Технологический процесс изготовления вала ведущего

Уровень сельскохозяйственного машиностроения является определяющим фактором всего хозяйственного комплекса страны. Важнейшими условиями ускорения развития хозяйственного комплекса являются рост производительности труда, повышение эффективности производства и улучшение качества продукции.

Применение более прогрессивных методов изготовления машин имеет при этом первостепенное значение. Качество машины, надежность, долговечность и экономичность в эксплуатации зависят не только от совершенства ее конструкции, но и от технологии ее изготовления и ремонта.

Инженер-технолог стоит последним в цепи создания новой машины и от объема его знаний и опыта во многом зависит ее качество и конкурентоспособность.

В условиях рыночной экономики основной задачей сельскохозяйственного машиностроения является производство того, что продается, а не продажа того, что производится.

Курсовой проект по технологии сельскохозяйственного машиностроения является важным этапом в подготовке инженеров-механиков и определяет способность студентов самостоятельно решать различные технологические и конструкторские задачи, показывает в целом уровень профессиональной подготовки будущих специалистов.

Следует отметить, что в курсовом проекте не допускается копирования существующего на базовом предприятии ТП, а рекомендуется на основе анализа разработать более совершенный ТП, использовать современное высокопроизводительное оборудование, прогрессивные конструкции приспособлений и режущих инструментов.

1. Назначение и конструкция детали

Деталь «вал ведущий» 7821−4 202 026 является составной частью коробки передач автомобиля и служит для передачи крутящего момента.

В процессе эксплуатации деталь подвергается в основном динамическим нагрузкам, связанным с передачей крутящего момента.

Данная деталь относится к классу валов. Все поверхности детали имеют доступ для обработки, имеется возможность многорезцовой производительной обработки на автоматах и полуавтоматах. Заданная точность поверхностей детали соответствует экономической точности оборудования. Материал детали, сталь 45, легко обрабатывается лезвийным и абразивным инструментом. При термической обработке такой стали можно получить необходимую структуру и твёрдость. Вал имеет небольшое количество ступеней с незначительным перепадом их диаметров, поэтому данная деталь изготавливается из штучных заготовок. Поверхности вала, имеющие разные параметры шероховатости и обработанные по разной степени точности, разделены канавками. Деталь имеет возрастающие диаметры ступеней. Чётко разграничиваются обработанные и необработанные поверхности.

Выбор габаритных размеров, конфигурации, параметров точности изготовления отдельных поверхностей детали и материала детали диктуется габаритами изделия, в которое входит изготовляемая деталь, условиями работы детали в узле и её функциональным назначением.

Деталь — вал ведущий — ступенчатая, состоит из 5-ти ступеней (рис. 1).

Рисунок 1.1.

Поверхности 8 детали (рис. 1) предназначена для посадки с зазором на неё колеса зубчатого, а поверхность 8 — для посадки с натягом колеса зубчатого.

Поверхности 6 и 10 являются шейками под подшипники. Поверхности 7 и 9 предназначены для упора в них колец подшипников. Резьбовые поверхности 2 и 12 служат для навинчивания на них гаек, которые регулируют натяг в подшипниках. Отверстия 3 и 13 необходимы для стопорения гаек.

Поверхности 1 и 14 имеет второстепенное значение для служебного назначения детали.

Деталь изготавливается из стали 45 ГОСТ 1050–88. Химический состав стали 45 приведен в таблице 1.1., механические свойства стали приведены в таблице 1.2.

Таблица 1.1.

Таблица 1.2.

Сталь 45 ГОСТ 1050–88 — среднеуглеродистая качественная сталь, имеющая хорошие механические свойства для обрабатывания резаньем, хорошо закаливается. Сталь 45 применяют для изготовления вал-шестерен, коленчатых и распределительных валов, шестерен, шпинделей, цилиндров, кулачков и других нормализованных, улучшаемых и подвергаемых термообработке детали, от которых требуется повышенная прочность. В данном случае применение данного материала целесообразно.

2. Анализ технологичности конструкции детали

Целью анализа конструкции детали на технологичность является выявление недостатков конструкции по сведениям, содержащимся в чертежах и технических требованиях, а также возможное улучшение технологичности рассматриваемой конструкции.

Анализ технологичности проводится, как правило, в два этапа: качественный и количественный.

2.1 Качественный анализ технологичности детали

Конфигурация детали достаточно технологична для обработки резанием на токарном станке, все поверхности легкодоступны для инструмента. Диаметральные размеры вала убывают от середины к концам. Жесткость вала допускает получение высокой точности обработки (жесткость вала считается недостаточной, если для получения точности 6…9-го квалитетов отношение его длины l к диаметру d свыше 10…12).

Определим жёсткость детали:

На чертеже указаны все необходимые размеры, требуемая шероховатость обрабатываемых поверхностей, допуски соосности и радиального биения поверхностей, допуски торцевого биения.

Технологической базой при точении является черновая поверхность заготовки, после переустановки детали — уже обработанная поверхность вала. На шлифовальных операциях технологической базой является ось детали (центровые отверстия).

2.2 Количественный анализ технологичности детали

Количественная оценка технологичности выполняется согласно ГОСТ 14 201−73 и содержит следующие показатели:

Коэффициент точности обработки К_тч определяется по формуле:

где Т_ср — средний квалитет точности обработки.

где T_i — квалитет точности обработки;

n_i — число размеров соответствующего квалитета точности.

Коэффициент шероховатости поверхности К_ш определяется по формуле:

где Ra_ср — средняя шероховатость поверхностей изделия.

где Ra_i — шероховатость поверхности;

n_i — число поверхностей соответствующей шероховатости.

Уровень технологичности конструкции по использованию материала:

где К_б.и.м, К_и.м — соответственно базовый и достигнутый коэффициенты использования материала.

Коэффициент использования материала К_им:

где q — масса детали, кг;

Q — масса заготовки, кг.

Уровень технологичности конструкции по трудоемкости изготовления:

где Т_и, Т_б.и — соответственно достигнутая и базовая трудоемкость изготовления изделия, мин.

Уровень технологичности конструкции по технологической себестоимости:

где С_т, С_б.т — соответственно достигнутая и базовая технологическая себестоимость изделия, руб.

На основании качественного и количественного анализа делаем вывод, что деталь является достаточно технологичной.

3. Определение типа производства

Тип производства по ГОСТ 3.1108−74 характеризуется коэффициентом закрепления операций К_З.О. (Кз.о. 1 — массовое; 1 Кз.о.10 — крупносерийное; 10 Кз.о. 20 — среднесерийное; 20 Кз.о. 40 — мелкосерийное производство; Кз.о.>40 — единичное (индивидуальное) производство), который показывает отношение всех различных технологических операций, выполняемых или подлежащих выполнению подразделением в течение месяца, к числу рабочих мест.

Так как К_З.О отражает периодичность обслуживания рабочего всей необходимой информацией, а также снабжение рабочего места всеми необходимыми вещественными элементами производства, то К_З.О. оценивается применительно к явочному числу рабочих подразделения из расчета на смену:

где УО — количество операций, выполняемых на рабочем месте;

УР — явочное число рабочих подразделения, выполняющих различные операции.

Исходя из приведенной формулы для определения К_З.0. необходимо установить соотношение между трудоемкостью выполнения операций и производительностью рабочих мест, предназначенных для проведения данного технологического процесса при условии загрузки этого оборудования в соответствии с нормативными коэффициентами.

Располагая штучно-калькуляционным временем, затраченным на каждую операцию, определяем количество станков:

где N — годовая программа;

Т_ш-к — штучно-калькуляционное время, мин;

F_д — действительный годовой фонд времени, ч;

з_з.н. — нормативный коэффициент загрузки оборудования.

Принимаем коэффициент загрузки оборудования з_з.н.=0,8.

Устанавливаем число рабочих мест Р, округляя до ближайшего большего целого полученное значение m_р.

По каждой операции вычисляем значение фактического коэффициента загрузки рабочего места по формуле:

Определяем количество операций, выполняемых на рабочем месте, определяется по формуле:

Результаты расчетов сведем в таблицу 3.1.

Таблица 3.1.

Определяем коэффициент закрепления операций:

Так как 10<14,2<20, следовательно производство среднесерийное.

Для серийного производства рассчитывается размер партии деталей по формуле:

где, а — количество дней запаса деталей на складе;

Ф — количество рабочих дней в году.

Принимаем а=5 дней; Ф=257 дней.

4. Анализ базового технологического процесса

Предметом анализа является технологический процесс изготовления вала ведущего 7821−4 202 026. Производство среднесерийное. Годовой объем выпуска — 1200 шт. Базовый технологический представлен в таблице 4.1.

Таблица 4.1.

Анализ проводится с точки зрения обеспечения заданного качества изделия и производительности обработки. Он базируется на оценке количественных и качественных показателей, как отдельных технологических операций, так и процесса в целом. Анализ технологического процесса приведен с использованием таблиц.

Технологические возможности и характеристики применяемого оборудования даны в таблицах 4.2. и 4.3.

Таблица 4.2.

Таблица 4.3.

Анализ, приведенных в таблицах 4.2. и 4.3. сведений показывает, что станки, используемые на операциях по габаритным размерам обрабатываемой заготовки, достигаемой точности и шероховатости поверхностей соответствуют требуемым условиям обработки данной детали.

Для анализа схем базирования заготовок при обработке и возникающих при базировании погрешностей составим таблицу 4.4. Деталь изображена на рис. 4.1.

Рисунок 4.1.

Таблица 4.4.

Для оценки установочно-зажимных приспособлений, режущего и вспомогательного инструмента, средств технического контроля составляем таблицы 4.5., 4.6. и 4.7.

Таблица 4.5.

В рассматриваемом технологическом процессе применяется как специализированная так и универсальная вспомогательная оснастка. Время, необходимое на смену одного режущего инструмента во вспомогательном, сравнительно невелико. Затраты времени на смену (правку) инструмента можно снизить, если применить более стойкие твердосплавные инструменты с износостойкими покрытиями. Крепление инструментов, их установка и смена не сложны. Таким образом, вспомогательная оснастка соответствует данному типу производства.

Приспособления, применяемые на участке, специальные с пневматическими зажимами и ручные, соответствуют современным требованиям: позволяют добиться нужных параметров по качеству и точности, предъявляемых к детали, обеспечивают точное базирование и надежное закрепление, а также повышают производительность труда.

Таблица 4.6.

Как видно из таблицы 4.6., в технологическом процессе применяется в основном стандартный покупной инструмент, что ускоряет технологическую подготовку производства и уменьшает затраты на него, а также твердосплавные режущие материалы и абразивные круги. Режимы резания достаточно высокие, обработка ведется с применением СОЖ, что позволяет вести ее с высокими скоростями резания и сохранением оптимальных периодов стойкости инструмента.

Таблица 4.7.

В технологическом процессе применяются быстродействующие измерительные инструменты (универсальные и специальные). Точность измерения достаточно высокая (погрешность измерения не превышает 30% допуска на размер). Оснащенность измерительными средствами операций обработки хорошая. Дополнительных мероприятий по совершенствованию оснащения операций измерительными инструментами не требуется.

5. Выбор заготовки

деталь производство вал ведущий

Метод выполнения заготовки для деталей приборов определяется назначением и конструкцией детали, материалом, техническими требованиями, масштабом и серийностью выпуска, а также экономичностью изготовления. Выбрать заготовку — значит установить способ её получения, наметить припуски на обработку каждой поверхности, рассчитать размеры и указать допуски на неточность изготовления. Для рационального выбора заготовки необходимо одновременно учитывать все вышеперечисленные исходные данные, так как между ними существует точная взаимосвязь. Окончательное решение можно принять только после экономического комплексного расчета себестоимости заготовки и механической обработки в целом.

По базовому техпроцессу заготовку получают их круглого горячекатаного проката диаметром 85 мм. Рассмотрим метод получения заготовки на горизонтально-ковочной машине (ГКМ).

5.1 Стоимость заготовки из сортового проката:

где М — затраты на материал заготовки, руб.;

УС_о.з. — себестоимость операции плавки, калибрования прутков, разрезки их на штучные заготовки.

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

Т_{шт (ш-к)} — штучное или штучно-калькуляционное время выполнения заготовительной операции (правка, калибровка, резка и др.).

По принимаем С_п.з.=0,121 руб./ч (резка на отрезных станках, работающих дисковыми пилами). Для отрезной операции Т_{шт (ш-к)}=2,718 мин.

Затраты на материал определяются по массе проката, необходимого для изготовления детали, и массе сдаваемой стружки:

где Q — масса заготовки, кг; Q=13,98 кг;

S — цена 1 кг материала заготовки, руб.;

q — масса готовой детали, кг; q=7,2 кг;

S_отх — цена 1 т отходов, руб.

По принимаем: S= 0,185 руб.; S_отх= 28,1 руб.

Коэффициент использования материала по формуле (2.5):

Найдем стоимость заготовки из проката стального горячекатаного круглого:

5.2 Стоимость заготовки, полученной штамповкой на ГКМ определяется по формуле:

где S_i — базовая стоимость одной тонны заготовок, руб.;

k_т — коэффициент, зависящий от точности штамповки;

k_с — коэффициент, зависящий от группы сложности штамповки;

k_в — коэффициент, зависящий от массы штамповки;

k_м — коэффициент, зависящий от марки материала штамповки;

k_п — коэффициент, зависящий от объема производства заготовок.

По принимаем: S_i=373 руб.; k_т=1; k_с=0,75; k_в=0,87; k_м=1; k_п=1.

Коэффициент использования материала по формуле (2.5):

5.3 Определяем годовой экономический эффект от внедрения нового метода получения заготовки — штамповки на ГКМ:

где — стоимость заготовки по базовому варианту;

— стоимость заготовки по принятому варианту.

6. Выбор баз и способов базирования

Схема базирования и закрепления, технологические базы, опорные и зажимные элементы и устройства приспособления должны обеспечивать определенное положение заготовки относительно режущих инструментов, надежность ее закрепления и неизменность базирования в течение всего процесса обработки при данной установке. Поверхности заготовки, принятые в качестве баз, и их относительное расположение должны быть такими, чтобы можно было использовать наиболее простую и надежную конструкцию приспособления, удобства установки; закрепления, открепления и снятия заготовки, возможность приложения в нужных местах сил зажима и подвода режущих инструментов.

Для горизонтально расточной операции базой является наружная поверхность (заготовка — штамповка на ГКМ). Для всех остальных операций базами являются центровые отверстия и торцы, полученные на горизонтально расточной операции.

На всех операций обработка ведётся в центрах, поэтому погрешности базирования для этих операций равны нулю.

7. Проектирование маршрутного технологического процесса

Проанализировав базовый вариант технологического процесса и предлагаемую конструкцию заготовки, я предлагаю внести в действующий вариант технологического процесса следующие изменения:

— заменить заготовку, полученную из проката круглого сечения, на заготовку, получаемую на ГКМ, применение которой позволит уменьшить объём, массу и стоимость заготовки, приблизить её по форме, размерам к готовой детали (экономическое обоснование см. раздел 5;

— ввести в техпроцесс многоцелевой станок серии INTEGREX 100-IV S фирмы MAZAK по компоновке представляющий собой токарный станок инверторного типа и имеющий, кроме револьверной головки, фрезерный шпиндель, позволяющий нарезать на станке зубчатые колёса, шлицы прямобочного и эвольвентного профиля.

Проектируемый техпроцесс обработки приведён в таблице 7.1.

Таблица 7.1.

Для обработки самой точной поверхности детали проектируется необходимое (достаточное) количество операций (переходов) по коэффициенту уточнения. Самая точная поверхность диаметром .

Необходимое общее уточнение рассчитывается по формуле:

где Т_заг — допуск на изготовление заготовки, мм;

Т_дет — допуск на изготовление детали, мм.

Принимаем Т_заг=3,6 мм, Т_дет= 0,019 мм.

С другой стороны уточнение определяется как произведение уточнений, полученных при обработке поверхности на всех операциях (переходах) принятого ТП:

где е_i — величина уточнения, полученного на i — ой операции (переходе);

n — количество принятых в ТП операций (переходов) для обработки поверхности.

Промежуточные значения рассчитываются по формуле:

где Т_n, Т_n-1 — допуски размеров, полученные при обработке детали соответствующих операциях.

Точность обработки поверхности по принятому маршруту будет обеспечена, если соблюдается условие:

Для обработки поверхности диаметром принимаем следующий маршрут:

— черновое точение;

— чистовое точение;

— шлифование предварительное;

— шлифование чистовое.

По принимаем допуски на межоперационные размеры:

— Т₁ = 0,30 мм (квалитет точности IT12);

— Т₂ = 0,19 мм (квалитет точности IT11);

— Т₃ = 0,046 мм (квалитет точности IT8);

— Т₄ = 0,019 мм (квалитет точности IТ6).

Рассчитываем промежуточное значение уточнений по формуле (7.3):

Определяем общее уточнение для принятого маршрута обработки по формуле (7.2):

Полученное значение е_пр показывает, что при принятом маршруте точность обработки поверхности диаметром обеспечивается, так как выполняется условие по формуле (7.4), т. е. 189,474<189,718.

8. Расчет и назначение припусков на обработку

Расчет припусков на механическую обработку производится расчетно-аналитическим методом и по таблицам в соответствии с источником.

Расчет припусков и их определение по таблицам могут производится только после выбора оптимального для данных условий технологического маршрута и способа получения заготовки.

Рассчитываем припуски на обработку и промежуточные предельные размеры для поверхности под подшипник диаметром .

Расчет припусков на обработку поверхности диаметром сводим в таблицу 8.1., в которой последовательно записываем маршрут обработки поверхности и все значения элементов припуска.

Таблица 8.1.

Определяем элементы припуска по по всем операциям и заносим их в таблицу 8.1.

Определяем суммарное значение пространственных отклонений при обработке в центрах:

где с_см — погрешность смещения, мкм;

с_кор — погрешность коробления, мкм;

с_ц — погрешность зацентровки заготовки, мкм.

где Д_к — удельная кривизна заготовки, мкм;

l — расстояние от обрабатываемого сечения до ближайшей опоры, мм.

где д_з — допуск на заготовку, мм.

По принимаем Д_к=0,6 мкм/мм.

По принимаем с_см= 0,8 мм =800 мкм.

Остаточные пространственные отклонения:

где k_у — коэффициент уточнения формы.

По принимаем для:

— точения предварительного k_у=0,06;

— точения чистового k_у=0,05;

— шлифования предварительного k_у=0,02;

Рассчитываем минимальные значения припусков по формуле:

Минимальные значения припусков:

— под точение предварительное

— под точение чистовое

— под шлифование предварительное

— под шлифование окончательное Определяем расчётный размер:

Записываем наименьшие предельные размеры по всем технологическим переходам, округляя их увеличением расчётного размера; округление производить до того же знака десятичной дроби, с каким дан допуск на размер для каждого перехода.

Определяем наибольшие предельные размеры:

Определяем предельные значения припусков:

Определяем общие припуска:

Определяем общий номинальный припуск:

где HD_з, HD_д — нижние предельное отклонение размера заготовки и детали соответственно, мм.

Определяем номинальный размер заготовки:

Проверяем правильность произведённых расчётов:

Следовательно расчёты выполнены верно.

Строим схему расположения операционных припусков и допусков (рисунок 8.1.

Рассчитаем припуск торцы размера 309_-1,3. Расчет ведем посредством заполнения таблицы 8.2. Технологический маршрут обработки состоит из однократного фрезерования штамповки.

Таблица 8.2.

Суммарное значение пространственных отклонений поверхности (при установке на призму):

с = с_кор = 0,25 мм.

По формуле (8.4) и для фрезерования:

Погрешность установки равна погрешности закрепления при установке на призму (с пневматическим зажимом):

е_у = е_з = 110 мкм.

Рассчитываем минимальные значения припусков по формуле:

Минимальные значения припусков:

— под фрезерование однократное:

Определяем расчётный размер:

Записываем наименьшие предельные размеры по всем технологическим переходам, округляя их увеличением расчётного размера; округление производить до того же знака десятичной дроби, с каким дан допуск на размер для каждого перехода.

Определяем наибольшие предельные размеры:

Определяем предельные значения припусков:

Определяем общие припуска:

Определяем общий номинальный припуск:

где HD_з, HD_д — нижние предельное отклонение размера заготовки и детали соответственно, мм.

Определяем номинальный размер заготовки:

Рисунок 8.2.

Проверяем правильность произведённых расчётов:

Следовательно, расчёты выполнены верно.

Строим схему расположения операционных припусков и допусков (рисунок 8.2.

Назначаем общие припуски и допуски на механическую обработку оставшихся поверхностей детали опытно-статистическим методом по и заносим их с таблицу 8.3.

Таблица 8.3.

9. Расчет режимов резания

Рассчитаем режимы резания на точение и шлифование поверхности диаметром .

Рассчитываем режимы резания на точение чистовое. Расчёт произведём по методике, изложенной в.

Выбор режущего инструмента.

Материал режущей части инструмента — твёрдый сплав Т15К6.

Геометрические параметры режущеё части инструмента: ц= 95°; ц₁=40°; г= 12°; б= 6°.

Глубину резания берём из расчётов, изложенных в п. 8 данного курсового проекта:

.

Принимаем подачу на оборот по [8]: S_о= 0,51 мм/об.

Скорость резания при наружном продольном точении определяется по эмпирической формуле [8]:

где С_v — табличный коэффициент;

Т — стойкость инструмента, мин;

К_v — корректирующий коэффициент на скорость резания.

К_v= К_MV· К_Пv· К_Иv, (9.2)

где К_MV, К_Пv, К_Иv — коэффициенты, зависящие от материала заготовки, состояния поверхности и материала инструмента.

где К_Г — табличный коэффициент;

у_в — предел выносливости стали 45, МПа; у_в=690 МПа.

По принимаем С_v=350; Т=60 мин; m=0,2; x=0,15; y=0,35; К_Пv=1,0; К_Иv=1,15; К_Г=1,0; n_v=1,0.

К_v= 1,09 · 1,0 · 1,15=1,25.

Определяем частоту вращения шпинделя:

Определяем силу резания:

По принимаем С_р=300; n=-0,15; x=1,0; y=0,75; К_р=0,87.

Определяем мощность резания:

Определяем основное время:

где L_рез — длина резания, принимается равной длине обработанной поверхности в направлении подачи, мм; L_рез=142 мм;

y — длина подвода, врезания и перебега.

Для чистовой обработки длина подвода равна 2 мм. Длины врезания и перебега равны нулю, так как углом ц= 95°.

Рассчитываем режимы резания на шлифование чистовое поверхности диаметром. Расчёт произведём по методике, изложенной в.

Выбор шлифовального круга:

Выбор размеры шлифовального круга.

Размеры шлифовального круга (нового) принимаем по паспорту станка [9]: диаметр круга D_K=600 мм; B_K=63 мм.

Выбор характеристик шлифовального круга по [6]:

23А50НСМ27К1.

Расчёт режимов резания:

Определение частоты вращения круга:

где V — скорость вращения круга, м/с;

D_К — диаметр круга, мм.

По принимаем V= 50 м/с.

Определение частоты вращения изделия по [6]: n_изд= 200 об/мин.

Определение минутной поперечной подачи:

где S_поп. — нормативная минутная поперечная подача, мм/мин;

К₁, К₂, К₃, К₄, К₅ — поправочные коэффициенты на поперечную подачу.

По принимаем: S_поп.= 0,48 мм/мин; К₁= 1,1; К₂= 1,3; К₃= 1,0; К₄= 1,0; К₅= 1,0.

Определение основного технологического времени:

где z_. — припуск на сторону под обработку, мм; z=0,15 мм.

Режимы резания на обработку остальных поверхностей назначаем аналогично по источнику и сводим их в таблицу 9.1.

Таблица 9.1.

10. Расчет норм времени

Технические нормы времени в условиях серийного производства устанавливаются расчетно-аналитическим методом, изложенным в [5], суть которого состоит в определении всех составляющих штучно-калькуляционного времени.

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

где Т_п-з — подготовительно-заключительное время;

Т_шт — норма штучного времени, мин;

n — размер партии деталей: n= 24 из п. 3 курсового проекта.

Штучное время определяется по формуле:

Т_шт = Т_о + Т_в + Т_об + Т_от, (10.2)

где Т_о — основное время, мин;

Т_в — вспомогательное время, мин;

Т_об — время на обслуживание рабочего места, мин; складывается из времени на организационное и времени на техническое обслуживание рабочего места;

Т_от — время перерывов на отдых и личные надобности, мин.

Нормативы вспомогательного времени используем с учётом коэффициента для среднесерийного производства k=1,85 [5]:

Вспомогательное время состоит из затрат времени на отдельные приемы:

Т_в = Т_ус + Т_зо + Т_уп + Т_из, (10.4)

где Т_ус — время на установку и снятие детали, мин;

Т_зо — время на закрепление и открепление детали, мин;

Т_уп — время на приемы управления, мин;

Т_из — время на измерение детали, мин.

Тогда время на обслуживание рабочего места определяется по формуле:

Т_об = Т_тех + Т_орг, (10.5)

где Т_тех — время на техническое обслуживание рабочего места, мин;

Т_орг — время на организационное обслуживание рабочего места, мин.

Время на обслуживание Т_o6c и отдых Т_oтд в серийном производстве по отдельности не определяются. В нормативах дается сумма этих двух составляющих в процентах от оперативного времени Т_oп.

Оперативное время определяется по формуле:

Т_оп = Т_о + Т_в. (10.6)

Подготовительно-заключительное время состоит из следующих составляющих:

— время на наладку станка и установку приспособления;

— время перемещений и поворотов рабочих органов станков;

— время на получение инструментов и приспособлений до начала и сдачи после окончания обработки и др.

Расчеты норм времени по всем операциям сводятся в таблицу 10.1. и записываются в операционные карты.

Таблица 10.1.

11. Расчет точности операции

Расчет точности выполняется на одну операцию разработанного ТП, на которой обеспечиваются 6…10 квалитеты точности. Обработка поверхностей деталей по 11…17 квалитетам не вызывает затруднений, поэтому нет необходимости проводить расчеты на точность.

Величина суммарной погрешности обработки по диаметральным и продольным размерам в общем виде в серийном производстве определяется по формуле [12]:

где ?_и — погрешность, обусловленная износом режущего инструмента, мкм;

?_н — погрешность настройки станка, мкм;

?_сл — поле рассеяния погрешностей обработки, обусловленных действием случайных факторов, мкм;

е_y — погрешность установки заготовки, мкм.

На операции будет обеспечиваться необходимая точность обработки при выполнении следующего условия:

Расчет точности следует проводить лишь тогда, когда обработка осуществляется методом автоматического получения размеров. Поэтому ни одну из операций проектируемого техпроцесса на точность не рассчитываем.

12. Расчет и проектирование станочного приспособления

12.1 Проектирование станочного приспособления

Разработка конструкции станочного приспособления должна производиться с учетом обеспечения необходимой точности обработки детали, достижения наибольшей производительности и экономичности. Для этого конструкция приспособления должна обеспечивать:

1) требуемую точность установки и надежность крепления обрабатываемой детали;

2) быстроту действия;

3) применение незначительных усилий для приведения в действие зажимов, удобство и безопасность работы;

4) невысокую стоимость изготовления приспособления и надежность его в эксплуатации.

12.2 Расчет производительности приспособления

Расчет производительности приспособления производится для того, чтобы определить, каким конструировать приспособление: одноместным (для обработки одной детали) или многоместным (для обработки за одну установку одновременно нескольких деталей).

Определяем темп производства Т:

где N_г — заданная годовая программа выпуска деталей (указывается в задании на проектирование), шт.; N= 1200 шт.;

F_г — годовой фонд одного производственного рабочего; F_г=4029 ч.

Полученная величина темпа производства сравнивается с величиной нормы выработки N:

Так как величина N=3,33 > Т=0,3, то приспособление проектируемым одноместным.

12.3 Описание устройства и работы приспособления

Заготовка в приспособление устанавливается на две призмы 10 и 13 и прижимается двумя прихватами 11. Зажим детали осуществляется винтовым зажимом с применением динамометрического ключа.

Приспособление базируется на станке при помощи цилиндрической поверхности диаметром 120f7 и крепится к столу станка двумя болтами.

Деталь на операции остаётся неподвижной, а обработка с разных сторон происходит за счёт поворота стола станка с приспособлением.

12.4 Расчет сил резания, усилия зажима детали в приспособлении

Сила резания при фрезеровании можно определить по формуле [13]:

где С — коэффициент (при фрезеровании стали С = 68);

t — глубина фрезерования, мм; t=0,85;

В-ширина фрезерования, мм; B=66,9;

z — число зубьев фрезы; z=12;

S_z — подача на один зуб фрезы, мм/зуб; S_z = 0,067 мм/зуб;

D — диаметр фрезы, мм; D=100 мм.

По усилие зажима рассчитывается по формуле:

где К — коэффициент запаса прочности;

f — коэффициент трения на рабочих поверхностях зажимов; f=0,25;

Р₁, Р₂, Р₃ — составляющие силы резания

б — угол призмы; б=90°.

Рассчитываем составляющие силы резания по [8]:

Определяем коэффициент запаса прочности по формуле [1]:

где К — гарантированный коэффициент запаса для всех случаев; К=1,5;

К₁ — коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовок; К₁=1,2;

К₂ — коэффициент, учитывающий увеличение сил резания от прогрессирующего затупления инструмента; К₂=1,9;

К₃ — коэффициент, учитывающий увеличение силы резания при прерывистом резании; К₃=1;

К₄ — коэффициент, учитывающий постоянство силы зажима, развиваемой силовым приводом приспособления; К₄=1,6;

К₅ — коэффициент, учитываемый только при наличии моментов, стремящихся повернуть обрабатываемую деталь; К₅=1.

12.5 Расчет приспособления на точность

Полная погрешность обработки зависит от суммы базирования, закрепления, наладки станка, точности инструмента, случайных отклонений, точности обработки деталей приспособления и т. д. и определяется путем суммирования составляющих.

Погрешность обработки может быть определена по формуле:

где — допуск на размер при выполнении операции; =1,3 мм.

_с — сумма систематических погрешностей, состоящая из погрешностей наладки, приспособления, инструмента и др.

Величину _с следует определять с учетом взаимной компенсации ее отдельных составляющих.

Учитывая возможность компенсации составляющих _с при проектировании, принимаем _с = 0;

К — коэффициент, зависящий от закона рассеяния погрешностей, К=1;

я — погрешность базирования;

_з — погрешность закрепления;

_р — погрешность, вызываемая рассеянием размеров в результате действия случайных факторов (изменение структуры и механических свойств обрабатываемого металла, припуска и др.).

где — среднее квадратичное отклонение, приближённо принимаем =р/6.

По принимаем: _З=135 мкм=0,135 мм.

Погрешность базирования _б рассчитывается по формуле [1]:

где ДD — допуск на диаметральный размер, мм; ДD=2,5 мм.

г — угол призмы; б=90°.

13. Экономическое обоснование принятого варианта технологического процесса

При оценке эффективности того или иного варианта ТП наиболее выгодным признается тот, у которого сумма текущих и приведенных капитальных затрат на единицу продукции будет минимальной.

Расчеты приведенных затрат и технологической себестоимости выполняются для всех изменяющихся операций ТП.

Приведенные затраты для двух сравниваемых вариантов ТП рассчитываются по формуле:

З = С + Е_н· (К_с + К_зд), (13.1)

где С — технологическая себестоимость, руб.;

Е_н — нормативный коэффициент экономической эффективности капитальных вложений (Е_н = 0,1);

К_с, К_зд — удельные капитальные вложения в станок и здание соответственно.

Расчет основной и дополнительной зарплаты выполняется, по формуле:

С₃ = С_чК_дЗ_нК_о.м, (13.2)

где С_ч — часовая тарифная ставка рабочего (принимается по установленным тарифным ставкам), руб./ч;

К_д — коэффициент, учитывающий дополнительную зарплату и начисления (К_д = 1,7);

3_н — коэффициент, учитывающий оплату наладчика (З_н = 1,0);

К_о.м — коэффициент, учитывающий оплату рабочего при многостаночном обслуживании (К_о.м = 1,0).

Расчет часовых затрат по эксплуатации рабочего места выполняется по формуле:

С_эксп = С_ч.зК_м, (13.3)

где С_ч.з — часовые затраты на базовом рабочем месте (принимаются по материалам производственной практики), руб./ч;

К_м — коэффициент показывающий во сколько раз затраты, связанные с работой данного станка, больше, чем аналогичные расходы у базового станка.

Удельные капитальные вложения в станок рассчитываются по формуле:

где Ц_с — отпускная цена станка, р;

К_м — коэффициент учитывающий затраты на транспортировку и монтаж; (К_м = 1,1);

С_п — принятое число станков на операцию (С_п = 1,0);

N — годовой объем выпуска деталей; N=1200.

Удельные капитальные вложения в здание рассчитываются по формуле:

где С_пл — стоимость 1 м² производственной площади (принимается по материалам производственной практики), руб./м²;

П_с — площадь, занимаемая станком с учетом проходов, м²;

С_п — принятое число станков на операцию (С_п = 1,0).

Площадь, занимаемая станком П_с.определяется по формуле:

(13.6)

где f — площадь станка в плане (длина к ширине), м²;

К_с — коэффициент, учитывающий дополнительную производственную площадь (К_с = 3,5 при f = 2…4м²; К_с = 3 при f = 4…6м²; К_c = 4 при f < 2 м²).

Технологическая себестоимость рассчитывается для всех операций по формуле:

Экономический эффект от внедрения принятого варианта ТП рассчитывается по формуле:

Э = (З_баз — З_пр)•N, (13.8)

где З_баз — приведенные затраты по базовому варианту ТП;

3_пр — приведенные затраты по проектируемому варианту.

Результаты расчетов приведенных затрат сводятся в таблицу 13.1.

Таблица 13.1.