 |
Определение типа производства
|
|
|
|
Тип производства – это классификационная категория производства, выделяемая по признакам широты номенклатуры, регулярности, стабильности и объема выпуска изделий.
При отсутствии базовой (производственной) технологии в курсовом проекте тип производства определяется в зависимости от массы детали и объема производства по таблице 2 [1].
Таблица 2 – Определение типа производства [1]
| Тип производства | Годовой объем производства деталей одного наименования, шт. | ||
| тяжелых (крупных) массой свыше30 кг | средних массой до 30 кг | легких (мелких) массой до 6 кг | |
| единичное | до 5 | до 10 | до 100 |
| мелкосерийное | 6 – 100 | 11 – 200 | 101 – 500 |
| среднесерийное | 101 – 300 | 201 – 1000 | 501 – 5000 |
| крупносерийное | 301 – 1000 | 1001 – 5000 | 5001 – 50000 |
| массовое | свыше 1000 | свыше 5000 | свыше 50000 |
Годовая программа изготовления деталей в штуках определяется с учетом запасных частей и возможных потерь по формуле
, (5)
где N1 – объем производства изделий, шт./год;
m – количество деталей данного наименования в одном изделии;
β – для дополнительно изготовляемых деталей для запасных частей и для восполнения возможных потерь в процентах (β = 5...7 %).
Для условий серийного производства количество деталей в партии для одновременного запуска допускается определять по следующей упрощенной формуле [1, 2, 3]
, (6)
где α – число дней, на которые необходимо иметь запас деталей на складе (для обеспечения сборки, рекомендуется принимать α = 10);
F – число рабочих дней в году (можно принимать F = 240).
В рамках курсового проекта полное нормирование технологического процесса не выполняется, поэтому тип производства определяется без уточнения по коэффициенту закрепления операций.
|
|
|
Выбор заготовки
Правильный выбор заготовки оказывает непосредственное влияние на возможность рационального построения технологического процесса изготовления, как отдельных деталей, так и машины в целом, способствует снижению удельной металлоемкости машин и уменьшению отходов.
Наиболее распространенные в машиностроении методы получения заготовок (литье, штамповка и др.) могут быть реализованы разными способами (литье в кокиль, литье по выплавляемым моделям; штамповка на ГШП, штамповка на ГКМ и т. д.), выбор которых требует технико-экономического обоснования.
В рамках курсового проекта студент должен осуществить двух этапный выбор способа получения заготовки. На первом этапе производится предварительная качественная оценка методов и способов получения заготовки. На втором этапе – два-три преимущественных способа сравниваются по экономической эффективности, таким образом, выбирается оптимальный способ.
Основными факторами, определяющими выбор метода и способа получения заготовок, являются:
1. Форма и размеры заготовки. Наиболее сложные заготовки получают различными способами литья. Для заготовок, получаемых методом пластического деформирования характерна более простая конфигурация, отсутствие отверстий и полостей. Для самых простых по форме деталей заготовкой является металлургический прокат в виде прутков различного сечения и труб, а также прокат периодического сечения, изготовляемого на специализированном оборудовании.
2. Точность формы, размеров и качество поверхностного слоя заготовок. Требуемая точность геометрических форм и размеров заготовок существенно влияет на их себестоимость. Чем выше требования к точности отливок, штамповок и других заготовок, тем выше стоимость их изготовления. Это определяется главным образом увеличением стоимости формообразующей оснастки (модели, штампы, пресс-формы), уменьшением допуска на ее износ, применением оборудования с более высокими параметрами точности (и, следовательно, более дорогого), увеличением расходов на его содержание и эксплуатацию. Качество поверхностного слоя заготовки сказывается на возможности ее последующей обработки и эксплуатационных свойствах детали, таких как усталостная прочность, износостойкость и др. Оно формируется практически на всех стадиях изготовления заготовки. Технологический процесс определяет не только микрогеометрию поверхности, но и физико-механические свойства поверхностного слоя.
|
|
|
3. Технологические свойства материала. Методы получения заготовок накладывают вполне определенные ограничения на использование тех или иных конструкционных материалов, которые определяются по достаточности литейных свойств, пластичности, свариваемости и другим характеристикам. При наличии достаточного комплекса всех этих свойств у материала его выходные свойства могут сильно различаться у заготовок, полученных различными методами. Так, известно, что литые заготовки имеют крупнозернистое строение, неоднородность механических свойств и химического состава по сечению отливки. Пластически деформированный металл обладает ярко выраженной текстурой в виде волокнистого строения мелких зерен; анизотропией механических свойств в зависимости от направления волокон; наклепом. В целом же, пластически деформированные заготовки обладают более высокими прочностными свойствами по сравнению с литыми.
4. Объем выпуска продукции. Количество предполагаемых к изготовлению изделий определяет выбор способа изготовления заготовок, поскольку наиболее технически и экономически совершенные способы требуют больших начальных затрат на приобретение оборудования и технологической оснастки. С увеличением количества выпускаемых изделий удельные затраты на единицу продукции снижаются и возможно использование более прогрессивных способов получения заготовок.
5. Производственные возможности предприятия. Наличие технической базы позволяет организовать выпуск новой продукции с минимальными затратами времени на подготовку и освоение производства. В рамках курсового проекта отсутствует привязка к конкретному предприятию, поэтому при выборе метода и способа получения заготовки данный критерий можно не учитывать.
|
|
|
6. Сроки освоения производства. Данный критерий характеризует промежуток времени, необходимый предприятию на освоение нового для себя способа получения заготовок.
Сроки освоения производства определяются сложностью изготавливаемого изделия, характером применяемых технологических процессов и типом производства. Чем больше количество и сложность используемого оборудования и оснастки, тем больше сроки освоения производства.
Предварительно выбор заготовки может быть осуществлен на основе комплексного анализа указанных выше факторов с помощью матрицы их влияния (таблица 3) [4, 5].
Оценка осуществляется путем суммирования баллов, присвоенных каждому из возможных способов получения заготовки по перечисленным выше факторам. Возможность использования того или иного способа по конкретному фактору оценивается знаками плюс «+» или минус «–». Лучшим является способ, набравший наибольшее число баллов.
Таблица 3 – Матрица влияния факторов (пример) [4, 5]
| Методы и способы получения заготовки | Факторы выбора метода и способа получения заготовки | Сумма факторов | ||||
| Форма и размеры заготовки | Точность формы, размеров и качество поверхностного слоя заготовок | Технологические свойства материала | Объем выпуска продукции | Сроки освоения производства | ||
| Литье: | ||||||
| под давлением | + | + | - | - | - | |
| по выплавляемым моделям | + | + | - | + | + | |
| в кокиль | + | + | - | - | + | |
| Ковка | + | - | + | - | + | |
| Штамповка: | ||||||
| на молотах | + | - | + | + | + | |
| на ГКМ | + | + | + | + | - |
Анализ матрицы, представленной в таблице 3, показал, что равное наибольшее количество баллов (4) набрали три способа получения заготовок.
Однако отсутствие необходимых технологических свойств материала для использования метода литья ограничивает этот выбор до двух способов штамповки. Качественное сравнение этих вариантов не дает явного преимущества тому или иному способу, поэтому необходимо укрупненное проектирование обеих заготовок и технологических маршрутов их обработки.
|
|
|
На втором этапе выбора способа получения заготовки производим укрупненный расчет себестоимости способов, набравших наибольшее количество баллов при качественном сравнении.
Себестоимость заготовки из проката упрощенно можно определить по затратам на материал, необходимого для ее получения. Затраты на материал определяются по массе проката, требующегося на изготовление детали, и массе сдаваемой стружки. При этом необходимо учитывать стандартную длину прутков и отходы в результате некратности длины заготовок этой стандартной длине
, (7)
где Q – масса заготовки, кг;
S – цена 1 кг материала заготовки, р.;
q – масса готовой летали, кг;
Sотх – цена 1 т отходов, р.;
kинф – инфляционный коэффициент, необходимый для приведения уровня цен к современным условиям (применительно к 2013 – 2014 гг. kинф=1,06, его величина может корректироваться руководителем курсового проекта).
Стоимость некоторых металлов и заготовительные цены на стружку черных и цветных металлов приводятся в таблицах Г.1 и Г.2.
Стоимость заготовок, получаемых такими способами, как литье в обычные земляные формы и кокиль, литье по выплавляемым моделям, литье под давлением; горячая штамповка на молотах, прессах, ГКМ, КГШП, а также электровысадкой, можно с достаточной для курсовой работы точностью определить по формуле [3]
, (8)
где Сi – базовая стоимость 1 т заготовок, р.;
km, kс, kв, kм, kп, – коэффициенты, зависящие от класса точности, группы сложности, массы, марки материала и объема производства заготовок.
Для отливок, полученных литьем в песчано-глинистые формы и кокили, рекомендуется пользоваться нижеприведенными данными [3].
Базовая стоимость 1 т отливок C1 = 75000 р. (отливки из серого чугуна марок СЧ10; СЧ15; СЧ18 массой 1–3 кг, 3-го класса точности по ГОСТ 53464, 3-й группы сложности и 3-й группы серийности).
Коэффициенты выбираются по следующим данным [3].
В зависимости от точности отливок значения коэффициента km:
- для отливок из черных металлов:
1-й класс точности km = 1,1; 2-й класс точности km = 1,05; 3-й класс точности km = 1,0;
- для отливок из цветных металлов:
4-й класс точности km = 1,1; 5-й класс точности km = 1,05; 6-й класс точности km = 1,1.
В зависимости от марки материала значения коэффициента kм следующие:
- для чугуна:
СЧ10, СЧ15, СЧ18-1, СЧ20, СЧ25, СЧ30 kм = 1,04; СЧ35, СЧ40, СЧ45 kм = 1,08; ВЧ45-5, ВЧ50-2 kм = 1,19; КЧ30-6, КЧ33-8, КЧ35-10 kм = 1,12;
- для стали:
углеродистой kм = 1,22; низколегированной kм = 1,26; легированной kм = 1,93;
|
|
|
- для сплавов цветных металлов:
алюминиевых kм = 5,94; медноцинковых kм = 5,53;
- бронзы оловянисто-свинцовой kм = 1,04;
Коэффициенты, зависящие от группы сложности отливок kс, массы отливок kв и объема производства kп определяются по таблице Г.3. (см. приложение Г).
Для определения коэффициента kп необходимо сначала установить группу серийности по таблице Г.4, затем на основании группы серийности по таблице Г.3 найти значения kп (см. приложение Г).
Для отливок, полученных литьем по выплавляемым моделям, за базовую принята стоимость 1 т. С2 = 95000 р. (отливки из углеродистой стали массой 0,1 – 0,2 кг, 3-й группы сложности, 2-й группы серийности) [3].
Коэффициенты выбираются по следующим данным:
а) независимо от точности отливок коэффициента km равен 1.
б) в зависимости от материала отливок значения коэффициента kм следующие:
- для стали: углеродистой – 1; низколегированной – 1,08; высоколегированной – 1,1;
- медных сплавов – 2,44;
- бронзы: безоловянистой – 2,11; оловянистой – 2,4.
Коэффициенты, зависящие от группы сложности отливок kс и массы kв, принимаются по таблице Г.5.
Коэффициент kп для отливок, получаемых по выплавляемым моделям, определяется независимо от марки материала отливки. Группа серийности, на основании которой выбираются значения коэффициента kп, приведена в таблице Г.4.
Значения коэффициента kп в зависимости от группы серийности составляют:
1-я группа серийности – 0,83; 2-я группа серийности – 1; 3-я группа серийности – 1,23.
Для отливок, полученных литьем под давлением, в качестве базовой принята стоимость 1 т отливок С3 = 160000 р. (отливки из алюминиевых сплавов, массой 0,1 – 0,2 кг, 3-й группы сложности, 2-й группы серийности) (URL: http://www.flagman-klg.ru/).
Коэффициенты выбираются по следующим данным [3]:
а) независимо от класса точности значения коэффициента km принимают равными 1;
б) в зависимости от материала отливок коэффициент kм принимается: для алюминиевых сплавов – 1; медных – 1,11; цинковых – 1,29.
Значения коэффициентов kс, kв и kп для отливок, полученных литьем под давлением, приведены в таблице Г.6. Группа серийности принимается по таблице Г.4.
Отливки к той или иной группе сложности можно отнести по следующим признакам.
I группа – удлиненные детали типа тел вращения, которые можно отливать не только стационарным, но и центробежным способом. К ним относятся простые и биметаллические вкладыши, некоторые втулки и гильзы, трубы, цилиндры, некоторые типы шпинделей с фланцами, коленчатые и распределительные валы и др. Отношение длины к диаметру у таких деталей больше единицы.
II группа – детали типа дисков: маховики и основные диски муфт сцепления, шкивы, диски, корпусы подшипников.
III группа – простые по конфигурации коробчатые плоские детали, для формовки которых не требуется большого количества стержней. К этой группе относятся передние, боковые и нижние крышки двигателей; крышки коробок скоростей, передних бабок и других корпусных деталей; суппорты станков; кронштейны; планки; вилки; рычаги.
IV группа – закрытые корпусные детали коробчатого типа, внутри которых монтируются механизмы машин. Это блоки и головки цилиндров автомобильных, тракторных и других двигателей; корпусы коробок передач и другие детали сложной формы, для изготовления которых требуется значительное количество стержней при формовке.
V группа – крупные и тяжелые коробчатые детали, на которых обычно монтируются узлы и механизмы машин. К ним можно отнести коробчатые литые рамы тракторов и сельскохозяйственных машин, станины металлорежущих станков и литейных машин, а также прессов, компрессоров и др. Внутри таких деталей обычно не монтируются какие-либо механизмы, т. е. они служат как несущие конструкции.
Стоимость горячештампованных заготовок (полученных на молотах, прессах, горизонтально-ковочных машинах (ГКМ), кривошипных горячештамповочных прессах (КГШП) и электровысадкой) определяется следующим образом. За базу принимается стоимость 1 т штамповок С4 =
= 40100 р. (штамповки из конструкционной углеродистой стали массой 2,5–4 кг, класса точности T4 по ГОСТ 7505, 3-й группы (степени) сложности, 2-й группы серийности) [6].
Коэффициенты выбираются по следующим данным:
а) в зависимости от класса точности штамповок по ГОСТ 7505 значения коэффициента kт принимаются:
классы точности Т1, Т2 – 1,1; класс точности Т3 – 1,05; классы точности Т4, Т5 – 1,0;
б) в зависимости от марки материала штамповки значения коэффициента kм составляют: для углеродистых сталей 08...85 – 1; сталей 15Х...50Х – 1,13; сталей 18ХГТ...30ХГТ – 1,21; стали ШХ15 – 1,77; сталей 12ХНЗА...30ХНЗА – 1,79.
Значения коэффициентов kc и kв приведены в таблице Г.7.
Коэффициент kп определяется из условия: если объем производства заготовок больше значений, указанных в таблице Г.8, принимают kп = 0,8, в остальных случаях kп = 1,0. Группа (степень) сложности определяется по ГОСТ 7505.
Выбор технологических баз
На основе анализа чертежей детали и заготовки необходимо предварительно определить возможные схемы базирования, которые могут быть уточнены в дальнейшем при разработке маршрутного технологического процесса.
Базирование – придание заготовке или изделию требуемого положения относительно выбранной системы координат.
Опорная точка – точка, символизирующая одну из связей заготовки или изделия с выбранной системой координат.
Базой называется поверхность или выполняющее эту функцию сочетание поверхностей, ось, точка, принадлежащая заготовке или изделию используемая для базирования.
Комплект баз – совокупность трех баз, образующих систему координат заготовки или изделия.
Базы классифицируют по назначению, лишаемым степеням свободы, характеру проявления.
Конструкторская база – база, используемая для определения положения детали или сборочной единицы в изделии.
Основная база – конструкторская база, принадлежащая данной детали или сборочной единице и используемая для определения ее положения в изделии.
Вспомогательная база – конструкторская база, принадлежащая данной детали или сборочной единице и используемая для определения положения присоединяемых деталей (сборочных единиц) относительно данной детали (сборочной единицы).
Технологическая база – база, используемая для определения относительного положения заготовки (изделия) в процессе изготовления или ремонта.
Измерительная база – база, используемая для определения относительного положения заготовки или детали и средств измерения.
Основными и вспомогательными могут быть только конструкторские базы. В то же время основная конструкторская база может являться измерительной или технологической.
Установочная база – база, лишающая заготовку (изделие) 3-х степеней свободы – перемещения вдоль одной координатной оси и поворотов вокруг двух других осей.
Направляющая база – база, лишающая заготовку (изделие) двух степеней свободы – перемещения вдоль одной координатной оси и поворота вокруг другой.
Опорная база – база, лишающая заготовку (изделие) одной степени свободы – перемещения вдоль одной координатной оси или поворота вокруг оси.
Двойная направляющая база – база, лишающая заготовку (изделие) четырех степеней свободы – перемещения вдоль двух координатных осей и поворотов вокруг этих осей.
Двойная опорная база – база, лишающая заготовку (изделие) двух степеней свободы – перемещений вдоль двух координатных осей.
Явная база – база заготовки (изделия) в виде реальной поверхности, разметочной риски или точки пересечения рисок.
Скрытая база – база заготовки или изделия в виде воображаемой плоскости, оси или точки.
Полное и краткое наименование баз по нескольким классификационным признакам ведется в следующем порядке: по назначению, лишаемым степеням свободы, характеру проявления, например, «технологическая направляющая скрытая база», «измерительная опорная явная база», «конструкторская основная установочная явная база» и т.д.
При выборе технологических баз необходимо руководствоваться следующими правилами.
1. В качестве технологической базы желательно выбирать конструкторскую базу.
2. На первой операции технологическую базу следует выбирать с учетом решения одной из двух задач: равномерного распределения припуска между обрабатываемыми поверхностями детали или обеспечения размерной связи между поверхностями, подлежащими обработке и поверхностями необрабатываемыми.
3. В качестве установочной технологической базы следует выбирать поверхность, имеющую наибольшую протяженность в 2-х взаимно перпендикулярных направлениях.
4. В качестве направляющей технологической базы необходимо выбирать поверхность, имеющую наибольшую протяженность в одном направлении.
5. В качестве опорной технологической базы необходимо выбирать поверхность, имеющую наименьшие габариты.
6. Поверхности, которые будут использованы в качестве технологической базы в дальнейшем, должны быть обработаны на первой операции, желательно за один установ детали.
Под принципом единства баз понимается использование одних и тех же поверхностей в качестве базирующих на подавляющем большинстве операций технологического процесса. Классическим примером использования принципа единства баз является обработка детали в центрах, при которой на всех операциях, кроме первой, используются одни и те же базы.
Необходимо отметить, что правила выбора баз и принцип единства баз часто противоречат друг другу. Например, при обработке детали в центрах выполняется принцип единства баз, но не соблюдается правило выбора баз (конструкторская база не совпадает с технологической). В результате вместо одного размера (диаметра) необходимо выдерживать два размера (два радиуса). В зависимости от конкретных условий выполняем соответствующие требования теории базирования.
Смена баз – это преднамеренная или случайная замена одних баз другими с сохранением их принадлежности к конструкторским, технологическим или измерительным базам. Различают организованную и неорганизованную смену баз.
Под организованной (преднамеренной) сменой баз понимается такая смена, при которой соблюдаются определенные правила (пересчет размеров, увязка старой и новой базы, и т. д.). Организованная смена баз является управляемой.
Под неорганизованной (случайной) сменой баз понимается смена баз без соблюдения вышеперечисленных правил. Неорганизованная схема баз является неуправляемой.
Каждая смена баз сопровождается появлением дополнительной погрешности, так как увеличивается число звеньев в размерной цепи, появляется звено, которое «связывает» вновь избранную базу с предыдущей.
Поэтому необходимо стремиться к тому, чтобы все поверхности заготовки обрабатывались от одних и тех же технологических баз, т. е. соблюдался принцип единства баз.
Схема базирования – схема расположения опорных точек на базах заготовки или изделия. Типовые схемы базирования деталей приведены в [9].
При составлении схем базирования необходимо соблюдать следующие правила.
1. Все опорные точки на схеме базирования изображают условными обозначениями (рисунке 1) и нумеруют по порядку, начиная с базы, на которой располагается наибольшее количество опорных точек. В качестве примера на рисунке 2 представлена схема базирования призматической детали.
2. При наложении в какой-либо проекции одной опорной точки на другую изображается одна точка и около нее проставляются номера совмещенных или совпавших точек (например, на рисунке 2 точки 1 и 3, 4 и 5 на виде слева).
3. Число проекций заготовки или изделия, обозначение опорной точки на схеме базирования должно быть достаточным для четкого представления о расположении опорных точек.
В рассматриваемом разделе пояснительной записки необходимо привести схемы базирования с указанием названий технологических баз и лишаемых степеней свободы. Так, например, на рисунке 2:
1, 2, 3 – установочная явная база, лишает деталь 3-х степеней свободы (перемещений вдоль оси OY и вращений вокруг осей OX и OZ);
4, 5 – направляющая явная база, лишает деталь 2-х степеней свободы (перемещений вдоль оси OZ и вращений вокруг оси OY);
7 – опорная явная база, лишает деталь 1 степени свободы (перемещений вдоль оси OX).
Рисунок 1 – Условное обозначение опорной точки
Рисунок 2 – Схема базирования призматической детали
7.8 Выбор вариантов технологических маршрутов обработки
Поверхностей детали
Проектирование технологического процесса механической обработки начинают с выявления и нумерации элементарных поверхностей детали, подлежащих обработке. На рисунке 3 показан пример детали типа «вал».
Рисунок 3 – Вал
На рисунке 4 приведен пример обозначения элементарных поверхностей вала (рисунок 3), подлежащих обработке.
Рисунок 4 – Элементарные поверхности, обрабатываемые на валу
Далее определяются методы и виды обработки для каждой элементарной поверхности. Результаты выбора заносятся в таблицу 4.
Таблица 4 – Назначение методов и видов обработки поверхностей
| Номер и название поверхности | Шероховатость поверхности по чертежу (Ra, мкм) | Точность размера поверхности по чертежу, (IT квалитет) | Метод обработки | Вид обработки (стадия) | Шероховатость, достигнутая данным видом обработки (Ra, мкм) | Точность, достигнутая данным видом обработки (IT квалитет) |
| 1 Торец | 2,5 | Обтачивание с поперечной подачей | Получистовое | 12,5 | ||
| … | … | … | … | … | … | … |
| 19 Плос- кость | 0,63 | Фрезерование торцевой фрезой | Черновое | 12,5 | ||
| Чистовое | 6,3 | |||||
| Шлифование плоское | Чистовое | 1,6 | ||||
| Тонкое | 0,63 | |||||
| Примечание – В таблице 3 в качестве примера показаны маршруты обработки двух элементарных поверхностей вала (рисунок 3). |
После назначения методов и видов обработки всех поверхностей детали определяются этапы проектируемого технологического процесса (таблица 5). Далее каждый этап разбивается на технологические операции. Обработка детали производится сначала на операциях чернового (получистового) этапа, затем – чистового, тонкого и отделочного.
Таблица 5 – Этапы (стадии) обработки поверхностей в зависимости от требований к поверхности по точности и шероховатости
| Требуемые квалитет точности и шероховатость поверхности, IT/ Ra, мкм | Этапы (стадии) обработки |
| 12 / 12,5 | |
| 10 / 6,3 | 1,2 |
| 7 / 1,25 | 1,2,3 |
| 6 / 0,63 | 1,2,3,4 |
| Примечание – В числителе – квалитет точности, в знаменателе – шероховатость; цифрами обозначены стадии обработки: 1 – черновая, 2 – чистовая, 3 – тонкая, 4 – отделочная. |
|
|
|
