Выбор технологического оборудования для изготовления детали «Ведомый вал» и его технико-экономическое обоснование

Выделяют пять таких классов: валы, втулки, диски, рычаги и корпуса.

Каждый класс имеет характеристику: соотношение длины (L) и среднего диаметра (D), форму детали, наличие конструктивных элементов, точность обработки.

Соотнеся параметры, вал ведомый редуктора можно отнести к классу «валы», потому что соотношение длины и среднего диаметра 160/37≈4. Это один из самых многочисленных классов. К нему относятся просто валы, валы шлицевые, валы- шестерни, шпиндели, ходовые винты и т.п.

 

 

2. ВЫБОР И РАСЧЕТ ЗАГОТОВКИ

 

2.1. Выбор вида и метода  получения заготовки

 

Выбор получения заготовки определяется, прежде всего, материалом, из которого изготавливается заготовка, и конфигурацией детали: материал льется или штампуется, можно ли прошить отверстие такого диаметра и такой глубины и т.п. Обязательно учитывается тип производства, т.к. с повышением серийности становится возможным получать более точные и сложные заготовки, обеспечивая и большую экономию металла.

Всего в машиностроении используют четыре вида заготовок:

- заготовки, полученные из сортового  проката;

- заготовки, полученные давлением (поковки, штамповки);

- заготовки, полученные литьем (отливки);

- заготовки, получаемые сваркой частей, получаемых из проката, штампованных или отлитых.

Заготовками для деталей класса "вал" наиболее часто служит либо сортовой прокат, либо штамповка. Отливка применяется в редких случаях: при изготовлении крупных валов из чугуна. Сортовой прокат применяется для изготовления средних и мелких деталей с небольшим переходом диаметров по ступеням вала (до 20-25 мм / 100 мм длина). Штамповка применяется для изготовления средних и крупных валов сложной конфигурации, с большим перепадом диаметров, а также при специальных требованиях к структуре металла и при достаточно больших объемах выпуска. [1, с.20]

Для вала ведомого планетарного редуктора, которая является предметом нашего проектирования, выбрано 2 способа получения заготовки: прокат и ковка  из Стали 45. Выбор той или иной заготовки будет обоснован технико-экономическими расчетами.

 

2.2. Назначение общих  припусков

 

Любая заготовка, предназначенная для дальнейшей механической обработки, изготавливается с припуском на размеры готовой детали. Разность размеров заготовки и окончательно обработанной детали определяет величину припуска, т.е. слоя металла, который должен быть снят при механической обработке.

Величина припуска обычно дается «на сторону», т.е. указывается толщина слоя, снимаемого с данной поверхности. Для цилиндрических деталей припуск дается «на диаметр», т.е. указывается двойная толщина снимаемого слоя.

Припуск должен иметь оптимальные размеры. Чрезмерные припуски вызывают излишний расход материала (в стружку), увеличивают трудоемкость и себестоимость обработки детали. Слишком малые припуски не позволяют получить нужной точности и нужного качества обработки, что приводит к браку деталей. Поэтому при неуверенности в точности расчетов припуски чаще всего завышают.

На величину припуска влияют:

- материал заготовки;

- размеры заготовки;

- вид и способы ее получения;

- сложность конфигурации заготовки;

- требования к точности и  качеству поверхностей детали. [1, с.23]

Величина припуска для заготовок из проката может быть определена по

следующим формулам:

Zd= D0,4·L0,05/ IT0,45; Zl= D0,3·L0,05

где

Zd - припуск на наибольший диаметр детали, мм;

Zl - припуск на общую длину детали, мм;

D - наибольший диаметр детали, мм;

L - длина детали, мм;

IT - квалитет размера на диаметр D (6,7,...10).

Z130=1300,4*1600,05/70,45=3,8=4 мм

Z160=1300,3*1600,05=5,59=6 мм

Величина припуска для заготовок, получаемых штамповкой на молотах, прессах в закрытых штампах:

Z = 0,15 · D0,5· m0,22 ·КТ ·Ксл , [1, с.23]

где D – размер, на который рассчитывается припуск, мм; m – масса штамповки в кг; КТ –коэффициент точности штамповки (КТ = 0,1 1 класса – точная; КТ = 1,35 штамповка 11 класса – менее точная); Ксл – коэффициент сложности (Ксл = 1 штамповка простая, Ксл = 1,1 штамповка средней точности, Ксл = 1,3 штамповка высокой сложности).

Z130 = 0,15 · 1300,5 · 2,80,22 · 1,35 · 1,1 = 3 мм;

Z35 = 0,15 · 350,5 · 2,80,22 · 1,35 · 1,1 = 1,7 мм;

Z40 = 0,15 · 400,5 · 2,80,22 · 1,35 · 1,1 = 1,8 мм;

Z61 = 0,15 · 610,5 · 2,80,22 · 1,35 · 1,1 = 2,2 мм

Z160 = 0,15 ·1600,5 · 2,80,22 · 1,35 · 1,1 = 3,5 мм;

Приведем полученные результаты в таблицу № 2.

 

 

Таблица № 2

Расчет и назначение общих припусков

 

Размер детали (длина или диаметр), мм	Величина рассчитанного припуска, мм	Размер заготовки, мм
Заготовка - прокат
Ø130	4	Ø135
160	6	166
Заготовка - поковка
Ø130	3*2	Ø136
Ø35	1,7*2	Ø39,4
Ø40	1,8*2	Ø43,6
Ø61	2,2*2	Ø65,4
160	3,5	163,5

 

Видно, что общие припуски при прокате заготовки превышают размеры припусков при штамповке. Это говорит о том, что в первом случае материала будет расходоваться больше, что может оказать отрицательное влияние на экономические показатели данного метода.

 

2.3. Расчет массы заготовки

 

Значения общих припусков позволяют определить массу заготовки и коэффициент использования материалов. Масса заготовки определяется через объем. Для вычисления объема заготовку представляют в виде совокупности элементарных фигур: цилиндров, параллелепипедов. Объемы этих фигур суммируют, если они представляют внешние поверхности, и вычитают, если они образуют внутренние полости.

При этом обязательно учитывают напуски, предназначенные для упрощения конфигурации заготовки и скрывающие мелкие элементы детали, которые не целесообразно получать на заготовке. Кроме того, учитывается технологическая возможность получения минимальных размеров конструктивных элементов (стенок, ребер, отверстий, канавок, уступов и т.д.).

Расчет массы заготовки при прокате:

Mз= Vз*р

где Vз – объем заготовки в мм3; р - плотность материала в кг/мм3 (сталь 45 – 7,82 ·10-6)

Vз= 3,14 · 67,52 · 160=2122640 мм3

Таким образом, Mз=2122640 · 7,82 · 10-6 = 16,6 кг

Для определения рационального использования материала рассчитывают коэффициент использования материала по формуле:

Ким = Mg / M3 , [1, с.18]

где Mg – масса детали по чертежу, кг;

M3 - масса заготовки.

Таким образом, Ким = 2,8 / 16,6 = 0,2

Из полученного коэффициента следует, что материал используется неэффективно.

Расчет массы заготовки при ковке:

 Mз= Vз*р

где Vз – объем заготовки в мм3; р - плотность материала в кг/мм3 (сталь 45 – 7,82 ·10-6)

V3 = V1 + V2 + V3+ V4,

где Vi – объем i-го цилиндра в мм3, рассчитанный по формуле Vi = р ·R2·l

V1 = 3,14 · 682 · 15 = 198997 мм3

V2 = 3,14 · 30,52 · 22,5 = 65722 мм3

V3 = 3,14 · 202 · 72 = 90432 мм3

V4 = 3,14 · 17,52 · 50,5 = 48562 мм3

 

V3 = 198997+65722+90432+48562 =403713 мм3

Таким образом, Mз=403713 · 7,82 · 10-6 = 3,2 кг

Для определения рационального использования материала рассчитывают коэффициент использования материала по формуле:

Ким = Mg / M3 , [1, с.18]

где Mg – масса детали по чертежу, кг;

M3 - масса заготовки.

Таким образом, Ким = 2,8 / 3,2 = 0,8

Из полученного коэффициента следует, что материал используется эффективно.

Из расчетов следует, что масса заготовки при ковке равна 3,2 кг и коэффициент использования материала 0,8, т.е. используемый материал расходуется эффективно. Масса заготовки при прокате 16,6 кг и коэффициент использования материала 0,2, т.е. материал используется неэффективно. Разница объясняется различием в начисленных припусках.

 

 

 

 

 

 

 

2.4. Расчет стоимости  заготовки

 

Окончательно рациональность метода получения заготовки для данного объема производства устанавливают технико-экономическим расчетом.

Стоимость штампованной заготовки, у.е.:

С = SЗ · Мз · Кс · (5000 / N )0,15 · Км · Кв , [1, с.25]

где SЗ – стоимость 1 кг поковки, полученных на молотах, - 18,0 у.е.; Кс – коэффициент сложности (поковки, имеющие выступающие части и отверстия, - 1,15…1,25); Км – коэффициент материала (высоколегированная сталь – 1,5…1,7); Кв – коэффициент массы заготовки (до 10 кг - 1,04).

Таким образом, С = 18,0 · 3,2 · 1,2 · (5000 / 150)0,15 · 1,7 · 1,04 = 206,00 у.е.

Стоимость заготовки из проката ориентировочно может быть определена по формуле, у.е.:

С=Mз*S-(Mз-Мд)*Sотх,

где

Mз и Мд – масса заготовки и готовой детали соответственно, кг;

S – цена 1 кг металлопроката (высоколегированная  – 20,0 у.е.)

Sотх – стоимость 1 кг отходов (стальная стружка – 1,5-2,0 у.е.)

С=16,6*20-(16,6-2,8)*1,5=311,3 у.е.

Сопоставим полученные результаты масс заготовок и стоимостей производств заготовок.

Годовая экономия металла рассчитывается по формуле:

Эм = (Мз1 – Мз2) · N, [1, с.25]

где Мз1, Мз2 – масса заготовок по первому (более металлоемкому) и второму варианту соответственно; N – годовой объем выпуска (годовая программа).

Эм = (16,6 –3,2) · 150 = 2010 кг

Данный результат говорит о том, что при использовании ковки в качестве метода получения заготовки за год будет расходоваться материала на 163,2 кг меньше, чем при прокате.

Экономический эффект (выбранного вида) изготовления заготовки, руб.:

Э = (Сз2 – Сз1) · N, [1, с.25]

где Сз2, Сз1 – стоимость заготовки по первому (более дешевому) и второму варианту соответственно.

Э = (206 – 311,3) · 150 = -15795 у.е.

Таким образом, при получении заготовки ковкой, за год осуществляется экономия в размере 15795 у.е.

Сведем результаты расчета в таблицу № 3.

Таблица № 3

Расчет стоимости заготовок

Исходные данные									Стоимость заготовки, у.е.	Годовая экономия металла, кг	Годовой Экономический эффект, у.е.
Мз	КТ	N	Ксл	Км	SЗ	Кс	Кв	Мд
Заготовка – прокат
16,6		150						2,8	311,3	-2010	-15795
Заготовка – поковка
3,2		150		1,7		1,2	1,04	2,8	206	2010	15795

 

 

3. РАЗРАБОТКА МАРШРУТА ОБРАБОТКИ, ВЫБОР УНИВЕРСАЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

 

В механизмах и машинах валы служат для передачи движения вращения. Обычно валы устанавливаются в корпусные детали на подшипниках качения и несут на себе детали передаточных устройств (шестерни, шкивы, муфты и т.п.). Исполнительными поверхностями валов являются шпоночные пазы и шлицевые поверхности, сопрягающиеся с деталями передаточных механизмов, либо винтовые, зубчатые поверхности на самом валу. Через эти поверхности валы и передают крутящий момент.

Основной конструкторской базой детали типа «вал» является геометрическая ось подшипниковых шеек вала и торцовая поверхность одной из них, которой вал держится в корпусе в осевом направлении.

Вспомогательными базами, определяющими положение присоединяемых к валу деталей, являются поверхности ступеней и их торцы, на которые садятся детали передаточных механизмов.

Основной технологической базой деталей типа «валы» является ось центровых отверстий в крайних торцах вала, которые обрабатываются при базировании заготовки вала по будущим подшипниковым шейкам. Принцип постоянства базирования соблюдается обработкой валов почти на всех операциях в центрах. Лишь в некоторых случаях (фрезерование шпоночных пазов) вал базируется по самой поверхности подшипниковых шеек.

В таблице № 4 приведен маршрут обработки детали «вал ведомый».

 

Таблица № 4

Маршрут обработки детали «вал ведомый»

 

№ опе- рации	Наименование операции	Оборудование	Содержание операции
005	Заготовительная		Ковать заготовку в установлен- ный размер (или разрезать про- кат на мерные длины)
010	Токарная	Токарный с ЧПУ	Подрезать левый торец Точить поверхности ϕ35; ϕ40 предварительно Точить поверхности ϕ46; ϕ61 Точить поверхности ϕ35; ϕ40 окончательно Точить фаску 2х45° Точить канавку Переустановить Подрезать правый торец Точить поверхность ϕ130 Сверлить и расточить центр. от- верстие ϕ45
015	Сверлильная	Вертикально- сверлильный с ЧПУ	Сверлить отверстия ϕ16; ϕ20 *Зенкеровать отверстия  ϕ16; ϕ20 *Развернуть отверстия  ϕ16; ϕ20
020	Фрезерная	Фрезерный	Фрезеровать шпоночный паз
025	Термическая		Закалка и высокий отпуск до HB 320...350
030	Шлифовальная	Шлифовальный	Шлифовать поверхности ϕ35; ϕ40
035	Слесарная		Удалить заусенцы
040	Моечная		Промыть деталь
045	Контрольная		Контролировать размеры, твердость, шероховатость, допуски формы и расположения поверх- ностей