5808

Совершенствование технологического процесса изготовления червячного колеса редуктора привода кабины лифта, за счет замены заготовки и использования специального режущего инструмента

Дипломная

Производство и промышленные технологии

Введение Машиностроение является важнейшей отраслью промышленности. Его продукция - машины различного назначения поставляются всем отраслям народного хозяйства. Рост промышленности и народного хозяйства, а также темпы перевооружения их новой те...

Русский

2012-12-21

1.23 MB

56 чел.

Введение

Машиностроение является важнейшей отраслью промышленности. Его продукция – машины различного назначения поставляются всем отраслям народного хозяйства. Рост промышленности и народного хозяйства, а также темпы перевооружения их новой техникой в значительной степени зависят от уровня развития машиностроения.

Перед технологами-машиностроителями стоят задачи дальнейшего повышения качества машин, снижения трудоемкости, себестоимости и материалоемкости их изготовления, внедрения поточных методов работы, механизации и автоматизации производства, а также сокращения сроков подготовки производства новых объектов.

Технический прогресс в машиностроении характеризуется не только улучшением конструкций машин, но и непрерывным совершенствованием технологии их производства. Важно качественно, дешево и в заданные плановые сроки с минимальными затратами живого и общественного труда изготовить машину, применив высокопроизводительное оборудование, технологическую оснастку, средства механизации и автоматизации производства. От принятой технологии производства во многом зависит надежность работы выпускаемых машин, а также экономика их эксплуатации. Совершенствование технологии машиностроения определяется потребностями производства необходимых обществу машин. Развитие новых прогрессивных технологических методов способствует конструированию более совершенных машин, снижению их себестоимости и уменьшению затрат труда на их изготовление.

Предметом технологии машиностроения является учение об изготовлении машин заданного качества в установленном программой выпуска количестве при наименьших затратах материалов, минимальной себестоимости и высокой производительности труда, облегченного в максимальной степени и безопасного.

Одной из главных задач технологии машиностроения является изучение закономерностей протекания технологических процессов и выявление параметров, воздействуя на которые можно интенсифицировать производство и повысить его точность. Знание этих закономерностей является основным условием рационального проектирования технологических процессов и применения электронных вычислительных машин, обеспечивающих сокращение сроков проектирования, облегчение труда технологов, и получение оптимальных вариантов проектируемых технологических процессов. Лишь на базе этих закономерностей может решаться задача автоматизации производства. В каждом конкретном случае принятый вариант автоматизации должен подтверждаться точными технологическими и экономическими расчетами.

Как прикладная наука технология машиностроения имеет большое значение в подготовке специалистов для машиностроительных промышленности. Она вооружает их знаниями, необходимыми для повседневной и творческой деятельности по разработке прогрессивной технологии и созданию конструкций машин, позволяющих применить при их производстве высокопроизводительные технологические методы.

В современных механизмах и машинах - автомобилях, самолетах, станках, тракторах, приборах - зубчатые передачи получили больше распространение. Вследствие повышения окружной скорости, передачи высоких нагрузок, увеличения плавности работы механизмов и машин значительно ужесточились требования к качеству изготовления и надёжности зубчатых передач.

Изготовление зубчатых колес представляет сложную и трудоёмкую отрасль производства в машиностроении. Технология изготовления зубчатых колес должна обеспечивать высокую долговечность передач и максимальное снижение трудоёмкости. Точность изготовления зубчатого колеса должна соответствовать условиям работы зубчатой передачи.

1. Технологическая часть

1.1. Условия работы изделия

Колесо червячное входит в зацепление с червячным валом редуктора привода лифта. Привод закреплен в машинном помещении. Крутящий момент от электродвигателя (1,1 кВт) передается редуктору через муфту и тормозное устройство. В редукторе колесо червячное установлено на валу с помощью шпонки. Вал вращается на подшипниках, запрессованных в корпус редуктора. Колесо червячное передает крутящий момент ведущей звездочке. А звездочка поднимает или опускает кабину. Для этого используется цепь ПР-25,4-60 ГОСТ 13568-97. Нагрузки при работе редуктора небольшие, так как грузоподъемность лифта 100 кг, скорость движения кабины 0,3 м/мин, а максимальная высота подъема 15 метров. Но жесткие требования придаются плавности и бесшумности хода, а также точности остановки (±15 мм.) вследствие чего требуется большая точность механической обработки, а также чистота поверхности зубьев червячного колеса.

Анализируя чертёж червячного колеса, можно отметить, что поверхности, являющиеся базовыми, при установке колеса в редуктор обработаны наиболее точно и имеют значения допусков на размеры соответствующие: у отверстия 6 квалитету с шероховатостью Ra 0,63, а у торцов ступицы 9 квалитету с шероховатостью 2,5 Ra, из чего можно сделать вывод, что получение размеров, соответствующих этим значениям можно достичь используя станки нормального класса точности, с использование стандартного инструмента.

Исходя из таблицы параметров зубчатого колеса, расположенной на чертеже детали, можно отметить, что зубчатое колесо имеет 8 степень точности по ГОСТ 3675-81, достичь которую можно используя на операциях зубообработки станки нормальной точности со специальной оснасткой, а на операции зубошевингования специальный инструмент.

1.2. Анализ технических условий на изготовление изделия

Качество продукции  совокупность свойств продукции, обуслав-ливающих ее пригодность удовлетворять определенные потребности в соответствии в ее назначением (ГОСТ 15467—79). В современных условиях качество продукции охватывает не только потребительские, но и технологические свойства, конструкторско-художественные особенности, надежность, уровень стандартизации и унификации деталей и узлов и др.

Поскольку червячное колесо является ответственной деталью, то к точности исполнения размеров предъявляются повышенные требования. Базой для проточки сферы и нарезания зубьев является отверстие Ф 50 Н7 (+0,025) со шпоночным пазом 16 JS9 (±0,021). Чистота поверхности отверстия Ra 0,63. Допуск полного торцевого биения торцов колеса составляет 0,03 мм., а допуск радиального биения зубчатого венца тоже 0,03мм. Геометрические размеры колеса соответствуют 7-му классу точности. Чистота поверхности торцов – Ra 2,5, что выдерживается после токарной операции, а зубчатого венца – 0,63 – требуется шевингование зубьев.

В качестве способа получения заготовки применяется отливка в песчаные формы, которая обеспечивает получение минимальных припусков под механическую обработку, что сложно добиться при использовании других методов получения заготовок, учитывая специфическую конфигурацию изделия.

Применение стали 45 обеспечивает её хорошую обрабатываемость, что способствует выполнению заданных технических условий и шероховатости поверхности при механической обработке, с использованием стандартных инструментов.

По ГОСТ 1050-88 марка стали 45 определяется содержанием углерода в сотых долях процента (0,45%).

Механические свойства стали 45. Временное сопротивление при растяжении: не менее 600 МПа; предел текучести 355 МПа; твердость НВ 220.

1.3. Определение типа и организационной формы производства

В машиностроении различают три типа производства: массовое, серийное и единичное и два метода работы: поточный и непоточный.

В массовом производстве изделия изготавливают непрерывно в относительно больших количествах и в течение продолжительного (нескольких лет) времени. Характерным признаком массового производства является, однако, не количество выпускаемых изделий, а выполнение на большинстве рабочих мест только одной закрепленной за ними постоянно повторяющейся операции. Продукция массового производства – это изделия узкой номенклатуры и стандартного типа, выпускаемые для широкого сбыта потребителю. Такой продукцией являются автомобили, тракторы, велосипеды, электродвигатели, швейные машины и т. п.

В серийном производстве изготавливают партии деталей и серии изделий, регулярно повторяющиеся через определенные промежутки времени. Серийное производство многономенклатурное; его характерный признак – выполнение на большинстве рабочих мест по несколько периодически повторяющихся операций. Продукцией серийного производства являются машины установившегося типа (металлорежущие станки, стационарные двигатели внутреннего сгорания, насосы, компрессоры, оборудование для пищевой промышленности и т. п.), выпускаемые в значительных количествах.

В единичном производстве выпускают изделия широкой номенклатуры в относительно малых количествах и часто индивидуально; поэтому оно должно быть универсальным и гибким для выполнения различных заданий. Изготовление изделий либо совсем не повторяется, либо повторяется через неопределенные промежутки времени. Характерным признаком единичного производства является выполнение на рабочих местах разнообразных операций. Продукция единичного производства – машины, не имеющие широкого применения и изготовляемые по индивидуальным заказам, предусматривающим выполнение специальных требований. К ним относятся также опытные образцы машин в различных отраслях машиностроения. Единичное   производство  характерно для  тяжелого машиностроения, продукцией которого являются крупные гидротурбины, уникальные металлорежущие станки, прокатные станы и другое оборудование.

Так же тип производства можно определить, используя коэффициент закрепления операций:

,

 где О – число всех технологических операций, подлежащих выполнению в производственном подразделении в течении месяца;

Р – число рабочих мест;

Для мелкосерийного производства: Кзо = 21…40;

для среднесерийного:                      Кзо = 11...20;

для крупносерийного:                     Кзо = 1....10;

для массового:                                Кзо = 1.

Программа выпуска червячного колеса 1000 шт. Рабочие, закрепленные за операциями по изготовлению колеса, изготавливают и другие детали, коэффициент закрепления операций равен примерно 30, следовательно производство червячного колеса является мелкосерийным, а метод работы поточным, поскольку поштучное перемещение обрабатываемых заготовок от одного рабочего места к другому происходит соответствии с последовательностью операций технологического процесса.

На Щербинском лифтостроительном заводе цех механической обработки выпускает детали для всех лифтов. Пассажирские и грузовые лифты грузоподъемностью до 1000 кг. являются крупносерийными. Их завод выпускает около 800 в месяц. Всего завод сегодня выпускает около 1000 лифтов в месяц. Оставшиеся 200 лифтов: малые грузовые (наш лифт – Лифт грузовой малый-0125), являющиеся мелкосерийными; а также лифты больничные, военные, эксклюзивные и др. – выполняющиеся по спецзаказу – являются единичными.

В приводе малого грузового лифта используется цепь и червячный редуктор. В приводах остальных лифтов используется лебедка с канатоведущим и отводным шкивами, а кабина подвешена на тросах.

Поэтому приводов с цепью, а следовательно и редукторов с червячной парой, на заводе изготавливается немного.    

1.4. Анализ технологичности конструкции изделия

Совершенство конструкции машины характеризуется её соответствием современному уровню техники, экономичностью и удобствами в эксплуатации, а также тем, в какой мере учтены возможности использования наиболее экономичных и производительных   технологических   методов   ее   изготовления применительно   к заданному выпуску и условиям производства.

Конструкцию машины, в которой эти возможности полностью учтены, называют технологичной. Оценку технологичности конструкции данной машины, по сравнению с другой (лучшего отечественного или зарубежного образца) производятся, сопоставляя их трудоемкость, себестоимость и материалоемкость. Дополнительную оценку производят по степени унификации марок материалов, унификации и нормализации элементов изделия, рациональности расчленения его на конструктивные и технологические элементы,   достигнутому уровню взаимозаменяемости элементов изделия, массе машины, конструктивной преемственности оригинальных деталей и составных частей изделия, коэффициентам среднего класса точности и шероховатости поверхностей деталей изделия, возможности сокращения сроков подготовки и освоения производства изделия, а также возможности автоматизации его изготовления. Выбор показателей технологичности производится с учетом требований ГОСТ 14.201–73. Термины и определения даны в                   ГОСТ 18831–73.

Технологичность конструкции изделия – понятие относительное. Технологичность конструкции одной и той же машины будет разной для различных типов производства. Изделие, достаточно технологичное в единичном производстве, может быть мало технологичным в поточно-массовом и совершенно нетехнологичным в поточно-автоматизированном производстве. Технологичность конструкции одного и того же изделия будет разной для заводов с различными производственными возможностями. Если в единичном производстве используют станки с программным управлением или другое переналаживаемое автоматическое оборудование, то характеристика технологичности конструкции выпускаемых изделий для этих условий может измениться   по   сравнению   с   условиями  единичного   производства,   оснащенного универсальным оборудованием. Развитие производственной техники изменяет уровень технологичности   конструкции.   Ранее   нетехнологичные   конструкции   могут   стать вполне технологичными при новых методах обработки. Технологичность конструкции изделий – понятие комплексное. Технологичность конструкции нельзя рассматривать изолированно  без  взаимной  связи  и учета условий выполнения  заготовительных процессов, процессов обработки, сборки и контроля. Отработанная на технологичность конструкция заготовки не должна усложнять последующую механическую обработку. В то же время отработку на технологичность конструкции заготовки следует производить с   учетом   выполнения   заготовительных   процессов   и   сборки,   стремясь   получить наименьшую трудоемкость и наименьшую себестоимость изготовления машины в целом.

Улучшением технологичности конструкции можно увеличить выпуск продукции при тех же средствах производства. Трудоемкость машин нередко удается сократить на 15 – 25% и более, а себестоимость их изготовления на   5 – 10%. По отдельным деталям эти показатели можно повысить еще больше. Недооценка технологичности конструкции часто   приводит   к   необходимости   корректировки   рабочих   чертежей   после   их составления,    удлинению    сроков    подготовки    и    дополнительным    издержкам производства.

Понятие технологичности конструкции машин распространяйте только на область производства, но и на область их эксплуатации. Конструкция машин должна быть удобной для обслуживания и ремонтопригодной. Последнее важно, поскольку затраты на все виды ремонта часто превышают себестоимость изготовления новых изделий. Повышение ремонтопригодности изделия обеспечивается легкостью и удобством его разборки и сборки, осуществлением принципа узловой смены и узлового ремонта элементов изделия, введением в конструкцию сменных изнашиваемых деталей, а также возможностью восстановления наиболее сложных деталей.

При   конструировании   машин   необходимо   предусматривать   использование технологических методов, повышающих их надежность. Конструкцию изделия лучше отрабатывать на технологичность в процессе создания самой конструкции. При этом достигается деловой контакт и творческое содружество конструкторов и технологов.

Общие требования к деталям машин. Возможность применения прогрессивных технологических    методов    определяется    конструкцией    деталей машин. При конструктивном оформлении деталей нужно учитывать    ряд технологических требований. Соблюдение этих требований уменьшает производственные трудности, сокращает цикл производства, повышает   производительность труда и снижает себестоимость деталей машин. Эти    требования диктуются как технологией производства  заготовок,  так  и  технологией  их  последующей обработки. Особое значение приобретают вопросы технологичности конструкции при обработке деталей на станках с программным управлением, агрегатных станках, автоматах, и полуавтоматах, а также автоматических линиях.

Конструирование является творческим  процессом,  поэтому дать  общие  для  всех случаев  правила  конструирования  деталей  машин  не  представляется  возможным. Общую задачу можно сформулировать следующим образом. Конфигурация детали должна быть простой, обусловливающей    возможность применения высокопроизводительных технологических методов,   и   предусматривать   удобную, надежную базу для установки заготовки в процессе   обработки. В тех случаях, когда такая база не обеспечивается, должны быть предусмотрены специальные элементы (приливы, бобышки, отверстия)   для   базирования   и   закрепления   заготовки.   При необходимости эти элементы могут быть удалены после обработки. Заданные точность   и   шероховатость   поверхностей  детали   должны   быть   строго обоснованы ее служебным назначением. Необоснованно завышенные требования к точности и шероховатости вынуждают вводить дополнительные операции, удлиняют цикл обработки, увеличивают трудоемкость обработки и повышают себестоимость детали.

Стандартизация и унификация деталей и их элементов способствуют уменьшению трудоемкости процессов производства и снижению себестоимости деталей в связи с увеличением серийного выпуска и унификацией станочных наладок.

Требования к конструкции заготовок деталей.

Поскольку заготовки для червячного колеса получают    литьём,    то    можно    выделить   несколько    основных    моментов    к технологичности заготовок получаемых литьём.

При конструировании отливок необходимо выбрать способ литья, определить положение отливки в форме, выбрать плоскость разъема, установить количество и схему расположения стержней, назначить толщину стенок отливки. Способ литья выбирают с учетом материала заготовки, ее конфигурации, требуемой точности, программы выпуска и срока выполнения заказа. Во многих случаях основными наиболее сложными и дорогими в исполнении деталями машин являются отливки. При производстве металлорежущих станков, двигателей внутреннего сгорания, компрессоров и других машин масса отливок литых деталей достигает 70 – 85% всей массы изделия, поэтому выбор способа литья является важной и ответственной задачей. При решении перечисленных вопросов рекомендуется пользоваться следующими указаниями:

Если принять среднюю себестоимость изготовления отливок из серого чугуна за 1, то для других материалов эта величина составит:  1,1 для модифицированного чугуна; 1,3 для ковкого чугуна; 1,8 для углеродистой стали;    2,5 для низколегированной стали; 3 – 6 для цветных сплавов; 6 – 8 для высоколегированных сталей.

При конструировании отливок следует упрощать их конфигурацию. При этом условии можно снизить себестоимость изготовления моделей, стержневых ящиков, кокилей, пресс-форм. Упрощая конфигурацию отливки, можно снизить себестоимость изготовления деревянного модельного комплекта на 30%, а металлического на 40% и больше. Следует стремиться к более компактным отливкам. Конфигурация отливки должна обеспечивать возможность беспрепятственного извлечения модели из формы и стержней из стержневых ящиков. С этой целью необходимо назначать формовочные уклоны для вертикальных поверхностей отливки. Для внутренних поверхностей отливок принимают уклон большей величины, чем для наружных. Следует по возможности избегать сложных поверхностей разъема и отъемных частей модели, так как это усложняет и удорожает формовку отливок.

Необходимо учитывать положение поверхностей при заливке, так как на верхних горизонтальных поверхностях отливки могут возникать газовые раковины. Ответственные поверхности заготовок должны занимать в форме нижнее положение. Следует   обращать   внимание   на   беспрепятственное заполнение   формы   жидким металлом, избегая резких изменений направления и скорости его течения.

При конструировании отливки следует учитывать ее усадку, торможение усадки, создаваемое  формой и стержнями, и торможение,  возникающее вследствие разной скорости   остывания   частей   отливки.   Торможение   усадки вызывает   образование остаточных напряжений в отливке. С возникновением остаточных напряжений связаны коробление отливок и возможность появления трещин. Необходимо предусматривать по возможности равномерное охлаждение отливки и ее свободную усадку.

Конфигурация отливки должна обеспечивать возможность беспрепятственного отрезания прибыли, литников и выпоров, выбивки, стержней и удаления каркасов. На чертежах отливок следует отмечать базовые поверхности, которые будут использовать при последующей обработке заготовок, а также при проверке моделей и отливок. Базовые поверхности должны образовываться моделью и находиться в одной опоке для исключения влияния смещений опок и стержней на их точность.

При назначении толщины стенок отливок необходимо учитывать размер и массу отливки,  ее материал и метод литья.  Определение толщины  стенки расчетом по действующим нагрузкам не всегда дает нужный результат. В малонагруженных местах стенка получается тонкой, и ее толщину приходится увеличивать.

Внутренние стенки отливки должны быть на 20% тоньше наружных стенок. В одной отливке рекомендуется предусматривать переходные поверхности одного радиуса. Резкие изменения толщины стенки и острые углы в отливке недопустимы. Это особенно важно в отливках из нержавеющих сталей и жаропрочных сплавов. Переходы от одного сечения к другому должны быть плавными. Радиусы закруглений при сопряжениях на одной стенке и угловых сопряжении двух или трёх стенок зависят от толщины сопрягаемых стенок. При скоплении металла в одном месте отливки возможно образование пор, раковин и трещин.

В местах перехода от толстой стенки к тонкой ставят литейные смягчающие ребра. Если необходимо, эти ребра после отжига отливки отрезают. Их толщина составляет 0,5 – 0,6 толщины тонкой стенки. Радиусы закругления сопрягаемых поверхностей принимают 2 – 120 мм в зависимости от габаритных размеров поверхностей и углов сопряжения.    При    конструировании    отливок    нужно    обеспечивать    принципы направленного    затвердевания    и    кристаллизации    металла    в   литейной    форме. Неправильная конструкция отливки вызывает столбчатую кристаллизацию металла и, как следствие этого, трещины. В отливках из сплавов, имеющих большую усадку, необходимо, чтобы затвердевание происходило снизу вверх в сторону прибыли.

При конструировании угловых элементов учитывают, что скорость охлаждения их внешней стороны больше скорости охлаждения внутренней стороны. Тепловые потоки, идущие перпендикулярно стенкам отливки, пересекаясь, создают «горячее место» во внутренней области угла. Толщину стенок здесь берут на 20 – 25% меньше толщины сопрягаемых стенок.

Внутренним полостям отливок желательно придавать конфигурацию, не требующую применения стержней, что снижает трудоемкость изготовления форм.

Конструкция отливки должна обусловливать возможность удаления из внутренних полостей заготовки стержневой смеси и каркасов, а также тщательной очистки ее внутренних полостей. В закрытых внутренних полостях должны быть предусмотрены специальные усиленные бобышками отверстия для удаления стержневой смеси; после очистки эти отверстия заделывают заглушками.

Наименьшая высота бобышек должна быть  5  мм при наибольших габаритных размерах детали до 0,5 м, 10 – 15 мм – при размерах детали          0,5 – 2 м и 20 – 25 мм – при размерах деталей свыше 2 м.

При литье в оболочковые формы должна быть одна плоскость разъема. Следует выдерживать равную толщину стенок и избегать отъемных частей и стержней. Уклоны не менее 1° (желательно 2 – 4°), а минимальные радиусы закругления 2,5 – 3 мм. Минимальная толщина стенок отливки 2 – 2,5 мм.

Требования   к  механической   обработке.

Требования   к обработке  можно сформулировать следующим образом.

1. Сокращать объем механической обработки, уменьшая протяженность обрабатываемых поверхностей, предусматривать допуски только на размеры поверхностей сопряжения.

2. Повышать точность выполнения  заготовок, так как объем обработки  резанием при этом может быть  значительно сокращен. При выборе материала детали назначать материал, обладающий лучшей обрабатываемостью, учитывая, что скорость резания в этом случае может быть повышена.

3. Предусматривать возможность удобного и надежного закрепления            заготовки на станке. Повышать жесткость заготовки, что уменьшает ее       деформации от сил резания и закрепления, позволяет увеличивать режимы  резания и одновременно использовать несколько режущих инструментов путем совмещения переходов обработки.

4. Предусматривать возможность удобного подвода высокопроизводительного режущего инструмента к обрабатываемой поверхности. Сокращать путь врезания инструментов и уменьшать вспомогательное время, предусматривая конструкции, допускающие возможность одновременной установки нескольких заготовок для обработки. Для обработки на проход предусматривать выход режущего инструмента.

5. Обеспечивать удобные и надежные базирующие поверхности для установки заготовок в процессе их обработки; соответствующей  простановкой   размеров предусматривать совмещение технологических и измерительных баз,   а также соблюдение принципа постоянства баз.

Выбор    измерительных   баз    и   простановка   размеров   должны   обеспечивать наибольшие   удобства,   надежность   и   производительность   контроля,   возможность применения  простых  по  конструкции  контрольно-измерительных  инструментов  и приспособлений,  а также  проверки нескольких размеров заготовки  при  одной  ее установке. При простановке размеров следует учитывать особенности промежуточного и  окончательного  контроля,  осуществляемого как  на  контрольных  постах,  так  и непосредственно на станке.

Простановка размеров должна быть увязана с последовательностью выполнения и содержанием операций обработки. Нельзя координировать несколько необработанных поверхностей  относительно обрабатываемой.  Необработанные  поверхности  нужно координировать между собой и задавать только один размер от необработанной поверхности до обрабатываемой. Не рекомендуется проставлять размеры от линии построения,  осей,  острых кромок и поверхностей, от которых измерение деталь затруднено.   Недопустима   простановка   размеров,   проверка   которых   связана   с выполнением подсчетов и косвенных методов контроля.

Наружные поверхности вращения. Ступенчатые поверхности должны иметь минимальный перепад диаметров. При больших перепадах применяют высадку головок, фланцев или используют составные конструкции для уменьшения объема обработки резанием и расхода металла. Не рекомендуется делать кольцевые канавки на торцах, особенно со стороны стержня, так как они трудоемки в обработке, и выступы, не вписывающиеся в контур поперечного сечения детали. Элементы тел вращения унифицируют для использования одних  и  тех же многорезцовых наладок. Рекомендуется заменять переходные поверхности фасками. Сферические выпуклые поверхности делают со срезом перпендикулярно оси, в местах сопряжения точных поверхностей предусматривают выход инструмента.

Отверстия. На деталях предусматривают сквозные отверстия, так как обрабатывать их легче,   чем   глухие.  Конфигурация  глухих  отверстий  должна  быть  увязана  с конструкцией применяемого инструмента (зенкера, развертки), имеющего коническую заборную часть и образующего у дна отверстия переходную поверхность, а расстояния между отверстиями назначают с учетом возможности применения многошпиндельных сверлильных головок. Расположение и размеры отверстий во фланцах унифицируют с целью применения многошпиндельных головок. Во избежание поломки сверл при сверлении поверхности на входе и выходе инструмента должны быть перпендикулярны оси отверстий. Для одновременной обработки нескольких отверстий, расположенных на одной оси, рекомендуется последовательно  уменьшать размеры отверстий на величину, превышающую припуск на обработку предшествующего отверстия (ступенчатое расположение отверстий).     У дна точных глухих отверстий предусматривают канавку для выхода инструмента. Нужно избегать отверстий с непараллельными осями, а также глухих отверстий, пересекающихся с внутренними полостями. В последнем случае предпочтительно делать сквозное отверстие с заглушкой. Цекование торцов отверстий лучше заменять точением или фрезерованием. Рекомендуется избегать растачивания канавок в отверстиях на сверлильных и агрегатных станках; вместо выточек рекомендуют литые выемки.

Резьба. В нарезаемом отверстии рекомендуется делать заходную фаску. При сквозных резьбовых  отверстиях улучшаются  условия  работы  режущего   инструмента.   При нарезании резьбы метчиком в глухом отверстии без канавки, а также при нарезании резьбы на концах валиков должен предусматриваться сбег резьбы. При резьбофрезеровании канавки для выхода фрезы необязательны. Резьба должна быть нормализована для всех производимых изделий. Следует избегать применения резьбы малого диаметра (до        6 мм) в крупных деталях из-за частой поломки метчиков.

Плоские поверхности. Конфигурация обрабатываемых поверхностей в плане должна обеспечивать равномерный и безударный съем стружки. Ширину поверхностей необходимо увязывать с нормальным рядом диаметров    торцовых или длин цилиндрических фрез. Предпочтительна обработка поверхностей на проход. В случае, когда   не   предусмотрен   выход   для   режущего инструмента, переходная часть обрабатываемых поверхностей должна соответствовать размерам и виду режущего инструмента. Бобышки и платики на деталях следует располагать на одном уровне. Не следует обрабатывать внутренние поверхности корпусных деталей. Обрабатываемые поверхности желательно располагать выше примыкающих элементов, что облегчает обработку на проход.

Приведенные выше рекомендации по требованиям к конструкции заготовки червячного колеса, требованиям к механической обработке, а также требованиям к колесу как детали механизма в целом очень удачно соединены в ее конструкции, поэтому можно сделать вывод, что червячное колесо редуктора является технологичным изделием. 

1.5. Обоснование выбора способа изготовления заготовок

Расчет коэффициента использования материала.

Характеристика материала изделия. Анализ химико-термической обработки заготовки

 Выбор заготовки заключается в последовательном определении её вида и способа изготовления, на основании которых оформляют  заказ и разрабатывают технологический процесс изготовления её изготовления.

Исходные данные для выбора: чертёж детали с техническими требованиями на изготовление, с указанием её массы и марки материала; годовой объём выпуска, на основании которого делается заключение о предполагаемом типе производства, данные о технологических возможностях и ресурсах производства.

Основными технологическими процессами получения заготовок являются литье, обработка давлением и сварка.

Среди литых деталей до 80% по массе занимают детали, изготавливаемые литьем в песчаные формы. Ручная формовка в песчаных формах, а также машинная формовка по координатным плитам с незакрепленными моделями являются оптимальными вариантами изготовления отливок любой сложности, размеров и массы из разных литейных сплавов в единичном и мелкосерийном производстве (III класс точности).

Машинная формовка с механизированным выемом деревянных моделей, закрепляемых на легко сменяемых металлических плитах, из полуформ и с заливкой в сырые и подсушенные формы является экономичным вариантом изготовления отливок в серийном произведете (II класс точности).

Машинная формовка по металлическим моделям с механизированным выемом моделей из полуформ и с заливкой в сырые и подсушенные формы является экономичным вариантом изготовления наиболее сложных по конфигурации тонкостенных деталей в массовом производстве (I класс точности). Применение при этом машинного изготовления стержней с калибровкой их перед сборкой форм в кондукторах позволяет в дальнейшем обеспечить безразметочную механическую обработку отливок в приспособлениях.

Специальные способы литья значительно повышают стоимость отливок, но они позволяют получать отливки повышенной точности, с чистой поверхностью и минимальным объемом механической обработки. Выбор того или иного способа литья определяется необходимым выпуском отливок.

Наиболее подходящий способ получения заготовки колеса – литье в песчано-глинистые формы - это процесс получения отливок путем свободной заливки расплавленного металла в песчаные формы. Песчано-глинистые форма – разовая литейная форма изготавливаемая из песка, глины, с различными добавками. В зависимости от метода упрочнения различают: сухую, сырую, подсушенную глинистые формы.   Данным методом получают тонкостенные отливки сложной формы из чугуна, стали, цветных и специальных сплавов по 3-му классу точности, при средне – и мелкосерийном производстве. К тому же этот метод экономически целесообразен при мелкосерийном производстве. Получаемые параметры точности и шероховатости удовлетворяют конструкторским требованиям.

Общую оценку применения металла в заготовительном и механическом цехах осуществляют по коэффициенту использования металла:

Ким= МД / М3=3,73/4,52=0,82

где М3  – масса заготовки, кг; МД  – масса детали, кг;

Заготовка не подвергается химико-термической обработке.

 

1.6. Анализ базового технологического маршрута обработки изделия

В этой работе мы определяем и изучаем малопроизводительные

операции технологического процесса, для того чтобы предложить пути их улучшения, устранения или замены.

В базовом техпроцессе деталь червячное колесо изготавливается запрессовкой стальной ступицы в бронзовый венец с последующей механической обработкой. Вследствие этого используется две заготовки: трубный бронзовый прокат из бронзы Бр. 010Ф1 ГОСТ 613-79 и круглый прокат из стали Ст3пс3-II ГОСТ 535-88.

Также в базовом техпроцессе присутствует термическая операция: перед запрессовкой венец нагревают до температуры 60˚ - 80˚С.

Таблица 1.1.

 Технологический процесс изготовления детали

№ операции

Название операции

Оборудование

005

Комплектование

Стол цеховой

010

Транспортирование

Кран мостовой г/п 5т.

015

Термическая

Электропечь СНО-6.12.4/10

020

Слесарная

Пресс пневматический  ПММ-125

025

Транспортирование

Кран мостовой г/п 5т.

030

Вертикально-сверлильная

Вертикально-сверлильный станок 2Н125

035

Слесарная

Стол цеховой

040

Токарная

Токарный станок с ЧПУ HAAS SL-10

045

Токарная

Токарный станок с ЧПУ HAAS SL-10

050

Токарная

Токарный станок с ЧПУ HAAS SL-10

055

Токарная

Токарный станок с ЧПУ HAAS SL-10

060

Токарная

Токарный станок с ЧПУ HAAS SL-10

065

Контрольная

Стол ОТК

070

Слесарная

Верстак слесарный

075

Протяжная

Вертикально-протяжной станок 7Б66

080

Хонингование

Хонинговальный станок 3М83

085

Токарная

Токарный станок с ЧПУ HAAS SL-10

090

Контрольная

Стол ОТК

095

Зубофрезерная

Зубофрезерный станок 5К32

100

Слесарная

Верстак слесарный

105

Контрольная

Стол ОТК

110

Транспортирование

Электрокар

1.7. Анализ схемы базирования и закрепления изделия

Для ориентации предмета производства (заготовки при обработке детали или сборочной единицы при сборке изделия) определенные поверхности его соединяются с поверхностями деталей технологической оснастки или изделия. Поверхности, принадлежащие заготовке или изделию и используемые при базировании, называются базами. Базы используют для определения положения: детали или сборочной единицы в изделии – конструкторская база; заготовки или изделия при изготовлении или ремонте – технологическая база; средств измерения при контроле расположения поверхностей заготовки или элементов изделия – измерительная база.

Для полной ориентации предмета производства обычно используют несколько баз. Так, положение заготовки или детали призматической формы полностью определяется совокупностью трех баз, образующих комплект баз – систему координат этого предмета. При анализе базирования предмет производства рассматривается как жесткое тело. Упрощенно считают, что контакт соприкасающихся тел происходит в опорных точках – точках, символизирующих каждую из связей заготовки или изделия с выбранной системой координат. Схему расположения опорных точек на базах называют схемой базирования. Для обеспечения ориентированного положения и полной неподвижности предмета в выбранной системе координат на него необходимо наложить шесть двусторонних геометрических связей, т. е. на схеме базирования указывают шесть опорных точек (правило шести точек). Базам заготовки, имеющим призматическую форму, присвоены специальные названия. Базу, используемую для наложения на заготовку (изделие) связей и лишающую ее трех степеней свободы (перемещения вдоль одной координатной оси и поворота вокруг двух других осей), называют установочной; она обеспечивается тремя опорными точками на плоскости призматического тела. Базу, лишающую заготовку двух степеней свободы (перемещения вдоль одной координатной оси и поворота вокруг другой), называют направляющей; она обеспечивается двумя опорными точками. Базу, лишающую заготовку одной степени свободы (перемещения вдоль одной координатной оси или поворота вокруг оси), называют опорной; она обеспечивается одной опорной точкой. Базу, лишающую заготовку (изделие) четырех степеней свободы (перемещения и поворота вокруг двух координатных осей), называют двойной направляющей; она обеспечивается четырьмя опорными точками. Базу, лишающую заготовку двух степеней свободы (перемещения вдоль двух координатных осей), называют двойной опорной; она обеспечивается двумя опорными точками.

На различных стадиях создания изделия требования к базированию и к базам могут различаться. В частности, при выполнении переходов обработки заготовка может не лишаться всех степеней свободы. Тогда на схеме базирования неиспользуемые связи, опорные точки и базы не указывают. В этом случае упрощается конструкция системы установочных элементов приспособлений. Аналогично, если в соответствии со служебным назначением изделие должно иметь определенное число степеней свободы, то соответствующее число связей снимается.

Технологическая база в большинстве случаев при обработке неподвижна относительно установочных элементов приспособления. В некоторых   случаях (обработка с установкой в центры, использование люнетов и т.п.) соединение технологическая база заготовки – база установочных элементов приспособления является подвижной.

Основные принципы базирования заготовок:

1. При высоких требованиях к точности обработки необходимо выбирать такую схему базирования, которая обеспечивает наименьшую погрешность установки.

2. Для повышения точности деталей и собранных узлов необходимо применять принцип совмещения баз – совмещать технологическую, измерительную и сборочную базы.

3. Целесообразно соблюдать принцип  постоянства базы. При перемене баз в ходе технологического процесса точность обработки снижается из-за погрешности взаимного расположения новых и  применявшихся ранее технологических баз.

Для установки заготовок на первой операции технологического процесса используют черные (необработанные) поверхности, применяемые в качестве технологических баз. Эти поверхности используют однократно, при первой установке, так как повторная установка    на    необработанную    поверхность    может    привести    к значительным погрешностям    во   взаимном   расположении   обработанных   при   этих   установках поверхностей. Для заготовок, полученных точным литьем и штамповкой, это правило не является обязательным.

Выбранная   черная   база  должна  обеспечивать  равномерное          распределение припуска при  дальнейшей  обработке  и  наиболее  точно,  взаимное  расположение обработанных и не обработанных поверхностей деталей.

На первых операциях технологического процесса обрабатывают базы (обычно это основные плоские поверхности, отверстия детали). В тех случаях, когда поверхности детали не удовлетворяют требованиям, предъявляемым к базам, и по своим размерам, формам или расположению не могут обеспечить устойчивой установки, на детали создают искусственные базы (центровые отверстия, платики, выточки или отверстия).

Погрешностью  базирования называется разность предельных расстояний от измерительной базы заготовки до установленного на размер инструмента. Погрешность базирования  возникает при не совмещении измерительной и технологической базы; она определяется для конкретного выполняемого размера при данной схеме установки.

Установочной черновой базой на первой токарной операции является торец и наружный диаметр заготовки.

На чистовой токарной, а также зубофрезерной и шевинговальной операциях базой является окончательно обработанное отверстие со шпоночным пазом (на чертеже база А).

Базирование по отверстию должно обеспечить получение наиболее точных размеров, связывающих диаметр начальной окружности с центром базового отверстия, а также выдержать торцевые и радиальные биения торцов колеса и зубчатого венца.

1.8. Обоснование и выбор методов обработки

Заданные формы, размеры и качество поверхностей деталей машин достигаются в основном обработкой резанием; обработку резанием разделяют на обдирочную, черновую, получистовую и чистовую. Черновую обработку используют для заготовок, подвергавшихся обдирке, для крупных штампованных заготовок 2 и 3-й групп точности и для крупных отливок 2-го класса точности. В первом случае достигается 7 – 9-й класс, а во втором        7 – 5-й класс точности. Шероховатость поверхности                  Ra = 100 – 25 мкм.

Получистовую обработку применяют, когда при черновой обработке не может быть удален весь припуск или когда к точности геометрических форм обрабатываемой заготовки и пространственным отклонением ее элементов предъявляются повышенные требования. При получистовой обработке выдерживают 4 – 5-й класс точности и шероховатость поверхностей                 Ra = 50 – 12,5 мкм.

Чистовую обработку применяют либо как окончательную, либо как промежуточную под последующую отделку. Она обеспечивает 4 – За класс точности и шероховатость поверхности Ra = 12,5 – 2,5 мкм.

Тонкую обработку резцами применяют как метод окончательной отделки наружных и внутренних цилиндрических поверхностей, заменяющий шлифование, и осуществляют при высоких скоростях резания, малых глубинах резания (0,05 – 0,5 мм) и малых подачах (0,05 – 0,15 мм/об) на специальных станках. Тонкое точение и растачивание обеспечивает 2а – 2-й класс точности и шероховатость Ra = 1,0 – 0,32 мкм. Тонкая обработка широкими резцами обеспечивает 2а и 3-й класс точности и шероховатость                     Ra = 2,5 – 0,63 мкм.

В проектируемом техпроцессе в качестве заготовки используется

отливка из стали, за счет чего техпроцесс значительно упрощается. Пропадают операции: сверлильная, термическая, комплектование, контрольная, две слесарные и две транспортные.

Все поверхности червячного колеса подвергаются лезвийной обработке.

При токарной обработке выполняются черновая и чистовая операции. При черновой токарной операции выполняется подрезка торцов, обточка наружного диаметра и растачивание отверстия. При этом черновой базой является торец и наружный диаметр заготовки. При чистовой токарной операции выполняется окончательная подрезка торцов, а также проточка сферы под нарезание зубьев.

Для выполнения шпоночного паза применяется вертикальное протягивание, а для подготовки базы А (отверстия) применяется хонингование.

Для получения окончательных размеров и чистоты поверхности зубьев применяется операция шевингование. Также эта операция заменяет слесарную операцию по удалению заусенцев после зубообработки.  

1.9. Обоснование и выбор оборудования

Устанавливая при проектировании технологического процесса план и метод обработки деталей, одновременно указывают, на каком станке будет выполняться операция, и приводят его характеристику: наименование станка, название завода-изготовителя, модель и основные размеры.

При проектировании технологических процессов руководствуются паспортами станков. Паспорт дает полную характеристику станка, определяющую его производственные возможности и техническое состояние, если он находится в эксплуатации.

Выбор типа станка осуществляется на основе следующих соображений:

1. соответствие      основных     размеров      станка     габаритным     размерам обрабатываемой  детали  или  нескольких  одновременно   обрабатываемых деталей;

2. соответствие производительности станка количеству деталей, подлежащих обработке в течение года;

3. возможно более полное использование станка по мощности и по времени;

4. наименьшая затрата времени на обработку;

5. наименьшая себестоимость обработки;

6. наименьшая отпускная цена станка;

7. реальная возможность приобретения того или другого станка;

8. необходимость использования имеющихся станков.

В экономике технологического процесса большое значение имеет производительность станка, так как станок, как уже указывалось, должен полностью использоваться по времени. В связи с этим следует помнить, что применение специальных, агрегатных и других высокопроизводительных станков должно быть экономически обосновано. Использование таких станков в мелкосерийном как правило, всегда нецелесообразно и экономически невыгодно.

Главной и основной задачей современного станкостроения является достижение наименьшего времени обработки, наибольшей точности и наименьшей себестоимости обработки с обеспечением по возможности наибольшей автоматизации.

Решающим фактором при выборе того или другого станка (если выполнение данной операции возможно на разных станках, обеспечивающих удовлетворение технических требований к детали) является экономичность процесса обработки.

На токарных операциях используется станок HAAS SL-10. Использование этого токарного станка с ЧПУ целесообразно, так как он позволяет получить точность размеров, заданных на чертеже, а также добиться шероховатости поверхности торцов Ra 2,5.

Технические характеристики станка HAAS SL-10:

Таблица 1.2.

Параметры

Значение

Наибольший диаметр обрабатываемой детали над станиной, мм

413

Наибольший диаметр обрабатываемой детали над суппортом, мм

203

Расстояние между центрами, мм

419

Максимальная длина обработки, мм

356

Частота вращения шпинделя, об/мин

0-6000

Мощность электродвигателя главного движения, кВт

11,2

Максимальный крутящий момент, Нм

102

Число позиций револьверной головки

12

Габарит, мм

5700х1500

Масса, кг

2500

Для получения шпоночного паза используется вертикально-протяжной станок 7Б520.

Технические характеристики станка 7Б520.

Таблица 1.3.

Технические характеристики 

Значения 

Номинальное тяговое усилие, кН

250

Наибольшая длина хода рабочих салазок, мм

1600

Наибольшие размеры инструмента, устанавливаемого на станке (протяжка в сборе с плитой), мм

- ширина

500

- высота

195

Тип столов

подводной

Скорость рабочего хода, м/мин

1,5-13

Рекомендуемая скорость обратного хода, м/мин

14

Мощность электродвигателя главного привода, кВт

37

Суммарная мощность электродвигателей, кВт

47,43

Габаритные размеры, мм

длина

3850

высота

3158

ширина

4415

Масса, кг

17400

Для обработки зубьев используется зубофрезерный станок 5К32.

Техническое описание станка 5К32.

 Станок предназначен для нарезания цилиндрических зубчатых колес с прямыми и косыми зубьями и для нарезания червячных колес как методом радиальной, так и методом тангенциальной подачи. При наличии специальных приспособлений возможно нарезание шестерен внутреннего зацепления.
Станок работает по методу обкатки, т.е. механического воспроизводства зацепления червяка (червячной фрезы) с колесом (заготовкой). Червячная фреза соответствующего модуля и диаметра закрепляется на оправке в шпинделе фрезерного суппорта.
Обрабатываемая деталь или комплект одновременно обрабатываемых деталей устанавливается на оправке в шпинделе стола, а при больших размерах колес – непосредственно на столе станка.
Червячной фрезе и заготовке принудительно сообщают вращательные движения с такими угловыми скоростями, которые они имели бы, находясь в действительном зацеплении.
При нарезании колес с прямыми зубьями ось шпинделя фрезерного суппорта устанавливается под углом к горизонтальной плоскости, равным углу подъема винтовой линии червячной фрезы. Для нарезания колес с косыми зубьями ось шпинделя фрезерной бабки устанавливается под углом, равным сумме или разности углов наклона зубьев колеса и подъема винтовой линии фрезы в зависимости от сочетания направлений винтовых линий зубьев и витков фрезы.
Нарезание цилиндрических колес производится с вертикальной подачей фрезерного суппорта.
Для обеспечения возможности фрезерования колес попутным методом на станке модели 5К32 предусмотрено нагрузочное гидравлическое устройство.
Гидравлическое поджимное устройство состоит из неподвижного штока с поршнем и цилиндра, связанного с салазками фрезерного суппорта. При фрезеровании попутным методом масло подводится в верхнюю полость цилиндра противовеса и поджимает противовес вместе с фрезерным суппортом вверх, устраняя возможность произвольного перемещения фрезерной бабки под действием усилий в пределах зазора между резьбой винта вертикальной подачи и маточной гайки.
При нарезании червячных колес методом радиальной подачи используются цилиндрические червячные фрезы. Движение подачи сообщают подвижной стойке в радиальном направлении до тех пор, пока расстояние между осями фрезы и заготовками не станет равным межцентровому расстоянию передачи.
В случае нарезания червячных колес методом тангенциальной подачи применяются червячные фрезы с конической заборной частью, которые при настройке станка устанавливают сразу на заданное межцентровое расстояние; подачу при этом сообщают протяжному суппорту с червячной фрезой вдоль ее оси. Этот метод нарезания является более точным.


Таблица 1.4.

Параметр

Значение

Наибольший диаметр нарезаемых колес, мм

800

Пределы модулей зубьев нарезаемых колес, мм.:

по стали 2-8

по чугуну 2-6

Наибольший угол наклона зуба нарезаемых колес, ˚С

±60

Наибольшая ширина нарезаемых колес, мм

275

Наибольший диаметр фрезы, мм

120

Пределы чисел оборотов шпинделя в минуту

47,5-192

Пределы подач за оборот стола, мм.

вертикальных  0,1-1

радиальных 0,5-3

Мощность главного электродвигателя, кВт

2


1.10. Обоснование и выбор инструмента

Одновременно с выбором станка и приспособления для каждой операции выбирается необходимый режущий инструмент, обеспечивающий достижение наибольшей производительности, требуемых точности и класса шероховатости обработанной поверхности; указываются краткая характеристика инструмента, наименование и размер, марка материала и номер стандарта или нормали в случае применения стандартного или соответственно нормализованного инструмента.

Затраты на инструмент входят в себестоимость обработки (по статьи накладных расходов), поэтому, выбирая инструмент в соответствии с принятым методом обработки, необходимо стремиться к полному использованию его режущих свойств.

Для обработки чугуна, цветных металлов и неметаллических материалов применяют вольфрамовые сплавы.

Инструментальные стали широко применяются:

1. при невозможности полностью использовать режущие свойства твердых сплавов в связи с малой мощностью и недостаточными оборотами станка, несбалансированностью детали и др.;

2. для сложных и фасонных инструментов;

3. для инструментов, работающих на низких скоростях резания (например, при ручных работах). Самой распространенной из инструментальных сталей является быстрорежущая. Легированные стали, незначительно деформирующиеся при термической обработке, рекомендуются для фасонных инструментов сложной конфигурации, работающих на низких скоростях резания, а также при не шлифованном профиле.

Алмазы применяются для чистовой отделочной обработки при высоких скоростях резания.

Все виды режущего инструмента состоят из 2-х основных частей – рабочей части, содержащей лезвия и выглаживатели (при их наличии), и крепежной части, предназначенной для установки и крепления режущего инструмента в технологическом оборудовании или приспособлением.

Для  режущего инструмента характерен износ по задней поверхности при малых подачах и обработке хрупких материалов (таких как чугун). По мере увеличения скорости резания и подачи появляется износ передней поверхности в виде лунки. Износ по задней поверхности – основная причина потери инструментом его режущих свойств.

Рабочая часть режущего инструмента, применяемого при токарной обработке поверхностей червячного колеса, изготовлена из твердого сплава ВК6.

Режущая часть протяжки изготовлена из быстрорежущей стали Р6М5.

Бруски для хон-головки: 24А 6-5 СТ1-СТ2 К

Для нарезки зубьев используется червячная фреза из инструментальной стали Р18.

Для шевингования зубьев используется специальный инструмент – червячный шевер из быстрорежущей стали Р6М5, о котором будет рассказано позже.  

1.11. Анализ средств и методов контроля, заданных чертежом параметров изделия

При выборе и установлении метода обработки наряду с режущим инструментом  указывается измерительный инструмент, необходимый  для измерения детали в процессе ее обработки или после нее с краткой его характеристикой: наименование, тип, размер.

В серийном и массовом производстве с частой повторяемостью деталей одних и тех же размеров применяется специальный измерительный инструмент – калибры и шаблоны, а также измерительные приспособления, приборы, автоматические устройства. Измерительный инструмент выбирается в зависимости от вида измеряемой поверхности и требуемой точности.

Контроль заданных размеров для червячного колеса осуществляется контролёрами ОТК с помощью пробок, калибров, шаблонов и контрольного стенда. Биения измеряются с помощью индикатора, закрепленного на штативе.

На контрольную операцию технологического процесса идет время также как и на основные операции технологического процесса, поскольку работнику ОТК приходиться промерять детали.

На контрольном стенде червячное колесо проверяется в паре с червячным валом. Детали садятся на специальные втулки и вводятся в зацепление, и измеряется пятно контакта.

1.12. Обоснование выбора средств транспортировки изделия

В технологическом процессе транспортные операции играют

важную роль. Межоперационные транспортные устройства обеспечивают:

1. надежную бесперебойную передачу деталей от станка к станку;

2. возможность размещения на них деталей, накапливающихся перед станком в период остановки станка на подналадку или на ремонт;

3. быструю и легкую передачу деталей от станка к станку.

В нашем техпроцессе детали укладываются в тару размерами 400х600х800 и  перемещаются с помощью крана-балки грузоподъемностью 5 тонн.


1.13. Карта технологического маршрута обработки червячного колеса

Базовый техпроцесс

Проектируемый техпроцесс

№ опер.

Наимен.

Операции

Обору-

дование

Приспо-

собления

Реж.

инстр.

Средства измер.

опер.

Наимен.

Операции

Обору-

дование

Приспо-

собления

Реж.

Инстр.

Средства измер.

005

Комплектование

Стол цеховой

005

Токарная

HAAS

SL-10

Резцы

Штанген

циркуль.

010

Трансп.

Кр.бал

ка

010

Токарная

HAAS

SL-10

Резцы

Штанген

циркуль,

нутроиер.

015

Термичес кая

Электро печь СНО-6.12.4/10

015

Токарная

HAAS

SL-10

Резцы

Штанген

Циркуль, микрометр,

индикатор.

020

Слесарная

Пресс пневматический ПММ-125

020

Трансп.

Кр.бал

ка

025

Трансп.

Кр.бал

ка

025

Контроль

Стол

ОТК

Штанген

циркуль,

микрометр,

нутромер.

030

Сверлильная

2Н125

Сверло

Калибр-пробка ТИМ-1211  

030

Трансп.

Кр.бал

ка

035

Слесарная

Стол цеховой

035

Протяж-

ная

7Б520

Адаптор

ИВ-2062

Протяжка

Штанген

циркуль,

калибр

ИМ-2062.

040

Токарная

HAAS

SL-10

Резцы

Штанген

циркуль

040

Трансп.

Кр.бал

ка

045

Токарная

HAAS

SL-10

Резцы

Штанген

циркуль

045

Хонинго-

Вальная

3М83

Хон-бруски

Калибр-

пробка

ИМ-2070.

050

Токарная

HAAS

SL-10

Резцы

Штанген

циркуль

050

Трансп.

Кр.бал

ка

055

Трансп.

Кр.бал

ка

055

Токарная

HAAS

SL-10

Оправка

ИВ-1854

Резцы

Скоба

ИМ-2064,

Шаблон

ИМ-2076,

индикатор.

060

Слесарная

Стол цеховой

060

Трансп.

Кр.бал

ка

065

Контроль

Стол

ОТК

Штанген

циркуль,

микро метр,

нутромер

065

Контроль

Стол

ОТК

Скоба

ИМ-2064,

Шаблон

ИМ-2076,

индикатор,

Калибр-

пробка

ИМ-2070,

микрометр.

070

Трансп.

Кр.бал

ка.

070

Трансп.

Кр.бал

ка

075

Протяж-

ная

7Б520

Адаптор

ИВ-2062

Протяжка

Штанген

циркуль,

калибр

ИМ-2062.

075

Зубофре-

зерная

5К32

Оправки

ИВ-1974,

ИВ-2044

Фреза

червячная

индикатор,

штанген

циркуль.

080

Трансп.

Кр.бал

ка.

080

Шевинго-

вальная

5К32

Оправки

ИВ-1974,

ИВ-2044

Шейвер червячный

085

Хонинго-

Вальная

3М83

Хон-бруски

Калибр-

пробка

ИМ-2070.

085

Трансп.

Кр.бал

ка

090

Трансп.

Кр.бал

ка

090

Контроль

Стол

ОТК

Стенд

НО 2284

095

Токарная

HAAS

SL-10

Оправка

ИВ-1854

Резцы

Скоба

ИМ-2064,

Шаблон

ИМ-2076,

Индикатор

100

Трансп.

Кр.бал

ка

105

Контроль

Стол

ОТК

Скоба

ИМ-2064,

Шаблон

ИМ-2076,

Индика тор,

Калибр-

пробка

ИМ-2070,

Микро метр.

110

Трансп.

Кр.бал

ка

115

Зубофре-

зерная

5К32

Оправки

ИВ-1974,

ИВ-2044

Фреза

червячная

Индика тор,

штанген

циркуль.

120

Трансп.

Кр.бал

ка

125

Контроль

Стол

ОТК

Стенд

НО 2284

ПРОЕКТНЫЙ КОМПЛЕКТ ДОКУМЕНТОВ

НА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС

МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЧЕРВЯЧНОГО

КОЛЕСА РЕДУКТОРА ПРИВОДА КАБИНЫ ЛИФТА


1.14. Расчёт режимов резания

Операция 005 Токарная, оборудование – токарный станок с ЧПУ

HAAS SL-10.

Заготовка – отливка, материал сталь 45, НВ 220.

Определяем длину рабочего хода по формуле:

Lр.х.=Lрез.+y+Lдоп.

  1.  Точить торец, выдерживая 46,5.

Lр.х.1=20+10=30мм.

  1.  Точить наружную поверхность, выдерживая Ǿ147.

Lр.х.2=35+10=45мм.

  1.  Точить торец, выдерживая 32.

Lр.х.3=33,5+2=35,5мм.

  1.  Точить наружную поверхность, выдерживая Ǿ80.

Lр.х.4=7,5+2=9,5мм.

Lр.х.= Lр.х.1+ Lр.х.2+ Lр.х.3+ Lр.х.4=30+45+35,5+9,5=120мм.

Назначение подачи револьверной головки на оборот шпинделя S0 в мм/об. Справочник «Режимы резания металлов» под ред. Ю.В. Барановского. Карта Т-2 стр. 23.

S0 = 0,35 мм/об.

Назначаем стойкость инструмента по нормативам, карта Т-3, стр.26,

Тр в минутах – 60 минут.

Расчет скорости резания V м/мин. и число оборотов шпинделя n в минуту.

Определяем рекомендуемую скорость резания по нормативам карта Т-4 стр.29-34 Справочник «Режимы резания металлов» под ред. Ю.В. Барановского.

V таб. = 160 м/мин.

Определяем рекомендуемую скорость резания по формуле:

V = V таб. К1К2К3= 160 0,91,41,0 = 201,6 м/мин., где

К1 – коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала.

К2 – коэффициент, зависящий от стойкости инструмента и марки твердого сплава, ВК6.

К3 – коэффициент, зависящий от вида обработки – простое точение.

Определяем рекомендуемую частоту вращения шпинделя по формуле:

По паспорту станка принимаем n = 450 мин-1

Рекомендуется частоту вращения шпинделя принимать по паспорту станка с приближением 10%.

Определяем действительную скорость резания по формуле:

Определяем силу резания и мощность резания по карте Т5 с.35

,

где  - коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала,  - коэффициент, зависящий от скорости резания и переднего угла при точении твердосплавным инструментом.

=180 Н.

Н.

Рассчитываем мощность резания:

Расчет основного машинного времени обработки:

Операция 025 Протяжная, оборудование – протяжной станок 7Б520

Заготовка – отливка, материал сталь 45, НВ 220.

     1. Периметр резания

ΣВ=В∙z1/zc

В – длина обрабатываемого контура заготовки, мм

zc – число зубьев в секции протяжки (zc=1)

z1l/t – наибольшее число одновременно режущих зубьев.

z1=45/14=3,2    принимаем 3

ΣВ=(16+4+4)∙3/1=72

2. Подача Sz=0,15 мм/зуб – из конструкции протяжки.

  1.  Скорость резания V=6 м/мин – по табл.

Группа скорости резания для стали НВ 220 – II

  1.  Сила резания

Рz=Р∙ ΣВ Н.

Р=303 Н – из табл.

Рz=303∙72=21816 Н.

  1.  Длина резания

L=l+l1+l2+l3 мм.

l – длина обрабатываемой поверхности, мм.

l1 – величина врезания, мм

l2 – величина перебега, мм

l3 – величина дополнительной длины для взятия стружки, мм.

L= 45+10=55 мм.

  1.  Основное время

Т=L/S  мин.

S – длина пути инструмента в 1 мин, мм.

S=Szzn

n – число двойных ходов

n=55.

S=0,15∙60∙55=540

=55/540=0,10 мин.

Операция 075 Зубофрезерная, оборудование – зубофрезерный станок 5К32.

Заготовка – отливка, материал сталь 45, НВ 220.

Определяем длину рабочего хода по формуле (карта З-1 стр.139):

Lр.х.=Lрез.+y+Lдоп.

y=17мм. (Приложение 3).

Lр.х.=32+17=49мм.

Назначение подачи:

Справочник «Режимы резания металлов» под ред. Ю.В. Барановского. Карта З-2 стр. 148.

S0 = 2,1 мм/об.

Расчет скорости резания V м/мин. и число оборотов фрезы n в минуту.

Определяем рекомендуемую скорость резания по нормативам карта З-2 стр. 148-149 Справочник «Режимы резания металлов» под ред. Ю.В. Барановского.

V таб. = 60 м/мин.

Определяем рекомендуемую скорость резания по формуле:

V = V таб. К1К2= 601,41,0 = 84 м/мин., где

К1 – коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала.

К2 – коэффициент, зависящий от стойкости инструмента.

Определяем рекомендуемую частоту вращения шпинделя по формуле:

По паспорту станка принимаем n = 180 мин-1

Определяем действительную скорость резания по формуле:

Расчет основного машинного времени обработки:

,

где – число зубьев детали,

- число заходов фрезы,

- количество одновременно обрабатываемых деталей.

Нормирование операции 005:

Сумма основного и вспомогательного времени составляет время оперативной работы.

Норма штучного времени определяется по формуле:

ТШТ. = ТО + ТВ + ТОБС. + ТОТД. мин.

ТО – основное машинное (технологическое) время, мин.

ТВ – вспомогательное время, мин.

ТОБС. – время обслуживания рабочего места, мин.

ТОТД. – время на отдых и естественные надобности, мин.

Максимальное основное (технологическое) время механической обработки  составляет ТО = 0,76 минут.

Вспомогательное время складывается из следующих элементов, определяемых по таблицам нормативов (Общемашиностроительные нормативы режимов резания и времени на механическую обработку):

время на установку, крепления и открепления и снятие деталей;

время на установку и снятие инструмента;

время на установку и снятие вспомогательного инструмента;

время на отдельные приёмы, связанные с выполнением операции;

время на очистку от стружки инструмента и посадочных поверхностей приспособления;

время на контрольные промеры.

Значения всех этих составляющих приводятся в соответствующем нормативном справочнике.

Вспомогательное время для данной операции по нормативным документам составляет ТВ = 0,064 минуты.

Время на обслуживание рабочего места. Нормативы этого времени установлены в процентном отношении от операционного времени и предусматривают выполнение следующей работы.

По техническому обслуживанию рабочего места:

смену инструмента вследствие затупления;

регулировку, смазку и подналадку станка в процессе работы;

сметание стружки в процессе работы.

По организационному обслуживанию рабочего места:

осмотр и опробование оборудования;

заливку охлаждающей жидкости в процессе работы;

раскладку инструмента в начале работы и уборку его по окончании работы;

смазку и очистку станка;

получение инструктажа в течение рабочего дня.

, мин,

Где аОБС. – величина процента от оперативного времени (принимается по нормативам).

Время на отдых и естественные надобности рассчитываются по формуле:

, мин

Где аОТД. – величина процента от оперативного времени (принимается по нормативам).

Тогда штучное время операции:

ТШТ. = ТО + ТВ + ТОБС. + ТОТД. = 0,76 +0,064 + 0,098 + 0,066 = 0,988 мин.

1.15. Расчет припусков и предельных размеров на обработку изделия. Схемы припусков. Карта расчета припусков

Припуск – слой металла, удаляемый с поверхности заготовки  в целях достижения заданных свойств обрабатываемой поверхности детали.

материал: Сталь 45;

отливка: 2 класса точности;

обрабатываемый размер:  Ø .

Определение     Rz, h, sy  для каждого перехода

Rz+h = 500мкм   

мкм

Ey=0

1. Черновое растачивание

Rz  = 100 мкм         

h = 100мкм         

W = l мм/н

Cy = 0,045

S = 0,35 мм/об

НВ = 220

t = (0,1+0,4)/2

Δпр = 269 мкм = 0,269 мм

у = 0,75    

n = 1,3        

х = 1      

мкм

Еу = 250    (42,13)

2. Получистовое растачивание

Rz =  50 мкм

Δ = 0 (в связи с закономерным уменьшением на следующем переходе пренебрегаем)

h = 0 (исключают для стали после первого перехода)

Еy = 0,06

Еуинд = 0,06 – 200 + 50 = 65 мкм

3. Чистовое растачивание

Rz = 25 мкм            

Δ = 0 (см п.2)

h = 0 (см п.2)

Еу = Еинд = 50 мкм

4. Хонингование

Rz = 5 мкм                   

Δ = 0 (см п.2)

h = 0 (см п.2)

Rz = 15 мкм                  

полученные значения сведены в карту припусков.

Расчет минимальных припусков по переходам

1)  мкм

2)  мкм

3)  мкм

4)  мкм

полученные значения сведены в таблицу (графа расчётный припуск).

Расчёт минимальных размеров

4) Ø

Dmax4 = 50,025 мм

3) Dmaxi – 1 = Dmaxi – 2Zmini

   Dmax3 = 50,025 – 2 · 40 = 49,945 мм

2) Dmax2 = 49,945 – 2 · 100 = 49,745 мм

l) Dmaxl = 49,745 – 2 · 266 = 49,213 мм

заготовка: Dmax = 49,213 – 2 · 1168 = 46,877 мм

Предельные размеры заготовки по переходам.

Определяются:

Наибольшие предельные размеры по всем тех. переходам округляют уменьшением их до того же знака десятичной дроби, с каким дан допуск на размер для каждого перехода. Наибольшие предельные размеры определяют вычитанием допуска из округленного наибольшего предельного размера.

Предельные значения припусков

Определяются:     Zmax как разность наименьших размеров,

 Zmin как разность наибольших пр. размеров выполняемого  и предшествующего переходов.

Проверка

Tds – Тdд = 2Z0max – 2Z0min,

где

 

800 – 30 = 770 = 3949 – 3179 = 770 следовательно расчет верен. Окончательный размер Ø46-0.8.


МГИУ

Карта расчета припусков на обработку и предельных

размеров по технологическим переходам

Группа: 11121

Факультет АФ

Наименование детали:

Червячное колесо

Студент:

Иваченков Е.И.

Вид заготовки: Отливка 9т класса точности

Марка материала: сталь 45

Элементарнаявповерхностьвдетали.уу               Технологический маршрут обработки

поверхности детали по переходам об-работки.

Элементы припуска, мкм

Расчетныйвприпуск,

мкм

Расчетный

размер, мм

Допуск,

мкм

Принятые (округ-  ленные) размеры заготовки по пе-реходам, мм

Полученные предельные значения припусков

При-меча-ние

Rz

h

Δ

ε

Наиб.

Наим.

Наиб.

Наим.

Заготовка

800

0

269

46,88

800

46,8

46,0

Растачивание

1. Черновое

100

100

6

250

2·1168

49,213

460

49,213

48,753

2700

2360

2. Получистовое

50

65

2·266

49,745

300

49,745

49,445

600

440

3. Чистовое

25

50

2·100

49,945

120

49,945

49,825

470

290

4. Хонингование

5

5

2·40

50,025

25

50,025

50,0

179

89

Сумма:

3949

3179


1.16. Анализ эффективности внесенных изменений в      базовый тех. процесс

В новом технологическом процессе предлагается замена вида заготовки. В базовом тех.процессе деталь червячное колесо делается из двух заготовок: стальной ступицы и бронзового венца. Предлагается в качестве заготовки использовать стальную отливку. Применение такой заготовки позволяет сократить тех.процесс на семь операций. Пропадает необходимость комплектования заготовок; нагрев бронзового венца; запрессовка ступицы в венец; сверловка отверстий и нарезка резьбы; закрепление венца на ступице болтами и срубка головок болтов; а также две транспортные операции.

  Но для достижения необходимой точности и чистоты поверхности зубьев колеса предполагается ввести операцию шевингования зубьев. Инструментом для шевингования является специальный режущий инструмент – червячный шевер.

1.17. Описание червячного шевера (спец.вопрос)

1.17.1. Кинематический анализ червячной передачи

 Реализация процесса шевингования основывается на использовании эффекта скольжения контактирующих поверхностей в червячной передаче. В процессе резания скольжение является необходимым условием для срезания стружки шевером с зубчатой поверхности заготовки.

При рассмотрении составляющих вектора относительного движения звеньев передачи в контактной точке на витке производящей поверхности червяка различные исследователи по разному определяют скорость скольжения.  Скорость скольжения направлена по касательной к линии витка червяка (рисунок 1).

                                                ,                   зуб колеса        виток червяка

где   - окружная скорость червяка на начальном диаметре в м/с.

 В справочнике инструментальщика под скоростью резания при шевинговании цилиндрических зубчатых колес дисковым шевером принимается скорость бокового скольжения зубьев шевера относительно зубьев колеса.

,

где   - межосевой угол шевера и колеса;

- окружная скорость шевера.

 При этом скорость скольжения в отличие от червячной передачи сообщается цилиндрическому колесу дополнительно.

В зубчатых передачах скорости скольжения перпендикулярны контактным линиям (прямозубые передачи) или близки к перпендикулярам (косозубые передачи). Между тем, а червячных передачах в средней части зуба червячного колеса имеется зона, в которой скольжение происходит вдоль контактных линий (рисунок 2), где цифрами 1, 2, 3 отмечены контактные линии в их последовательном положении в процессе зацепления и скорости скольжения  в некоторых точках (направление близко к направлению окружной скорости червяка ). Зона, в которой направление  совпадает с направлением контактных линий, заштрихована.

При этом необходимо отметить, что контактные линии могут быть:

- воспроизводимые при свободном обкате;

- теоретические, т.е. получаемые в      станочном зацеплении.

Неблагоприятное направление скорости скольжения служит причиной пониженного КПД червячной передачи, повышенного износа и склонности к заеданию.

Рассмотрим червяки на наличие кинематических задних углов.

Рисунок 3 – схема к определению

Геометрических параметров червяка

В качестве примера рассмотрим червяк ZA, m=10, =1, =20°, =125 мм, направление линии витка правое.

Возьмем на профиле червяка N=10 точек (рисунок 3) и рассчитаем для них диаметры  и углы подъема витка червяка . Данные расчета сведем в таблицу.

Таблица 1.5. – диаметры , углы подъема витка червяка

и кинематические задние углы на правой и левой

боковых сторонах.

N

, мм

, град

,град

,град

0

70

8,130102

0,483757

0,483754

1

75,5

7,544929

0,449779

0,449776

2

81

7,037941

0,420188

0,420185

3

86,5

6,594515

0,394199

0,394196

4

92

6,203448

0,452081

0,371197

5

97,5

5,856014

0,350710

0,350707

6

103

5,545317

0,332342

0,332339

7

108,5

5,266840

0,315786

0,315783

8

114

5,013113

0,300790

0,300787

9

119,5

4,783481

0,287143

0,287140

10

125

4,573921

0,274673

0,242741

Зависимость угла подъема витка  от диаметра  покажем на графике. Из него видно, что угол подъема витка  уменьшается при увеличении диаметра .                                                                      

Зависимость кинематических задних углов от диаметра окружности, на которой лежит точка, представлена на рисунке 5.

Анализ графика показал, что кинематические углы на левом боковом профиле меньше чем на правом профиле и с возрастанием диаметра червяка кинематические углы уменьшаются.                                               Рисунок 4 – зависимость угла             

                                                                                        Подъема витка  от диаметра .

Расчет составляющих скорости результирующего движения  при частоте вращения червяка =500об/мин (таблица 1.6.) показал, что при постоянной частоте вращения червяка окружные и результирующие скорости имеют переменное значение по высоте витка, а соответственно и переменными будут кинематические задние углы и скорости скольжения в контактных точках.

N

,м/мин

,м/мин

,м/мин

0

109,955

15,708

111,072

1

118,595

15,708

119,631

2

127,235

15,708

128,200

3

135,874

15,708

136,779

4

144,513

15,708

145,364

5

153,153

15,708

153,956

6

161,792

15,708

162,553

7

170,431

15,708

171,154

8

179,071

15,708

179,758

9

187,710

15,708

188,366

10

196,350

15,708

196,977

Таблица 1.6. – составляющие скорости

результирующего движения

Рисунок 5 – зависимость кинема-

тических задних углов от

диаметра окружности                             

Анализ кинематических задних углов для червяков ZA, m=10, =1, =20°, =125 мм, направление линии витка правое, с числом заходов

=1 (см.табл. 1.5.) и =2, =3 (см. табл. 1.7.) и графики на рисунках 5 и 6 позволяют сделать следующие выводы:                                                 - с увеличением угла подъема витка, то есть числа его заходов, кинемати- ческие задние углы в контактных точках увеличиваются;                             - задние углы в точках контакта переменны по высоте витка, т.е. у                Рисунок 6 – графики изменения кинема- основания витка они больше, а на         тических задних углов                    вершине – меньше примерно в два раза;                                                                - на правой и левой сторонах витка величина углов примерно одинакова;        - наличие задних углов в точках контакта свидетельствует о возможности использования их в качестве углов резания при изготовлении специального инструмента – червячного шевера.      

Таблица 1.7. – изменение задних

углов у стружечных канавок 

N

, мм

=2

=3

,град

,град

,град

,град

0

70

0,912775

0,912774

1,251178

1,251176

1

75,5

0,855295

0,855293

1,186093

1,186092

2

81

0,802388

0,802386

1,120796

1,120794

3

86,5

0,758406

0,758406

1,069781

1,069779

4

92

0,714766

0,714763

1,011559

1,011558

5

97,5

0,680187

0,680187

0,971283

0,971282

6

103

0,645093

0,645090

0,923617

0,923616

7

108,5

0,616014

0,616014

0,887580

0,887579

8

114

0,588308

0,588306

0,851146

0,851145

9

119,5

0,563666

0,563664

0,819456

0,819455

10

125

0,539066

0,539065

0,784141

0,784140

 

При принятии решения о возможности использования червяка в качестве производящего для проектируемого инструмента, в частности при определении величины задних кинематических углов, получено уравнение прогрессии по методу наименьших квадратов по данным таблиц 1.5., 1.6. и 1.7. Зависимость кинематических задних углов от числа заходов червяка  и диаметра  приближенно можно определить по формуле:

.

1.17.2. Определение параметров стружечных канавок

Особенностью стружечных канавок червячного шевера является то, что они выполняются на винтовой поверхности. Основными расчетными параметрами канавок являются их направление и форма поперечного сечения, которые должны обеспечивать необходимые условия резания.

1.17.2.1. Направление стружечных канавок

У винтовых стружечных канавок винтовая линия начинается у основания витка червяка, а заканчивается на диаметре вершин червяка. Винтовой параметр линии, на которой расположены стружечные канавки, равен винтовому параметру червяка.

Уравнение винтовой линии имеет вид:

где  - переменный радиус витка червяка, на котором находится стружечная канавка, изменяется в диапазоне ;

- винтовой параметр;

- шаг винтовой линии.

С технологической точки зрения формообразование стружечных канавок наиболее удобно осуществлять:

- на токарном станке с ЧПУ летучим резцом при кинематической связи с винтовым движением. В результате стружечная канавка будет представлять собой гипоциклоиду;

- на универсально-фрезерном станке торцовой фрезой с получением дугообразной стружечной канавки.

При гипоциклоидальном направлении канавок гипоциклоида – кривая, описанная точкой, отстоящей на расстоянии  от центра круга радиуса , катящегося без скольжения по окружности  и остающегося внутри нее:

Анализ параметров гипоциклоид показал, что наиболее приемлимыми параметрами для проектирования шевера являются , , ,  при изменении  в диапазоне .

 

 

 а) прямолинейные стружечные канавки;

б) криволинейные стружечные канавки, выполненные по винтовой линии;

в) криволинейные стружечные канавки, выполненные по гипоциклоиде.

           Рисунок 7 – положение стружечных канавок на развертке винтовых линий.

Направление стружечных канавок влияет на условия резания и на кинематические задние углы, поэтому для наглядности рассмотрим расположение канавок на боковой винтовой поверхности, если они выполнены прямолинейными, винтовыми и гипоциклоидальными.     Влияние диаметра и шага стружечных канавок можно наблюдать на развертке винтовых линий (рисунок 7).

Из графиков видно, что для прямолинейных стружечных канавок изменение положений точек осуществляется прямолинейно от окружности впадин червяка с диаметром  до окружности вершин с диаметром  с частотой , где  - число стружечных канавок на расчетном шаге червяка (рисунок 7, а). Точки стружечной канавки, выполненной по винтовой линии, на боковой винтовой поверхности меняют свое положение с диаметра  до диаметра . Таким образом, положения точек стружечной канавки изменяются по винтовой линии переменного радиуса (рисунок 7, б).

Точки стружечной канавки, выполненной по гипоциклоиде, изменяют свое положение по дуге окружности, проходящей через три точки: две из них лежат на окружности диаметра , третья на диаметре .

1.17.2.2. Форма поперечного сечения стружечных канавок

При криволинейной форме стружечных канавок их количество и длина влияют на объем канавки, а соответственно на размещение стружки срезаемой в процессе шевингования. Объем канавки, ее профиль и плавность сопряжения

Рисунок 8 – канавки на зубьях шевера:

а – положение канавок;

б – канавки типа I;

в -  канавки типа II;

г – канавки типа III – трапецеидальные;

д – передние углы при обработке шеве-ром с канавками типа II;

е – передние углы при обработке шеве-ром с канавками типа I;

ж – то же при перемене направления вращения;

з – размер перемычки на вершине зуба.

должны выбираться таким образом, чтобы отделяемая стружка не пакетировалась, а свободно выходила.

В справочной литературе приводятся рекомендации по выполнению канавок на зубьях шеверов: с боковыми поверхностями в плоскостях, параллельных к торцовой плоскости шевера (рисунок 8, б); с боковыми поверхностями, нормальными к направлению зуба (рисунок 8, в) и наклонными к ней (рисунок 8, г). В зависимости от типа канавок на зубьях образуются передние углы различной величины. У шеверов с канавками типа I направление вращения и подачи влияет на величину переднего угла (рисунок 8, е, ж). У шеверов с канавками типа II при шевинговании, независимо от направления подачи и вращения (рисунок 8, д), на начальном цилиндре на всех режущих кромках угол . Преимуществом канавок типа II является простота их изготовления.

Ширина и глубина канавок должны быть достаточными для размещения стружки, поэтому на начальном этапе проектирования шевера новой конструкции примем =2 мм.

Недостаточная глубина канавок влечет некачественную обработку зубьев колеса, поэтому  должно быть больше величины припуска на толщину зуба червячных колес (для модуля =10 мм 03-0,4 мм). Примем  =2 мм.

1.17.3. Конструкция червячного шевера и схема формообразования

Разрабатываемый инструмент должен обеспечивать повышение точности обработки зубчатых колес за счет непрерывного контакта участков производящей поверхности между сеткой канавок, образующих режущие кромки, и калибрующей части при свободном обкате.

Шевер (рисунок 9) состоит из ступицы 1 и одно- или многозаходного зубчатого венца 2, в виде витка с профилем, определяемым видом зацепления. На витках выполнены стружечные канавки 3 (криволиней-ной) гипоциклоидальной формы.

Для обеспечения кинематичес-кого беззазорного взаимодействия с обрабатываемым колесом червяк имеет заходную конусную винтовую часть  (рисунок 10). Заходный конус выполняется также для уменьшения нагрузки, приходящиеся на крайние режущие кромки, и распределения ее   

           на другие кромки, рядом расположенные. По рекомендациям из справочной литературы длина заборного конуса  принимается, как правило, равной двум шагам, а угол конуса °.

Длина заборного конуса должна быть не меньше одного шага.

Угол конуса заходной части рассчитывается по формуле:

             ,

где  - припуск по дну впадины на чистовую обработку;

- осевой ход червяка.

Рабочая часть  выполня-ется цилиндрической винтовой с переменной толщиной витка вдоль оси шевера, что позволяет учесть припуск на чистовую обработку.

Червяк с переменной толщиной витка нарезается с двумя различными шагами. Первый шаг равен . Второй шаг  должен учитывать припуск , оставленный на чистовую обработку. Если необходимо срезать весь припуск за один рабочий ход червяка (шевера), то последний зуб на режущей части  должен иметь толщину, равную расчетной (). Таким образом, шаг  рассчитывается из пропорции:

.

Отсюда ,

где   - припуск на боковой стороне на чистовую обработку.

Окончательное формообразование профиля зуба колеса производится после прохода калибрующего витка, имеющего геометрические параметры, совпадающими с параметрами изделия.

Калибрующая часть  выполняется цилиндрической винтовой (зубья калибрующей части по толщине должны быть равны ширине по начальному цилиндру окружной впадине изделия), с одной стружечной канавкой, точки которой расположены вдоль линии зацепления.

В начале цикла обработки инструмент и червячное колесо устанавливают на заданное межосевое расстояние, инструмент путем осевого перемещения вводят в контакт с колесом, при отсутствии жесткой кинематической связи между ними. Затем инструменту придают вращательное движение, в результате чего он начинает вести деталь при однопрофильном контакте и поступательное движение, осуществляющее выборку зазора на участке заборного конуса  .

Для анализа процесса формообразова-ния боковых поверхностей зубьев колеса винтовой поверхностью червяка рассечем поверхность червяка осевыми плоскостями (рисунок 11). В среднем сечении колеса, то есть на межосевом перпендикуляре получим в станочном зацеплении схемы формообразо-вания заходной и рабочей частью шевера (рисунок 12).

Для участка с переменным шагом, то есть переменной толщиной витка схема формообразования строится следующим образом. Сначала в работу вступает сечение шевера – рейка 1 (рисунок 13) с толщиной витка, отличной от толщины витка  на , то есть , а затем рейка 2        и т.д. Толщина витка в различ-ных сечениях червяка рассчиты-вактся по формуле:

         .

Анализ схем формообразо-вания различными участками профиля показали, что в зоне с переменной толщиной витка правая и левая стороны зуба колеса имеют различные профили.

 

 

1.17.4. Выводы

  1.  На основе теории взаимоогибаемых поверхностей проведен анализ

кинематики процесса резания при шевинговании и получены зависимости, позволяющие определить составляющие скорости относительного движения звеньев в паре червячное колесо – червяк. При этом установлено влияние параметров червяка и колеса на величину и направление скорости скольжения в контактной точке в процессе станочного зацепления.

  1.  Численными расчетами подтверждено наличие кинематических

задних углов в контактных точках винтовой поверхности червяка, которые влияют на процесс скольжения в передаче. При примерно одинаковых величинах задних углов на боковых сторонах витка их значение уменьшается от основания витка к вершине примерно в два раза. Для однозаходного червяка с модулем 10 мм кинематический угол у основания составляет примерно 0,5°, двухзаходного – 0,9°, трехзаходного – 1,25°. Это свидетельствует о том, что при использовании винтовой поверхности червяка в качестве производящей для инструмента и расположения на ней стружечных  канавок, полученные кромки будут обладать режущими свойствами.

  1.  На основе регрессионного анализа получена зависимость для

расчета кинематических задних углов. Использование ее целесообразно при выборе формы направляющей линии стружечной канавки. Установлено, что наиболее удобными с технологической точки зрения являются винтовые, гипоциклоидальные и описанные по дуге окружности стружечные канавки.

  1.  С целью разделения припуска, оставленного на шевингование, на

части и обеспечения беззазорного контакта инструмента с колесом в начальный момент их зацепления предложено выполнять шевер с переменной толщиной витка на заходной части. Для анализа получаемого профиля колеса в сечении, проходящем через межосевой перпендикуляр, предложен вариант построения схемы профилирования для заходного, рабочего и калибрующего участков шевера.

  1.  На основе анализа зоны контакта червяка и колеса в станочном

зацеплении выведена зависимость определения площади контакта по боковым винтовым поверхностям, использование которой при известном направлении и количестве стружечных канавок позволяет рассчитать их ширину из условия сохранения червяком ведущих свойств, то есть без жесткой кинематической связи между ним и обрабатываемым колесом.

  1.  Экспериментальное исследование стружкообразования показало,

что большое значение на форму и размеры стружки оказывает толщина срезаемого слоя, положение контактной точки и угол наклона режущей кромки к направлению вектора скорости результирующего движения. По мере срезания стружки она переходит из элементного состояния у вершины витка в спиралеобразное у его основания. При толщине срезаемого слоя более 0,03 мм стружка при перемещении вдоль стружечной канавки может пакетироваться в зоне основания витка.

2. Конструкторская часть

2.1. Режущий инструмент

Токарные резцы.

Токарные резцы предназначены для обработки наружных и внутренних поверхностей. Они применяются для обработки поверхностей, цилиндрических и фасонных, нарезания резьбы и т.д.

Выполнение различных работ резцами на станках токарных групп.

Есть Прямые резцы и Отогнутые резцы.


Виды токарных резцов.

Наружное обтачивание

Подрезание уступа.

Прорезание канавки.

Обтачивание радиусной галтели.

Растачивание отверстия.

Резцы с твердосплавными пластинами – Т15К6

Свёрла предназначены для сверления отверстий в сплошном материале, для рассверливания уже имеющихся отверстий, для сверления конических углублений, например, для центров.

 

Наиболее применимы спиральные свёрла.

Соотношение длины и диаметра не более 5/1. Если более чем 5/1, то возникают трудности с эвакуацией стружки.

Свёрла используются для обработки отверстий под зенкерование, развёртывание, нарезание резьбы метчиком.

Отличие сверления от

других операций: на поперечной режущей кромке Vрезания=0.

Зенкеры широко распространены в машиностроении, особенно в крупносерийном и массовом производстве. Зенкерами обрабатывают более точные отверстия после сверления (потом развёртка).

1-режущая или заборная часть;

2-калибрующая часть;

3-рабочая часть;

4-шейка;

5-хвостовик.

Длина режущей части 1 зависит от глубины резания, калибрующая часть 2 придаёт правильное направление зенкера. Хвостовик 5 служит для закрепления зенкера в станке.

Зенкер не работает в сплошном материале (предназначен для обработки отверстий) следовательно, отпадает необходимость в оформлении заострённой вершины с поперечной кромкой. Это обеспечивает зенкеру лучшие условия резания на всём протяжении режущей кромки.

Развёртка предназначена для изготовления более точных отверстий и обеспечивает высокое качество обрабатываемых материалов.

Развёртка состоит из режущей, калибрующей частей, шейки и хвостовика.

1 - направляющий конус;

2 – режущая часть;

3 – калибрующая часть;

4 – обратный конус;

5 – хвостовик;

6 – рабочая часть;

7 – шейка.

Калибрующая часть служит для направления инструмента и используется, как запас на переточку. Она обеспечивает заданную форму отверстия, его точные размеры и требуемую шероховатость.

Калибрующая часть машинной развёртки – короткий цилиндрический участок, предназначенный для калибрования отверстий, и конический участок с утонением по направлению к хвостовику. Утонение служит для уменьшения трения развёртки по поверхности отверстия. Оно составляет 0,04-0,06 мм. Его не делают при повышенных требованиях к точности обрабатываемого отверстия.

Увеличение длины калибрующей части приводит к более тяжёлой работе развёртки. Рекомендуется применять короткие развёртки.

Зубья развёртки могут быть расположены параллельно оси или под наклоном.

Развёртки с винтовыми зубьями обеспечивают высокую точность и имеют более высокую стойкость.

Развёртки с прямыми и наклонными зубьями в большинстве случаев обеспечивают требуемую точность и качество обработки.

Изготовление, заточка и контроль развёрток с прямыми и наклонными зубьями значительно проще, чем с винтовыми. Направление винтовых зубьев делается обратным направлению вращения для предупреждения самозатягивания развёртки, а также выхода её хвостовика из шпинделя.

Угол наклона канавки выбирается в зависимости от обработки материала (сталь→7-8°).

2.2. Обоснование и выбор зажимного приспособления

При фрезеровании зубьев колеса и при их шевинговании (на операциях 075 и 080) в качестве оснастки для станка 5К32 используется оправка. Базой оправки является конусная поверхность А (конус Морзе 5), которая вставляется в шпиндель станка. Поверхность под посадочное отверстие инструмента имеет диаметр 32h6 и имеет шпоночный паз размером 8N9х110 мм. Для прочности оправка изготовленная из стали 20Х ГОСТ 4543-71 подвергается термообработке до HRCэ 54…60 единиц.

Так как модульная фреза и червячный шевер имеют одинаковые посадочные отверстия, но разную длину, их положения на оправке регулируется с помощью колец (поз. 4 и 4а), имеющих разную толщину.

2.3. Описание контрольного приспособления

 Контроль качества изделий очень важен в современном машиностроении. Применение универсальных измерительных инструментов и калибров малопроизводительно, и не всегда обеспечивает нужную точность и удобство контроля, а в условиях поточно-автоматизированного производства вообще неприемлемо.

Контрольные приспособления применяют для проверки заготовок, деталей и узлов машины.

Погрешность измерения в зависимости от назначения изделия допускают в пределах 8÷30% поля допуска на контролируемый объект.

На выбор схемы измерения большое влияние оказывает заданная производительность контроля.

Контрольные приспособления служат для проверки точности выполнения размеров, формы и взаимного расположения поверхностей детали. Точность контрольного приспособления в значительной степени зависит от принятого метода измерения, степени совершенствования конструкции приспособления и точности изготовления его элементов.

Активные  устанавливают на станках, они контролируют детали в процессе обработки, давая сигнал на органы станка или рабочему на прекращение обработки или изменение условий ее выполнения при появлении брака.

Контрольное приспособление состоит из установочных, зажимных, измерительных и вспомогательных элементов, смонтированных на корпусе приспособления.

На установочные элементы (опоры) ставят проверяемую деталь своими измерительными базами для проведения контроля. Для установки применяют постоянные опоры со сферическими и плоскими головками, опорные пластины, а также специальные детали (секторы, кольца и т. д.) в зависимости от конфигурации детали.

На контрольной операции 090 для проверки зацепления червячной пары используется контрольный стенд НО 2284. Приспособление состоит из корпуса 1, в котором на подшипниках поз. 21 вращается вал 5. На валу 5 крепится деталь червячное колесо с помощью гайки 18 и шайбы 20. Червяк в приспособлении вращается во втулках 7. Втулки крепятся к корпусу 1 с помощью крышек 4 шпильками М10 поз. 9 и гайками 17.

 Порядок проведения контроля: на зубья червяка наносится слой краски. Червяк вращают при помощи колеса 12. На зубьях червячного колеса проверяют пятно контакта при помощи штангенциркуля. Пятно должно составлять 70-80% от длины, 75-85% от ширины зуба; смещение пятна от осевой линии должно быть не более 1/3 размера пятна контакта.

     

3. Организационно-экономическая часть

Целью выполнения этой части дипломного проекта является разработка модели процесса технологической подготовки производства, а также определение затрат на ТПП. Технологическая подготовка производства включает проектирование новых прогрессивных и совершенствование действующих технологических процессов, разработку методов эффективного контроля изделий основного производства, определение норм времени изготовления новых изделий, разработку нормативов для расчета потребностей производства в материалах, рабочей силе, оборудовании, обеспечение основного производства технологической оснасткой.

3.1. Планирование технологической подготовки производства

3.1.1. Сетевое планирование

Одним  из  наиболее  предпочтительных  методов  планирования  является  метод  сетевого  планирования.  При  выполнении  сложных  задач,  когда  различными  исполнителями  производится  большое  число  работ,  планирование  и  управление  процессом  ТПП  может  выполняться  с  помощью  метода  сетевого  планирования  и  управления.

Основная задача  и  цель  построения  сетевого  графика  заключается  в  определении  длины  критического  пути  и  расчета  затрат  на  ТПП  в  данном  случае.

Сетевой  график – это  модель  построения  процесса  разработки  и  создания  некоторого  объекта,  изображающая  весь  комплекс  взаимосвязанных  работ  и  их  результатов  в  виде  ориентированного  графа.

Сетевой  график  наглядно  показывает  логическую  последовательность  и  взаимосвязь  всех  действий  и  процессов,  которые  должны  быть  реализованы  при  проведении  ТПП  и для  достижения  поставленной  цели.

Критическим  путем  называется  промежуток  времени,  за  который  предполагается  выполнить  весь  комплекс  работ  по  ТПП.

Затраты  на  ТПП  связаны  с  определением  затрат  на  основные  и  вспомогательные  материалы, используемые  при  технологической  подготовке  производства,  затраты,  связанные  с  заработной  платой  всех  участников  и  разработчиков  ТПП,  амортизацией  используемых  основных  средств  и  прочих  расходов,  определяемой  спецификой  технологической  подготовки  производства.  

Событие – это  факт  начала  или  окончания  какой-либо  работы.  Оно  не  имеет  продолжительности  во  времени  и  всегда  формируется  при постановке  задачи  прошедшим  временем.

Работа – это  процесс  или  конкретное  действие,  приводящее  к  достижению  определенного  результата.

Работа  всегда  имеет  трактовку,  которая  раскрывает  ее  содержание. Она характеризуется  продолжительностью  во  времени  и  всегда  связана  с  расходованием  каких-либо  ресурсов.

При  расчете  и  оформлении  сетевого  графика  каждой  работе  присваивается  код, который  устанавливает  взаимосвязь  между  работами  и  событиями.

Построение  сетевого  графика  проводится  в  несколько  этапов:

  •  Устанавливается  перечень  работ  и  мероприятий,  связанных  с  технологической  подготовкой  производства  и  определяется  логическая  последовательность  их  выполнения;
  •  Заполняется  таблица  по  перечню  работ  и  событий  ТПП  с  определением  трудоемкости,  числа  исполнителей  и  продолжительностью;
  •  Строится  сетевой  график,  после  которого  присваиваются  номера  событиям,  а  каждой  работе  соответствующий  код;
  •  Ищется критический путь;
  •  Рассчитываются полный и свободный резервы времени работы.

3.1.2. Перечень  работ  и  событий  ТПП

Таблица 3.1.

РАБОТА

СОБЫТИЕ

Код

Наименование

Трудоемкость,

чел∙час

Число испол- нителей, чел

Продолжи-телность, час

Формулировка

1

Получено задание на совершенствование технологического процесса производства червячного колеса.  

1

1-2

Разработка и согласование тех. задания

10

2

5

2

Тех. задание разработано и согласовано

2

1-3

Поиск необходимой для проектирования конструкторской и технологической документации

4

1

4

3

Документация найдена

3

3-4

Поиск аналога

4

1

4

4

Аналог найден

4

4-5

Изучение аналога

6

1

6

5

Аналог изучен

5

2-5

Фиктивная работа

0

0

0

5

Аналог изучен

6

5-6

Выявление недостатков

5

1

5

6

Недостатки выявлены

7

5-7

Обоснование технических требований

6

1

6

7

Технические требования обоснованы

8

7-8

Выбор типа и организационной формы производства

7

1

7

8

Тип и организационная форма производства выбраны

9

6-8

Фиктивная работа

0

0

0

8

Тип и организационная форма производства выбраны

10

8-9

Анализ существующих тех. процессов

10

1

10

9

Анализ произведен

11

9-10

Выбор оптимального тех. процесса

4

1

4

10

Оптимальный тех. процесс выбран

12

9-11

Выбор метода получения заготовки

5

1

5

11

Метод получения заготовки выбран

13

10-12

Выбор технологических баз

3

1

3

12

Технологические базы выбраны

14

11-12

Фиктивная работа

0

0

0

12

Технологические базы выбраны

15

12-13

Обоснование методов обработки

3

1

3

13

Методы обработки обоснованы

16

13-14

Выбор режущего инструмента

7

1

7

14

Режущий инструмент выбран

17

14-15

Расчет режущего инструмента на проч-ность, жесткость, износоустойчивость

32

2

16

15

Расчеты проведены

18

12-16

Разработка задания на проектирование оснастки

2

1

2

16

Задание разработано

РАБОТА

СОБЫТИЕ

Код

Наименование

Трудоемкость,

чел∙час

Число исполнителей, чел

Продолжи-телность, час

Формулировка

19

16-17

Проектирование оснастки

48

2

24

17

Оснастка спроектирована

20

17-18

Изготовление оснастки

64

4

16

18

Оснастка изготовлена

21

15-19

Проектирование наладок

16

2

8

19

Наладки спроектированы

22

18-19

Фиктивная работа

0

0

0

19

Наладки спроектированы

23

19-20

Разработка задания на проектирование контрольного приспособления

2

1

2

20

Задание разработано

24

20-21

Проектирование контрольного приспособления

48

2

24

21

Контрольное приспособление спроектировано

25

21-22

Изготовление контрольного приспособления

32

4

8

22

Контрольное приспособление изготовлено

26

19-23

Разработка технологических операций

24

1

24

23

Технологические операции разработаны

27

23-24

Расчет режимов резания и норм времени на выполнение операций

32

2

16

24

Режимы резании и нормы времени рассчитаны

28

22-25

Расчет норм расхода материала

6

1

6

25

Нормы расхода материала рассчитаны

29

24-25

Фиктивная работа

0

0

0

25

Нормы расхода материала рассчитаны

30

25-26

Выбор оборудования для производства червячного колеса

8

1

8

26

Оборудование выбрано

31

26-27

Выбор средства транспортировки

3

1

3

27

Средство транспортировки выбрано

32

26-28

Разработка планировки участка по производству ступицы

20

2

10

28

Планировка участка разработана

33

27-29

Экспериментальная проверка оснастки и оборудования

34

2

17

29

Экспериментальная проверка проведена

34

28-29

Фиктивная работа

0

0

0

29

Экспериментальная проверка проведена

35

29-30

Проверка разрабатываемого тех. процесса

30

2

15

30

Проверка проведена

36

30-31

Изготовление пробной партии

32

4

8

31

Пробная партия изготовлена

37

31-32

Оформление приемочного акта

7

1

7

32

Приемочный акт оформлен

3.1.3. Расчет основных параметров сетевого графика

Вычисление параметров сетевого графика производится по следующим формулам.

Ранний срок свершения события – это время, необходимое для выполнения всех работ, предшествующих данному событию – определяется по формуле:                       

, где

r – номер работы сетевого графика;

tr – продолжительность работы r;

TPi,j  – ранний срок свершения события, последующего за работой r;

TPi,r  – ранний срок свершения события, предшествующего работе r.

Поздний срок свершения события – это наиболее позднее время свершения, увеличение которого недопустимо, так как это вызывает нарушение срока окончания всей разработки. Определяется по формуле:

, где

Tni,j  поздний срок совершения события i, предшествующей работе r;

Tni,r – поздний срок свершения события j, последующего за работой r.

Резерв времени событий - это максимальное время, на которое может быть отсрочено свершение события без увеличения срока окончания всей работы в целом. Определяется разностью между поздним и ранним сроками свершения данного события:

В  сетевом  графике  различают  2  вида  пути: полный и  критический.

Полный путь (Ln) – это  любая  непрерывная  последовательность  событий  и  работ  на  сетевом  графике  от  исходного  до  завершающего  события.

Продолжительность  полного  пути:    

 арифметическая  сумма  продолжительностей  работ,  составляющих путь.

Критический  путь – полный  путь,  имеющий  наибольшую  продолжительность.

Резерв  времени  пути:  

Данная величина показывает, на какую величину можно сократить или увеличить продолжительность работ на данном пути, не вызывая изменения продолжительности критического пути, а, следовательно, не изменяя дату достижения конечной цели.

ч  ч

ч



3.1.4. Расчет  параметров  событий

                                                                                                      Таблица 3.2.             

Код события

Ранний срок свершения события

Поздний срок свершения события

Резерв

1

0

0

0

2

5

14

9

3

4

4

0

4

8

8

0

5

14

14

0

6

19

27

8

7

20

20

0

8

27

27

0

9

37

37

0

10

41

41

0

11

42

44

2

12

44

44

0

13

47

55

8

14

54

62

8

15

70

78

8

16

46

46

0

17

70

70

0

18

86

86

0

19

86

86

0

20

88

88

0

21

112

112

0

22

120

120

0

23

110

110

0

24

126

126

0

25

126

126

0

26

134

134

0

27

137

137

0

28

144

154

10

29

154

154

0

30

169

169

0

31

177

177

0

32

184

184

0

3.1.5. Расчет параметров  работ

Для  расчета  основных  параметров  работ в  сетевом  графике  исходными  данными  являются  параметры  событий.

К параметрам работы относятся ранние и поздние сроки начала и окончания работы, а также резервы времени работы:

-    ранний срок начала работы: ;

-    ранний срок окончания работы: ;

-    поздний срок начала работы:  ;

-    поздний срок окончания работы:  ;

Полный резерв времени работы – это время, на которое можно увеличить продолжительность    данной    работы,    не    изменяя    продолжительность критического пути.

Полный резерв времени работы определяется по формуле:

Свободный резерв времени работы - это время, на которое можно увеличить продолжительность данной работы, не уменьшая резерва последующего за данной работой события. Он определяется по формуле:

Таблица 3.3.

Расчет  параметров  работ

работы

Код

Продолж.

работы, tr

1

1-2

5

0

5

9

14

9

0

2

1-3

4

0

4

0

4

0

0

3

3-4

4

4

8

4

8

0

0

4

4-5

6

8

14

8

14

0

0

5

2-5

0

5

5

14

14

9

9

6

5-6

5

14

19

22

27

8

0

7

5-7

6

14

20

14

20

0

0

8

7-8

7

20

27

20

27

0

0

9

6-8

0

19

19

27

27

8

8

10

8-9

10

27

37

27

37

0

0

11

9-10

4

37

41

37

41

0

0

12

9-11

5

37

42

39

44

2

0

13

10-12

3

41

44

41

44

0

0

14

11-12

0

42

42

44

44

2

2

15

12-13

3

44

47

52

55

8

0

16

13-14

7

47

54

55

62

8

0

17

14-15

16

54

70

62

78

8

0

18

12-16

2

44

46

44

46

0

0

19

16-17

24

46

70

46

70

0

0

20

17-18

16

70

86

70

86

0

0

21

15-19

8

70

78

78

86

8

8

22

18-19

0

86

86

86

86

0

0

23

19-20

2

86

88

86

88

0

0

24

20-21

24

88

112

88

112

0

0

25

21-22

8

112

120

112

120

0

0

26

19-23

24

86

110

86

110

0

0

27

23-24

16

110

126

110

126

0

0

28

22-25

6

120

126

120

126

0

0

29

24-25

0

126

126

126

126

0

0

30

25-26

8

126

134

126

134

0

0

31

26-27

3

134

137

134

137

0

0

32

26-28

10

134

144

144

154

10

0

33

27-29

17

137

154

137

154

0

0

34

28-29

0

144

144

154

154

10

10

35

29-30

15

154

169

154

169

0

0

36

30-31

8

169

177

169

177

0

0

37

31-32

7

177

184

177

184

0

0

Найденные  величины  полного  резерва  для  работ № 1, 5, 6, 9, 12, 14, 15, 16, 17, 21, 32, 34 показывают, что на  сроки  9, 9, 8, 8, 2, 2, 8, 8, 8, 8, 10, 10 часов, соответственно,  можно  передвинуть  соответствующие  работы,  не  изменяя  времени  критического  пути.

Найденные  величины  свободного  резерва  для  работ  № 5, 9, 14, 21, 34 показывают,  что  на  сроки  9, 8, 2, 8, 10 часов, соответственно, можно  передвинуть  окончания  соответствующих  работ,  не  влияя  на  изменение  характеристик,  проходящих  через  эти  работы  путей.

3.1.6. Составление  сметы  затрат  на  ТПП

  1.  Основные материалы:

Вес заготовки: 4,52 кг; материал: Сталь 45; стоимость 1 кг литья: 50 руб.; количество деталей в пробной партии: 10 шт.

ЗМ = 4,52 ∙ 50 ∙ 10 = 2260 руб.

2. Основная заработная плата:

Таблица 3.4.

Трудоемкость  работ

Исполнители

Трудоемкость, чел·час

Процент к итогу

ИТР

386

75

Рабочие

128

25

Итого:

514

100

,   где

Ti  трудоёмкость работ, чел∙час;

r  средняя часовая ставка, руб.;

i  категория исполнителя.

ЗО ИТР   = 386∙18,15 = 7005,9 руб.

3О РАБ  = 128∙14,3 = 1830,4  руб.

       3О  = 7005,9+1830,4  = 8836,3 руб.

3. Дополнительная заработная плата:

ЗДОП = 3О ∙КД ,  где

КД   коэффициент, учитывающий размер дополнительной заработной платы   (КД = 0,2).

ЗДОП  = 8836,3 ∙0,2 = 1767,26 руб.

4. Отчисления в фонды социального страхования:

ОФ.С. = (3О + 3Д) ∙ 0,26

ОФ.С. = (8836,3 + 1767,26) ∙ 0,26 = 2756,9 руб.

 

5. Покупные комплектующие:

На операции 080 Шевинговальная проектируемого тех.процесса

используется специальный режущий инструмент – червячный шевер. Он

используется для чистовой обработки зубьев детали. Подробное описание

инструмента представлено в главе  1.17. Описание червячного шевера

(спец.вопрос). Стоимость червячного шевера составляет 20000 руб.    

Для изготовления пробной партии из 10 шт. требуется один специальный инструмент.

руб.

6. Косвенные расходы:

Косвенные расходы определяются в размере 200% от основной заработной платы

 руб.

Таблица 3.5.

Смета затрат

Статьи затрат

Результат, руб.

Процент к итогу

1.

Основные материалы

2260

1,67

2.

Основная заработная плата

8836,3

17,03

3.

Дополнительная заработная плата

1767,26

3,40

4.

Отчисления в фонды социального страхования

2756,9

5,31

5.

Покупные комплектующие

20000

38,54

6.

Косвенные расходы

17672,6

34,05

И Т О Г О

51900

100

3.2. Сравнительный анализ основных технико-экономических              показателей

3.2.1. Исходные данные для сравнительного анализа

По существующему технологическому процессу червячное колесо изготавливается из двух заготовок: стального круглого проката Ǿ 110мм. и бронзового трубчатого проката  Ǿ 150х25мм. Проектируемый вариант технологического процесса предлагает изготовление червячного колеса из стальной заготовки, полученной методом литья. Годовая программа выпуска 1000шт.

Режим работы цеха – двусменный. В новом технологическом процессе убираются операции: нагрев венца в электропечи СНО-6.12.4/10; запрессовка ступицы в венец на прессе ПММ-125; сверловка отверстий и нарезание резьбы под болты на вертикально-сверлильном станке 2Н125;  закручивание болтов и срубка головок болтов. Добавляется операция шевингования зубьев колеса на зубофрезерном станке 5К32. Остальные исходные данные приведены в таблице 3.6.

Таблица 3.6.

Исходные данные вариантов технологии

п/п

Исходные показатели

Ед. изме-

рения

Варианты

Базовый

Новый

1.

Годовая программа выпуска

шт.

1000

1000

2.

Вид заготовки

Прокат

Отливка

3.

Масса:

заготовки

кг.

3,58Ст3+ 2,83БрОФ

4,52  Сталь 45

детали

кг.

3,8

3,73

4.

Штучное время по операциям:

нагрев венца в электропечи СНО-6.12.4/10

мин.

0,25(0,2)

-

Запрессовка ступицы в венец на прессе ПММ-125

мин.

0,38(0,32)

-

Сверловка отверстий на вертикально-сверлильном станке 2Н125

мин.

5,25(3,3)

-

Слесарная

мин.

4,9

-

Шевингования зубьев на зубофрезерном станке 5К32

мин

-

2,9(2,1)

5.

Цена станка:

Электропечь СНО-6.12.4/10

руб.

120000

-

Пресс ПММ-125

руб.

80000

-

Вертик.-сверлильный 2Н125

руб.

105000

-

Зубофрезерный 5К32

руб.

-

110000

6.

Габаритные размеры станков:

СНО-6.12.4/10

м²

1400х2200

-

ПММ-125

м²

2500х1100

-

2Н125

м²

800х500

-

5К32

м²

-

2650х1500

7.

Мощность станков:

СНО-6.12.4/10

кВт

70

-

ПММ-125

кВт

2,3

-

2Н125

кВт

1,5

-

5К32

кВт

-

2

3.2.2. Расчет капитальных вложений

а) Коэффициент  занятости оборудования изготовлением данной детали:

,

Qг.раб. – годовой объем работы оборудования по выполнению операции изготовления данной детали, машино-ч/год;

Qг.раб.общ – общее время работы оборудования за год, машино-ч/год;

,  .

; ; ;

.

б) Балансовая стоимость оборудования:

,

α – коэффициент, учитывающий затраты по доставке и монтажу оборудования (α = 1,10 – для металлорежущих станков, α = 1,18 для автоматических линий);

m – количество операций технологического процесса;

n – количество типоразмеров оборудования, занятого выполнением i-той операции изготовления детали;

Цоб – оптовая цена единицы оборудования d-го типоразмера, занятого выполнением i-той операции, руб.;

Со – принятое количество единиц технологического оборудования d-го типоразмера, занятого выполнением i-той операции;

Кз.о. – коэффициент занятости технологического оборудования d-го типоразмера, занятого выполнением i-той операции, руб.

руб.

руб.

руб.

в) Стоимость здания, занимаемого оборудованием:

,

Цпл – средняя стоимость 1м2 общей площади здания, руб.;

Sid – габариты  оборудования  d-го  типоразмера,  занятого  выполнением       i-ой  операции  (длина×ширина), м2;

Jid – коэффициент, учитывающий дополнительную площадь, приходящуюся на оборудование d-го типоразмера, занятое выполнением i-й операции;

Кз.п. – коэффициент занятости площади для изготовления данной детали (по величине равен Кз.о.).

руб.

руб.

г) Стоимость  служебно-бытовых объектов:

Стоимость  служебно-бытовых объектов учитывается  при  определении  эффективности  автоматической  линии,  ОЦ,  ГПС,  специального  автоматического  оборудования  и  в  других  случаях,  где  имеется  существенная  экономия  рабочей  силы.  Площадь  служебно-бытовых  объектов,  приходящаяся  на  одного  рабочего,  равна  7 м2.  Стоимость  служебно-бытовых  объектов  в  расчете  на  1 м2 площади  составляет  4000 руб.

руб.

руб.

д) Капитальные вложения по вариантам (сумма), руб.:

 ,

Кбо – балансовая стоимость оборудования;

Кинстр – балансовая стоимость инструмента;

Кпл – стоимость здания, занимаемого оборудованием;

Ксб – стоимость служебно-бытовых объектов;

Ктп – затраты на технологическую подготовку производства, проектирование технологических процессов.

руб.

руб.

3.2.3. Расчет текущих затрат

а)Затраты на материалы:

- масса заготовки или материала, кг;

- цена 1 кг заготовки или материала, руб;

- коэффициент, учитывающий транспортно-заготовительные расходы;

- количество реализуемой стружки в кг, определяемое по формуле

- чистая масса готовой детали, кг;

- цена 1 кг стружки, руб.

руб.

руб.

б) Заработная плата основных рабочих:

,

Кв.н. – коэффициент, учитывающий средний процент выполнения технически обоснованных норм (Кв.н.= 1,18);

Кпр – коэффициент, учитывающий приработок рабочих (руководство бригадой, премии за обучение учеников, за работу в ночные часы и т.д.), принимается в размере 1,2 – 1,4;

tшт.к. – норма  штучно-калькуляционного  времени  на  выполнение  i-ой  операции,  мин./шт.;

m – количество  операций  технологического  процесса;

1,512 – коэффициент, учитывающий дополнительную заработную плату и отчисления органам соцстрахования;

li – часовая тарифная ставка работы, выполняемая на i-той операции, руб.

руб.

руб.

в) Заработная плата вспомогательных рабочих:

Где  lнi – часовая  тарифная  ставка  наладчика,  руб.;

Ноб – норма  обслуживания,  определяемая  по  данным  предприятия.

руб.

руб.

г) Амортизация оборудования:

,

а – норма амортизационных отчислений, принимаемая в размере 15% от балансовой стоимости оборудования.

руб.       руб.

руб.

д) Ремонт оборудования:

,  – нормативы годовых затрат на все виды ремонта (капитальный, средний, малый), осмотры и межремонтное обслуживание, соответственно механической и электрической частей оборудования;

Кмех, Кэ – категория сложности ремонта механической и электрической части оборудования, р.е.;

 – коэффициент, учитывающий класс точности ремонтируемого оборудования.

е) Амортизация и содержание площади:

- норма амортизационных отчислений, принимаемая в размере 5% от балансовой стоимости здания, занимаемого оборудованием и служебных помещений.

руб.          руб.

ж) Силовая и технологическая электроэнергия:

,

Nд – суммарная установленная мощность электродвигателей, кВт;

КN – коэффициент загрузки электродвигателей оборудования по мощности;

Код – коэффициент одновременной работы электродвигателей оборудования (принимается равным 0,8);

Кw – коэффициент, учитывающий потери электроэнергии в сети (принимается Кw = 1,05);

Цэ – стоимость 1кВт/ч электроэнергии (принимается равным 2,05руб. за 1кВт/ч);

– коэффициент полезного действия электродвигателей оборудования (принимается равным 0,65).

руб.

руб.

з) Затраты,  связанные  с  эксплуатацией инструмента:  

Sиср.эк.иto,

Сср.эк.и  – средняя  стоимость  эксплуатации  металлорежущего  инструмента  за  одну  станко-минуту,  руб.

to – основное  время  работы  станка, мин.  

и) Себестоимость детали по изменяющимся статьям затрат по вариантам технологических процессов:

С= Sом +Lо+Lв+Aо +Sр+Aпл+ Sэ+Sи

Sом – затраты на основные материалы;

Lо – заработная плата основных рабочих;

Lв – заработная плата вспомогательных рабочих;

Aо – амортизация  оборудования;

Аинстр – амортизация  инструмента;

Sр – текущий  ремонт  и  межремонтное  обслуживание  оборудования;

Aпл – амортизация  и  содержание  площади;

Sэ – силовая и  технологическая  электроэнергия;

Sи  затраты,  связанные  с  эксплуатацией  инструмента.

 руб.

 руб.

3.2.4. Расчет снижения материалоемкости

а) Коэффициент использования материала.

 - масса детали, кг;

- масса заготовки, кг.

б) Снижение материалоемкости при применении в качестве заготовки отливки:

- годовая программа выпуска.

кг.

кг.

кг.

 3.2.5. Расчет годового экономического эффекта

,

и– приведенные затраты на годовой выпуск деталей по базовой и новой технологиям, руб.;

С1 и С2 – себестоимость одной детали по базовой и новой технологиям, руб.;

К1 и К2 – удельные капитальные вложения по базовой и новой технологиям, приходящиеся на одну деталь, руб.;

N1 и N2 – годовой выпуск деталей по базовой и новой технологиям, шт.;

Ен – нормативный коэффициент экономической эффективности капитальных вложений (принимается равным 0,2)

3.2.6. Расчет срока окупаемости дополнительных капитальных вложений

.

года.

3.2.7. Показатели эффективности вариантов технологии

Показатели экономической эффективности проектируемого варианта технологического процесса даны в таблице 3.7.

Таблица 3.7.

Показатели базового и проектируемого вариантов технологии

Наименование показателей

Ед.   изме-рения

Технологический процесс

базовый

проекти-руемый

Годовой выпуск деталей

шт.

1000

1000

Масса заготовки

кг.

3,58 Ст3

2,83БрОФ

4,52

Сталь 45

Масса детали

кг.

3,8

3,73

Коэффициент использования материала

0,59

0,82

Снижение материалоемкости

кг.

4520

Сталь 45

2830БрОФ

3580 Ст3

Капитальные вложения, всего,

в т.ч. стоимость:

руб.

6692,71

54678,34

а) затраты на ТПП

руб.

-

51900

б) оборудования

руб.

4581,5

1573

в) здания, занимаемого оборудованием

руб.

851,21

581,34

г) служебно-бытовых помещений

руб.

1260

364

д) спец. инструмента

руб.

-

260

Себестоимость годового выпуска деталей по изменяю-щимся элементам (статьям) затрат, всего,

в т.ч.:

руб.

962646

239488

а) затраты на материалы

руб.

953210

236470

б) заработная плата основных рабочих

руб.

6480

2030

в) заработная плата вспомогательных рабочих

руб.

630

30

г) амортизация оборудования

руб.

690

240

д) ремонт оборудования

руб.

650

190

е) амортизация и содержание площадей

руб.

110

47

ж) силовая и технологическая электроэнергия

руб.

750

130

з) инструмента

руб.

126

312

Себестоимость одной детали

руб.

962,646

239,488

Экономия от снижения себестоимости годового выпуска деталей

руб.

-

723158

Годовой экономический эффект

руб.

-

713561

Срок окупаемости доп. капитальных вложений

лет

-

0,6

4. Безопасность и экологичность проекта

4.1. Анализ предполагаемого технологического процесса с точки зрения охраны окружающей среды и условий труда

Безопасность производственных процессов определяется в первую очередь безопасностью производственного оборудования, которое обеспечивается учетом требований безопасности при составлении технологического задания на его проектирование, при разработке проекта выпуска и испытания опытного образца, при передачи его в серийное производство согласно ГОСТ 12.3.002-75. Основными требованиями к безопасности технологического процесса является устранение непосредственного контакта работающих с исходными материалами, заготовками, полуфабрикатами, готовой продукции и отходами производствами, оказывающими вредное воздействие.

Металлообрабатывающие системы – основной вид производственного оборудования участка по обработке червячного колеса редуктора привода лифта. Общие требования безопасности предъявляемые к металлообрабатывающим станкам определяются согласно ГОСТ 12.2.009-75.

При механической обработке металлов на металлорежущих станках (фрезерных, сверлильных, токарных и т.д.) возникает ряд физических, химических, психологических и биологических вредных факторов.

Движущиеся части производственного оборудования, стружка обрабатываемых материалов, осколки инструмента, повышенное напряжение в электроцепи – относится к категории физически опасных факторов.

К психологическим вредным производственным факторам обработки металлов резанием можно отнести физические нагрузки и монотонность труда.

К биологическим факторам относятся болезнетворные микро-организмы и бактерии появляющиеся при работе с СОЖ.

Защитные устройства, ограждающие зону обработки, защищают рабочего от отлетающей стружки и смазочно-охлаждающей жидкости. Конструкция защитного устройства   не   должна   ограничивать   технологических   возможностей   станка   и вызывать неудобства при работе, уборке и наладке а при открывании не загрязнять пол СОЖ.

Шум механического происхождения возникает от движения частей производственного оборудования (металлорежущих станков, моечных машин и транспортных устройств), от установки и снятия деталей, от смены и заточки инструмента. Шум вызывает у человека психические нарушения (нарушения нервной системы), снижает работоспособность.

Механическая обработка сопровождается также и вибрацией. Источниками вибраций являются шлифовальные, фрезеровальные, сверлильные станки, моечные машины.

К вредным физическим производственным факторам относится пылеобразование, характерное для процессов резания. Таким образом, уборка рабочих мест производится способом исключающим пылеобразование.

Для охлаждения зоны резания допускается применять минеральное масло с температурой вспышки не ниже 150 градусов Цельсия, свободное от кислот и влаги. СОЖ подается в зону резания методом распыления в соответствии с гигиеническими требованиями утвержденными Минздравом Российской Федерации. В воздухе рабочей зоны выделяются аэрозоли масел и СОЖ.

Содержание углеводородов достигает при этом 150...900 мг/м3, аэрозоли масел 7...45 мг/м3, загрязнение одежды составляет 800...900 мг/м3.

При работе на шлифовальных станках существует ряд специфических особенностей, которые могут вызвать случаи травматизма. К ним относятся отлетание частицы абразива и металла. Для предотвращения данных ситуаций используют защитные кожухи.

4.2. Микроклимат

Показателями, характеризующими микроклимат, являются:

1) температура воздуха;

2) относительная влажность воздуха;

3) скорость движения воздуха;

4) интенсивность теплового излучения.

Нормы производственного микроклимата установлены ГОСТ 12.1.005-88, СанПин 22.4.584-96. Они едины для всех производств и всех климатических зон. Параметры микроклимата в рабочей зоне должны соответствовать оптимальным или допустимым микроклиматическим условиям. Оптимальные условия обеспечивают нормальное функционирование организма без напряжения механизмов терморегуляции. При допустимых условиях микроклимата возможно некоторое напряжение системы терморегуляции без нарушения здоровья человека.

Параметры температуры, влажности и скорости движения воздуха регламентируются с учетом тяжести физического труда: легкая, средняя и тяжелая работа. Помимо этого, учитывается сезон года: холодный период года характеризуется среднесуточной температурой наружного воздуха ниже +10°С и теплый период с температурой +10°С и выше.

В соответствии с ГОСТ 12.1.005-008 на участке должна соответствовать данным приведенным в таблице 4.1.:

Таблица 4.1.

№ п/п

Показатели характеризующие микроклимат

Холодный сезон

Теплый сезон

1

Температура воздуха

18-20°С

20-22°С

2

Относительная влажность воздуха

40-60%

40-60%

3

Скорость движения воздуха

0,2 м/с

0,3 м/с

Для соответствия показателей нормативам на производстве существует общеобменная приточная вентиляция.

4.3. Промышленная вентиляция

 Эффективным средством обеспечения надлежащей чистоты и допусти-мых параметров микроклимата воздуха рабочей зоны является промышленная вентиляция. Вентиляцией называется организованный и регулируемый воздухообмен, обеспечивающий удаление из помещения загрязненного воздуха и подачу на его место свежего.

По способу перемещения воздуха различают системы естественной и механической вентиляции. Система вентиляции, перемещение воздушных масс в которой осуществляется благодаря возникающей разности давлений снаружи и внутри здания, называется естественной вентиляцией. Разность давлений обусловлена разностью плотностей наружного и внутреннего воздуха и ветровым напором, действующим на здание. При действии ветра на поверхностях здания  с подветренной стороны образуется избыточное давление, на заветренной стороне – разряжение. Распределение давлений по поверхности зданий и их значение зависят от направления и силы ветра, а также от взаимоположения зданий.

Неорганизованная  естественная вентиляция – инфильтрация, или естественное проветривание, – осуществляется сменой воздуха в помещениях через неплотности в ограждениях и элементах строительных конструкций благодаря разности давлений снаружи и внутри помещений. Такой воздухообмен зависит от случайных факторов – силы и направления ветра, температуры воздуха внутри и снаружи здания, вида ограждений и качества строительных работ. Инфильтрация может быть значительной для жилых зданий достигать 0,5…0,75 объема помещения в час, а для промышленных предприятий – до 1…1,5 ч-.

Для постоянного воздухообмена, требуемого по условиям поддержания чистоты воздуха в помещении, необходима организационная вентиляция. Организованная естественная вентиляция может быть вытяжной без организованного притока воздуха (канальная) и приточно-вытяжной с организованным притоком воздуха (канальная и безканальная аэрация).

Канальная естественная вытяжная вентиляция без организованного притока воздуха широко применяется в жилых и административных зданиях. Расчетное гравитационное давление таких систем вентиляции определяют при температуре наружного воздуха +5˚С, считая, что все давление падает в тракте вытяжного канала, при этом сопротивление входу воздуха в здании не учитывается. При расчете сети воздуховодов прежде всего производят ориентировочный подбор их сечений, исходя из допустимых скоростей движения воздуха в каналах верхнего этажа – 1,0 м/с и в вытяжной шахте – 1…1,5 м/с.

Для увеличения располагаемого давления в системах естественной вентиляции на устье вытяжных шахт устанавливают насадки-дефлекторы.

 Аэрацией называется организованная естественная общеобменная вентиляция помещений в результате поступления и удаления воздуха через открывающиеся фрамуги окон и фонарей. Воздухообмен в помещении регулируют различной степенью открывания фрамуг (в зависимости от температуры наружного воздуха, скорости и направления ветра). Как способ вентиляции аэрация нашла широкое применение в промышленных зданиях, характеризующихся технологическими процессами с большими тепловыделениями (прокатных цехах, литейных, кузнечных). Поступление наружного воздуха в цех в холодный период года организуют так, чтобы холодный воздух не попадал в рабочую зону. Для этого наружный воздух подают в помещение через проемы, расположенные не ниже 4,5 м от пола, в теплый период года приток наружного воздуха ориентируют через нижний ярус оконных проемов (h = 1,5…2 м).

При расчете аэрации определяют требуемую площадь проходного сечения проемов и аэрационных фонарей для подачи и удаления необходимого количества воздуха. Исходными данными являются конструктивные размеры помещений, проемов и фонарей, величины теплопродукции в помещении, параметры наружного воздуха.

Основным достоинством аэрации является возможность осуществлять большие воздухообмены без затрат механической энергии. К недостаткам аэрации следует отнести то, что в теплый период года эффективность аэрации может существенно падать вследствие повышения температуры наружного воздуха и того, что поступающий в помещение воздух не очищается и не охлаждается.

Вентиляция, с помощью которой воздух подается в производственные помещения или удаляется из них по системам вентиляционных каналов с использованием для этого специальных механических побудителей, называется механической вентиляцией.

Механическая вентиляция по сравнению с естественной имеет ряд преимуществ: большой радиус действия вследствие значительного давления, создаваемого вентилятором; возможность изменять или сохранять необходимый воздухообмен независимо от температуры наружного воздуха и скорости ветра; подвергать вводимый в помещение воздух предварительной очистке, осушке или увлажнению, подогреву или охлаждению; организовывать оптимальное воздухораспределение с подачей воздуха непосредственно к рабочим местам; улавливать вредные выделения непосредственно в местах их образования и предотвращать их распределение по всему объему помещения, а также возможность очищать загрязненный воздух перед выбросом его в атмосферу. К недостаткам механической вентиляции следует отнести значительную стоимость сооружения и эксплуатации ее и необходимость проведения мероприятий по борьбе с шумом.

Системы механической вентиляции подразделяются на общеобменные, местные, смешанные, аварийные и системы кондиционирования.

 Общеобменная вентиляция предназначена для ассимиляции избыточной теплоты, влаги и вредных веществ во всем объеме рабочей зоны помещений. Она применяется в том случае, если вредные выделения поступают непосредственно в воздух помещения, рабочие места не фиксированы, а располагаются по всему помещению. Обычно объем воздуха, подаваемого в помещение при общеобменной вентиляции, равен объему воздуха, удаляемого из помещения. Однако в ряде случаев возникает необходимость нарушить это равенство. Так, в особо чистых цехах электровакуумного производства, для которых большое значение имеет отсутствие пыли,  объем притока воздуха делается больше объема вытяжки, за счет чего создается некоторый избыток давления в производственном помещении, что исключает попадание пыли из соседних помещений. В общем случае разница между объемами приточного и вытяжного воздуха не должна превышать 10…15 %.

Существенное влияние на параметры воздушной среды в рабочей зоне оказывает правильная организация и устройство приточных и вытяжных систем.

Воздухообмен, создаваемый в помещении вентиляционными устройствами, сопровождается циркуляцией воздушных масс в несколько раз больших объема подаваемого или удаляемого воздуха. Возникающая циркуляция является основной причиной распространения и перемешивания вредных выделений и создания в помещении разных по концентрации и температуре воздушных зон. Так, приточная струя, входя в помещение, вовлекает в движение окружающие массы воздуха, в результате чего масса струи в направлении движения будет возрастать, а скорость падать.

Скорость затухания движения воздуха зависит от диаметра выпускного отверстия d0: чем больше d0, тем медленнее затухание. Если нужно быстрее погасит скорость приточных струй, подаваемый воздух должен быть разбит на большое число мелких струй.

Существенное влияние на траекторию струи оказывает температура приточного воздуха: если температура приточной струи выше температуры воздуха помещения, то ось загибается вверх, если ниже, то вниз и при изометрическом течении она совпадает с осью приточного отверстия.

К всасывающему отверстию (вытяжная вентиляция) воздух натекает со всех сторон, вследствие чего и падение скорости происходит весьма интенсивно.

Циркуляция воздуха в помещении и соответственно концентрация примесей и распределение параметров микроклимата зависят не только от наличия приточных и вытяжных струй, но и от их взаимного расположения. Различают четыре основные схемы организации воздухообмена при общеобменной вентиляции: сверху – вниз, сверху – вверх, снизу – вверх, снизу – вниз. Наиболее равномерное распределение воздуха достигается в том случае, когда приток равномерен по ширине помещения, а вытяжка сосредоточенна.

При организации воздухообмена в помещениях необходимо учитывать и физические свойства вредных паров и газов и в первую очередь их плотность. Если плотность газов ниже плотности воздуха, то удаление загрязненного воздуха происходит в верхней зоне, а подача свежего – непосредственно в рабочую зону. При выделении газов с плотностью, большей плотности воздуха, из нижней части помещения удаляется 60…70 % и из верхней части 30…40 % загрязненного воздуха. В помещениях со значительными выделениями влаги вытяжка влажного воздуха осуществляется в верхней зоне, а подача свежего в количестве 60 % – в рабочую зону и 40 % – в верхнюю зону.

По способу подачи и удаления воздуха различают четыре схемы вентиляции: приточная, вытяжная, приточно-вытяжная и системы с рециркуляцией. По приточной схеме воздух подается в помещение после подготовки его в приточной камере. В помещении при этом создается избыточное давление, за счет которого воздух уходит наружу через окна, двери или другие помещения. Приточную систему применяют для вентиляции помещений, в которые нежелательно попадание загрязненного воздуха из соседних помещений или холодного воздуха извне.

Установки приточной вентиляции обычно состоят из следующих элементов: воздухообразного устройства для забора чистого воздуха; воздуховодов, по которым воздух подается в помещение; фильтров для очистки воздуха от пыли; калориферов, в которых подогревается холодный наружный воздух; побудителя движения; увлажнителя-осушителя; приточных отверстий или насадков, через которые воздух распределяется по помещению. Воздух из помещения удаляется через неплотности конструкций.

Вытяжная система предназначена для удаления воздуха из помещения. При этом в нем создается пониженное давление и воздух соседних помещений или наружный воздух поступает в данное помещение. Вытяжную систему целесообразно применять в том числе, если вредные выделения данного помещения не должны распространяться на соседние, например, для вредных цехов, химических и биологических лабораторий.

Установки вытяжной вентиляции состоят из вытяжных отверстий или насадков, через которые воздух удаляется из помещения; побудителя движения; воздуховодов; устройств для очистки воздуха от пыли или газов, устанавливаемых для защиты атмосферы, и устройства для выброса воздуха, которое располагается на 1…1,5 м выше конька крыши. Чистый воздух поступает в производственное помещение через неплотности в ограждающих конструкциях, что является недостатком данной системы вентиляции, так как неорганизованный приток холодного воздуха (сквозняки) может вызывать простудные заболевания.

Приточно-вытяжная вентиляция – наиболее распространенная система, при которой воздух подается в помещение приточной системой, а удаляется вытяжкой; системы работают одновременно.

В отдельных случаях для сокращения эксплуатационных расходов на нагревание воздуха применяют системы вентиляции с частичной рециркуляцией. В них к поступающему снаружи воздуху подмешивают воздух, отсасываемый из помещения вытяжной системой. Количество свежего и вторичного воздуха регулируют клапанами. Свежая порция воздуха в таких системах обычно составляет 20…10 % общего количества подаваемого воздуха. Систему вентиляции с рециркуляцией разрешается использовать только для тех помещений, в которых отсутствуют выделения вредных веществ или выделяющиеся вещества относятся к 4-му классу опасности, и концентрация их в воздухе, подаваемом в помещение, не превышает 30 % предельно допустимой концентрации. Применение рециркуляции не допускается и в том случае, если в воздухе помещений содержатся болезнетворные бактерии, вирусы или имеются резко выраженные неприятные запахи.

Отдельные установки общеобменной механической вентиляции могут не включать всех указанных выше элементов. Например, приточные системы не всегда оборудуются фильтрами и устройствами для изменения влажности воздуха, а иногда приточные и вытяжные установки могут не иметь сети воздуховодов.

Расчет потребного воздухообмена при общеобменной вентиляции производят, исходя из условий производства и наличия избыточной теплоты, влаги и вредных веществ. Для качественной оценки эффективности воздухообмена применяют понятие кратности воздухообмена kв – отношение количества воздуха, поступающего в помещение в единицу времени L3/ч), к объему вентилируемого помещения Vп3). При правильно организованной вентиляции кратность воздухообмена должна быть значительно больше единицы.

При нормальном микроклимате и отсутствии вредных выделений количество воздуха при общеобменной вентиляции принимают в зависимости от объема помещения, приходящегося на одного работающего. Отсутствие вредных выделений – это такое их количество в технологическом оборудовании, при одновременном выделении которых в воздухе помещения концентрация вредных веществ не превысит предельно допустимую.

С помощью местной вентиляции необходимые метеорологические параметры создаются на отдельных рабочих местах. Например, улавливание вредных веществ непосредственно у источника возникновения, вентиляция кабин наблюдения и т.д. Наиболее широкое распространение находит местная вытяжная локализующая вентиляция. Основной метод борьбы с вредными выделениями заключается в устройстве и организации отсосов от укрытий.

Конструкции местных отсосов могут быть полностью закрытыми, полуоткрытыми или открытыми. Наиболее эффективны закрытые отсосы. К ним относятся кожухи, камеры, герметично или плотно укрывающие технологическое оборудование. Если такие укрытия устроить невозможно, то применяют отсосы с частичным укрытием или открытые: вытяжные зонты, отсасывающие панели, вытяжные шкафы, бортовые отсосы и др.

Один из самых простых видов местных отсосов – вытяжной зонт. Он служит для улавливания вредных веществ, имеющих меньшую плотность, чем окружающий воздух. Зоны устанавливают над ваннами различного назначения, электро- и индукционными печами и над отверстиями для выпуска металла и шлака из вагранок. Зонты делают открытыми со всех сторон и частично открытыми с одной стороны, двух и трех сторон. Эффективность работы вытяжного зонта зависит от размеров, высоты подвеса и угла его раскрытия. Чем больше размеры и чем ниже установлен зонт над местом выделения веществ, тем он эффектнее. Наиболее равномерное всасывание обеспечивается при угле раскрытия зонта не менее 60°.

Отсасывающие панели применяют для удаления вредных выделений, увлекаемых конвективными токами, при таких ручных операциях, как электросварка, пайка, газовая сварка, резка металла и т.п. Вытяжные шкафы – наиболее эффективное устройство по сравнению с другими отсосами, так как почти полностью укрывают источник выделения вредных веществ. Незакрытыми в шкафах остаются лишь проемы для обслуживания, через которые воздух из помещения поступает в шкаф. Форму проема выбирают в зависимости от характера технологических операций.

 Смешанная система вентиляции является сочетанием элементов местной и общеобменной вентиляции. Местная система удаляет вредные вещества из кожухов и укрытий машин. Однако часть вредных веществ через неплотности укрытий проникает в помещение. Эта часть удаляется общеобменной вентиляцией.

 Аварийная вентиляция предусматривается в тех производственных помещениях, в которых возможно внезапное поступление в воздух большого количества вредных или взрывоопасных веществ. Производительность аварийной вентиляции определяют в соответствии с требованиями нормативных документов в технологической части проекта. Если такие документы отсутствуют, то производительность аварийной вентиляции принимается такой, чтобы она вместе с основной вентиляцией обеспечивала в помещении не менее восьми воздухообменов за 1 ч. Система аварийной вентиляции должна включаться автоматически при достижении ПДК вредных выделений или при остановке одной из систем общеобменной или местной вентиляции. Выброс воздуха аварийных систем должен осуществляться с учетом возможности максимального рассеивания вредных и взрывоопасных веществ в атмосфере.

Для создания оптимальных метеорологических условий в производственных помещениях применяют наиболее совершенный вид промышленной вентиляции – кондиционирование воздуха. Кондиционированием воздуха называется его автоматическая обработка с целью поддержания в производственных помещениях заранее заданных метеорологических условий независимо от изменения наружных условий и режимов внутри помещения. Такие строго определенные параметры воздуха создаются в специальных установках, называемых кондиционерами. В ряде случаев помимо обеспечения санитарных норм микроклимата воздуха в кондиционерах производят специальную обработку: ионизацию, дезодорацию, озонирование и т.п.

Кондиционеры могут быть местными (для обслуживания отдельных помещений) и центральными (для обслуживания нескольких отдельных помещений).

Кондиционирование воздуха играет существенную роль не только с точки зрения безопасности жизнедеятельности, но и во многих технологических процессах, при которых не допускаются колебания температуры и влажности воздуха. Поэтому установки кондиционирования в последние годы находят все более широкое применение на промышленных предприятиях.

4.4. Расчет вентиляции производственных помещений

  1.  Определение вредных выделений в производственном помещении;
  2.  Расчет потребного воздухообмена;
  3.  Определение конфигурации вентиляционной сети в помещении;
  4.  Расчет воздуховодов и их сопротивления;
  5.  Подбор вентилятора и электродвигателя.

4.4.1. Исходные данные для расчета механической вентиляции

  1.  Производственное помещение – механический цех;
  2.  Размеры производственного помещения:

- ширина – 20 м;

- длина – 32 м;

- высота – 8 м.

    3.  Остекление помещения:

- площадь окон с двойным остеклением – 100 м2;

- площадь фонарей с двойным остеклением – 100 м2.

    4.  Площадь покрытия:

- с чердаком – 600 м2.

    5.  Количество работающих в одну смену – 13 человека;

    6.  Наименование оборудования, его количество и мощность:

- станки – 6 шт.;

  мощность одного станка, в среднем – 20 кВт;

- кран-балка – 1 шт.;

          мощность крана-балки – 10 кВт;

     7.  Выделение вредностей при технологическом процессе:

- углекислый газ СО2 – 780 г/ч;

     8.  Мощность, расходуемая светильниками – 8 кВт.

4.4.2. Решение

  1.  Определение количества СО2, которое выделяется работающими:

G = N·g, где

   Nчисло работников на участке;

  g – количество СО2, выдыхаемое одним человеком в час

      g = 60 г/ч.

G = 13·60 = 780 г/ч

  1.  Определение количества тепловыделений в помещении:

От людей:

Q1 =N·q, где

   Nчисло работников на участке;

   q – количество тепла, выделяемое человеком за 1 час, q = 180 Вт/чел.

Q = 13·180 = 2340 Вт = 2340 Дж/с

Q´1 = 8424 кДж/ч

2.2. От солнечной радиации, поступающей через окна:

Q2 =F0·q0·A0, где

  F0 – площадь окон, м2;

  q0 – тепловыделения через 1м2 поверхности, Вт/м2;

  A0 – коэффициент учета характера остекления.

Q2 = 100·185·1,15 = 21275 Дж/с

Q´2 = 76590 кДж/ч

2.3. От перехода механической энергии в тепловую:

Q3 =1000 ·NΣ ·η, где

  NΣ – суммарная мощность станков, кВт;

  η – коэффициент полезного действия.

Q3 = 1000·140·0,2 = 28000 Дж/с

Q´3 = 100800 кДж/ч

2.4. От источников искусственного освещения:

Q4 = 1000·Nc·η, где

  Nc – мощность, расходуемая светильниками, кВт;

  η – коэффициент полезного действия.

Q4 = 1000·8·0,95 = 7600 Дж/с

Q´4 = 27360 кДж/ч.

2.5. Суммарное выделение тепла на участке:

= 213174 кДж/ч

  1.  Определение потребного воздухообмена при избытке теплоты:

, где

 с – массовая удельная теплоемкость воздуха, с = 1кДж/кг°С;

 ρ – плотность приточного воздуха, ρ = 1,24 кг/м3;

 tВ, tH – верхний и нижний пределы допустимых значений температуры в помещении соответственно.

м3

  1.  Выбор системы вентиляции для производственного помещения. Принята общеобменная приточная с распределением воздуха:

  1.  Расчет сечения воздуховодов:

, где

  fi – площадь поперечного сечения i-го воздуховода, м2;

 Vi – скорость движения воздуха в i-том воздуховоде м/с;

, где

  di – диаметр i-го воздуховода, м.

  1.  Определение сопротивления сети воздуховодов:

, где

 – падение давления воздуха в i-том воздуховоде;

= 1093,13 Па;

с учетом коэффициента запаса к = 1,1,

Па.

  1.  Подбор вентилятора. Производительность вентилятора должна быть L=9000 м3/ч при давлении 1202,44 Па.

При сопротивлении сети P > 200 Па целесообразно использовать центробежный вентилятор.

  1.  Подбор электродвигателя для вентилятора:

, где

  – произведение КПД вентилятора и привода, = 0,8.

кВт.

Таблица 4.1.

Результаты расчета

Li,

м3/2

Vi,

м/с

li,

м

Ri,

Па/м

ξi

ρ,

кг/м3

di,

м

Viρ/2,

Па

Rili

Zi=ξ(Vρ2/2)

ΔP=Rili+Z

Δ=ΣΔP

11

3500

10

2

0,03

2,9

1,24

0,351

62

0,06

179,8

179,86

-

12

3500

10

10

0,04

0,8

1,24

0,351

62

0,4

49,6

50

229,86

13

3000

9

2

0,05

1,9

1,24

0,34

50,22

0,1

95,42

95,52

325,38

14

2000

9

10

0,01

0,8

1,24

0,28

50,22

0,1

40,18

40,28

365,66

15

2000

8

2

0,04

1,9

1,24

0,296

39,68

0,08

75,39

75,47

441,13

16

2000

7

10

0,05

0,8

1,24

0,317

30,38

0,5

24,3

24,8

465,93

17

2500

7

2

0,03

1,9

1,24

0,355

30,38

0,06

57,72

57,78

523,71

18

3500

8

10

0,04

0,8

1,24

0,392

39,68

0,4

31,74

32,14

555,85

19

9000

9

2

0,06

1,9

1,24

0,595

50,22

0,12

95,42

95,54

651,39

21

4000

9

2

0,04

0,9

1,24

0,396

50,22

0,08

45,198

45,28

696,67

22

4000

9

10

0,05

1,9

1,24

0,396

50,22

0,5

95,42

95,92

792,59

23

4000

8

2

0,03

0,8

1,24

0,421

39,68

0,06

31,74

31,8

824,39

24

3000

8

10

0,02

1,9

1,24

0,364

39,68

0,2

75,39

75,59

899,98

25

2500

8

2

0,04

0,8

1,24

0,33

39,68

0,08

31,74

31,82

931,8

26

2500

8

10

0,03

1,9

1,24

0,33

39,68

0,3

75,39

75,69

1007,49

27

4000

7

2

0,04

0,9

1,24

0,45

30,38

0,08

37,24

27,42

1034,91

28

5500

7

10