В машиностроении в зависимости от производственной программы выпуска изделий и характера изготовляемой продукции различают три основных типа производства: единичное, серийное и массовое.

Единичное производство характеризуется широтой номенклатуры изготовляемых или ремонтируемых изделий и малым объемом их выпуска. Объем выпуска - количество изделий определенных наименований, типоразмера и исполнения, изготовленных или ремонтируемых объединением, предприятием или его подразделением в течение планируемого интервала времени.

В машиностроении на предприятиях единичного производства количество выпускаемых изделий и размеры операционных партий заготовок исчисляются штуками и десятками штук; на рабочих местах выполняются разнообразные технологические операции, повторяющиеся нерегулярно или не повторяющиеся вообще; используется универсальное точное оборудование, которое расставляется в цехах по технологическим группам (токарный, фрезерный, зубонарезной, сверлильный и т.д. участок); специальные приспособления и инструменты, как правило, не применяются (они создаются только в случае невозможности выполнения операций без специальной технологической оснастки); исходные заготовки - простейшие (прокат, литье в землю, поковки) с малой точностью и большими припусками; требуемая точность достигается методом пробных ходов и промеров с использованием разметки; взаимозаменяемость деталей и узлов во многих случаях отсутствует, широко применяется пригонка по месту; квалификация рабочих очень высокая, так как от нее в значительной мере зависит качество продукции; технологическая документация сокращенная и упрощенная; технические нормы отсутствуют; применяется опытностатистическое нормирование труда.

Единичное производство характеризуется широким ассортиментом продукции и малым объемом выпуска одинаковых изделий, зачастую не повторяющихся. Особенности этого типа производства заключаются в том, что рабочие места не имеют глубокой специализации, применяются универсальное оборудование и технологическая оснастка, большая часть рабочих имеет высокую квалификацию, значительный объем ручных сборочных и доводочных операций, здесь высокая трудоемкость изделий и длительный производственный цикл их изготовления, значительный объем незавершенного производства.

Разнообразная номенклатура делает единичное производство более мобильным и приспособленным к условиям колебания спроса на готовую продукцию.

Единичное производство характерно для станкостроения, судостроения, производства крупных гидротурбин, прокатных станов и другого уникального оборудования. Разновидностью единичного производства является индивидуальное производство.

Планируется выпускать 2000 штук в год, а масса не превышает 5 кг. Исходя из этих параметров, можно сделать предварительные выводы о том, что для данной детали подойдет Крупносерийное производство.

Для более конкретного определения типа производства рассчитаем технологическое время T₀.

Такт выпуска деталей:

Коэффициент серийности:

Размер партии деталей:

Исходя из коэффициента серийности, можно сделать вывод, что для данной детали подходит Крупносерийное производство.

3. Выбор заготовки

Выбор заготовки для дальнейшей механической обработки во многих случаях является одним из весьма важных вопросов проектирования процесса изготовления детали. От правильности выбора заготовки, ее формы, размеров припусков на обработку, точности размеров (допусков) и твердости материала, зависящих от способа изготовления заготовки, обычно весьма сильно зависит число операций или переходов, трудоемкость и в итоге стоимость процесса обработки и изготовления детали в целом. Вид заготовки в большинстве случаев предопределяет в значительной степени дальнейший процесс обработки детали. Если заготовка будет достаточно точно и хорошо изготовлена с припусками не более чем это необходимо для обработки, то механическая обработка детали может быть сведена к минимальному числу операций, минимальной трудоемкости и стоимости, но при этом процесс изготовления заготовки, естественно, усложняется и удорожается. Грубое и не точное изготовление заготовки с излишне большими припусками удлиняет и удорожает процесс обработки детали, хотя в некоторых случаях упрощает и удешевляет процесс изготовления заготовки.

Таким образом, при разработке процесса изготовления деталей могут быть два принципиальных направления:

а) получение заготовки наиболее приближающейся по форме и размерам к готовой детали, когда на заготовительные цеха приходится как бы значительная доля трудоемкости изготовления детали и относительно меньшая доля приходится на механические цехи;

б) получение грубой заготовки с большими припусками.

В зависимости от типа производства будет более правильным то или иное из указанных направлений или какой-либо промежуточное между ними. Первое направление соответствует, как правило, массовому производству, т.к. дорогостоящие современное оборудование заготовительных цехов экономически оправдывается лишь при больших масштабах производства. Второе направление типично для единичного или мелкосерийного производства, когда применение дорогого оборудования в заготовительных цехах неэкономично.

Учитывая все вышеизложенные, а также материал детали делаем вывод, что наиболее целесообразным будет использование заготовки в виде проката сортового круглого сечения, изготовленного из стали 45 ГОСТ 1050-74.

Определяем коэффициент использования материала:

где m_д = 8,64 кг - масса детали;

m_з - масса заготовки, определяемая по формуле:

,

с - плотность стали: с = 7,85 г/см3;

V_з - объем заготовки:

Определяем коэффициент использования материала:

Затраты на заготовку определяются по формуле:

, где:

S - цена 1 т. материала заготовки, руб;

S_{отх -} цена 1 т. отходов, руб.

Коэффициент использования для проката по справочной литературе составляет: k_исп =0,50, при этом методе экономится до 20% металла и снижается себестоимость заготовки на 20-25%.

4. Обоснование выбора марки стали и материала

4.1 Обоснование выбора марки стали и материала

4.1.1 Характеристика материала детали

Сталь является наиболее универсальным и широко используемым в машиностроении материалом. Достоинством сталей является возможность получения нужного комплекса свойств, путем изменения их состава и термической обработки.

Вал выполнен из стали марки 45 ГОСТ 1050-74, отличающейся повышенной прочностью и средней вязкостью и применяемой для изготовления подвесок, шатунов, шестерен, осей и валов.

Сталь - это сплав железа с углеродом и неизбежными примесями марганца, кремния, серы, фосфора и других элементов. Обычные сорта стали, применяемые в машиностроении, содержат от 0,05 до 1,5% углерода. Основная характеристика стали, определяющая его марку - это механические качества, предел выносливости при изгибе, предел выносливости при растяжении и при кручении, предел текучести, временное сопротивление.

Примерный химический состав Стали 45 следующий:

Таблица 1

Рассмотрим влияние химического состава на физико-механические свойства легированной конструкционной стали.

Механические свойства зависят главным образом от содержания углерода. Углерод является вторым основным элементом, определяющим как структуру, так и свойства стали, ее прочность и поведение при эксплуатации и в производстве. С увеличением содержания углерода в стали увеличивается количество цементита и соответственно уменьшается количество феррита, т.е. увеличиваются прочность и твердость и уменьшается пластичность. Прочность повышается только до 1% С, а при более высоком содержании углерода она начинает уменьшаться.

Кремний способствует выделению углерода в соответствии со стабильной системой железо-графит; незначительно изменяет характер превращений по сравнению с превращениями в соответствующих марках углеродистой стали; несколько повышает устойчивость аустенита в перлитной и особенно в средней области; понижает чувствительность к закалке и повышает устойчивость против отпуска; кремнистая сталь отличается особым видом устойчивости против отпуска; повышает сопротивление износу, что ухудшает обрабатываемость конструкционной стали особенно при сверлении; стабилизирует аустенит; повышает упругость стали. Практически не растворяется в цементите.

Марганец. Каждый процент марганца понижает концентрацию углерода в перлите на 0,05-0,06%. Марганец повышает устойчивость аустенита в перлитной и в промежуточной областях; увеличивает степень его переохлаждения; увеличивает межпластинчатое расстояние в перлите; понижает температуру мартенситного превращения; увеличивает прокаливаемость стали за счет снижения критической скорости закалки; стабилизирует аустенит; повышает механические свойства стали, особенно упругие свойства; обладает незначительной склонностью к обезуглероживанию. В отличие от других элементов марганец способствует сильному росту зерна аустенита при перегреве стали.

Марганец и кремний вводят в процессе выплавки в сталь для ее раскисления, т.е. для удаления закиси железа, поэтому их называют технологическими примесями. Кроме того, марганец способствует уменьшению содержания сульфида железа FeS в стали. Марганец и кремний растворяются в феррите, повышая его прочность; марганец может также растворяться и в цементите.

Сера - вредная примесь, попадающая в сталь главным образом с исходным сырьем - чугуном. Сера нерастворима в железе, она образует с ним соединение FeS-сульфид железа. При взаимодействии с железом образуется эвтектика (Fe + FeS) с температурой плавления 988°С. Поэтому при нагреве стальных заготовок для пластической деформации выше 900°С сталь становится хрупкой. При горячей пластической деформации заготовки разрушаются. Это явление называется красноломкостью. Одним из способов уменьшения влияния серы является введение марганца. Соединение MnS плавится при 1620°С, эти включения пластичны и не вызывают красноломкости.

Содержание серы в сталях допускается не более 0,06%.

Фосфор попадает в сталь главным образом также с исходным чугуном, использованным для выплавки стали. До 1,2% фосфора растворяется в феррите, уменьшая его пластичность. Фосфор обладает большой склонностью к ликвации, поэтому даже при незначительном среднем количестве фосфора в отливке всегда могут образовываться участки, богатые фосфором. Располагаясь вблизи границ зерен, фосфор повышает температуру перехода в хрупкое состояние, т.е. вызывает хладноломкость. Поэтому фосфор, как и сера, является вредной примесью, содержание его в углеродистой стали допускается до 0,050%.

Чем больше углерода в стали, тем сильнее влияние фосфора на ее хрупкость.

Содержание серы и фосфора в стали зависит от способа ее выплавки.

Хром повышает температуру перлитного эвтектоидного превращения; перлитное превращение независимо от явлений перегрева и переохлаждения протекает в некотором интервале температур. Хромистая сталь характеризуется повышенной устойчивостью при отпуске, что вообще характерно для стали, легированной карбидообразующими элементами; уменьшает скорость коагуляции содержащего хром цементита и специальных хромистых карбидов. Хром относительно слабо воздействует на механические свойства в отожженном состоянии; стабилизирует аустенит; повышает прокаливаемость; способствует получению высокой и равномерной твердости, износостойкой поверхности. При высоком содержании хрома (13% и выше) сильно увеличивается сопротивление стали коррозии и окислению. Основным недостатком является склонность к отпускной хрупкости.

Никель понижает температуру мартенситного превращения; за счет снижения критической скорости закалки увеличивает прокаливаемость, что и определяет применение никелевой машиностроительной стали для массивных деталей; никелевая сталь значительно менее чувствительна к перегреву, чем марганцовистая; в отожженном состоянии никель незначительно повышает прочность, наиболее сильно и надежно уменьшает склонность к хрупкому разрушению закаленной и отпущенной стали, увеличивает дисперсность карбидов, но способствует развитию процесса их роста и коагуляции; стабилизирует аустенит; способствует сохранению вязкости при температурах ниже 0°С (до 150 - 80°С) и плавному распределению углерода в цементованном слое. Повышает сопротивление стали окислению при нагреве и ее прочность при высоких температурах, (особенно при наличии аустенитной структуры). После термической обработки имеет тонкую структуру, позволяющую получить при повышенной прочности высокие свойства пластичности и вязкости.

4.1.2 Механические свойства стали 45