Определение типа производства
Заданный масштаб выпуска и трудоемкость обработки определяют принадлежность производства детали к одному из трех типов: массовому, серийному и единичному. Характерным признаком массового производства является выполнение на большинстве рабочих мест только одной закрепленной за данным рабочим местом операции. При серийном производстве на рабочих местах выполняют несколько повторяющихся операций. При единичном производстве повторения вообще может не быть либо оно произойдет через неопределенное время.
Тип производства определяют путем расчета коэффициента закрепления (коэффициента серийности) Кз, определяющего серийность производства:
Кз=t / tшт.к.ср,
где t - такт выпуска изделия, мин;
tшт.к.ср - среднее штучно-калькуляционное время одной операции ТП, мин.
Величина t такта выпуска подсчитывается по формуле:
t = Fд 60 / М,
где Fд - действительный годовой фонд времени работы оборудования, ч;
М – годовой объем выпуска (масштаб выпуска) в штуках согласно заданию на дипломное проектирование. Как правило, в объеме выпуска учтено необходимое дополнительное количество запасных частей, а также кратность детали данного наименования в изделии.
При двухсменной работе с учетом запланированных потерь, включая простои в плановом ремонте и техническом обслуживании, годовой фонд равен:
4000 ч для металлорежущих станков от 1 до 30 категорий ремонтной сложности,
3850 ч для станков свыше 30 категории ремонтной сложности;
3700 ч для станков с ЧПУ, автоматических линий и ГПС.
Среднее штучно-калькуляционное время одной операции tшт.к.ср (среднюю трудоемкость) нужно подсчитать, разделив на число операций сумму трудоемкостей tшт.кi операций базового ТП (за исключением доделочных операций с малыми трудозатратами). В зависимости от предприятия трудоемкость каждой операции можно найти либо в картах ТП в отделе главного технолога, либо в расценочных ведомостях у цеховых нормировщиков и экономистов, либо в нормативной базе информационного центра.
На ряде предприятий трудоемкость завышена, так как является мерой оплаты труда рабочих и отражает истинные трудозатраты и загрузку оборудования только косвенно. Для приведения взятых на предприятии данных о трудоемкости к истинным трудозатратам необходимо данные предприятия разделить на коэффициент переработки норм выработки, который различен для разных цехов и участков предприятия.
Среднее штучно-калькуляционное время tшт.к.ср рассчитывают по формуле:
tшт.к.ср = S tшт.кi / (n o k нв), мин,
где tшт.кi- штучно-калькуляционное время каждой из операций механообработки ТП;
kнв - коэффициент переработки норм того цеха, в котором выполняется данная операция;
no - число операций ТП.
Трудозатраты по всем операциям ТП обработки детали нужно свести в таблицу (таблица 7.5).
Таблица 7.5 - Трудозатраты при обработке детали
| № операции | Вид обработки | t шт.кi мин | № участка, цеха | kнв | t шт.к = t шт.кi / kнв |
Коэффициент закрепления определяет число операций обработки, выполняемых на одном рабочем месте за плановый период времени. Приняты следующие значения коэффициента закрепления:
Кз = 1 - 2 для массового производства;
Кз = 2 - 10 для крупносерийного производства;
Кз = 10 - 20 для серийного производства;
Кз = 20 - 40 для мелкосерийного производства;
Кз > 40 для единичного производства.
В условиях серийного производства количество деталей в партии запуска можно определить по следующей формуле:
n = M а / F,
где М - годовой объем выпуска деталей, шт.;
а - продолжительность планового периода, равна числу рабочих дней, за которое необходимо образовать запас готовых деталей, (влияет на периодичность запуска-выпуска);
F - число рабочих дней в году, в проекте можно принять F=250.
Желательно, чтобы в течение планового периода было произведено целое число запусков партий деталей и в течение месяца число запусков не превышало двух-трех. Исходя из этого, предпочтительными значениями при выборе числа «а» являются 7 (три запуска в течение месяца), 10,5 - два запуска в месяц, 21 - один запуск в месяц. С увеличением партии запуска уменьшаются затраты на перенастройку оборудования, зато возрастают затраты на оборотные средства.
Расчетное число смен, в течение которых происходит обработка партии деталей на участке:
С= tшт.к.ср n / (480.0,8).
Как было сказано выше, при расчете среднего штучно-калькуляционного времени одной операции в учет принимаются только операции механической обработки.
Выбор заготовки
(проф. А.В. Иванюк)
Выбрать заготовку - значит установить способ получения заготовки, назначить припуски по соответствующему ГОСТу, рассчитать минимально допустимые припуски на обработку каждой поверхности, назначить допуски и определить себестоимость ее изготовления.
Одним из факторов, влияющих на себестоимость производства в машиностроении, является способ формообразования заготовки.
Ряд деталей в машиностроении могут быть получены одним или несколькими способами литья или обработкой материалов давлением, поэтому при выборе заготовки необходимо учитывать себестоимость изготовления детали (С дет.). Себестоимость детали напрямую зависит от себестоимости заготовки:
Сдет = Сзаг + Смех.обр.,
где Сзаг - себестоимость заготовки, руб;
Смех.обр. - себестоимость механической обработки, руб.
Чрезвычайно дешевая заготовка вызовет повышенные затраты на механическую обработку, а заготовка с минимальными припусками окажется дорогой, что приведет к увеличению себестоимости детали.
Раздел следует начать с краткого анализа базового способа получения заготовки.
При выборе способа получения заготовки и ее проектировании необходимо пользоваться справочной литературой и ГОСТами:
ГОСТ 7505 – 89. Поковки стальные штампованные.
ГОСТ 7062 – 90. Поковки из углеродистой и легированной стали, изготовляемые ковкой на прессах.
ГОСТ 7829 – 70. Поковки из углеродистой и легированной стали, изготовляемые ковкой на молотах;
ГОСТ 2590 – 2006. Прокат стальной горячекатаный круглый.
ГОСТ 2591 – 2006. Прокат стальной горячекатаный квадратный.
ГОСТ 977 – 88. Отливки стальные. Общие технические условия.
ГОСТ Р 53464 – 2009. Отливки из металлов и сплавов.
ГОСТ 3.1125 – 88. Правила графического выполнения элементов литейных форм и отливок.
Определив предполагаемый способ получения заготовки, производят проверку и уточнение минимально допустимых припусков на обработку резанием расчетно-аналитическим методом не менее чем на две поверхности.
Минимальный припуск при обработке наружных поверхностей определяется наименьшими предельными размерами, а при обработке внутренних поверхностей - наибольшими предельными размерами заготовок и смежных технологических переходов:
для наружных поверхностей:
Zi min = ai-1 min - ai min,
2Zi min = Di-1 min - Di min;
для внутренних поверхностей:
Zi min=ai max - ai-1 max,
2Zi min=Di max - Di-1 max,
где Zi min и 2Zi min - минимальный припуск на одну и две стороны выполняемого технологического перехода;
ai-1 min, ai-1 max, Di-1 min, Di-1 max - соответственно наименьшие и наибольшие предельные размеры заготовок на предшествующем переходе;
ai min, ai max, Di min, Di max - соответственно наименьшие и наибольшие предельные размеры заготовок на выполняемом переходе.
Минимальный припуск определяется по следующим формулам:
для односторонней обработки:
Zi min = Ri-1 + Ti-1 + ri-1 + Ei,
для параллельной двусторонней обработки:
2Zi min = 2(Rzi-1 + Ti-1 + ri-1 + Ei);
для поверхностей вращения:
2Zi min = 2(Rzi-1 + Ti-1 + ri-12+Eуi2 
),
где Ri-1 и Ti-1 - соответственно шероховатость поверхности и глубина дефектного слоя поверхности на предшествующем переходе, мкм;
ri-1 - суммарное значение пространственных отклонений для поверхности на предшествующем переходе, мкм;
Еyi - погрешность установки заготовки на выполняемом переходе, мкм, (при обработке в центрах Еу = 0).
Порядок расчета припусков и предельных размеров по технологическим переходам осуществляют в следующем порядке:
1) Заготавливают расчетную таблицу 7.6, состоящую из 12 граф.
2) В графе 1 записывают технологические переходы в последовательности обработки поверхности, начиная с заготовки.
3) Пользуясь таблицами литературы [14] в зависимости от способа получения заготовок и параметров, достигаемых после механической обработки, заполняют графы 2 и 3.
Таблица 7.6 - Расчет припусков и предельных размеров
| Технологические переходы обработки поверхности | Элементы припуска | Расчетный при-пуск | Расче-тныйраз-мер | До-пуск d, | Предельные размеры, мм | Предельные значения припуска, мм | |||||
| Ri-1 | Ti-1 | ri-1 | Еi | 2Zmin мкм | мм | мкм | min | max | min | max | |
4) Определяют значение пространственного отклонения заготовки и технологических переходов, учитывая что
rзаг = Ör2см+ r2кор + Dк
rост i = Куi * rзаг,
 |
Еуi = ÖЕd2 + Ез2 + Епр2
где rзаг и r ост i - пространственная погрешность заготовки и остаточные погрешности на последующих технологических переходах;
r см - погрешность смещения, определяется по ГОСТу на заготовку, при обработке в центрах r см = 0;
r кор - погрешность коробления, определяется r кор = Dк L,
где Dк - удельная кривизна заготовки на 1мм ее длины [14],
L - длина стержня;
Куi - коэффициент уточнения, принимается: 0,06 для черновой обработки, 0,04 для чистовой обработки, 0,02 для отделочной обработки;
Еd - погрешность базирования,
Ез - погрешность закрепления,
Епр - погрешность приспособления, в дипломе можно принять равной нулю.
Значения пространственных отклонений и погрешности установки вносят в графах 4 и 5 табл.7.6.
Погрешность rц зацентровки заготовки
где d - поле допуска на диаметральный размер базовой поверхности заготовки, используемый при зацентровке, при обработке заготовки в патроне rц=0;
5) Определяют расчетные величины 2Zmin по технологическим переходам и вносят в графу 6.
6) Для конечного перехода расчетной поверхности в графе 7 таблице 7.6 вносят наименьший предельный размер детали по чертежу. Для каждого предшествующего перехода расчетный размер определяют прибавлением к расчетному размеру следующего за ним смежного перехода величины расчетного припуска Zmin.
7) Переписать в графу 9 наименьшие предельные размеры каждого перехода из графы 7, округляя увеличением расчетных размеров до того же знака десятичной дроби, с каким дан допуск на размер расчетной поверхности.
8)Пользуясь литературой, определить промежуточные допуски для технологических переходов в зависимости от размера заготовки и квалитета точности того или иного вида обработки. Можно также воспользоваться следующими соображениями.
Для обработки точных поверхностей с размерами по 5 – 7 квалитетам необходимо осуществить 4 технологических перехода. Сам размер можно получить и за меньшее число переходов, но точные поверхности должны обладать высокой геометрической точностью и находиться по отношению к другим поверхностям в заданном положении, определяемом жесткими допусками. Весь комплекс точностных параметров поверхности можно достичь только путем осуществления нескольких рабочих ходов, уменьшающих исходные погрешности заготовки. Самую низкую точность имеют поверхности заготовки: обычно от 17 до 16 квалитетов. Допуск на размер первого технологического перехода можно установить по 14 – 13 квалитетам, на размер второго перехода - по 12 – 11 квалитетам, на размер третьего перехода - 10 – 9 квалитетов.
9) Определяют и записывают в графу 10 максимальный предельный размер технологического перехода прибавлением к наименьшему предельному размеру (графа 9) допуска (графа 8).
10) Записывают предельные значения припусков:
в графе 11, как разность наименьших предельных размеров предшествующего и выполняемого перехода;
в графе 12, как разность наибольших предельных размеров предшествующего и выполняемого перехода.
11) Определяют общие припуски Zo min и Zo max, суммируя промежуточные припуски на обработку.
12)На остальные обрабатываемые поверхности детали припуски и допуски нужно назначить по соответствующим ГОСТам на заготовки и записать их значения в таблице 7.7.
Таблица 7.7 - Припуски и допуски на обрабатываемые поверхности.
| Поверхность. Размер | Припуск | Допуск по ГОСТ | |
| по ГОСТу | расчетный | ||
При выборе заготовки возможны различные варианты:
-способ получения заготовки принимают аналогичным существующему в базовом производстве;
-способ получения изменяют, но это обстоятельство не меняет технологический процесс механообработки;
-способ получения заготовки изменяют, что влечет за собой изменение технологического процесса механической обработки.
В первом случае необходимо сделать ссылку на справочную литературу, где для данных условий производства рекомендован производственный вариант как оптимальный. Однако расчет минимального припуска необходимо все же произвести и сравнить его с возможным вариантом изготовления заготовки.
В двух остальных случаях окончательное решение принимается лишь при расчете технологической себестоимости детали. Однако при упрощенном варианте достаточно сравнить себестоимость изготовления заготовки по базовому варианту (данные завода) и проектному.
Если деталь изготавливают из проката, то затраты на заготовку определяют по формуле:
где Мз - масса заготовки, кг;
S - цена 1 т материала, р;
Sотх - цена 1 т отходов материала, р;
Мд - масса детали, кг.
Экономический эффект от проектной заготовки определяют по формуле:
Э = (Спр. заг – Сбаз. заг) Ргод,
где Спр. заг – себестоимость проектной заготовки, руб;
Сбаз. Заг – себестоимость базовой заготовки, руб;
Ргод – годовой выпуск изделия, руб.
Затем вычерчивается сравнительная таблица базовых и проектных характеристик заготовок (таблица 7.8) и делаются выводы по выбору заготовки для дипломного проекта.
Таблица 7.8 - Характеристика заготовки
| Параметры заготовки | Базовый вариант | Проектный вариант |
| Материал | ||
| Метод получения | ||
| Масса детали, кг | ||
| Масса заготовки, кг | ||
| Коэффициент весовой точности | ||
| Стоимость тонны материала, р | ||
| Стоимость тонны отходов, р | ||
| Годовая экономия материала, т | ||
| Экономический эффект от проектного метода получения заготовки, р |
Выбор варианта ТП механообработки
Новый более совершенный проектный вариант ТП должен отличаться от базового в сторону улучшения каких-то характеристик. От самого студента зависит, насколько глубокой модернизации подвергнет он базовый ТП. Это может быть небольшое усовершенствование за счет изменений в прогрессивную сторону одного элемента процесса или даже одной характеристики элемента. Но это может быть кардинальное изменение базового ТП, при котором новый ТП не будет иметь с базовым ничего общего.
Такое смелое техническое решение потребует значительных материальных затрат и продолжительного периода времени для реализации. Но в практике дипломного проектирования Рязанского института (филиала) МГОУ много примеров, когда студенческие разработки находили одобрение на предприятиях и были внедрены в производство по прошествии нескольких лет.
Итак, степень совершенствования ТП зависит от личностных качеств студента, он может «заглянуть» вперед на небольшой или значительный срок.
При совершенствовании базовых ТП возможно решение следующих вопросов:
1.Использование при механической обработке нового высокопроизводительного оборудования.
2.Оптимизация режимов обработки, исходя из критерия минимальной себестоимости.
3.Применение современных режущих материалов: твердых сплавов с покрытиями, композитов, режущей керамики.
4. Использование более совершенных конструкций режущих инструментов, например, оснащенных сменными пластинами твердого сплава со сверхтвердыми покрытиями.
5.Применение крепежных приспособлений с быстродействующими зажимными элементами и механизированным приводом.
6. Построение ТП по групповому принципу.
7. Увеличение гибкости ТП за счет универсализации и переналаживаемости всех элементов ТП.
8.Повышение уровня автоматизации ТП путем увеличения доли обработки на станках с ЧПУ или другом прогрессивном оборудовании.
9. Повышение уровня автоматизации производственного процесса за счет построения его по принципам гибких производственных систем (ГПС).
10.Увеличение степени интеграции ТП.
11. Использование средств контроля более высокого технического уровня, например, оснащенных лазерными коллиматорами, интерферометрами и микропроцессорами для математической обработки и автоматической регистрации результатов измерения.
12.Использование мониторинга за ходом обработки, применение систем адаптивного и автоматического управления точностью обработки.
13.Замена шлифования лезвийной обработкой.
14. Замена лезвийной обработки глубинным шлифованием.
15. Замена традиционных способов обработки на электрофизические, лазерные, пластическое деформирование.
16. Применение комплексной обработки в одной операции: лезвийная обработка, термообработка и шлифование; механическая обработка, сборка и продолжение механической обработки; механическая обработка, сборка, лазерная сварка и продолжение механической обработки.
17. Обработка детали измененной конструкции, если эти изменения произведены на основе анализа технологичности.
18. Обработка детали иного материала и измененных способов упрочения, если эта замена выполнена на основе анализа технологичности конструкции с целью улучшения качественных показателей детали.
19. Изменения ТП, направленные на экономию энергетических и материальных ресурсов.
20. Использование более совершенных СОЖ.
21. Замена способа получения заготовки, повлекшего изменение ТП механообработки и снижение себестоимости изготовления детали.
В данном перечне приведены примеры путей совершенствования базовых ТП. Конкретные решения студент должен принять на основе анализа базового ТП, исходя из экономической целесообразности изменений и реальности их осуществления за период в несколько лет.
Необходимо предложить маршрут обработки, расчлененный на операции, и переходы и оформить его в виде таблицы 7.8. Проектный вариант ТП, выполненный на бланках и подготовленный в САПР ТП, вынести в приложения к расчетно-пояснительной записке.
Таблица 7.8 - Проектный маршрут обработки детали
| № операции | № перехода №п | Содержание операции, перехода | Тип, модель станка, оборудования |
| 1 ххх | ххх | ххх | ххх |
| 2 ххх | ххх | ххх | ххх |
| ххх |
Маршрут ТП дает достаточную информацию для дальнейшей работы над уточнением целого ряда моментов, требующих детализации. Не раскрыты в полной мере вопросы использования технологической оснастки, базирования и закрепления заготовок, не ясно, какие режущие инструменты использованы и на каких режимах резания выполняется обработка, какова требуемая квалификация оператора, что и как подвергается контролю в ходе выполнения отдельных операций, какие виды СОЖ использованы. Все эти моменты раскрываются в операционной технологии, которая может быть составлена на основе ряда принципиальных решений, излагаемых в следующих подразделах дипломного проекта.