Технологический раздел
3.3.1 Назначение и конструкция детали или узла.
В этом разделе дается краткая характеристика детали, ее роль в узле, условия ее работы, конструктивные особенности. Дается анализ точности размеров детали, допусков формы и взаимного расположения поверхностей, шероховатости поверхности и других особых требований. Например, “Поверхность диаметром 50к6 предназначена для посадки подшипника на вал. Точность размера этой поверхности обеспечивается по 6-му квалитету точности, так как подшипник имеет класс точности 0. Во избежание перекоса подшипника во время запрессовки c допуском Т = 0,02 мм ограничено торцовое биение буртиков 0,01 мм, прилегающих к этой же поверхности".
В записку помещается эскиз детали с указанием допусков и технических требований, дается таблица химического состава, технологических и механических свойств материала детали, указываются режимы термообработки (температура нагрева, среда охлаждения и т.д.). Форма таблиц приведена в учебном пособии [2]. Определяются исполнительные, основные базовые, вспомогательные базовые и свободные поверхности детали.
3.3.2 Анализ технологичности конструкции детали (узла)
Анализ технологичности является важным этапом разработки технологического процесса, от которого зависят его основные технико-экономические показатели. Основные задачи, решаемые при анализе технологичности конструкции детали, сводятся к возможному уменьшению трудоёмкости, энергоемкости и металлоемкости, возможности получения заготовки и обработки детали высокопроизводительными методами.
Анализ технологичности выполняют, как правило, в два этапа: качественный и количественный.
На первом этапе производится качественная оценка формы детали и ее элементов с точки зрения использования прогрессивных методов получения заготовки, удобства и простоты обработки наиболее высокопроизводительными методами, возможности совмещения технологических и измерительных баз при обеспечении точности размеров. Здесь же выявляются нетехнологичные элементы детали и разрабатываются предложения по их изменению. Последовательность выполнения качественного анализа приведена в учебных пособиях [2, 5, 9].
Количественная оценка технологичности конструкции детали выполняется в соответствии с ГОСТ 14.201, ГОСТ 14.205. Точность определяется записью в технических требованиях на чертеже детали (например, Н14, h14, ±IТ14/2). При обозначении на чертеже размеров только с предельными отклонениями (без указания полей допусков и квалитетов точности) их квалитеты точности устанавливаются по ГОСТ 25347 .
В качестве количественных показателей технологичности могут рассматриваться: масса детали, коэффициент использования материала, коэффициент точности обработки, коэффициент шероховатости поверхности, уровень технологичности конструкции по технологической себестоимости. При этом для расчета коэффициента точности и коэффициента шероховатости целесообразно составить таблицу (таблица 1, таблица 2).
Коэффициент использования материала [9]
Ки.м= , (6)
где - масса детали, кг;
- масса заготовки, кг;
- масса технологических потерь материала, (облой, окалина, некратность, литники, прибыли и т.д.), кг.
Коэффициент точности обработки определяется по формуле[9]
, (7)
где n i– количество обрабатываемых поверхностей;
Т i– квалитет точности обработки.
Таблица 1 - Исходные данные для определения коэффициента точности
обработки
Ti | ni | Ti*ni | Ti | ni | Ti*ni | Ti | ni | Ti*ni | Ti | ni | Ti*ni | Ti | ni | Ti*ni |
1 | 7 | 7 | 56 | 20 | 220 | 4 | 52 | 8 | 112 |
Если коэффициент точности обработки удовлетворяет условию КТ>0,8, то деталь технологична по точности.
Коэффициент шероховатости поверхности определяется по формуле[9]
, (8)
где ni – количество поверхностей с обозначением шероховатости;
шi – значение шероховатости поверхности.
Таблица 2 - Исходные данные для определения коэффициента шероховатости поверхности
шi | n i | шi* ni | шi | n i | шi* ni | шi | n i | шi* ni | шi | n i | шi* ni |
1,25 | 1,25 | 2,5 |
Если коэффициент шероховатости поверхности удовлетворяет условию Кш<0,32, то деталь технологична по шероховатости поверхности.
Также рекомендуется при расчетах коэффициентов выполнить эскиз детали с нумерацией обрабатываемых поверхностей в соответствии с рисунком 3 и составить таблицу по примеру таблицы 3, что дает наглядность и возможность проверки правильности вычислений.
Рисунок 3 – Обрабатываемые поверхности детали
Таблица 3 - Основные характеристики обрабатываемых поверхностей
Номер поверхности | Размер обработки | Квалитет точности | Шероховатость поверхности Rа, мкм | Количество поверхностей |
203±0,145 | ||||
… | … | … | … | … |
n | …. | … | … | … |
3.3.3 Определение типа производства.
Важной характеристикой типа производства является степень специализации рабочих мест, характеризуемая коэффициентом закрепления операций.
Он наиболее полно характеризует степень концентрации однопрофильных работ на одном рабочем месте.
Согласно ГОСТ 14.004 коэффициент закрепления операции определяется по формуле
=
, (1)
где Оi – количество операций, необходимых для изготовления детали;
Рi – число рабочих мест, необходимых для изготовления детали.
Такт выпуска рассчитывается по формуле
tв=60*Fд / N , (2)
где N– объем выпуска деталей данного наименования, шт/год;
Fд – действительный годовой фонд времени работы оборудования, ч/год.
Коэффициент загрузки оборудования для каждой операции определяется по формуле
, (3)
где, Тшт.i – штучное время изготовления детали по i-й операции, мин;
tв – такт выпуска, мин/шт.
Далее производится сравнение по условиям
если
0,5 то Оi =1;
если < 0.5 то Оi =
. (4)
Округление значения Оi для второго условия производится в меньшую сторону “5,92=5”.
В соответствии с ГОСТ 14.004 различные типы производства характеризуются следующими коэффициентами закрепления операций Кзо:
- массовое производство 1
- крупносерийное производство 1 – 10
- среднесерийное производство 10 – 20
- мелкосерийное производство 20 – 40
- единичное производство более 40
Для серийного производства характерно производство партий изделий, регулярно повторяющихся через определенный промежуток времени. Характерный признак серийного производства – выполнение на рабочих местах нескольких повторяющихся операций.
Количество деталей в партии для одновременного запуска определяется по формуле
, (5)
где а – количество дней, регламентированных для пролеживания деталей на складе;
F – количество рабочих дней в году.
3.3.4 Выбор и технико-экономическое обоснование метода получения заготовки
Метод получения заготовок для деталей машин, их качество и точность, определяет объем механической обработки, который, в свою очередь, устанавливает количество операций, переходов, рабочих ходов технологического процесса. Следует максимально приблизить форму и размеры исходной заготовки к форме и размерам готовой детали при условии наименьшей себестоимости ее изготовления.
Выбор метода получения заготовки определяется:
а) технологической характеристикой материала детали, т.е. его металлическими свойствами и способностью претерпевать пластические деформации при обработке давлением, литейными свойствами, а также структурными изменениями материала заготовки;
б) конструктивными формами, массой и размерами заготовки;
в) требуемой точностью выполнения заготовки и качеством ее поверхностных слоев;
г) величиной объема выпуска и временем, на которое рассчитано выполнение этого задания;
д) экономичностью метода получения заготовки.
Выбрать заготовку - это значит установить способ ее получения, определить величины припусков на обработку каждой поверхности и указать допуски на точность изготовления. При выполнении курсового проекта следует дать краткий анализ существующего на заводе способа получения заготовки, изучить передовые методы получения аналогичных заготовок на других заводах и предложить наиболее рациональный способ получения заготовки.
При разработке заготовки детали необходимо придерживаться следующего порядка изложения:
- выбирается метод получения заготовки с учетом вышеприведенных признаков;
- на все обрабатываемые поверхности по ГОСТ 7505 и ГОСТ 26645 назначаются припуски и допуски на обработку. На две поверхности по указанию руководителя рассчитываются припуски аналитическим методом (в пункте расчета припусков);
- выполняется чертеж или эскиз заготовки, подсчитывается масса и коэффициент использования материала;
- рассчитывается стоимость заготовки;
- производится сопоставление предлагаемого и базового метода получения заготовки с целью выбора более экономичного и рационального варианта.
Таким образом, в курсовом проекте рассматриваются два метода получения заготовки: базовый (заводской) и проектируемый (предлагаемый автором проекта).
Стоимость заготовки по базовому варианту студент обязан выяснить на заводе во время прохождения преддипломной практики независимо от того, производится она непосредственно на заводе или является покупной
Стоимость заготовки по проектируемому варианту рассчитывается по методике, изложенной в учебных пособиях [2, 9] с учетом цен, действующих на момент расчета.
При отсутствии базового варианта в курсовом проекте рассматриваются два возможных варианта получения заготовки и рассчитывается их стоимость по каждому варианту.
Экономический эффект для сопоставления способов получения заготовок, при которых технологический процесс механической обработки не меняется, может быть рассчитан по формуле
, (9)
где ,
- стоимость заготовки по базовому и проектируемому варианту;
- годовой объем выпуска деталей.
Результаты вычислений рекомендуется сводить в таблицу
(см. приложение Б)
3.3.5 Предварительная разработка и выбор варианта технологического маршрута.
Выбор и обоснование методов обработки всех поверхностей заданной детали производится на основании размеров, точности, шероховатости и технических требований чертежа.
При назначении метода обработки следует стремиться к концентрации обработки возможно большего количества поверхностей заготовки одним и тем же методом, что дает предпосылки разработать операции с максимальным совмещением обработки отдельных поверхностей, сократить общее количество операций и установок, длительность цикла обработки.
В данном подразделе разрабатывается общий план обработки детали с формулировкой содержания операции ТП и выбор модели оборудования. При этом заполняется маршрутная карта ТП. Маршрут обработки составляется с учетом следующих положений:
а) каждая последующая операция должна уменьшать погрешность и улучшать качество поверхности;
б) в первую очередь обрабатываются те поверхности, которые будут служить базой для последующих операций;
в) далее обрабатываются поверхности, с которых снимается наибольший слой металла;
г) обработка поверхностей ведется в последовательности, обратной их квалитету – чем точнее должна быть поверхность, тем позже она обрабатывается;
д) обработка заканчивается поверхностями с наиболее низкой шероховатостью;
е) при термической обработке детали по ходу технологического процесса механическая обработка разбивается на две части: до термообработки и после нее;
ж) контрольные операции назначаются после тех операций, где вероятно получение брака, перед сложными операциями, перед термообработкой, после законченного цикла и обязательно в конце техпроцесса.
При разработке технологических операций устанавливается структура операций и последовательность переходов, производится выбор моделей оборудования применительно к типу производства, приспособлений, режущих, измерительных и вспомогательных инструментов. При этом оформляются операционные карты и карты эскизов по ГОСТ 3.1404.
При описании принятого технологического процесса необходимо обосновать выбор черновых и чистовых установочных баз, уделяя особое внимание принципам единства и совмещения баз. Если принцип постоянства баз не выдерживается, то следует дать обоснование необходимости смены баз. При несовпадении установочных и измерительных баз следует произвести расчет размерных цепей и расчет точности обработки.
При обосновании нового технологического процесса после выбора заготовки составляется маршрутный технологический процесс, в котором по каждой операции приводятся принятые металлорежущие станки, приспособления, режущие и мерительные инструменты.
Принятый маршрутный технологический процесс оформляется в виде таблицы 4. Таблицу целесообразно расположить вдоль длинной стороны листа.
После оформления маршрутного техпроцесса для самой точной поверхности детали рассчитывается необходимое количество операций по коэффициенту уточнения. При правильно составленном маршрутном техпроцессе должно обеспечиваться условие
, (10)
где eу - требуемая величина уточнения для выбранной поверхности;
eур – расчетная величина уточнения.
, (11)
где Тзаг – допуск на размер поверхности заготовки;
Тдет – допуск на размер детали.
![]() |
, (12)
где - произведение величин уточнений операций, принятых в маршрутном техпроцессе для обработки поверхности.
Величины уточнений операций рассчитывают по формулам
, , . (13)
Таблица 4 – Маршрутный техпроцесс изготовления детали
Номер операции | Наименование и краткое содержание операций | Модель станка | Режущий инструмент | Технологические базы |
… | … | … | … | |
… | … | … | … | |
… | … | … | … | … |
При несоблюдении условия (10) маршрутный техпроцесс пересматривается, вводятся дополнительные операции.
На основании таблицы 4 составляются маршрутные карты (МК) в соответствии с ГОСТ 3.1118.
3.3.6 Расчет припусков на механическую обработку.
После выбора заготовки и оптимального варианта технологического маршрута производится аналитический расчет операционных припусков и допусков на две разнохарактерные поверхности детали.
Методика приведена в [2,9,11]. На эти же поверхности строятся схемы
графического расположения припусков и допусков. На все остальные поверхности припуски выбираются по соответствующим стандартам и нормативам.
Для поковок по ГОСТ 7505 определяются: класс точности поковки - Т, группа стали - М, степень сложности - С, исходный индекс. По исходному индексу определяются припуски, предельные отклонения на размеры заготовки и другие технические требования: радиусы закруглений, штамповочные уклоны, смещения поверхностей разъема, высота заусенца, допустимые значения прямолинейности, плоскостности, соосности, симметричности и другие.
Припуски и предельные отклонения литых заготовок назначаются по ГОСТ 26645.
3.3.7 Размерный анализ технологического процесса.
Одним из наиболее трудоемких и значимых этапов разработки операционного ТП является размерный анализ, связанный с выполнением размерных и точностных расчетов при проектировании изготовления деталей машин.
Цель размерного анализа – разработка оптимального технологического процесса изготовления деталей применительно к конкретным условиям производства.
На чертежах детали линейные размеры и их допустимые предельные отклонения устанавливаются конструктором на основе анализа и расчета линейных сборочных цепей. Эти размеры проставляются от конструкторских баз, которые очень часто могут не совпадать с технологическими базами. В этих случаях, когда конструкторские базы не могут быть использованы в качестве технологических, т.е. не может быть осуществлен принцип совмещения баз (установочной и измерительной), следует производить пересчет размерных цепей и на некоторые линейные размеры устанавливать технологические допуски. Такие случаи характерны при обработке деталей на настроенных станках.
Таким образом, может быть два случая:
- установочные и измерительные базы совмещаются;
- установочная база не является измерительной.
В первом случае необходимо определить лишь операционные размеры, если заданные чертежом размеры выполняются не на одной, а на нескольких последовательных операциях. В этом случае технолог производит расчет операционных размерных цепей и определяет операционные размеры и допуски на них, которые проставляются на операционном эскизе.
Во втором случае необходимо установить новые размеры от принятых технологических (установочных) баз и определить допуски и предельные отклонения на них, используя теорию размерных цепей. Новые размеры детали, в отличие от конструкторских, называются технологическими. Допуски технологических размеров не должны быть больше конструкторских.
Методика расчета технологических размерных цепей приведена в [9,14].
3.3.8 Расчет режимов резания.
Расчет режимов резания в курсовом проекте выполняется для всех операций разрабатываемого технологического процесса с корректировкой по паспортным данным станков. Результаты расчетов помещаются в сводной таблице режимов резания, в пояснительной записке и операционных картах.
В пояснительной записке приводятся подробные расчеты режимов резания на две разнохарактерные операции. В обязательном порядке расчет производится для измененных операций по проектируемому технологическому процессу.
На одну операцию расчет выполняется по эмпирическим формулам теории резания. Методика расчета и расчетные формулы приведены в [2,12].
На другую операцию режимы резания выбираются по нормативам, приводимым в технологических справочниках [7,10,11,16].
Не менее чем на две любые операции, студент обязан представить расчет режимов резания на ЭВМ. Распечатка включается в пояснительную записку.
3.3.9 Техническое нормирование.
Расчет технических норм времени производится на все операции технологического процесса. Для одной операции приводится подробный расчет норм времени по элементам. Необходимо дать расчет основного времени, вспомогательного времени по элементам для каждого рабочего хода, времени организационного и технического обслуживания рабочего места, времени на отдых.
В крупносерийном и массовом производстве рассчитывается норма штучного времени
Тшт = То + Тв + Тоб + Тот , (15)
где То – основное время, мин.;
Тот – время перерывов на отдых и личные надобности, мин.;
Тв – вспомогательное время, мин.;
Тоб – время на обслуживание рабочего места, мин.
В серийном производстве рассчитывается норма штучно-калькуляционного времени
, (16)
где Тп.з. – подготовительно-заключительное время, мин.;
п – количество деталей в партии, шт.
Нормы вспомогательного времени и времени на обслуживание рабочего места выбираются из нормативной литературы для металлорежущего оборудования. Нормы времени на все операции сводятся в таблицу и записываются в операционные карты техпроцесса (см. таблицу 5). Примеры расчета норм времени приведены в учебных пособиях [2, 5].
Таблица 5 – Сводная таблица технических норм времени по операциям, мин
Номер и наименование операции | То | Тв | Топ | Тоб | Тоб.с | Тшт | Тпз | n | Тш.к | |||
Тус+ +Тзо | Туп | Тиз | Ттех | Торг | ||||||||
005 Токарная | ||||||||||||
010 Токарная | ||||||||||||
015 Шлифовальная |
3.3.10 Выбор оборудования и расчет его количества.
Правильный выбор оборудования и его количества определяет его рациональное использование во времени. В массовом производстве расчет оборудования на участке (линии) производится по операциям, а в серийном - по типам станков. Расчетные формулы приведены в литературе [2, 5].
По расчетному количеству станков устанавливается их принятое число, рассчитывается коэффициент загрузки каждого типа станка и его среднее значение по участку (линии). Результаты расчетов сводятся в таблицу 6.
Таблица 6 – Расчетное и принятое число станков, коэффициент загрузки
№ операции | ![]() | mn | ![]() |
17,1/ 11,58 =1,47 | 1,47/2*100=73% | ||
12,9/ 11,58 =1,11 | 1,11/2*100=55% | ||
10,96/ 11,58 =0,94 | 0,94/1*100=94% | ||
7,63/ 11,58 =0,65 | 0,65/1*100=65% | ||
10,1/ 11,58 =0,87 | 87/1*100=87% |
hз ср=74,8%
Среднее значение коэффициента загрузки станков обычно принимается в следующих пределах:
- массовое производство h =0,65...0,77;
- крупносерийное производство h=0,75...0,8;
- среднесерийное производство h=0,8...0.,85;
- мелкосерийное и единичное производство h =0,8...0,9.
При получении в условиях среднесерийного, мелкосерийного и единичного производства коэффициентов загрузки меньших, чем указано выше, производится дозагрузка станков деталями, имеющими сходные конструктивно-технологические признаки. Расчет необходимого количества станков повторяется, но с учетом суммарного времени, необходимого для обработки деталей всей номенклатуры. Составляется расчетная таблица 6 и строится график загрузки оборудования.
Далее определяется коэффициент использования станка по основному времени и коэффициенту использования станка по мощности с построением графиков. Результаты расчетов сводятся в таблицу 7
Таблица 7 -
№ операции | То | Тшт | ![]() | NР | Nст | ![]() |
3.3.11 Технико-экономическое обоснование разработанного технологического процесса
При оценке эффективности того или иного варианта техпроцесса наиболее выгодным признается тот, у которого сумма текущих и приведенных капитальных затрат на единицу продукции будет минимальной.
Расчет приведенных затрат технологической себестоимости выполняется для всех операций техпроцесса.
При отсутствии базового варианта техпроцесса рассматриваются два возможных в принятых производственных условиях варианта, из которых выбирается наиболее эффективный, т.е. обеспечивающий минимум приведенных затрат на единицу продукции.
Методика расчета приведенных затрат, технологической себестоимости и экономического эффекта приведена в учебном пособии [2, 9].
Стоимость оборудования, производственных зданий и тарифные ставки рабочих принимаются такими, которые действуют на момент выполнения расчетов.