Технологический проект изготовления детали (вал)

БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

«Кафедра “Конструирование и производство приборов»

Курсовой проект

по дисциплине “Технология приборостроения”

на тему “Технологический проект изготовления детали (вал)”

Студент: Дубров А.В.

Преподаватель: Самойлова М.С.

2002

Содержание

1. Анализ конструкции детали

2. Анализ технологичности конструкции детали

3. Определение типа производства

4. Выбор заготовки

5. Выбор и обоснование технологических баз

6. Выбор и обоснование технологического маршрута обработки детали по минимуму приведенных затрат

7. Сопоставление и выбор варианта технологического процесса при различных способах получения заготовки

8. Выбор оборудования и технологической оснастки

9. Расчет и назначение припусков и межоперационных размеров

10. Расчет и назначение режимов резания

11. Расчет технологической нормы времени

12. Подробная разработка четырех технологических операций (переходов)

13. Основные технико-экономические показатели техпроцесса

Литература

1. Анализ конструкции детали

В данном курсовом проекте производится разработка документации на технологический процесс изготовления детали - вала (рис.1.1).

Рис. 1.1 Вал

Данная деталь служит для передачи крутящего момента и выдерживания оси.

Вал ступенчатый, состоит из 4 ступеней. Ступени 3 и 7 служат для посадки подшипников. Ступени 1 и 5 служат для посадки зубчатого колеса. Качество и точность обработки ступеней 1,3,5 и 7 имеет важное значение для служебного назначения детали (точность поверхностей, их шероховатость и другие требования указаны на чертеже общего вида). Ступени 1 и 5 содержат шпоночные пазы для посадки зубчатых колес на вал. Данный вал сделан из материала Сталь 45 по ГОСТ 1050-88.

Химический состав материала приведен в табл.1.1.

Таблица 1.1

С	Si	Mn	S	P	Ni	Cr
			Не более
0,4-0,5	0,17-0,37	0,5-0,8	0,045	0,045	0,3	0,3

Механические свойства материала приведены в табл. 1.2.

Таблица 1.2

ут,Мпа	увр,МПа	д,%	Ш,%	уH,Дж/см2	HB (не более)
Не более		Горячекатаной	Отоженной
360	610	16	40	50	241	197

Сталь 45 ГОСТ 1050-88 имеет хорошие механические свойства для обработки резанием, поддается температурной обработке, достаточно недорогостоящая. Сталь 45 применяется для изготовления средненагруженных деталей: валов, втулок, кулачков, рычагов и т.п. В данном случае применение этого материала целесообразно.

2. Анализ технологичности конструкции детали

В данном случае деталь - ступенчатый вал. Он предполагает возможность обработки проходными резцами, а также многоинструментальной обработки. Конфигурация вала достаточно технологична для обработки резанием на токарном станке.

Диаметральные размеры от середины к концам вала убывают.

Все поверхности детали легкодоступны для инструмента.

Измерение размеров детали производится с использованием следующих измерительных инструментов:

на токарных операциях - штангенциркуль;

на шлифовальных - рычажно-зубчатая скоба;

контроль отклонений от правильной формы производится с помощью рычажно-зубчатой головки с помещением детали в призме, а также с помощью скобы (овальность).

Технологической базой при точении является черновая поверхность заготовки (прутка), а затем (после переустановки детали) - уже обработанная поверхность вала. На шлифовальных операциях технологической базой является ось детали.

Заготовку для изготовления данной детали можно получить одним из следующих способов: штамповкой, отливкой или отрезать от прокатного прутка. В данном случае наиболее рациональным и экономичным является последний из указанных выше способов, т. к. деталь является телом вращения и отрезная операция гораздо ниже по стоимости, чем отливка или штамповка. Кроме того, слой снимаемого материала невелик, что не даст экономии на уменьшении расхода материала при изготовлении заготовки отливкой или штамповкой. Отливка в данном случае вообще нежелательна, т.к. для стали 45 это будет дорого. А штамповку применять в единичном производстве нецелесообразно.

Жесткость вала допускает получение высокой точности обработки, т.к. отношение длины к диаметру l/d = 220/48= 4.58 не превышает 10.

В качестве количественных показателей технологичности рассмотрим коэффициент точности обработки и коэффициент шероховатости поверхностей.

Таблица 2.1

Ti	ni
6	4	24
9	2	18
14	5	70

средняя трудоемкость опреации;

коэффициент точности обработки

Таблица 2.2

Rai	ni
0,4	2	0,8
0,8	2	1,6
1,6	3	4,8
3,2	2	6,4
6,3	2	12,6

коэффициент шероховатости.

3. Определение типа производства

Исходные данные:

Годовая производственная программа с учетом запасных частей

N1 =10 шт.

Количество деталей на изделие m = 1 шт.

Режим работы предприятия 2 смены в сутки.

Годовая программа N = N1m = 101 = 10 шт.

Действительный годовой фонд времени работы оборудования

Fд = 4029 ч.

N2 =100000 шт.

Тип производства по ГОСТ 3.1108-74 характеризуется коэффициентом закрепления операции Кз.о., который показывает отношение всех различных технологических операций, выполняемых или подлежащих выполнению в течении месяца, к числу рабочих мест. Т.к. Кз.о. отражает периодичность обслуживания рабочего всей необходимой информацией, а также снабжение рабочего места всеми необходимыми вещественными элементами производства, то Кз.о. оценивается применительно к явочному числу рабочих из расчета на одну смену:

где Q - количество всех различных операций;

P - число рабочих мест.

Для определения Кз.о. 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.

Порядок расчета коэффициента закрепления операций следующий. Зная программу выпуска (годовую) и штучно-калькуляционное время, затраченное на каждую операцию, определяем количество станков:

где N - годовая программа выпуска, шт.,

TШК - штучное или штучно-калькуляционное время, мин.,

Fд=4029 - действительный годовой фонд времени, при 2-х сменной работе, ч.,

зз.н.=0,8 - нормативный коэффициент загрузки.

Данные об обработке каждой поверхности детали сведем в табл. 3.1.

Таблица 3.1

№ пов-ти	Квалитет	Ra,мм	Способ обработки
1,5	6	0,4	1. Обтачивание предварительное 2. Обтачивание чистовое 3. Шлифование однократное
3,7	6	0,8	1. Обтачивание предварительное 2. Обтачивание чистовое 3. Шлифование однократное
2,4,6	14	1,6	Обтачивание однократное
8,11	14	6,3	Отрезание
9,10	9	3,2	1. Фрезерование черновое 2. Фрезерование чистовое

Для определения основного технологического времени при обработке каждой поверхности воспользуемся методиками, изложенными в [1,стр. 146].

Рассчитаем

?цк, мин.:

Отрезание (поверхность 8):

Отрезание (поверхность 11):

Поверхность 1.

Черновая обточка за один проход:

Чистовая обточка по 9-му квалитету:

Шлифование чистовое по 6-му квалитету:

Поверхность 5:

Черновая обточка за один проход:

Чистовая обточка по 9-му квалитету:

Шлифование чистовое по 6-му квалитету:

Поверхность 3:

Черновая обточка за один проход:

Чистовая обточка по 9-му квалитету:

Шлифование чистовое по 6-му квалитету:

Поверхность 7:

Черновая обточка за один проход:

Чистовая обточка по 9-му квалитету:

Шлифование чистовое по 6-му квалитету:

Поверхность 2:

Подрезка торца Ra=1,6:

Поверхность 4:

Подрезка торца Ra=1,6:

Поверхность 6:

Подрезка торца Ra=1,6:



Поверхность 9:

Фрезерование черновое:

Фрезерование чистовое:

Поверхность 10:

Фрезерование черновое:

Фрезерование чистовое:

Составим маршрут обработки детали:

005 Отрезная

010 Токарная

020 Фрезерная

030 Шлифовальная

Результат расчета для каждой программы выпуска сведем в таблицы:

Таблица 3.2 N=10шт.

Операция	ТШТ	mр	Р	nз.ф.	O
005 Отрезная	0,87	0,000045	1	0,000045	17777,78
010 Токарная	9,18	0,00047	1	0,00047	1702,13
020 Фрезерная	1,139	0,000059	1	0,000059	13559,32
030 Шлифовальная	2,78	0,00014	1	0,00014	5714,29

УР=4 УО=38753,52

Вывод: производство единичное.

Таблица 3.3 N=100000шт.

Операция	ТШТ	mр	Р	nз.ф.	O
005 Отрезная	0,87	45	45	45	0,17778
010 Токарная	9,18	4,7	5	4,7	0,01702
020 Фрезерная	1,139	59	59	59	0,13559
030 Шлифовальная	2,78	1,4	2	1,4	0,05714

УР=111 УО=0,38753

Вывод: производство массовое

4. Выбор заготовки

При разработке технологического процесса важным шагом является выбор заготовки. Для рационального выбора заготовки необходимо провести расчеты себестоимости получения заготовки, себестоимости ее механической обработки.

В качестве вариантов рассмотрим калиброванную сталь и горячекатаный прокат.

Определим себестоимость обработки детали из горячекатаного проката:

- себестоимость заготовки;

где M - затраты на материал заготовки;

Со.з. - технологическая себестоимость операций правки, калибрование прутков, резки их на штучные заготовки

где Сп.з. - приведенные затраты на рабочем месте, у.е./ч.;

TШ-К - штучно-калькуляционное или штучное время выполнения заготовительной операции.

Определим TШ-К:

где цК - коэффициент, ц0=1,75.

Т0 - общее время, мин.

;

Сп.з=121у.е./ч. (резка на отрезных станках, работающих дисковыми пилами)

Затраты на материал определяются по массе проката, необходимого для изготовления детали, и массе сдаваемой стружки. При этом необходимо учитывать стандартную длину прутков и отходы в результате некратности длины заготовок к этой стандартной длине:

,

где Q - масса заготовки, кг;

S - цена 1 кг. материала заготовки, у.е.;

q - масса готовой детали, кг.;

Sотх - цена отходов 1 кг. (стружки), у.е.

Масса заготовки:

,

где с - плотность материала;

Vз - объем заготовки.

Масса детали:

,

где Vд - объем готовой детали;

где V1-V4 - объемы соответствующих ступеней вала.



Коэффициент использования материала:

Стоимость материала:

S=175 у.е./Т .

Стоимость отходов:

S=27,5 у.е./Т.

Рассчитываем себестоимость заготовки:

Это мы посчитали себестоимость для заготовки из Cтали45 обыкновенной . Теперь проведем расчет для Стали 45 калиброванной.

Расчет аналогичный.

,

Стоимость материала:

S=220 у.е./Т.

Сравнивая два варианта по себестоимости заготовки выгоднее и целесообразнее использовать Сталь 45 обыкновенную. Из ГОСТа 2590-57 выбираем заготовку из круглого сортового проката Ш56, RZ=150, T=240мкм.

5. Выбор и обоснование технологических баз

Выбор происходит в два этапа:

1. Выбирают технологическую базу, необходимую для получения наиболее ответственных размеров детали, и используемую для большинства поверхностей заготовки.

2. Решают вопрос о базировании заготовки на первой операции техпроцесса.

Наибольшая точность обеспечивается, в случае если, в качестве технологической базы, использовать поверхность, относительно которой задано наибольшее количество размеров. Кроме того, эти базовые поверхности должны иметь необходимую протяженность, обеспечивать устойчивость при обработке.

На первой технологической операции должны быть обработаны те поверхности заготовки, которые в дальнейшем должны служить ее технологическими базами на последующих операциях. Так как технологической базой для первой операции будут необработанные поверхности, нужно выбирать те поверхности, которые допускают равномерное снятие припуска и точное взаимное расположение обрабатываемых и не подлежащих обработке поверхностей.

Если у заготовки обрабатываются все поверхности, то за базу на первой операции выбирают поверхности с малыми припусками. Черновая база должна использоваться только один раз. Повторное ее использование недопустимо. Для выбора чистовых баз необходимо пользоваться принципом постоянства и совмещения баз. Базовые поверхности должны обеспечивать наибольшую жесткость детали в направлении зажимных усилий и силы резания при обработке.

Технологическая база, используемая при первом установе заготовки, называется черновой технологической базой.

В нашем случае черновой технологической базой является поверхность заготовки Ш52. Чистовой базой являются центровые поверхности.

Технологические, конструкторские и измерительные базы должны быть совмещены.

На шлифовальной операциях технологической базой является центровочные отверстия. На фрезерной - наружная цилиндрическая поверхность вала. На токарной - торец и наружная цилиндрическая поверхность вала.

6. Выбор и обоснование технологического маршрута обработки детали по минимуму приведенных затрат

Для правильной разработки технологического маршрута необходимо учесть требования по точности и шероховатости поверхностей. Необходимо также выбирать операции так, чтобы затраты были наименьшими, а производительность наибольшая. При разработке плана следует придерживаться следующих общих правил:

В первую очередь обрабатываются поверхности, которые служат базами при последующей обработке.

Рекомендуется обрабатывать вначале поверхности, с которых снимается наибольший слой металла. Это позволит вскрыть дефекты заготовки в начале технологического процесса.

Чем точнее должна быть поверхность, тем позднее следует ее обрабатывать. Таким образом, уменьшается влияние деформации, вызванной перераспределением напряжения в металле.

При составлении плана обработки не рекомендуется совмещать чистовые и черновые операции на одном и том же станке. На основании выше приведенных положений, таблиц экономической точности и расчетам экономической эффективности возможных вариантов и разрабатывается маршрут.

Необходимо произвести подготовительную обработку поверхностей детали для удаления дефектных слоев заготовки и подготовки черновых баз. Внешняя цилиндрическая поверхность обрабатывается точением. Этот метод производителен, и не требует сложного оборудования, инструментов и высокой квалификации обслуживающего персонала - достаточно экономичен. Черновая подрезка торцов также производится на токарном станке.

Для укрепления поверхностной твердости изделия его необходимо подвергнуть термообработке. Для этого выполняем термическую операцию.

Для достижения требуемой точности и шероховатости после термообработки необходимо обработать одной из абразивных операций. Это может быть шлифование, хонингование и другие методы отделочной обработки. Хонингование достаточно дорогой метод обработки. При этом методе достигается 5-6 квалитет с параметрами шероховатости Ra 1.6…0.1. Это превышает требуемую точность. Шлифование является производительным методом и обеспечивает требуемую точность и наиболее экономичен из всех методов из всех методов абразивной обработки. Таким образом, следующая операция - шлифование.

Таблица 6.1 Технологический маршрут для основной программы

Операция	Переход	Запись перехода	Применяе-мая оснастка	Применяемое оборудование	Применяемый режущий инструмент	Применяемый измерительный инструмент
005 загото-вительная	-	Отрезать заготовку		Тиски 7200-0251 ГОСТ 21168-75	Ножницы сортовые 1838	Линейка-250 ГОСТ427-75
010 токарная установ1	1	Подрезать торец	Патрон 3-х кулачковый ГОСТ 2675-80	Токарно-винторезный станок 16к20	Резец 2101-0509 Т15К6 ГОСТ18870-73	Штангенцир-куль ШЦ-1 250-005
010 токарная установ1	2	Центровать торец	Патрон 3-х кулачковый ГОСТ 2675-80	Токарно-винторезный станок 16к20	Сверло 2317-0009 ГОСТ14952-75	Штангенцир-куль ШЦ-1 250-005, индикатор-нутрометр 18 - 50 ГОСТ 9244 - 84
010 токарная установ1	3	Точить поверхность (черновая обработка)	Патрон 3-х кулачковый ГОСТ 2675-80. Центр упорный ГОСТ 13214-67	Токарно-винторезный станок 16к20	Резец 2101-0509 Т15К6 ГОСТ18870-73	Штангенцир-куль ШЦ-1 250-005
010 токарная установ1	4	Точить поверхность (чистовая обработка)	Патрон 3-х кулачковый ГОСТ 2675-80. Центр упорный ГОСТ 13214-67	Токарно-винторезный станок 16к20	Резец 2101-0509 Т15К6 ГОСТ18870-73	Штангенцир-куль ШЦ-1 250-005
010 токарная установ1	5	Точить фаску	Патрон 3-х кулачковый ГОСТ 2675-80 Центр упорный ГОСТ 13214-67	Токарно-винторезный станок 16к20	Резец 2102-0021 ГОСТ18870-73	-
010 токарная установ1	6	Точить канавку	Патрон 3-х кулачковый ГОСТ 2675-80 Центр упорный ГОСТ 13214-67	Токарно-винторезный станок 16к20	Резец 2120-0503 ГОСТ18877-73	Штангенцир-куль ШЦ-1 250-005
010 токарная установ2	1	Подрезать торец	Патрон 3-х кулачковый ГОСТ 2675-80	Токарно-винторезный станок 16к20	Резец 2101-0509 Т15К6 ГОСТ18870-73	Штангенцир-куль ШЦ-1 250-005
010 токарная установ2	2	Центровать торец	Патрон 3-х кулачковый ГОСТ 2675-80	Токарно-винторез-ный станок 16к20	Сверло 2317-0009 ГОСТ14952-75	Штангенцир-куль ШЦ-1 250-005, индикатор-нутрометр 18 - 50 ГОСТ 9244 - 84
010 токарная установ2	3, 4, 5	Точить поверхность (черновая обработка)	Патрон 3-х кулачковый ГОСТ 2675-80 Центр упорный ГОСТ 13214-67	Токарно-винторезный станок 16к20	Резец 2101-0509 Т15К6 ГОСТ18870-73	Штангенцир-куль ШЦ-1 250-005
010 токарная установ2	6, 7, 8	Точить поверхность (чистовая обработка)	Патрон 3-х кулачковый ГОСТ 2675-80 Центр упорный ГОСТ 13214-67	Токарно-винторезный станок 16к20	Резец 2101-0509 Т15К6 ГОСТ18870-73	Штангенцир-куль ШЦ-1 250-005
010 токарная установ2	9	Точить фаску	Патрон 3-х кулачковый ГОСТ 2675-80 Центр упорный ГОСТ 13214-67	Токарно-винторезный станок 16к20	Резец 2102-0021 ГОСТ18877-73	_
010 токарная установ2	10, 11	Точить канавку	Патрон 3-х кулачковый ГОСТ 2675-80 Центр упорный ГОСТ 13214-67	Токарно-винторезный станок 16к20	Резец 2120-0503 ГОСТ18877-73	Штангенцир-куль ШЦ-1 250-005
015 фрезерная установ1	1	Фрезеровать шпоночный паз	Опорная призма ГОСТ 12194 - 66	Горизонта-льно-фрезерный станок 6Р10	Фреза шпоночная 2235-0005 ГОСТ 9140-78	Штангенглуби-номер ШЦ-1 250-005
015 фрезерная установ1	2	Фрезеровать шпоночный паз	Опорная призма ГОСТ 12194 - 66	Горизон-тально-фрезерный станок 6Р10	Фреза шпоночная 2235-0001 ГОСТ 9140-78	Штангенглуби-номер ШЦ-1 250-005
020 Термичес-кая		Закаливание до 36…42 HRCэ		Печь
025 шлифовальная установ1	1	Шлифовать поверхность	Патрон поводковый ГОСТ 2571-53, центры упорные ГОСТ 13214-67	Кругошли-фовальный станок 3Е12	Круг шлифоваль-ный ПП 250х32х76 24А 50 СМ7 10К ГОСТ 2424-83	Микрометр рычажный МР ГОСТ 4381-68
025 шлифовальная установ2	1,2 3	Шлифовать поверхность	Патрон поводковый ГОСТ 2571-53, центры упорные ГОСТ 13214-67	Кругошли-фовальный станок 3Е12	Круг шлифоваль-ный ПП 250х32х76 24А 50 СМ7 10К ГОСТ 2424-83	Микрометр рычажный МР ГОСТ 4381-68

Таблица 6.2 Технологический маршрут для перспективной программы

Операция	Переход	Запись перехода	Применяемая оснастка	Применяемое оборудование	Применяемый режущий инструмент	Применяемый измерительный инструмент
005 Фрезерно-центровальная	1	Фрезерование торцев, цетрование отверстий	Опорные призмы 352 4073/007,	Фрезерно-центроваль-ный МП-71М	Ножницы сортовые 1838	Калибр-скоба, штангенцир-куль ШЦ-1 250-005, индикатор ИРБ ГОСТ 5584-75
010 Токарная	1	Точить поверхность	Центр упорный ГОСТ 13214-67	Полуавтомат 1А730	Фасонный резец	Калибр-скоба,
010 Токарная	2	Точить фаски, подрезать канавки	Центр упорный ГОСТ 13214-67	Полуавтомат 1А730	Многорезцо-вая наладка	Калибр-скоба, штангециркуль ШЦ-1 250-005
015 Фрезерная	1	Фрезеровать шпоночные пазы	Тиски призмати-ческие	Шпоночно-фрезерный автомат 6Д32	Шпоночные фрезы	Калибр-скоба
020 Тетмичес-кая	1	Закаливание до 36…42 HRCэ		Печь
025 Шлифо-вальная	1	Шлифовать поверхность	Патрон поводковый ГОСТ 2571-53, центр упорный ГОСТ 13214-67	Кругошлиф-вальный 3А10П	Круг шлифоваль-ный ПП 250х32х76 24А 50 СМ7 10К ГОСТ 2424-83	Калибр-скоба
025 Шлифо-вальная	2	Шлифовать поверхность	Патрон поводковый ГОСТ 2571-53, центр упорный ГОСТ 13214-67	Кругошлиф-вальный 3А10П	Круг шлифоваль-ный ПП 250х32х76 24А 50 СМ7 10К ГОСТ 2424-83	Калибр-скоба

7. Сопоставление и выбор варианта технологического процесса при различных способах получения заготовки

Общие исходные данные.

Материал детали: сталь 45.

Масса детали q=2.223кг.

Годовая программа N=100000шт.

Производство - массовое.

Эскиз заготовки.



Рис.7.1 Заготовка вала, полученная на ГКМ

Рис.7.2 Заготовка из сортового проката

Таблица 7.1 Данные для расчетов стоимости заготовки по вариантам

Наименование показателей	1-й вариант	2-й вариант
Вид заготовки	Штамповка на ГКМ	Прокат Ш52х230
Класс точности	3	h17
Группа сложности	1	-
Масса заготовки Q,кг	2.457	3.808
Стоимость 1т заготовок, принятых за базу Сi, руб	295	175
Стоимость 1т стружки Sотх, руб	27,5	27,5

Стоимость заготовки по первому варианту:



kT=1; kC=0.7; kB=0.75; kM=0.9; kП=1.23 - коэффициенты, зависящие от класса точности, группы сложности, массы, марки материала и объема производства заготовок.

Стоимость заготовки по второму варианту:

- технологическая себестоимость операций правки, калибрования прутков, разрезки их на штучные заготовки.

- приведенные затраты на рабочем месте.

СЗ - основная и дополнительная зарплата с начислениями;

СЧЗ - часовые затраты по эксплуатации рабочего места;

ЕН - нормативный коэффициент экономической эффективности капитальных вложений ( в машиностроении ЕН=0.15);

КЗ, КС - удельные часовые капитальные вложения соответственно в станок и здание.

,

где е - коэффициент, учитывающий дополнительную зарплату, равную 9%, начисления на социальное страхование 7,6% и приработок к основной зарплате в результате перевыполнения норм на 30%;

;

СТФ - часовая тарифная ставка станочника-сдельщика соответствующего разряда;

k - коэффициент, учитывающий зарплату наладчика (k=1);

у - коэффициент, учитывающий оплату рабочего при многостаночном обслуживании (у=1).

,

где - практические часовые затраты на базовом рабочем месте;

kм - коэффициент, показывающий, во сколько раз затраты, связанные с работой данного станка.

где Ц - балансовая стоимость станка, руб.;

F - производственная площадь, занимаемая станком с учетом подходов, м2,

F=fkf,

f - площадь станка в плане, м2;

kf - коэффициент, учитывающий дополнительную производственную площадь проходов, проездов и др.;

FД - действительный годовой фонд времени работы станка, ч;

зз - коэффициент загрузки станка.

Таблица 7.2 Варианты технологического маршрута

Наименование позиции	Варианты
	Первый	Второй
Отличающиеся виды заготовок
Стоимость заготовки, коп	Штамповка на ГКМ 42,8	Прокат Ш52х230 63,8
Отличающиеся операции механической обработки
Операция 1	-	Токарная черновая обработка наружных поверхностей, станок 16к20
Технологическая себестоимость обработки, коп	-	10,5
Технологическая себестоимость обработки по вариантам, коп	42,8	74,3

Остальные операции по обоим вариантам одинаковы.

Стоимость заготовки, полученной на ГКМ:

0,428.

Стоимость заготовки из проката:

Дальше определяем приведенные часовые затраты на отличающихся операциях.

Операция 1, вариант 2:



Годовой экономический эффект

Из таблицы следует, что применение первого варианта обработки вала обеспечивает годовой экономический эффект в 31500 руб., при этом экономится 135,1 т стали 45. Поэтому следует отдавать предпочтение этому варианту и принять его к подробной разработке в перспективной программе.

8. Выбор оборудования и технологической оснастки

При выборе оборудования надо учесть то, что производство является единичным, т.е. при выборе станков необходимо учитывать их универсальность, экономичность.

Для обработки детали точением лучше всего выбрать одну из современных моделей токарно-винторезных станков. Станок модели 16к20, т.к. данная модель станка самая распространенная. Этот станок нормальной точности, основная модель токарно-винторезных станков. Он предназначен для выполнения различных токарных сверлильно-расточных и резьбонарезных работ в единичном и мелкосерийном производствах, также инструментальных, ремонтных цехах.

Для перспективной программы выбираем многошпиндельный вертикальный токарный полуавтомат, которые бывают последовательного и непрерывного действия. На станках последовательного действия за одну установку на всех позициях обрабатывают деталь, перемещают последовательно во все позиции; при этом в каждой из них выполняют свои переходы обработки. Обработку производят как бы на нескольких одношпиндельных полуавтоматах с различными наладками. На станках непрерывного действия за одну установку заготовку обрабатывают только на одной позиции, причем в обработке одновременно находятся несколько заготовок. Следовательно, несколько деталей обрабатывают как бы одновременно на нескольких одношпиндельных полуавтоматах, налаженных на одну и ту же операцию. Для шлифования наружной цилиндрической поверхности наиболее рационально выбрать шлифовальный станок модели 3Е12. Он является универсальным и предназначен для шлифования цилиндрических и конических, наружных и внутренних, а также торцовых поверхностей детали. Шлифование изделий может осуществляться в неподвижных центрах в трехкулачковом патроне, в цангах. В нашем случае деталь закрепляется в поводковом патроне ГОСТ 2571-53.

На выбор технологического оборудования влияют следующие данные: метод обработки, точность обработки, шероховатость, габаритные размеры детали, сочетание поверхностей, тип производства.

Для основной программы мы выбираем универсальное технологическое оборудование, а для перспективной - специальное и специализированное (см. таблицы 6.1. и 6.2.).

Для контроля размеров - скобы, приборы активного контроля, штангенциркули, индикаторные головки и т.п. (см. таблицы 6.1. и 6.2.).

9. Расчет и назначение припусков и межоперационных размеров

Припуском называют ту часть удаляемого материала, наличие которого на заготовке вызвано необходимостью обеспечения заданных требований к точности и качеству поверхности в результате обработки резанием или другим методом со снятием слоя материала. Установление оптимальных припусков играет важную роль при разработке технологических процессов изготовления деталей. Увеличение припусков приводит к повышенному расходу материала и энергии, введению дополнительных технологических переходов, а иногда и операций. Все это увеличивает трудоемкость и повышает себестоимость изготовления деталей.

Уменьшение припуска не дает возможность удалять дефектные поверхностные слои материала и достигать заданной точности и шероховатости обрабатываемых поверхностей, а в ряде случаев они приводят к условиям, недопустимым для работы режущего инструмента, так как может быть оставлена зона с твердой литейной коркой или окалиной. В результате уменьшенные припуски приводят к браку.

Рассчитаем припуски на обработку и промежуточные предельные размеры для наружной цилиндрической поверхности 1 , шероховатость 0.8, линейный размер 45 мм. Для остальных поверхностей припуски назначаем на каждый вид обработки

Технологический маршрут обработки поверхности состоит из трех операций: предварительного обтачивания (обработка токарным резцом), чистового обтачивания (обработка токарным резцом) и однократного шлифования (обработка шлифовальным кругом).

Обтачивание и шлифование производятся в центрах, схема установки показана на рис. 9.1.



Рис 9.1 Схема установки заготовки при обработке в центрах

Технологический маршрут обработки запишем в расчетную таблицу. В таблицу также записываем соответствующие заготовке и каждому технологическому переходу значения элементов припуска. Так как в данном случае обработка ведется в центрах, погрешность установки в радиальном направлении равна нулю.

Суммарное отклонение

Допуск на поверхности, используемые в качестве базовых на фрезерно-центровальной операции, определяем по ГОСТ 7505-74:

Остаточное пространственное отклонение:

после предварительного обтачивания

после окончательного обтачивания

после шлифования

Расчет минимальных значений припусков производим, пользуясь основной формулой

Минимальный припуск:

под предварительное обтачивание

под окончательное обтачивание

под шлифование



Графа таблицы ''Расчетный размер'' (dp) заполняется, начиная с конечного размера последовательным вычитанием расчетного минимального припуска каждого технологического перехода.

Таким образом, имея расчетный (чертежный) размер после последнего перехода (39,987) для остальных переходов получаем:

Расчетные размеры:

dp2= 29,987 +0.166 =30,153 мм;

dp1= 30,153 +0,298 =30,451 мм;

dpзаг= 30,451 +2.2 =32,651 мм;

Записав в соответствующей графе расчетной таблицы значения допусков на каждый технологический переход и заготовку в графе ''Наименьший предельный размер'' определим их значения для каждого технологического перехода, округляя расчетные размеры, увеличиваем их значения. Округления производим до того же знака десятичной дроби, с каким дан допуск на размер для каждого перехода. Наибольшие предельные размеры вычисляем прибавлением допуска к округленному наименьшему предельному размеру:

dmax3=29,99+0.013=30,003 мм;

dmax2=30,15+0.084=30,234 мм;

dmax1=30,45+0.21=30,66 мм;

dmaxзаг=32,7+2.1=34,8 мм.

Предельные значения припусков определяем как разность наибольших предельных размеров и - как разность наименьших предельных размеров предшествующего и выполняемых переходов:



Общие припуски Zomin и Zomax определяем, суммируя промежуточные припуски и записывая их значения внизу соответствующих граф.

2Zomin = 2250 + 300 + 160 = 2710 мкм;

2Zomax = 4140 + 426 + 231 = 4797 мкм.

Все результаты расчетов сведем в таблицу 9.1.

Таблица 9.1 Расчет припусков и предельных размеров по технологическим переходам на обработку поверхности 30h6

Технологические переходы обработки поверхности 30h6 (-0.013)	Элементы припуска, мкм	Расчетный припуск 2zmin, мкм	Расчетный размер dp, мм	Допуск д, мкм	Предельный размер, мм	Предель-ные значения припус-ков, мкм
	Rz	T	с				dmin	dmax
Заготовка	150	250	700		32,651	2100	32,7	34,8
Обтачивание предварительное	50	50	42		30,451	210	30,45	30,66	2250	4140
Обтачивание чистовое	30	30	28		30,153	84	30,15	30,234	300	426
Шлифование однократное	10	20	14		29,987	13	29,99	30,003	160	231
						У	2710	4797



Рис. 9.1 Схема графического расположения припусков и допусков на обработку поверхности 30h6

Общий номинальный припуск

Производим проверку правильности выполненных расчетов:

На основании данных расчета строим схему рис

На остальные обрабатываемые поверхности детали припуски и допуски принимаем по ГОСТ 7505-74 и записываем их значения таблицу 9.2.

Таблица 9.2 Припуски и допуски на обрабатываемые поверхности ведущей шестерни по ГОСТ 7505-74 (размеры в мм).

Поверхность	Размер	Припуск	Допуск
		табличный	расчетный
1	30-0,013			±1.5
3,7			-	±1.5
5	48-0,018		-	±1.5
8,11	220		-	±2.0

10. Расчет и назначение режимов резания

Одноинструментальная обработка на токарных станках

Расчеты элементов резания для обработки на токарном станке (основная программа) для 1-ого и 2-ого установов (см. технологический маршрут) сведем в таблицы 10.1, 10.2. и 10.3.

Рассчитаем режимы резания центровки отверстий (токарная операция: установ1, переход2 и установ2, переход2). Для выполнения этих переходов используем сверло 2317-0009 ГОСТ 14952-75.

Рассчитаем длину рабочего хода инструмента:

,

где l=8,5 - длина обрабатываемой поверхности;

l1 =2мм- величина врезания инструмента.

Скорректированная подача на оборот

где s0T =0.06 - табличное значение подачи;

K1S =1, K2S =0.9, K3S =1 - поправочные коэффициенты на подачу в зависимости от группы подачи, от относительной глубины сверления, от твердости обрабатываемой стали.

Подача, уточненная по паспорту станка, s0пр=0,05мм/об.

Скорость резания, скорректированная применительно к условиям обработки

где vT = 11.0 м/мин - табличная скорость резания;

K1V=0.8, K2V=1, K3V=1 - поправочные коэффициенты на скорость резания в зависимости от относительной глубины сверления обрабатываемого отверстия, от относительной длины рабочей части сверла, от твердости обрабатываемой стали.

Частота вращения шпинделя

где d - табличное значение диаметра инструмента.

Частота вращения шпинделя, уточненная по паспорту станка nпр=400мин-1.



Мощность резания, скорректированная применительно к условиям обработки,:

где NT = 0,189кВт - табличное значение мощности;

K1M =2,45 - поправочный коэффициент на крутящий момент резания в зависимости от свойств обрабатываемого материала.

Основное время

Одноинструментальная обработка на фрезерных станках

Операцию 015 (фрезерная) выполняем на станке вертикально-фрезерном 6Р10 для установа1, перехода1 используем шпоночную фрезу 2235-0005 БРС ГОСТ 9140-78.

Обрабатываемый материал - Сталь 45.

Глубина фрезерования t=5мм (за два раза).

Определим рекомендуемую подачу на зуб

где SZT = 0,05мм/зуб - подача на зуб;

KS1=1, KS2=1 - поправочные коэффициенты в зависимости от твердости обрабатываемого материала и отношения вылета фрезы к ее диаметру

Диаметр фрезы - 12 мм; число зубьев - 2.

Определим рекомендуемую скорость резания

где vT = 34м/мин;

KV1=1, KV2=1, KV3=1, KV4=1.6, KV5=1- поправочные коэффициенты в зависимости от твердости материала, от обрабатываемого материала, отношения вылета фрезы к ее диаметру, периода стойкости фрезы, ширины фрезерования.

Рассчитаем рекомендуемую частоту вращения шпинделя np и уточним ее по паспорту nф

nф=1250мин-1.

Уточнение скорости резания по принятой nф

Рассчитаем рекомендуемую минутную подачу

Уточним минутную подачу по паспорту станка SМФ=120мм/мин.

Определим фактическое значение подачи на зуб Szф по принятым значениям nФ и SМФ

.мм/мин.

Выберем, учитывая рассчитанное выше, необходимую мощность резания Np=2кВт. Проверку по мощности привода главного движения проводить не обязательно, так как Nдв>Np (3>2).

Длину рабочего хода определим по формуле

,

где lрез=2,5+24+2,5+24=53 мм - длина резания,

y = D+(2..5)=15мм - длина подвода врезания и перебега.

Основное время

(с учетом того, что у нас два прохода).

Проведем аналогичные расчеты для фрезерования второго шпоночного паза (операция 015, установ1, переход2). Используем шпоночную фрезу 2235-0001 БРС ГОСТ 9140-78.

Глубина фрезерования t=4мм (за два раза).

Определим рекомендуемую подачу на зуб

где SZT = 0,029мм/зуб - подача на зуб;

KS1=1, KS2=1 - поправочные коэффициенты в зависимости от твердости обрабатываемого материала и отношения вылета фрезы к ее диаметру

Диаметр фрезы - 8 мм; число зубьев - 2.

Определим рекомендуемую скорость резания

где vT = 28м/мин;

KV1=1, KV2=1, KV3=1, KV4=1.6, KV5=1- поправочные коэффициенты в зависимости от твердости материала, от обрабатываемого материала, отношения вылета фрезы к ее диаметру, периода стойкости фрезы, ширины фрезерования.

Рассчитаем рекомендуемую частоту вращения шпинделя np и уточним ее по паспорту nф

 nф=1600мин-1.

Уточнение скорости резания по принятой nф

Рассчитаем рекомендуемую минутную подачу

Уточним минутную подачу по паспорту станка SМФ=100мм/мин.

Определим фактическое значение подачи на зуб Szф по принятым значениям nФ и SМФ

.мм/мин.

Выберем, учитывая рассчитанное выше, необходимую мощность резания Np=2кВт. Проверку по мощности привода главного движения проводить не обязательно, так как Nдв>Np (3>2).

Длину рабочего хода определим по формуле

,

где lрез=2+18+2+18=40 мм - длина резания,

y = D+(2..5)=10мм - длина подвода врезания и перебега.

Основное время

(с учетом того, что у нас два прохода)

11. Расчет технологической нормы времени

В единичном производстве определяется норма штучного времени TШТ:

ТШТ=Т0+ТВ+ТОБ+ТОТ,

где Т0 - основное время, мин; ТВ - вспомогательное время, мин.

Вспомогательное время состоит из затрат на отдельные приемы:

TВ=ТУ.С.+ТЗ.О.+ТУ.П.+ТИ.З.; ТУ.С.

- время на установку и снятие детали, мин; ТЗ.О. - время на закрепление и открепление детали, мин; ТУП. - время на приемы управления, мин; ТОБ. - время на обслуживание рабочего места, мин.

Время на обслуживание рабочего места ТОБ слагается из времени на организационное обслуживание ТОРГ и времени на техническое обслуживание рабочего места:

ТОБ=ТТЕХ+ТОРГ; ТОТ-

время перерывов на отдых и личные надобности, мин. Для токарных, фрезерных операций

ТТЕХ=Т0tСМ/Т;

для шлифовальных операций ТТЕХ=Т0tП/Т, где tCМ - время на смену и подналадку станка, мин; tП - время на одну правку шлифовального круга, мин.

Значение норм времени сведем в таблицу 11.1.

Таблица 11.1 Свободная таблица технических норм времени по операциям, мин.

Номер и наименование операции	Т0	ТВ	ТОП	ТОБ	ТОТ	ТШТ
		ТУС+ТЗО	ТУП	ТИЗ		ТТЕХ	ТОРГ
010 Токарная	7,25	0,54	1,07	1,68	8,47	0,45	0,144	0,34	12,164
015 Фрезерная	1,88	0,077	0,1	0,96	2,077	0,141	0,015	0,145	3,318
025 Шлифовальная	23,81	0,28	0,1	0,88	34	0,952	0,405	3,06	38,417

12. Подробная разработка четырех технологических операций

При выборе станочного оборудования необходимо учитывать:

Характер производства.

Методы достижения заданной точности при обработке.

Соответствие станка размерам заготовки.

Стоимость станка.

Мощность станка.

Удобство управления и обслуживания станка и др.

В единичном производстве в основном применяются универсальные станки. Для контроля и измерения в единичном производстве используются универсальные средства измерений.

Операция 010: Токарная. Установ 1, переход 2.

Модель оборудования и технологические характеристики:

токарно-винторезный станок 16к20;

наибольший диаметр обрабатываемого прутка - 400 мм.;

мощность электродвигателя, кВт - 10;

габариты станка, мм - 2505x1190;

категории ремонтной сложности, 19.

Установить и закрепить деталь в патрон 3-х кулачковый ГОСТ 2675-80.

Режущий инструмент: центровочное сверло 2317-0009 ГОСТ 14952-75.

Измерительный инструмент: штангенциркуль ШЦ-1 250-005.

Режимы резания:

скорость резания v=7.9 м/мин;

частота вращения шпинделя n=400 мин-1;

подача S0=0,05 мм/об,

минутная подача Sм=20мм/мин,

глубина резания t=6,6 мм,

основное время T0=0,53мин,

штучное время TШТ=1,23мин.

Операция 010: Токарная. Установ 1, переход 4.

Модель оборудования и технологические характеристики:

токарно-винторезный станок 16к20;

наибольший диаметр обрабатываемого прутка - 400 мм.;

мощность электродвигателя, кВт - 10;

габариты станка, мм - 2505x1190;

категории ремонтной сложности, 19.

Установить и закрепить деталь в патрон 3-х кулачковый ГОСТ 2675-80, центр упорный ГОСТ 13214-67.

Режущий инструмент: резец проходной упорный 2101-0509 ГОСТ 18870-70.

Измерительный инструмент: штангенциркуль ШЦ-1 250-005.

Режимы резания:

скорость резания v=213 м/мин;

частота вращения шпинделя n=1600 мин-1;

подача S0=0,09 мм/об,

минутная подача Sм=144мм/мин,

глубина резания t=0,35мм,

основное время T0=0,32мин,

штучное время TШТ=0,91мин.

Операция 015: Фрезерная. Установ 1, переход 1.

Модель оборудования и технологические характеристики:

фрезерный станок 6Р10;

размеры рабочего стола 800х200;

мощность электродвигателя, кВт

главного движения - 3;

подачи стола - 0,8;

габариты станка, мм - 1445x1875;

категории ремонтной сложности, 16.

Установить деталь в опорную призму ГОСТ 12194-66.

Режущий инструмент: шпоночная фреза 2235-0005 БРС ГОСТ 9140-78.

Измерительный инструмент: штангенциркуль ШЦ-1 250-005.

Режимы резания:

скорость резания v=47,1 м/мин;

частота вращения шпинделя n=1250 мин-1;

подача на зуб SZ=0,05 мм/об,

минутная подача Sм=120мм/мин,

глубина резания t=2,5 мм,

основное время T0=0,88мин,

штучное время TШТ=2,18мин.

Операция 025: Шлифовальная. Установ 1, переход 1.

Модель оборудования и технологические характеристики:

шлифовальный станок 3Е12;

наибольшие размеры обрабатываемой заготовки

диаметр - 200 мм.;

длина - 500мм.;

мощность электродвигателя, кВт - 5.5;

габариты станка, мм - 2600x1900;

категории ремонтной сложности, 30.

Шлифование осуществляется в неподвижных центрах ГОСТ 13214-67 и в поводковом патроне ГОСТ 2571-53.

Режущий инструмент: круг шлифовальный Э36-46 С1-С2; К5-6 ГОСТ 17123-71

Измерительный инструмент: микрометр рычажный МР ГОСТ 4381-68.

Режимы резания:

скорость резания v=18 м/мин;

частота вращения шпинделя n=156 мин-1;

подача St=0,0123 мм/ход,

минутная подача Sм=1.9мм/мин,

глубина резания t=0,3мм,

основное время T0=2,87мин,

штучное время TШТ=3,77мин.

13. Основные технико-экономические показатели техпроцесса

Расчет стоимости операций механической обработки.

Операция 010 Токарная.

Станок - Токарно-винторезный 16к20.

Балансовая стоимость станка

Площадь станка в плане

Категория ремонтной сложности P=19.

Мощность электродвигателя NУ=10кВт.

Штучное время TШТ=12,164мин.

mПР=1, km=0.9, б=0.23.

Разряд работы 3.

Часовая тарифная ставка станочника-сдельщика соответствующего разряда СТФ=60.6 коп/ч.

Приведенные затраты на рабочем месте

Операция 015 Фрезерная.

Станок - Вертикально-фрезерный 6Р10.

Балансовая стоимость станка

Площадь станка в плане

Категория ремонтной сложности P=16.

Мощность электродвигателя

главного движения Nгл=3кВт,

подачи стола Nст=0,8кВт

Штучное время TШТ=3.318мин.

mПР=1, km=1.5, б=0.29.

Разряд работы 3.

Часовая тарифная ставка станочника-сдельщика соответствующего разряда СТФ=60.6 коп/ч.

Приведенные затраты на рабочем месте

Операция 025 Шлифовальная.

Станок - Кругошлифовальный 3Е12.

Балансовая стоимость станка

Площадь станка в плане

Категория ремонтной сложности P=30.

Мощность электродвигателя NУ=10кВт.

Штучное время TШТ=38.417мин.

mПР=1, km=2.4, б=0.37.

Разряд работы 4.

Часовая тарифная ставка станочника-сдельщика соответствующего разряда СТФ=67коп/ч.

Приведенные затраты на рабочем месте



Таблица 13.1 Таблица подсчета технологической себестоимости детали по стоимости заготовки и операциям механической обработки.

Наименование	Стоимость С0, коп
Заготовка	66,6
Операция 010 (токарная)	10,5
Операция 015 (фрезерная)	11,6
Операция 025 (шлифовальная)	207

Технологическая себестоимость

Основные технико-экономические показатели разработанного

технологического процесса.

Наименование детали - вал.

Годовая программа N=10шт.

Число смен работы 2.

Действительный годовой фонд времени 4029ч.

Действительный годовой фонд времени рабочего 1860ч.

Масса готовой детали q=2.223кг.

Масса заготовки Q=3,808кг.

Коэффициент использования материала заготовки

Годовой выпуск продукции по технологической себестоимости



Сумма основного времени по операциям

Сумма штучного времени по операциям

Трудоемкость годовой программы

Максимально допустимое число рабочих

RMAX=1чел.

Число наладчиков H=(0.16…0.2)mпр=0,01. Н=1чел.

Средний коэффициент загрузки оборудования

Годовой фонд заработной платы рабочих-станочников и наладчиков



Операция	СЗi	ТШтi	Фi
Токарная	139	12,164	278
Фрезерная	139	3,318	76,8
Шлифовальная	154	38,417	986

Среднемесячная заработная плата рабочих

Годовой выпуск продукции на одного рабочего-станочника

Литература:

Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. - М.: Машиностроение, 1980. - Т.1. - 728с.

Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. - М.: Машиностроение, 1980. - Т.2. - 559с.

Горбацевич А.Ф., Шкред В.А. Курсовое проектирование по технологии машиностроения. - Мн.: Вышэйшая школа, 1983. - 256с.

Косилова А.Г., Мещеряков Р.К. Справочник технолога-машиностроителя. - М.: Машиностроение, 1972. - Т.1. - 694с.

Косилова А.Г., Мещеряков Р.К. Справочник технолога-машиностроителя. - М.: Машиностроение, 1985. - Т.2. - 496с.

Локтев А.Д., Гущин И.Ф. Общемашиностроительные нормативы режимов резания: справочник. - М.: Машиностроение, 1991. - Т.1. - 640с.

Локтев А.Д., Гущин И.Ф. Общемашиностроительные нормативы режимов резания: справочник. - М.: Машиностроение, 1991. - Т.2. - 304с.

Маталин А.А. Технология машиностроения. - М.: Машиностроение, 1985.

Панов А.А. Обработка металлов резанием: Справочник технолога. - М.: Машиностроение, 1988. - 736с.

Соломахо В.Л. Справочник конструктора-приборостроителя. Проектирование. Основные нормы. - Мн. Выш. шк., 1988. - 272с.