Совершенствование элементов технологического процесса обработки детали корпус

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. Станочные приспособления применяют для установки заготовок на металлорежущие станки. Обоснованное их применение позволяет получать высокие технико-экономические показатели. Трудоемкость и длительность цикла технологической подготовки производства (ТПП), себестоимость продукции можно уменьшить за счет применения стандартных систем специальных приспособлений, сократив трудоемкость, сроки и затраты на проектирование и изготовление приспособления. Также увеличивается точность обработки деталей по параметрам отклонений размеров, формы и расположения поверхностей за счет применения приспособлений точных, надежных, обладающих достаточной собственной и контактной жесткостью, с уменьшенными деформациями заготовок и стабильными силами их закрепления. Более того, применение специальных приспособлений позволяет обоснованно снизить требования к квалификации станочников основного производства, объективно регламентировать длительность выполняемых операций и расценки, расширить технологические возможности оборудования.



Рисунок. 10. Факторы, влияющие на производительность изготовления корпуса.

На основе вышеизложенного материала можно составить схему (рис. 10), которая будет отражать все факторы, влияющие на производительность корпуса в процессе его работы.

Таким образом, в процессе работы были выявлены и рассмотрены факторы, влияющие на производительность изготовления корпуса. Если при обработке учесть их, и сделать правильные выводы, можно повысить производительность корпуса, что приведет к уменьшению экономических затрат, повысит срок службы детали и увеличит эффективность всего производства. Также, в данном случае можно предложить разработать специальное приспособление для сверления в корпусе трех отверстий диаметром 20Н7^(+0,021) - скальчатый кондуктор.

3. Разработка путей повышения технологических возможностей обработки

В процессе обработки детали “корпус”, говоря об анализе силовых характеристик, можно сказать, что, прежде всего, необходимо достичь равномерного съема металла, стабильной геометрии образуемого рельефа и высокого качества обрабатываемых поверхностей.

Число рабочих ходов, в процессе которых осуществляется подача на глубину, определяется, главным образом, величиной снимаемого припуска. За рабочими ходами следуют чистовые холостые ходы, в процессе которых подача на глубину не производится, но они необходимы для снижения шероховатости поверхности (сглаживающего эффекта). В процессе обработки на каждом отдельном ходе при заданной величине подачи происходят изменения на глубину вместе с остаточным усилием от предыдущего цикла подачи, определяя начальное усилие данного цикла. Поэтому при каждом отдельном ходе при заданной величине подачи происходит изменение усилий резания в зависимости от состояния режущего инструмента и применяемого способа механической обработки детали “корпус”.

При анализе процесса механической обработки, делаем вывод, что он характеризуется и значительными пластическими деформациями поверхностных слоев металла в зоне обработки. Выбор оптимальных режимов резания позволяет обеспечить активный съем металла, а также исправлять исходную погрешность геометрических параметров после предварительной обработки детали “корпус”. Таким образом, на качество обработанных поверхностей корпуса оказывает влияние метод обработки и состояние режущего инструмента, а также длина рабочего хода стола станка. Чем она меньше, тем выше микронеровности обработанных поверхностей детали “корпус”.

Также можно заметить, что производительность обработки зависит от длины рабочего хода стола станка. Качество обработки зубчатого венца на хвостовике детали “корпус” определяется тремя факторами: скоростью резания, продольной подачей стола и длиной его рабочего хода. При уменьшении длины рабочего хода стола станка производительность обработки возрастает, при этом качество обработки ухудшается. Зависимость качества обработки зубчатого зацепления можно установить экспериментально в зависимости от скорости резания, продольной подачи стола и длины его рабочего хода.

Способ воздействия на обрабатываемый материал определяет производительность и формирование параметров качества обрабатываемой поверхности и может быть использован в различных режимах механической обработки. Каждый способ воздействия характеризуется определенным диапазоном достижимой производительности экономической целесообразности для конкретных условий мелкосерийного производства. Сочетание различных способов воздействия не только позволяет наилучшим образом использовать каждый способ обработки, но и выявить дополнительные их преимущества. Не всегда замена одного способа механической обработки на другой приводит к желаемым результатам. Часто решение сложных производственных задач лежит на стыке или в сочетании различных способов.

По мере развития технологии машиностроения следует ожидать дальнейшего увеличения способов воздействия, их сочетаний и комбинаций. Разработка новых и комплексное совершенствование существующих методов обработки и способов воздействия на обрабатываемый материал является важнейшим направлением в развитии технологии машиностроения.

3.1 Проектирование специального приспособления

Описание принципа работы скальчатого кондуктора.

На рис.11 показана наладка консольного кондуктора для сверления трех отверстий в детали “корпус. Заготовка устанавливается на палец 3, и центрируется по боковым поверхностям, поэтому фиксация углового положения не требуется. На нижней плоскости кондукторной плиты 1 при помощи винтов 7 установлена сменная кондукторная плита 2 с кондукторными втулками 8 и 9. Зажим заготовки осуществляется упором 4 при помощи пневмопривода. При попадании воздуха в нижнюю часть пневмоцилиндра, с помощью штока 11 происходит поднятие кондукторной плиты, а, следовательно, и упоров, и при попадании в верхнюю часть пневмоцилиндра соответственно происходит зажим детали. Цикл работы данного кондуктора:

- подача заготовки;

- автоматический зажим заготовки;

- обработка отверстий в заготовке;

- съём обработанной детали.

Рисунок 11. Схема приспособления.

В качестве привода приспособления с учётом условий данного производства более целесообразно использовать пневматический. Данный привод обеспечивает надёжное закрепление заготовки и тем самым сокращает затраты времени на её закрепление и съём. Источник питателя пневмопривода - компрессор. Привод может быть встроен в корпус приспособления или является самостоятельным механизмом. Наш случай характеризуется встроенным механизмом, который закреплён в корпусе приспособления. Привод позволяет двигать подвижную кондукторную плиту и фиксировать заготовку на неподвижной плите. Фиксация производится сменной кондукторной плитой, которая перемещается при помощи штока пневмопривода. При поступлении сжатого воздуха в верхнюю полость пневмоцилиндра поршень со штоком перемещается вниз. Шток с направляющими скалками и кондукторной плитой, опускаясь, зажимают заготовку, установленной на столе. Так как при сверлении одна составляющая силы резания направлена к опорам, а осевая сила стремится сдвинуть заготовку в боковом направлении, то заготовку необходимо базировать по боковой цилиндрической поверхности, а для предотвращения проворачивания детали вокруг своей оси, заготовку зажимают кондукторной плитой. Усилие зажима должно быть больше чем радиальная составляющая силы резания. Именно из этих соображений мы выбираем параметры пневмопривода.

Основными параметрами нашего пневмопривода ([8],стр.112) являются:

- диаметр цилиндра, D = 100 мм;

- диаметр штока, d = 25 мм;

- ход поршня, L = 85 мм ([8], стр.91).

Разработка схемы базирования детали “корпус” на операции сверления.

Для сверления в детали “корпус” трех отверстий диаметром 20Н7^(+0,021) на скальчатом кондукторе в условиях мелкосерийного производства лучше всего применить схему полного базирования. В данном случае схема полного базирования будет заключаться в установке детали на палец 22 Н7/п6 на неподвижной плите с базированием по посадочному отверстию и плоской поверхности. Затем заготовка зажимается кондукторной плитой, тем самым, предотвращая вращение заготовки вокруг своей оси и перемещение её вдоль оси. Схема базирования корпуса при обработке отверстий приведена на рисунке 12.

Итак, используемый механизм лишает нашу заготовку всех степеней свободы, т.е. соблюдается правило шести точек. Заготовка не имеет возможности перемещаться вдоль оси и вращаться вокруг неё, т.е. менять свои координаты, а это значит, что имеется возможность без каких-либо дополнительных усилий обработать заданные нами отверстия.

Рисунок 12. Схема базирования.

Расчет усилия, создаваемого зажимным механизмом.

Произведем расчёт сил резания, крутящего момента для заданной технологической операции.

Выбираем режущий инструмент: свёрло с цилиндрическим хвостовиком ГОСТ 4010-77 с параметрами d =20 мм ; l = 66мм ; L = 131мм [8].

Назначаем режим резания: для сверления отверстия O20 H7 в детали из материала сталь 20ХН3А назначаем подачу S = 0,3 мм/об (из учёта табличных данных справочника [8]). Толщина срезаемого слоя t = 0,5 ·Dсв = 0,5 ·20 = 10мм.

Для спирального сверла O20 мм и при обработке стали 20ХН3А рекомендуемый период стойкости T = 45 мин [8].

Скорость (м/мин) главного движения резания, допускаемая режущими свойствами сверла:

Выписываем показатели степеней формулы:

y = 0,5; x = 0,2; m = 0,2; q = 0,4; Сv =16,2 [8].

Общий поправочный коэффициент на скорость резания Кv = 1 [8].

Отсюда получаем:

Крутящий момент от сил сопротивления резания при сверлении и сила резания:

Показатели степеней:

См = 0,0345; q = 2; y = 0,8 [8];

Ср = 68; q = 1,0; y = 0,7 [8];

Учитывая поправочный коэффициент Кр = 0,98 [8], получаем:

Н/м;

Н;

Произведем расчёт усилия зажима.

Усилие зажима, в нашем случае для пневмоцилиндра определяется по формуле:

где: dц - диаметр цилиндра, dц = 100 мм;

dш - диаметр штока, dш = 25 мм;

р - давление в сети, р = 0,4 - 0,6 мПа;

з - КПД пневмопривода, з = 0,95.

Отсюда, получаем:

Н;

Усилие зажима достаточно, так как Q > Po.

3.2 Экономическая эффективность приспособления

Применение станочных приспособлений способствует решению двух основных задач:

1) обеспечение заданной точности обработки;

2) повышение производительности и облегчение труда рабочих.

Применение сложных специальных приспособлений с пневматическим или гидравлическим приводом повышает производительность труда, но при малом годовом выпуске деталей такие приспособления могут оказаться неэкономичными: от их применения себестоимость операции не снижается, а повышается. Поэтому при оснащении операции необходимо производить экономические расчеты. Расчет экономической эффективности приспособления основывается на сопоставлении затрат и экономии, возникающих при его использовании и относимых к годовому периоду. Условие эффективности применения приспособления выражается формулой:

где: Э - годовая экономия (руб);

Р - годовые затраты в приспособлении (руб).

Годовая экономия:

где: Т_шт - штучное время при обработке детали без приспособления,

Т_шт = 0,64 мин;

- штучное время на операции после внедрения приспособления, = 0,38 мин;

а_м - себестоимость одной станко-минуты (руб/мин), а_м = 0,015 руб/мин;

q - годовая программа выпуска, q=3000 шт/год.

Годовые затраты на приспособление рассчитываются по формуле:

;

где: Р_сп - годовые затраты на специальное приспособление (руб);

С_сп - стоимость специального приспособления, С_сп = 8 руб.

Для специального приспособления эта формула примет вид:

Подобные расчеты проводятся после того, как специальное приспособление уже спроектировано, и необходимо установить будет ли оно экономически эффективным. В данном случае, для серийного производства использование специального приспособления эффективно.

4. Технико-экономический анализ вариантов технологических процессов

При разработке технологического процесса механической обработки перед технологом всегда возникает задача: выбрать из нескольких вариантов обработки один, обеспечивающий наиболее экономичное решение. Современные способы механической обработки и большое разнообразие станков, а также новые методы обработки металлов, получение заготовок различными методами - все это позволяет создавать различные варианты технологии, обеспечивающие изготовление деталей, полностью отвечающих всем требованиям чертежа.

В соответствии с положениями по оценке экономической эффективности новой техники признается наивыгоднейшим тот вариант, у которого сумма текущих и приведенных капитальных затрат на единицу продукции будет минимальной.

Сопоставим два варианта технологических процессов изготовления корпуса по технологической себестоимости. Материал детали - сталь 20ХН3А. Масса готовой детали 6,05 кг. Годовая программа выпуска 3000 штук. Режим работы двухсменный при 41-часовой рабочей неделе. Производство -серийное.

Определяем такт выпуска:

t=F/N,

где F - фонд рабочего времени, мин;

N - выпуск продукции за тот же период времени, шт.

t=(12*21*2*8*60)/3000=80,64 мин.

Рассмотрим следующие два варианта:

1) по одному варианту: получение заготовки штамповкой в закрытом штампе; сверление и рассверливание центрального отверстия, а также черновое обтачивание наружных поверхностей на станке 1М63; чистовая обработка наружных и внутренних поверхностей на станке с ЧПУ 16М30Ф3.

2) по другому варианту: получение заготовки из проката; черновая и чистовая обработка наружных и внутренних поверхностей и центрального отверстия на автомате 1А290-6.

Показатели по вариантам заготовок сводим в таблицу 3:

Таблица 3.

Данные для расчетов стоимости заготовок при различных способах получения.

Наименование показателей	Вариант
	Первый	Второй
Вид заготовки	Штамповка в закрытом штампе	Прокат 150*170
Класс точности	4	-
Группа сложности	3	-
Масса заготовки Q,кг	6,5	22,8
Стоимость 1 тонны заготовок, принятых за базу Ci, руб.	1700	1700
Стоимость 1 тонны стружки Sотх, руб.	250	250

а) б)

Рисунок 13. Заготовка корпуса:

а - полученная штамповкой в закрытом штампе; б - из проката обычной точности.

В соответствии с вышеизложенными положениями и проведенными ранее расчетами были определены стоимости сравниваемых заготовок:

руб.

руб.

Далее определяем стоимость механической обработки на отличающихся в рассматриваемых вариантах операциях:

Первый вариант.

1) Токарно-винторезный станок 1М63:

Балансовая стоимость станка: Ц=2000·1,1=2200 руб.;

Производственная площадь, занимаемая станком: f=1,55·0,97=1,5 м²;

Суммарная ремонтная сложность механической и электрической части станка: R=16;

Установленная мощность двигателей станка: М_у=7,5 квт;

Штучное время: Т_шт=2,415 мин;

Принятое число станков на операции: m_пр=2;

Коэффициент многостаночности, принимаемый по фактическому состоянию на рассматриваемом участке: М=2;

Машино-коэффициент, показывающий, во сколько раз затраты, связанные с работой данного станка, больше, чем аналогичные расходы у базового станка: k_м=1,47;

Удельный вес условно-постоянных затрат в часовых затратах на рабочем месте: =0,3;

Разряд работы: 2.

Штучное время на операцию принимается по таблицам для укрупненного нормирования 3 или рассчитывается по нормативам:

коп/ч;

где: С_п.з. - часовые приведенные затраты;

С_з - основная и дополнительная заработная плата, а также начисления на соцстрах оператору и наладчику за физический час работы обслуживаемых машин;

С_ч.з. - часовые затраты на эксплуатации рабочего места;

Е_н - нормативный коэффициент экономической эффективности капитальных вложений: для машиностроения Е_н=0,2;

К_с - удельные часовые капитальные вложения в станок;

К_з - удельные часовые капитальные часовые вложения в здание.

коп/ч;

где: С_т.ф. - часовая тарифная ставка станочника соответствующего разряда (3, табл.17).

коп/ч;

где: - скорректированная величина часовых затрат;

- практические скорректированные часовые затраты на базовом рабочем месте: для серийного производства =36,3 коп.

- поправочный коэффициент.

где: _з - коэффициент загрузки станка.



коп/ч;

коп/ч;

коп/ч;

коп/ч;

коп.

где: F - производственная площадь, занимаемая станком, с учетом проходов;

f - производственная площадь занимаемая станком;

k_f - коэффициент, учитывающий дополнительную производственную площадь (на проходы, проезды и др.);

С_о - стоимость механической обработки на рассматриваемой операции.

2) Станок с ЧПУ 16М30Ф3:

Ц=3710·1,1=4081 руб.; f=1,8·1,36=2,45 м²;

R=15,5; М_у=7,5 квт; Т_шт=0,81 мин; m_пр=1;

М=2; k_м=2; =0,4; разряд работы - 2.

коп/ч;

;

коп/ч;

коп/ч;

коп/ч;

коп/ч;

коп.

Второй вариант.

Шестишпиндельный токарный автомат 1А290-6:

Ц=23880·1,1=26268 руб.; f=8,7·2,0=17,4 м²;

R=32; М_у=7,5 квт; Т_шт=1,79 мин; m_пр=1; М=2; разряд работы - 2.

коп/ч;

коп/ч;

коп/ч;

коп/ч;

коп/ч;

коп.

Результаты расчетов технологической себестоимости при различных методах получения заготовки сводим в таблицу 4.

Таблица 4.

Сравнение вариантов технологического процесса обработки корпуса.

Наименование позиции	Варианты
	Первый	Второй
Вид заготовки	Штамповка в закрытом штампе	Прокат 150*170
Стоимость заготовки, руб	10,99	42,95
Отличающиеся операции механической обработки
Первая операция	Сверление и рассверливание центрального отверстия, а также черновое обтачивание наружных поверхностей на станке 1М63	Черновая и чистовая обработка наружных и внутренних поверхностей и центрального отверстия на автомате 1А290-6.
Стоимость обработки, коп	39,25	398,1
Вторая операция	Чистовая обработка наружных и внутренних поверхностей на станке с ЧПУ 16М30Ф3	-
Стоимость обработки, коп	65,03	-
Остальные операции по обоим вариантам одинаковы
Технологическая себестоимость Со, руб	12,033	46,931

Приведенная годовая экономия:

руб.

Таким образом, применение первого варианта изготовления корпуса дает годовой экономический эффект в сумме 523,42 руб, а также при этом значительно экономится легированная сталь 20ХН3А. Следует принять первый вариант, как более экономичный.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

деталь технологический процесс обработка

В результате проделанной работы был разработан алгоритм поиска эффективных конструкторско-технологических решений, произведен анализ базового техпроцесса с обоснованием выбора заготовки и метода ее получения, анализом технологичности детали, анализом методов обработки корпуса, а также выявление технологических факторов влияющих на производительность. Помимо этого были выявлены пути повышения технологических возможностей обработки детали “корпус”, разработано специальное приспособление - скальчатый кондуктор и произведен технико-экономический анализ вариантов технологического процесса.

Проанализировав полученные данные можно сделать следующий вывод: для повышения технико-экономических показателей технологического процесса изготовления детали “корпус” можно рекомендовать:

1. Обоснованный и рациональный выбор заготовки по предложенной методике;

2. Проведение анализа и расчета технологичности детали “корпус”;

3. Проведение анализа методов обработки с разработкой графа анализа технологического маршрута и графика, отражающего структуру нормы времени на отдельных операциях технологического процесса;

4. Разработку специальных приспособлений для повышения производительности и облегчения труда.

5. Проведение технико-экономического анализа различных вариантов технологических процессов.

Список используемой литературы

1. Выбор заготовки при проектировании технологических процессов механической обработки. Методические указания. Составители: В.С. Мухортов, В.М. Оробинский, Волгоград: ВолгГТУ, 1994, 28 с.

2. Косилова А.Г., Мещеряков Р.К., Калинин М.И. Точность обработки, заготовки и припуски в машиностроении. М.: Машиностроение, 1976. - 288 с.

3. Горбацевич А.Ф. Курсовое проектирование по технологии машиностроения. Минск, «Вышэйн школа», 1975.

4. Анализ и расчет технологичности изделий: Методические указания к практическим занятиям / Сост. Отений Я.Н., Выходец В.И., Никифоров Н.И.; Волгоград. гос. техн. ун-т. - Волгоград, 2003. - 24 с.

5. Технология машиностроения: Сборник задач и упражнений / В.И. Аверченков и др.; Под общ. ред. В.И. Аверченкова и Е.А. Польского. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: ИНФА - М, 2006. - 288 с. - (Высшее образование).

6. Клепиков В.В., Бодров А.Н. Технология машиностроения: Учебник. - М.: ФОРУМ: ИНФА-М. 2004. - 860 с.: ил. - (Серия «Профессиональное образование»).

7. Справочник технолога - машиностроителя под ред. Косиловой А.Г. Т.1 и 2 - М.: «Машиностроение» 1986 - 628 с., ил.

Размещено на Allbest.ru

...