Технологический процесс механической обработки детали Ось

Введение

В период технического прогресса и развития информационных технологий повышается гибкость производства. Совершенствование технологического процесса, сокращение длительности производственного цикла может привести к значительной экономии времени, повышению производительности труда и уменьшению общих затрат производства. От рациональной организации процесса обработки и прогрессивности применяемого оснащения зависят технико-экономические показатели производственной деятельности предприятия.
Основными проблемами машиностроения являются: недозагруженность производственных мощностей; низкая производительность труда; износ основных фондов; дефицит технически грамотных, профессиональных кадров; отсутствие финансового обеспечения для технологического перевооружения.
Характеристика массового производства (устаревшая в реалиях нашего времени) - характеризуется выпуском в больших объемах ограниченной номенклатуры изделий в течение длительного времени. Для массового производства характерно изготовление отдельных видов продукции в значительных количествах в течение продолжительного периода на узкоспециализированных рабочих местах. Необходимым его условием является наличие устойчивого и значительного спроса на продукцию. В условиях экономических сложностей или кризисных периодов массовое производство становится наиболее уязвимым.
Поэтому надо применять гибкие производственные линии. Поставив станки с ЧПУ даже очень дорогостоящие, на себестоимости единицы продукции это мало повлияет. Но зато резко сокращается количество станков, освобождается производственная площадь, количество работников, повышается качество автоматизации.
1 Служебное назначение детали в узле, обоснование выбора материала, анализ предъявляемых к детали технических требований


Рисунок 1 – Чертеж детали Ось

Материалом изготовления детали «Ось» является сталь марки 45 ГОСТ 1050-2013. Сталь марки 45 - это конструкционная углеродистая нелегированная качественная сталь. Этот материал широко применяется для изготовления деталей механизмов, требующих повышенной прочности и износостойкости. Сталь 45 ГОСТ 1050-2013 используется для изготовления осей и валов для передачи крутящего момента, вал-шестерней, бандажей, трубопроводной арматуры, цапф, вращающихся деталей, упорных винтов, деталей для аппаратов с вращающимися барабанами, деталей конической формы и прочих элементов. Сталь марки 45 требуется, если нужно произвести дешевые изделия, имеющие повышенную прочность. Применяется при высоких температурах (до 200°C без потери свойств), имеет затрудненную свариваемость и чувствительна к коррозии.
Данный материал подходит для изготовления детали «Ось».

Химический состав и механические свойства материала представлены в таблицах 1 и 2.
Таблица 1 – Химический состав стали 45, %
C Si Mn Ni Fe Cr Р S Осталь-ные
0,45 0,25 0,63 0,17 От 98 0,1 0,015 0,01 97

Таблица 2 – Характеристика механических свойств стали 45
σт, Н/мм2 σв, Н/мм2 НВ ρ, г/см3 δ, % ψ, %
355 610 241/197 7,82 16 40


2 Анализ технологичности детали

Деталь Ось технологична по следующим параметрам:
– деталь имеет удобные для закрепления и базирования поверхности;
– деталь имеет достаточную жесткость для использования высокопроизводительных методов обработки;
– все поверхности доступны для непосредственного измерения;
– точность детали позволяет обработать ее на станках нормальной точности;
– отсутствие специфических требований к детали;
– материал детали – Сталь 45 ГОСТ 1050-2013 обладает хорошими пластичными свойствами, что очень важно для получения исходной заготовки; хорошо обрабатывается, что позволит использовать традиционные методы обработки детали.

Таблица 3 – Данные для определения типа производства
Масса Величина годовой программы, шт.
детали, кг единичное (до) мелкосерийное серийное крупносерийное массовое (свыше)
до 1,0 10 10...1 500 1 500...75 000 75 000...200 000 200 000
1,0...2,5 10 10...1 000 1 000...50 000 50 000...100 000 100 000
2,5...5,0 10 10...500 500...35 000 35 000...75 000 75 000
5,0...10,0 10 10...300 300...25 000 25 000...50 000 50 000
10 и более 10 10...200 200...10 000 10 000...25 000 25 000


Рисунок 2 – Обозначение обрабатываемых поверхностей

Таблица 4 - Анализ обрабатываемых поверхностей детали
Номер
поверх-
ности Наименование поверхности Количество поверхностей Квалитет Шероховатость,
Ra, мкм
1 Торец 1 14 6,3
2 М20 1 12 3,2
3 Ø20 1 6 0,8
4 52 1 14 6,3
5 Ø25 1 9 1,6
6 20 1 9 1,6
7 Ø33,5 1 14 6,3
8 2х45° 1 14 6,3
9 Ø16,5 канавка 1 14 6,3
10 Ø19,5 канавка 1 14 6,3
11 Ø24,5 канавка 1 14 6,3
12 Торец 1 14 6,3
13 Ø31 фаска-канавка 1 14 6,3
14 30 2 14 6,3


Для количественной оценки технологичности детали используют следующие коэффициенты.
Коэффициент точности:

Найдем средний квалитет точности Аср всех конструктивных элементов, который определяется по формуле:

где Аi – номер квалитета точности;
nКi – количество поверхностей соответствующего квалитета;
n – общее количество поверхностей, n = 27.


Коэффициент точности больше 0,8, следовательно, деталь по данному показателю технологична.
Коэффициент шероховатости:

Найдем среднюю шероховатость Бср по формуле:



При - изделие относится к труднообрабатываемым.
Следовательно, наша деталь Ось относится к деталям хорошей обрабатываемости.


3 Выбор метода получения заготовки с технико-экономическим обоснованием

Расчет заготовки из проката.
Диаметр заготовки мм, рассчитывается по формуле:
????зп = 33,5+ 2,5 = 36 мм
Длина заготовки , мм, рассчитывается по формуле:

где L – длина обрабатываемой детали, мм;
z –припуск на сторону, мм
b - ширина отрезающего инструмента, мм

Выбирается необходимый размер проката и допускаемые отклонения на диаметр, длину необходимо округлить в большую сторону до целого значения (±1).
,
Объем заготовки Vз, см3,

где –диаметр заготовки, мм;
–длина заготовки, мм

Масса заготовки Gз, кг, рассчитывается по формуле
Gз = ????????зп ,
где ρ- плотность материала в кг/см3 для стали 45 ρ = 0,00782 кг/см3.
????з = 0,00782 · 87,5 = 0,68 кг
Расход материала Gзп, кг, рассчитывается по формуле
????зп =,
где Gз- масса заготовки, кг;
П-потери (10%-для штамповки, 15%-для проката).
????зп =
Коэффициент использования материала Ким рассчитывается по формуле
Ким = ,
где Gд – масса детали по чертежу, кг;
Gзп – расход материала, кг.
Ким =
Стоимость заготовки Сз, руб, рассчитывается по формуле
Сз = См∙Gзп − (Gзп − Gд)∙????отх ,
где См - стоимость 1кг материала заготовки, руб;
Сотх- стоимость 1 кг отходов, руб.
Сз = 0,200 ∙ 0,787 − (0,787 – 0,25) · 25 = 0,144 руб.

Расчет заготовки, полученной методом штамповки
Для того, чтобы найти размеры заготовки из штамповки необходимо определить исходный индекс. Он зависит от зависимости от массы, группы стали, степени, сложности и класса точности поковки.
Ориентировочная масса поковки:

Класс точности при штамповке в открытых штампах – Т4 – 4-й класс.
Группа стали - М2 (массовая доля углерода более 0,35%).
Степень сложности: масса фигуры, в которую вписывается форма поковки: ;

Степень сложности: С2.
Расход материала Gзмп, кг:

Стоимость заготовки Сз рассчитывается по формуле:
Сз = 373 · 0,4 − (0,4 – 0,25) · 25 = 0,145 руб.
Экономический эффект по использованию материала сталь 45, руб, рассчитывается по формуле:
Эм = (Gзп1 − Gзп2)∙N
где Gзп, Gзш- масса заготовки, полученная первым и вторым способом, кг;
N — годовая программа выпуска, шт.
Эм = (0,787 – 0,4) · 240000 = 92880 кг
Переводим в рубли, умножая на стоимость 1 кг заготовки с большей массой:
92880 · 0,200 = 18576 руб
Экономический эффект изготовления заготовки Э, руб, в зависимости от выбранного варианта, рассчитывается по формуле
Э = (Сз1 − Сз2) ∙ N
где Сзп, Сзш - стоимость заготовки, полученной первым и вторым способом, руб;
N - годовая программа выпуска, шт.
Э = (0,373 – 0,200) · 240000 = 41520 руб
Результаты расчётов можно свести в таблицу, проанализировать и сделать вывод о наиболее предпочтительном методе получения заготовки. Полученные ответы оформлены в таблице 3.

Таблица 3 – Сравнение заготовок, полученных методом проката и штамповки
Показатели для сравнения Метод получения заготовки
прокат штамповка
Масса детали, кг 0,25 0,25
Масса заготовки, кг 0,787 0,4
Коэффициент использования материала 0,32 0,694
Стоимость заготовки, руб 0,295 0,373
Годовая экономия материала, руб - 18576
Экономический эффект изготовления заготовки, руб 41520 -
Наиболее выгодный вариант Прокат

Несмотря на экономию металла, выгоднее применить заготовку из проката. Если бы металл стоил более 0,45 рублей, то выгоднее было бы взять штампованные заготовки.
Цены взяты по 1981 году. Чтобы приблизить реальность, их надо умножить на 300.
Заготовкой для детали Ось выбираем прокат сортовой, круглый, повышенной точности диаметром 36 мм немерной длины с удалением заусенцев:

4 Определение методов и последовательности механической обработки поверхностей детали