведённых станках, а потому расчеты будем вести по приведенной программе: N_пр= 8500 шт./год.

Операция 005:

==0,15; принимаем 1 станок.

Операция 010:

==1,85; принимаем 2 станок.

Операция 020:

==0,17; принимаем 1 станок.

Для слесарных работ принимаем один верстак. Для контрольных операций принимаем один контрольный стол.

Коэффициент загрузки оборудования определяется по формуле:

=.

===0,15; ===0,92;

===0,17.

Средний коэффициент оборудования:

===0,54.

Средний коэффициент загрузки не слишком высок для серийного производства, но по загрузке видим. Что не все станки достаточно загружены. Главным же является то, что высокопродуктивные и дорогостоящие станки с ЧПУ загружены на 92%. Недозагруженные станки можно догрузить другими деталями, что будет сделано в организационной части.

Рис. 2.1. Гистограмма загрузки оборудования

2.8 Уточнение типа производства

Коэффициент загрузки по количеству операций определяется по формуле:

где о — количество операций на станке, которое в свою очередь определяется:

О= ,

где — нормальный коэффициент загрузки; =0,8;

?_з — фактический коэффициент загрузки;

м_пр — принятое число станков.

Операция фрезерная 005:

О₀₀₅==5,3.

Операция шлифовальная 015:

О₀₁₅ — =4,7.

На станках с ЧПУ хотя и выполняется одна операция, но она включает в себя 22 перехода, которые выполнялись как отдельные операции. Поэтому можно условно считать, что О₀₁₀=22.

Тогда:

=0,16.

Т.к. коэффициент закрепления операций находится в пределах 10? К_з.о ?20, то производство серийное.

Окончательные расчеты будут произведены в организационной части проекта.

2.9 Проектирование механического цеха

2.9.1 Определение трудоёмкости изготовления деталей узла

Проектирование цеха производится в следующем порядке:

а) расчет необходимой площади (производственной, вспомогательных отделений, бытовых помещений);

б) составление компоновки цеха;

в) составление планировки участка;

Прежде всего рекомендуется разработать технологический процесс механической обработки тех деталей, которые указаны в спецчасти ДП и произвести нормирование каждой операции техпроцесса. Сумма штучного времени по всем операциям техпроцесса составит трудоемкость Т_шт.к обрабатываемой детали. После этого анализируется конструкция узла. Результаты анализа представляются в таблице 2.6.

Для колонок 1,2, и 3 данные выбираются из спецификации узла, указанного в задании на дипломное проектирование. В перечень не включаются те детали, которые получают по кооперации (подшипники, приборы, уплотнения и др.). В колонках 4,5,6,7, и 8 записывается количество обработанных поверхностей каждой детали, сопрягаемых по посадкам H, h ли G, g и по посадкам, осуществляемым с натягом, по формуле:

Т_{мех.общ.}= (мин).

Определяется условная трудоемкость обработки одной поверхности детали предусмотренной заданием для разработки техпроцесса по формуле:

t_усл =, мин.,

где Т_шт.к. — трудоемкость механической обработки заданной детали (результаты нормирования техпроцесса);

— количество сопрягаемых поверхностей по точным размерам (см. табл. 2.6. пол 8);

— количество необработанных несопрягаемых поверхностей или поверхностей, сопрягаемых с большим зазором (см. табл. 2.6. пол 12);

i — количество деталей, трудоемкость которых определена в результате нормирования техпроцесса.

t_усл. = мин.

Определяется приведенная трудоемкость остальных деталей узла по формуле:

T_i =, мин.,

где , — количество соответствующих поверхностей каждой детали;

T_i — трудоемкость механической обработки i-той детали, входящей в узел.

Общая трудоемкость определяется по формуле:

T_{мех.общ.} =, мин=541,7 мин.

Кроме того, в цехе обрабатываются и другие узлы и агрегаты:

Т₂=241,12 мин; N₂=6500 шт./год;

Т₃=746,6 мин; N₂=7000 шт./год;

Т₄=865,6 мин; N₂=5000 шт./год;

Общая трудоемкость будет:

Т_{мех.общ.}=57,2*8500+241,12*6500+746,3*7000+865,6*5000=11 605 580 мин Величина Т_{мех.общ.} является исходной для расчета механического цеха.

Таблица 2.6. Расчет трудоемкости механической обработки узла каретки

2.9.2 Расчет количества станков по укрупненным показателям

В основу расчета количества станков закладывается станкоемкость одного изделия. В укрупненных расчетах принимают величину станкоемкости, равной трудоемкости механической обработки деталей.

Расчет общего количества производственных металлорежущих станков, занятых непосредственно на изготовлении заданных изделий, производится по формуле:

С_общ. =, шт.,

где — действительный годовой фонд времени работы оборудования;

— коэффициент загрузки оборудования (для серийного производства =0,75−0,85);

С_общ.==64,9 шт.

Принимаем С_общ=65 станков.

Полученное количество станков распределяется по типам пропорционально количеству и видам обрабатываемых поверхностей, пользуясь следующим процентным соотношением:

Токарные станки — 44%

Фрезерно-центровальные -1%

Универсально-фрезерные -16%

Сверлильно-расточной группы -10%

Наружного и внутреннего шлифования -6%

Плоскошлифовальные -4%

Зуборезные -9%

Долбежные и строгальные -3%

Протяжные -1%

Карусельные -2%

Зубошлифовальные -2%

Лоботокарные -2%

Количество станков:

— токарной группы:

С_ток.=65*0,44=28,6; принимаем 28 станков;

— Фрезерно-центровальные:

С_ф.ц.=65*0,01=0,65; С_ф.ц.=1 шт.;

— Универсально-фрезерные:

С_У.Ф.=65*0,16=10,4; С_У.Ф.= 10 шт.;

— Сверлильно-расточной группы:

С_с.р.=65*0,1=65; С_с.р.=7;

— шлифованных для наружного и внутреннего шлифования:

С_шл.=65*0,06=3,9; С_шл.=4 шт.;

— Плоскошлифовальные:

С_пл. шл.=65*0,04=2,6; С_пл. шл.= 3 шт.;

— Зуборезных:

С_зуб.=65*0,09=5,85; С_зуб=6 шт.;

— Долбежных и строгальных:

С_д=65*0,03=1,95; С_д=2 шт.;

— Протяжных:

С_пр.=65*0,01=0,65; С_пр.= 1 шт.;

— Карусельных:

С_к=65*0,02=1,3; С_к=1 шт.;

— Зубошлифовальных:

С_з.шл.=65*0,02=1,3; С_з.шл.=1 шт.;

— Лоботокарных:

С_л=65*0,02=1,3; С_л=1 шт.;

С_общ=65 станков.

2.9.3 Расчет количества вспомогательного оборудования

Потребное количество заточных станков общего назначения составляет в среднем 4−6% от количества станков, обслуживаемых заточкой.

С_з=65*0,05=3,25; С_з=3 мин;

Общее количество станков цеховой ремонтной базы принимают:

— для массового производства — 10%

— для серийного производства — 2,6−4,3% от числа единиц обслуживаемого оборудования:

Количество станков для мастерской по ремонту приспособлений и инструмента определяется из расчета 4% от обслуживаемых станков:

С_р.пр.=65*0,04=2,6; С_р.пр.=3 мин.

Если подсчитанное суммарное количество станков ремонтной базы и мастерской по ремонту приспособлений и инструмента окажется меньше минимального количества станков (12 станков) необходимо дополнить их или предусмотреть выполнение некоторых работ на станках основного механического цеха. В состав минимального комплекта станков входят: пять токарных станков разных размеров, вертикально-сверлильный, долбежный, универсально-круглошлифовальный, зубофрезерный, заточной станок.

Результаты вышеприведенных расчетов позволяют составить ведомость станков, которыми должен располагать цех.

Таблица 2.7. Ведомость металлорежущих станков, необходимых для производства заданного узла

2.9.4 Определение рабочего состава цеха

Для проектируемого участка, расчет производится на основе детальной разработки технологического процесса. Для остальных участков цеха количество рабочих станочников определяется по трудоемкости механической обработки деталей по формуле:

R_расч.=, чел.,

где — трудоемкость механической обработки;

— действительный годовой фонд времени работы станочников;

— коэффициент многостаночного обслуживания (многостаночности), принимается в пределах 1,25−1,5.

R_расч.==39,99 чел.

Принимаем R_расч.=40 чел.

Количество вспомогательных рабочих в цехе составляет 18−25% от числа производственных рабочих в серийном производстве и 35−50% - в массовом.

R_всп.=40**0,02=8 чел.

Количество ИТР принимают 11−13% от общего числа рабочих:

R_итр.=40*0,12=4,8 чел.; принимаем R_итр.=5 чел.

Счетно-конторских работников — 2−7%:

R_с.к.=40*0,05=2 чел.

МОП в цехе принимают 2−3% от общего количества рабочих в цехе:

R_моп.=40*0,02=0,8 чел.; принимаем R_моп.=1 чел.

Расчетные данные о численности рабочим заносим в таблицу 2.8.

Таблица 2.8. Сводная ведомость общего состава работающих в механическом цехе

2.9.5 Определение площади цеха по укрупненным показателям

Для определения размеров производственной площади, занятой механическими участками обработки других деталей применяется укрупненное проектирование по удельной площади на 1 станок. Удельные площади можно принимать из расчета 22 м³ на один станок средних размеров. Тогда производственная площадь будет:

S_пр.=65*22=1430 м².

Площадь, необходимая для выполнения сборочных работ по отдельным стадиям сборки, испытания и окраски определяется приближенно по удельной площади, которая выбирается из расчета 18−20 м² на одно рабочее место.

S_сб=7*20=140 м².

Площадь заточного отделения определяется по удельной пощади на 1 станок, равной 10−12 м². В эту площадь входит производственная площадь, площадь для хранения чертежей, абразивных кругов и заточных приспособлений:

S_к=1430*0,05=71,5 м².

Площадь ремонтной базы цеха определяется из расчета 27−30 м² на 1 основной станок базы:

S_р.б.=25*6=150 м².

Из общей площади ремонтной базы примерно 40% занимает станочный участок:

S_ст.=150*0,4=60 м².

25% - слесарный: S_сл.=150*0,25=38 м².

Остальная площадь — вспомогательные, складские и служебные помещения.

Помещения для мастерской энергетика цеха представляет примерно 20% от площади ремонтной базы.

S_эн.=150*0,2=30 м².

Общая площадь мастерской для ремонта приспособлений и инструмента определяется из расчета 17 — 22 м² на 1 станок мастерской, включая инструмент для кладовой приспособлений и запасных частей к ним.

S_р.пр.=22*3=66 м².

Отделения по переработки стружки располагаются обычно у стены и имеют отдельный выход.

Площадь этого отделения определяется из расчета 0,5 м² на один обслуживаемый станок.

Годовой расход СОЖ, подводимой в зону резания, принимают в зависимости от вида обработки по нормам суточного расхода: в среднем 2,3 кг на станок. Годовой расход СОЖ можно определить из выражения:

Q_охл.==, Т/год.

Q_охл.==37,8 т/год.

где — расход СОЖ на один станок в сутки в кг; =2,3 кг;

— количество станков (принятое);

253 — число рабочих дней в году.

Годовой расход масел для технологического оборудования определяется из выражения:

Q_м.==, т/год.

где — суточный расход масла на один станок;

Для среднего оборудования =0,44 кг;

Q_м.= =7,23 т/год.

Для размещения отделения для приготовления и раздачи СОЖ, хранения масел и других целей предусматривается помещение площадью 10−20 м².

Заготовки обрабатываемых деталей размещаются в складах цехов против соответствующих отделений, потребляющих их. Площадь таких участков складов заготовок рассчитывается по формуле:

F₀ =, м².

где Q — черновой вес материалов и заготовок, подлежащих обработке на участке в течении года;

е — количество дней, на которые принимается запас материалов;

q — грузонапряженность пола цеха, т/м² (принимается 1,5−2,0 т/м²);

К_и — коэффициент использования площади склада;

К_и = 0,4−0,5.

F₀ ==22,12 м².

Площадь инструментально раздаточной кладовой определяется по элементам. Так. Для хранения инструментов в ИРК предусматривается площадь 0,3−0,8 м² на один обслуживаемый станок:

S_и=0,5*65=32,5 м².

Для хранения приспособлений берется площадь, равная 0,15−0,2 м² на один обслуживаемый станок:

S_а=0,5*7=3,5 м².

Для хранения слесарно-сборочного инструмента может быть рассчитана площадь исходя из 0,15 м² на одного слесаря сборщика. При ИРК организуются измерительные пункты для контроля и ремонта калибров, площадь которых берется из расчета 0,18−0,3 м² на один производственный станок механического цеха, но в целом не менее 25 м² на пункте.

S_изм=0,3*65=19,5 м².

Таким образом, площадь ИРК будет:

S_ИРК=32,5+13+3,5+19,5=68,5 м².

Площадь бытовых и служебных помещений (гардеробных, душевых, туалетов, умывальных, конторских помещений и т. д.) при укрупненном проектировании определяется исходя из того, что они обычно располагаются на вторых этажах здания.

Конторки мастеров в цехах не устраиваются. Вместо конторок в цехе делают возвышенные, ничем не огражденные места, размером 2×2 м. они располагаются непосредственно на участке.

Результаты расчета площадей оформляются в виде сводной ведомости.

Таблица 2.9. Сводная ведомость площадей цеха

Для цеха принимаем сетку колонн 18×12, где 12 м — шаг колоны, 18 м — ширина пролетов высотой 7,2 м. цех разместим в два пролета.

Окончательная площадь цеха:

S_ц=2*18*6*12=2592 м².

2.9.6 Определение грузопотоков и выбор цехового транспорта

В процессе проектирования цеха необходимо установить, каким транспортом подаются заготовки на пролет к линии, участку.

Крупные заготовки, массой несколько тонн, подаются в цех железнодорожным и автомобильным транспортом. Средние и мелкие детали в современных цехах подаются с помощью электрокар.

В нашем случае обслуживания цеха электрокарой с подъемником и когда масса заготовок при этом превышает 16 кг, разрешается на складской площадке не проектировать дополнительные подъемные устройства, так как разгрузка осуществляется указанной электрокарой.

Количество единиц напольного транспорта находят по формулам:

— для двусторонней маятниковой системы перевозок:

Э₁=, шт.,

где — годовой грузооборот в т;

— коэффициент неравномерности; =0,5−0,7;

— коэффициент использования грузоподъемности; =0,8;

— общее время пробега электротележки, мин; =1,5 мин;

— грузоподъемность тележки; =200 кг;

— действительный годовой фонд работы станочников; =3720 ч.

В свою очередь:

Т_э=Т_пр.э+Т_п+Т_р+Т_з;

где Т_пр.э — время пробега электротележки в оба конца, мин;

Т_п — время погрузки. Мин;

Т_р — время разгрузки, мин;

Т_з — время случайных задержек (10%), мин;

Т_э=6+4,5+4,5+1,8=16,8 мин.

Отсюда:

Э₁==0,039.

Принимаем одну тележку.

3. Конструкторская часть

3.1 Описание и расчет специальных режущих инструментов

Для снижения себестоимости обработки при любом типе производства желательно применять стандартные и нормативные инструкции.

Торцовая фреза имеет корпус из стали 40 Х ГОСТ 4543–71. В корпусе по диаметру на глубину ширины фрезы 50±0,2 мм прорезано 18 пазов под углом 15°. С помощью клиньев ножи с твердыми пластинами крепятся в корпусе по периферии. Заточка фрезы осуществляется в сборе, при этом биение главных режущих кромок смежных зубьев 0,06 мм, а противоположных -0,12 мм; торцовое биение зубьев 0,08 мм. Ширина корпуса 60±0,2 мм, а фрезы в сборе 75±0,2 мм.

Такая конструкция фрезы позволяет обрабатывать сразу три поверхности за один проход, в результате чего повышается эффективность обработки. Поэтому для обработки детали корпус каретки на всех операциях практически применяются стандартные инструменты.

Рис. 3.1. геометрия зуба фрезы.

3.2 Разработка конструкции и расчет станочного приспособления

Технологическая оснастка включает в себя станочные приспособления для закрепления деталей, контрольные приспособления, а также для фиксации и крепления инструмента.

Станочные приспособления, как правило, входят в комплект станка, однако в некоторых случаях в связи с особенностями конструкции детали приходится либо конструировать, либо компоновать из универсальных элементов специальное приспособление.

Для станка с ЧПУ компонуем приспособление из универсальных элементов (опор, установочных устройств, зажимных механизмов, привода, вспомогательных механизмов и др.).

Для фрезерной операции 005 на вертикально-фрезерном станке мод. 6Р11 используем специальное приспособление с механизированным приводом, быстропереналаживаемое на обработку деталей группы.

Это приспособление представляет собой корпус, на котором расположены опоры стационарные и регулируемые, позволяющие ориентировать заготовку в пространстве, т. е. базировать. Базируется заготовка по необработанным поверхностям: плоскости основания и боковым. Регулируемые опоры позволяют перестраивать приспособление на закрепление других заготовок.