Теоретический материал к практическим заданиям и примеры выполнения задач

5.1. Механические свойства материалов

Под механическими свойствами понимают характеристики, определяющие поведение материала под действием приложенных внешних сил. При оценке качества материала и проектных расчетах наиболее часто используют следующие характеристики.

1. Прочность – сопротивление материала деформации и разрушению под действием статических внешних сил. Прочность характеризуется пределом прочности:

, (1.1)

где - наибольшая нагрузка, которую выдерживает образец до

разрушения, Н;

- начальная площадь поперечного сечения образца, .

Значения пределов прочности для некоторых материалов приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1

Значения предела прочности и модуля упругости некоторых материалов

Материал	Предел прочности, МПа	Модуль упругости, МПа
Сталь
Медь
Латунь
Алюминий
Вольфрам
Титан
Стекловолокно

2. Пластичность – способность материалов к изменению формы под действием нагрузки. Пластичность характеризуется относительным удлинением:

, (1.2)

здесь - начальная длина рабочей части образца, м.;

- длина рабочей части образца под действием усилия , м.;

- модуль упругости, МПа.

Значения модуля упругости для некоторых материалов приведены в таблице 1.1.

3. Твердость – способность материала сопротивляться вдавливанию в него другого, более твердого тела. При измерении твердости в плоскую поверхность из исследуемого материала с заданным усилием вдавливают наконечник специальной формы. О твердости судят либо по площади полученного отпечатка, либо по глубине вдавливания наконечника.

4. Выносливость – сопротивление материала знакопеременным нагрузкам. Выносливость характеризуется пределом выносливости - , максимальным напряжением, при действии которого не происходит усталостного разрушения образца после заданного цикла нагружений (для стали число циклов ).

Пример 1.

Грузоподъемность крана 3 тонны. Определить минимальный диаметр стальной проволоки троса, если известно, что трос 50-ти жильный. Предел прочности стальной проволоки троса МПа.

Решение:

При подъеме груза массой 3 тонны на трос крана действует сила 30000 ньютонов. Предел прочности = = . То есть проволока сечением выдерживает максимальную силу – 600 ньютонов.

Из формулы (1.1) выразим площадь сечения троса подъемного крана:

.

Площадь сечения проволоки:

.

Соответственно, диаметр проволоки:

.

Пример 2.

На медный стержень квадратного сечения и длиной действует сила растяжения . Определить величину удлинения стержня.

Решение:

Напряжение в сечении стержня определим по формулу (1.1):

.

Так как напряжение в сечении меньше предела прочности меди (предел прочности для меди см. таблицу 1.1: ), то стержень под действием данной нагрузки не разрушится.

Модуль упругости для меди (см. таблицу 1.1) .

Величину удлинения стержня выразим из формулы (1.2):

.

5.2. Нормирование технологических процессов

Одной из важнейших задач, решаемых в ходе разработки технологических процессов, является нормирование технологических операций. Нормирование ставит своей целью определение нормативных затрат материальных и трудовых ресурсов на изготовление одного изделия или детали.

Нормы затрат материальных и трудовых ресурсов используются в дальнейшем при планировании потребности в материалах на производственную программу и при определении трудоемкости выполняемых операций.

Выделяют следующие виды норм затрат времени:

1. Норма машинного (основного) времени - . Машинное время – это время, в течение которого происходит снятие припуска на обработку детали:

, (2.1)

где - расчетная длина пути инструмента, мм;

- подача инструмента мм/мин;

- число проходов.

Норма машинного времени определяется для расчета потребности в инструменте на производственную программу:

, (2.2)

здесь - время работы инструмента до полного износа, час.;

- производственная программа, шт.;

- статистический коэффициент, учитывающий возможность преждевременного износа инструмента, .

2. Норма неперекрываемого вспомогательного времени - . Неперекрываемое вспомогательное время – время, затрачиваемое на установку и снятие заготовки со станка, на управление станком.

3. Норма оперативного времени - . Оперативное время – это время, затрачиваемое непосредственно на обработку одной заготовки (изделия). На практике оперативное время, как правило, определяется в ходе хронометража технологической операции и представляет сумму машинного и вспомогательного времени:

. (2.3)

4. Норма затрат времени на технологическое и организационное обслуживание рабочего места - . Норму затрат времени на обслуживание рабочего места принято устанавливать в процентах от нормы оперативного времени:

, (2.5)

где - нормативные затраты времени на обслуживание рабочего места, %.

5. Норма затрат времени на перерывы, отдых - . Норму затрат времени на перерывы также принято устанавливать в процентах от нормы оперативного времени:

, (2.6)

здесь - нормативные затраты времени на перерывы, %.

6. Норма штучного времени - . Норма штучного времени – время необходимое на обработку одной заготовки:

или, (2.7)

. (2.8)

7. Норма штучно-калькуляционного времени - . Норму штучно-калькуляционного времени определяют по формуле:

, (2.9)

где - подготовительно-заключительное время на партию, мин.;

- количество обрабатываемых заготовок в партии, шт.

В свою очередь, размер партии обрабатываемых заготовок в зависимости от величины (затрат времени на переналадку оборудования) принято рассчитывать следующим образом:

- если затраты времени на переналадку оборудования незначительны ( мин.) то переналадка оборудования будет осуществляться в начале каждой смены:

, (2.10)

здесь - продолжительность смены, мин.;

- если затраты времени на переналадку оборудования достаточно большие:

, (2.11)

где - допустимые затраты времени на переналадку оборудования, %.

Из данного выражения имеем:

. (2.12)

Если затраты времени на переналадку оборудования незначительны, и переналадка осуществляется в начале каждой смены, то баланс рабочего времени рабочей смены выглядит следующим образом:

. (2.13)

Если затраты времени на переналадку оборудования достаточно велики, то задаются нормативами допустимых затрат времени на обслуживание рабочего места - , перерывы и отдых - , переналадку оборудования - . Нормы штучного и штучно-калькуляционного времени рассчитывают по формулам (2.8, 2.9).

Пример 1.

Нормативные затраты времени на обслуживание рабочего места в течение смены (продолжительность смены мин.) составляют мин., нормативные затраты времени на перерывы мин. Штучно-калькуляционное время на переналадку оборудования мин.

Определить норму штучного и штучно-калькуляционного времени на изготовление деталей А и Б, если норма оперативного времени составляет: мин., мин.

Решение:

Так как затраты времени на переналадку оборудования незначительны, будем осуществлять переналадку оборудования в начале каждой рабочей смены. В этом случае из баланса рабочего времени (2.13) вычислим оперативное время работы в течение смены:

мин.

Нормативные затраты времени на технологическое и организационное обслуживание рабочего места:

.

Нормативные затраты времени на перерывы:

.

Норма штучного времени на изготовление деталей А и Б:

мин.

мин.

Размер партии заготовок вида А:

шт.,

вида Б шт.

Норма штучно-калькуляционного времени на обработку заготовок:

мин.

мин.

Пример 2.

Нормативные затраты времени на обслуживание рабочего места составляют , на перерывы , на переналадку оборудования . Норма оперативного времени на обработку заготовки А мин. Подготовительно-заключительное время мин. Определить норму штучного и штучно-калькуляционного времени на обработку заготовки А.

Решение:

Норму штучного времени на обработку заготовка А рассчитаем по формуле:

мин.

Размер партии обрабатываемых заготовок:

шт.

Норма штучно-калькуляционного времени на обработку заготовки А:

мин.

5.3. Оценка эффективности технологий

Каждая технология характеризуется двумя параметрами - трудоемкостью и капиталоемкостью. Единичное производство и мелкосерийное производство тяготеют к использованию более трудоемких и, соответственно, менее капиталоемких технологий. Массовое и крупносерийное производство – к использованию более производительных, капиталоемких технологий.

В качестве основного критерия, определяющего целесообразность использования той или иной технологии, как правило, выступает критерий минимума годовых приведенных затрат на производство продукции:

, (3.1)

где - приведенные годовые затраты на производственную программу,

руб.;

- единовременные капитальные затраты на приобретение и монтаж

оборудования, руб.;

- нормативный уровень рентабельности в отрасли;

- затраты на изготовление одного изделия, руб.;

- объем выпуска изделий (производственная программа), шт.

В расчете на одно изделие приведенные затраты составляют:

. (3.2)

Затраты на изготовление одного изделия можно рассчитать по формуле:

, (3.3)

здесь - затраты на материалы, руб.;

- затраты на оплату труда, руб.;

- единый социальный налог, руб.;

- амортизационные отчисления, руб.;

- прочие (накладные) расходы – расходы на инструмент, электро-

энергию и пр., руб.

Затраты на материалы определяют:

, (3.4)

где - норма затрат материала на заготовку, кг./шт.;

- стоимость материала, руб./кг.;

- масса отходов материала с обработки одной заготовки, кг./шт.;

- стоимость отходов, руб./кг.

Расходы на заработную плату:

, (3.5)

здесь - число операций по обработке заготовки;

- норма штучно-калькуляционного времени выполнения -й

операции, мин.;

- ставка оплаты труда работника -й профессии, руб./час.

Единый социальный налог:

, (3.6)

где 0,26 – ставка единого социального налога.

Амортизационные отчисления:

, (3.7)

здесь - стоимость оборудования на -й операции, руб.;

- норма амортизационных отчислений на оборудование -го вида, %;

- годовой фонд рабочего времени -го оборудования, час.

Обозначим индексом «1» в выражении (3.1) значения параметров, соответствующих более трудоемкой технологии, а индексом «2» - более капиталоемкой:

, .

Критический объем производства, при котором технологии равно эффективны определим приравняв приведенные годовые затраты:

.

Выразим из данного равенства критический объем производства:

. (3.8)

Если годовой объем производства изделия больше критического , то целесообразно использование более производительной (капиталоемкой) технологии. Если , то целесообразно использование менее капиталоемкой (более трудоемкой) технологии.

Пример.

Определить эффективную технологию производства детали. Показатели, характеризующие возможные технологии приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1

Показатели, характеризующие возможные технологии изготовления детали

Показатель	Технология 1	Технология 2
Норма затрат материала, кг./шт.	1,8	1,6
Стоимость материала, руб./кг.
Норма штучно-калькуляционного времени, мин.
Ставка оплаты труда, руб./час
Стоимость оборудования, руб.
Коэффициент амортизации оборудования, %
Годовой фонд рабочего времени, час

Нормативный коэффициент эффективности капиталовложений . Годовой объем производства детали шт. Прочими затратами и доходами от реализации отходов пренебречь.

Решение:

Рассчитаем затраты на изготовление одной детали в случае использования 1-й технологии.

Затраты на материалы:

руб.

Затраты на оплату труда:

руб.

Единый социальный налог:

руб.

Амортизационные отчисления:

руб.

Затраты на изготовление детали:

руб.

Аналогично рассчитаем затраты на изготовление детали в случае использования 2-й технологии. Результаты расчетов сведем в таблицу 3.2.

Таблица 3.2

Результаты расчета затрат на изготовление изделия, руб.

Наименование затрат	Технология 1	Технология 2
Затраты на материалы
Затраты на оплату труда	9,33	5,83
Единый социальный налог	2,43	1,52
Амортизационные отчисления		3,75
Затраты на изготовление детали	156,76	139,1

Определим годовые приведенные затраты при использовании технологии 1 и технологии 2:

руб.

руб.

Так как годовые приведенные затраты при использовании второй технологии меньше, чем при использовании первой, то для изготовления детали годовым объемом выпуска шт. целесообразно использовать вторую технологию.