Оценка технологических и технико-экономических показателей изготовления деталей на машиностроительном предприятии

 Согласно задания  на курсовой проект, последовательность  изготовления зубчатого колеса  после заготовительной операции заключается в производстве токарных работ, протягивании его центрального отверстия на протяжном станке и затем нарезании зубьев на зубофрезерном станке. Для выполнения указанных операций, используя данные табл.1 (приложение), выберем следующее металлообрабатывающее оборудование. Токарные операции но обработке поверхностей заготовки осуществляем на токарно-винторезном станке повышенной точности модели 16Б16П с габаритами 2165 х 1060 мм, мощностью электродвигателя 3,8 кВт. позволяющем обрабатывать заготовки диаметром до 320 мм. Стоимость станка, по ценам 2006 г., составляет 132,0 тыс. руб. Протяжную операцию проведём с использованием полуавтомата горизонтально-протяжного модели 7Б56 с габаритными размерами 7200 х 2135 мм с мощностью электродвигателя N = 30 кВт, стоимостью 330,3 тыс. руб. и предназначенного для протягивания внутренних поверхностей различной формы при длине хода салазок 1600 мм. Зубонарезную операцию выполним на полуавтомате зубофрезерном модели 53А10 с габаритами 1300 х 980 мм с мощностью электродвигателя N = 3,4 кВт, стоимостью 176,0 тыс. руб. и предназначенным для нарезания цилиндрических колёс с наибольшим модулем m = 2,5 мм /6/.

Технологический процесс изготовления зубчатого колеса состоит из следующих операций:

1. Токарная операция 005 (рис.3.1.) производится на токарно-винторезном станке повышенной точности модели 16Б16П в следующей последовательности:

 Переход 1 - проточить  наружную поверхность А заготовки с диаметра 229 мм до диаметра 224 +-0,05мм. Приспособление, самоцентрирующийся трёх кулачковый патрон. Режущий инструмент, проходной резец, марка материала Р9 инструментальная быстрорежущая сталь (ГОСТ 19265-73). Измерительный инструмент- штангенциркуль.

Переход 2 - обработать торцевую поверхность В заготовки со снятием металла  2,5^±0,1 мм. В точках сопряжения поверхностей А и В выполнить круговую фаску 2x45°. Режущий инструмент, подрезной резец, марка материала Р9 инструментальная быстрорежущая сталь (ГОСТ 19265-73). Измерительный инструмент, штангенциркуль.

Переход 3 - развернуть заготовку в трёх кулачковом патроне и проточить наружную поверхность А заготовки с диаметра 229 мм до диаметра 224 мм. В точках сопряжения поверхностей А и С выполнить круговую фаску 2x45°. Приспособление, самоцентрирующийся трёх кулачковый патрон. Режущий инструмент, проходной резец, марка материала Р9 инструментальная быстрорежущая сталь (ГОСТ 19265-73). Измерительный инструмент, штангенциркуль.

Переход 4- обработать торцевую поверхность С заготовки со снятием металла  2,5 мм. Режущий инструмент, подрезной резец, марка материала Р9 инструментальная быстрорежущая сталь (ГОСТ 19265-73). Измерительный инструмент, штангенциркуль.

Переход 5 - расточить  отверстие диаметром 55 мм до диаметра 60Н9 мм со снятием фасок 2x45°. Режущий инструмент, расточной резец, марка материала Р9 инструментальная быстрорежущая сталь (ГОСТ 19265-73). Измерительный инструмент, штангенциркуль, калибр.

2. . Протяжная операция 010 (рис.3.2.) производится на полуавтомате горизонтально-протяжном модели 7Б56 в следующей последовательности:

Переход 1 - протянуть  отверстие диаметром 55 мм до диаметра 60Н7 мм цилиндрической протяжкой с окончательным диаметром 60П7 мм. Материал протяжки- быстрорежущая сталь Р18. Измерительный инструмент, калибр.

3. Зубонарезная операция 015 (рис.3,3.) производится на полуавтомате зубофрезерном модели 53А10 в следующей последовательности:

Переход 1 - нарезат ь зубья цилиндрического колеса m = 2 мм и z = 110 модульной червячной фрезой изготовленной из быстрорежущей стали Р6М5.

 

Раздел 3. Назначение режимов  резания.

 

При обработке заготовок  на металлорежущем оборудовании происходит упругопластическая деформация материала, отделение снимаемого его слоя и трение по контактным поверхностям инструмента с заготовкой. Перечисленные явления способствуют появлению в этой зоне сил, равнодействующая которых носит название силы резания. Для удобства расчетов силу резания заменяют составляющими Р_z, Р_у и Р_х. Такие силы соответственно называют: тангенциальной, радиальной и осевой. Сила Р_z действует в плоскости резания по направлению главного движения. Она определяет основную мощность N, затрачиваемую на резание      N= Р_z*VкВт где Р-кН, а V м/с. Сила Р_у не участвует в работе резания при продольном точении, а сила Р_x, направлена параллельно оси заготовки и в практике мощность от ее действия незначительна и в среднем составляет 0,02N кВт. Сила резания, и её составляющие находятся в сложной зависимости от условий обработки, что создает значительные трудности по определению численного её значения аналитическим путем. Экспериментально силу резания определяют методом электрического тензометрирования. По найденным значениям сил резания рассчитывают потребную мощность электродвигателя станка, напряжения и деформации заготовки, выбирают материал и геометрию режущего инструмента, определяют конструкционные элементы станка и приспособлений с точки зрения обеспечения их прочности и жёсткости, а также устанавливают параметры точности обработанной детали. Для снижения температур в зоне контакта режущего инструмента с обрабатываемой поверхностью заготовки и тем самым повышения стойкости его, применяют смазывающие и охлаждаю- . щие жидкости в виде эмульсий, состоящих в основном из различных масел и воды. Обычно в практике при разработке технологического процесса силы резания и скорость резания определяют аналитическим путем, исходя из свойств обрабатываемого материала по эмпирическим формулам, выбираемым из справочников.

Учитывая вышеизложенное, определим указанные параметры для соответствующих переходов по операциям.

а) Токарная операция 005. Переход 1 (переход 3). Определим скорость резанця V_и и силу резания P_z по зависимостям:

V_и= K_v=

* 1,2 =131,85 м/мин,

где: коэффициенты и показатели степени (подраздел 1.6 раздела I данного  пособия) соответственно выбраны C_v = 220, стойкость резца Т = 95 мин, глубина резания t = 1,25 мм, подача S = 0,2 мм/об, m = 0,2, X_v = 0,14, K_v= 1,2 и Y_v = 0,15.

Pz = Ср_z * t^xpz *S^Ypz* V^npz *Kpz = 310*1,25^0,95*0,2^0,7*131,85*0,7= 9362,8 H

где: коэффициенты и показатели степени и соответственно равны

 Ср = 110, Хр = 1, Yp = 0,7, n_Р = 0,5, К_р = 1,05.

Полученные значения V_и = 131,85 м/мин (2,19м/с) и P_z = 9362,8 Н позволяют рассчитать мощность резания на указанных переходах по зависимости N_рез = V_иP_z = 131,85*9362,8 = 2,06 кВт

б) Токарная операция 005, Переход 2 (переход 4). Определим скорость резания V_и силу резания Р_z по зависимостям, указанным в предыдущем пункте .

V_и= K_v =

 * 1,18 = 136 м/мин,

где: коэффициенты и показатели степени и равны C_v = 195,- стойкость резца, Т = 95 мин, глубина резания t = 1,25 мм, подача S = 0,2 мм/об, m = 0,18, X_v = 0,15, K_v= 1,18 и Y_v = 0,21.

Pz = Ср_z *t^Xpz* S^Ypz*V^npz *Kpz = 280*1,25^0,96*0,2^0,78*136 0,75= 9542,2H

где: коэффициенты и показатели степени и соответственно равны 

С_р = 280, Х_Р = 0,96, Y_p = 0,78, n_Р = 0,16, К_р = 0,78, t = 1,25 мм, подача

S = 0,2 мм/об.

Полученные значения V_и =136 м/мин (2,26 м/с) и P_z = 9542,2 Н позволяют рассчитать мощность резания на указанных переходах по зависимости N_рез= V_и*P_z = 2,26*9542,2 = 2,15 кВт.

в) Токарная операция 005, Переход 5 - расточить отверстие. Определим скорость резания V_и силу резания Р_z по зависимостям указанным в пункте а).

V_и= K_v =

1,18=114,7 м/мин,

где: коэффициенты и показатели степени соответственно и равны C_v = 265, стойкость резца Т =95 мин, глубина резания t = 1,25 мм, подача S = 0,2 мм/об, m = 0,18, X_v = 0,13, K_v= 1,21 и Y_v - 0,19.

Pz = Ср_z * t^xpz: *S^Ypz*V^npz *Kpz =260*1,25^0,95*0,2^0,72*114,7* 0,81=9265 H,

где: коэффициенты и показатели степени  и соответственно равны С_р = 260, Х_Р = 0,95, Y_p = 0,72, n_Р = 0,13, К_р = 0,81, t = 1,25 мм, подача S = 0,2 мм/об.

Полученные значения V_и = 178,3 м/мин (3,0 м/с) и P_z = 14119Н позволяют рассчитать мощность резания на указанном переходе по зависимости N_рез = V_и*Р_z = 3,0*9265 = 2,9 кВт.;3,8кВт>2,9кВт Для оценки эффективности применения токарно-винторезного станка модели 16Б16П с паспортной мощностью электродвигателя N_эп = 3,8 кВт, определим численное значение коэффициента использования станка по мощности K_N = N_эр/N_эп = 2,77/3,8 = 0,72. где N_эр - среднее значение расчетной мощности электродвигателя станка, определяемая как N_эр = N_рез.cp/ή = 2,77/0,85 = 3,2 кВт, где ή КПД привода станка можно принять равным 0,85, и N_рез.ср. - среднее значение мощности резания определяемое (2,06+2,15+4,12)/3 = 2,77 кВт. Значение этого коэффициента К_N должно быть не менее 0,5, что и подтверждено расчётом [K_N] (0,5 <0,72).

г) Протяжная операция 015, Переход 1 - протянуть отверстие. Определим силу резания P_z по зависимости

Pz =Рo *∑в*Крм = 520*265*1,4 = 192920 H,

где: Р₀ - удельная осевая сила резания Н/мм, определяемая в зависимости от продольной подачи протяжки S мм/зуб. и в среднем может быть установлена S мм/зуб = 0,2 соответственно с Р₀= 520 н/мм;

b - наибольшая суммарная длина режущих кромок всех одновременно находящихся в работе зубьев, 265 мм;

Кр_М - поправочный коэффициент принять равным 1,4;

Поступательная скорость протяжки V_и установлена конструкцией станка 7Б56 и составляет 6 м/мин (0,1 м/с). Мощность резания в этом случае определяется по формуле N_рез.= P_Z*V_и = 192,9*0,1 = 19,3 кВт. Для оценки эффективности применения полуавтомата горизонтально-протяжного модели 7Б56 с мощностью электродвигателя N_эл = 30.0 кВт, определим численное значение коэффициента использования станка по мощности K_N = N_эр/N_эп = 24,1/30,0 = 0,8, где N_эр - расчетная мощность электродвигателя станка, определяемая как N_эp = N_рез/ή = 19,3/0,80 = 24,1 кВт ( ή КПД привода станка можно принять равным 0,80), и N_эп - паспортная мощность электродвигателя станка. Значение этого коэффициента K_N более 0,5, что и подтверждено расчётом [K_N ]< K_N ( 0,5 < 0,8), и. следовательно, отвечает требованиям рационального его использования.

д) Зубофрезерная операция 020 Переход 1 - нарезание зубьев зубчатого колеса производим модульной червячной фрезой и требуемую скорость и мощность на резание рассчитаем по зависимостям:

K_v = =160,8 м/мин

(2,68 м/с),

 где: C_v- коэффициент, равный 335:

Т - стойкость инструмента равная 160 мин;

S - подача инструмента на один оборот фрезы 0,35 мм/об.

 М - модуль нарезаемого зубчатого колеса, 2 мм.;

 K_v - коэффициент, учитывающий условия резания, равен1, 2;

μ, Y_v, Х_v- показатели степени соответственно установлены 0,25; 0,4; и 0,1.

Npeз = 10^-3*С_N S^YN*m^XN*Д^UN*Z^qN*V*K_N = 10^-3*124*0,35^0,9*2^1,5*130^{1      *}110°*160,8*1,8 = 1540,9 H, где:

C_N - коэффициент для червячных модульных фрез, обрабатывающих ковкие чугуны равен 124

S - подача на один оборот детали, в мм, установим равной 0,35 мм/об;

М - модуль нарезаемого  колеса равен 2 мм.;

Z - число зубьев нарезаемого колеса 110 шт.;

Д - наружный диаметр фрезы, 130 мм.;

Vрез - скорость резания рассчитана выше и равна 160,8 м/мин.;

K_N - поправочный коэффициент на мощность, равен 1,18;

Y_n, X_n, U_N, q_N - показатели степени, зависящие от обрабатываемого материала зубчатых колес, и назначенные: Y_n = 0,9; X_N= 1,5; U_N= 1,0; q_N=0.

Мощность резания в  этом случае определяется по формуле Npез=Р_z*V_и =1540,9*2,68=4,13кВт. Для оценки эффективности применения зубофрезерного станка модели 53А10 с мощностью электродвигателя N_эn =3,4 кВт, определим численное значение коэффициента использования станка по мощности K_N = N_эр/N_эп = 4,8 /3,4 = 1,4, где Nэр - расчетная мощность электродвигателя станка, определяемая как N_эp = N_рез/ή = 4,13/ 0,85 = 4,8 кВт, где ή КПД привода станка можно принять равным 0,85, и N_эn- паспортная мощность электродвигателя станка. Значение этого коэффициента K_N как видно более 0,5, что и подтверждено расчётом [K_N] < K_N (0,5 < 1,4).

 

Раздел 4. Определение  основного времени на механическую обработку заготовок.

 

Расчет технической нормы времени, необходимой для выполнения заданных операциях при обработке заготовок на металлорежущем оборудовании, можно произвести по зависимости:

T_шт=(To + Tв)(1+ ) _МИН;

где: Т₀ - основное время (машинное время), характеризующее рабочий цикл станка, мин. Его определяют экспериментально и аналитически.

Тв - вспомогательное время, время расходуемое на установку и снятие заготовки, времени на переход, изменение режима работы станка, контроль размеров обрабатываемых поверхностей и может быть выбрано в размере 5% от Т₀;

X - суммарная доля оперативного  времени для всех видов затрат  на обслуживание и отдых, выбирают  от 6-12% от ∑ (Т₀+Т_в). Сумму (Т₀+Т_в) называют оперативным временем.

Основное (машинное) время  обработки изготавливаемого нами зубчатого колеса, определим по следующим зависимостям:

1. при получении полуфабриката  из проката для заготовки:

То.пр.= +Kвсп)*(l + ) = 3,4 мин,

где: Д1 - диаметр выбранного проката из чего изготавливается полуфабрикат заготовки, 230 мм;

S - подача дисковой пилы на отрезном станке, 100 мм/мин;

Квсп- коэффициент вспомогательного времени, равен 0,35.

X - суммарная доля оперативного  времени, примем равной 8%.

Теперь определим штучное  время, затрачиваемое на получение полуфабриката для заготовки зубчатого колеса по зависимости:

t_шт = (То + Тв)(1+ )= (3,4+3,4*0,05)-(1+0,08) = 3,8 мин.

и затем вычислим коэффициент  использования станка по времени

Кo.np =То.пр./t_шт=3,4\3,8=0,89.

2. при получении заготовки методом штамповки

Т_о.ш.= (1+Кв¹ )(1+1/100) = 4/10(1+4)*(1+8/100) = 0,54 мин,

где: Ппер - количество переходов штамповки, величину которых устанавливаем равную 4;