Выбор метода получения заготовки

Цель работы – овладеть методикой экономически обоснованного выбора оп­тимального метода получения заготовки детали.

1. Общие положения

Выбор метода получения заготовки определяется технологическими воз­можностями как заготовительного производства, так и механической обра­ботки. Чем точнее заготовка, чем ближе она по форме к готовой детали, тем меньше мехобработки она требует, меньше расход металла, дешевле мехобра­ботка. Но сама заготовка при этом тоже становится дороже. Если же взять простую, дешевую заготовку, возрастают отходы металла и затраты на мехоб­работку.

На первой стадии разработки ТП при выборе вариантов метода получения заготовки можно руководствоваться таблицей 4.1. Согласно табл. 4.1 метод получения заготовки определяется типом детали (корпус, вал, диск, втулка), видом материала (чугун, сталь, алюминиевый сплав, бронза), сложностью фор-мы детали, типом производства (единичное, серийное, массовое). Наиболее распространенными методами получения заготовок являются: литье в земля­ные (песчаные) формы (ЛЗ), литье в металлические формы (кокили) (ЛМ), ли­тье по выплавляемым моделям (ЛВ), литье в оболочковые формы (ЛО), литье под давлением (ЛД), центробежное литье (ЦЛ), свободная ковка (К), штам­повка (Ш), холодная штамповка (ХШ). Иногда целесообразно в качестве заго­товки принимать прокат (П) – круг, шестигранник, трубу, лист. Средняя точ­ность заготовок, обеспечиваемая этими методами, приведена в табл. 4.3.

Следует иметь в виду, что каждый метод имеет несколько технологических разновидностей, из которых тоже важно выбрать оптимальные для данных ус­ловий.

Если имеется несколько альтернативных методов получения заготовки, ни один из которых не имеет явного преимущества перед остальными, необхо­димо провести экономический анализ. В качестве критерия оптимальности при выборе наивыгоднейшего метода получения заготовки в первом приближении можно принять минимальный объем С, руб., переменной доли затрат на полу­чение заготовки С₃ и ее механическую обработку С_м, которые зависят от ме­тода получения заготовки:

С= С₃ + С_м (4.1)

Переменные затраты на получение заготовки С₃, руб., составляют:

(4.2)

где Ц_м – цена 1 кг исходного материала, которую определяют по действующим на момент анализа прейскурантам. Для некоторых конструкци­онных материалов ориентировочное значение Ц_м приведено в табл. 4.2;

М_з – масса заготовки, кг;

К_сп, К_сл – коэффициенты, учитывающие соответственно способ получе­ния заготовки и ее сложность. Ориентировочные значения этих ко­эффициентов для различных условий приведены в табл. 4.3 и 4.4

Переменные затраты на механическую обработку С_м, руб., составляют:

(4.3)

где С_уд – удельные затраты на снятие 1 кг стружки при черновой мехобра­ботке, руб./кг. Значение С_уд берут по данным предприятия. При отсутствии та­ких данных для предварительных расчетов можно воспользоваться таблицей 4.5;

М_д – масса детали, кг;

К_о – коэффициент обрабатываемости материала, значения которого приве­дены в справочной литературе. Для некоторых конструкционных материалов значения К_о приведены в таблице 4.6.

Отметим, что данная методика пригодна и при изменении цен, поскольку их соотношение, как правило сохраняется. Однако это справедливо только для оценки правильности выбора метода получения заготовки. При определении же себестоимости изготовления детали следует пользоваться специальной ли­тературой.

2. Справочные данные

Таблица 4.1

Методы получения заготовок

Тип детали

Мате-риал

Форма заготовки

простая

средней сложно­сти

сложная

Тип производства

един.

сер.

масс.

един.

сер.

масс.

един.

сер.

масс.

Кор-пус

Чугун

ЛЗ

ЛЗ,ЛМ

ЛЗ

ЛЗ,ЛМ

ЛЗ

ЛО

Сталь

ЛЗ,К

ЛМ,Ш

ЛЗ

ЛЗ,ЛМ

ЛЗ

ЛО,ЛВ

Алюм

ЛЗ

ЛМ

ЛЗ

ЛМ

ЛЗ

ЛД

Вал

Сталь

К

Ш, ШХ

К

Ш,ХШ

ЛЗ, Ш

Ш, ХШ

Втул-ка, диск

Чугун

ЛЗ,ЦЛ

ЛМ,ЦЛ

ЛЗ,ЦЛ

ЛМ

ЛЗ, ЦЛ

ЛМ, ЦЛ

Сталь

ЛЗ,ЦЛ, К

ЛМ,ЦЛ,Ш

ЛЗ,ЦЛ

ЛМ,ЦЛ,Ш

ЛЗ,Ш

ЛМ

Алюм

Бронза

ЛЗ,ЦЛ

ЛМ,ЦЛ

ЛЗ,ЦЛ

ЛМ

ЛЗ

ЛМ

Таблица 4.2

Стоимость исходного материала Ц_м

Матер.	СЧ20	Ст3	20ХН	30ХГСА	40ХГНМ	Х18Н9Т	Р6М5
Ц,руб/кг

Таблица 4.3

Значение коэффициентов К_сп

Способ по­лучения заготовки	Квал. Точн.	Тип производства
единич-ное	мелко-серийн.	средне-серийн.	крупно-серийн.	массо-вое
Литье в земляную форму		2,5	2,2		1,9	1,8
Литье по металличе­ской мо­дели		3,5	2,7		1,8	1,5
Литье в ко­киль				1,9	1,2	1,4
Литье в оболочко­вую форму					2,5
Литье по выплавляемой модели
Литье под давлением		-	-			2,5
Литье цен­тробежное		-		2,5	1,8	1,5
Прокат		1,3	1,3	1,2	1,1	1,05
Свободная ковка					-	-
Ковка в подклад­ных штам­пах		2,5	2,5	2,3	2,1	-
Штамповка открытая		-		2,5		1,6
Штамповка на ГКМ		-			1,8	1,4
Штамповка с ка­либровкой		-			2,7	1,8
Холодная штамповка		-	-

Таблица 4.4

Значение коэффициента К_сл

Характеристика заготовки	Очень простая	Простая	Средней сложности	Сложная	Очень сложная
Группа сложности отливки по ГОСТ 26645-85
Степень сложности поковки по ГОСТ 7505-89	С1	С2	С3	С4	-
Ксл	0,7	0,85		1,5

Таблица 4.5

Удельные затраты на снятие 1 кг стружки С_уд

Тип произ­водства	Единич­ное	Мелкосе­рийное	Средне-серийное	Круп­носе-рийное	Массовое
Суд, руб./кг

Таблица 4.6

Значение коэффициента обрабатываемости К_о

Матер.	СЧ20	Ст3	20ХН	30ХГСА	40ХГНМ	Х18Н9Т	Р6М5
Ко	0,7	1,8	1,2	0,7	0,8	0,6	0,25

Таблица 4.7

Приблизительные значения припусков на обработку Z, мм на сторону

Максимальный размер, мм, до	Способ получения заготовки
вдоль припуска l1	поперек припуска l2	ЛЗ, К	ЛМ, Ш	ХШ, П
			2,2 2,8 3,5 4,2	2,5 3,5
		6,5 9,5		2,2 2,8 3,5 4,2
		7,5 10,5 13,5	6,5 9,5
		10,5 12,5 14,5 16,5 18,5	7,5 10,5 13,5	6,5 9,5
		19,5	12,5 14,5 16,5	10,5

3. Задачи работы

На основе экономического анализа вариантов выбрать оптимальный способ получения заготовки заданной детали для заданного типа производства.

4. Порядок выполнения работы

1) Вычерчивают в масштабе контур детали с простановкой размеров

2) По табл. 4.1 выбирают возможные методы получения заготовки (обычно

2 – 3 метода)

3) По упрощенной методике, табл. 4.7, определяют припуск на черновую

обработку для каждого метода. На том же эскизе вычерчивают контуры заго­товки с учетом припусков для каждого метода.

4) Исходя из технологических возможностей методов получения заготовки

(уклоны, радиусы, отверстия, число ступеней и т.п.) устанавливают напуски. На том же эскизе вычерчивают контуры заготовки с учетом напусков для каж­дого метода, проставляют размеры заготовки.

5) Определяют объем и массу детали М_д и заготовок М_зi (i – порядковый

номер метода).

6) По табл. 4.2 определяют цену материала Ц_м.

7) По табл. 4.3 и 4.4 определяют К_сп и К_сл для каждого метода.

8) По формуле (4.2) определяют С_зi для каждого метода.

9) По табл. 4.5 и 4.6 определяют С_уд и К_о.

10) По формуле (4.3) определяют С_мi для каждого метода.

11) По формуле (4.1) определяют C_i для каждого метода получения заго­товки. Метод получения заготовки, обеспечивающий наименьшее значение C_i, будет оптимальным для данных условий.

4. Пример выполнения работы №4

Выбрать оптимальный метод получения заготовки детали «Вал-шестерня», черт. 07.ТМ.13.001. Производство среднесерийное.

По табл. 4.1 определяем, что для детали типа «Валы» средней сложности из стали для серийного производства целесообразно применить в качестве заготовки прокат или горячую штамповку. Для окончательного выбора метода получения заготовки выполним сравнительный экономический анализ. В основу анализа положим сравнение суммарных стоимостей С переменной доли затрат на получение заготовки С_з и ее механическую обработку С_обр:

C_i=C_зi+C_обрi (4.1)

где i — номер варианта получения заготовки. В нашем случае i=1 для заготовки из проката, i=2 для штампованной заготовки.

Переменные затраты на получение заготовки С_з, руб., составляют:

С_зi=Ц_мi´ М_зi´ К_спi´ К_слi (4.2)

где Ц_мi— цена 1 кг исходного материала, руб./кг;

М_зi— масса заготовки, кг;

К_спi, К_слi,— коэффициенты, учитывающие соответственно способ получения заготовки и ее сложность.

Рассчитаем С_з для каждого из вариантов.

1) Вычерчиваем контур детали (рис. 4.1). На этом же эскизе вычерчиваем контуры заготовки из проката и штамповки (без масштаба).

2) По табл. 4.7 определяем ориентировочно припуск на обработку Z:

а) для заготовки из проката:

пов. 1 , 18 , l1=400, l2=128, Z=8

пов. 11 , l1=64, l2=400, Z=4,2.

б) для штампованной заготовки:

пов. 1 , l1=160, l2=50, Z=5

пов. 6 , l1=50, l2=60, Z=3,5

пов. 8 , l1=60, l2=70, Z=4

пов. 9 , l1=70, l2=60, Z=4

пов. 10 , l1=50, l2=128, Z=3,5

пов. 11 , l1=128, l2=50, Z=5

пов. 13 , l1=50, l2=128, Z=3,5

пов. 14 , l1=60, l2=130, Z=5

пов. 18 , l1=400, l2=50, Z=7,5

Определяем размеры заготовки с учетом припусков и проставляем на рис. 4.1.

3) Определяем напуски.

Для заготовки из проката принимаем ближайший диаметр прутка Ж140.

Для штамповки назначаем предварительно уклон 5⁰ и радиусы переходов R3.

Вычерчиваем напуски на рис. 4.1 и проставляем размеры заготовки с учетом припусков и напусков.

4) Определяем массу детали М_Д и заготовки М_З, кг:

М_Д=0,785´( d₁²´l₁ + d₂² ´l₂ + . . . + d_n²´l_n )´ r,

где d₁, d₂, … d_n, l₁, l₂, … l_n — диаметры и длины элементарных объемов, на которые разбиваем объем детали, см;

n  число элементарных объемов;

r  плотность стали; r=0,00785 кг/см³.

М_Д=0,785(4²´8 + 5²´8 + 7²´6 + 12,8²´5 + 6²´7 + 5²´6)´0,00785=11,35 кг

М_З1=0,785´d²´l´r,

где d—диаметр проката, см;

l—длина заготовки, см.

М_З1=0,785´14²´41,6´0,00785=50,2 кг

М_З2=0,785·(5,7²´16,1 + 7,8²´6,05 + 13,8²´5,7 + 7²´13)´0,00785 =16,1 кг.

5) Коэффициент использования материала:

К_ИМ1=М_Д/М_З1=11,35:46,7=0,23

К_ИМ2=М_Д/М_З2=11,35:16,1=0,7

6) Определяем Ц_М, руб./кг по табл. 4.2 и поправочные коэффициенты по табл.4.3-4.4:

Ц_М1=Ц_М2=14

К_СП1=1,2

К_СП2=2,5; К_СЛ2=1

7) Подставляем найденные значения в формулу (4.2):

С_З1 = 14´50.2´1,2´1 = 843,4 руб.

С_З2 = 14´16,1´2,5´1 = 563,5 руб.

Переменные затраты на черновую обработку С_обр, руб. составляют:

С_Мi = С_уд´ (М_зi — М_д) / К_о (4.3)

где С_уд —удельные затраты на снятие 1 кг стружки при черновой обработке, руб./кг;

К_о — коэффициент обрабатываемости материала.

Рассчитаем С_М для каждого из вариантов.

1) По табл. 4.5 определяем для среднесерийного производства С_уд=26.

2) По табл. 4.6 определяем для стали 40ХГНМ К_о = 0,8.

3) Подставляем найденные значения в формулу (4.3):

С_М1=26´(50,2-11,35):0,8=1262 руб.

С_М2=26´(16,1–11,35)/0,8=154,3 руб.

Подставляя полученные значения С_з и С_М в формулу (4.1), получим:

С₁ = 843,4 + 1262 = 2105,4 руб.

С₂ = 563,5 + 154,3 = 717,8 руб.

С₂ < С₁

По минимуму переменных затрат принимаем 2-й вариант – штамповку.