Дипломная работа: Усовершенствование технологического процесса механической обработки детали "Стакан"

Введение

Одной из приоритетных задач современного машиностроения является оснащение всех основных производств современной техникой и передовыми технологиями, обеспечивающими рост производительности, достижение высокой точности и качества поверхностей деталей машин. Эффективное внедрение в производство механообрабатывающего оборудования с ЧПУ, промышленных роботов, автоматизированных средств технического контроля позволяет обеспечить прогрессивные формы организации технологических процессов, достичь определенного экономического эффекта, что является важным фактором в сложившейся в настоящее время экономической ситуации в стране. Для достижения высокого уровня производства и труда необходимо создание гибких технологических процессов, позволяющих на одном и том же оборудовании, с минимальной переналадкой, обрабатывать детали, похожие по форме и размерам; использование переналаживаемой технологической оснастки, которая позволяет в одном и том же базовом приспособлении, за счет замены базирующих элементов, обрабатывать различные детали. Эти направления необходимо использовать при выполнении дипломного проекта. Так, вместо универсального оборудования в технологическом процессе предлагается использовать станки с ЧПУ, станки типа “обрабатывающий центр”. Это дает возможность концентрировать обработку детали, сократить количество операций, производственные площади, парк оборудования, количество рабочих, занятых на производстве детали. Весь этот комплекс мероприятий позволит сократить трудоемкость изготовления детали и ее себестоимость.

1. Теоретическая часть

1.1 Описание конструкции и работа детали

30-мм двуствольный зенитный автомат 2А38 имеет:

- два ствола, стреляющих поочередно, что позволяет получить большой темп стрельбы в пределах 1950-2500 выстр./мин;

- автономную испарительную систему охлаждения стволов, позволяющую использовать питьевую воду с незначительным ее расходом;

- датчик индукционный начальной скорости снаряда, что повышает точность стрельбы автомата в составе зенитного комплекса;

- датчик переднего положения, по сигналу которого определяется готовность автомата к стрельбе (положение подвижных частей автомата) и работает счетчик оставшихся патронов;

- систему пироперезарядки с тремя пиропатронами, позволяющую проводить дистанционное устранение задержек типа “осечка”;

- электроспуск;

- контактор;

- приемник.

Автомат устанавливается на зенитную самоходную установку 2С6М (два автомата на установке: по одному с левого и с правого бортов).

На вооружении ЗСУ2С6М кроме автоматов 2А38 имеется 8 зенитных ракет (по 4 ракеты с левого и правого бортов). Возможна установка и использование автоматов на других носителях, например, в составе корабельных артустановок.

Автомат предназначен для борьбы с воздушными целями, летящих на малых высотах от (200 до 2000 м) и наклонной дальности – до 4000 м при противовоздушной обороне танковых и мотострелковых полков, а также с наземными целями.

Автомат надежно работает в различных условиях эксплуатации: диапазоне температур -50º…+50º C, в условиях дождя, пыли, обледенения.

Автомат 2А38 представляет собой автоматическое оружие, в котором запирание канала ствола, извлечение из патронника стреляной гильзы и ее отражение, подача патронной ленты в приемник и досылание очередного патрона в патронник осуществляется автоматически. Автомат устанавливается на установке с помощью направляющих, расположенных на кожухе охлаждения и казеннике и стопорится фиксатором амортизатора.

Работа автомата основана на использовании энергии пороховых газов, отведенных через специальные отверстия стволов в газовые цилиндры.

В автомате имеются два ползуна, кинематически связанные между собой промежуточной шестерней, которые совместно с газовыми поршнями являются ведущими звеньями автоматики. За один цикл работы автоматики каждый из ползунов совершает ход только в одном направлении: один из них откатывается, другой накатывается.

Питание автомата происходит из патронной ленты. Подача патронной ленты осуществляется механизмом подачи, кинематически связанным с ползунами. За один цикл автоматики механизм подачи подает патронную ленту на один шаг. Снижение патрона на линию досылания (в экстракторы затвора) осуществляется одним из передних снижателей и снижателем левым или правым, которые кинематически связаны с ползунами. Досылание патронов осуществляется затворами, поочередно в каждый ствол.

Запирание канала ствола осуществляется вертикальным перемещением затвора, находящегося в направляющих переднего снижателя. В автоматике имеются два затвора, каждый из которых связан со своим ползуном при помощи шатуна и ускорителя. Автомат обеспечивает двустороннее (левое и правое) питание. Автомат имеет стреляющий механизм ударного действия, обслуживающий поочередно левый и правый стволы, к моменту полного запирания одного из каналов стволов.

Прекращение стрельбы производится при отключении цепи питания электроспуска. Для уменьшения воздействия усилия задержек типа “осечка”, связанных с невоспламенением порохового заряда патрона, автомат снабжен механизмом пироперезарядки.

Тактико-технические характеристики:

Калибр, мм                                                                           30

Число нарезов                                                             16

Темп стрельбы, выстр/мин                                         1950-2500

Начальная скорость снаряда, м/с                              960

Масса автомата без воды, кг                                               не более 195

Система охлаждения                                                  испарительная

Охлаждающая жидкость                                            вода питьевая

Масса воды, кг                                                            не более 28

Усилие отдачи, кН                                                      не более 62

Перезарядка                                             пиротехническая и ручная

Количество пиропатронов                                         3

Управление огнем                                    истанционное электроспуском

Ход автомата в откате, мм                                         не более 22

Ход автомата в выкате, мм                                        не более 15

Длина автомата, мм                                                    3478

Питание автомата                                              ленточное двустороннее

Напряжение питания электроспуска и контактора от

источника постоянного тока, В                                

Деталь “Стакан” 2А38.02.038 входит в сборочный узел “Приемник с затыльником”, на который крепятся механизмы досылания, ускорения, подачи, снижения патронов на линию досылания и противоотскок.

Деталь “Стакан” 2А38.02.038 крепится на основании приемника при помощи болтов и гаек. В ней размещена пружина, сжатая между торцевой стенкой стакана и стержнем. Рычаг противоотскока соединяется осью со стаканом. Пружина удерживает ползуны в крайних положениях через рычаг противоотскока и противоотскок.

1.1.2 Технические требования на изготовление детали

1. Заменитель материала – сталь 30ХН2МФА ГОСТ 4543-80;

2. 43,5…51,5 HRCэ;

3. *Размеры обеспечиваются инструментом;

4. *¹Размеры не в проекции обеспечиваются инструментом;

5. Внутренние углы R=0,4 мм;

6. Ребра скруглить R=0,6 мм;

7. Допускается уменьшение размера И на участке Ж на 0,15 мм сверх допуска;

8. При выполнении размера Д допускается зарез поверхности Г в пределах допуска;

9. Покрытие хим. фос. уск.хр/прп. клей БФ-4 с нигрозином марки А(2), УХЛ1;

Клей БФ-4 ГОСТ 12172-74;

Нигрозин марки А ГОСТ 9307-78.

1.1.3 Материал для изготовления детали

30ХРА ГОСТ 4543-88;

заменитель – 30ХН2МФА ГОСТ 4543-88.

Сталь сложнолегированная, среднелегированная, с процентным содержанием углерода 0,3%, хрома и бора – 1,5%, высококачественная.

Исходя из условий работы детали в узле материал должен отвечать следующим требованиям:

- прочность;

- твердость;

- термостойкость;

- износостойкость.

Таблица 1.Химический состав, %.

Так как вредные примеси сера и фосфор отсутствуют, то сталь считается высококачественной. Сера и фосфор – вредные примеси: сера влияет на красноломкость – хрупкость при красном калении, фосфор влияет на хладноломкость – хрупкость при низких температурах.

Таблица 2.Механические свойства.

Так как явление текучести наблюдается у более пластичных материалов, то для твердых материалов измеряется не (σ_т), а (σ_0,2) – условный предел текучести.

1.2 Анализ технологичности конструкции детали

Чертеж детали “Стакан” содержит все сведения, дающие полное представление о детали, т.е. все необходимые проекции, разрезы, четко и однозначно показывающие ее конфигурацию. На чертеже указаны все размеры с допускаемыми отклонениями, классы шероховатости поверхностей, допустимые отклонения от геометрических форм и взаимного расположения поверхностей.

Чертеж детали “Стакан” выполнен на формате А1 в трех видах в масштабе 2:1: главный вид, вид слева, вид сверху с разрезом по А-А; на всех видах присутствуют местные разрезы.

Обозначение видов и разрезов не соответствует требованиям стандартов единой системы конструкторской документации ЕСКД. На чертеже присутствуют все необходимые размеры, но их точность указана не в соответствии с ГОСТ 25347-88. Необходимо привести их в соответствие с рекомендуемой точностью по ГОСТ 25347-88. На чертеже указано качество обработки поверхностей в системе Rz, которое необходимо перевести в Ra в соответствии со стандартом ГОСТ 25347-88.

Деталь “Стакан” представляет собой сложно-профильное тело с усложняющими элементами в виде фасок, пазов, проточек, отверстий, контурных и радиусных поверхностей. Уровень точности детали характеризуется 12-м и 14-м квалитетами на большинстве поверхностей, 15-м квалитетом на размере от торца до начала паза, 11-м квалитетом в одном из пазов детали на одном из линейных размеров и 8-м на отверстии под ось и на четырех отверстиях под крепление в сборке. Качество поверхностей представлено в Ra=10 мкм, что соответствует 4 классу чистоты поверхностей.

Исходя из назначения, деталь достаточно ответственная, а так как разброс квалитетов и классов чистоты невелик, то деталь по этим показателям технологична.

На чертеже представлены дополнительные обозначения отклонений от геометрической формы и взаимного расположения поверхностей:

 на размере Ø8Н8 показывает, что смещение оси от номинального расположения должно находиться в пределах ±0,2 мм;

 на размере Ø18Н12 показывает, что смещение оси отверстия Ø18 не может быть более ±0,05 мм относительно базы В;

 на размере Ø33Н12 показывает, что смещение оси отверстия должно находиться в пределах ±0,1 мм от базы Б;

 на размере 4-х отверстий Ø14Н8 показывает, что смещение оси 4-х отверстий от номинального расположения должно находиться в пределах ±0,1 мм относительно базы Б.

На поле чертежа детали над штампом основной надписи приведены технические требования на изготовление данной детали.

1.2.1 Анализ чертежа детали

1.2.2 Анализ технологичности детали

Каждая деталь должна изготавливаться с минимальными трудовыми и материальными затратами. При оценке технологичности детали необходимо рассчитать показатели технологичности конструкции, определить показатели уровня технологичности детали, разработать рекомендации по улучшению показателей технологичности.

Количественную оценку технологичности конструкции детали производить по следующим показателям:

— уровень технологичности конструкции по трудоемкости, К_У.Т.

— уровень технологичности конструкции по технологической себестоимости, К_У.С. использовать для оценки отдельных деталей сложно. Поэтому для оценки технологичности конструкции деталей, подвергаемых механической обработке используются дополнительные показатели.

1, Коэффициент унификации конструктивных элементов детали.

 (1)

Где  - число унифицированных элементов детали, шт;

 - общее число конструктивных элементов детали, подлежащих механической обработке, шт.

При  деталь считается технологичной.

Так как 0,32>0,6 , деталь технологична по этому коэффициенту.

2. Коэффициент использования материала.

 (2)

Где  - масса детали по чертежу, кг;

 - масса заготовки с неизбежными технологическими потерями, кг.

При  деталь считается технологичной.

Так как 0,19<0,75 , то по заводскому технологическому процессу деталь нетехнологична по этому признаку.

3. Коэффициент точности обработки детали.

 (3)

Где  - средний квалитет точности обработки

 (4)

Где  число размеров соответствующего квалитета.

Чем больше , тем технологичнее конструкция; при <0,8 деталь относится к весьма точным.

Так как 0,9195>0,8 , то деталь технологична.

4. Коэффициент шероховатости поверхностей детали.

 (5)

Где  - средняя шероховатость поверхностей.

 (6)

Где  - количество поверхностей, имеющих шероховатость, соответствующую данному числовому значению параметра Ra.

Деталь считается технологичной, если <0,32.

Т.к. 0,106<0,32, деталь технологична.

Вывод: деталь технологична по всем коэффициентам, кроме К_ИМ, т.к. большое количество материала уходит в стружку при обработке внутренних поверхностей отверстий и пазов, которые нельзя получить при штамповке. А менять метод получения заготовки нецелесообразно, т.к. штамповка является прогрессивным методом заготовительного производства.

Поэтому, для повышения К_ИМ произведем корректировку размеров заготовки, т.е. уменьшим припуски на обработку, а также применим более современное оборудование при отрезке заготовок.

2 Технологическая часть

2.1 Определение типа производства

Правильно выбранный тип производства оказывает решающее значение на характер и построение технологического процесса. Базовый технологический процесс разработан для условий серийного производства, усовершенствованный технологический процесс разрабатывается для условий мелкосерийного производства. Объем выпуска 400 шт.

2.2 Обоснование метода получения заготовки

Вид заготовки оказывает значительное влияние на характер технологического процесса, трудоемкость и экономичность ее обработки.

В базовом технологическом процессе заготовкой для детали “Стакан” является штамповка ГОСТ 2591-88 материал сталь 30ХРА ГОСТ 4543-88.

В усовершенствованном технологическом процессе исходя из условий мелкосерийного производства, формы детали, материала и полученного К_ИМ, данный метод получения заготовки наиболее целесообразен. В штампованной заготовке структура металла более однородна, благодаря этому деталь будет более прочной по сравнению с литьем.

Сам способ получения заготовки заключается в следующем.

В кузнечный цех поступает горячекатаный прокат с квадратным профилем 55х55 ГОСТ 2591-88, затем происходит его нагрев в газовой печи при температуре 650±40ºC в течении 28-32 минут. Затем происходит операционный контроль нагрева, а потом горячая отрезка заготовок на пресс-ножницах по 1 штуке при интервале температур 350-450ºС.

Операционный контроль проводится в соответствии с ТУ.

После контроля заготовки проходят повторный нагрев в газовой печи при температуре 1200±40ºC в течении 18-28 минут. Затем визуально контролируют нагрев и штампуют заготовки на молотовом штампе по 1 штуке, окончательно штампуют за 5 ударов. Обрезка облоя производится на обрезных штампах под нагревом в интервале температур 720-850ºC. Операционный контроль периодический, 2% от партии. Проверка заполнения ручьев контролируется визуально.

После штамповки в поверхностных слоях заготовки возникают нежелательные напряжения, от которых следует избавляться, поэтому проводят термообработку нормализация.

Затем производят контроль твердости 3% от партии, очищают от окалины на дробеметных установках, допускается галтовка в галтовочном барабане. Очистка 10% заготовок из партии от заусенцев, заточка под стилоскоп 100% заготовок, а затем сплошной контроль марки стали стилоскопом.

В конце производится приемочный контроль 3-5% от партии.

В рамках заготовительного производства производят обдирку с целью удаления дефектного слоя и подготовки чистовых баз под последующую обработку.

Полученная заготовка имеет параметр шероховатости Ra 10 мкм и квалитет точности h14.

2.2.1 Назначение припусков на обрабатываемую поверхность

Согласно ГОСТ 7505-88 назначаем припуски под механическую обработку на обрабатываемые поверхности детали “Стакан”.

Так как заготовкой является штамповка, расчету подлежат все поверхности.

2.2.2 Определение расчетного размера

При односторонней обработке плоских поверхностей формула для расчета будет иметь следующий вид:

Н_Р = Н_ном + z_общ (7)

Где Н_Р – расчетный размер заготовки, мм

Н_ном – номинальный размер детали, мм

z_общ – припуск на сторону, мм.

204+1+1=206 мм

38+1+1=40 мм

74+1+1=76 мм

33,5+1+1=35,5 мм

46,5+1+1=48,5 мм

36+1=37 мм

Расчетные размеры на заготовку округляем до технологических возможностей станка и экономической целесообразности принятой точности.

2.2.3 Определение массы заготовки

Определим массу лишнего металла.

 (8)

Где L – длина, мм;

B – ширина заготовки, мм;

t – глубина лишнего слоя металла, мм.

 (г)

 (кг)

Определим массу заготовки.

 (9)

Где Мзб – масса заготовки по базовому технологическому процессу, кг.

 (кг).

Определим коэффициент использования материала.

.

Вывод: в результате пересчета массы заготовки Ким увеличился с 0,19 до 0,35, что является хорошим показателем для мелкосерийного производства. Дальнейшее его увеличение невозможно в связи со сложной конфигурацией детали, а также с наличием отверстий, которые получаются только в результате механической обработки.

2.2.4 Составляем эскиз заготовки в соответствии с принятыми размерами.

На основе полученных расчетов выполним эскиз заготовки с обозначением необходимых размеров и радиусных уклонов.

Чертеж заготовки представлен в графической части проекта.

2.2.5 Технические требования на изготовление заготовки в соответствии с ГОСТ 2591-88

1. Смещение в плоскости разъема не должно быть более 0,6 мм.

2. Остаток заусенцев на линии разъема штампов не должен быть более 0,5 мм.

3. Торцевой заусенец не должен быть более 4,0 мм.

4. Кривизна смещения не должна быть более 1,0 мм.

5. Поверхностные дефекты не должны быть глубиной более 1,0 мм.

6. Неуказанные штамповые уклоны 7º.

7. Неуказанные радиусы 2,5 мм.

8. Припуски по II классу ГОСТ 7505-88 М1.

9. Допуски по II классу ГОСТ 7505-88 С2.

вертикальные ±^1,3_0,7

горизонтальные ±^1,7_0,9

штамповка на молоте.

10. Количество деталей из штамповки: 1 шт.

11. Термообработка: нормализация.

12. Очистка от окалины: дробеметная или галтовка.

2.3 Анализ базового технологического процесса

Технологический процесс изготовления детали “Стакан” 2А38.02.038 разработан для условий серийного производства. Комплект технологической документации содержит маршрутную технологию, развернутую пооперационную с полным технологическим оснащением и операции технического контроля. Технический цикл обработки поверхностей составлен правильно и направлен на реализацию технических требований изготовления детали.

Трудоемкость изготовления равна 15 нормо-часов.

Производственный процесс состоит из 33 операций, из них:

- механической обработки 21;

- слесарные 2;

- контрольные 3;

- термические 2;

- химические 2;

- размагничивание 1;

- пескоструйная очистка 1;

- покрытие 1.

На первой операции механической обработки за черновую базу принята поверхность размером 122х74 мм, вспомогательной базой – поверхность размером 44х27 мм для подготовки чистовой технологической базы.

На последующих операциях механической обработки принцип постоянства баз соблюдается.

2.3.1 Анализ базового оборудования

В базовом технологическом процессе используются станки моделей – СФ-30Ф3 (вертикально-фрезерный), ФАС-184 (продольно-фрезерный), 6Н82Г (горизонтально-фрезерный), 6Р10 (вертикально-фрезерный), 2Н118-4 (вертикально-сверлильный модифицированный), 30540 (плоскошлифовальный), ИР-500ПМФ4 (горизонтально-расточной).

Применяемое оборудование в базовом технологическом процессе обеспечивает требуемую обработку детали, но некоторые модели морально устарели и требуют замены на более совершенные модели.

2.3.2 Анализ приспособлений

Для установки и закрепления детали применяются приспособления с механическим зажимом. Степень механизации сравнительно низкая.

2.3.3 Анализ режущего инструмента

Для формообразования поверхностей деталей применяется режущий инструмент: фрезы, сверла, зенкеры, развертки, шлифовальные круги. Прогрессивный, оснащенный твердым сплавом и быстрорезом инструмент обеспечивает рациональные режимы резания; также используется специальный режущий инструмент.

2.3.4 Анализ средств измерения

Для контроля точности обработанных поверхностей используются различные средства измерения, как гостированные, так и специальные. Преобладают специальные средства измерения, что сказывается на трудоемкости изготовления детали.

Вывод: комплект технологической документации оформлен не в соответствии с требованиями ЕСТД, технологический процесс разработан на основе дифференциации операций. Технологическая оснастка с низкой степенью механизации, оборудование морально устаревшее; наличие слесарных операций и переходов говорит о том, что режимы резания назначены нерационально. В целом, технологический процесс обеспечивает требования заложенные конструктором, заданную точность и качество поверхностей.

Предложение на усовершенствование

Привести в соответствие с требованиями ЕСТД чертеж детали, а также конструкторско-технологическую документацию.

Трудоемкость изготовления можно уменьшить за счет объединения фрезерных операций, сокращения слесарных, и замены шлифовальных операций мелкозубым фрезерованием.

2.4 Разработка проектного технологического процесса

Разрабатываемый технологический процесс должен быть прогрессивным, обеспечивать производительность труда и качество детали, сократить трудовые и материальные затраты на его реализацию, уменьшить вредные воздействия на окружающую среду.

Технологический процесс разрабатывается на основе имеющегося технологического процесса, анализа конструкторского чертежа и технологических требований, регламентирующих точность, параметр шероховатости поверхности и другие требования качества.

При разработке технологического процесса большое значение имеет выбор базовых поверхностей.

2.4.1 Обоснование выбора баз

Особенно важно выбрать базу при выполнении первой операции. При выборе черновых базовых поверхностей следует руководствоваться следующими правилами:

- черновая базовая поверхность должна обеспечивать устойчивое положение детали в приспособлении;

- если у детали обрабатываются не все поверхности, то за черновые базы принимаются эти не обрабатываемые поверхности;

- у тех деталей, все поверхности которых подлежат обработке, за черновые базы принимаются поверхности с минимальным припуском;

- после выполнения первой операции черновая база должна быть заменена на чистовую.

В усовершенствованном технологическом процессе за черновую базовую поверхность принята нижняя плоскость заготовки, а за дополнительную – боковые плоскости; потому что обработка ведется в перекладку, одновременно подготавливается чистовая базовая поверхность. Такая схема базирования лишает ее шести степеней свободы.

Рис. 1. Схема базирования на 1й операции.

При выборе чистовых базовых поверхностей следует руководствоваться следующими правилами:

-        за чистовые базы принимаются основные поверхности баз, от которых заданы основные размеры до других обрабатываемых поверхностей;

-        необходимо использовать принцип совмещения баз, т.е. в качестве установочной базы брать поверхность, которая является измерительной базой:

-        необходимо использовать принцип постоянства баз, т.е. в ходе обработки на всех основных операциях в качестве установочных баз принимать одни и те же поверхности.

Чистовая база должна быть выбрана так, чтобы в процессе обработки детали не было недопустимых деформаций от усилий резания и зажима;

выбранная чистовая база должна обеспечивать простую и надежную конструкцию приспособления с удобной установкой, креплением и снятием обрабатываемой детали.

Схема базирования по всем операциям приведена в комплекте технологических документов.

2.4.2 Выбор технологического оборудования и технологической оснастки.

2.4.2.1 Выбор оборудования

Выбор станков производится исходя из следующих соображений: выбранный станок должен обеспечивать выполнение технических требований, предъявляемых к выполнению детали;

-        размеры рабочей зоны станка должны соответствовать габаритным размерам обрабатываемой детали;

-        производительность станка должна соответствовать заданной программе выпуска деталей;

-        мощность, жесткость и кинематические возможности станка должны позволять вести обработку на оптимальных режимах резания с наименьшей затратой времени и с наименьшей себестоимостью.

В проектируемом технологическом процессе планируется использование многоцелевого станка ИР-500ПМФ4, предназначенного для высокопроизводительной обработки корпусных деталей массой до 700 кг. Повышенная степень точности станка (класс “П”) обеспечивает обработку отверстий 7, 8 квалитета с параметром шероховатости Ra=2,5 мкм. Категория качества станка высшая. Размер рабочей поверхности стола 500х500 мм. Станок имеет вертикально-подвижную шпиндельную бабку, расположенную внутри подвижной стойки и поворотный стол. На верхнем торце стойки расположен магазин барабанного типа, емкостью 30 инструментов. Поворот магазина осуществляется от высокомоментного двигателя. Номера гнезд магазина закодированы. Мощность станка 14 кВт. Частота вращения шпинделя до 2000 об/мин. Рабочая подача до 2000 мм/мин.

2.4.2.2 Выбор приспособлений

Выбор приспособлений производится в зависимости от вида обработки, типа станка и типа производства. Выбранные приспособления обеспечивают: правильную установку детали, повышение производительности труда, надежность и безопасность работы, расширение технологических возможностей станка, автоматическое получение заданной точности, экономичность обработки.

2.4.2.3 Выбор режущих инструментов

Выбор режущего инструмента зависит от вида станка, метода обработки, материала обрабатываемой детали, требуемой точности и шероховатости поверхностей, типа производства.

В соответствии с выбранным типом производства запланирован универсальный режущий инструмент. Для обработки некоторых поверхностей используется специальный инструмент (фреза). Материал режущей части позволяет работать на оптимальных режимах резания с обеспечением заданной точности и качество поверхности при наибольшей его стойкости.

2.4.2.4 Выбор измерительных инструментов

Измерительный инструмент выбирается в зависимости от вида измеряемой поверхности, размеров поверхности, точности механической обработки, типа производства. Для контроля заданной точности запроектированы жесткие калибры, а также универсальные мерительные средства. Оборудование и технологическая оснастка внесены в комплект технологических документов.

2.5 Составление маршрутной технологии

Маршрутная карта – это документ, который содержит описание технологического процесса изготовления детали по всем операциям в технологической последовательности с указанием данных по оборудованию, оснастке, материалу, трудовым нормативам.

Маршрутный технологический процесс разработан на основе анализа конструкторского чертежа детали и обоснованного выбора заготовки. Этот этап является наиболее ответственной частью проектирования технологического процесса, потому что здесь решаются следующие задачи:

- снятие основного припуска (черновая обработка);

- получение заданных размеров, формы и взаимного расположения поверхностей;

- получение заданной чистоты поверхности и качества поверхностного слоя.

Последовательность обработки детали “Стакан” представлена маршрутным технологическим процессом, входящим в комплект технологической документации.

Типовой технологический процесс ускоренного фосфатирования деталей.

Для детали 2А38.02.038 “Стакан” данное покрытие является неокончательным: оно проводится до испытания детали, а затем деталь еще покрывается лаком. Нанесение покрытия осуществляется гальваническим методом.

Контроль покрытия

Визуальный контроль (по внешнему виду детали):

- на поверхности детали не допускается закатанная окалина, заусенцы;

- поверхность после механической обработки должна быть без видимого слоя смазки или эмульсии, металлической стружки, пыли и продуктов коррозии;

- швы на сварных и паяных деталях должны быть зачищены по всему периметру и исключать затекание электролита в зазор.

Для мелких деталей проверяют 2-5% деталей от общего количества. Внешнему осмотру подвергаются все детали при естественном или искусственном освещении. Цвет покрытия от светло-серого до черного, в зависимости от марки металла, предварительной, механической и термической обработки.

На фосфатированных деталях не допускается:

а) сажистый (рыхлый) осадок;

б) ржавчина и зеленые пятна.

Допускается:

а) разнокристалличность на участках местной закалки, сварки, наклепа, различной шероховатости поверхности, т.е. неоднородность цвета на одной и той же детали;

б) белый налет, удаляемый протиркой;

в) следы медного электрода на деталях, сваренных точечной или роликовой сваркой;

г) отдельные пятна от потеков воды;

д) отдельные пятна от хромовых солей вокруг отверстий, пор, раковин, в местах контакта деталей с приспособлением и местах сопряжения неразъемных сборочных единиц;

е) отсутствие фосфатного покрытия в местах контактов тяжелых крупнокалиберных деталей с приспособлением, а также в глухих узких отверстиях.

После испытания деталей производится окончательное покрытие лаком.

Карта типового технологического процесса нанесения лакокрасочных покрытий.

2.6 Разработка операционного технологического процесса

Операционный технологический процесс содержит описание технологических операций с указанием переходов, припусков, режимов обработки и данных о средствах технологического оснащения.

Разработка технологического процесса произведена для изготовления детали “Стакан”, конструкция которой отработана на технологичность. В основе проектирования технологического процесса механической обработки использованы технологический и экономический принципы; в соответствии с ними разрабатываемый технологический процесс должен обеспечить выполнение всех требований рабочего чертежа и технических условий при минимальных затратах труда и средств производства.

2.6.1 Определение припусков и межоперационных размеров

Величина припуска влияет на себестоимость изготовления детали. При увеличении припуска повышаются затраты труда, расходы материала и другие производственные расходы, а при уменьшении приходится повышать точность заготовки, что также увеличивает себестоимость изготовления детали.

В технологии машиностроения существуют методы автоматического получения размеров и индивидуального получения размеров. Минимальный и максимальный припуск на обработку рассчитывают по эмпирическим формулам.

Расчет припусков на обработку поверхности детали “Стакан” на размер 38h12, получаемый при обработке на операции 0020 фрезерная, используя расчетную карту.

Минимальный припуск рассчитываем по формуле:

Z_{i min}= (R_z+h)_i-1 + Δ_{Σ i-1} + ε_{y I}, (10)

где R_{z i-1} – высота неровностей профиля на предшествующем переходе, мкм;

h_i-1 – глубина дефектного слоя на предшествующем переходе, мкм;

Δ_{Σ i-1} - суммарные отклонения расположения поверхностей (отклонение от параллельности, соосности, перпендикулярности, симметричности, пересечение осей) и в некоторых случаях отклонения форм поверхности (отклонение плоскости, прямолинейности на предшествующем переходе), мкм;

ε_{y I} - погрешность установки заготовки на выполняемом переходе, мкм.

Максимальный припуск рассчитывается по формуле:

Z_{i max}= Z_{i min} + TD (11)

Где Z_{i min} – минимальный припуск, мкм;

TD – допуски размеров на выполняемом переходе, мкм.

Для определения элементов припуска используем расчетную карту.

Величина припуска на остальные размеры сведена в таблицу.

Величины припусков вносятся в операционные карты.

Составляем расчетную таблицу 3, определяющую промежуточные характеристики точности по каждому технологическому переходу.

Таблица 3.Расчетная карта припусков и допусков

Составляющие припуска Rz и h – высота неровностей профиля и глубина дефектного слоя; устанавливают в зависимости от вида обработки.

Для заготовки, прошедшей на стадии заготовительного производства обдирочное шлифование Rz= 20 (мкм), h=20 (мкм). ([1], с.188,т.24)

Rz= 10 (мкм), h=15 (мкм) - для фрезерования получистового ([1], с.188,т.25)

Rz= 5 (мкм), h=5 (мкм) - для фрезерования чистового. ([1], с.188,т.25)

Устанавливаем величину допусков:

для h14 – Δ=520 (мкм);

для h13 – Δ=330 (мкм);

для h12 – Δ=250 (мкм);

Определяем суммарные погрешности формы и взаимного расположения.

Так как заготовкой является штампованная поковка заданной длины, точность будет характеризоваться отклонениями от профиля продольного сечения и короблением.

Δ_КОР=0,5 ([1], с.186,т.17).

Точность взаимного расположения характеризуется относительной кривизной профиля, выраженной в мкм на 1 мм длины и определяется по формуле:

 ([1],с.177, ф.12). (12)

Где Δ_К – отклонение оси детали от прямолинейности, мкм на 1 мм;

Δ_К = 1,5 ([1],с.186, т.15)

l – длина заготовки.

l = 204 мм.

 (мкм)

Для всех последующих технологических действий остаточная погрешность будет устанавливаться через уменьшающий коэффициент уточнения:

 (13)

Где ΔΣост – остаточная погрешность, мкм;

ΔΣпредш – предшествующая погрешность, мкм;

Ку – коэффициент уточнения.

Выбираем коэффициент уточнения:

Ку=0,05 ([1],с.190.т.29)

Ку=0,04.

Полученные значения заносим в расчетную карту.

Определяем погрешности установки заготовки по переходам.

Δε_y = 80 мкм ([1],с.43, т.14)

На всех последующих переходах происходит уменьшение величины погрешности установки и уменьшение ее определяет остаточные Δε_y через коэффициент уточнения.

Δε_у = Δε_y * Ку (14)

Δε_{у получист} = 80 * 0,04 = 3,2 (мкм);

Δε_{у чист} = 3,2 * 0,03 = 0,096 (мкм).

Значениями меньше 1 пренебрегаем, остальные заносим в расчетную карту.

Определяем значения расчетных межоперационных припусков по переходам:

Z_bi = R_{z i-1} + h_i-1 + ΔΣ + Δ_{Σ i-1} + ε_{y I} (15)

Z_b1 =10 + 15 + 6,117 +0 + 330 = 361,117 (мкм);

Z_b1 =20 + 20 + 122,34 +3,2 + 430 = 595,54 (мкм).

Определяем значения промежуточных размеров:

a_{ср i} = a_{ср i-1} + Z_bi (16)

a_ср =38 + 361,117(мкм) = 38,361 (мм);

a_ср =38,361 + 595,54(мкм) = 38,956 (мм);

z₀ = 38,956 – 38 = 0,956 (мм).

Рис. 2. Схема расположения припусков и допусков.

Исходя из технологических особенностей оборудования, по технологическим нормативам принимаем величину припуска равной 1 мм.

2.7 Определение режимов резания и норм времени

Определяем режимы резания на операцию 0010 фрезерная, переход 1 – фрезерование плоскости.

Фрезерование плоскости производится на горизонтально-расточном станке ИР-500ПМФ4. Деталь устанавливается и закрепляется в фрезерном приспособлении. Обработка производится специальной фрезой с пластинами из твердого сплава Т15К10. Для проверки точности и качества используется специальный калибр.

2.7.1 Назначаем режимы резания по эмпирическим формулам.

Глубина резания t=1 (мм);

Подача на зуб Sz=0,3…0,6,

принимаем Sz=0,5 (мм/зуб) ([2],с.285.т.36).

Определяем подачу на оборот фрезы по формуле:

 (17)

 (мм/об)

Определяем скорость резания по эмпирической формуле:

 (м/мин). (18)

Где Cv, q, m, x, y, u, p – коэффициент и показатели степени,

Cv=332; q=0,2; x=0,1; y=0,4; u=0,2; p=0; m=0,2. ([2], с.286, т.39).

D – диаметр фрезы, мм;

Т – стойкость инструмента, T=180 мин ([2], с.290, т.40);

t – глубина резания, мм;

Sz – подача на зуб фрезы, мм/зуб;

B – ширина фрезерования, B=76 мм;

z – число зубьев, z=8;

Kv – общий поправочный коэффициент на скорость резания ([2], с.282).

 (19)

Где Kmv – коэффициент, учитывающий качество обрабатываемой поверхности;

Knv – коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки;

Kmv – коэффициент, учитывающий материал инструмента ([2], с.261, т.1).

 (20)

Где Kr – коэффициент, характеризующий группу стали по обрабатываемости, Kr=1,2;

σ_В – предел прочности, σ_В=655 МПа;

n_v – показатель степени, n_v =1,0. ([2], с.262, т.2).

Knv=1,0 ([2], с.263, т.5).

Kuv=0,3 ([2], с.263, т.6).

 (м/мин)

Определяем частоту вращения шпинделя:

 , мин^-1 (21)

Где V – скорость резания,

Dфр – диаметр инструмента (фрезы).

 , мин^-1

принимаем 254 мин^-1.

Определяем силу резания:

 , Н ([2], с. 282) (22)

Где Ср, x, y, u, q, w – коэффициент и показатели степени,

Ср=825; x= 1,0; y=0,75; u=1,1; q=1,3; w=0,2 ([2], с. 291, т.41)

Kmp – поправочный коэффициент на качество обработанного материала ([2], с. 264, т.9).

 (23)

Где n – показатель степени

n = 0,3.

 Н

Определяем крутящий момент:

 , Н м (24)

 , Н м.

Определяем мощность, потребную на резание, т.е. эффективную мощность:

 , кВт (25)

 кВт.

Мощность потребная на резание меньше мощности станка, следовательно обработка возможна.

На остальные операции режимы назначаем по техническим нормативам режимов резания и они внесены в операционные карты механической обработки.

2.7.2 Определение основного времени

 (26)

Где L_рх – длина рабочего хода с учетом врезания и перебега,

S_мин – минутная подача на оборот инструмента,

i – количество переходов.

L_рх = l + l₁ + l₂ (27)

Где l – длина рабочего хода,

l₁ – величина врезания,

l₂ – величина перебега.

L_рх = 206 + 1+ 1 = 208

Рис. 3. Схема обработки.

 (мин)

Определяем вспомогательное время по формуле:

T_B1 = t_в1 + t_в2 + t_в3 + t_в4 (28)

Где t_в1 = 0,16 (мин) – время на установку и снятие детали ([4], стр. 58, к. 16, л.3);

t_в2 = 0,03 (мин) – время на проход инструмента ([4], стр. 108, к. 31);

t_в2 = 0,04х2=0,08 (мин) – время на установку инструмента ([4], стр. 109, к. 31);

t_в2 = 0,06 (мин) – время на установку режимов резания ([4], стр. 109, к. 31);

t_в2 = 0,04х2=0,08 (мин) – время на включение/выключение двигателя и системы ЧПУ ([4], стр. 109, к. 31);

t_в3 = 0,15х2 =0,3 (мин) – время на контроль штангенциркулем ([4], стр. 191, к. 86, л. 1);

t_в4 = 0,05 (мин) – время на установку щитка ограждения от стружки.

T_B = 0,16 + 0,03 + 0,08 + 0,06 + 0,08 + 0,3 = 0,44 (мин).

Определяем оперативное время по формуле:

Т_ОП = Т_О + Т_В (29)

Т_ОП = 0,204 + 0,44 = 0,644 (мин).

Определяем долю времени, затрачиваемую на обслуживание оборудования и личные надобности из соотношения:

Т_ОБСЛ + Т_ОЛН = 10%Т_ОП (30)

Где Т_ОБСЛ – время на обслуживание оборудования и рабочего места,

Т_ОЛН – время на отдых и личные надобности рабочего.

Т_ОБСЛ + Т_ОЛН =  (мин).

2.7.3 Определение нормы штучного времени

Т_ШТ = Т_ОП + Т_ОБСЛ + Т_ОЛН (31)

Т_ШТ = 0,644 + 0,0644 = 0,7084 (мин).

2.8 Оформление технологических документов

Комплект технологических документов составлен и оформлен в соответствии с требованиями ГОСТ 3.118-82 и ГОСТ 3.1121-74.

3. Конструкторская часть

3.1 Проектирование и расчет приспособления

3.1.1 Описание работы приспособления

Усилие зажима должно препятствовать изменению положения детали вследствие действия сил резания, веса, центробежных сил, сил инерции.

Специальное фрезерное приспособление применяется для обработки криволинейного контура детали “Стакан” 2А38.02.038 на операции 0060 программная. Обработка ведется на горизонтально-расточном станке ИР-500ПМФ4.

Характерной особенностью данного приспособления является то, что оно служит для одновременной установки и закрепления 2-х заготовок, т.е. является двухпозиционным, что увеличивает производительность.

Приспособление состоит из следующих основных частей:

- стойка;

- прихват (6 шт);

- база (6 шт);

- болт (2 шт);

- шайба;

- плита;

- палец (2 шт);

- шпилька (2 шт).

Заготовка имеет полное базирование в приспособлении, т.е. лишена 6 степеней свободы.

При базировании заготовка опирается плоскими поверхностями на базовые выступы, к которым она поджимается двумя прихватами, приводимыми в действие вращением гайки, установленной на шпильке, причем указанная шпилька оснащена левой и правой резьбой, что позволяет обеспечить одновременное смещение навстречу друг другу зажимов и надежно закрепить одновременно 2 заготовки.

Во избежание смещения заготовок в процессе фрезерования форма прихватов соответствует сложной конфигурации деталей; так, например, скос прихвата позволяет обеспечить обработку фрезерованием паза на заготовке в позиции 2.

Применение винтовых зажимов экономически и технически оправдано в связи с их простотой и дешевизной изготовления, легкостью сборки и обеспечением локального закрепления заготовок сложной формы.

Силовой расчет сводится к назначению параметров резьбы с целью обеспечения требуемого усилия зажима и надежностью конструкции.

3.1.2 Расчет зажимного усилия приспособления

Для определения сил резания выбираем самый нагруженный переход операции, т.е. тот, где снимается наибольший припуск, и усилие резания максимальное. Следовательно, сила зажима должна быть наибольшей, чтобы выдержать эту нагрузку.

Рис. 4. Схема приложения сил.

Самым нагруженным является 2 переход по обработке контура по программе в заданные размеры. При обработке контура снимается припуск t = 0,5 мм. Ширина фрезерования B = 33,5 мм. Обработка производится инструментом фреза концевая специальная ø14 мм, z = 6 из быстрорежущей стали Р6М5 ГОСТ 17026-71. Частота вращения n=1344 мин^-1. Минутная подача S_м=343 об/мин. Мощность потребная на резание N=1,78 кВт.

Определяем скорость главного движения:

 (32)

, (м/мин).

Определяем силу резания при обработке:

 (33)

 (кгс).

Определяем усилие зажима по следующей формуле:

 (34)

Где k – коэффициент запаса, учитывающий нестабильность силовых воздействий на заготовку и вводят при вычислении зажимного усилия для обеспечения надежного закрепления.

 (35)

Где k₀ = 1,5 – гарантированный коэффициент запаса, допускающий возникновение в процессе обработки каких-либо неучтенных случайных факторов;

k₁ = 1 – коэффициент учитывающий состояние обрабатываемых поверхностей заготовки;

k₂ = 1,2 – коэффициент учитывающий увеличение сил резания, Вследствие затупления режущего инструмента;

k₃ = 1 – коэффициент учитывающий увеличения силы резания при прерывистом резании;

k₄ = 1,3 – коэффициент учитывающий непостоянство зажимного усилия, прикладываемого к заготовке, вследствие конструктивных особенностей привода приспособления;

k₅ = 1 – коэффициент характеризующий эргономику немеханизированного зажимного механизма;

k₆ = 1,5 – коэффициент учитывающий наличие моментов, стремящихся развернуть заготовку.

.

 (кгс);

Определяем усилие, создаваемое винтовым зажимом:

 (36)

Где l₀ – расстояние от оси до точки приложения силы, l₀ =44 мм

H – высота направляющей части,H = 50 мм;

f – коэффициент трения определяется качеством контактируемых поверхностей, принимаем f = 0,18;

q – сопротивление пружины, принимаем q = 3 кгс

 (кгс).

По известной силе зажима табличным путем назначаем резьбу винта М16 с шагом Р = 2 мм; d₁ = 13,835 мм; d₂ =14,701 мм.

Где d₁ – внутренний диаметр резьбы,

d₂ – средний диаметр резьбы,

Р – шаг резьбы.

3.2 Проектирование и расчет режущего инструмента

Для обработки фрезерованием паза на детали “Стакан” 2А38.02.038 на горизонтально-расточном станке ИР-500ПМФ4, была спроектирована специальная концевая фреза, используемая на операции 0060 технологического процесса изготовления детали.

Спроектированный инструмент имеет следующие конструктивные особенности:

По способу установки на станке фреза является хвостовой, т.е. для базирования и закрепления инструмента, а также передачи осевой силы и крутящего момента, служит конический хвостовик, выполненный в виде конуса Морзе 3 ГОСТ 25557-82. Коническая поверхность хвостовика является технологической базой режущего инструмента, в связи с этим требуется обеспечение высокого качества ее обработки.

Для обеспечения надежного крепления режущего инструмента в шпинделе станка посредством затяжки шомполом, служит резьбовое отверстие М12, выполненное в хвостовике на длину 30 мм.

По конструкции фреза является сборной: корпус изготовлен из конструкционной стали 50 ГОСТ 1050-88, режущая часть выполнена из быстрорежущей стали Р6М5. Соединение происходит посредством стыковой сварки.

Представленная конструкция является достаточно технологичной, т.к. применение сварных конструкций режущего инструмента позволяет за счет экономии инструментальных материалов расширять номенклатуру режущего инструмента, оснащенного пластинками из дефицитных инструментальных материалов и сплавов, и обеспечивать повышение производительности процессов обработки металлов резанием, т.е. решать одну из основных задач машиностроения.

По материалу режущей части фреза относится к группе быстрорежущих инструментов.

Быстрорежущие стали обладают высокими вторичной твердостью, износостойкостью, красностойкостью, прочностью и вязкостью, что обеспечивает высокую работоспособность инструмента, изготовленного из них, и его способность выдерживать большие силовые и тепловые нагрузки.

3.2.1 Определение геометрических параметров фрезы

Остро заточенная форма зубьев фрезы наиболее распространенная и достаточно технологичная в изготовлении, достаточно универсальная, с точки зрения доработки ее геометрии при перезаточке во время эксплуатации под различные условия обработки.

Прочность зуба обеспечивается углом y=45…50°, Для хвостовых фрез принимается угол y =35°...40°.

Передний угол γ=0…10º в зависимости от свойств обрабатываемого материала; принимаем γ=10º (максимальное значение угла γ облегчает условия врезания в заготовку и деформацию стружки).

Задний угол α предназначен для снижения трения задней поверхности зуба об обрабатываемую поверхность. В зависимости от типа фрезы и обрабатываемого материала угол α назначают в пределах 6…30º. Принимаем α₁=16º, α₂=35º.

Наличие фаски f упрочняет зуб и служит для восстановления диаметра фрезы при переточках по передней поверхности. Величина f выбирается в пределах 0,5…1 мм, принимаем f=1 мм.

Рис. 5. Геометрические параметры фрезы.

Диаметр фрезы является одним из важнейших элементов, влияющих на процесс фрезерования. Диаметр фрезы назначается конструктивно из условия:

, мм.

Где Dфр – диаметр фрезы, мм;

dм – диаметр под шомпол, мм.

 (мм).

С увеличением диаметра фрезы наблюдается следующее:

- уменьшается толщина срезаемого слоя, отделяемого зубом фрезы, увеличивается поверхность контакта зуба с материалом детали, повышается чистота обработанной поверхности, повышается стойкость фрезы;

- повышается интенсивность отвода тепла, возникающего при резании, т.к. масса металла каждого зуба больше. Кроме того, каждый зуб в течение меньшего промежутка времени находится в работе и, следовательно, воспринимает в процессе резания меньшее количество тепла;

- возможно усиление крепления фрезы, что препятствует возникновению вибраций, способствует повышению чистоты поверхности детали, повышению стойкости фрезы и использованию повышенных режимов при эксплуатации РИ.

Но, наряду с достоинствами, фрезы большого диаметра обладают и недостатками:

- повышается крутящий момент, а, следовательно, увеличивается расход энергии на фрезерование;

- увеличивается рабочая длина фрезерования из-за большой величины врезания, что снижает производительность процесса обработки;

- повышается металлоемкость конструкции и стоимость фрезы.

Основным параметром конструкции фрезы, как многолезвийного инструмента является число зубьев, которое оказывает прямое влияние на производительность труда, на сам процесс фрезерования и на потребляемую при резании мощность.

Упрощенно число зубьев концевой фрезы определяется из соотношения:

; (37)

.

Принимаю z=6.

Распределение зубьев по окружности равномерно. Окружной шаг зубьев рассчитывается по формуле:

; (38)

.

3.3 Проектирование и расчет специального мерительного инструмента

Специальный мерительный инструмент спроектирован для операции 0050 программная и предназначен для комплексного контроля размеров детали. Он применяется совместно с калибрами-пробками.

Калибр состоит из следующих основных деталей:

- угольник;

- основание;

- стойка (2 шт.);

- втулка;

- планка (2 шт.).

Принцип работы данного калибра заключается в следующем:

- деталь устанавливается на угольник, 3 планки и между четырьмя базовыми стойками по размеру 38, закрепленными на основании.

Контроль позиционного допуска осей четырех отверстий Ø14H8 производится пробкой ТМТ 000.305.000 направляемой через 4 втулки, установленные на основании.

Контроль допуска симметричности отверстия Ø33H14 производится пробкой ТМТ 000.312.000, направляемой по стойке, находящейся также на основании.

Применение данного калибра дает возможность сократить долю вспомогательного времени и возможность выбраковки негодных деталей.

4. Экономическая часть

4.1 Выбор базового варианта для сравнения

Экономическая эффективность внедрения в производство нового технологического процесса машинной обработки детали определяется путем сравнения и анализа ряда технико-экономических показателей проектного варианта и принятого за базу (чаще всего заводского действующего варианта). При совершенствовании существующего на предприятии технологического процесса за базу принимается именно он. Кроме того необходимо выдержать следующие условия сопоставимости: одни и те же требования к качеству продукции; один объем выпуска продукции (вести расчет на программу выпуска завода); одинаковые условия по режиму работы; сходные условия труда и техники безопасности, обязательных для данного вида производства.

Для экономического обоснования технологического процесса необходимы исходные данные, которые приведены в таблице 4.

Таблица 4.

Штучно-калькуляционное время определяется по формуле:

, мин. (39)

Где n – величина партии, принимаемая на основе рекомендаций по размеру партии и периоду выпуска, типу производства; n=50 шт.

4.2 Определение потребности в оборудовании

Расчетное количество оборудования одного типоразмера для условий мелкосерийного производства определяется по группам однотипного оборудования по формуле:

, шт. (40)

Где Ср – расчетное число станков;

Nз – годовая программа выпуска, шт;

ΣTшт-к – суммарная трудоемкость операций, выполняемых на оборудовании определенной модели, мин;

Квн – коэффициент выполнения норм; принимаем Квн=1.

, шт. (41)

Где Nв – годовая программа выпуска деталей; принимаем Nв=600 шт;

β - коэффициент, учитывающий планируемые технологические потери; β=1…2%;

Fд – действительный фонд времени работы единицы оборудования, час.

, шт. (42)

Где Fн – номинальный фонд времени, берется по производственному календарю, с учетом числа рабочих смен; Fн=4000 часов;

α – коэффициент учитывающий простои оборудования в плановом ремонте; α=5…6%.

Если базовым вариантом является технологический процесс, существующий на заводе, то Tшт-к берется по данным завода.

Расчетное количество оборудования при необходимости округляется в большую сторону до целого числа (в отдельных случаях можно округлять в меньшую сторону, чтобы перегрузка не превышала 10%). После этого рассчитывают коэффициент загрузки оборудования.

. (43)

Где Спр – принятое количество оборудования в шт.

В единичном и серийном производстве загрузка оборудования незначительна, поэтому для ее увеличения необходимо предусмотреть догрузку его аналогичными деталями. В этом случае определяют коэффициент занятости оборудования данной деталью.

. (44)

Где 0,85…0,87 – коэффициент учитывающий потери времени по организационно-техническим причинам.

Результаты расчета сводим в таблицу 5.

Таблица 5.

4.3 Определение численности производственных рабочих на заданную программу выпуска по вариантам технологических процессов

Число производственных рабочих определяется по формуле:

 (45)

Где Fдр – действительный годовой фонд времени рабочего в часах.

 (46)

Где Fнр – номинальный фонд времени работы рабочего по производственному календарю; принимаем Fпр=2000 ч;

f – коэффициент, учитывающий потери времени в связи с невыходом на работу f=10-12%;

m – коэффициент многостаночного обслуживания.

Где tм – основное машинное время на операцию (на лимитирующий переход), мин;

tручн – время ручной работы, мин.

 (47)

Где tв – вспомогательное время на операцию, мин;

tн – время наблюдения за работой оборудования, мин; tн=0,3…0,7 мин;

tn – время перехода на другое рабочее место, мин; tn=0,1…0,2 мин.

Результаты расчета сводим в таблицу 6.

Таблица 6.

4.4 Определение потребности производственной площади по вариантам технологических процессов

Производственной считается площадь, на которой размещены рабочие места, необходимые для выполнения заданной программы.

Площадь, потребная на выполнение операции определяется по формуле:

 (48)

Где Sуд удельная площадь на единицу оборудования, м²;

Спр – принятое количество оборудования;

Кд – коэффициент, учитывающий дополнительную площадь, т.е. вспомогательную и бытовую на единицу оборудования; значение Кд занесено в таблицу 7.

Таблица 7.

Средние нормативы удельной площади на единицу оборудования принимаются:

- мелкие станки Sуд=8 м²;

- средние станки Sуд=8…15 м²;

- крупные станки Sуд=16…22 м².

Общая потребная производственная площадь по каждому варианту определяется как сумма площади занимаемая станками всех типоразмеров. Производственная площадь рабочего места слесаря принимается S=5 м² на человека.

Результаты расчета сводим в таблицу 8.

Таблица 8.

4.5 Определение капиталовложений по вариантам технологических процессов

Капиталовложения по составляемым вариантам подразделяются на общие, новые и дополнительные. К общим капиталовложениям относят новые, а также восстановительную стоимость используемого на предприятии оборудования и дорогостоящей оснастки. Дополнительные капиталовложения – это разность общих капиталовложений по сравниваемым вариантам. Общие капиталовложения по каждому варианту определяются по формуле:

 (49)

Где Ко – капиталовложения в оборудование, руб;

Кзд – капиталовложения в здание, руб;

Косн – капиталовложения в оснастку, руб.

Капиталовложения в оборудование складываются из капиталовложений в технологическое, энергетическое, подъемно-транспортное оборудование и определяются по каждому его типоразмеру, по каждому варианту технологического процесса.

 (50)

Где Ко – капиталовложения в технологическое оборудование по операциям, руб;

Цо – стоимость единицы оборудования, руб;

Кзан – коэффициент занятости оборудования; введен в формулу, чтобы учесть ту часть капиталовложений, которая относится к производству данной детали;

1,15 – коэффициент, учитывающий стоимость транспортировки и монтажа.

Если приобретается новое оборудование, то берется его первоначальная стоимость (цена по прейскуранту и затраты на транспортировку и монтаж). Стоимость единицы имеющегося оборудования принимается равной его балансовой стоимости за вычетом стоимости износа на расчетный год.

Капиталовложения в энергетическое и подъемно-транспортное учитываются, если они не входят в состав технологического оборудования или технологический процесс предусматривает закрепление транспортных средств за определенным рабочим местом.

Результаты расчетов сводим в таблицу 9.

Таблица 9.

Капиталовложения в здание определяются по формуле:

 (51)

Где S – производственная площадь под оборудование, м²;

h – высота здания, м; h=8 м;

Цм³ – стоимость 1м³ производственного здания; зависит от типа здания, руб; Цм³=300 руб.

Для существующих зданий, используемых по вариантам, стоимость 1 м³ определяется делением его балансовой стоимости за вычетом фактического погашения износа на объем здания.

Результаты расчета заносим в таблицу 10.

Таблица 10.

Капиталовложения в технологическую оснастку складываются из стоимости специальной и универсальной оснастки. Стоимость универсальной оснастки может быть взята в размере 5…10% от стоимости технологического оборудования или определяется по формуле:

, руб. (52)

Где Цосн – цена единицы оснастки, руб;

Кзан=1 для специальных приспособлений; Кзан=Кзан оборудования (станка) для универсальных приспособлений.

Результаты расчета сводим в таблицу 11.

Таблица 11.

Сводная ведомость капиталовложений по вариантам технологических процессов представлена в таблице 12.

Таблица 12.

4.6 Расчет технологической себестоимости по сравниваемым вариантам технологических процессов

Для обоснования экономической эффективности достаточно определить только те затраты на обработку детали, которые зависят от характера технологического процесса, т.н. технологическую себестоимость детали. В нее включают следующие статьи затрат:

- стоимость основного материала;

- основная и дополнительная зарплата производственных рабочих с отчислениями на социальное и медицинское страхование;

- стоимость электроэнергии;

- расходы на амортизацию оборудования;

- расходы на ремонт и содержание оборудования;

- расходы на амортизацию и эксплуатацию приспособлений;

- расходы на амортизацию и ремонт инструмента;

- расходы на содержание, ремонт и амортизацию здания;

- зарплата наладчика основная, дополнительная с отчислениями на социальное и медицинское страхование в фонд занятости.

4.6.1 Расчет стоимости основного материала

Стоимость материала определяется по формуле:

 (53)

Где m₀ – норма расхода материала, кг;

a₀ – стоимость 1 кг заготовки, руб; по данным завода a₀=300 руб;

Ктз=1,05…1,08 – коэффициент, учитывающий транспортно-заготовительные расходы;

m₁ – масса реализуемых отходов, кг;

a₁ – стоимость 1 кг отходов, руб; 20% от стоимости материала; a₁=60 руб;

Результат расчета заносим в таблицу 13.

Таблица 13.

4.6.2 Расчет заработной платы производственных рабочих

Она определяется исходя из тарифных ставок по разряду работы, принятого на заводе процента премий и доплат. Расчет ведется по каждой операции по сравниваемым операциям по формуле:

, руб. (54)

Где Сч – часовая тарифная ставка по разряду данной операции, руб;

Км – понижающий коэффициент при многостаночном обслуживании;

К – коэффициент, учитывающий премии, доплаты и отчисления на социальное и медицинское страхование в фонд занятости.

Результаты расчетов заносим в таблицу 14.

Таблица 14.

4.6.3 Расчет стоимости силовой электроэнергии

Стоимость электроэнергии определяется по формуле:

, руб (55)

Где Nуст – мощность электродвигателя оборудования, кВт;

Кс – коэффициент спроса; Кс=0,25…0,3;

К₁ – коэффициент, учитывающий одновременность работы потребителей; К₁=0,6…0,7;

Цквтч – стоимость 1 квтч энергии по данным завода, руб; Цквтч=1,6 руб.

Результаты расчета сводим в таблицу 15.

Таблица 15.

4.6.4 Расчет амортизации оборудования

Эти затраты определяются на каждый типоразмер оборудования, и определяются по формуле:

, руб. (56)

Где Нa – норма амортизации, %; На=6,7%; для станков с ЧПУ На=10,05%;

Кз – коэффициент загрузки; Кз=0,8…0,85.

Результаты расчета сводим в таблицу 16.

Таблица 16.

4.6.5 Расчет расходов на ремонт и содержание оборудования

Затраты по этой статье включают все расходы по текущему ремонту и обслуживанию, определяются по формуле:

, руб. (57)

Где Г – категория ремонтной сложности станка (по его паспорту);

Р – средняя величина расходов на ремонтную единицу, руб/год.

Результаты расчета сводим в таблицу 17.

Таблица 17.

4.6.6 Расчет расходов на амортизацию и содержание приспособлений

Для специальных приспособлений расчет ведется по формуле:

, руб. (58)

Где Косн – капиталовложения в специальную оснастку, руб;

0,6 – коэффициент учитывающий норму амортизации и расходы в год на ремонт (для 2-х годичного срока эксплуатации).

Для универсальных приспособлений расчет ведется по формуле:

, руб. (59)

Где Косн – капиталовложения в универсальную оснастку, руб;

Срем – стоимость ремонта приспособлений, руб; 15% от Косн;

Т – срок службы приспособления; Т=2 года.

Результаты расчета сводим в таблицу 18.

Таблица 18.

4.6.7 Расчет расходов на амортизацию и ремонт режущего инструмента

Для универсального режущего инструмента расходы определяются по формуле:

, руб. (60)

Где Sм – стоимость работы минуты инструмента, коп;

tм – машинное (основное) время работы инструмента, руб;

Ку – коэффициент случайной убыли; Ку=1,1…1,3.

Для специального инструмента:

, руб. (61)

Где β – коэффициент удорожания инструмента.

Результаты расчетов сводим в таблицу 19.

Таблица 19.

4.6.8 Расчет расходов на содержание, ремонт и амортизацию здания

Величину данных расходов определяем по формуле:

, руб. (62)

Где Кзд – капиталовложения в здание, руб;

На_зд – норма амортизации для зданий, %; На_зд=1%;

Р – процент расходов на текущий ремонт зданий; Р=1,5%.

Базовый технологический процесс:

 (руб).

Проектируемый технологический процесс:

 (руб).

4.6.9 Расчет заработной платы наладчика с доплатами и отчислениями на социальное и медицинское страхование

Заработная плата определяется по формуле:

, руб. (63)

Где Счн – часовая тарифная ставка наладчика, руб/час; Счн=12,82 руб/час;

Тп-з – суммарное подготовительно-заключительное время в базовом варианте технологического процесса, мин; Тп-з=66 мин;

n – число деталей в партии, шт; n=50 шт;

К – коэффициент учитывающий премии, доплаты, отчисления; К=1,4…2,0; принимаем К=1,8.

 (руб).

Проектируемый технологический процесс разработан для оборудования ИР-500ПМФ4, поэтому наладчик не требуется.

Определяем технологическую себестоимость детали по вариантам.

Таблица 20.

4.7 Расчет показателей экономической эффективности

Целесообразность внедрения спроектированного технологического процесса определяется рядом показателей:

- экономия капитальных затрат при осуществлении мероприятия;

- снижение себестоимости изготовления детали;

- срок окупаемости дополнительных капитальных затрат;

- производительность труда;

- количество высвобождаемых рабочих;

- годовой экономический эффект от внедрения.

Расчет их ведется сравнением полученных технико-экономических показателей сопоставляемых вариантов технологических процессов.

4.7.1 Экономия капитальных затрат

Если сумма капиталовложений по сравнению с базовым уменьшается, то есть К2<К1, то определяется экономия капиталовложений:

 (64)

Где К₂, К₁ – капиталовложения по базовому и проектируемому варианту.

 руб.

4.7.2 Снижение себестоимости изготовления детали

Абсолютное снижение определяется по формуле:

 (65)

Где С₁, С₂ – себестоимость обработки детали по базовому и проектируемому вариантам, руб.

 (руб).

Годовая экономия от снижения себестоимости:

 (66)

 (руб).

4.7.3 Количество высвобождаемых рабочих.

Абсолютное количество высвобождаемых рабочих от внедрения проектируемого технологического процесса определяется:

 (67)

Относительное высвобождение определяется по формуле:

 (68)

Где R₁, R₂ – численность основных рабочих по базовому и проектируемому вариантам, чел.

 (чел).

%.

4.7.4 Производительность труда

Уровень производительности определяется как выработка в год на одного основного рабочего в штуках.

, шт/чел. (69)

Рост производительности труда в процентах:

 (70)

Где Пр₂, Пр₁ – производительность труда по проектируемому и базовому вариантам.

 шт/чел;

 шт/чел;

.

4.7.5 Годовой экономический эффект

Он представляет собой экономию на приведенных затратах:

, руб; (71)

, руб. (72)

Где Ен – нормативный коэффициент экономической эффективности; Ен=2,0.

 руб;

 руб.

Если внедрение нового технологического процесса обеспечивает экономию капиталовложений, то

, руб (73)

Где Кэ – экономия капитальных затрат по внедряемому варианту, руб.

 руб.

Показатели экономической эффективности сводим в таблицу 21.

Таблица 21.

5. Экологическая часть

5.1 Мероприятия по защите биосферы

В процессе производства образуются твердые промышленные отходы в виде лома, стружки, шлаков, окалины, золы, опилок, пыли, мусора и жидкие в виде осадка сточных вод после их обработки, шлама из устройств мокрой очистки технологических и вентиляционных выбросов. Наряду с этим окружающая среда подвергнется возрастающему воздействию неблагоприятных факторов физической природы: шума, вибраций, теплового и радиоактивного загрязнений, электромагнитного и других видов излучений. Современный научно-технический прогресс с возрастающей интенсивностью изменяет облик нашей планеты. Быстрыми темпами растет промышленность, автотранспорт, энергетика, увеличивается численность и урбанизация населения, в широких масштабах осуществляется химизация народного хозяйства - все эти факторы неизбежно приводят к увеличению эксплуатации природных ресурсов, оказывают возрастающее разрушительное воздействие на окружающую природу, ставя её на грань экологического кризиса. В настоящее время масштабы воздействия человека на окружающую среду не имеют подобия в истории планеты и достигли таких размеров, что в ряде регионов земного шара, особенно в крупных промышленных центрах, уровни загрязнений значительно превышают допустимые нормы.

Проблемы охраны окружающей среды является комплексной и носит глобальный характер и поэтому должны решаться не только применительно к конкретному предприятию или производственному циклу, но и в масштабах отдельных городов, промышленных центров, регионов, всей территории страны, группы стран, отдельных континентов и всей земли с учетом социальных, экологических, технических, экономических, правовых и международных аспектов.

В современном обществе резко возросли роль и задачи промышленной экологии, призванной на основе оценки степени вреда, приносимого природе индустриализацией производства, разрабатывать и совершенствовать инженерно-технические средства защиты природы, всемирно развивать и внедрять малоотходные, безотходные и энергосберегающие технологические процессы, создавать предприятия замкнутого цикла, осуществлять тщательный контроль за состоянием окружающей среды, сохранять живую природу как источник здоровья человека и формирования его личности.

Важнейшей задачей является экологическое воспитание будущих специалистов, которых необходимо не только вооружать глубокими экологическими знаниями, навыками оптимального природопользования, но и формировать у них активное творческое отношение к охране окружающей среды, сохранению живой природы, способность предвидеть и учитывать последствия природного использования.

5.2 Техника безопасности

Требования безопасности к производственным процессам включают:

— устранение непосредственного контакта работающих с исходными материалами, заготовками, полуфабрикатами, готовой продукцией и отходами производства, оказывающими вредное воздействие;

— замену технологических процессов и операций, связанных с возникновением опасных и вредных производственных факторов, процессами и операциями, при которых указанные факторы отсутствуют или обладают меньшей интенсивностью;

— комплексную механизацию и автоматизацию производства;

— применение дистанционного управления технологическими процессами и операциями при наличии опасных и вредных производственных факторов;

— герметизация оборудования;

— применение средств коллективной защиты работающих;

— рациональную организацию труда и отдыха с целью профилактики монотонности и гиподинамии, а также ограничение тяжести труда;

— своевременное получение информации о возникновении опасных и вредных производственных факторов на отдельных технологических операциях;

— внедрение систем контроля и управления технологическими процессами, обеспечивающими защиту работающих и аварийное отключение производственного оборудования;

— своевременное удаление и обезвреживание отходов производства, являющихся источниками опасных и вредных производственных факторов;

— обеспечение пожаро- и взрывобезопасности.

Для обеспечения безопасных условий труда все производственное оборудование подчиняется требованиям ГОСТ 12.2.009-80. «Станки металлообрабатывающие. Общие требования безопасности» и соблюдаются меры по технике безопасности. У каждого станка имеется в наличии в исправном состоянии устройства ограждения, исправная электрозащита. При использовании в станках для закрепления деталей пневматических и гидравлических приспособлений, необходимо оберегать от механических повреждений трубки подачи воздуха или жидкости. Применять только исправный инструмент.

При проектировании технологического процесса и модернизации оборудования для безопасной работы учитываются следующие требования электробезопасности:

— провода, подводящие ток к электрооборудованию, надежно изолированы, проложены в металлических трубах и залиты битумом;

— пусковая аппаратура размещена в специальных шкафах, на вводе установлены автоматические предохранители от коротких замыканий и перегрузок тока;

— корпуса электродвигателей и станины оборудования заземлены.

Пожарная безопасность предусматривает такое состояние объекта, при котором исключается возможность пожара, а в случае его возникновения предотвращались бы воздействия на людей опасных факторов пожара. Пожарная безопасность обеспечивается системой предотвращения пожара и системой пожарной защиты

Причинами возникновения пожара могут быть неисправность электрооборудования, а именно повреждение проводки, вследствие чего возможно замыкание проводов, самовозгорание промасленной ветоши, курение в неположенных местах ремонт оборудования на ходу, т.е. в процессе ремонта может произойти короткое замыкание, повреждение изоляции, что приведет к пожару.

Для обеспечения пожарной безопасности применяем следующие меры - плановый профилактический осмотр и ремонт электроустановок, а также двойная изоляция электропроводки.

Все виды ремонтных работ проводят только при отключенном питании электрооборудования. Поэтому на территории завода действует ряд мероприятий, направленных на устранение причин, способных вызвать пожар.

Для устранения этих причин необходимо проводить следующие мероприятия:

— хранить ветошь в металлических ящиках с крышкой, освобождаемых не реже одного раза в смену;

— в электросхемах станков применять тепловые реле, плавкие предохранители;

— СОЖ хранить в специальных помещениях;

— при проливе масла немедленно его собрать и удалить;

— курить в строго определенных для этого местах;

— осторожно обращаться с открытым огнем.

Заключение

Целью данного дипломного проекта было усовершенствование имеющегося технологического процесса механической обработки детали “Стакан”2А38.02.038. При анализе имеющегося технологического процесса были выявлены отступления от нормы при оформлении технологической документации, неадекватный нормальному, коэффициент использования материала, использование метода дифференциации при проектировании, использовании морально устаревшего на данный момент оборудования.

Предложение на усовершенствование было, прежде всего, направлено на устранение недостатков, перечисленных выше. Усовершенствования, базового технологического процесса, заключались в следующем: была произведена корректировка размеров заготовки с целью повышения коэффициента использования материала; был использован высокопроизводительный станок ИР-500ПМФ4 с целью концентрации производства; оформление технологической документации было осуществлено в соответствии с требованиями ГОСТ 3.118-82 и ГОСТ 3.1121-74. А также был произведен расчет приспособления, специального режущего и мерительного инструмента.

Все нововведения позволили добиться необходимых требований, которые были приведены в предложении на усовершенствование. В результате снизилась общая трудоемкость изготовления детали и ее себестоимость. Усовершенствование позволило сократить долю вспомогательного времени. Цикл механической обработки снизился с 23 до 9 операций. Сокращение количества оборудования позволило уменьшить количество рабочих, что выгодно с экономической точки зрения. Таким образом, годовой экономический эффект составил 413000,988 рублей, что является хорошим показателем.

Библиография

1.      Справочник технолога - машиностроителя т. 1 - 4 изд. перераб. и доп. Под ред. А.Г. Косиловой, Р.К. Мещерекова" - М., “Машиностроение”, 1985г.

2.      Справочник технолога - машиностроителя т. 2 - 4 изд. перераб. и доп. Под ред. А.Г. Косиловой, Р.К. Мещерекова" - М., “Машиностроение”, 1985г.

3.      Общемашиностроительные нормативы режимов резания для технического нормирования работ на металлорежущих станках. Часть 1. Токарные, карусельные, токарно-револьверные, алмазно-расточные, сверлильные, строгальные, долбежные и фрезерные станки. Серийное производство. Под ред. В.И. Яковлевой. Изд. 2-е. М., “Машиностроение”, 1974.

4.      Общемашиностроительные нормативы времени вспомогательного, на обслуживание рабочего места и подготовительно-заключительного для технического нормирования станочных работ. Серийное производство. Под ред. В.И. Яковлевой. Изд. 2-е. М., “Машиностроение”, 1974.

5.      Справочник «Станочные приспособления» т.1, под редакцией В.Н. Вардашкина и А.А. Шатилова, М., “Машиностроение” 1984г.

6.      Справочник «Станочные приспособления» т.2, под редакцией В.Н. Вардашкина и А.А. Шатилова, М., “Машиностроение” 1984г.

7.      Малов А.Н. и др. Справочник металлиста. Т.З. М„ “Машиностроение”, 1977г.

8.      Сахаров Г.Н. и др. Металлорежущие инструменты, Москва, “Машиностроение”, 1989.