Количественная оценка технологичности.

Качественная оценка детали на технологичность.

Одним из важнейших этапов проектирования технологических процессов является анализ технологичности конструкции детали. Оценка технологичности может производиться количественно и качественно, с расчётом показателей технологичности по ГОСТ 14.201-83. При этом качественная оценка предшествует количественной и характеризует технологичность обобщённо.

Деталь ступица изготавливается из стали 40 ГОСТ 1050-88. 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.

(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)

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 ступицы

Наименование поверхности	Количество поверхностей	Параметр шероховатости, Ra	Квалитет точности
Наружная поверхность ф195		12.5
Наружная поверхность ф170		12.5
Наружная поверхность ф140h9		3.2
Наружная поверхность ф75k6		1.25
Наружная поверхность ф60k6		1.25
Торцы		12.5
Наружная поверхность ф80		12.5
Отв. ф12.5		12.5
Отв. ф48		12.5
фаски		12.5
Итого

 

2. 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 7 кг и объем годового выпуска деталей N=1200 штук, то ориентировочно для дальнейших расчетов можно принять тип производства – среднесерийный.

 

3. Разработка чертежа заготовки

Для деталей типа тел вращения, с последующей обработкой на станках с ЧПУ выбираем горячую штамповку, выполненную на горизонтальных ковочных машинах. Так как деталь имеет форму тела вращения, массу, которая допускается при штамповке на ГКМ (до 30 кг.) и имеет подходящую форму.

Штамповка – это процесс деформации металла на кузнечнопрессовом оборудовании при помощи специального инструмента – штампа, рабочая полость которого определяет конфигурацию и размеры будущей заготовки.

Штамповка на ГКМ выполняют в штампах с двумя плоскостями разъема: одна – перпендикулярна оси заготовки между матрицей и пуансоном, вторая – вдоль оси, разделяет матрицу на неподвижную и подвижную половины, обеспечивающие зажим штампуемой заготовки. Благодаря осевому разъему матриц уклон в участках зажатия заготовки не требуется.

Найдем массу поковки:

Материал детали является сталь 40, поэтому поковка относится к группе сталей М3(табл.14. [1]). Степень сложности поковки – С2. Поковка пятого класса точности – Т4 (табл.15. [1]).

На основании М1 и С1, а также класса точности и массы поковки определяем исходный индекс и назначаем величины припусков и допусков на соответствующие размеры детали. Значения выбираем из таблиц приведенных в технической литературе. Исходный индекс 14(табл.16. [1]). Величины припусков и допусков приведены в таблице 4.

 

 

Таблица 4

Припуски и кузнечные напуски.

Диаметр, толщина	Шероховатость	Припуск
	2.5	2.5
	12.5	2.0
	1.25	1.8
	12.5	1.8
	12.5	1.8

 

Дополнительные припуски

Смещение по поверхности разъема штампа – 0,4 мм (табл.18. [1]);

Отклонение от плоскостности – 0,6 мм (табл.19. [1]).

Размеры поковки, мм:

Толщина ; принимаем 237 мм;

Диаметр ; принимаем 201 мм;

Диаметр ; принимаем 82 мм.

Диаметр ; принимаем 118 мм.

Диаметр ; принимаем 110 мм.

Допускаемые отклонения размеров (табл.22. [1]):

Диаметр мм, мм, мм, мм, мм

Толщина мм.

Себестоимость заготовки:

,

где С_i – базовая стоимость одной тонны заготовок, С = 300 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, М_Д - масса соответственно заготовки и детали: М_З = 7,59 кг; М_Д = 5,06 кг.

S_отх - цена 1 т отходов, S_отх = 25 руб.

Коэффициенты: К_Т = 1 – для штамповок нормальной точности;

К_С = 1 – для штамповок 3 –ей группы сложности;

К_В = 0,93 – для заготовок массой от 3 до 10 кг;

К_М = 1,13 – для заготовок из стали 30ХГТ;

К_П = 0.77 – для второй группы серийности.

S заг. =( ´12´1´1´0,93´1,13´0.77)-(12-7)´ =2.16руб.

Затраты на годовой выпуск заготовок S = 2.16 ´1200 = 2594 руб. (по ценам 1981 г.).

Расчет себестоимости заготовки произведен по методике изложенной в технической литературе [2]. Данный метод расчета себестоимости является неточным, т.к. он не учитывает других факторов влияющих на себестоимость заготовки. Общий вид заготовки приведен на рис. 1:

Рис. 1. Общий вид заготовки

 

4. 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 ступицы.

Таблица 2.5

Расчет припусков

№ опер.	Наименование операции:	Оборудование:	Эскиз обработки:
	Заготовительная	Штамповка
	Токарная с ЧПУ	Токарный с ЧПУ 1П756Ф3
	Токарная с ЧПУ	Токарный с ЧПУ 16К20Ф3
	Фрезерная	Фрезерный 6М81Г
	Сверлильная с ЧПУ	Сверлильный с ЧПУ 2Н150Ф2
	Шлифовальная	Шлифовальный 3А151
	Моечная	Моечная машина	-
	Контрольная	Стол контрольный	-

 

2.5. 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:

(3)

Припуск на две стороны при параллельной обработке противолежащих плоскостей:

(4)

Припуск на диаметр при обработке наружных и внутренних поверхностей вращения:

(5)

- Высота неровностей профиля

- Глубина дефектного слоя

- Суммарное значение пространственных отклонений

- Погрешность установки

Максимальный припуск на обработку:

(6)

(7)

Номинальный припуск на обработку:

(8)

, где (9)

- минимальный припуск

- допуск на переход

Операционные размеры:

При обработке отверстия

(10)

При обработке наружной поверхности:

(11)

Определение составляющих припуска:

и определяются по таблицам экономической точности

Суммарное значение пространственных отклонений

Для отверстия

(12)

Для наружной поверхности:

(13)

е_черн=0,06*е_заг (14)

е_чист=0,04*е_черн (15)

где е_см и е_экс определяются по таблице (16)

е_кр –общая кривизна

е_кр=0,5*е₀*D (16)

е₀ – удельная кривизна 2 мкм/мм

D –диаметр

После термообработки е₀ =0,8 мкм/мм

Погрешность установки:

(17)

где Е_б - погрешность базирования

Е_з - погрешность закрепления

Е_п - погрешность выверки приспособления

Расчет припусков на размер ф60k6:

Величины шероховатости поверхности и глубины дефектного слоя по видам обработки:

Заготовка: ;

Точение черновое:

Точение чистовое:

Шлифование предварительное:

Шлифование окончательное:

Пространственная погрешность для заготовки определяется следующим образом:

,

где - величина размера;

- удельная кривизна заготовки на 1 мм длины [6].

Для последующих операций: ,

где - коэффициент уточнения формы;

Черновое точение:

Чистовое точение:

Шлифование предварительное:

Шлифование окончательное:

Определим величину погрешности установки заготовки из таблиц 12 и 16 источника [6]:

Погрешность установки заготовки [20]:

Погрешность установки на шлифовальной операции:

 

Таблица 6

Расчет припусков и предельных размеров по технологическим переходам на обработку поверхности .

Технологические переходы обработки поверхности: Æ60k6	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				-	-	62.366		62.4	65.2	-	-
Точение черновое						60.502		60.51	60.72
Точение чистовое				-		60.238		60.24	60.36
Шлифование Предварительное						60.084		60.084	60.13
Шлифование Окончательное			-	-		60.002		60.002	60.015
Суммарный припуск:

Проверка:

 

6. Расчет режимов резания

Определим режимы резания на токарную операцию с ЧПУ 010. На первый переход – черновое точение и второй переход – чистовое точение и на третий переход нарезание резьбы и на сверлильную операцию с ЧПУ 020 на сверлильный переход.

Операция 010.