4.1 Экономическое обоснование выбора способа изготовления заготовки.

Возможны несколько способов получения отливки. Чтобы выбрать наиболее рациональный способ проведем подсчет себестоимости изготовления заготовки тем или иным способом.

Стоимость заготовок определяется по формуле:

S_заг=[(C_i/1000)·M_з·К_т·К_с·К_в·К_м·К_п] – (М_з – М_д)·(S_отх/1000); (5)

где C_i – базовая стоимость одной тонны заготовок, в рублях (табл. 3.6 [3]).

К_т·К_с·К_в·К_м·К_п – коэффициенты, зависящие соответственно от класса точности, группы сложности, массы, марки материала и объема производства. Значения этих коэффициентов выбираем по таблицам (3.7 – 3.12 [3]).

S_отх – цена 1 тонны отходов, в рублях(табл. 3.5[3]).

1. Литье в песчаные формы.

Для данного вида литья определяем коэффициенты:

К_т=1,1; К_с=1; К_в=0,95; К_м=1,26; C_i=360 рублей; S_отх=27 рублей.

Чтобы определить величину коэффициента К_п, зависящего от объема производства заготовок, необходимо вначале установить группу серийности отливок. По табл. 3.12[3] при объеме выпуска заготовок 5000 шт., и массе отливки 3,9 кг., определяем группу серийности – 4. Тогда К_п=0,96. Подставляя полученные данные в формулу (5) получим:

S_заг=[(360/1000)·3,59·1,1·1·0,95·1,26·0,96]–(3,59 – 2,1)·(27/1000)=1,6р.

2. Литье в кокиль.

Для данного вида литья определяем коэффициенты:

К_т=1,05; К_с=1; К_в=0,96; К_м=1,2; К_п=0,85. C_i=318 рублей; S_отх=27 рублей.

Подставляя численные данные в формулу (5) получим:

S_заг=[(318/1000)·3,59·1,05·1·0,96·1,2·0,85]–(3,59–2,1)·(27/1000)=1,13р.

Таким образом, литье в кокиль выгоднее, чем литье в песчаные формы.

5. Проектирование маршрутного технологического процесса

изготовления детали

Классифицируем данную деталь.

Класс–полые цилиндры(втулка). Характерное условие:

h=(0,25÷2,5)·D (мм) (6)

Подставляя размеры детали h=76 мм, D=142 мм, получим:

76=(0,25÷2,5)·142=35,5÷355 мм.

Т. е. Размеры детали удовлетворяют данному условию.

Размерная группа – Н (небольшие): D=70÷150 мм; G=0,7÷2 кг.

На основании анализа базового технологического процесса изготовления детали и выбора метода получения заготовки, а также используя типовые схемы обработки деталей данного класса [2], составляем проектные варианты маршрутного технологического процесса, ориентируемого на автоматизированное производство.(см. табл. 3,4).

Таблица 3. Проектный технологический маршрут

изготовления стакана (1 вариант).

№ операции	Наименование операции и ее содержание	Станок (оборудование)	Технологические базы, приспособление
1	2	3	4
00	Заготовительная. Литье в кокиль.	Кокильная машина мод. 5913
05	Токарно-револьверная с ЧПУ. Обработать начерно и начисто торец, внутренние цилиндри- ческие поверхности с одной стороны детали Расточить канавку. Снять фаски.	Токарно-револьверный станок модели 1П426Ф3	Необработанные торец и наружная поверхность заготовки. Приспособление: патрон трехкулач- ковый самоцентри- рующий.
10	Комбинированная. Обработать начерно и начисто наружную поверхность,внутрен –нюю поверхность с другой стороны детали. Точить канавки и фаски. Центровать и сверлить отверстия по торцу и на наружном диаметре детали. Зенковать фаски.	Гибкий производствен- ный модуль ИРТ180ПМФ4	Цилиндрическая внутренняя поверхность с припуском под тонкое точение и обработанный торец. Приспособление: патрон трехкулач- ковый самоцентри- рующий.
15	Отделочно-расточная. Расточить внутренние поверхности и торцы.	Горизонтальный отделочно-расточной полуавтомат модели 2706П	Обработанный торец детали, буртик наружной канавки и внутренний диаметр 119,8 (120) мм. Приспособление: специальное.
20	Токарная с ЧПУ. Тонкое точение наружного диаметра 130k6 и боковых поверхностей выточки	Токарный вертикальный полуавтомат 1А734Ф3	Внутренний диаметр 80H8 и торец детали. Приспособление: оправка разжимная
25	Моечная. Промыть деталь и обдуть сжатым воздухом.	Машина моечная модели МКП-0620
30	Контрольная. Проверить размеры, шероховатость поверхностей, техни- ческие требования.	Контрольный стол	Приспособление контрольное с установкой детали на оправку.
35	Транспортная	Роботкар

Таблица 4. Проектный технологический маршрут

изготовления стакана (2 вариант).

№ операции	Наименование операции и ее содержание	Станок (оборудование)	Технологические базы, приспособление
1	2	3	4
00	Заготовительная. Литье в кокиль.	Кокильная машина мод. 5913
05	Токарная с ЧПУ. Обработать начерно и начисто торец, внутренние цилиндри- ческие поверхности с одной стороны детали Расточить канавку. Снять фаски.	Токарно-револьверный станок модели 1П426Ф3	Необработанные торец и наружная поверхность заготовки. Приспособление: патрон трехкулач- ковый самоцентри- рующий.
10	Комбинированная. Обработать начерно и начисто наружную поверхность,внутрен –нюю поверхность с другой стороны детали. Точить канавки и фаски. Центровать и сверлить отверстия по торцу и на наружном диаметре детали. Зенковать фаски.	Гибкий производствен- ный модуль ИРТ180ПМФ4	Цилиндрическая внутренняя поверхность с припуском под тонкое точение и обработанный торец. Приспособление: патрон трехкулач- ковый самоцентри- рующий.
15	Внутришлифовальная Шлифовать внутренние поверхности и торцы.	Внутришлифовальный станок модели 3К227В	Обработанный торец детали, внутренний диаметр 119,8 (120)мм. Приспособление: шлифовальное.
20	Круглошлифовальная с ЧПУ. Шлифование наружного диаметра 130k6 и боковых поверхностей выточки	Круглошли –фовальный станок модели 3М151Ф2	Внутренний диаметр 80H8 и торец детали. Приспособление: оправка разжимная
25	Моечная. Промыть деталь и обдуть сжатым воздухом.	Машина моечная модели МКП-0620
30	Контрольная. Проверить размеры, шероховатость поверхностей, техни- ческие требования.	Контрольный стол	Приспособление контрольное с установкой детали на оправку.
35	Транспортная	Роботкар

Приведенные варианты отличаются применяемым оборудованием и инструментом. Соответственно различаются и режимы резания. В дальнейшем необходимо определить какой из вариантов обработки предпочтительнее.

6. Определение припусков, операционных размеров

и размеров заготовки

Припуски на несколько поверхностей определим расчетно – аналитическим методом [5]. Опытно – статический метод позволяет назначать припуски независимо от технологического процесса обработки заготовки и поэтому они, как правило, являются завышенными, что приводит к увеличению расхода материла и трудоемкости изготовления деталей.

Значения операционных допусков примем по таблицам точности обработки [5], величину допусков на размеры исходной заготовки принимаем руководствуясь справочными таблицами [9].

Минимальный припуск при обработке внутренних и наружных поверхностей (двусторонний припуск) определяется по формуле:

2z_{i min}=2[(R_z+h)_i-1+] (8)

При последовательной обработке противолежащих поверхностей (односторонний припуск) определяется по формуле:

z_{i min}=(R_z+h)_i-1+ (9)

Здесь R_zi-1 высота неровностей профиля на предшествующем переходе; h_i-1 – глубина дефектного поверхностного слоя на предшествующем переходе; Δ_Σi-1 – суммарные отклонения расположения поверхности на предшествующем переходе; ε_i – погрешность установки заготовки на выполняемом переходе.

Номинальный припуск на обработку поверхностей определяется по формулам: внутренних

z_i=z_{i min}+ES_i-1-ES_i (10)

2z_i=2z_{i min}+ES_Di-1-ES_Di (11)

Здесь ES_Di-1, ES_i-1; ES_Di, ES_i – верхние отклонения размеров соответственно на предшествующем и выполняемом переходах.

наружных

z_i=z_{i min}+ei_i-1+ei_i (12)

2z_i=2z_{i min}+ei_Di-1+ei_Di (13)

Здесь ei_i-1, ei_Di-1; ei_i, ei_Di – нижние отклонения размеров соответственно на предшествующем и выполняемом переходах.

Знать номинальные припуски необходимо для определения номинальных размеров формообразующих элементов технологической оснастки (штампов, пресс-форм, моделей, волок, приспособлений).

Максимальный припуск на обработку поверхностей определяется по формулам: внутренних

z_{i max}=z_{i min}+Td_i-1+Td_i (14)

2z_{i max}=2z_{i min}+Td_i-1+Td_i (15)

наружных

z_{i max}=z_{i min}+TD_i-1+TD_i (16)

2z_{i max}=2z_{i min}+TD_i-1+TD_i (17)

Здесь Td_i-1 , TD_i-1 – допуски размеров на предшествующем переходе и Td_i, TD_i - допуски размеров на выполняемом переходе.

Максимальные припуски принимают в качестве глубины резания и используют для определения режимов резания и выбора оборудования по мощности.

Расчетные формулы для определения размеров:

внутренних поверхностей

D_{max i-1}=D_{max i} – 2z_{min i} (18)

D_{min i-1}=D_{max i-1} – T_{D i-1} (19)

a_{max i-1}= a_{max i} - z_{min i} (20)

a_{min i-1}= a_{max i-1} - T_i-1 (21)

наружных поверхностей

D_{max i-1}=D_{min i-1} + T_{D i-1} (22)

D_{min i-1}=D_{min i} + 2z_{min i} (23)

a_{max i-1}= a_{min i-1} + T_i-1 (24)

a_{min i-1}= a_{min i} + z_{min i} (25)

Здесь 2z_{min i} – минимальный (расчетный) припуск на диаметр; z_{min i} – минимальный (расчетный) припуск на сторону на выполняемый технологический переход; a_{min i-1}, D_{min i-1}, a_{max i-1}, D_{max i-1}, – соответственно наименьшие и наибольшие предельные размеры, полученные на предшествующем переходе;

a_{min i}, D_{min i}, a_{max i}, D_{max i}, – соответственно наименьшие и наибольшие предельные размеры, полученные на выполняемом технологическом переходе.

Рассчитаем припуски и операционные размеры с использованием вышеперечисленных формул и расчетных карт (см. табл. 5,6,7) для каждой из поверхностей. Правильность проведенных расчетов определим по формулам:

z_{i max} - z_{i min} = T_i-1 – T_i; (26)

2z_{i max} - 2z_{i min} = T_{D i-1} – T_{D i}; (27)

z_{o max} – z_{o min} = T_з – T_д; (28)

2z_{o max} - 2z_{o min} = T_{D з} – T_{D д}; (29)

Здесь z_{o max}, z_{o min} – общие припуски на обработку.

Таблица 5. Карта расчета припусков на обработку и предельных размеров по технологическим переходам.

Наименование детали – стакан. Материал сталь 40ХЛ. Элементарная поверхность для расчета припуска внутреннее отверстие диаметром ø80Н8(+0,046).
Элементарная поверхность детали и технологический маршрут ее обработки	Элементы припуска, мкм				Расчетный припуск 2z min, мкм	Расчетный максимальный размер, мм	Допуск на изго-товлениеТd, мкм	Принятые (округленные) размеры по переходам,мм		Полученные предельные припуски, мкм
	Rz	h	Δ	ε
								dmax	dmin	2zmin	2zmax
Отливка Точение: черновое чистовое тонкое (шлифование)	200 50 20 5	200 50 20 5(-)	900 50 - -	- 320 - -	- 2600 840 80	76,526 79,126 79,966 80,046	1200 300 120 46	76,50 79,10 79,90 80,046	75,30 78,80 79,8 80	- 2600 800 146	- 3500 1000 200
Проверка расчета: Tdз –Tdд =1200-46=2z0 max-2z0 min=4700-3546=1154 мкм

Таблица 6. Карта расчета припусков на обработку и предельных размеров по технологическим переходам.

Наименование детали – стакан. Материал сталь 40ХЛ. Элементарные поверхности для расчета припуска – внутренние торцы обеспечивающий линейный размер 32(-0,16) (двусторонний припуск)
Элементарная поверхность детали и технологический маршрут ее обработки	Элементы припуска, мкм				Расчетный припуск 2z min, мкм	Расчетный минимальный размер, мм	Допуск на изго-товлениеТd, мкм	Принятые (округленные) размеры по переходам,мм		Полученные предельные припуски, мкм
	Rz	h	Δ	ε
								2hmax	2hmin	2zmin	2zmax
Отливка Точение: черновое чистовое тонкое (шлифование)	200 50 20 10	200 50 20 5(-)	900 50 - -	- 120 - 50	- 2840 300 180	35,16 32,32 32,02 31,84	1000 250 100 160	36,2 32,8 32,2 32	35,2 32,3 32 31,84	- 2900 300 160	- 3400 600 200
Проверка расчета: TD з – TD д=840= 2zo max - 2zo min =4200-3360=840 мкм

Таблица 7. Карта расчета припусков на обработку и предельных размеров по технологическим переходам.

Наименование детали – стакан. Материал сталь 40ХЛ. Элементарная поверхность для расчета припуска наружная поверхность диаметром ø130k6
Элементарная поверхность детали и технологический маршрут ее обработки	Элементы припуска, мкм				Расчетный припуск 2z min, мкм	Расчетный минимальный размер, мм	Допуск на изго-товлениеТd, мкм	Принятые (округленные) размеры по переходам,мм		Полученные предельные припуски, мкм
	Rz	h	Δ	ε
								dmin	dmax	2zmin	2zmax
Отливка Точение: черновое чистовое тонкое (шлифование)	200 50 20 12,5	200 50 20 5(-)	900 50 - -	- 30 - -	- 2600 300 80	132,983 130,383 130,083 130,003	1000 400 160 25	132,98 130,38 130,1 130,003	133,98 130,78 130,26 1130,028	- 2600 280 97	- 3200 520 232
Проверка расчета: TD з – TD д= 975 = 2zo max - 2zo min = 3952 - 2977 = 975 мкм

Таблица 8. Карта расчета припусков на обработку и предельных размеров по технологическим переходам.

Наименование детали – стакан. Материал сталь 40ХЛ. Элементарная поверхность для расчета припуска внутреннее отверстие диаметром 120Н7(+0,035).
Элементарная поверхность детали и технологический маршрут ее обработки	Элементы припуска, мкм				Расчетный припуск 2z min, мкм	Расчетный максимальный размер, мм	Допуск на изго-товлениеТd, мкм	Принятые (округленные) размеры по переходам,мм		Полученные предельные припуски, мкм
	Rz	h	Δ	ε
								dmax	dmin	2zmin	2zmax
Отливка Точение: черновое чистовое тонкое (шлифование)	200 50 20 10	200 50 20 10(-)	900 50 - -	- 320 - -	- 2600 840 80	116,515 119,115 119,955 120,035	1200 300 120 35	116,5 119,1 119,90 120,035	115,3 118,8 119,8 120	- 2600 800 135	- 3500 1000 200
Проверка расчета: Tdз –Tdд =1200-35=2zmax-2zmin=4700-3535=1165

Определяем номинальные размеры и допуски на изготовление остальных поверхностей опытно-статическим методом по таблицам [9]. На рассчитанные размеры номинальные размеры определяем по приведенным выше формулам. Все полученные данные заносим в таблицу 9.

Таблица 9. Операционные размеры поверхностей по переходам.

Размер готовой детали и допуск на его изготовление,мм	Операционные размеры и допуски на их изготовление
	Тонкое точение, шлифование, мм	Чистовое точение, мм	Черновое точение, сверление, мм	Отливка, мм
142±1	-	-	-	142±1
130k6()	130k6()	130,26(-0,16)	130,78(-0,4)	142±1
120Н7(+0,035)	120Н7(+0,035)	119,8(+0,12)	118,8(+0,3)	115,3(+1,2)
1100,8	-	-	-	1100,8
870,8	-	-	-	870,8
80Н8(+0,046)	80Н8(+0,046)	79,8(+0,12)	78,8(+0,3)	75,3(+1,2)
76(-0,1)	-	76(-0,1)	76,5(-0,3)	79,6(-1,1)
65H8(+0,046)	65H8(+0,046)	64,2(+0,2)	63(+0,3)	-
32h11(-0,16)	32h11(-0,16)	32,2(-0,1)	32,8(-0,25)	36,2(-1,0)
29(-0,52)	-	29(-0,52)	30(-0,25)	32,2±0,9
23,50,2	-	23,50,2	22,8(-0,21)	-
22(-0,28)	22(-0,28)	21,9(-0,14)	21(+0,5)	-
12(+0,43)	-	-	12(+0,43)	-
100,5	-	-	100,5	-
10(+0,9)	-	-	10(+0,9)	-
9(+0,5)	-	-	9(+0,5)	-
80,5	-	-	80,5	-
5,5h12(-0,12)	5,5h12(-0,12)	5,8(-0,16)	6,5(-0,21)	-
30,3	-	30,3	3,2(+0,3)	-
30,12	-	30,12	3,2(+0,4)	-

Требования по точности отливок для всех видов сплавов регламентируются ГОСТ 26645–85. Под точностью изготовления отливок понимается степень отклонения их геометрических размеров и массы от номинальных значений.

Определим шероховатость поверхности заготовки по степени точности поверхности отливки (табл. 5 и 6 [9]). Наибольший габаритный размер для выбора – 142 мм; степень точности поверхности отливки – 11, шероховатость поверхности Rа=20 мкм.

Наносим на контур детали размеры заготовки с учетом сопряжений в образовавшихся переходах чернового контура заготовки – отливки, используя данные приложения 1 [9].

Тонкими линиями изображаем контуры чертежа детали, а основными – контуры полученного чертежа заготовки – отливки. Проставляем требуемые размеры и шероховатость поверхностей. После определения размеров заготовки подсчитаем ее массу и получим: К_им=М_д/М_з=2,1/3,59=0,59;

Т. е. при изменении способа литья, расчете припусков расчетно-аналитическим методом уменьшилась масса заготовки и соответственно увеличился коэффициент использования материала.

Чертеж отливки предоставлен на отдельном листе формата А2 (см. приложение).

7. Разработка операционной технологии