|
|
ОглавлениеКурсовое проектирование по технологии машиностроения. Предисловие Глава 1. Общие вопросы курсового проектирования Глава 2. Проектирование технологического процесса сборки узла Глава 3. Проектирование технологического процесса изготовления детали Глава 4. Конструирование и расчет приспособлений Глава 5. Оформление расчетно-пояснительной записки к курсовому проекту Глава 6. Особенности курсовых проектов различной тематики Для бесплатного чтения доступна только часть главы! Для чтения полной версии необходимо приобрести книгуГЛАВА 3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛИ3.1. Назначение детали в узле, анализ технических требований и выявление технологических задач, возникающих при ее изготовленииДеталь машины при ее эксплуатации выполняет ряд функций. Основные из этих функций определяют назначение детали. При выполнении данного пункта задания студент должен выявить и кратко сформулировать основное назначение детали в машине. Пример 3.1. 1. Лопатка турбины высокого давления газотурбинного двигателя предназначена для обеспечения преобразования кинетической энергии газа в механическую энергию вращения ротора турбины. 2. Вал редуктора предназначен для передачи крутящего момента между ступенями редуктора. 3. Корпус предназначен для обеспечения базирования и взаимной ориентации деталей сборочной единицы (изделия), а также силового замыкания конструкции. Любая деталь машины представляет собой комплекс поверхностей, различным образом ориентированных в пространстве. Среди поверхностей выделяют исполнительные и связующие. С помощью исполнительных поверхностей деталь выполняет основные из возложенных на нее функций. Связующие поверхности объединяют исполнительные поверхности в единое, пространственно ограниченное тело, собственно и являющееся деталью. Пример 3.2. 1. У зубчатого колеса исполнительными являются: центральное отверстие (посадочная поверхность); грани шпоночного паза и боковые поверхности эвольвентного профиля зуба. Остальные поверхности — связующие. 2. У вала редуктора исполнительными являются: посадочные поверхности под подшипники и рядом расположенные торцы; посадочные поверхности под зубчатые колеса; боковые грани шпоночных пазов. Остальные поверхности — связующие. К исполнительным поверхностям предъявляют наиболее высокие требования при изготовлении детали. При описании конструкции необходимо: а) сформировать техническим языком «образ» детали как единого пространственного тела; б) выделить исполнительные поверхности детали и описать их основные функции при эксплуатации машины. Описание конструкции детали должно быть конкретным, с указанием при необходимости размеров поверхностей и основных требований к их качеству, а также разумным по объему. Не следует описывать форму и функции поверхностей явно второстепенного характера: мелких пазов, мелких крепежных отверстий, смазочных канавок и т.д. Завершают описание конструкции детали указанием условий ее эксплуатации (см. подраздел 2.1). Пример 3.3. Описание конструкции стакана (рис. 3.1). Стакан предназначен для установки в нем как корпусной детали радиально-упорных подшипников червяка и их фиксации в осевом направлении. Использование стакана повышает жесткость опор червяка, что способствует улучшению условий эксплуатации опор и редуктора в целом. Стакан представляет собой деталь класса втулок с развитой фланцевой частью. Наружная цилиндрическая поверхность стакана ∅165g6 предназначена для его установки в корпус червячного редуктора. Внутренняя цилиндрическая поверхность ∅150H7 используется для базирования наружных колец радиально-упорных подшипников, размещаемых в стакане. С левого торца стакана предусмотрен заплечик толщиной 9 мм, высота которого согласована с размерами фаски наружного кольца радиально-упорного подшипника в целях обеспечения возможности демонтажа последнего винтовым съемником для фиксации подшипника в осевом направлении. Фланец ∅216 с восемью отверстиями ∅13H14 предназначен для крепления стакана в корпусе редуктора. Два технологических отверстия М12-7H применяют для размещения в них регулировочных (упорных) винтов при подборе прокладок между торцем фланца и торцем корпуса редуктора. При демонтаже стакана, например для ремонта редуктора, указанные винты облегчают извлечение стакана из корпуса редуктора. Редуктор используется в качестве привода конвейера при нормальном атмосферном давлении в диапазоне температур окружающей среды 10—30 oC. В процессе эксплуатации стакан подвержен воздействию постоянной по величине и направлению нагрузки. Рис. 3.1. Деталь стакан Рабочий чертеж детали, используемый при выполнении проекта, должен полностью соответствовать современным стандартам ЕСКД. Устаревшие обозначения посадок, параметров шероховатости должны быть аккуратно исправлены на современные. При необходимости рабочий чертеж детали может быть (с учетом поправок) воспроизведен заново с использованием возможностей компьютерной техники. Однако даже в этом случае его не включают в объем выполняемого проекта и используют лишь как исходный иллюстративный материал. Так как исходный рабочий чертеж детали студент получает при прохождении технологической практики, то технические требования на ее изготовление, указываемые на поле чертежа, можно условно разделить на две группы: 1) технические требования, направленные на обеспечение качества изготавливаемой детали; 2) технические требования, связанные с организацией изготовления детали на конкретном предприятии. Примерами требований второй группы являются: «Термическую обработку выполнять по технологии цеха №...»; «Транспортировку выполнять в деревянной таре»; «Порядковый номер клеймить электрографом на торцевой плоскости» и т.п. Указанные требования при анализе, как правило, игнорируют. Основное внимание уделяют анализу требований первой группы, в целом выполняемому в последовательности и по правилам, описанным в подразделе 2.1. Последовательность анализа вкратце (подробно см. подраздел 2.1): 1) приводят полную формулировку анализируемого технического требования; 2) указывают, из каких соображений исходил конструктор детали, назначая приведенное техническое требование; 3) решают, что может произойти в работе изделия, если данное требование не будет обеспечено при изготовлении детали; 4) определяют методы проверки технических требований, средства и принципиальные схемы контроля (см. табл. 2.2, 3.1). 5) приводят рекомендации по технологическому обеспечению анализируемого технического требования. Чаще всего в курсовых проектах анализируют требования к точности взаимного расположения поверхностей детали. Приведенные в табл. 2.2, 3.1 схемы в основном относятся к контролю указанных требований и далеко не исчерпывают многообразия последних. Значительное число современных схем контроля с указанием используемых технических средств приведено в [19, 30]. При выполнении проекта желательно отдавать предпочтение наиболее простым (инженерным) схемам контроля технических требований, не нуждающимся при реализации в сложных технических средствах. Выполнение контроля по некоторым схемам, например контроля соосности (см. табл. 3.1), требует расчетов [38]. При необходимости могут оцениваться ожидаемые значения погрешностей для различных схем контроля [30, 38]. Анализ иных технических требований на изготовление детали выполняют индивидуально, но со строгим соблюдением приведенной ранее последовательности. Категорически запрещается сводить анализ технических требований на изготовление к их простому перечислению! Число технических требований, предъявляемых, например, к сложной и ответственной детали, может быть значительным. В этом случае для анализа предварительно выделяют наиболее значимые и трудновыполнимые из них, так как именно они, как правило, составляют основу технологических задач, решаемых при изготовлении детали. Обычно ограничиваются шестью-семью требованиями. Для корректного уменьшения числа анализируемых технических требований используют их агрегирование: если к детали предъявлено несколько одноименных требований, например радиального биения для различных поверхностей, то анализируют лишь требование с минимальным допуском на соответствующее отклонение. Иногда этот принцип распространяют и на все требования, предварительно ранжируя их по допуску. Желательно при анализе рассматривать различные по характеру технические требования, что способствует всестороннему рассмотрению особенностей изготовления детали. Таблица 3.1 Схемы контроля некоторых технических требований при изготовлении деталей Так как анализ технических требований на изготовление выполняют после описания конструкции детали, заканчивающегося указанием условий ее эксплуатации, то анализ можно предварить фразой: «Исходя из условий эксплуатации, к детали предъявляются следующие технические требования: 1) ...; 2) ... и т.д.». Пример 3.4. Для детали стакан (см. рис. 3.1): 1) Допуск круглости наружной цилиндрической поверхности ∅165g6 не более 0,012 мм. Требование назначено из условия обеспечения точного центрирования и равномерного прилегания поверхности 0165g6 при ее установке в посадочное отверстие корпуса редуктора. Невыполнение требования вызовет неравномерность контактных давлений на посадочной поверхности стакана, его неравномерную деформацию и смещение действительной оси червяка. Последнее в свою очередь вызовет недопустимое смещение пятна контакта и повышенный износ червячного колеса. Схема контроля требования показана на рис. 3.2. Рис. 3.2. Схема контроля отклонения от круглости поверхности 165g6: 1 — прецизионный поворотный стол; 2 — привод прецизионного движения; 3 — устройство записи круглограмм Требование обеспечивают при окончательной обработке поверхности ∅165g6 с базированием по окончательно обработанной поверхности ∅15ОН7 (см. рис. 3.1), выполняемой на станке повышенной точности; 2) допуск радиального биения поверхности ∅165g6 (см. рис. 3.1) относительно поверхности ∅15ОН7 не более 0,02 мм. Ограничение радиального биения в совокупности с требованием круглости назначено исходя из обеспечения высокой концентричности поверхностей ∅150Н7 и ∅165g6. Невыполнение требования приведет к смещению оси подшипника, устанавливаемого наружным кольцом по поверхности 0150Н7 относительно теоретической оси червяка. Это вызовет неравномерное распределение нагрузки на телах качения, неравномерный износ колец подшипника и в целом снижение ресурса всего редуктора. Схема контроля требования показана на рис. 3.3. Рис. 3.3. Схема контроля радиального биения поверхности 165g6 относительно поверхности 150Н7 Требование обеспечивают при окончательной обработке поверхности с базированием обрабатываемой заготовки по поверхности ∅150Н7 и использованием гидропластмассовой оправки. При анализе технических требований могут быть проверены соотношения значений параметров шероховатости и характеристик точности поверхностей детали. Высокой точности обработки всегда отвечает малая шероховатость поверхности. Высота неровностей профиля обычно лежит в пределах 0,05—0,2 допуска на размер. Для поверхностей шероховатостью не менее Rz 80 мкм это соотношение составляет: — для посадок со значительными натягами — 0,1—0,12; — для переходных посадок — 0,08—0,1; — для посадок движения — 0,05—0,07; — для сопряжений высокой точности — 0,02. Невыполнение соотношений свидетельствует о допущенных при конструировании детали неточностях и о необходимости взаимной корректировки значений параметров шероховатости и характеристик точности размеров поверхности. При изготовлении детали технологически обеспечивают весь комплекс предъявляемых к ней технических требований. Сложность такого обеспечения различна. Некоторые технические требования обеспечивают сравнительно просто, без значительных затрат ресурсов (временных, технических и т.д.). Другие обеспечиваются достаточно сложно при использовании особых технологических решений, средств технологического оснащения, инструмента и т.д. Обеспечение трудновыполнимого технического требования или их сочетания называют технологической задачей. Выполненный анализ технических требований позволяет сформулировать основные технологические задачи, решаемые при изготовлении детали. При изготовлении детали может возникнуть ряд технологических задач, однако анализ технических требований завершают указанием основных из них. Выделяемых основных технологических задач не должно быть много, обычно их три-четыре, не более. Пример 3.5. Деталь стакан (см. рис. 3.1). Основными технологическими задачами, возникающими при изготовлении детали, являются: 1) обеспечение качества изготовления наружной цилиндрической поверхности ∅165g6; 2) обеспечение допуска круглости поверхностей ∅165g6 и ∅150Н7 не более 0,012 мм. Аналогичным образом представляют и оформляют основные технологические задачи, возникающие при изготовлении любой детали. 3.2. Тип производства и метод работыПри указании типа производства детали в задании на проект студенту необходимо лишь обоснованно выбрать метод работы, для чего можно воспользоваться основными рекомендациями подраздела 2.2 с учетом специфики процессов изготовления деталей. Технологические процессы изготовления деталей в отличие от процессов сборки имеют линейно-последовательную структуру: последующая операция выполняется только после завершения предыдущей. Поэтому при организации многономенклатурного производства деталей, что характерно для производств мелкосерийного, серийного типов и даже для современных крупносерийного и массового производств, стараются использовать преимущества поточного метода работы. В серийном производстве организовать непрерывно-поточное производство часто невозможно из-за низкой загрузки оборудования поточных линий при небольших объемах выпуска. Кроме того, даже в массовом и крупносерийном производствах при большом различии штучного времени отдельные рабочие места могут иметь малую загрузку. При невозможности использования непрерывно-поточного метода для изготовления деталей применяют переменно-поточный метод работы. При переменно-поточном методе за каждым станком линии (участка) закреплено по несколько операций для технологически однотипных деталей, запускаемых в производства попеременно. В течение определенного времени (обычно несколько смен) на линии обрабатывают заготовки одного типоразмера. Затем линию переналаживают для обработки закрепленных за ней заготовок другого типоразмера. Средства технологического оснащения, например приспособления на переменно-поточных линиях, постоянно закреплены на технологическом оборудовании. Приспособление конструируют так, чтобы в них можно было обрабатывать заготовки любых типоразмеров закрепленной группы. Это сокращает время переналадки линии, обычно выполняемой в перерыве между сменами. Располагая оборудование по ходу технологического процесса, получают движение деталей от одного рабочего места к другому, хотя и прерывистое (партиями), но поточное (прямоточное). Пропуская через группу рабочих мест (последовательность технологического оборудования) сменяемые партии деталей, получают непрерывно-поточное (в пределах одной партии) производство с поштучной передачей деталей от одного рабочего места к другому. Для повышения загрузки оборудования в серийном производстве применяют многономенклатурные поточные линии (переменно-поточные, групповые, предметно замкнутые участки линий [35]). Непоточный метод работы сравнительно редко применяют для условий серийного производства, он более характерен для мелкосерийного и единичного производств. Рекомендации по оформлению заключения о выбранном методе работы приведены в подразделе 2.2. Если в задании на проект вместо типа производства указаны объем выпуска изделий Nи или узлов Ny то объем выпуска деталей Ng определяют по формулам: где my — число узлов данного наименования в изделии; mg — число одноименных деталей в узле. Действительный такт выпуска деталей, мин/шт. где Fд — действительный (эффективный) годовой фонд времени работы оборудования, ч (табл. 3.2). Таблица 3.2 Эффективный годовой фонд времени работы металлорежущего оборудования, ч В таблице 3.2 в скобках указаны фонды с учетом времени работы оборудования в выходные и праздничные дни. Тип производства оценивают по коэффициенту закрепления операций К30, определяемому по формуле (2.3), в соответствии с рекомендациями подраздела 2.2. Приближенно тип производства можно оценить в соответствии с табл. 3.3. Таблица 3.3 Ориентировочные данные для приближенной оценки типа производства При непрерывно-поточном методе работы выполняют обязательную синхронизацию операций по такту выпуска: где tштi — штучное время i-й технологической операции. Необходимость синхронизации вызывает соответствующее разделение ТП на операции и в некоторых случаях дублирование станков на отдельных операциях. Условие (3.3) называют условием организации потока. Допустимы: недогрузка каждого рабочего места на 5% и перегрузка на 10%. 3.3. Технологический анализ конструкции деталиОбщие положения по технологическому анализу конструкций см. подраздел 2.3. При качественной оценке устанавливают, насколько в конструкции детали отражены основные требования технологичности [2, 34]: — простота геометрической формы детали, отсутствие сложнопрофильных поверхностей; — наличие удобных базовых поверхностей, позволяющих совмещение технологических, измерительных и конструкторских баз по возможности — принцип постоянства баз; — соответствие требований к качеству изготовления детали условием ее эксплуатации; — жесткость детали; — унификация элементов конструкции детали (диаметральных размеров наружных поверхностей и отверстий; размеров резьб, шлицев, шпоночных пазов; модулей зубьев; галтелей; канавок и др.); — сокращение объема механической обработки; — масса детали, позволяющая ее установку для обработки без применения подъемно-транспортных средств; — обеспечение свободного подвода режущего инструмента и возможности обработки «на проход»; — рациональное конструктивное оформление элементов детали, и прежде всего отверстий; — возможность одновременной обработки нескольких деталей; — соответствие размеров поверхностей детали, в особенности обрабатываемых мерным инструментом по методу копирования нормальному ряду размеров. Каждое из приведенных требований является лишь основой и при анализе должно рассматриваться развернуто и всесторонне. В частности, требование сокращения объема механической обработки при изготовлении детали может быть обеспечено за счет: — уменьшения протяженности обрабатываемых поверхностей; — обоснованного назначения показателей качества в строгом соответствии с эксплуатационными функциями поверхностей, прежде всего исполнительных; — повышения качества исходных заготовок. Жесткость детали позволяет применять при ее изготовлении высокопроизводительный лезвийный инструмент и форсированные режимы обработки, не вызывая ее недопустимых деформаций. Заготовки жестких деталей не деформируются и под действием сил закрепления. Отсутствует необходимость в дополнительной оснастке, увеличивающей жесткость технологической системы. Кроме общих, учитывают и частные требования технологичности, обусловленные стремлением использовать при изготовлении детали оборудование определенных групп и типов, например станков с ЧПУ [2, 19]. Для эффективной обработки на станках с ЧПУ желательно, чтобы конструкция детали: — позволяла изготавливать ее при минимальном числе установов на станке; — имела относительно простые формы как отдельных поверхностей, так и их комплексов; — состояла из типовых повторяющихся геометрических элементов; — имела симметричные участки, одинаковые по форме и размерам; — имела систему простановки линейных размеров, соответствующую особенностям обработки и типу применяемой системы ЧПУ. При качественной оценке технологичности по каждому требованию делают мотивированное констатирующее заключение о его выполнении или невыполнении в анализируемой конструкции, например: «Отношение длины вала к его среднему диаметру менее трех, что свидетельствует о жесткости детали». Количественную оценку проводят по показателям технологичности (ГОСТ 14.203—83, ГОСТ 14.204—83), рассчитанным для данной детали, в сравнении с показателями ее базового варианта или показателями, полученными на основе статистических данных по типовым представителям аналогичных конструкций (табл. 3.4). Часто затруднительно выявить базовый вариант конструкции детали с необходимыми для количественного анализа и сравнения технико-экономическими показателями процесса ее изготовления. Поэтому за базовый обычно принимают вариант конструкции, полученный с заданием на проект. Анализ в этом случае сводится к выявлению нетехнологичных элементов детали и выработке предложений по улучшению технологичности. Оценить влияние этих предложений на технико-экономические показатели процесса изготовления детали на данном этапе курсового проектирования затруднительно. Обеспечением технологичности конструкции надлежит заниматься на протяжении всей работы над курсовым проектом, так как ряд предложений возникает непосредственно при выборе заготовки, разработке технологического процесса, проектировании приспособлений и т.д. Окончательно оформлять соответствующий раздел расчетно-пояснительной записки следует после разработки ТП изготовления детали. Таблица 3.4 Показатели технологичности конструкции детали Примечание. При расчете коэффициента Кш резьбы, канавки, фаски и галтели не учитывают. Пример 3.6. Анализ технологичности конструкции детали стакан (см. рис. 3.1) для производства серийного типа. Конструкция детали содержит минимальное число поверхностей простой геометрической формы (цилиндрические и плоские поверхности), обусловленных ее функциональным назначением. Число технических требований, предъявляемых к детали, также минимально. Изготовление канавок на наружной (∅165g6) и внутренней (∅150H7) цилиндрических поверхностях шириной 4,7 и 4 мм соответственно не требует специального инструмента. Жесткость детали в целом обеспечена (отношение длины к диаметру втулочной части — менее 1; минимальная толщина стенки — 7,5 мм), что дает возможность применения высокопроизводительных режимов обработки и не требует специальных приспособлений сложной конструкции. Вместе с тем изготовление детали осложняет наличие прецизионной поверхности ∅165g6, расположенной во втулочной части детали, к которой предъявлены высокие требования по обеспечению круглости и радиального биения. В целом же предъявляемые к детали технические требования на изготовление являются обоснованными и определены ее назначением и ответственностью. Деталь имеет небольшие габариты (∅216x96), что обусловливает и сравнительно небольшой объем механической обработки при ее изготовлении. Конструкция детали содержит развитые поверхности простой формы, позволяющие их использование в качестве удобных установочных баз. Изготовление детали возможно при минимальном числе установов. Уровень унификации конструктивных элементов детали и их размеров невысок. Размеры на основные поверхности детали проставлены так, что при обработке и контроле не требуется дополнительных вычислений и измерений. Возможно использование универсальных средств измерений. При сверлении отверстий во фланце возможно образование заусенцев, для удаления которых может понадобиться дополнительная слесарная операция. Более целесообразно было бы предусмотреть в отверстиях ∅13H14 фаски, например 1x45°. Отверстие ∅150H7 не является сквозным, однако для облегчения его обработки со стороны заплечика ∅138H14 предусмотрена канавка для выхода инструмента. Средний квалитет точности размеров поверхностей детали Коэффициент точности изготовления детали Аналогично, коэффициент шероховатости Полученные значения превосходят граничные (см. табл. 3.4), что свидетельствует о технологичности конструкции детали. Вывод. На основании изложенного считаем конструкцию стакана технологичной для условий серийного производства. Технологический анализ конструкций всегда завершается обобщающим мотивированным выводом о технологичности конструкции для условий производства заданного типа. В результате анализа конструкция детали может быть признана и нетехнологичной. В этом случае должен быть обязательно предложен ее более технологичный вариант (с соответствующим графическим изображением) или даны конкретные предложения по повышению технологичности. 3.4. Выбор и обоснование метода изготовления заготовкиЗаготовкой в машиностроении называют предмет труда, из которого изменением формы, размеров, свойств поверхностей и (или) материала изготовляют деталь. Заготовительное производство является неотъемлемой начальной фазой любого машиностроительного производства. Заготовки принято различать по виду, отражающему характерные особенности базового технологического метода их изготовления. Выделяют следующие виды заготовок: 1) получаемые литьем (отливки); 2) получаемые обработкой давлением (кованые и штампованные заготовки); 3) заготовки из проката; 4) сварные и комбинированные заготовки; 5) получаемые методами порошковой металлургии. Заготовка может быть штучной (мерной) или непрерывной, например пруток горячекатаного проката, из которого путем его разрезки в процессе изготовления могут быть получены отдельные штучные заготовки. Развитие машиностроения привело к появлению еще одного вида заготовок, получаемых из конструкционной керамики. Заготовка каждого вида может быть получена одним или несколькими методами (способами), родственными базовому. Например, отливка может быть получена литьем в песчаные, оболочковые формы, в кокиль и т.д. Литьем получают заготовки практически любых размеров как простой, так и очень сложной конфигурации практически из всех металлов и сплавов. Качество отливки зависит от условий кристаллизации металла в форме, определяемых способом литья. В некоторых случаях внутри стенок отливок возможно образование дефектов (усадочные рыхлоты, пористость, горячие и холодные трещины), которые обнаруживаются только после черновой механической обработки. Обработкой металлов давлением получают кованые и штампованные заготовки, а также машиностроительные профили. Ковку применяют в единичном, мелкосерийном производствах, а также при изготовлении очень крупных, уникальных заготовок и заготовок с особо высокими требованиями к объемным свойствам материала. Штамповка позволяет получить заготовки, близкие по конфигурации к готовой детали. Механические свойства заготовок, полученных обработкой давлением, выше, чем литых. Машиностроительные профили изготовляют прокаткой, прессованием, волочением. Заготовки из проката применяют в единичном и серийном производствах. Прокат выбранного профиля путем разрезки превращают в штучные (мерные) заготовки, из которых последующей механической обработкой изготовляют детали. Совершенство заготовки определяется близостью выбранного профиля проката поперечному сечению детали (с учетом припусков на обработку). Сварные и комбинированные заготовки изготовляют из отдельных составных элементов, соединяемых с помощью различных способов сварки. В комбинированной заготовке, кроме того, каждый составной элемент представляет собой самостоятельную заготовку соответствующего вида (отливка, штамповка и т.д.), изготовленную выбранным способом по самостоятельному технологическому процессу. Сварные и комбинированные заготовки значительно упрощают создание конструкций сложной конфигурации. Неправильная конструкция заготовки или неверная технология сварки могут привести к дефектам (короблению, пористости, внутреннему напряжению), которые трудно исправить механической обработкой. Заготовки, получаемые методами порошковой металлургии, по форме и размерам могут соответствовать готовым деталям и требовать лишь незначительной, чаще отделочной обработки. Заготовки из конструкционной керамики применяют при создании теплонапряженных и (или) работающих в агрессивных средах деталей . Заготовку перед первой технологической операцией процесса изготовления детали называют исходной заготовкой. Сведения о заготовках основных видов приведены в приложении 3 [11, 29]. Выбор заготовки заключается в последовательном определении ее вида и способа изготовления, на основании которых оформляют заказ и разрабатывают технологический процесс ее изготовления. Выбор заготовки — задача конструктора машины. Принятое им решение является обязательным к исполнению для технолога. Технолог выполняет выбор заготовок, если в конструкторской документации не указаны их вид и способ изготовления. Исходные данные для выбора: чертеж детали с техническими требованиями на изготовление с указанием ее массы и марки материала; годовой объем выпуска, на основании которого делают заключение о предполагаемом типе производства; данные о технологических возможностях и ресурсах производства. Для типовых деталей машиностроения выбор существенно упрощается: используют только апробированные (типовые) технологические решения. Например, диски газотурбинных установок однозначно получают обработкой давлением. Выбор осуществляется только при наличии альтернативных решений. Формальные критерии выбора вида заготовки отсутствуют. Выбор начинают с анализа данных о технологических возможностях (ресурсах) производства. При этом учитывают возможности заготовительных цехов (наличие соответствующего оборудования). Плановые сроки подготовки производства также влияют на выбор (проектные работы, изготовление штампов, моделей, пресс-форм). Виды заготовок, невозможные для реализации (например, отсутствие собственного литейного производства и невозможность приобретения отливок по кооперации), исключают из рассмотрения. Обычно выбор осуществляют в результате анализа конструкторской документации по отдельным (частным) признакам. В таблице 3.5 приведены основные признаки, наиболее часто используемые при выборе вида заготовки. Таблица 3.5 Основные признаки, используемые при выборе вида заготовки Примечание. О — отливка; ОД — полученная обработкой давлением; П — прокат; СК — сварная или комбинированная; ПМ — полученная методами порошковой металлургии; () — исключая; * — любая (равноприоритетность видов). По каждому признаку из всего множества выбора определяют подмножество приемлемых видов заготовки и при возможности устанавливают их приоритеты. При этом используют эвристические правила (табл. 3.6). Равноприоритетность видов заготовок по какому-либо признаку позволяет исключать этот признак из рассмотрения. Выбранный вид обладает максимальным приоритетом из рассматриваемых и находится на пересечении указанных подмножеств. Если они не пересекаются, идут на необходимый компромисс. Ввиду малой мощности множества выбора принятое решение зачастую однозначно и не требует оптимизации. При выборе вида заготовки (особенно при наличии альтернатив) решение можно принимать на основании сопоставления значений экономически эффективных объемов выпуска (табл. 3.7). Таблица 3.6 Основные правила выбора вида заготовки Таблица 3.7 Экономически эффективные объемы выпуска заготовок из порошковых материалов на основе железа, шт./год Пример 3.7. Деталь планка (рис. 3.4) является элементом сборочного приспособления. В процессе эксплуатации испытывает незначительные статические нагрузки. Материал: сталь 45. Тип производства: серийное. Результаты анализа по основным признакам, используемым при выборе вида заготовок, представлены в табл.3.8. Рис. 3.4. Деталь планка Таблица 3.8 Результаты анализа Вывод. Вид заготовки — прокат. Пример 3.8. Деталь рычаг (рис. 3.5) является элементом трансмиссии строительного механизма. В процессе эксплуатации испытывает знакопеременные изгибающие нагрузки. Материал: сталь 45Л. Тип производства: крупносерийное. Рис. 3.5. Деталь рычаг Результаты анализа представлены в табл.3.9. Таблица 3.9 Результаты анализа Вывод. Вид заготовки — отливка. Пример 3.9. Деталь кулачок (рис. 3.6) является элементом командоаппарата специзделия. Материал: сталь 20Х. Тип производства: серийное. Рис. 3.6. Деталь кулачок Результаты анализа представлены в табл. 3.10. Таблица 3.10 Результаты анализа Вывод. Вид заготовки — обработка давлением. Система признаков, используемых при выборе вида заготовки (см. табл. 3.5), является открытой и при необходимости может пополняться. После выбора вида выбирают способ изготовления заготовки. По мере усложнения конфигурации заготовки, уменьшения напусков и припусков, повышения точности размеров и параметров расположения поверхностей усложняется и удорожается технологическая оснастка заготовительного цеха и возрастает себестоимость заготовки, но при этом снижается трудоемкость и себестоимость последующей механической обработки заготовки, повышается коэффициент использования материала. Заготовки простой конфигурации дешевле, так как при их изготовлении не требуется сложная и дорогая технологическая оснастка, однако при изготовлении таких заготовок необходима последующая трудоемкая обработка и повышенный расход материала. При выборе способа изготовления заготовка еще не спроектирована, поэтому используют данные о конструктивно-технологических параметрах детали, при необходимости загрубляя их. Выбирая способ литья, учитывают марку материала, массу, габариты детали (заготовки), минимальную толщину стенки отливки, площадь или максимальную протяженность стенки, минимальный диаметр и максимальную глубину как сквозных, так и глухих отверстий, заданные значения показателей качества отливки. При выборе способа обработки давлением исходят из класса детали, массы детали (заготовки), габаритов, наличия отверстий в боковых стенках, наличия внутренних полостей и фланцев, заданных значений показателей качества заготовки. При выборе заготовок полезны такие практические рекомендации: 1. В единичном серийном производствах стальные валы при разнице диаметров ступеней до 10 мм целесообразно изготавливать из круглого горячекатаного проката. При большей разнице заготовку следует выполнять ковкой в подкладных открытых штампах или горячей объемной штамповкой в закрепленных открытых штампах. 2. Заготовки чугунных втулок, фланцев, шестерен и других деталей, имеющих форму тел вращения с осевыми отверстиями, целесообразно получать литьем в песчаные формы по деревянным или металлическим моделям при машинной формовке, а также литьем в кокиль. С увеличением объемов выпуска становится оправданным применение центробежного литья. Отверстие проливают, если его диаметр у детали более 30 мм. 3. При наружном диаметре тех же деталей до 60—70 мм, но стальных, их изготавливают из горячекатаных прутков. 4. При наружном диаметре тех же деталей более 60—70 мм заготовку целесообразно получать ковкой в подкладных открытых штампах или горячей объемной штамповкой в закрепленных открытых штампах. При этом отверстие прошивают, если его диаметр у детали более 30 мм, а длина не превышает двух диаметров. 5. Заготовки чугунных рычагов, вилок, кронштейнов получают литьем в песчаные формы при машинной или ручной формовке, в большинстве случаев по деревянным моделям. Отверстия в бобышках проливают, если их диаметры у деталей более 30 мм. 6. Заготовки стальных рычагов, вилок, кронштейнов обычно получают свободной ковкой с напусками, упрощающими их форму, но увеличивающими объем механической обработки. 7. Заготовки чугунных корпусных деталей получают чаще всего литьем в песчаные формы по деревянным моделям при ручной или машинной формовке. Подробно правила и рекомендации по выбору заготовок изложены в [11]. Даже внутри одного вида заготовок число конкурирующих альтернативных способов изготовления может быть значительным. Наиболее целесообразно выполнять селекцию альтернативных решений о способе изготовления заготовки по результатам технико-экономического анализа. При сравнении заготовок разных видов и способов изготовления можно пользоваться следующими критериями: 1) максимума коэффициента использования материала Ким: предпочтительнее тот способ, для которого значение Ким больше: где Кимi — коэффициент использования материала при i-м способе изготовления заготовки; тзi — масса заготовки при i-м способе ее изготовления; тд — масса детали; 2) минимума материалоемкости: предпочтительнее тот способ, для которого масса заготовки тз минимальна: Снижение материалоемкости ∆mi при использовании выбранной заготовки по сравнению с любым i-м ее вариантом: Для самых предварительных приближенных оценок альтернативных способов изготовления заготовок одного вида можно воспользоваться критерием минимума относительной стоимости заготовок Z0: где Z0i — относительная стоимость заготовки для i-го способа; Ui — относительная удельная стоимость заготовки при i-м способе изготовления (табл. 3.11). Таблица 3.11 Относительная удельная стоимость отливок Примечание. В реальных производственных условиях значения относительной удельной стоимости могут существенно отличаться от табличных! Учитывая, что Кимi = тд / тзi , запишем: Предварительный выбор вида и способа получения заготовок может и не привести к единственному варианту. В этом случае целесообразно наметить для альтернативных вариантов типовые процессы изготовления (как собственно исходной заготовки, так и детали) и далее выполнить экономическое сравнение вариантов, по результатам которого принять окончательное решение. Экономическое сравнение вариантов заготовок при принятии окончательного решения можно выполнять: 1) по технологической себестоимости заготовки; 2) цеховой себестоимости заготовки; 3) себестоимости изготовления детали; 4) приведенным затратам на изготовление заготовки; 5) приведенным затратам на изготовление детали. Технологическая себестоимость заготовки отражает расходы, связанные с выполнением процесса ее изготовления в конкретных производственных условиях (в данном цехе), составляя при этом лишь часть цеховой себестоимости. Сравнения по технологической себестоимости возможно лишь тогда, когда производство заготовок по сравниваемым вариантам осуществляется в цехах одного типа (литейных, кузнечных, сварочных). Технологическая себестоимость заготовки где Сзп — основная и дополнительная заработная плата рабочих заготовительного производства; Со — затраты на эксплуатацию, содержание и ремонт оборудования; Ссо — затраты на содержание и ремонт оснастки; Ск — затраты на эксплуатацию и ремонт производственных зданий; Са — затраты на амортизацию оборудования и оснастку. Технологическая себестоимость заготовки может быть определена приближенно: где Счi — норматив производственных затрат, приходящихся на один час работы заготовительного оборудования, занятого в i-й операции; tштi — норма времени на i-ю операцию изготовления заготовки. Цеховую себестоимость заготовки Сцз используют при сравнении ее различных видов и способов (литье и обработка давлением; литье в песчаные формы, литье под давлением и т.д.): где См — затраты на материалы; Сзп — заработная плата основных и вспомогательных рабочих заготовительного производства; Z — накладные цеховые расходы (Z = 150—800%). где С1 — стоимость 1 кг материала; тм — общая масса материала, расходуемого на одну заготовку; Цоз — цена 1 кг реализуемых отходов; mоз — масса реализуемых отходов. Более точно, чем (3.10), цеховую себестоимость можно определить как где Стз — технологическая себестоимость заготовки; См — затраты на материалы; Суз — общецеховые расходы определяются по стоимости работы оборудования (рабочего места) за 1 ч. Сравнение по цеховой себестоимости может быть рекомендовано для относительно однородной продукции. Себестоимость изготовления детали дает более полную картину взаимосвязанных затрат на производство заготовки и ее последующей механической обработки. Расчеты себестоимости следует проводить только по тем статьям затрат, которые изменяются в сопоставляемых вариантах. Затраты на основные материалы и заработную плату основных рабочих составляют до 80% себестоимости, поэтому сравнение вариантов изготовления детали при различных исходных заготовках можно проводить по этим двум статьям. Себестоимость изготовления детали Внимание! Авторские права на книгу "Курсовое проектирование по технологии машиностроения. Учебное пособие" (Кондаков А.И.) охраняются законодательством! |
||||||||||||||||||||||
