Оценка технологических и технико-экономических показателей изготовления деталей на машиностроительном предприятии

Тшт_(ш)= nпер/nход (1+Кв¹ )(1+1/100) = 4/10(1+4)*(1+8/100) = 0,54 мин,

   где: nпер - количество переходов штамповки, величину которых можно выбрать равным 4;

     nход - число одиночных ходов пресса в минуту, 40;

   Кв¹ - коэффициент вспомогательного времени, 4;

   X - суммарная доля оперативного  времени, примем равной 8%. 

   Раздел 2. Маршрутное описание технологического процесса и выбор типа оборудования. 

   Разработка  технологического процесса по изготовлению зубчатого колеса состоит из комплекса  взаимосвязанных работ, предусмотренных  ЕСТПП и должны выполняться в полном соответствии с требованиями ГОСТ14.301 - 83. Так как проектируемый участок механического цеха, основанный для оказания услуг на коммерческой основе отделению по профилактике и ремонту систем круглогодичного кондиционирования пассажирских вагонов в пассажирском вагонном депо, ввиду заданной годовой программы выпуска зубчатых колёс N = 4750 штук можно отнести к мелкосерийному производству. При разработке техпроцесса будем руководствоваться следующими основными принципами: в первую очередь будем обрабатывать у заготовки те поверхности, которые являются базовыми при дальнейшей обработке; затем выполним обработку поверхностей зубчатого колеса с наибольшим припуском; со снятием металла с тех поверхностей, которые не снижают жесткость заготовки; потом выполним те операции, на которых можно ожидать появление брака из-за проявления трещин, раковин и т.д.; и в последнюю очередь обработаем те поверхности, которые влияют на точность и допуски относительного расположения поверхностей.

      Согласно задания на курсовой проект, последовательность изготовления зубчатого колеса после заготовительной операции заключается в производстве токарных работ, протягивании его центрального отверстия на протяжном станке и затем нарезании зубьев на зубофрезерном станке. Для выполнения указанных операций, используя данные табл.1 (приложение), выберем следующее металлообрабатывающее оборудование. Токарные операции но обработке поверхностей заготовки осуществляем на токарно-винторезном станке повышенной точности модели 16Б16П с габаритами 2165 х 1060 мм, мощностью электродвигателя 3,8 кВт. позволяющем обрабатывать заготовки диаметром до 320 мм. Стоимость станка, по ценам 2006 г., составляет 132,0 тыс. руб. Протяжную операцию проведём с использованием полуавтомата горизонтально-протяжного модели 7Б56 с габаритными размерами 7200 х 2135 мм с мощностью электродвигателя N = 30 кВт, стоимостью 330,3 тыс. руб. и предназначенного для протягивания внутренних поверхностей различной формы при длине хода салазок 1600 мм. Зубонарезную операцию выполним на полуавтомате зубофрезерном модели 53А10 с габаритами 1300 х 980 мм с мощностью электродвигателя N = 3,4 кВт, стоимостью 176,0 тыс. руб. и предназначенным для нарезания цилиндрических колёс с наибольшим модулем m = 2,5 мм .

    Технологический процесс изготовления зубчатого колеса состоит из следующих операций:

    1. Токарная операция 005 производится на токарно-винторезном станке повышенной точности модели 16Б16П в следующей последовательности:

    Переход 1 - проточить наружную  поверхность А заготовки с диаметра 229 мм до диаметра 224 +-0,05мм. Приспособление, самоцентрирующийся трёх кулачковый патрон. Режущий инструмент, проходной резец, марка материала Р9 инструментальная быстрорежущая сталь (ГОСТ 19265-73). Измерительный инструмент- штангенциркуль.

   Переход 2 - обработать торцевую поверхность В заготовки со снятием металла  2,5^±0,1 мм. В точках сопряжения поверхностей А и В выполнить круговую фаску 2x45°. Режущий инструмент, подрезной резец, марка материала Р9 инструментальная быстрорежущая сталь (ГОСТ 19265-73). Измерительный инструмент, штангенциркуль.

    Переход 3 - переустановить заготовку в трёх кулачковом патроне и проточить наружную поверхность А заготовки с диаметра 229 мм до диаметра 224 мм. В точках сопряжения поверхностей А и С выполнить круговую фаску 2x45°. Приспособление, самоцентрирующийся трёх кулачковый патрон. Режущий инструмент, проходной резец, марка материала Р9 инструментальная быстрорежущая сталь (ГОСТ 19265-73). Измерительный инструмент, штангенциркуль.

    Переход 4- обработать торцевую поверхность С заготовки со снятием металла  2,5 мм. Режущий инструмент, подрезной резец, марка материала Р9 инструментальная быстрорежущая сталь (ГОСТ 19265-73). Измерительный инструмент, штангенциркуль.

    Переход 5 - расточить отверстие диаметром 55 мм до диаметра 59,8Н9 мм со снятием фасок 2x45°. Режущий инструмент, расточной резец, марка материала Р9 инструментальная быстрорежущая сталь (ГОСТ 19265-73). Измерительный инструмент, штангенциркуль, калибр.

2. . Протяжная операция 010 производится на полуавтомате горизонтально-протяжном модели 7Б56 в следующей последовательности:

    Переход 1 - протянуть отверстие диаметром 55 мм до диаметра 60Н7 мм цилиндрической протяжкой с окончательным диаметром 60П7 мм. Материал протяжки- быстрорежущая сталь Р18. Измерительный инструмент, калибр.

3. Зубонарезная операция 015 производится на полуавтомате зубофрезерном модели 53А10 в следующей последовательности:

   Переход 1 - нарезать зубья цилиндрического колеса m = 2 мм и z = 110 модульной червячной фрезой изготовленной из быстрорежущей стали Р6М5. 

    Раздел 3. Назначение режимов резания. 

    При обработке заготовок на металлорежущем оборудовании происходит упругопластическая деформация материала, отделение снимаемого его слоя и трение по контактным поверхностям инструмента с заготовкой. Перечисленные явления способствуют появлению в этой зоне сил, равнодействующая которых носит название силы резания. Для удобства расчетов силу резания заменяют составляющими Р_z, Р_у и Р_х. Такие силы соответственно называют: тангенциальной, радиальной и осевой. Сила Р_z действует в плоскости резания по направлению главного движения. Она определяет основную мощность N, затрачиваемую на резание      N= Р_z*VкВт где Р кН, а V м/с. Сила Р_у не участвует в работе резания при продольном точении, а сила Р_x, направлена параллельно оси заготовки и в практике мощность от ее действия незначительна и в среднем составляет 0,02N кВт. Сила резания, и её составляющие находятся в сложной зависимости от условий обработки, что создает значительные трудности по определению численного её значения аналитическим путем. Экспериментально силу резания определяют методом электрического тензометрирования. По найденным значениям сил резания рассчитывают потребную мощность электродвигателя станка, напряжения и деформации заготовки, выбирают материал и геометрию режущего инструмента, определяют конструкционные элементы станка и приспособлений с точки зрения обеспечения их прочности и жёсткости, а также устанавливают параметры точности обработанной детали. Для снижения температур в зоне контакта режущего инструмента с обрабатываемой поверхностью заготовки и тем самым повышения стойкости его, применяют смазывающие и охлаждаю- . щие жидкости в виде эмульсий, состоящих в основном из различных масел и воды. Обычно в практике при разработке технологического процесса силы резания и скорость резания определяют аналитическим путем, исходя из свойств обрабатываемого материала по эмпирическим формулам, выбираемым из справочников.

    Учитывая  вышеизложенное, определим указанные параметры для соответствующих переходов по операциям.

   а) Токарная операция 005. Переход 1 (переход 3). Определим скорость резанця V_и и силу резания P_z по зависимостям:

V_и== K_v=220/ ( 95^0,2 *1,25^0,14 *0,2^0,15 )*1,2 =131,85 м/мин,

   где: коэффициенты и показатели степени (подраздел 1.6 раздела I данного пособия) соответственно выбраны C_v = 220, стойкость резца Т = 95 мин, глубина резания t = 1,25 мм, подача S = 0,2 мм/об, m = 0,2, X_v = 0,14, K_v= 1,2 и Y_v = 0,15.

Pz = Ср_z * t^xpz *S^Ypz* V^npz *Kpz = 310*1,25^0,95*0,2^0,7*131,85*0,7= 9362,8 H

   где: коэффициенты и показатели степени  и соответственно равны

     Ср = 310, Хр = 0,95, Yp = 0,68, n_Р = 0,15, К_р = 0,7.

   Полученные  значения V_и = 131,85 м/мин (2,19м/с) и P_z = 9362,8 Н позволяют рассчитать мощность резания на указанных переходах по зависимости N_рез = V_иP_z = 131,85*9362,8 = 2,06 кВт

   б) Токарная операция 005, Переход 2 (переход 4). Определим скорость резания V_и силу резания Р_z по зависимостям, указанным в предыдущем пункте .

V_и= K_v = * 1,18 = 136 м/мин,

   где: коэффициенты и показатели степени  и равны C_v = 195,- стойкость резца, Т = 95 мин, глубина резания t = 1,25 мм, подача S = 0,2 мм/об, m = 0,18, X_v = 0,15, K_v= 1,18 и Y_v = 0,21.

Pz = Ср_z *t^Xpz* S^Ypz*V^npz *Kpz = 280*1,25^0,96*0,2^0,78*136 0,75= 9542,2H

   где: коэффициенты и показатели степени  и соответственно равны 

   С_р = 280, Х_Р = 0,96, Y_p = 0,78, n_Р = 0,16, К_р = 0,78, t = 1,25 мм, подача

   S = 0,2 мм/об.

    Полученные  значения V_и =136 м/мин (2,26 м/с) и P_z = 9542,2 Н позволяют рассчитать мощность резания на указанных переходах по зависимости N_рез= V_и*P_z = 2,26*9542,2 = 2,15 кВт.

    в) Токарная операция 005, Переход 5 - расточить  отверстие. Определим скорость резания  V_и силу резания Р_z по зависимостям указанным в пункте а).

V_и= K_v =265/(95^0,18 *1,25^0,13 *0,2^0,19 ) *1,18=178,3 м/мин,

    где: коэффициенты и показатели степени  соответственно и равны C_v = 265, стойкость резца Т =95 мин, глубина резания t = 1,25 мм, подача S = 0,2 мм/об, m = 0,18, X_v = 0,13, K_v= 1,21 и Y_v = 0,19.

Pz = Ср_z * t^xpz: *S^Ypz*V^npz *Kpz =260*1,25^0,95*0,2^0,72*178,3 0,81=14119 H,

где: коэффициенты и показатели степени и соответственно равны С_р = 260, Х_Р = 0,95, Y_p = 0,72, n_Р = 0,13, К_р = 0,81, t = 1,25 мм, подача S = 0,2 мм/об.

    Полученные  значения V_и = 178,3 м/мин (3,0 м/с) и P_z = 14119Н позволяют рассчитать мощность резания на указанных переходах по зависимости N_рез = V_и*Р_z = 3,0*14119 = 4,2 кВт. Для оценки эффективности применения токарно-винторезного станка модели 16Б16П с паспортной мощностью электродвигателя N_эп = 3,8 кВт, определим численное значение коэффициента использования станка по мощности K_N = N_эр/N_эп = 2,77/3,8 = 0,72. где N_эр - среднее значение расчетной мощности электродвигателя станка, определяемая как N_эр = N_рез.cp/ή = 2,77/0,85 = 3,2 кВт, где ή КПД привода станка можно принять равным 0,85, и N_рез.ср. - среднее значение мощности резания определяемое (2,06+2,15+4,12)/3 = 2,77 кВт. Значение этого коэффициента К_N должно быть не менее 0,5, что и подтверждено расчётом [K_N] < K_N (0,5 <0,72).

   г) Протяжная операция 015, Переход 1 - протянуть отверстие. Определим силу резания P_z по зависимости

        Pz =Рo *∑b*Крм = 520*265*1,4 = 192920 H,

        где: Р₀ - удельная осевая сила резания Н/мм, определяемая в зависимости от продольной подачи протяжки S мм/зуб. и в среднем может быть установлена S мм/зуб = 0,2 соответственно с Р₀= 520 н/мм;

    b - наибольшая суммарная длина режущих кромок всех одновременно находящихся в работе зубьев, 265 мм;

    Кр_М - поправочный коэффициент принять равным 1,4;

    Поступательная  скорость протяжки V_и установлена конструкцией станка 7Б56 и составляет 6 м/мин (0,1 м/с). Мощность резания в этом случае определяется по формуле N_рез.= P_Z*V_и = 192,9*0,1 = 19,3 кВт. Для оценки эффективности применения полуавтомата горизонтально-протяжного модели 7Б56 с мощностью электродвигателя N_эл = 30.0 кВт, определим численное значение коэффициента использования станка по мощности K_N = N_эр/N_эп = 24,1/30,0 = 0,8, где N_эр - расчетная мощность электродвигателя станка, определяемая как N_эp = N_рез/ή = 19,3/0,80 = 24,1 кВт ( ή КПД привода станка можно принять равным 0,80), и N_эп - паспортная мощность электродвигателя станка. Значение этого коэффициента K_N более 0,5, что и подтверждено расчётом [K_N ]< K_N ( 0,5 < 0,8), и. следовательно, отвечает требованиям рационального его использования.

    д) Зубофрезерная операция 020 Переход 1 - нарезание зубьев зубчатого колеса производим модульной червячной фрезой и требуемую скорость и мощность на резание рассчитаем по зависимостям:

V_{рез =}С_v / (Т^м*S^Yv*m^Xv)* K_v =335/(160^0,25*0,35^0,4*2^0,1) *1,2=160,8 м/мин

(2,68 м/с),

     где: C_v- коэффициент, равный 335:

Т - стойкость инструмента равная 160 мин;

S - подача инструмента на один оборот фрезы 0,35 мм/об.

 М  - модуль нарезаемого зубчатого  колеса, 2 мм.;

 K_v - коэффициент, учитывающий условия резания, равен1, 2;

μ, Y_v, Х_v- показатели степени соответственно установлены 0,25; 0,4; и 0,1.

         Npeз = 10^-3*С_N S^YN*m^XN*Д^UN*Z^qN*V*K_N = 10^-3*124*0,35^0,9*2^1,5*130^{1      *}110°*160,8*1,8 = 1540,9 H, где: