Глава 4 разработка технологического процесса обработки детали «колесо зубчатое»

4.1 Назначение и конструкция обрабатываемой детали

Рассматриваемая деталь «Колесо зубчатое» применяется в сборочной единице для передачи крутящего момента. Данная деталь применяется в приводах сверлильных, фрезерных, расточных бабках агрегатных станков.

Общий вид детали показан на рисунке 4.1.

1,3 — поверхности для установки колеса плотно к валу, 2 — зубья для передачи крутящего момента, 4 — отверстие для установки колеса в вал, 5 – шпоночный паз, 6 — резьбовое отверстие

Рисунок 4.1 — Конструкция детали «Колесо зубчатое»

Примечание — Источник: собственная разработка на основании данных предприятия

Чтобы установить функциональную роль каждого элемента и поверхности детали, следует иметь ввиду, что с конструкторской точки зрения различают исполнительные, вспомогательные и свободные поверхности, основные и вспомогательные базы.

В данной детали к исполнительным относятся поверхности 1, 2, 3 и 4. Зубья 2 служат для передачи крутящего момента от одной ступени к другой. Поверхности 1 и 3 служат для установки колеса зубчатого плотно к валу. Отверстие 4 служит для установки колеса на вал.

К вспомогательным относятся резьбовые отверстия 6 и шпоночный паз 5 которые выполняют вспомогательные функции. Резьбовые отверстия используются для закрепления крышки, а шпоночный паз предотвращает от прокручивания колеса.

Деталь «Колесо зубчатое» изготавливается из легированной стали 40Х ГОСТ 4543-71, имеющей химический состав и механические свойства, указанные в таблицах 4.1 – 4.2.

Таблица 4.1— Химический состав стали 40Х (ГОСТ 4543-71)

С	Si	Mn	Cr	Ni	S	P
0,36-0,44	0,17-0,37	0,5-0,8	0,8-1,1	0,3	0,035	0,035

Примечание — Источник: [24, с. 356]

Таблица 4.2 — Механические свойства стали 40Х (ГОСТ 4543-71)

σт	Σв	δ , %	Ψ , %	α H	HB(Не более)
80	730	10	45	6	217

Примечание — Источник: [24, с. 384]

4.2 Выбор и экономическое обоснование метода получения заготовки

В современном машиностроении для получения заготовки для изготовления детали используется большое количество разнообразных технологических процессов и их сочетаний. Основными из них являются:

- различные способы литья: в земляные формы, в кокиль, центробежное литьё, по выплавляемым моделям, в оболочковые формы, под давлением;

- различные способы пластической деформации металлов: свободная ковка, штамповка на ГКМ, штамповка на молотах и прессах и другие;

- комбинированные методы: штамповки и сварки, литья и сварки и другие;

- резка, сварка, пайка и другие.

В крупносерийном и массовом производстве детали типа вал рационально получать методами пластического деформирования: ротационным обжатием штамповкой на ГКМ, ковкой и др.

Следовательно, из нескольких возможных вариантов превращения заготовки в готовую деталь, необходимо использовать наиболее экономичный.

Заготовка для детали «Колесо зубчатое» по базовому технологическому процессу изготавливают из проката. Но можно получить заготовку штамповкой на ГКМ.

Сопоставим два варианта технологического процесса изготовления заготовки для детали «Колесо зубчатое» из прутка и штамповки на ГКМ.

Данные (показатели) по первому и второму вариантам определения стоимости заготовок сводим в таблицу 4.3. Определяем стоимость сравниваемых заготовок.

Стоимость заготовки (S_заг1), полученной из проката определяется по формуле (4.1).

S_заг1 = Q  S – (Q – q)  S_отх/1000, (4.1)

где Q и q — масса заготовки и детали, кг;

S и S_отх — стоимость заготовки и стружки, р.

S_заг1 = 17,0  1850 – (17,0 – 11,5)  180000 / 1000 = 30460 р.

Таблица 4.3 — Данные для расчётов стоимости заготовок при различных способах получения

Наименование показателей	Первый вариант	Второй вариант
Вид заготовки Класс точности Группа сложности Масса заготовки Q, кг Стоимость 1кг. заготовки Сi, р. Стоимость 1т. стружки Sотх, р.	Прокат Ø186×80 17,0 1850 180000	Штамповка на ГКМ Т4 М2 14,4 2400 180000

Примечание — Источник: собственная разработка на основе данных предприятия

Стоимость заготовки (S_заг2) полученной на ГКМ определяется по формуле (4.2).

S_заг2 = (S · Q · k_т · k_с · k_в · k_м · k_п) – (Q – q) · S_отх / 1000, (4.2)

где	kт	—	коэффициент, зависящий от класса точности (kт =1);
	kс	—	коэффициент, зависящий от группы сложности (kс = 0,87);
	kв	—	коэффициент, зависящий от массы (kв = 0,89);
	kм	—	коэффициент, зависящий от марки материала (kм = 1);
	kп	—	коэффициент, зависящий от объёма производства (kп =1).

S_заг2 = (2400 · 14,4 · 1 · 0,87 · 0,89 · 1 · 1) – (14,4 – 11,5) · 180 = 26240 р.

Заготовки, полученные различными способами показаны на рисунке 4.2.

а) б)

а) — получена из проката, б) — получена штамповкой на ГКМ.

Рисунок 4.2 — Заготовка детали «Колесо зубчатое»

Примечание — Источник: собственная разработка на основе данных предприятия

Масса заготовки из проката по таблице 4.3 составляет 17,0 кг.

Масса заготовки, полученная штамповкой, по таблице 4.3 составляет 14,4 кг.

Коэффициент использования (k_и.м.) материала определяется по формуле (4.3).

k_и.м = М_дет / М_заг, (4.3)

где М_дет — масса детали, кг.;

М_заг — масса заготовки, кг.

k_и.м = 11,5 / 14,4 = 0,8.

Экономический эффект (Э_заг) для сопоставленных способов получения заготовок определяется по формуле (4.4).

Э_заг = (S_заг – S_заг2) · N, (4.4)

где	Sзаг1, Sзаг2	—	стоимость заготовок, получаемых соответствующими способами, р.
	N	—	годовая программа, шт.

Э_заг = (30460 – 26240) · 3500 = 14770000 р.

Анализ полученных данных по двум вариантам даёт возможность говорить о более рациональном, с экономической точки зрения, выборе заготовки, полученной штамповкой на ГКМ.