Разработка технологического процесса механической обработки детали машин

Дано:

D₁ = 100 мм        L₁ = 100 мм   

D₂ = 115 мм        L₂ = 180 мм

D₃ = 80 мм          L₃ = 250 мм

D₄ = 80 мм          L₄ = 350 мм

 

N_год = 470 шт

 

 

 

 

   

 

 

Рис. 4. Заготовка. Предельное отклонение размеров детали:

валов – по h12, остальных – по ±JT14/2

D_заг = D_дет + 2h = 120 мм = ((115+(2 2,5))   (1)

Более точный выбор D_заг осуществляется с помощью таблицы методических указаний (см. т. 1).

m_заг = 120*0,35 = 42 кг.

Коэффициент использования  металла K_н:

 K_н = m_дет/ m_заг = 16,6/42 = 0, 4 (мелкосерийное производство)    (2)

где p – плотность стали, равная 7 800 кг/м³

2.2. Выбор станка  для обработки

Выбор модели станка осуществляется с помощью таблицы методических указаний (см. т. 3). Он определяется его возможностью обеспечить точность размеров и формы, а также качество поверхности изготовляемой детали и в соответствии с типом производства.

Выбор станочного оборудования является одним из важнейших задач  при разработке технологического процесса механической обработки заготовки, от правильного его выбора зависит  производительность изготовления детали, экономическое воспользование производственных площадей, электроэнергии и в итоге  себестоимости изделия.

На данном этапе выбираем станок 10К20. С экономической точки зрения этот станок позволяет произвести обработку детали 115 мм (наибольший диаметр обрабатываемой поверхности), мощность его электродвигателя 11 кВт, где мы имеем экономию затрат по электроэнергии, а также стоимость нами выбранного оборудования.

2.3. Последовательность обработки  поверхностей (см. КЭ, прил. 2)

Согласно чертежу следует  обработать только цилиндрические поверхности  – ступени с диаметрами D1, D2, D3, D4 и боковые уступы, при этом выдержать линейные размеры L1, L2, L3, L4. Поэтому операция обработки заготовки будет состоять из 8 переходов (8-контрольный) (см. КЭ1,2). Обработать все поверхности при одном закреплении заготовки нельзя. Нужно выполнить две установки заготовки. Заготовка после выполнения всех переходов со всеми полученными в процессе обработки размерами показана на рис.1.

Обтачивание заготовок из проката может быть выполнена  по трем схемам:

1. От большего диаметра к меньшему, используемая для валов с ослабленными конечными шейками;

Т₀₁ =   =     (3)

2. От меньшего диаметра к большему, при этом каждая ступень обтачивается отдельно – схема для жестких валов;

Т₀₂ = =      (4)

 

3. Комбинированная схема используемая для обнаружения дефектов.

Т₀₃ =  =       (5)

 

Наиболее производительной является 2 схема. На черновых операциях  повышения производительности обработки  добиваются увеличением глубины  резания (уменьшением числа рабочих  ходов), а также подачи. На чистовых операциях подача ограничивается заданной шероховатостью поверхности, поэтому  сокращение основного времени возможно за счет увеличения скорости главного движения резания.

 

2.4. Выбор режущего инструмента  и измерительного инструмента

Выбор режущего инструмента  осуществляется в зависимости от содержания операций, от вида обработки, от характера обработки, от конструкции головки, по положению главного режущего лезвия, по способу изготовления.

Геометрические параметры  инструмента оказывают заметное влияние на показатели механической обработки.

2.5. Выбор инструментального  материала

Марка инструментального  материала выбирается в зависимости  от свойств обрабатываемого материала, требований к качеству поверхности  и точности размеров детали (см. КЭ).

 

2.6. Выбор смазочно-охлаждающих  технологических средств (СОТС)

(см. КЭ)

 

2.7. Определение режимов  резания

Основными режимами резания  являются глубина резания (t), подача S_m и скорость резания . Для определения глубины t и числа проходов i необходимо знать припуск на обработку h.

h = D_{до обр} – D_обр                          (1)

где D_{до обр} и D_обр диаметры поверхности до и после обработки, мм.

Глубина резания t выбирается в зависимости от того, кокой слой материала (припуска) надо снять с заготовки, чтобы получить деталь, а также вид обработки. Она оказывает влияние на стойкость резца и скорость резания.

При черновой обработке цилиндрической поверхности глубина резания  t применяется равной припуску (в пределах 2-7мм), если позволяет мощность станка, а жесткость системы СПИД – нормальная. На станках малой мощности и при больших припусках приходится снимать припуск за несколько проходов, при этом их число стараются брать наименьшим.

Практически глубина резания  и число проходов выбирается одновременно.

При подрезании уступов толщина  срезаемого слоя (глубина резания) будет  равна разнице диаметров ступеней. Условно ее можно принять 3-5 мм. Подрезание уступа приводится за один проход проходным резцом с главным углом в плане 90⁰.

Полный маршрут обработки  данной операции описан в операционной карте (ОК).

 

2.8. Нормирование технологического  процесса

Техническая норма времени  в условиях серийного производства устанавливается расчетно - аналитическим  путем.

Определим основное время Т₀ для обработки четырехступенчатой детали.

Основное время приближенно  может быть определено по зависимостям вида.

Т₀ = К      (7)

где, K – коэффициент, отражающий средний уровень режимов при данном виде обработки;

       D и L – размеры обрабатываемых поверхностей.

Т₀ = 0,17*(100*100)+(115*80)+(80*70)+(80*35)*= 4,7 мин-1 деталь

Годовой выпуск составляет  470 деталей, определим время, необходимое  для изготовления всей партии.

Т₀ = 4,7470 =2209 мин.    (8)

Далее определим штучно-калькуляционное  время для токарно-винторезного станка 16К20 и токарно-винторезного станка с ЧПУ 16К20ФЗ.

Штучно-калькуляционное  время определяется по формуле:

Т_ш.к. =     (9)

Значения коэффициента : вертикально-сверлильные с ЧПУ – 1,2 и           универсальные – 2,0

Т_ш.к = 1,2*4,7=5,64 мин-ЧПУ

 Т_ш.к = 2*4,7=9,4 мин-унив.

Время на переустановку детали составляет 0,8 Т_в(у+с). Вспомогательное время на каждый переход Т_вп при цилиндрической поверхности или подрезке уступов определяется по формуле:

Т_вп = 0,124 = 2,02   (10)

где, D_max и L_max – наибольшие диаметр и длина обрабатываемой поверхности, мм;

      i – число проходов;

     D_обр – диаметр обрабатываемой поверхности, мм;

     N – номер квалитета.

Подготовительно-заключительное время затрачивается на изучение чертежа, установку инструмента, на накладку оборудования.

Т_пз = 11,3 + 0,8n_u + 0,5P_p + 0,4P_д        (11)

где, n_u, P_p, P_д – число применяемых режущих инструментов за время операции, переходов и смен режимов резания и размеров детали.

Рассчитаем эффективность  применения станка ЧПУ 16К20ФЗ:

 

При смене станка на ЧПУ  экономия времени произошло на 40%.

Далее рассчитаем производительность при уменьшении штучно-калькуляционного времени за счет смены станка.

П% =      (14)

Таким образом, при смене  станка произошло увеличение производительности на 67%.

В существующих на участке  условиях производства возможны два  варианта обработки наружных поверхностей – это, как указывалось выше, 1- на универсальном токарно-винторезном  станке; 2 – на токарном станке с  ЧПУ.

Таким образом, по предложенным данным определим более экономичный  вариант для двух случаев.

Таблица 3

Исходные данные

вариант	1	2
Модель станка	16К20	16К20ФЗ
Штучно-калькуляционное  время tш.к., мин	9,4	5,64
Разряд станочника	5	3
Разряд наладчика	-	5
Количество станков, шт., обслуживаемых  в смену: станочником наладчиком	1 -	2 7
Действительный годовой  фонд времени работы станка Fд, ч	4015	3890
Оптовая цена станка Ц, руб	5450	24400
Масса станка, кг	2835	40000
Размеры станка в плане, м2	2505	3360 1710
Площадь в плане, м2	3,0	5,75
Устанвленная мощность электродвигателей  Nэ, кВт	11,0	10,0
Категория ремонтной сложности: Механической части Км Электрической части Кэ	11,0 8,5	14 26

На основе данных табл.3 проведем расчет себестоимости при наличии  на участке сравниваемых станков, выбор оптимального варианта произведем на основе расчета технологической себестоимости.

Для расчета технологической  себестоимости по методу прямого  калькулирования данные выставлены в табл.4

 

Таблица 4

Расчет элементов технологической  себестоимости, руб

Элемент	Модель станка
	16К20	16К20ФЗ
Заработная плата станочника	З0 =ц1Но.чtш.кКм = 2,5 (14)	0,8
Заработная плата наладчика	Зв.р= = (-)   (15)
Отчисления на амортизацию  оборудования	А0 =    (16)
Затраты на ремонт и обслуживание оборудования	Р0 =
Затраты на электроэнергию	Л0 = = 0,2   (18)
Затраты на амортизацию и  содержание здания	Пл =	0,03
Затраты на управляющие программы	Ппр = = (-)  (20)
Технологическая себестоимость	3	2

 

Произведем расчет себестоимости  по двум методам:

1. Нормативный метод:

- унив.        (21)

 – ЧПУ

При расчете приведенных  затрат капитальные вложения в оборудование, отнесенное к одной детали, определяются по уравнению:

 

К₀₁= =3,6 руб.-унив.      (22)

К₀₂=

W_1,2 = С + К_1,2    (23)

W₁=3+0,12*3,6=3,4 руб. – унив.

W₂=2+0,12*5,3=2,6 руб.-ЧПУ

Определим размер партии для  серийного производства:

n_д = = 3,6   (24)

где,  N_год – годовой выпуск детали;  

        - число дней с запасом заготовок на складе (20 дней);

       Ф –  число рабочих дней в году (260 дней).

Таким образом, можно заметить разницу в полученных результатах при расчете по двум методам. Нормативный метод — это метод исчисления себестоимости, применяемый на предприятиях с массовым, серийным и мелкосерийным характером производства и в других производствах. Калькуляционный метод  рассчитывает себестоимость детальнее по каждому виду затрат. Определяет фактическую себестоимость продукции как суммы нормативной себестоимости, отклонений от норм и изменений норм. По нормативному методу себестоимость на универсальном станке составила 32,5 руб., а на станке ЧПУ – 11,4 руб.; по приведенным затратам себестоимость на универсальном станке составила 3,4 а на ЧПУ – 2,6 руб.; по методу прямого калькулирования технологическая себестоимость составила 3 руб. на унив. и 2 руб. на  станке ЧПУ.