Розробка технологічного процесу виготовлення деталі «Колесо зубчате»

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

ВВЕДЕНИЕ

В системе образования инженеров  – механиков курсовое проектирование по технологии машиностроения занимает особое место. Эта самостоятельная работа студентов является важным этапом их подготовки к дипломному проектированию и в значительной степени определяет формирование технологической направленности будущих инженеров.

Целью проектирования является не только закрепление, углубление и  обобщение знаний, полученных на предыдущих этапах изучения предмета, но, главным образом, приобретение практических навыков решения различных технологических задач подготовки производства деталей машин, разработки технологической документации. При этом студент должен научиться пользоваться справочной литературой, государственными и справочными стандартами, нормами, каталогами и другими материалами информационного характера, необходимыми для выполнения проекта, а также подобных разработок на производстве.

 

1 АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ  КОНСТРУКЦИИ ДЕТАЛИ

Цель анализа –  выявление недостатков конструкции по сведениям, содержащимся в чертежах и технологических требованиях, а также возможное улучшение технологичности рассматриваемой конструкции.

Деталь – коническое прямозубое зубчатое колесо . Назначение – передача вращающего момента. Габаритные размеры ø 103,6х38,5 мм. Материал детали – Сталь 40Х ГОСТ 4543-71. Это низколегированная сталь хорошо поддаётся обработке на металлорежущих станках. Масса заготовки Q=3,68 кг; детали g=3,14 кг.

 

Таблица 1.1 – Механические свойства стали 40Х.

Предел прочности при  растяжении , Мпа	Предел текучести , МПа	Относительное удлинение образца при разрыве , %	Относительное сужение сечения , %	Твердость по Бринеллю, HB
140	160	7	40	229-269

К деталям предъявляются  следующие требования:

• за базовую поверхность А принимаем торец со стороны зубьев, поэтому радиальное биение колеса не должно превышать 0,03 мм , диаметр вершин зубьев 103,6 мм ;
• отверстие ø32Н7, шероховатость R_а=0,8 , точность по 7 квалитету ;
• шпоночный паз 10J_S9 имеет требования по отклонению от соосности не более 0,03 мм к поверхности А не более 0,025 мм, шероховатость R_а=2,5 мкм;
• метрическая резьба в шпоночном пазу М8-6Н;
• зубья изготавливаются с шероховатостью R_а=1,26 мкм;
• расстояние между торцами 38,5h8.

Исходя из существующих методов обработки поверхностей принимаем следующие: токарную обработку  торцов проводим в два приёма: черновое и чистовое подрезание; обработку  шпоночного паза проводим в один проход на горизонтально – протяжном станке; сверление и нарезание резьбы метчиком проводим на сверлильно-резьбонарезном станке; шлифование внутренней поверхности осуществляем на внутришлифовальном станке; остальные поверхности обрабатываются на токарно-винторезном станке в один проход.

Вывод: коническое прямозубое колесо достаточно технологично, может быть изготовлено на стандартном оборудовании с применением стандартного режущего инструмента и минимального количества специальных приспособлений.

2 ВЫБОР МЕТОДА ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГОТОВКИ

Метод получения заготовок  для деталей машин определяется назначением и формой конструкции детали, материалом, техническими требованиями, масштабом и серийностью выпуска. Выбрать заготовку – значит установить метод её получения, рассчитать размеры и указать допуски на неточность изготовления.

При выборе типа заготовки сравним  два метода её получения:

1. литьё в кокиль;
2. штамповка с высадкой на горизонтально-ковочной машине (ГКМ).

Себестоимость заготовки  рассчитывается по формуле:

 р;

где С_i – базовая стоимость одной тонны заготовки;

K_T, K_C, K_B, K_M, K_N коэффициенты, зависящие от класса точности, группы сложности, массы, марки материала и объёма производства;

Q и g – масса заготовки и детали.

Для отливок, полученных литьём в кокиль, за базовую принята стоимость 1 тонны С₁=19850р. Из данных приведенных в [1, с.36] выбираем коэффициенты:

а) коэффициент точности отливок K_T=1,05;

б) коэффициент группы сложности K_C,=0,93;

в) коэффициент материала K_M,=1,6;

г) коэффициент массы K_B=0,5;

д) коэффициент группы серийности K_N=1,0.

Цена тонны отходов  легированной стали определяется по таблице [1, с.32]

S_отх=250 руб/т

Масса заготовки Q=3,68 кг; детали g=3,14 кг.

Рассчитаем себестоимость литой  заготовки:

Для заготовок полученных на ГКМ базовая стоимость одной  тонны С₂=5850р.

Из данных приведенных  в [1, с.36] выбираем коэффициенты:

K_T=1,5; K_C=0,87; K_B=0,89; K_M=1,18; K_N=1,0.

Рассчитаем себестоимость штампованной заготовки:

Рассчитаем экономический  эффект для сопоставления способов получения заготовок по формуле:

N – годовая программа, шт.

Из выше приведенных расчётов видно, что из двух вариантов получения заготовки штамповка высадкой на ГКМ обеспечивает годовой экономический эффект в размере 116280 р.

Для удаления окалины после горячей  штамповки предусматривается обдувка  поверхности дробью. После дробеструйной  обработки качество поверхности заготовки имеет следующие показания: шероховатость R_z=320 мкм, глубина дефектного слоя h=250 мкм [6, с.14].

3 ВЫБОР ТИПА ПРОИЗВОДСТВА

3.1 Определение штучного времени  по укрупненным показателям

На данном этапе проектирования можно определить по приближенным формулам.

Операция	Формула	Расчёт
005 Заготовительная (штамповка)
010 Токарная
1) подрезание торцов ø136,21/ø36Н7
- черновое
- чистовое
2) подрезание торцов ø110,1/ø36Н7
- черновое
- чистовое
3) обтачивание поверхности ø136,21
- черновое
- чистовое
4) обтачивание поверхности ø116,1/ø92,3
- черновое
5) обтачивание поверхности ø110,1
- черновое
- чистовое
6) подрезание торцов ø136,21/ø92,3
- черновое
- чистовое
7) подрезание торцов ø110,1/ø92,3
- черновое
- чистовое
8) растачивание отверстия ø36H7
- черновое
- чистовое
015 Протяжка шпоночного паза
020 Сверлильно-резьбонарезная
сверление ø6,4
Нарезание резьбы М8-6g
025 Зубострогальная
- cтрогание 48 зубьев (me=3)
- cтрогание 36 зубьев (me=3)
035 Внутришлифовальная

 

010 Токарная

015 Протяжка шпоночного паза

020 Сверлильно-резьбонарезная

025 Зубострогальная

035 Внутришлифовальная

3.2 Определение типа производства и годовой программы

Тип производства по ГОСТ 3.1119-83 характеризуется коэффициентом  закрепления операций: К_0.3=1 – массовое; 1<К_0.3<10 – крупносерийное; 10<К_0.3<20 – среднесерийное; 20<К_0.3<40 – мелкосерийное производство.

Коэффициент закрепления операций:

- 1<К_0.3<10 – крупносерийное.

где - условное число однотипных операций, выполняемых на одном станке в течение одного месяца при работе в одну смену;

 – нормальный коэффициент загрузки станка всеми закреплёнными за ними однотипными операциями (принимается для крупносерийного производства =0,75; для серийного =0,8; для мелкосерийного =0,9);

- коэффициент загрузки станка  заданной операцией;

- штучно-калькулятивное время  на данной операции, мин.

где N_м – месячная программа выпуска заданной детали;

N₁ – заданная программа выпуска детали в год;

β – процент заданных частей;

12 – число месяцев  в году;

 – месячный фонд рабочего времени в часах при работе в одну смену по 7 часов;

При этих данных .

Следовательно, .

Для предварительных расчётов

Зубонарезная операция

Внутришлифовальная операция

Токарная операция

 

С учетом коэффициента потери рабочего времени К_п=0,96 количество рабочих, необходимых для обслуживания одного станка:

 

Суммарное количество рабочих  на данном участке

При определении типа производства не учитывается сверлильно-резьбонарезная операция. Из-за чрезвычайно малой величины штучно-калькулятивного времени эта операция переводится на слесарную операцию.

3.3 Определение такта выпуска  t_B

,

где F – часовой фонд времени в днях;

7 – рабочий день  в часах;

2 – число смен в  сутки.

3.4 Расчёт количества деталей  в партии

 шт,

Периодичность запуска  выпуска изделий а=3

Часовой фонд времени  в днях F =240

Число рабочего времени  одного рабочего дня одной смены F_мин =420

Расчёт количества деталей в партии:

 примем 

 

Расчётное число смен на обработку  партии деталей на участке:

Примем число смен смены.

Примем число деталей  в партии:

.

Принимаем 72 деталей.

4 ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ РАЗРАБОТКА И  ВЫБОР ВАРИАНТА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО  МАРШРУТА ПО МИНИМУМУ ПРИВЕДЕННЫХ  ЗАТРАТ

Прежде чем принять решение  о методах и последовательности обработки отдельных поверхностей детали и составить технологический маршрут изготовления всей детали, необходимо провести расчёты экономической эффективности отдельных вариантов и выбрать из них наиболее рациональный для данных условий производства. Критерием оптимальности является минимум приведенных затрат на единицу продукции.

При выборе варианта технологического маршрута приведенные затраты могут  быть определены в виде удельных величин  на 1 час работы оборудования. В качестве себестоимости рассматривается технологическая стоимость, которая включает изменяющиеся по вариантам статьи затрат.

Часовые затраты можно  определить по формуле:

С_ч.з.=С_з+С_и.з.+Е_Н(к_с+к_з);

Где С_з – основная и дополнительная зарплата с начислениями, коп/ч;

С_и.з – часовые затраты по эксплуатации рабочего места, коп/ч;

Е_Н – нормативный коэффициент экономической эффективности капитальных вложений (в машиностроении Е_Н=0,15);

к_с, к_з – удельные часовые капитальные вложения соответственно в станок и здание, коп/ч.

С_з=ε С_тф k у;

где ε=1,09 1,076 1,3=1,53 – коэффициент, учитывающий дополнительную зарплату, равную 9% начисления на социальное страхование 7,6% и прибавок к основной зарплате в результате перевыполнения норм на 30%;

С_тф – часовая тарифная ставка станочника-сдельщика соответствующего разряда, коп/ч [2, с.40, таблица 2.14];

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

,

где - практические часовые затраты на базовом рабочем месте, коп/ч;

 - коэффициент показывающий во сколько раз затраты, связанные с работой данного станка, больше чем аналогичные расходы у базового станка (значения приведены [2, приложение 2]);

где Ц – балансовая стоимость станка, руб.

где F=f k_f – производственная площадь занимаемая станком с учётом проходов, м²;

f – площадь станка в плане, м²;

k_f – коэффициент, учитывающий дополнительную производственную площадь проходов, проездов и др. [2, с.43].

где Т_шт – штучное или штучно-калькулятивное время на операцию, мин;

К_В – коэффициент выполнения норм, обычно принимаемый равным 1,3.

где и - технологическая себестоимость сравнимых операций;

N – годовая программа.

Первый вариант

Обработка на токарно-винторезном  станке 16Б16П: Ц=5120 1,1=5632 руб, , k_f=3,5, Т_шт.ток=12,14, 2-й разряд работы

С_ч.з.=С_з+С_и.з.+Е_Н(к_с+к_з)

 С_з=ε С_тф k у=1,53 54,8 1 1=83,844 коп/ч