Проектирование технологического процесса изготовления детали «конической вал-шестерни»

                                                                                                           Таблица 2

Химический  состав в % материала 40Х

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	Cu
0,36-0,44	0,17-0,37	0,5 -0,8	До 0,3	До 0,035	До 0,035	0,8-1,1	до   0.3

 

Среднее содержание углерода обеспечивает вязкость сердцевины.

Добавки марганца повышают твердость и износостойкость  стали.

Кремний увеличивает прочность, при сохранении вязкости, а также повышает упругость материала.

Добавки хрома при незначительном снижении пластичности, повышают прочность и коррозионную стойкость стали.

 

2 Анализ технологичности конструкции детали.

 

Данная  деталь, далее названная как вал  шестерня имеет цилиндрическую ступенчатую  форму, что позволяет использовать наиболее распространенный тип заготовки  прокат круглый. Конструкция усложнена наличием конической шестерни, что приведет к потребности в специальных зуборезных и зубошлифовальных станках. Для увеличения производительности необходимо применить для токарной операции станок с ЧПУ.

Наиболее  трудоемкими с точки зрения технологичности являются зубья конической шестерни.

Большинство размеров заданных на чертеже можно  измерить непосредственно, но есть и  исключения. К ним относятся параметры  зубчатого колеса, которые обеспечиваются настройкой станка

При закреплении детали в большинстве случаев используем в качестве базы ось вала (базирование в самоцентрирующих приспособлениях). В качестве вспомогательных баз используем обработанные поверхности, после обработки которых происходит обнуление координат станка для обеспечения точности обработки.

Отношение длины вала-шестерни к ее диаметру равно 3,5 , следовательно, вал считается  жестким и при его обработке  можно обеспечить точность 6 квалитета.

Учитывая, написанное выше, приходим к выводу, что деталь технологична.

 

3 Определение типа производства

 

Тип производства определяем по коэффициенту закрепления операций, который находим  по формуле [6, стр.19]:

                                          К_з.о =                                           (1)

где t_в – такт выпуска детали, мин.;

    T_ср – среднее штучно – калькуляционное время на выполнение операций технологического процесса, мин.

Такт  выпуска детали определяем по формуле [5, стр.22]::

где  F_г – годовой фонд времени работы оборудования, мин.;

     N_г – годовая программа выпуска деталей.

Годовой фонд времени работы оборудования определяем по табл.5 [5,стр.23] при двухсменном  режиме работы: F_г = 4015 ч.

Тогда

мин

Среднее штучно – калькуляционное время на выполнение операций технологического процесса [5, стр.21]:

                                                                                  (2)

где Т_{ш.к i} – штучно – калькуляционное время i- ой основной операции, мин.;

     n – количество основных операций.

В качестве основных операций выберем 7 операций (n=5): две токарные с ЧПУ, фрезерную, вертикально-сверлильную, зубострогальную, круглошлифовальную, зубошлифовальную операции (см. операционную карту).

  Штучно – калькуляционное время i - ой основной операции определяем по рекомендациям приложения 1 [5,стр.173]:

                                     Т_{ш.к i} = _к.i  T_о.i,                                          (3)

где _к.i – коэффициент i- ой основной операции, зависящий от вида станка и типа предполагаемого производства;

T_о.i – основное технологическое время i- ой операции, мин.

Для первых двух операций (токарных с ЧПУ): _к. = _к.= 2,14;

для фрезерной _к = 1,84,

для шлифовальной: _к.= 2,10,

для сверлильной  _к.3 = 1,75

для зубострогальной  _к.3 = 1,66

для зубошлифовальной _к.3 = 2,1

Основное  технологическое время первой операции

Т_0.1 = 0.052d ²+0.52dl

Т_0.1 =0.052*80 ²+0.524*5 =0,34мин

Штучно – калькуляционное время данной операции определяем по форм. (3):

Т_{ш.к 1} =

к.1*T_о.1 = 2,14*0,34 = 0,72 мин.

Основное  технологическое время второй токарной операции

Т_0.2 =6*0.17dl+0.17dl

Т_0.2 = 5*0.17*40*130+0.17*50*160=5,7мин

Штучно – калькуляционное время данной операции определяем по форм. (3):

Т_{ш.к 2} =

к.*T_о.2 = 2,14*5,7 = 12,19мин.

Основное  технологическое время третей токарной операции

Т_0.3 = 0.052d ² +2*0.17dl+ 0.052d ² +0.52dl

Т_0.3 = 0.052*80 ² +2*0,17*80*30+ 0.052*63 ² + 0,52*4*4= 1,36мин

 

Штучно – калькуляционное время данной операции, форм. (3):

                              Т_{ш.к 3} = _к.*T_о.3 = 2.14*1,36 = 2,9 мин. 

Основное технологическое  время четвертой фрезерной операции

Т_0.4 = 7*l=7*40=0.28мин

Штучно – калькуляционное время данной операции, форм. (3):

                              Т_{ш.к 4} = _к.*T_о.4 = 1,84*0,28 = 0,51 мин. 

Основное технологическое  время пятой сверлильной операции

Т_0.5 = 2*0.52dl+2*0.4dl =2*0.52*6*25+2*0.4*6*25 =0.276мин

Штучно – калькуляционное время данной операции, форм. (3):

                              Т_{ш.к 5} = _к.5*T_о.5 = 1,72*0,276 = 0,474 мин.

 Основное технологическое  время шестой зубострогальной  операции 

Т_0.5 = 2,2db=2.2*80*30 =5.2мин

Штучно – калькуляционное время данной операции, форм. (3):

                              Т_{ш.к 5} = _к.5*T_о.5 = 1,66*5.2 = 8.63 мин. 

Основное  технологическое время  седьмой  круглошлифовальной операции

Т_0.7 = 10*0,15dl+10*0,15dl =10*0.15*45*75+10*0,15*40*40=7,46мин

Штучно – калькуляционное время данной операции, форм.(3):

                              Т_{ш.к 7} = _к.7*T_0.7 = 2,10*7,46 = 15,66 мин. 

Основное технологическое  время восьмой зубошлифовальной операции

Т_0.8 = 4,6lz=4.6*28*18=2.3мин

Штучно – калькуляционное время данной операции, форм.(3):

                              Т_{ш.к 8} = _к.8*T_0.8 = 2,10*2.3= 4,83мин. 

Среднее штучно – калькуляционное время на выполнение операций технологического процесса определяем по форм. (2):

                                                            

Тип производства определяем по форм.(1):

                                          К_з.о =                                                            

Так как  К_з.о =1>5,64>10, то тип производства крупносерийный.

 

4 Анализ базового техпроцесса

 

Так как данная деталь является конической вал-шестерней, в качестве базового техпроцесса примем технологический процесс обработки конического колеса-вала, приведенный в литературе [7, стр.387]. Анализ существующего технологического процесса проведём с точки зрения обеспечения качества продукции. При этом выясним, правильно ли он составлен для выполнения требований чертежа и соблюдаются ли все требования технологического процесса.

 

Технологический маршрут обработки конического  колеса-вала,

5-6-я  степень точности,

m=4,

Заготовка – штамповка диаметром 140 мм,

Сталь 12ХН4А.

 

 

Представленный  технологический процесс позволяет  выполнить все требования чертежа.

На  основании базового технологического процесса разработаем технологический процесс изготовления конической вал-шестерни.

 

5 Выбор исходной заготовки.

Материал  заготовки задан конструктором  Сталь 40Х ГОСТ 4543-71.

Выбор заготовки зависит от формы детали и ее размеров, исходного материала, типа и вида производства, наличия  необходимого оборудования, требования к качеству готовой детали, экономичности изготовления. Существуют различные способы получения заготовок. Анализируя чертеж, отметим что деталь имеет сравнительно небольшие перепады диаметров,  следовательно приходим к выводу, что наиболее выгодный способ получения заготовки – прокат горячекатаный. Ниже приведены свойства данного проката.

Рис. 2. Заготовка

 

Модуль  упругости нормальный	206000 МПа
Относительное сужение	45%
Относительное удлинение после разрыва	10%
Плотность	7820 кг/м 3
Предел  прочности при растяжении	850 МПа
Предел  текучести	650 МПа
Свариваемость	трудносвариваемая
Склонность  к отпускной хрупкости	склонна
Содержание  Азота N	0…0,008%
Содержание  Кремния Si	0.17….0.37%
Содержание  Марганца Mn	0,5…0,8%
Содержание  меди Cu	0….0,3%
Содержание  никеля Ni	0…0,3%
Содержание  серы S	0…0,3%
Содержание  углерода С	0,41….0,49%
Содержание  фосфора P	0…..0,035%
Содержание  хрома Cr	0,8…1,1%
Твердость по бриннелю	241НВ
Температура ковки	1250…780

 

 

Стоимость заготовки из проката рассчитываем по формуле [5,стр. 258]:

где  М- затраты на материал заготовки, р;

    ∑ С_о.з.- технологическая себестоимость правки, калибрования, разрезки, р;

Расчеты затрат на материалы и технологической себестоимости [5,стр. 258]:

М=Q∙S-(Q-g)∙S_отх                                                                       

где Q- масса заготовки, кг;

    S-цена 1 кг материала заготовки, р;

    g-масса детали, кг;

    S_отх- цена 1 кг отходов, р.

  В отходы включается не только разность между массой заготовки и детали, но и остаток прутка, образующийся из-за некратности длины заготовки длине прутка. Прокат поставляется длиной 8м. Стоимость 1 т проката- 26000р, стоимость 1 т стружки- 6000р.

По формуле  [5,стр. 258] определим технологическую себестоимость правки, калибрования, разрезки:

                                                          

где ∑С п.з.- приведенные затраты на рабочем месте, р/ч, [5, стр. 258];

                                               

где   Сз - основная и дополнительная зарплата на рабочем месте , p/ч, Сз=0,76                                                                                                   

М - коэффициент многостаночности  М=1,0                                                                                                      

Сч.з. - часовые затраты по эксплуатации рабочих мест ,p/ч, Сч.з.=0,36                                                                                              

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

Кс- удельные часовые капитальные вложения в станок, p/ч, Кс=6,3

Кз- удельные часовые капитальные вложения в здание, p/ч, Кз=0,24

Следовательно ∑Сп.з=13,8 р/ч

tшт.к- штучно-калькуляционное время выполнения заготовительной операции, мин

Штучно-калькуляционное  время рассчитывается по формуле [5,стр. 111]:

где   Lрез – длина резания при разрезании проката на штучные заготовки (Lрез=D), мм;

       у- величина врезания и перебега (при разрезании дисковой пилой у=68 мм);