Анализ базового варианта технологического процесса

3.2 Отпуск

Это процесс термической обработки, состоящий в нагреве закаленной стали до температуры ниже критической  точки Ас1), выдержке при этой температуре  и последующем охлаждении (обычно на воздухе). Цель отпуска - получение более устойчивого структурного состояния, устранение или уменьшение напряжений, повышение вязкости и пластичности, а также понижение твердости и уменьшение хрупкости закаленной стали (рис. 43). Правильное выполнение отпуска в значительной степени определяет качество закаленной детали. Температура отпуска варьируется в широких пределах - от 150 до 700°С в зависимости от его цели. Различают низкий, средний и высокий отпуск.

Низкий  отпуск характеризуется нагревом в  интервале 150-250°С, выдержкой при  этой температуре и последующим  охлаждением на воздухе. Он выполняется  с целью получения структуры  мартенсита отпуска и для частичного снятия внутренних напряжений в закаленной стали с целью повышения вязкости без заметного снижения твердости. Низкий отпуск применяют для инструментальных сталей, после цементации и т. д.

Средний отпуск производится при температурах 300-500°С для получения структуры  троостита отпуска. Твердость сталей заметно понижается, вязкость увеличивается. Этот отпуск применяют для пружин, рессор, а также инструмента, который  должен иметь значительную прочность  и упругость при достаточной  вязкости.

Рисунок 3.2 Влияние температуры отпуска на механичесуие свойства стали 40

 

Высокий отпуск выполняется при температурах 500-650°С. В процессе высокого отпуска  мартенсит распадается с образованием структуры сорбита отпуска. Эта  структура обеспечивает лучшее сочетание  прочности и пластичности стали. В сорбите отпуска цементит приобретает  зернистую форму в отличие  от сорбита, полученного после нормализации, в котором цементит имеет пластинчатое строение. Благодаря этому существенно  повышается ударная вязкость при  одинаковой или даже более высокой  твердости, по сравнению с нормализованной  сталью. Применяется этот вид отпуска  для деталей из конструкционных  сталей, работающих при ударных нагрузках.

Закалку стали с последующим высоким  отпуском называют улучшением. Конструкционные  стали 35, 45, 40Х в результате улучшения  получают более высокие механические свойства.

Отпуск  закаленных деталей проводят непосредственно  после закалки, так как возникшие  в них внутренние напряжения могут  вызвать образование трещин.

 

 

4 Анализ технологичности  конструкции детали

 

Технологический анализ конструкции обеспечивает  улучшение технико-экономи-ческих показателей  разрабатываемого технологического процесса. Основные задачи, решаемые при анализе технологичности конструкции обрабатываемой детали, сводятся к возможному уменьшению трудоемкости и металлоемкости, возможности обработки детали высокопроизводительными методами. Таким образом, улучшение технологичности конструкции позволяет снизить себестоимость ее изготовления без ущерба для служебного назначения.

Проведём  в начале качественную оценку технологичности  конструкции детали           '' Ступица 54321-3104015-20'' .   

Деталь  – '' Ступица 54321-3104015-20'' изготавливается  из высокопрочного чугуна ВЧ45 ГОСТ 7293-85.

Заготовкой  для данной детали  служит отливка, полученная методом литья в земляные песчано-глинистые формы.

С точки  зрения технологичности ступица имеет следующие недостатки:

-наличие  рёбер жёсткости, что усложняет  изготовление полуформ;

-заготовка  тяжелая (m=39,4 кг.), что вызывает  трудности связанные с установкой  её в приспособление, и требует  дополнительных средств механизации  для транспортировки  между  операциями;

-ступица  имеет  множество точных по  исполнению, а также взаимному  расположению размеров и поверхностей, что снижает технологичность изделия;

-требования  по круглости 0,009 мм. и по профилю продольного сечения 0,009 мм.– это очень жесткие требования по точности, которые требуют многократной обработки на точном оборудовании;

-наличие  глухих отверстий с резьбой  М8×1-6Н на торцах ступицы.

В остальном деталь достаточна технологична, допускает применение высокопроизводительных режимов обработки, стандартного режущего и мерительного инструмента, имеет хорошие базовые поверхности для первоначальных операций, обладает достаточной жесткостью для обеспечения высокой точности обработки.

 

Количественная оценка

 

Ведем анализ по качественным и количественным показателям  оценки технологичности в соответствии с ГОСТ 1402-73:

1. Коэффициент унификации конструктивных элементов

где  Q_уэ – число унифицированных конструктивных элементов детали;

Q_э- - общее число элементов детали

Всего деталь содержит    конструктивных элементов: проточек − 2, цилиндрических поверхностей − 14, галтелей − 13, фасок − 29, отверстий – 10, резьб − 14, конических поверхностей − 2, (всего элементов − 84 из них 80 унифицированных) 

2. Коэффициент применяемости стандартизованных  обрабатываемых поверхностей

 

где Dмо=73 - число  поверхностей подвергаемых механической обработке,

Dос=37 - число  поверхностей обрабатываемых стандартным  инструментом

3. Коэффициент обработки поверхностей

 

где Dэ − общее число поверхностей, Dэ =84,

      Dмо − число поверхностей подвергаемых механической обработке, Dмо =73

4. Коэффициент использования материала

где  Q = 39,4 кг - масса заготовки,

        q = 27 кг - масса детали

5. Масса детали 27 кг.
6. Максимальное значение параметра шероховатости обрабатываемых поверхностей Ra = 1,6 мкм;
7. Максимальное значение квалитета обработки IT7.

 

Из полученных результатов  видно, что значения коэффициентов  использования материала и применяемости  стандартизованных обрабатываемых поверхностей не высоки. В пользу технологичности свидетельствуют достаточно высокие значения коэффициентов унификации конструктивных элементов, и обработки поверхностей. Поэтому можно сделать вывод, что деталь недостаточно технологична

 

5 Выбор метода получения заготовки

На  выбор метода получения заготовки  оказывают влияние: материал детали, её назначение и технические требования на изготовление, объём и серийность выпуска.

Оптимальный метод получения заготовки определяется на основании всестороннего анализа названных факторов и технико-экономического расчета технологической себестоимости детали. Метод получения заготовки, обеспечивающий технологичность изготовления из неё детали при минимальной себестоимости, считается оптимальным.

Процесс получения заготовок методом  литья в земляные формы отражен в приложении (техпроцесс получения заготовки).

В техпроцесс получения заготовки  предлагаю внести следующие изменения: стержневую песчаную смесь заменить на наливную самотвердеющую смесь и  установить автоматическую линию для  заливки данных стержней.

  Преимущество указанной технологии состоит в том, что исключается трудоемкая операция уплотнения формы: наливную смесь заливают в стержневой ящик или опоку, где она самопроизвольно затвердевает при нормальной температуре.

Одними  из основных показателей эффективности  литейного производства является  коэффициент весовой точности, и  коэффициент использования материала.

Коэффициент весовой точности характеризует  трудоёмкость последующей обработки, а коэффициент использования материала – степень экономичности принятой технологии.

При изготовлении стержней из наливных самотвердеющих смесей  на 5-15% снижается стоимость 1т. заготовок, а применение автоматической линии позволяет увеличить производительность изготовления стержней 1,1-1,5 раза.

В результате применения нового способа  получения заготовки, детали будут  получаться более точные, сократиться трудоёмкость их последующей обработки, а также повысится коэффициент использования материала.

Определим себестоимость получения заготовок:

Масса заготовки по базовому варианту ТП - 41,8 кг.

Масса заготовки по принятому варианту ТП – 39,4 кг.

 

Стоимость заготовки, получаемой этими  методами можно определить по формуле:

;

где     S_i – базовая стоимость одной тонны заготовок; S_i =2295 тыс. руб.;

Q – масса заготовки;

q – масса готовой детали; q=27 кг;

S_отх – стоимость 1 тонны отходов; S_отх = 160 тыс. руб.

k_т – коэффициент, зависящий от класса точности;

k_с – коэффициент, зависящий от класса сложности;

k_в – коэффициент, зависящий от массы заготовки;

k_м – коэффициент, зависящий от марки материала;

k_п – коэффициент, зависящий от объёмов производства.

 

Стоимость заготовки, получаемой по базовому варианту техпроцесса:

тыс. руб.

Стоимость заготовки, получаемой по предлагаемому  варианту

тыс. руб.

Из  расчета видно что заготовка  полученная предлагаемым методом дешевле.

 

Экономический эффект от принятия получения заготовки  предлагаемым методом:

 

Э_з = (S_б – S_пр)∙N;

 

где S_б, S_пр – стоимость заготовки соответственно по базовому и принятому варианту получения, руб;

N – годовая программа выпуска,  шт; N=80000 шт.

 

Э_з = (97,7 - 92,3)∙80000 = 324000 тыс. руб.

Значит  применение предложенного метода экономически целесообразно.

Полученные  результаты заносим в таблицу.

 

Таблица №5.1 - Сравнение методов получения заготовок

Показатели	Метод получения заготовки
	Базовый вариант	Проектный вариант
Масса заготовки, кг	41,8	39,4
Масса детали, кг	27
Стоимость 1т заготовок, тыс. руб.	2295
Стоимость 1т стружки, тыс. руб.	160
Стоимость готового изделия, тыс. руб.	97,7	92,3

 

Улучшения по способу получения заготовки  и экономическое обоснование  согласно литературе [5 ], [11 ], [24 ].

 

 

6 Анализ базового варианта технологического процесса

Предметом анализа является технологический  процесс изготовления детали “Ступица 54321-3104015-20”,  изготовляемой из чугунных отливок. Производство крупносерийное. Годовой объем выпуска - 80000 шт.

Базовый технологический  процесс состоит из следующих  операций:

005 – Токарно-винторезная

010 – Токарная с ЧПУ

015 – Токарная с ЧПУ

020 – Токарная с ЧПУ

025 – Радиально-сверлильная

030 – Радиально-сверлильная

035 – Радиально-сверлильная

040 – Радиально-сверлильная

045 – Радиально-сверлильная

050 – Радиально-сверлильная

055 – Слесарная

060 – Промывка

065 – Контроль

 

Проанализировав существующий технологический процесс  можно сделать следующие выводы: сначала производиться обработка чистовых баз, при этом происходит снятие основной части припуска, далее производиться чистовая обработка наружных  и внутренних поверхностей. Затем на агрегатных операциях сверлятся отверстия с последующей чистовой  обработкой и нарезанием резьбы. На слесарной операции зачищаются заусенцы и притупляются острые кромки, далее деталь промывают, производится приёмочный контроль.

Принятую  в данном варианте техпроцесса общую  последовательность обработки следует  считать логически целесообразной, так как при этом соблюдаются  принципы постепенности формирования свойств обрабатываемой детали.

Для анализа применяемого для обработки  заданной детали оборудования составляем таблицу № 6.1

 

Таблица № 6.1 – Технологические возможности применяемого оборудования

№ опер.	Модель станка	Предельные или наибольшие размеры  обрабатываемой заготовки			Технологические возможности метода обработки
		Диаметр (ширина) d(b)	Длина l	Высота h	Квалитет точности	Шероховатость обрабатываемой поверхности, мкм
005	1М63Ф101	630	−	350	9	Ra 6,3
010	1А751Ф3	510	−	300	7	Ra 1,6
015	1А751Ф3	510	−	300	7	Ra 1,6
020	1А751Ф3	510	−	300	7	Ra 1,6
025	2А554	50	−	375	11	Ra 1,6
030	2А554	50	−	375	11	Ra 1,6
035	2А554	50	−	375	11	Ra 1,6
040	2А554	50	−	375	11	Ra 1,6
045	2А554	50	−	375	11	Ra 1,6
050	2А554	50	−	375	11	Ra 1,6