Количественная оценка технологичности.

Качественная оценка детали на технологичность.

 

Деталь вал изготавливается из стали 18ХН3А ГОСТ 4543-71. Материал полностью соответствует условиям эксплуатации детали: обеспечивает заданную твердость, а, следовательно, и заданную износостойкость.

Что касается рациональности конструкции, то тут следует отметить, что конструкция детали обеспечивает надежность закрепления детали, в конструкции детали нет конструктивных нетехнологичных элементов (особо точных поверхностей и т.д.), конструкция детали обеспечивает удобство подвода инструмента, отвода стружки.

 

Количественная оценка технологичности.

 

Для количественной оценки технологичности детали используются показатели технологичности, как коэффициенты использования материала (Ким), точности обработки (Ктч), шероховатости поверхности (Кш) [6].

 

Коэффициент использования материала К_им.

 

(2.1)

где М_д - масса детали;

М_з - масса заготовки.

 

Коэффициент точности обработки К_тч.

 

где А_ср – средний квалитет точности обработки детали по всем поверхностям.

 

Коэффициент шероховатости поверхности К_ш.

 

(2.2)

где Б_ср - среднее числовое значение параметра шероховатости всех поверхностей детали.

Сравнивая полученные результаты с нормативными (К_тч > 0,8, К_ш <0,32) можно сказать, что деталь технологична.

Методика расчета взята [6].

 

Таблица 2

Результаты анализа рабочего чертежа вала

Наименование поверхности	Количество поверхностей	Параметр шероховатости, Ra	Квалитет точности
Торцы		12.5
Наружный диаметр		12.5
Фаски		12.5
Наружный диаметр		6.3
Наружный размер 43-0.16		12.5
Внутренний диаметр		6.3
Итого

 

3. Определение типа производства:

Тип производства по ГОСТ 3.1121-84 характеризуется коэффи­циентом закрепления операций (К_З.О.):

1 < К_З.О. < 10 – массовое и крупносерийное производство;

10 < К_З.О. < 20 – среднесерийное производство;

20 < К_З.О. < 40 – мелкосерийное производство;

40 < К_З.О. – единичное производство.

Для приближенного определения типа производства воспользуемся таблицей 3.

 

 

Таблица 3.

Зависимость типа производства от объема годового

выпуска и массы детали.

Масса детали, кг	Тип производства
Единичное	Мелко - серийное	Средне- серийное	Крупно- серийное	Массовое
Объем годового выпуска деталей (N) шт.
< 1,0	<10	10…2000	2000…75000	75000…200000	>200000
1,0…2,5	<10	10…1000	1000…50000	50000…100000	>100000
2,5…5,0	<10	10…500	500…35000	35000…75000	>75000
5,0…10,0	<10	10…300	300…25000	25000…50000	>50000
>10,0	<10	10…200	200…10000	10000…25000	>25000

 

Т.к. масса детали около 1.1 кг и объем годового выпуска деталей N=2400 штук, то ориентировочно для дальнейших расчетов можно принять тип производства – среднесерийный.

 

4. Разработка чертежа заготовки:

Выбор вида исходной заготовки является ответственным этапом разработки технологического процесса, так как коренным образом влияет на технологию механической обработки детали.

Особенно важно правильно выбрать заготовку для условий автоматизированного производства, когда обработка ведется на автоматических линиях, специальных и агрегатных станках полуавтоматах и автоматах.

Исходя из физико-механических свойств материала детали, единственным методом получения заготовки является обработка давлением. В условиях серийного автоматизированного производства наиболее рациональным способом получения заготовки является штамповка на прессе.

Для расчета поковки необходимо подготовить исходные данные.

Расчетная масса поковки:

,

где МД – масса детали, кг;

КР – расчетный коэффициент, КР=1.5…1.8 для деталей типа шестерня.

.

Класс точности штамповки – Т5 [8, таб. 15].

Группа стали – М2 [8, таб. 14], т.к. массовая доля углерода 0.2% и суммарная массовая доля легирующих элементов – 4.82%.

Степень сложности – С3, т.к. отношение массы поковки к массе геометрической фигуры, в которую она вписывается равно 0.24.

Конфигурация поверхности разъема штампа – П (плоская) [8, таб. 14].

Исходный индекс – 14.

После подготовки исходных данных необходимо назначить припуски на обработку.

Таблица 4

Припуски на обработку [8, таб. 17]

Размер по чертежу детали, мм	Чистота поверхности	Припуск на сторону, мм
Длина 155	12.5	2.2
Æ40	1.25	1.8
Æ58	12.5	2.0
Длина 18	12.5	1.6

 

 

Таблица 5

Дополнительные припуски [8, таб. 18, 19]

Параметр	Припуск
Смещение по поверхности разъема штампа	0.3
Изогнутость, отклонения от плоскостности и прямолинейности: стержня фланца	0.5 0.4

Таблица 6

Размеры заготовки – поковки

Размер по чертежу детали, мм	Припуск, мм	Расчетный размер заготовки	Принятый размер заготовки
Длина 155	(2.2+0.5+0.4)*2	161.2
Æ40	(1.8+0.5+0.4)*2	Æ45.4	Æ46
Æ58	(2.0+0.5+0.4)*2	Æ63.8	Æ64
Длина 18	(1.6+0.5+0.4)*2

Радиус закругления наружных углов – 3.6 [8, таб. 21].

Штамповочный уклон – 7° [8, таб. 24].

Таблица 7

Допуски и допускаемые отклонения поковки [8, таб. 22]

Размер поковки	Допуск и отклонение
Длина 155
Æ40
Æ58
Длина 18

 

Неуказанные предельные отклонения размеров, не указанных на чертеже поковки, принимаются равными 1.5 допуска соответствующего размера с равными допускаемыми отклонениями.

Допускаемая величина смещения по поверхности разъема штампа 0.6 [8, таб. 23]

Расчет себестоимости изготовления заготовки:

 

Рис. 1. Заготовка

 

Стоимость заготовки получаемой пластическим деформированием рассчитывается по той же методике:

,

где С_i – базовая стоимость одной тонны заготовок, руб.;

К_Т, К_С, К_В, К_М, К_П – коэффициенты, зависящие соответственно от класса точности, группы сложности, массы, марки материала и объема производства;

М_З – масса заготовки, кг;

М_Д – масса детали, кг;

S_отх – стоимость одной тонны отходов, руб.

Принимаем: C_i=373 руб. [8, таб. 3.6];

К_Т=1 [8, таб. 3.7];

К_С=1 [8, таб. 3.9];

К_В=1.14 [8, таб. 3.11];

К_М=1 [8, таб. 3.8];

К_П=1 [8, таб. 3.14];

S_отх=28 руб. [8, таб. 3.5].

.

 

5. Разработка маршрутного технологического процесса:

Перед разработкой ТП необходимо получить и изучить информацию, которая делится на базовую, руководящую и справочную.

Базовая - сведения, содержащиеся в конструкторской документации на изделие, объем выпуска, сроки подготовки производства. Рабочий чертеж детали содержит все размеры, технические требования к качеству и шероховатости, марку и твердость материала.

Руководящая - сведения по развитию отрасли, план выпуска материала, средств технологического оснащения стандарты на технологические процессы.

Справочная - сведения о прогрессивных методах обработки, каталоги, номенклатурные справочники оборудования и оснастки. Материалы по выбору технологических нормативов (режимы обработки, припуски, расход материала и др.) и др. справочные материалы.

Всю механическую обработку разбивают по операциям и таким образом выявляют последовательность выполнения операций, их число для каждой операции выбирают оборудование и определяют конструктивную схему приспособления.

Задачей каждого предыдущего перехода является подготовка поверхности заготовки под последующую обработку, и каждый последующий метод (операция или переход) должен быть точнее предыдущего, т. е. обеспечивать более высокое значение показателей качества детали. Поэтому механическая обработка делится на:

· черновую обработку, когда удаляется большая часть припуска, что, позволяет обнаружить возможные дефекты заготовки; на первых одной - двух операциях. При базировании по черновым базам обрабатываются основные технологические базы;

· чистовую обработку, когда в основном обеспечивается требуемая точность:

далее идут операции местной обработки, по ранее обработанным поверхностям, отделочные операции, когда достигается требуемая шероховатость поверхности и окончательно обеспечивается точность детали.

Контроль в технологическом процессе предусмотрен с целью технологического обеспечения заданных параметров качества, обработанной детали.

Разработанный технологический процесс должен содержать общий план обработки детали, описание содержания операций технологического процесса и выбор типа оборудования. Он должен быть прогрессивным, обеспечивать повышение производительности труда и качества детали, сокращать материальные и трудовые затраты и быть экологически безопасным.

Построение технологического маршрута обработки во многом определяется конструктивно-технологическими особенностями детали. Выбор маршрутной технологии существенно зависит от типа производства, уровня автоматизации и применяемого оборудования.

При серийном производстве применяют универсальные станки с ЧПУ. Перспективным в серийном производстве является применение гибких производственных систем (линий, участков, цехов), особенно при наличии условий для групповой организации производства.

Выбор станка на операцию определяется возможностью изготовления на нем деталей необходимой конфигурации и размеров, а также обеспечения качества ее поверхности. Как пример, приведем маршрутный техпроцесс для изготовления вала шлицевого.

 

Таблица 5 Маршрутный техпроцесс.
№ опер.	Наименование операции, оборудование:	Эскиз обработки	Технологические базы, приспособление:
	Заготовительная:
	Фрезерно-центровальная: фрезерно-центровальный МР-71М		Наружная цилиндрическая поверхность заготовки. Приспособление специальное: призмы, прихваты.
	Токарная с ЧПУ Токарный с ЧПУ 16К20Ф3		Центровочные отверстия. Центра.
	Токарная с ЧПУ Токарный с ЧПУ 16К20Ф3		Центровочные отверстия. Центра.
	Сверлильная Сверлильный 2Н150		Наружная поверхность и торец заготовки Приспособление специальное
	Фрезерная Фрезерный 6Н82Г		Центровочные отверстия. Центра + делительная головка
	Термообработка: закалка
	Шлифовальная: Шлифовальный 3А151		Центровочные отверстия. Центра
	Слесарная: верстак
	Моченая: ванна
	Контрольная стол контрольный

6. Расчет припусков:

При проектировании технологических процессов механической обработки заготовок необходимо установить оптимальные припуски, которые обеспечили бы заданную точность и качество обрабатываемых поверхностей

Припуск – это слой металла, заготовки, назначаемый для компенсации погрешностей, возникающих как в процессе получения заготовки, так и в процессе ее механической обработки. Различают операционные и общие припуски на обработку. Операционным припуском является слой металла,который необходимо удалить с заготовки при выполнении операции (перехода).Общим припуском на обработку называется слой металла, который необходимо удалить с заготовки при выполнении всех операций (переходов) для получения окончательно обработанной поверхности детали. При обработке различают односторонние и двусторонние припуска. Припуск задается и измеряется по нормали к обработанной поверхности детали. Односторонний припуск всегда отсчитывается “на сторону”, двусторонний может отсчитываться на обе стороны: ”на диаметр”, ”на толщину”, ”на длину общей нормали”

Различают минимальные, номинальные, максимальные припуска конечной целью расчета припусков является установление операционных размеров и размеров заготовки, которые задаются их номинальными размерами с указанием допустимых отклонений. В качестве расчетного операционного припуска принят минимальный припуск Расчет номинальных операционных размеров и размеров заготовки производится на основе предварительно построенной схемы снятия общего припуска для принятого техпроцесса обработки и рассчитанных номинальных припусков на обработку при автоматическом получении размеров, установленными заранее на размер инструментами.

 

Минимальный припуск на обработку:

 

Припуск на сторону при последовательной обработке плоскостей:

 

(6.1)

 

Припуск на две стороны при параллельной обработке противолежащих плоскостей:

 

(6.2)

 

Припуск на диаметр при обработке наружных и внутренних поверхностей вращения:

 

(6.3)

где - высота неровностей профиля;

- глубина дефектного слоя;

- суммарное значение пространственных отклонений;

- погрешность установки.

Максимальный припуск на обработку:

 

(6.4)

 

(6.5)

 

Номинальный припуск на обработку:

 

(6.6)

 

(6.7)

где - минимальный припуск;

- допуск на переход.

 

Операционные размеры:

 

При обработке отверстия

 

(6.8)

 

При обработке наружной поверхности:

 

(6.9)

 

Определение составляющих припуска:

 

и определяются по таблицам экономической точности.

Суммарное значение пространственных отклонений:

Для отверстия:

(6.10)

Для наружной поверхности:

(6.11)

 

(6.12)

Коэффициент уточнения:

Черновая обработка:

Чистовая обработка:

Отделочная обработка:

где _см и _экс определяются по таблице;

_кр - общая кривизна.

Погрешность установки:

 

(6.13)

где Е_б - погрешность базирования;

Е_з - погрешность закрепления;

Е_п - погрешность выверки приспособления.

 

Расчет припусков на размер Æ40k6:

Величины шероховатости поверхности и глубины дефектного слоя по видам обработки:

Заготовка: ;

Черновое точение:

Чистовое точение: ;

Предварительное шлифование: ;

Окончательное шлифование: .

Пространственная погрешность для заготовки определяется следующим образом:

, где

- погрешность от смещения оси центровочного отверстия;

- погрешность вследствие коробления заготовки;

- величина размера; - удельная кривизна заготовки на 1 мм длины /3/;

Для последующих операций: , где

- коэффициент уточнения формы;

Черновое точение:

Чистовое точение:

Предварительное шлифование:

Окончательное шлифование:

По расчетам, имеем следующие припуски на механическую обработку:

Черновое точение:

Чистовое точение:

Предварительное шлифование:

Окончательное шлифование:

Результаты расчетов приведены в таблице 9.

 

Таблица 9

Результаты расчета припусков

Технологические переходы обработки поверхности: Æ40k6	Элементы припуска	Расчётный припуск 2Zmin, мкм.	Расчётный диаметр dp, мм.	Допуск d, мкм.	Предельный размер	Предельное значение припуска
Rz	T	r	e	dmin, мм.	dmax, мм.	2Zminпр, мкм.	2Zmaxпр, мкм.
Заготовка				-	-	45.612		45.6	47.4	-	-
Точение черновое						40.812		40.8	41.6
Точение чистовое				-		40.252		40.25	40.37
Шлифование предв.				-		40.072		40.07	40.14
Шлифование окончательное						40.002		40.002	40.018
Суммарный припуск:

 

Проверка:

 

7. Расчет режимов резания:

Определим режимы резания на фрезерно-центровальную и токарную операцию с ЧПУ.

Операция 005.

Материал инструмента: Т5К10.

Скорость резания определяется по формуле:

где диаметр фрезы D =80 (мм);

глубина резания t =1.6 (мм);

подача на зуб S_Z =0,1 (мм/об);

ширина фрезерования: B =15 (мм);

число зубьев фрезы z =8;

коэффициент C_v =332;

показатели степени: q =0,2; x =0.1; y =0,4; u =0.2; p =0; m =0.2;

стойкость инструмента Т =180 (мин).

Коэффициент К_v является произведением коэффициентов, учитывающих влияние материала заготовки Kмv, состояния поверхности Kпv, материала инструмента Kиv.

 

Главная составляющая силы резания:

где C_P =825; x =1.0; y =0.75; u =1.1; q =1.3; w =0.2; K_Mp =0.85.

Число оборотов:

,

принимаем

Уточняя скорость резания:

Мощность резания:

Операция 010.

Переход 1: Черновое точение поверхностей:

Материал инструмента: Т15К6.

Скорость резания определяется по формуле:

где, глубина резания t =2.4 (мм);

подача S =0,4 (мм/об);

коэффициент Cv =340;

показатели степени: x =0,15; y =0,35; m =0,20;

стойкость инструмента Т =60 (мин).

Коэффициент Кv является произведением коэффициентов, учитывающих влияние материала заготовки Kмv, состояния поверхности Kпv, материала инструмента Kиv.

Число оборотов:

принимаем число оборотов:

Уточняем скорость резания:

Силы резания:

Тангенциальная сила Н, Pz:

где коэффициент C_p =300;

показатели степени: x =1; y =0,75; n =-0,15;

глубина резания t =2.4 (мм);

подача S =0,4 (мм/об);

скорость резания v =103.2 (м/мин).

Поправочный коэффициент К_p представляет собой произведение ряда коэффициентов учитывающих фактические условия резания.

Мощность резания кВт, N:

Переход 2: Чистовое точение:

Материал инструмента: Т15К6.

Скорость резания определяется по формуле:

где, глубина резания t =0.28 (мм);

подача S =0,2 (мм/об);

коэффициент Cv =350;

показатели степени: x =0,15; y =0,35; m =0,20;

стойкость инструмента Т =60 (мин).

Коэффициент Кv является произведением коэффициентов, учитывающих влияние материала заготовки Kмv, состояния поверхности Kпv, материала инструмента Kиv.

 

Число оборотов:

принимаем число оборотов:

Уточняем скорость резания:

Тангенциальная сила Н, Pz:

где коэффициент C_p =300;

показатели степени: x =1; y =0,75; n =-0,15;

глубина резания t =0.28 (мм);

подача S =0,2 (мм/об);

скорость резания v =188 (м/мин).

Поправочный коэффициент К_p представляет собой произведение ряда коэффициентов учитывающих фактические условия резания.

Мощность резания кВт, N:

 

8. Техническое нормирование операции:

Операция 010:

Черновое точение:

Чистовое точение:

где - время холостых ходов (/8/, при ), мин;

- время на включение станка, мин;

- время на смену инструмента, мин;

- время на смену режимов резания, мин;

- время на установку и снятие детали, мин;

- время на контроль перекрывается, отсюда в расчет не принимается;

,

T_обс и T_лп составляют 7 % от T_оп.

T_п-з= T_п-з1+ T_п-з2+ T_п-з3

где T_п-з1 - норма времени на организационную подготовку, мин

T_п-з2 - норма времени на наладку станка, приспособления, инструмента, программных устройств, мин

T_п-з3 - норма времени на пробную обработку детали, мин,

T_п-з=17+19+4=40 (мин).

 

Партия запуска:

где N – годовой выпуск деталей, N = 2400;

S_n – число запусков в год (принимаем S_n = 12).

Имеем:

Тогда штучно-калькуляционное время:

 

Список используемых источников:

 

1. Обработка металлов резанием: Справочник технолога/ Под общей ред. Панова А.А. – М.: Машиностроение, 1988. – 736с.

2. В.Н.Орлов. Технология изготовления деталей транспортных машин: Учеб. Пособие.- Курган: Издательство КГУ, 2000 – 262 с.

3. Общемашиностроительные нормативы времени и режимов резания для нормирования работ, выполняемых на универсальных и многоцелевых станках с ЧПУ. В 2-х ч. Ч.1., - М: Экономика, 1990.-206 с

4. Справочник технолога – машиностроителя: в 2-х т. Т.1/ Под общей ред. Косиловой А.Г. и Мещерякова Р.К. – М.: Машиностроение, 1985. – 656с.

5. Справочник технолога – машиностроителя: в 2-х т. Т.2/ Под общей ред. Косиловой А.Г. и Мещерякова Р.К. – М.: Машиностроение, 1986. – 496с.

6. Горбацевич А.Ф., Шкред В.А. Курсовое проектирование по технологии машиностроения: Учеб. пособие для машиностроительных спец ВУЗов. – Мн.: Высшая школа, 1993. – 253с.

7. Косилова А.Г., Мещеряков Р.К., Калинин М.А. Точность обработки, заготовки и припуски в машиностроении: Справочник технолога. – М.: Машиностроение, 1976. – 288с.

8. Выбор способа изготовления заготовок. Методические указания к выполнению практических занятий, курсовому и дипломному проектированию для студентов направлений(специальностей) 552900(120100),550200(110200),551400(150100,150300).- Курган: Изд-во КМИ,1997.-78с.