Повышение технико-экономических показателей технологического процесса изготовления детали "корпус"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Качество технологической системы является своеобразным барьером на пути действия факторов, стремящихся нарушить заданный ход технологического процесса. Отсюда главной задачей совершенствования технологической системы является повышение ее качественных характеристик, в первую очередь, таких как жесткость, точность, износостойкость.

Одним из путей совершенствования элементов технологической системы является разработка оптимальной комбинации способов воздействия на обрабатываемый материал. Новые технические решения позволяют в лучшую сторону изменить технологические процессы обработки изделий и, конечно же, повысить их качество и производительность.

Изготовление различных деталей связано с затратами труда, материалов, энергии и времени. В связи с этим, необходимо разрабатывать такие технологические процессы, которые были бы наилучшими не только в техническом, но и экономическом отношении.

Поэтому целью данной работы является повышение технико-экономических показателей технологического процесса изготовления детали “корпус”.

Для реализации цели необходимо решить следующие задачи:

1. Выбор наиболее целесообразных видов заготовки и обработки.

2. Анализ технологичности конструкции детали и повышение производительности ее обработки.

1. Алгоритм поиска эффективных конструкторско-технологических решений

Новые технические решения позволяют качественно изменить технологические процессы обработки изделий.

Далеко не всегда они основываются на патентах, большинство возникающих на производстве проблем удается решить за счет улучшения уже существующих конструкторско-технологических решений.

Эту работу рекомендуется выполнять в следующем порядке:

1. определить задачи;

2. построить «дерево цели»;

3. провести систематизацию и анализ существующих решений;

4. обосновать выбранное решение;

5. предложить вариант практической реализации принятого решения.

Определить задачи - значит уточнить исходную проблему, определив при этом цель, критерий выбора решения и ожидаемый результат.

Необходимо четко сформулировать этапы работы, выделить главные из них, наметить последовательность их осуществления (рис.1).



Рисунок 1. Последовательность выполнения работы по совершенствованию процесса обработки изделий

Составлению конкретной план-программы способствует построение схемы «дерева цели - средства», которая позволяет наглядно отразить связи между проблемой, целями и путями их достижения (рис.2). Вершину «дерева» составляют «ветви» - пути достижения цели и направления решения проблемы, при этом описывается средство для предыдущего и цель для последующего уровней. Самые нижние «ветви» ведут к возможным конкретным решениям. Если на «дерево цели - средства» нанести конкретные условия, то получим множество решений, одно из которых является предпочтительным. Пример развернутой схемы «дерево цели - средства» представлен на рис.3. Исходя из поставленных задач, выбирают один из вариантов. При построении такой схемы исходными материалами являются чертежи детали, заготовки и агрегата, а также технологический процесс изготовления детали «корпус».



Рисунок 2. Схема «дерево цели - средства»

Анализируя условия работы машины, агрегата, детали, в данном случае это «корпус», выявляют характер силовых и тепловых нагрузок, место их приложения, воздействие окружающей среды, вид трения в зоне контакта сопрягаемых деталей и внешние факторы, определяющие обоснование выбора материала, процессов упрочнения и легирования, технических требований к рабочим поверхностям, конструктивных особенностей и др.

Изучение базового технологического процесса позволяет, в частности, получить сведения о соотношении между штучным временем и тактом выпуска, что определяет количество оборудования, используемого с целью уменьшения количества станков на рассматриваемой операции путем разработки новых или совершенствования существующих методов обработки. На основе анализа исходных документов можно предположить, какие требуются конструкторские или технологические проработки, либо дополнительные источники информации, а в ряде случаев - экспериментальные исследования. Установив, например, необходимость повышения качества изготовления изделия, нужно в первую очередь уяснить цель работы, а также направления, в которых ее необходимо вести. В итоге критического отношения к имеющей информации намечаются перспективные направления. В противном случае нет уверенности не только в успешном завершении, но даже в успешном начале работы. Например, повышение качества обработки и срока службы детали «корпус» можно обеспечить путем подбора химико-термической и механической обработки.

Установление цели и основных направлений работы позволяет в определенной степени конкретизировать вопросы, требующие решения. При этом следует иметь в виду, что по любому поставленному вопросу в литературе, как правило, можно найти те или иные технические предложения и практические рекомендации. При этом возникает вопрос, каким образом организовать изучение научно-технической литературы, чтобы оно было эффективным. Научно-техническая литература включает в себя справочники, монографии, статьи, авторские свидетельства и патенты, научно-технические отчеты. Результаты ее изучения обычно оформляют в виде обзора.

Процесс изучения трудоемок, так как по каждому интересующему вопросу приходится просматривать много литературных источников. Для того чтобы целенаправленно вести работу по изучению литературы, необходимо провести соответствующую подготовку, результатом которой, как уже отмечалось, является разработка «дерева цели».

На пути к поставленной цели, необходимо решить ряд задач, которые представляют собой отдельные части сформулированного направления работы или темы. Например, для достижения поставленной цели в теме «Совершенствование элементов технологической системы при изучении детали “корпус”» необходимо провести исследования процесса обработки. Отсюда вытекает ряд основных задач, связанных с исследованием возможностей различных методов обработки, изучение качественных показателей, получаемых в результате обработки и др. Выполнение этих задач позволит достигнуть поставленной цели. Задачи выделяют на «дереве цели», которые могут быть представлены в виде таблицы.

Рисунок 3. Развернутая схема «дерево цели»

В «дереве цели» (рис.3) в первом верхнем прямоугольнике указывается цель работы, а в прямоугольниках, находящихся ниже, - задачи.

Для решения каждой задачи, выделяют частные вопросы, которые в комплексе определяют суть задачи. Полное выполнение частных вопросов обеспечит ее решение.

На рис.3 частные вопросы указаны в прямоугольниках, находящихся под задачами. Зачастую возникает необходимость дальнейшей расшифровки содержания частных вопросов, которым присваиваем соответствующие номера. Например, 1.2 - анализ факторов, влияющих на качество обрабатываемых поверхностей, - можно разделить на подвопросы 1.2.1 «Геометрические показатели качества поверхности» и 1.2.2 «Физические показатели качества поверхности» и другие с указанием конкретных наименований этих показателей. При этом «дерево цели» становится более полным.

Частных вопросов должно быть столько, чтобы в полной мере выполнить поставленную задачу. Важно, чтобы цель, задачи и изучаемые вопросы формулировали четкий физический смысл и однозначное понимание. Следует обратить внимание на то, что от тщательности проработки всех перечисленных вопросов во многом зависит успех работы.

При изучении литературы необходимо вначале изучить материалы по заданному направлению в справочниках, монографиях, отраслевых информационных обзорах и экспресс-информациях. Одновременно собирают информацию о литературе и авторах, которые публиковали материалы по изучаемому вопросу. В подготовленном таким образом списке литературы будут книги, статьи и другие публикации. Изучение этой литературы, авторских свидетельств и патентов, научно-технических отчетов, а также публикации в журналах, сборниках, книгах составляет существо следующего этапа работы. В результате будет собран обширный материал по теме, а также выявлены новые, еще не изученные публикации.

Полученные при конспектировании литературы обширные сведения представляют собой не обзор литературы, а исходный материал для составления обзора. Обзора литературы должен быть аналитическим, в нем рассматриваются и объясняются причины противоречивой информации у разных авторов по одному и тому же вопросу. Обзор должен быть полным, охватывать максимум сведений по изучаемому вопросу, давать исчерпывающую информацию по каждой поставленной задаче исследования. По итогам обзора необходимо сделать выводы, отражающие отношение исследователя к необходимости и характеру проведения работ по каждой поставленной задаче.

Например, если по всем задачам в результате изучения литературы получена исчерпывающая информация, то на этом работа по теме заканчивается. При отсутствии конкретных сведений по совершенствованию метода обработки продолжения темы может вылиться в опытно-конструкторскую работу с наличием определенного объема исследований, необходимых для уточнения некоторых положений разрабатываемой конструкции инструмента. Бывает, что по итогам изучения научно-технической литературы уточняются направления последующей работы, и даже изменяется формулировка темы, ставятся новые цели и задачи.

Таким образом, работа по поиску вариантов, обеспечивающих достижение заданных параметров метода обработки изделия, включает в себя систематизацию и анализ существующих конструкторско-технологических решений, выбор варианта известного решения, анализ возникающих противоречий и предложение варианта решения задачи.

При выборе вариантов новых конструкторских решений можно использовать и графики. Их строят по двум наиболее важным параметрам, определяющим эффективность решения. При этом в соответствующих координатах указываются библиографические данные документов. Построение таких графиков позволяет концентрировать и классифицировать информацию об альтернативных вариантах технологических решений, систематизировать и редактировать информацию. С помощью фактографических графиков можно проводить оценку вариантов новых технических решений, что облегчает процесс выбора окончательного решения.

В определенной степени развитие технологических систем можно связывать с известным законом философии единства и борьбы противоположностей. Например, параллельная концентрация технологических операций приводит, в частности, к увеличению числа одновременно участвующих инструментов. Но при этом усложняется процесс наладки.

Обычно преодолевая конструкторско-технологические противоречия нужно один параметр улучшить, но остальные при этом не должны ухудшаться. Такое единство улучшения и ухудшения можно считать единством положительных эффектов, обусловленным изменением некоторой части технологической системы называют противоречием. Между улучшаемой и ухудшаемой сторонами системы необходимо построить причинно-следственную цепочку. При выявлении технических противоречий и построений причинно-следственной цепочки намечают пути их решения. Например, зубья на хвостовике корпуса можно обработать разными способами: зубофрезерованием, зубодолблением, зубостроганием, зубошевингованием, а также пластическим деформированием. Необходимо выбрать оптимальный вид обработки с точки зрения достижения необходимого качества и заданной производительности. Зубофрезерование является самой распространенной, но трудоемкой операцией для обеспечения высокого качества зубьев. Наибольшее распространение в промышленности получил метод обкатки червячной фрезой, который обеспечивает высокие производительность и качество. При долблении зубьев методом обкатки круглыми долбяками повышается производительность и точность обработки. Этот метод более универсален, чем зубофрезерование червячными фрезами. При зубодолблении долбяками достигается более высокая точность профиля зуба и меньший параметр шероховатости поверхности. Зубострогание обладает большой универсальностью, обеспечивает разнообразную форму закругления и хорошее качество обработки, но производительность станка и стойкость инструмента низкие. Зубошевингование дисковым шевером является наиболее распространенным и экономичным методом чистовой обработки зубьев после зубофрезерования и зубодолбления. Пластическое деформирование осуществляется роликами и шариками, оказывающими давление на поверхность обрабатываемой детали. При накатывании зубьев гладкий ролик предотвращает утечку металла по периферии, а боковые ролики, прилегающие к торцам, препятствуют выдавливанию металла по бокам. Производительность при пластическом деформировании в два раза выше, чем при зубонарезании. Но при обработке вблизи торцов детали возникают неблагоприятные условия, что приводит к увеличенной пластической деформации, поэтому при высоких требованиях к точности следует проводить обработку с малыми усилиями. По заводскому техпроцессу зубья на хвостовике детали “корпус” нарезают зубодолблением.

Возможна замена данного вида обработки на более производительный метод - пластическое деформирование.

Критерий выбора решения выделяет из множества решений определенное направление. Каждое решение должно быть технологически реализуемым и экономически выгодным. Критериями выбора того или иного решения могут быть также технологичность конструкции, время реализации решения, себестоимость и т.д.

Практическая реализация предлагаемого решения выполняется в виде эскиза для промышленного изготовления с подробным выполнением наиболее важных частей предлагаемой цели в виде деталировок. Материал, твердость, размеры и качественные характеристики наиболее важного элемента предлагаемого решения приводятся под условием обработки конкретной детали.

Полученные данные могут быть использованы при построении дерева цели или носить самостоятельный характер. В любом случае экспериментальные исследования являются важнейшей частью работы по поиску новых и совершенствования существующих технических решений. Эксперимент является основным доказательством правильности выбранного решения. Грамотно построенные экспериментальные исследования позволяют найти наиболее перспективный вариант технического решения.

2. Анализ базового технологического процесса

Для изготовления детали “корпус”, по заводскому техпроцессу, в качестве заготовки выбрана поковка. Для ответственных, тяжело нагруженных деталей в качестве заготовки целесообразно использовать поковку, поскольку при обработке давлением создается мелкозернистая, направленная волокнистая структура, повышающая физико-механические свойства материала, что соответственно отразится на качестве и износостойкости детали “корпус”. При чем, реальная заготовка - поковка максимально приближена в отношении фактических припусков на обработку и выполнение прочих технических требований к будущей детали. Это говорит о том, что деталь “корпус” имеет относительно не высокую себестоимость.

При анализе механических операций базового технологического процесса можно сделать вывод, что при обработке корпуса соблюден принцип единства технологических баз, произведен правильный выбор, с технологической точки зрения, черновых, чистовых и промежуточных баз на операциях технологического процесса. Поверхности, обработанные на предыдущих операциях, не являются базовыми на следующих, и поэтому не происходит снижение качества поверхностного слоя этих поверхностей. Этого можно добиться только правильностью установки последовательности операций технологического процесса для достижения заданной точности детали “корпус”.

На последовательных токарно-винторезных операциях при механической обработке применяется различное оборудование. Это не технологично. По возможности необходимо совмещать оборудование при обработке аналогичных поверхностей, что существенно снизит время изготовления деталей путем снижения подготовительно-заключительного и вспомогательного времени.

При обработке детали “корпус” используется станок с ЧПУ на расточных операциях. Это позволяет добиться заданной точности и качества обрабатываемых поверхностей и предотвращает от случайных ошибок рабочего.

Одним из пунктов повышения производительности операций технологического процесса является применение высокопроизводительного режущего инструмента и новых марок материалов его режущей части, что в данном технологическом процессе отсутствует. Следовательно, режимы резания не соответствуют прогрессивным.

Качество обработки деталей на каждой операции оценивается на основании данных о браке. Руководствуясь личными наблюдениями и результатами измерений важнейших параметров на операциях технологического процесса изготовления детали “корпус” можно сделать вывод, что качество обработки детали достаточно высокое. Об этом также свидетельствует то, что после каждой операции провидится 100% контроль исполнителем и ОТК 10%, который деталь проходит.

2.1 Обоснование выбора заготовки и методы ее получения

2.1.1 Графоаналитический метод выбора способа изготовления заготовки

Выбор способа получения заготовки - всегда сложная, подчас трудно разрешимая задача, так как часто различные способы могут надежно обеспечить технические и экономические требования, предъявляемые к детали. Оценку целесообразности и технико-экономической эффективности применения того или иного способа необходимо производить с учетом всех его недостатков и преимуществ.

Для серийного производства (N=3000 штук) в качестве заготовок для детали “корпус” можно использовать прокат, отливки и поковки, полученные штамповкой. Эти заготовки имеют большие припуски и напуски, что приводит к увеличению трудоемкости за счет низкой технологической оснащенности.

В условиях заданного производства основной задачей является выбор наилучшего технологического процесса изготовления заготовки, который отвечал бы заданным требованиям выполнения производственной программы с наименьшими затратами труда, материалов, рациональным использованием оборудования и т.д.

При принятии решения по выбору оптимального способа получения заготовки необходимо рассмотрение некоторого числа вариантов изготовления. Сравнительную оценку возможных вариантов получения заготовки можно производить по различным признакам - критериям: коэффициенту использования металла, трудоемкости, себестоимости и т.д.

Для каждого способа изготовления заготовки существуют свои затраты подготовительно-заключительного и оперативного времени, своя стоимость одного часа работы оборудования и другие показатели, приведенные в табл.1.

Затраты на изготовление партии заготовок можно определить по формуле:

где А - общие затраты на изготовление партии заготовок, руб;

а - постоянные затраты на обработку партии заготовок, руб;

в - переменные затраты на изготовление одной заготовки, руб;

N - величина партии изготавливаемых заготовок, шт.

Таблица 1

Параметры процессов изготовления заготовок для детали “корпус”

Показатель	Центробежное литье	Литье в кокиль	Штамповка в закрытом штампе	Прокатка
Время изготовления заготовки, мин	2,7	2,5	1,9	1,5
Стоимость одного часа работы оборудования, руб..	240	93,6	98,5	108
Затраты на наладку оборудования, руб.	3,6	325	395	350
Затраты на изготовление одной заготовки, руб.	3,6	3,9	3,12	2,7

При графическом отображении прямых, для рассматриваемых способов изготовления заготовки могут возникнуть две ситуации: прямые пересекаются в точке и прямые параллельны (пересекаются в бесконечности). Точку пересечения прямых можно определить из условия равенства общих затрат на изготовление одинаковой партии заготовок, т.е.

где а1, а2, а3 и а4 - постоянные затраты при изготовлении заготовок способами 1, 2, 3 и 4;

в1, в2, в3 и в4 - переменные затраты при изготовлении заготовок способами 1, 2, 3 и 4.

При анализе способов изготовления заготовок попарно имеем

.

Получаем

;

Подставляя значения а1, а2, в1, в2 из таблицы 1, получаем для 1 и 2 способов:

шт;

Затраты на изготовление партии заготовок:

,

Для способов 1 и 3:

шт;

,

Для способов 1 и 4:

шт;

.

Построив по этим данным зависимости, рис.4, получаем точки С1, С2 и С3, которые соответствуют равному для двух способов изготовления соотношению между объемом производства и стоимостью изготовления партии заготовок. Из данного графика видно, что способ 3 изготовления заготовки - штамповка в закрытом штампе, экономически целесообразен при партии заготовок более 323 штук. Способ 1 - центробежное литье - при партии заготовок менее 323 штук, способ 3 - литье в кокиль - при партии заготовок менее 283 штук, способ 4 - прокатка - при партии заготовок менее 122 штук.

Рисунок 4. Зависимость общих затрат от способа изготовления партии заготовок

Таким образом, график наглядно позволяет анализировать целесообразность использования того или иного способа изготовления заготовок в зависимости от объема производства и других факторов. Использование графоаналитического метода выбора способа изготовления заготовок обеспечивает снижение трудоемкости процесса оптимизации выбора и позволяет осуществлять анализ затрат на изготовление партии заготовок.

Итоговые данные выбора и изготовления заготовки нагляднее можно представить в виде круговой монограммы.

2.1.2 Выбор способа изготовления заготовки

Построение циклограммы рассмотрим для случая, когда необходимо осуществить выбор заготовки для детали “корпус”. Материал детали - сталь 20ХН3А. Габаритные размеры 169х148 мм.

Программа выпуска 3000 шт./год.

Техническими условиями устанавливаются жесткие требования к качеству рабочих поверхностей.

Для получения заготовки могут быть использованы следующие способы:

· центробежное литье;

· литье в кокиль;

· штамповка в закрытом штампе;

· прокатка.

Таблица 2. Графический анализ выбора заготовки

Способ изготовления заготовки	Квалитет точности изготовления	Шероховатость поверхности Rz, мкм	Степень точности формы при относительной z геометрической точности А
	По таблице	Среднее значение	По таблице	Среднее значение
1.Центробежное литье	12 - 14	13	160 - 40	100	12
2.Литье в кокиль	15 - 16	15	320 - 80	200	14
3.Штамповка в закрытом штампе	14 - 15	14	80 - 40	60	13
4.Прокатка	15 - 16	15	40 - 10	25	14

Припуски для способа 1 и 2 могут быть определены по формулам:

где Z1 - номинальный припуск на обдирку (черновую механическую обработку)

,

К - коэффициент, учитывающий потери материала при изготовлении заготовки, К=1,15.

М3 - масса готовой детали, М3=6,05 кг.

Z2 - номинальный припуск на чистовую механическую обработку;

Z3 - номинальный припуск на финишные способы обработки;

После подстановки имеем

Для определения припусков заготовки, изготавливаемой способом 3, предварительно определяется масса детали и группа сложности.

Группа сложности заготовки определяется из выражения

где Vпоковки - объем заготовки детали корпус;

V1 - объем кольца с размерами d 79,1* d 46*65 мм.

V2 - объем кольца с размерами d 62*d 46*15 мм;

V3 - объем кольца с размерами d 85*d 46*15 мм;

V4 - объем части кольца с размерами d 82*d 20*28 мм;

V5 - объем фигуры с основаниями 56 и 16 мм, шириной 34 мм и высотой 41мм за вычетом отверстия d 13 мм;

Таким образом,

С учетом припусков, объем заготовки определим как объем детали, увеличенный на 10%.

Объем фигуры Vфиг принимается как объем цилиндра с размерами 169*148 мм, тогда

Теперь можно определить группу сложности заготовки,

;

Полученной величине соответствует группа сложности С3.

Массу заготовки определим в первом приближении по размерам детали с учетом припусков по формуле

где Vзаг - объем заготовки, определяемый по размерам детали с учетом припусков,

с - плотность материала заготовки, с = 7,85 г/см3;

Подставив полученные значения, имеем

;

По таблице 49 (2) припуски на стороны заготовки, полученной способом 3, составляет:

для наружного диаметра d 148 - 2,2 мм на сторону;

для торцев - 1,9 мм на сторону.

В среднем припуски составят 2,0 мм на сторону.

Припуски для способа 4 найдем по рекомендациям [3]. Величина допуска детали должна быть согласована с величиной соответствующего ему припуска. Ориентировочно допуск составляет от 25 до 45% от среднего размера припуска на последующую обработку. Допуск на максимальный размер детали корпус d 164 мм составляет 0,63 мм, тогда припуск принимаем равным 1,4 мм.

Так как заготовки изготавливаются из одного химического состава и, примерно, одной структуры, то особого различия в прочности заготовок не должно быть и для упрощения принимается приблизительно одинаковая прочность всех заготовок.

Аналогично можно считать, что также не будет изменяться твердость и структура. По количеству и объему напусков рассматриваемые способы изготовления заготовок не будут резко различаться. Поэтому, в первом приближении, можно считать, что количество и объем напусков для принятых способов изготовления заготовок будет одинаковым. Так как деталь не имеет необработанные поверхности (рассматриваемыми способами не возможно получение поверхностей, удовлетворяющих требованиям рабочего чертежа детали), то различия по доли механической обработки и количеству обработанных поверхностей практически не будет.

По количеству нагревов под термообработку способы 1,2 и 4 могут иметь по одному нагреву, в то время как при использовании способа 3, необходимо не менее двух нагревов.

По количеству основных технологических операций способы 1, 3 и 4 имеют по одной операции, а способ 2 - три операции.

По продолжительности изготовления заготовки самым быстрым будет способ 4. Следующим по длительности будет способ 3, а затем второй и первый способы.

По степени унификации конструктивных элементов заготовок они будут мало различаться.

Основными конструктивными элементами для рассматриваемых способов являются: литейные уклоны, литейные радиусы, толщины стенок, кузнечные уклоны, кузнечные радиусы, параметры облоя и другие.

По стойкости технологической оснастки для способов:

1. до 2000 штук;

2. до 500 штук;

3. до 1500 штук;

4. до 2000 штук.

При определении уровня технологичности в зависимости от способа изготовления заготовки будут изменяться коэффициенты К1, К2, К3, К6 и К7. Другими словами уровень технологичности будет определяться этими коэффициентами

Для первого способа изготовления заготовки:

где М2=6,5 кг

М1 - масса исходного металла больше массы заготовки и составляет

М1 = 1,2М2 = 1,2*6,5 = 7,8 кг

Тогда К1=М2/М1=6,5/7,8=0,83;

К2 - коэффициент, учитывающий припуски различных способов изготовления заготовки, К2 = 1,71;

К3 = М3/М1 = 6,05/7,8 = 0,78

М3 - масса готовой детали принимается из рабочего чертежа детали: М3 = 6,05 кг;

Коэффициент шероховатости поверхности К6 определяется по формуле

К6 = (Q1 - Q4)/Q1

где Q1 - количество всех поверхностей и конструктивных элементов;

Q4 - количество поверхностей с шероховатостью менее 10 мкм.

Так как заготовка, изготавливаемая первым способом таких поверхностей не имеет, то Q4 = 0 и следовательно, К6 = 1.

Коэффициент точности обработки К7 также можно принять равным единице (К7 = 1)

Тогда уровень технологичности заготовки, изготовленной по способу 1, составят

К=0,83*1,71*0,78*1*1=1,107

Аналогично для второго способа

К = 1,107;

Для третьего способа К = 1,2.

Для четвертого способа определим К3.Так как заготовка в данном случае будет в форме цилиндра, то Vзаг = Vфиг.

Тогда

В этом случае М1=М2 и, следовательно,

После расчета получаем К = 0,36.

Доля затрат на материал заготовки будет пропорциональна коэффициенту использования материала и может быть принята в условных единицах равной К3.

Уровень распространения выбранного технологического процесса изготовления заготовки для рассматриваемых способов можно принять одинаковым.

Себестоимость изготовления заготовки определяется по формуле:

где М2 - масса заготовки, кг;

Сi - базовая стоимость 1 т. заготовок, руб;

М3 - масса детали, кг;

Sотх - цена одной тонны отходов, руб;

Кт, Кс, Кв, Км, Кп - коэффициенты, зависящие от класса точности, группы сложности, массы, марки материала и объема производства заготовок.

При расчете себестоимости в относительных единицах Сi/1000 для рассматриваемых случаев равно 1,7, а Sотх/1000 = 0,25.

Коэффициенты принимаем по [3]

Кт =1; Км=1; Кс=0,88; Кв=0,81; Кп=0,92.

Для второго способа изготовления заготовки коэффициенты

Кт =1,06; Км=2,40; Кс=0,7; Кв=1,07; Кп=0,5.

Также принимаем С2/1000=1,7; Sотх/1000=0,25.

Для третьего способа изготовления заготовки коэффициенты

Кт =1,05; Км=1,18; Кс=0,77; Кв=1,29; Кп=0,8.

Принимаем С3/1000=1,7; Sотх/1000=0,25.

Для четвертого способа изготовления заготовки, когда деталь изготавливается из проката, затраты на заготовку определяется по весу проката, требующегося на изготовление детали, и весу сдаваемой стружки.

При этом во внимание принимается стандартная длина прутков:

, руб.

где М2 - масса заготовки, кг;

S - цена 1 кг. материала заготовки, руб;

М3 - масса готовой детали, кт;

Sотх - цена 1 т. отходов, руб.

Принимаем S=1,7 руб; Sотх=250 руб.

Рассчитанные параметры представляем в виде векторной фигуры, где на лучах, исходящих из одного центра в масштабе откладываем полученные значения.

Выбор способа изготовления заготовки для конкретных условий может быть произведен по минимальной площади поверхности фигуры, описанной ломаной линией данного способа. Этим способом будет третий способ, то есть изготовление заготовки штамповкой в закрытом штампе.

Показанное на рисунке 5 графическое отображение параметров заготовки позволяет наглядно сравнить числовые значения и выбирать способ изготовления заготовки с учетом влияния многочисленных параметров ее изготовления.

Рисунок 5. Циклограмма

1 - квалитет точности; 2 - шероховатость поверхности Rz; 3 - уровень геометрической точности; 4 - припуски; 5 - количество нагревов при изготовлении заготовки; 6 - количество основных технологических операций; 7 - продолжительность изготовления заготовки; 8 - стойкость технологической оснастки; 9 - уровень технологичности; 10 - доля затрат на материал; 11 - себестоимость изготовления заготовки; 12 - коэффициент использования металла.

2.2 Анализ и расчет технологичности детали “корпус”

Технологичность конструкции изделия рассматривается как совокупность свойств конструкции изделия, определяющих ее приспособленность к достижению оптимальных затрат при производстве, эксплуатации и ремонте для заданных показателей качества, объема выпуска и условий выполнения работ. Это определение достаточно широкое, охватывает все свойства изделия и в тоже время довольно условное: технологичность одного и того же изделия может быть оценена по разному в зависимости от типа производства и от условий эксплуатации изделия. Вместе с тем, оценка технологичности, даже частичная, очень важна, так как создает предпосылки для поиска путей оптимизации и конструкции изделия, и процесса его изготовления.

Оценить технологичность изделия можно количественными и качественными методами. Обеспечение качественных требований к технологичности конструкции является необходимым, но не достаточным условием отработки конструктивно-технологических решений при создании изделий. Окончательное решение по выбору наиболее рационального варианта изделия из ряда возможных альтернатив может быть принято только по результатам количественной оценке технологичности.

Показатели технологической рациональности конструкции отражают рациональность состава и структуры исполнения изделия, принятых конструктивных форм и материалов. К таким показателям относят коэффициенты: сложности конструкции изделия; сборности; легкосъемности составных частей; доступности мест обслуживания; контролепригодности. При визуальной оценке по данным показателям можно сказать, что деталь “корпус” обладает сложной конструкцией с разнообразными поверхностями: цилиндрическими, коническими, плоскими. Также имеются зубья, резьба, фаски. Делимости на составные части в детали не присутствует. В сборочном узле обслуживание корпуса вполне осуществимо.

Показатели преемственности конструкции изделия отражают конструктивную и технологическую преемственность изделия, изменяемость и повторяемость его составных частей и их компоновок, его конструктивных элементов и материалов. К этой группе относятся, например, коэффициенты новизны конструкции изделия; применяемости унифицированных или стандартных составных частей изделия; применяемости унифицированных конструктивных элементов деталей (резьб, креплений, фасок, и т.п.) и др. Деталь “корпус” имеет унифицированные конструктивные элементы, это - резьба М 12-6Н, скругления, фаски.

Показатели ресурсоемкости изделия отражают комплексную или частную (единичную) ресурсоемкость (удельная и относительная трудоемкость, материалоемкость, энергоемкость). Эти показатели характеризуют затраты труда, материалов, энергии, времени на изготовление и эксплуатацию изделия. Форма заготовки - поковки для детали “корпус” максимально приближена к форме самой детали. Благодаря рациональному использованию металла при механической обработке не потребуются необъяснимо большое количество энергии, затрат труда и времени на изготовление детали.

Показатели производственной технологичности характеризуют: трудоемкость изделия в технической подготовке производства; трудоемкость в изготовлении; трудоемкость монтажа; материалоемкость в изготовлении; энергоемкость в изготовлении; продолжительность изготовления; технологическая себестоимость изделия в изготовлении. Деталь “корпус” имеет поверхности различной геометрической формы, поэтому возникают трудности при ее изготовлении. Также, в связи с высокими требованиями к точности и шероховатости некоторых поверхностей, существенное время занимает продолжительность изготовления детали. Технологическая себестоимость изготовления заготовки - поковки рассчитана в пункте 2.1.

Показатели эксплуатационной технологичности включают: трудоемкость изделия в эксплуатации; трудоемкость изделия в техническом обслуживании; трудоемкость монтажа и демонтажа; трудоемкость утилизации; материалоемкости изделия в эксплуатации; энергоемкость в эксплуатации; продолжительность технического обслуживания; технологическая себестоимость в эксплуатации. При работе сборочного узла, в который входит корпус, существенна трудоемкость его обслуживания, а также монтажа и демонтажа. Это связано с тем, что помимо зубчатого зацепления возникает трение между корпусом и валом. Посредством резьбы осуществляется крепление крышки к корпусу, и оно должно быть обеспечено. Доступ к корпусу затруднен, так как на него при сборке происходит установка других деталей, что также вызывает трудности при его обслуживании.

Показатели ремонтной технологичности характеризуют: трудоемкость; материалоемкость и энергоемкость в ремонте; продолжительность ремонта; технологическую себестоимость изделия. Можно сказать, что корпус, скорее всего, обладает достаточной износостойкостью, но при повреждении каких либо поверхностей детали, например зубьев, расположенных на хвостовике, ремонт будет трудоемок.

Показатели общей технологичности характеризуют технологичность изделия по всем стадиям жизненного цикла и включают: удельную трудоемкость изделия; удельную материалоемкость и энергоемкость; удельную технологическую себестоимость изделия.

Многие очень существенные критерии оценки технологичности вовсе не рассматриваются, так как для них еще не создана методика расчета ввиду сложности выбора критериев оценки.

Поэтому проанализируем лишь пять признаков технологичности конструкции: обрабатываемость материала детали резанием (Кто), рациональность формы и расположения обрабатываемых поверхностей (Ктф), наличие у деталей поверхностей, которые удобно использовать в качестве базовых (Ктб), возможность использования при обработке поверхностей заготовки режущих и мерительных инструментов стандартных размеров (Ктс), соответствие намеченной конструктором шероховатости обрабатываемых поверхностей точности их размеров и расположения (Ктш).

При расчете показателя Кто все переходы технологического процесса обработки заготовки условно делят на четыре группы: обработка резцами, обработка сверлами, обработка фрезами и обработка шлифовальными кругами. По всем переходам операций механической обработки подсчитывается основное технологическое время:

Кто=(Кмvт Тот+КмvсТос+КмvфТоф+КмvшТош)То

где Кмvт, Кмvс, Кмvф, Кмvш - поправочные коэффициенты к скорости резания для токарной, сверлильной, фрезерной и шлифовальной обработки;

Тот, Тос, Тоф, Тош - суммарное по виду обработки основное технологическое время;

То - сумма основного технологического времени по всем переходам всех анализируемых операций.

На данном этапе работы основное технологическое время для всех видов механической обработки выбираем ориентировочно.

Кто=(1,091,5+0,962+1,50,7+1,00,2)4,4=1,1

Для упрощения дальнейших расчетов пронумеруем поверхности (рис.6). Все поверхности детали “корпус”, за исключением исполнительных, нумеруются арабскими цифрами. Исполнительные поверхности нумеруются римскими цифрами, причем последовательность нумерации при этом сохраняется. Номера поверхностей корпуса на эскизе помещаются в рамки: основные конструкторские базы в квадратные с двойной обводкой, вспомогательные конструкторские - в квадратные с одинарной обводкой, все остальные поверхности - в окружности. Технологические и измерительные базы обозначаются соответствующей штриховкой квадратов и кружков. Поле рамки с номером поверхности, используемой в качестве установочной контактной базы штрихуется сеткой, установочной наладочной (и измерительной) штрихуется горизонтальными линиями, установочной - проверочной базы - вертикальными линиями. Если одна и та же поверхность детали используется на одной операции как технологическая контактная база, а на другой, как установочная настроечная или проверочная база, то штрихуется поверхность клетки наклонными и горизонтальными или вертикальными линиями.

При расчете показателя Ктф все перенумерованные поверхности детали анализируются, и оценивается их технологичность путем проставления баллов.

Для поверхности 6 произведено сокращение площади механической обработки путем уменьшения длины уступа, что является технологичным. По данной методике для этого признака выставляется балл - “0”. Поверхности детали “корпус” имеют полную открытость обрабатываемых поверхностей. Это технологично, поэтому выставляем балл - “0”.

Обрабатываемые уступы - поверхности 4, 5, 6, 7 - не лежат в одной плоскости, что не технологично, выставляем -0,2 балла.

При обработке системы отверстий наиболее точное - сквозное, а, следовательно, то, что имеет меньший диаметр. По чертежу детали “корпус” именно так и получается. Отверстие 46 выполнено точнее и имеет меньший квалитет точности, чем отверстие 60. Это технологично, выставляем “0” баллов. При обработке поверхности 14 возможно нормальное врезание и выход инструмента, что является технологичным, выставляем балл - “0”.

Рисунок 6.Пронумерованные поверхности детали “корпус”

Поверхность 10 является глухим резьбовым отверстием, но с резьбой не на всю длину, поэтому выставляем “0” баллов.

Деталь “корпус” не имеет отверстий с наклонным положением осей. Это технологично, выставляем “0” баллов.

Поверхность 3 детали “корпус” имеет сложную геометрическую форму, что не является технологичным. По существующему методу для данного признака оценки выставляем +0,9 баллов.

Поверхности, попадающие под другие признаки, у анализируемой детали отсутствуют, и по ним оценка не производится. Значение Ктф складывается из суммы средних значений по признакам.

Ктф=-0,2+0,9=0,7

Показатель Ктб оценивает удобство базирования заготовки при ее механической обработке. Так как оценить удобство базирования количественно очень трудно, этот коэффициент рассчитывается условно: за использование в качестве технологической или измерительной базы основной поверхности детали записывается 1,0 балла. За использование каждой вспомогательной поверхности записывается 0,85 балла и за создание искусственной базовой поверхности - записывается 0,75 балла.

Все эти значения суммируются и делятся на число поверхностей, используемых в качестве баз. Согласно принятой методике:

Ктб=(1+0,85+0,85+1+0,85+0,85)/6=0,9

При расчете Ктс принимается следующая методика. Каждый случай невозможности использования для обработки одной или нескольких однотипных поверхностей инструмента стандартной конструкции оценивается в -0,2 балла. Все баллы, полученные по количеству используемого инструмента, складываются и вычитываются из 1,0.

При рассмотрении отверстия 46мм, можно сделать вывод, что стандартным инструментом его обработать нельзя, так как стандартный инструмент имеет 45 и не имеет 46, поэтому:

Ктс=1-0,2=0,8

При расчете показателя Ктш технологичность чертежа детали “корпус” оценивается по следующей методике. Анализируются шероховатости поверхностей, между которыми проставлен то или иной размер детали. Если квалитет точности и шероховатость на чертеже не согласованы, то этому нарушению присваивается балл Ктшi=-0,25. Анализируются все точные размеры, тогда Ктш=1-Ктшi.

При проверке размера 120 Н7 шероховатость поверхности Rа=2,5 мкм, не гарантирует точность измерения, поэтому:

Ктшi =-0,25 и Ктш=1-0,25=0,75.

При проверке размера 13 Н8 шероховатость поверхности Rа=2,5 мкм, не гарантирует точность измерения, поэтому:

Ктшi =-0,25 и Ктш=1-0,25=0,75.

Для остальных поверхностей нарушения не выявлены, квалитет точности и шероховатость на чертеже согласованы.

Рисунок 7. Диаграмма, характеризующая технологичность “корпус”

Теперь можно подвести итог, если произведение всех коэффициентов 0,1 и более - деталь технологична:

Кт = Кто* Ктф*Ктб*Ктс*Ктш=1,1 *0,7*0,9*0,8*0,75=0,4

В нашем случае Кт=0,4 , таким образом можно сделать вывод, что деталь “корпус” является технологичной.

Для наглядности приведем диаграмму на основе рассчитанных количественных показателей, характеризующую технологичность детали “корпус” (рис. 7).

2.3 Анализ методов обработки детали “корпус”.

Одним из путей совершенствования процессов обработки является разработка оптимальной комбинации способов воздействия на обрабатываемый материал. Выбор методов обработки поверхностей детали имеет целью обеспечить наиболее рациональный процесс механической обработки заготовки. В зависимости от требований, предъявляемых к точности размеров, формы, расположения и параметров шероховатости поверхностей детали с учетом ее размеров, массы и конфигурации, типа производства выбирают один или несколько возможных методов обработки и тип соответствующего оборудования. Каждому методу обработки соответствует определенный диапазон значений параметров точности. Для черновых операций это обусловлено в основном различиями точности исходных заготовок, полученных различными методами, большими глубинами резания. Для чистовых - различиями условий обработки и применяемых методов. Точность линейных размеров, например, в результате выполнения каждого последующего технологического перехода обработки данной элементарной поверхности обычно повышается на 2-4 квалитета при черновой обработке, на 1-2 квалитета при чистовой и отделочной обработке.

Проанализируем методы обработки всех поверхностей детали “корпус”, исходя из требований чертежа и служебного назначения, пользуясь его заводским технологическим процессом. Для упрощения пронумеруем все обрабатываемые поверхности детали (рис. 8).

Торцы детали - поверхности 1 и 2 - подрезаются до размера 169 мм, и при этом достигается шероховатость Ra=20 мкм. В данном случае применяется токарная обработка, осуществляемая в два этапа: черновое и чистовое точение.

При обработке поверхностей 3, 7, 8 и 9 до шероховатости Ra=20 мкм также применяется двукратное точение. Этот метод обеспечивает необходимое качество поверхности и не требует больших затрат времени на обработку. К тому же в условиях данного производства этот метод наиболее оптимален, так как более универсальные методы обработки не будут целесообразны из-за неоправданных экономических затрат и трудоёмкости.

Рисунок 8. Поверхности детали “корпус”

При растачивании отверстия 60 мм (поверхность 5), точность отверстия может быть достигнута за два прохода: предварительное и чистовое растачивание. Поверхность 4 - отверстие 46Н14(+0.52) мм - образуется путем сверления и рассверливания, а также растачивания. К ним не предъявляется жёстких требований по точности, и в результате многократная обработка необходима только для получения больших диаметров отверстий.

Наклонные поверхности 10, 11 и 13 образуются однократным точением до указанной на чертеже шероховатости, что не вызывает трудности при выполнении. Таким же образом обрабатываются фаски - поверхности 12, 15 и 16, а также поверхность 14 72 мм. В данном случае этот метод обработки наиболее прост, удобен в исполнении и экономически эффективен.

При обработке поверхности 6 вначале применяется черновое и чистовое точение, а затем производится нарезание зубьев по методу обкатки, которое осуществляется долбяком. Использование долбяка позволяет обеспечить при обработке необходимую точность и качество поверхности впадин зубьев с достижением заданной шероховатости Ra=2,5 мкм.

Поверхности 17 и 18, также как и поверхность 19 20Н7(+0.021) мм, фрезеруются на станке с ЧПУ, тем самым уменьшаются затраты времени на эту операцию и обеспечивается заданная точность и качество поверхностей.

После проведения анализа методов обработки детали “корпус” можно построить граф анализа технологического маршрута и график, отражающий структуру нормы времени на отдельных операциях технологического процесса (рис.9), которые проиллюстрируют принятые при разработке технологического процесса решения. На графе технологического маршрута условными знаками отображаются все операции технологического процесса механической обработки заготовки, которые изображаются в последовательности их выполнения, и помещаются в соответствующие зоны графа: зона черновой обработки, зона чистовой обработки, зона отделочной обработки и зона внестаночных операций. При осуществлении черновой и чистовой обработки на одной операции, символ операции помещается на границе двух зон. Над рамкой символа проставляется ее номер по технологическому процессу. Внутри рамки записываются номера поверхностей детали “корпус” с указанием номера перехода. Таким образом, номера поверхностей содержат 3 цифры: две номер поверхности и номер перехода, считая от начала механической обработки. Поверхностям исходной заготовки присваивается номер нулевого перехода «0», окончательно обработанная поверхность считается полученной после девятого перехода и имеет индекс «9» (хотя может быть окончательно обработана всего за один технологический переход). Номера поверхностей заготовки записываются в соответствующие трафаретки операций, причем поле трафаретки горизонтальной линией делится на две части. В нижней половине записываются номера поверхностей, используемых в технологическом процессе в качестве установочных или измерительных баз. Символы операции соединяются друг с другом сплошной толстой линией, которая начинается от предыдущей операции и заканчивается стрелкой у последующей. На графе тонкими пунктирными линиями символ операции также соединяется с поверхностями, которые на данной операции используются в качестве баз. В этом случае пунктирная линия начинается от символа анализируемой операции и заканчивается стрелкой у символа операции, на которой были обработаны поверхности, принятые за базу.



Рисунок 9. Граф анализа технологического маршрута и график, отражающий структуру нормы времени на отдельных операциях технологического процесса детали “корпус”

Таким образом, по технологическому процессу детали были проанализированы методы обработки для каждой поверхности корпуса. Можно сделать вывод, что поставленная перед технологом задача - обеспечить точность и качество поверхностей при минимальных затратах производства - выполнена на достаточно высоком уровне.

2.4 Выявление технологических факторов, влияющих на производительность

На производительность изготовления детали “корпус” оказывают влияние эксплуатационные, конструктивные и технологические факторы. В данном разделе будут выявлены и рассмотрены технологические факторы. К ним относят обрабатываемость материала, состояние поверхности детали и режимы резания.

Обрабатываемость - технологическое свойство материала, определяющее его способность подвергаться резанию. Обрабатываемость материала не является физической константой материала и зависит от его химического состава, термической обработки, микроструктуры и условий обработки. Высокие эксплуатационные требования, предъявляемые к детали “корпус” как к зубчатой передаче, вызывают применения прочного материала, сопротивляющегося на изгиб, противостоящего усталостному выкрашиванию и износу зубьев в процессе эксплуатации. Поэтому при изготовлении корпуса используют конструкционную легированную сталь 20ХН3А. Обрабатываемость сталей улучшается с увеличением содержания в них таких элементов как сера, фосфор, свинец, селен, теллур, кальций. Обрабатываемость стали улучшается также с увеличением размера зерна. Улучшить обрабатываемость стали в процессе механической обработки можно:

1. подбором рациональной геометрии лезвия инструмента и установки стружколомов;

2. подбором рациональной кинематики процесса резания;

3. подбором рационального маршрута механической обработки, когда на предшествующих операциях проводится предварительная нагортовка вязкой стали;

4. использование комбинированных методов резания.

Под поверхностным слоем детали понимается как сама поверхность, полученная в результате обработки, так и слой материала непосредственно прилегающий к ней. Он, как правило, по своим физико-химическим свойствам отличается от свойств основного материала детали. Поверхностный слой формируется при изготовлении и эксплуатации и по глубине может составлять от десятых долей микрометра до нескольких миллиметров. Поверхностный слой характеризуется геометрическими характеристиками и физико-химическими свойствами. Под геометрическими характеристиками поверхностного слоя понимают единичные макрогеометрические отклонения от правильной геометрической формы (погрешность формы), систематические многочисленные макрогеометрические отклонения (волнистость) и микрогеометрические (отклонения) шероховатость. К физико-механическому состоянию поверхностного слоя относят микротвердость (глубина и степень деформационного упрочнения), остаточные (внутренние) напряжения, макроструктура и микроструктура.

Различное содержание в сталях углерода и легирующих элементов определяет различия режимов механической обработки деталей из данных сплавов. При назначении элементов режимов резания учитывают характер обработки, тип и размеры инструмента, материал его режущей части, материал и состояние заготовки, тип и состояние оборудования. Элементы режима резания обычно устанавливают в таком порядке: глубина резания, подача, скорость резания, стойкость инструмента, сила резания, мощность резания.

Также на изготовление детали “корпус” влияет применение технологической оснастки, а именно специальных приспособлений.