5. Выбор метода получения заготовки с экономическим обоснованием

На выбор метода получения заготовки оказывают влияние: материал детали; ее назначение и технические требования на изготовление; объем и серийность выпуска; форма поверхностей и размеры деталей.

Оптимальный метод получения заготовки определяется на основании всестороннего анализа названных факторов и технико-экономического расчета технологической себестоимости детали. Метод получения заготовки, обеспечивающий технологичность изготовления из нее детали при минимальной себестоимости последней, считается оптимальным.

Для выбора оптимального способа получения рассчитаем себестоимость заготовки. Рассмотрим два метода получения заготовки: на ковочном горизонтально-штамповочном пресе (КГШП), из горячекатаного проката.

5.1. Расчет себестоимости заготовки полученной на КГШП

Найдем массу готовой детали –вала-шестерни.

, (5.1)

где – удельный вес стали, ;

– линейные размеры детали, см;

.

.

Себестоимость заготовки равна:

, (5.2)

где – базовая стоимость 1 тонны заготовок, руб.: ;

– масса заготовки, кг;

– коэффициент, зависящий от класса точности заготовки: ;

– коэффициент, зависящий от группы сложности заготовки: , табл. 2. 12. [1];

– коэффициент, зависящий от массы заготовки: , табл. 2. 12. [1];

– коэффициент, зависящий от марки материала заготовки: ;

– коэффициент, зависящий от объема производства заготовок , табл. 2. 13. [1];

– масса готовой детали, кг: ;

– цена 1 тонны отходов, руб.: , табл. 2. 7. [1];

5.2. Расчет себестоимости заготовки из горячего проката

Масса фигуры, в которую вписывается заготовка:

, (5.3)

.

Себестоимость заготовки равна:

, (5.4)

где – цена 1 тонны материала заготовки, руб.: , табл. 2.6. [1];

.

Исходя из полученных расчетов видно, что заготовка полученная на КГШП дешевле чем заготовка полученная прокатом.

Определяем годовой экономический эффект одного способа получения заготовки по сравнению с другим по выражению:

Таким образом, при использовании заготовок полученных на КГШП экономия составит 35640 у.е. в год по сравнению с заготовкой, полученной прокатом.

6. Расчёт и назначение припусков на механическую обработку

Обычно при обработке резанием заданные чертежом форма, геометрические размеры и параметры качества поверхностного слоя, получают за один или несколько переходов обработки. При этом на каждом переходе механической обработки с элементарной обработкой поверхности в виде стружки снимается слой металла. Таким образом припуском называют слой металла, который необходимо удалить с поверхности заготовки для получения детали заданных размеров и качества поверхности. На величину припуска оказывают влияние следующие факторы:

1. материал заготовки;

2. вид заготовки (литье, штамповка и т.д.);

3. размер заготовки;

4. величина дефектного слоя на обрабатываемой поверхности;

5. сложность процесса обработки;

6. величина погрешности установки;

Расчет припусков и назначение их по таблицам ГОСТов следует производить после отработки конструкции детали и заготовки на технологичность и технико-экономические обоснования метода получения заготовки.

Перечислим исходные данные для расчета припусков на механическую обработку в нашем случае:

- материал заготовки – Сталь 30Х;

- заготовка получена на КГШП;

- способ установки при обработке – в центрах;

Значение припусков запишем в виде таблицы.

Технологический процесс обработки для поверхностей, припуски которых будут определяться в данном разделе расчетно-аналитическим методом выглядит следующим образом: черновое точение; чистовое точение; шлифование; термообработка; повторное шлифование.

Определяем исходный индекс заготовки. Для этого определяется группа стали в зависимости от содержания углерода. Группа стали – Сталь М1 (согласно ГОСТ 7505-89). Также согласно этому ГОСТу в зависимости от метода получения заготовки определяется класс точности поковки – Т4. Далее необходимо определить степень сложности поковки. Для этого определяем массу детали, исходя из того, что удельный вес стального изделия составляет ρ_ст=7800кг/м³.

Рассчитаем припуск для поверхности опорной шейки Ø50к6. Необходимые для расчета значения элементов припуска определим, согласно рекомендациям (табл. 4.1, с. 61 [1]).

Технологический маршрут обработки поверхности опорной шейк состоит из следующих операций: черновое точение, чистовое точение, (после термообработки).

Расчёт припусков на обработку приведён в табл. 6.1, в которой последовательно записываются технологический маршрут обработки опорной шейки и все значения элементов припуска.

Значения высоты микронеровностей Rа и глубины дефектного слоя Т для штампованной заготовки массой 5,23 кг принимаем : Rа = 200, Т =300.

Определяем пространственные отклонения. Для данной заготовки:

(6.1)

где

ρ_см – погрешность заготовок по смещению.

ρ_см = 1,0 (для второй группы точности) с учетом массы заготовки.

ρ_кор – погрешность штампованной заготовки по короблению.

ρ_кор = 0,5 мм, с учетом рассчитываемого диаметра заготовки.

ρ_ц – погрешность зацентровки заготовки. Вычисляется по формуле:

(6.2)

Тd_заг – допуск заготовки по ГОСТ 7505-89.

Определяем допуск на поверхность для штамповки точности Т4, для группы стали М1, степени сложности С1 по исходному индексу ИТ=15.

Тd_заг = мм

, принимаем 1500мкм.

Определим ρ для последующих технологических переходов:

ρ_черн =0,06* =0,06*1500=90мкм;

ρ_чист =0,04* =0,04*1500=60мкм;

ρ_{шл. пр} =0,02* =0,02*1500=30мкм.

Величину расчётного припуска по технологическим переходам определим по формуле:

(6.7)

где

z_min - расчетный припуск, мкм;

R_zi-1 – среднее квадратичное отклонение на предшествующей операции, мкм;

Т_i-1 – глубина дефектного поверхностного слоя на предшествующей операции, мкм;

ρ_i-1 – суммарное отклонение распределения поверхностей и отклонение формы поверхностей на предшествующей операции, мкм

Для чернового точения: 2z_min=2(200+300+1500)= 2^.2000мкм

Для чистового точения: 2z_min=2(50+50+90)= 2^.190мкм

Для предварительного шлифования: 2z_min=2(30+30+60)= 2^.120мкм

Для окончательного шлифования: 2z_min=2(10+20+30)= 2^.60мкм

Расчётный размер d_р находится последовательно в обратном порядке технологических переходов, т.е. снизу вверх, начиная с шлифования. Размер после шлифования должен соответствовать размеру детали.

Предельные отклонения принимаем по СТ СЭВ 144-75. В нашем случае: Ø .

d_р при шлифовании в случае обработки наружных поверхностей принимают по d_мин. Последующие значения d_р для технологических переходов определяются прибавлением к известному размеру величин припуска (рис 6.1):

d_р3=50,002+0,120=50,122мм

d_р2=50,122+0,240=50,362мм

d_р1=50,362+0,380=50,742мм

d_заг=50,742+4,000=54,742мм

d_max = d_min+Td,

где Td – допуск на размер для заготовки:

d_max = 54,742 +2 = 56,742 мм – для заготовки;

d_max = 50,742 + 0,100 = 50,842 мм – для чернового точения;

d_max = 50,362 + 0,039= 50,401 мм – для чистового точения;

d_max = 50,122 + 0,025 = 50,147 мм – для шлифования;

d_max = 50,002 + 0,016 = 50,018 мм – для повторного шлифования.

Предельные значения припусков 2z_min^пр для наружных поверхностей определяют как разность наибольших предельных размеров, 2z_mах^пр – как разность наименьших предельных размеров предшествующего и рассматриваемого переходов.

2z_max4 = 50,147 – 50,018 =0,129мм=129мкм;

2z_max3 = 50,401 –50,147 = 0,254мм=254мкм;

2z_max2 = 50,842 – 50,401 =0,441мм= 441мкм;

2z_max1 = 56,742 – 50,842 =5,9мм= 5900мкм;

2z_min4=50,122– 50,002=0,12мм= 120мкм;

2z_min3=50,362– 50,122=0,24мм= 240мкм;

2z_min2=50,742– 50,362=0,38мм= 380мкм;

2z_min1=54,742– 50,742=4,0мм= 4000мкм;

Выполним проверку:

2z_{max i} - 2z_{min i} = T_i-1-T_i (6.8)

2z_max1 - 2z_min1 = 5900-4000=1900мкм;

Тd - Тd_i = 2000-100=1900мкм.

2z_max2 - 2z_min2 = 441 - 380 = 61мкм;

Тd - Тd_i = 100–39=61мкм.

2z_max3 - 2z_min3 = 254 - 240 = 14мкм;

Тd - Тd_i =39– 25=14мкм.

2z_max4 - 2z_min4 = 129 - 120 = 9мкм;

Тd - Тd_i = 25-16 = 9мкм.

Величина номинального припуска z_0ном определяется с учётом несимметричного расположения поля допуска заготовки.

Для наружных поверхностей:

(6.9)

где Н_з – нижнее отклонение допуска заготовки,

Н_д – нижнее отклонение допуска детали.

z_0ном = 4740+700-2=5438мкм = 5,44=2·2,72мм.

Расчетный размер заготовки:

d_{заг. ном.}= d+ z_0ном (6.10)

d_{заг. ном.}= 50+5,44=55,44мм

Таблица 6.1

Технологические переходы обработки поверхности	Элементы припуска, мкм			Расчётный припуск 2zmin, мкм	Расчётный размер dр, мм	Допуск Тd, мкм	Предельные размеры, мм		Предельные значения припусков, мкм
	RZ	Т	ρ				dмин	dмах	2zminпр	2zmaxпр
Заготовка	200	300	1500	–	54,742	2000	54,742	56,742	–	–
Черновое точение	50	50	90	2.2000	50,742	100	50,742	50,842	4000	5900
Чистовое точение	30	30	60	2.190	50,362	39	50,362	50,401	380	441
Шлифова- ние предвари-тельное	10	20	30	2.120	50,122	25	50,122	50,147	240	254
Шлифова- ние окончате-льное	5	15	–	2.60	50,002	16	50,002	50,018	120	129
Всего									4740	6724

Ø56,742

Ø54,742

Ø50,842

Ø50,742

Ø50,362

Ø50,401

1,3

0,7

Ø50,147

Ø50,122

Ø50,018

Ø50,002

Рис. 6.1 - Схема расположения межоперационных припусков и допусков

На остальные поверхности заготовки (рис 6.2) припуски и допуски принимаются по найденному исходному индексу ИТ по ГОСТ 7505-89. Результаты сводим в табл.6.2

Рис. 6.2 - Эскиз детали

Припуски на поверхности заготовки

Таблица 6.2

Обозначение размера	Размер по чертежу,мм	Припуски, мм		Размер заготовки, мм	Предельные отклонения, мм
		табличный	расчётный
1	40	2.1,6=3,2		43,2	+1,3 -0,7
2	55	2.1,7=3,4		58,4	+1,4 -0,8
3	75	2.1,7=3,4		78,4	+1,6 -0,9
4	115	2.2,0=4,0		119,0	+1,8 -1,0
5	270	2.2,0=4,0		274,0	+1,8 -1,0
6	115	2.2,0=4,0		119,0	+1,8 -1,0
7	75	2.1,7=3,4		78,4	+1,6 -0,9
8	55	2.1,7=3,4		58,4	+1,4 -0,8
9	35	2.1,6=3,2		38,2	+1,3 -0,7
10	50	2.1,7=3,4	2.2,72=5,44	55,44	+1,3 -0,7
11	75	2.1,7=3,4		78,4	+1,4 -0,8
12	35	2.1,7=3,4		38,4	+1,4 -0,8
13	90	2.1,7=3,4		93,4	+1,4 -0,8
14	50	2.1,7=3,4	2.2,72=5,44	55,44	+1,3 -0,7

Данные таблицы являются основой для последующего назначения глубины при расчёте режимов резания.