Технико-экономическое обоснование выбора заготовки

Решение о выборе конкретного способа получения заготовки принимается после определения и сравнения себестоимости получения заготовки для каждого из рекомендуемых видов.

Себестоимость производства заготовок, без учета затрат на предварительную механическую обработку, для способов литья и обработки давлением определяется по зависимости

(9)

где С – базовая стоимость 1 т заготовок, руб./т

C=25 960 руб.

k_Т – коэффициент точности для штамповки k_Т=1 [5, с. 37];

k_С – коэффициентгруппы сложности k_С=0,75 (см. таблица 2.12) [5, с. 38];

k_В – коэффициент веса k_В=0,75 (см. таблица 2.12) [5, с. 38];

k_М – коэффициент марки материала заготовки k_М=1 [5, с. 37]

k_П – коэффициент объема производства k_П=1 [5, с. 38];

Q – масса заготовки, кг;

q – масса детали, кг (см. чертеж детали);

S_ОТХ – стоимость 1 т отходов (стружки), руб.;

Оценкой выбора вида заготовки может служить и коэффициент использования металла К_И.М, рассчитанный по формуле (10). Для рациональных форм и вида выбранной заготовки значения коэффициента использования металла должны быть близки к единице.

(10)

Выбрав исходную заготовку ее, вычерчивают, рассчитывают размеры (для заготовок из сортового проката выбирают профиль), определяют объем и массу заготовки, норму расхода материала, описывают технологический процесс ее получения, составляют технические требования (например, допуски, толщину обезуглероженного слоя, механические свойства, химический состав и т.п.).

Рассмотрим пример для детали «Вал опорный».

Пример: Вариант 1. Получение заготовки методом горячей объёмной штамповки.

Определение конструктивных характеристик поковки.

ГОСТ 7505-89 устанавливает следующие конструктивные характеристики поковки: класс точности, группа стали, степень сложности, конфигурация поверхности разъема штампа.

Класс точности поковки устанавливают в зависимости от применяемого оборудования для ее изготовления и типа штампа (таблица8).

Например: исходя из определенных кодов заготовки принимаем код 8, по таблице 9 определяем класс точности поковки Т4.

Группа стали. Стали, применяемые для получения поковок, подразделяются на три группы: М1, М2, М3. При назначении группы стали определяющим является среднее массовое содержание углерода и легирующих элементов (Si, Mn, Cr, Ni, Mo, W, V и др.).

М1 – сталь с массовой долей углерода до 0,35% включительно и суммарной массовой долей легирующих элементов до 2,0% включительно.

М2 – сталь с массовой долей углерода свыше 0,35%до 0,65% включительно или суммарной долей легирующих элементов свыше 2,0% до 5,0% включительно.

М3 – сталь с массовой долей углерода свыше 0,65% или суммарной долей легирующих элементов свыше 5,0%.

Например: для стали 45 – группа стали М2.

Таблица 9 – Выбор класса точности поковок

Степень сложности поковки. По степени сложности поковки делятся на четыре группы: С1, С2, С3, С4. Степень сложности устанавливают по таблице 4.9 в зависимости от численного отношения расчетной массы поковки М_ПР к массе пространственной геометрической фигуры М_Ф, в которую выписывается форма поковки. Расчетную массу поковки допускается вычислять по формуле

М_ПР=М_Д´K_Р (11)

где М_ПР – расчетная масса поковки, кг;

М_Д – масса детали, кг;

K_Р – коэффициент, зависящий от формы поковки (см приложение 6, таблица П18).

Например:

М_ПР=8,3´1,3=10,79 кг.

Таблица 10 – Показатели для определения степени сложности поковки

При вычислении М_Ф габаритные линейные размеры детали рекомендуется увеличить в 1,05 раза (см. приложение 7 ГОСТ 7505-89).

Для горячих штамповок с тонкими элементами, в том числе с пробиваемыми перемычками, устанавливается степень сложности С4, если отношения t/D, t/L, t/(D-d) не превышают 0,2 и t не более 25 мм (где t – толщина тонкого элемента, D или d – наибольший размер тонкого элемента, l – длина тонкого элемента).

Например: размеры описывающие поковку фигуры (цилиндр).

Диаметр – 49,5´1,05=51,97 мм.

Длина – 610´1,05=640,5 мм.

Масса описывающей фигуры (расчетная) М_Ф=10,66 кг.

Соотношение масс , при соотношении свыше 0,63 степень сложности – С1.

Конфигурация поверхности разъема штампа может быть плоской, симметрично или несимметрично изогнутой.

Конфигурация поверхности разъема штампа – П (плоская).

Определение исходного индекса поковки определяют по методике [10]

В нашем случае для штамповки массой 10,79 кг и конструктивными характеристиками Т4, М2, С1 исходный индекс равен 13.

Себестоимость производства заготовки – штамповки на горизонтально-ковочных машинах определяем по зависимости (4.9)

руб.

Таким образом, стоимость заготовки – штамповки С_ЗАГ=167,06 руб.

Коэффициент использования материала

К_ИМ=8,3/10,79=0,76

Припуски на номинальные размеры детали в зависимости от массы, класса точности, группы стали, степени сложности и шероховатости поверхности заготовки определяют по ГОСТ 7505-89 [19].

Здесь, необходимо сослаться на чертеж заготовки, который выполняется или на формате А3, А4, или непосредственно в пояснительной записке в виде эскиза, но с обязательным указанием габаритных размеров, см. рисунок 3.

Рисунок 3 - Эскиз заготовки (штамповка)

Вариант 2 Заготовка из проката

Найдем максимальный диаметр заготовки из проката.

На наибольший диаметр вала примем припуски: при черновом точении припуск на обработку составляет 3,1 мм, при чистовом 0,35 мм, (см. приложение 6, таблица 17).

Расчетный размер заготовки

D_ЗАГ=D_Д +t₁+t₂=49,5+3,1+0,35=52,95 мм (12)

где D_ЗАГ – расчетный диаметр заготовки проката;

D_Д – максимальный диаметр детали;

t₁ – припуск на черновое точение;

t₂ – припуск на чистовое точение.

По расчетным данным заготовки выбираем необходимый размер стали горячекатаной круглой по ГОСТ 2590-71*.

Круг

Припуски на подрезание торцовых поверхностей определяют (см. приложение 6, таблица 17).

Припуск на подрезку 1,3 мм на сторону.

Общая длина заготовки

L_ЗАГ=L_Д +t´2=610+1,3´2=612,6 мм (13)

где L_ЗАГ – расчетная длина заготовки;

L_Д – длина детали;

t – припуск на подрезание торцов.

Принимаем длину заготовки 613 мм.

Объем заготовки определяем по плюсовым допускам (Æ ) мм. Допускаемые отклонения на горячекатаный прокат [9, таблица 3.14].

мм³ (14)

где D – диаметр заготовки проката;

L – длина заготовки проката.

Массу заготовки определяем по формуле:

М_ЗАГ=V´g=1424058,82´7,85´10^-6=11,17 кг. (15)

где V – объем заготовки проката;

g - плотность стали кг/мм³.

Выбираем оптимальную длину проката для изготовления заготовки.

Потери на зажим заготовки l_ЗАЖ принимаем 80 мм.

Заготовку отрезают сегментной пилой с шириной прорези l_РЕЗ=6 мм.

Длина торцового обрезка проката

lоб=(0,3-0,5)´d=0,4´54=22 мм (16)

где d – диаметр сечения заготовки, мм.

Число заготовок, исходя из принятой длины проката.

Из проката длиною 4 м

Х4=(L_ПР-l_ЗАЖ-l_ОБ)/ (L_ЗАГ+l_РЕЗ)=(4000-80-22)/619=6,29 (17)

Получаем 6 заготовок из данной длины проката.

Из проката длиною 7 м

Х7=(L_ПР-l_ЗАЖ-l_ОБ)/ (L_ЗАГ+l_РЕЗ)=(7000-80-22)/619=11,14.

Принимаем 11 заготовок из данной длины проката.

Остаток длины (не кратность) определяется в зависимости от принятой длины проката:

из проката длиною 4 м

L_НК = L_ПР-l_ЗАЖ-l_ОБ-L_ЗАГ´Х4=4000-80-22-619´6=184 мм (18)

П_НК4=L_НК´100/L_ПР=184´100/4000=4,6% (19)

из проката длиною 7 м

L_НК = L_ПР-l_ЗАЖ-l_ОБ-L_ЗАГ´Х7=7000-80-22-619´11=89 мм.

П_{НК 7}=L_НК´100/L_ПР =89´100/7000=1,27%.

Из расчетов на не кратность следует, что прокат длиною 7 м для изготовления заготовок более экономичен, чем прокат длиною 4 м. Потери материала на зажим при отрезке по отношению к длине проката составят

П_ЗАЖ=L_ЗАЖ´100/L_ПР =80´100/7000=1,1% (20)

Потери материала на длину торцевого обрезка проката в процентном отношении к длине проката составят

П_ОТ=L_ОБ´100/L_ПР=22´100/7000=0,31% (21)

Общие потери (%) к длине выбранного проката

П_О=П_{НК 7}+П_ЗАЖ+П_ОТ=1,27+1,1+0,31=2,68% (22)

Расход материала на одну деталь с учетом всех неизбежных технологических потерь определяем по формуле:

М_{ЗАГ П}=М_ЗАГ´(100+П_О)/100=11,17´(100+2,68)/100=11,46 кг. (23)

Коэффициент использования материала

К_ИМ=8,3/11,46=0,72

Стоимость заготовки из проката

С_{ЗАГ П}=C/1000´М_З.П-(М_З.П-М_Д)´(С_ОТХ/1000) (24)

С_{ЗАГ П}=22785/1000´11,17-(11,17-8,3)´(400/1000)=253,35 руб.

Рисунок 4 - Эскиз заготовки (прокат)

Технико-экономическое сравнение вариантов заготовок

Для технико-экономического сравнения себестоимости изготовления детали из проката и штамповки нужно приблизить конфигурацию заготовки из проката к штамповке: снять черновой припуск за несколько проходов, чтобы основные габаритные размеры заготовок совпадали, и в себестоимость заготовки проката включить расходы на снятие этих припусков.

Определяем технологическую себестоимость изготовления детали по формуле

С_Т=С_ЗАГ´Q+C_МЕХ(Q-q)-С_ОТХ´(Q-q) (25)

где С_Т – технологическая себестоимость изготовления детали, руб.;

С_ЗАГ – стоимость 1 кг заготовки, руб./кг;

C_МЕХ – стоимость механической обработки, отнесенная к одному кг срезаемой стружки, руб./кг;

С_ОТХ – цена одного кг отходов, руб./кг.

Результаты расчетов для сравнения сводим в таблицу 11.

Так как известны масса детали и коэффициент использования материала, то преобразовываем формулу 23 в вид

(26)

Таблица 11 – Результаты расчетов заготовки.

Составляющие технологической себестоимости С_ЗАГ, C_МЕХ, С_ОТХ,определяются по укрупненным нормативам. Заготовительные цены на стружку черных и цветных металлов приведены в таблице 12.

Таблица 12 – Заготовительные цены на 1 кг стружки черных и цветных металлов, руб./кг

Затраты на механическую обработку, отнесенные на 1 кг стружки, могут быть определены по формуле 27.

С_МЕХ=С_С+Е_Н´С_К (27)

где С_С – текущие затраты на 1 кг стружки, руб./кг;

С_К – капитальные затраты на 1 кг стружки, руб./кг;

Е_Н – нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений (Е_Н=0,1…0,2).

Для машиностроения в целом можно принять Е_Н=0,16, а нормативы С_С и С_К определить по данным [11] приведены в таблице13.

Затраты на механическую обработку составят (27)

С_МЕХ =1,88+0,15´5,66=2,72 руб./кг

Таблица 13 – Затраты на механическую обработку, отнесенные на 1 кг стружки

Стоимость 1 кг заготовки полученной штамповкой (рисунок 4)

С_{ЗАГ Ш}=С_ШТ´h_Т´h_С´h_В´h_М´h_П=25,96´0,9´0,75´0,8´1,0´1,0=14,01 руб. (28)

где С_ШТ – базовая стоимость1 кг штампованных заготовок, С_ШТ=25,96 руб.;

h_Т – коэффициент, зависящий от класса точности штамповки h_Т=0,9;

h_С – коэффициент, зависящий от группы сложности штамповки (см. таблица 14), h_С=0,75;

h_В – коэффициент, зависящий от массы штамповки (см. таблица 15) h_В=0,8;

h_М – коэффициент, зависящий от марки материала (см. таблица 16) h_М=1,0;

h_П – коэффициент, зависящий от объема производства h_П=1,0.

Таблица 14 – Значение коэффициента h_С

Таблица 15 – Значение коэффициента h_В

Таблица 16 – Значение коэффициента h_М

Стоимость 1 кг заготовки полученной из проката (рисунок 4)

С_{ЗАГ П}=С_ПР´h_Ф (29)

где С_ПР – цена 1 кг материала заготовки, руб.;

h_Ф – коэффициент, учитывающий форму заказа металлопроката.

Значения коэффициента h_Ф составляют [11]:

Прокат нормальной длины………….1,0

Прокат кратной длины………………1,03

Прокат мерной длины……………….1,06

Стоимость некоторых металлов С_ПР приведены в таблица П12 (см. приложение 6).

Стоимость 1 кг заготовки, полученной из проката

С_{ЗАГ П}=С_ПР´h_Ф =22,78´1,0=22,78 руб./кг.

Определяем технологическую себестоимость изготовления детали по сравниваемым вариантам получения заготовок [11].

Для заготовки полученной штамповкой

С_{Т Ш}=С_ЗАГ´Q+C_МЕХ(Q-q)-С_ОТХ´(Q-q)

С_{Т Ш}=14,01´10,79+2,72´(10,79–8,3)–1,44´(10,79–8,3)=154,35 руб.

Для заготовки полученной из проката

С_{Т ПР}=22,78´11,17+2,72´(11,17–8,3)–1,44´(11,17–8,3)=258,12 руб.

Таким образом, по технологической себестоимости наиболее экономным является вариант изготовления детали из заготовки полученной штамповкой.

С_{Т Ш} =154,35 руб.< С_{Т ПР}=258,12 руб.

Годовой экономический эффект, руб.

Эг=(С_{Т ПР}–С_{Т Ш})´Nг (30)

где Nг=20 000 шт./год – годовая программа выпуска

Эг=(258,12-154,35)´20 000=2 075 400 руб.

Вывод: На основании сопоставления технологической себестоимости по рассматриваемым вариантам делаем заключение о том, что оптимальным является вариант получения заготовки из проката.

Выбор технологических баз

Целью раздела является обоснование выбора технологических баз заготовки на всех операциях технологического процесса изготовления детали.

Для правильной работы каждой машины необходимо обеспечить определенное взаимное расположение ее деталей и узлов.

При механической обработке заготовок на станках базированием считают придание заготовке требуемого положения относительно элементов станка, определяющих траектории подачи обрабатывающего инструмента.

Для выполнения технологической операции требуется осуществить базирование обрабатываемой заготовки, а также обеспечить неподвижность относительно приспособления на весь период обработки, гарантирующую сохранение неизменной ориентировки заготовки и нормальное протекание процесса обработки.

При назначении технологических баз необходимо использовать принципы совмещения (единства) и постоянства баз.

При назначении технологических баз для точной обработки заготовки в качестве технологической базы следует принимать поверхности, которые одновременно являются конструкторскими и измерительными базами детали, а также используются в качестве баз при сборке изделия.

При разработке технологического процесса необходимо стремиться к использованию одной и той же технологической базы, не допуская без особой необходимости смены технологических баз (не считая смены черновой базы) [15].

Основными конструкторскими базами большинства валов являются поверхности опорных шеек. Для условия сохранения единства и постоянства баз за технологические базы принимают поверхности центровых отверстий. Для исключения погрешности базирования при выдерживании длин ступеней от торца вала необходимо в качестве опорной технологической базы использовать торец заготовки [8].

При выборе черновых технологических баз руководствуются следующими рекомендациями:

1. В качестве черновых технологических баз следует выбирать поверхности заготовки, которые являются основными конструкторскими базами или исполнительными поверхностями детали.

2. Черновые технологические базы должны использоваться только один раз – при выполнении операции подготовки чистовых технологических баз. Исключение – заготовки высокой точности.

3. Черновые технологические базы должны иметь размеры, достаточные для обеспечения устойчивого положения заготовки. Не следует использовать поверхности, на которых расположены прибыли и литники, швы в местах разъема опок и пресс-форм в отливках и разъема штампа в поковках.

4. Черновые технологические базы должны иметь возможно более высокую точность размеров и положения, возможно более низкую шероховатость.

5. Базовые поверхности должны располагаться как можно ближе к обрабатываемым поверхностям [26].

Пример: Анализируя рабочий чертеж детали, делаем заключение, что черновыми технологическими базами на первой фрезерно-центровальной операции являются поверхности Æ51 мм (см. рисунок 2). При дальнейшей обработке основными технологическими базами являются ось детали и торец, от которых заданы размеры. Назначаем искусственные технологические базы – центровые отверстия (ГОСТ 14034-74). При фрезеровании шпоночных пазов в качестве чистовых баз служат поверхности 7, 13 и торец 9 (рисунок 2).

Рисунок 5 – Теоретическая схема базирования

Таким образом получаем:

- точка №1 – лишает перемещение по оси Z

- точка №2 – лишает вращения по оси Y

- точка №3 – лишает перемещение по оси Y

- точка №4 – лишает вращения по оси Z

- точка №5 – лишает перемещение по оси Х

- точка №6 – лишает вращение по оси Х

Точки 1, 2, 3, 4 – являются двойной направляющей базой

Точка 5 – опорная точка

Разработка технологического маршрута и плана изготовления детали

Целью раздела является проектирование оптимального технологического маршрута изготовления детали, перечня технологических операций, для превращения исходной заготовки в готовую деталь.

При проектировании маршрута обработки деталипроводятся следующие виды работ:

1. Анализ чертежа детали и качественная оценка ее технологичности

2. Выбор исходной заготовки

3. Выбор технологических баз и схем установки заготовок. При этом руководствуются основными принципами базирования.

4. Определение методов и маршрутов обработки отдельных поверхностей и комплексов поверхностей с одинаковыми требованиями по точности и качеству, которые целесообразно обрабатывать с одного установа.

5. Выбор оборудования. С учетом заданного типа производства, габаритных размеров заготовки и выбранных методов обработки определяют соответствующие типы и модели станков [19, 20]. Для единичного производства обычно используют универсальные станки, для серийного – универсальные станки с ЧПУ и полуавтоматы, для массового – полуавтоматы и автоматы.

6. Разработка маршрута обработки заготовки в целом, включая необходимые термические, контрольные, слесарные, моечные и другие вспомогательные операции. При разработке рациональной последовательности операций учитывают необходимость получения на первых операциях технологических баз, разделения операций на черновые, чистовые и отделочные, завершения технологического процесса обработкой наиболее ответственных поверхностей детали. Разработанный вариант маршрута должен быть представлен в виде маршрутной карты, оформленной в соответствии с ГОСТ 1118-82 (форма 1 и 1а).

Вначале определяют маршруты обработки элементарных поверхностей детали (плоских, цилиндрических, наружных, внутренних, резьбовых и т.д.).

Предварительный выбор методов обработки элементарных поверхностей и числа необходимых операций производят на основе данных справочных таблиц экономической точности обработки [19] или на основе обобщенных таблиц примерных маршрутов (см. приложение 6, таблица П29) исходя из требований, предъявляемых к точности и качеству поверхностей, вида заготовки, свойств материала и типа производства.

Для каждого типа поверхностей определяют поверхность, для которой установлены требования по точности и качеству, и устанавливают методы окончательной ее обработки, т.е. последнюю технологическую операцию. Зная вид и точность заготовки, выбирают начальный метод обработки.

Определив первую и окончательную операцию, устанавливают необходимость промежуточных операций, число которых тем больше, чем ниже точность исходной заготовки и выше окончательные требования к поверхности. Число вариантов обработки поверхности может быть достаточно большим (см. приложение 6, таблица П29), но их сокращение возможно. Например, целесообразность обработки данной поверхности на одном станке за несколько последовательных переходов и ее обработки совместно с другими поверхностями заготовки за один установ, ограничение возможности применения некоторых методов из-за недостаточной жесткости детали и т.п.

Определение числа и последовательности технологических переходов при обработке элементарных поверхностей является основой для расчета общих и промежуточных припусков и операционных размеров на обработку, выявления необходимых стадий обработки, формирования маршрута обработки детали в целом и разработки отдельных операций.

Пример:Анализ рабочего чертежа детали показывает, что наиболее высокие требования по точности и качеству предъявляются к опорным шейкам. Конструкция детали отработана на технологичность, обладает достаточной жесткостью, обеспечивает свободный доступ инструмента к обрабатываемым поверхностям, что позволяет использовать при обработке многоинструментальные наладки и высокопроизводительные режимы резания.

Вал опорный (см. приложение чертеж детали). Вал опорный изготавливается из стали 45 методом штамповки класса точности 4Т по ГОСТ 7505-89. Масса заготовки М_З=10,79 кг. Перед токарной операцией проводим фрезерно-центровальную операцию, на которой обрабатываем торцы и выполняем центровые отверстии, установочными базами на фрезерно-центровальной операции являются поверхности 3 и 17 (см. рисунок 3).

Устанавливаем маршрут обработки детали (см. [19] или приложение 6, таблицу П29).

Для обработки наружных цилиндрических поверхностей Æ45js6(±0,008) мм (Ra=1,25 мкм) с заданными параметрами точности и шероховатости из заготовок полученных штамповкой соответственно заданным условиям устанавливаем маршрут обработки поверхности:

1) Т – точение черновое;

2) Т_Ч – точение чистовое;

3) Ш – шлифование предварительное;

4) ТО – термообработка;

5) Ш_Ч – шлифование окончательное;

6) Ф – фрезерование;

7) Ц – центрование.

Вся указанная обработка выполняется с установкой в центрах, заносим маршрут обработки в таблицу 17.

Таблица 17 – Маршруты обработки поверхностей

• ⇐ Назад
• 1
• 2
• 3
• 4
• 5
• 6
• 789
• 10
• 11
• 12
• 13
• 14
• 15
• 16
• Далее ⇒