Вакуумное напыление

Логическим решением для повышения числа одновременно загружаемых изделий было бы увеличение полезной площади загрузочного барабана, но ограничения по неизменности основных габаритных размеров вакуумной камеры, да и стоимость проведения данных работ, не позволяют увеличить вакуумную камеру. Значит, единственным решением поставленной задачи явится повышение эффективности использования существующего базового пространства.

 

Рис.1.5 Вариант установки с внешним расположением напыляемых образцов

 

Увеличить полезную площадь  возможно, если устанавливать стекла не на внутреннюю поверхность загрузочного барабана, а на внешнюю поверхность. Для реализации такого решения мало вынести магнетроны из центра барабана, но и необходимо вынести их во фланцы. Такое решение позволит не только увеличить полезную площадь, но и повысить удобство ремонта магнетронов. А ионный источник ранее также находящийся в центре, есть возможность разместить во внутренней полости открывающейся дверцы. Рассчитаем выигрыш полезной площади для предложенных вариантов:

Полезная площадь загрузочного барабана:

- базовой вариант

 

 

 

- радиус центрального  барабана;

-высота центрального  барабана;

 

- полезная площадь барабана;

 

- предлагаемый вариант

 

 

 

 

- радиус центрального  барабана;

-высота центрального  барабана;

 

- полезная площадь барабана;

 

Как видно из таблицы  предлагаемый вариант повышает полезную площадь, но существует возможность  дальнейшего повышения эффективности  использования полезной площади, за счет использования не одного центрального барабана, как предлагалось ранее, а использовать три симметрично вращающихся барабана.

 

 

Рис 1.6 Предлагаемый вариант установки с поворотно-карусельным механизмом

Рассчитаем полезную площадь:

 

 

 

 

- радиус барабана;

- высота барабана;

 

 

Результаты вычисления занесём в таблицу 1.1

 

Таблица 1.1

Вариант	Полезная площадь(м2)
Базовый	1,096
Предлагаемый (один барабан)	1,107
Предлагаемый (три барабана)	1,566

 

По результатам таблицы  выбираем предлагаемый вариант с тремя барабанами.

 

Так, как одним из принципов  модернизации является – по возможности максимально использовать существующие детали механизма, то для осуществление ранее выбранного варианта загрузочного барабана будем использовать старый ввод вращения и на его основе реализуем планетарный механизм, для передачи синхронного движения на три барабана.

Реализация принципиальной схемы оптимального варианта

Движение в выбранном  варианте будет передаваться последовательно от двигателя на редуктор с муфтой, далее посредствам зубчатой передачи на вакуумный вод вращения который соединен с крестовиной, на которой в свою очередь находятся шкивы передающие движения на барабаны.

 

Рис 1.7 Оптимальный вариант  напылительной установки

 

Газовую и вакуумную  систему вакуумной установки  для нанесения многослойных покрытий МЭШ оставляем без изменения.

Для решения проблемы с весом загружаемых деталей  который возрос вследствие увеличения полезной площади под загрузку стекол введем в базовую конструкцию  поддерживающие ролики, которые обеспечат  осевое нагружение вакуумного вода вращения, а следовательно уменьшат вероятность его искривления и заклинивания. А случае экстренного заклинивания одного из элементов вращения сработает предохранительная муфта ( или проскальзывание пассик по поверхности шкивов).

 

1.5 Проверочный расчет зубчатой передачи по нагружаемому моменту

 

Для расчета будем  использовать комплекс программ APM WinMachine. Которая предназначена для выполнения всего многообразия расчетов машин, механизмов и конструкций и полноценного инженерного анализа создаваемого оборудования с целью выбора его оптимальных параметров, а также оформление и хранение конструкторской документации. Система в полном объеме учитывает требования ГОСТов, СНиПов и частично национальных стандартов других стран.

Необходимые исходные данные:

1. Вид зубчатого зацепления;

2. Рабочий режим передачи;

3. Термообработка колес;

4. Расположение шестерни  на валу;

5. Частота вращения  ведомого вала;

6. Желаемый ресурс  работы;

7. Число зацеплений;

8. Модуль;

9. Коэффициент смещения;

10. Число зубьев;

Расчет исходных данных.

Частота вращения ведомого вала:

 

,

 

где

nвв = 8 об/мин. - частота вращения ввода вращения;

u = 12.5 – передаточное  число Z2/Z1

nш=8*12,5=96 об/мин

 

Результат расчета приведены  ниже (отсчет автоматически сформирован  системой WinMachine)

Порядок расчета в  среде APM.

 

 

Проведем расчет на определение  величины действующего в системе  момента на выходном валу.

 

, где

 

Тдв= 9550 (Pдв/nдв), где

 

Pдв= 400 Вт – мощность используемого электродвигателя;

Nдв= 1500 об/мин. – число оборотов  вала двигателя;

Тдв=9550(0,4/1500)=2,54 Н*м

Uред=31 – передаточное  число червячного редуктора;

Uзуб=Z2/Z1 =102/17=6 – передаточное  число зубчатой передачи;

Uпл =Z2/Z1=500/40=12.5 – передаточное  число зубчатого зацепления;

= 0,7…0,8 - КПД червячного редуктора;

=0,96….0,98 – КПД зубчатого зацепления;

= 0,95…0,97 – КПД зубчатого зацепления;

Сравним с рассчитанными  предельными значениями:

Предельный момент Tпред=483,47 > T рас=408,3 è действующий в системе момент не превышает предельный для заданного временного ресурса.

Рассчитаем виляние изменение модуля зацепления на предельный момент и временной ресурс зацепления. Рассмотрим влияние модуля величины модуля зацепления на предельный (max допустимый) момент и результаты занесем в таблицу 1.2

 

Таблица 1.2

Модуль зацепления	Предельный момент (Нм)
1	483,47
2	558,2
3	704,68

 

Вывод: Для повышения  надежности механизма желательно увеличить  модуль зубчатого зацепления. А так  же, введение данного решения позволить  сократить стоимость изготовления зубчатого колеса.

 

Заключение:

 

1. В конструкторской части дипломного проекта, был осуществлен обоснованный выбор конструктивного варианта исполнения поворотно-карусельного механизма установки вакуумного напыления многослойных покрытий. Решена основная задача разработки – увеличение производительности базового варианта, и несколько не основных задач - удобство обслуживания установки, облегчение загрузки изделий на барабаны и др. Даны рекомендации для повышения надежности зубчатого зацепления. Были выполнены расчеты действующих моментов на валах ПКМ и расчет зубчатых соединений. Выполнен проверочный расчет предельного момента выдерживаемого системой с использованием программного продукта WinMachine.

 

2. Экономическая часть

 

В данной работе рассматриваются  вопросы, связанные с расчетом затрат на модернизацию установки нанесения тонкоплёночных покрытий М31, выполняется расчет и сравнение экономических показателей разрабатываемого варианта установки, а также производится оценка экономической эффективности инвестиционного проекта по различным критериям.

 

2.1 Технико-экономическое обоснование разработки и внедрения установки

 

Для точной оценки экономического эффекта от проводимой разработки проведем технико-экономическое обоснование  работ.

 

2.1.1 Выбор базы и обеспечение сопоставимости вариантов проекта

Основными эффектами от модернизации вакуумной установки нанесения явились:

Увеличение количества одновременно обрабатываемых изделий;

Увеличение количества наносимых покрытий;

Возможность использования  установки для ряда типоразмеров;

Изменение по объему и  качеству производимой продукции учитывается коэффициентом

 

,

 

где - годовой выпуск годной продукции соответственно базовой и новой техники, шт./год;

Годовая производительность оборудования :

 

;

;

;

 

где - часовая производительность оборудования, шт./час;

- действительный фонд времени работы оборудования, час;

d – количество рабочих  дней в году, d = 243;

q – продолжительность  смены, час; q = 8;

S – сменность работы  оборудования, S = 1;

- коэффициент, учитывающий потери  времени на ремонт и наладку  оборудования, .

α1,α2 - процент выхода годной продукции для базовой  и модернизированной техники;

 

 

Тогда, изменение по объему и качеству производимой продукции составит:

 

.

 

Это означает, что объем производимой продукции у проектируемой оснастки выше, чем у базовой.

 

2.1.2 Расчёт себестоимости и цены проектируемого оборудования

Себестоимость проектируемой технологической  оснастки определяется суммой затрат на материалы (М), покупные комплектующие  изделия (П), основную (LO) и дополнительную (LД) заработную плату основных производственных рабочих, отчисления единого социального налога (LЕCН), косвенные расходы (РК), внепроизводственные расходы (РВН) :

 

Соб.н = М + П + Lо + Lд + Lесн + Рк + Рвн.

 

Расчет статей себестоимости проектируемого оборудования.

Затраты на материалы определяются по формуле :

 

,

 

где Gi – норма расхода материала i – ой марки, кг;

 

;

 

GЧi – масса (чистый вес)  деталей из i-той марки материала,  кг;

- коэффициент использования материала  i–ой марки; в среднем  ;

m – число марок  используемого материала; Ц

i – оптовая цена 1 кг  материала i–ой марки, руб.

 

Таблица 2.1

Наименование и марка  материала	Масса готовых деталей, кг.	Норма расхода, кг.	Цена, руб.	Сумма затрат, руб.
12Х18Н10Т	18	20	150	3000
Фторопласт	0.4	0.5	500	250
Алюминиевый прокат	0.9	1	200	200
Итого:					3450

 

 

Затраты на покупные комплектующие  изделия (в руб).

 

,

 

где Гj – количество покупных комплектующих изделий j-го наименования, шт.; Цj – оптовая цена единицы j-го покупного изделия, руб.; n – число наименований покупных комплектующих изделий

 

Таблица 2.2

№ п/п	Изделие.	Марка, тип.	Единица измерения.	Кол – во.	Цена, руб.	Сумма, руб.
1	Болт M6-6g	ГОСТ 7796-70	шт	8	1	8
2	Кольцо упорное 16	ГОСТ 13942-86	шт	1	4	4
3	Подшипник упорный 87004Н	ГОСТ 7872-89	шт	6	35	210
4	Шайба 6 65Г	ГОСТ6402-70	м	8	0,5	4
Итого:						226

 

 

Основная заработная плата (в руб.) основных производственных рабочих определяется:

 

,

 

где Тоб.н – трудоемкость изготовления нового оборудования, ч; – часовая тарифная ставка среднего разряда, руб./час ( Lср.ч=80 руб./ч).

Трудоемкость изготовления проектируемого оборудования можно  определить методом расчета по видам  работ.

Метод расчета трудоемкости по видам работ.

Трудоемкость изготовления проектируемой технологической оснастки.

 

Таблица 2.3

№ п/п	Вид работы	Трудоемкость Тоб.н, час.
1	Заготовительные работы	4,0
2	Токарные работы	40,0
3	Сварочные работы	1,5
4	Сборочные работы	12,0
	Итого :	57.5

 

 

Дополнительная заработная плата основных производственных рабочих  определяется:

 

,

 

где - процент дополнительной заработной платы ( =25-30% )

Единый социальный налог:

 

,

 

где -процент отчисления единого социального налога, =26%.

Косвенные расходы определяются в  процентном отношении от основной заработной платы основных производственных рабочих:

 

,

 

где - процент косвенных расходов ( =150-180%).

Расчет внепроизводственных расходов.

 

, где

 

αВН - процент внепроизводственных  расходов αВН = 5 %;

 

руб.

 

Итак, производственная себестоимость составляет:

 

 

 

2.1.3 Расчет предпроизводственных затрат

Предпроизводственные  затраты включают в себя заработную плату исполнителей научно-исследовательских  и проектных работ с отчислением  ЕСН и косвенные расходы.

 

.

 

Трудоемкость этапов подготовки производства

 

Таблица 2.4

Этап работ.	Трудоемкость, час.
Конструкторская подготовка производства (КПП)	100
Технологическая подготовка производства (ТПП)	15
Научно-исследовательская  работа (НИР)	10
итого:	125

 

Тп=125 ч.

Основная заработная плата определяется исходя из трудоемкости проектных работ и среднечасовой  заработной платы по формуле

 

, где

 

Lср.чпп - средняя заработная  плата Lсрпп = 80 руб/час;

Tпп - трудоемкость проектировочных  работ.

Основная заработная плата составит:

Lопп = 125·80 = 10000 руб.