разработка нового технологического процесса изготовления детали Колесо червячное

ВВЕДЕНИЕ
Целью данного проекта является разработка нового технологического процесса изготовления детали Колесо червячное. Надо усовершенствовать имеющийся технологический процесс, т.е. уменьшить время на изготовление, уменьшить себестоимость детали, по-возможности уменьшить количество оборудования.
Для разработки технологического процесса нам понадобится выбрать новое оборудование, технологическую оснастку, новый инструмент, пересчитать режимы резания, пронормировать операции. Пересчитаем припуски на заготовку.
Напишем усовершенствованный технологический процесс.
 
АНАЛИЗ ЧЕРТЕЖА ДЕТАЛИ И ЕЁ СЛУЖЕБНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
Деталь «Колесо червячное» предназначено для передачи крутящего момента от одного вала к другому, расположенных перпендикулярно. Колесо – часть червячной передачи, входит в зацепление с червяком.
Часто колесо делают сборным, но у нас колесо полностью сделано из бронзы.
Деталь «Колесо червячное» изготавливается из безоловянной литьевой бронзы БрА9Ж4 ГОСТ 493-79 (но в ГОСТ-е этой бронзы нет, хотя на чертеже стоит именно эта марка). Ближе всего по химическому составу и механическим свойствам марка БрАЖЗЛ.
Химические свойства БрА9Ж4 представлены в таблице 1.
Таблица 1 – Химический состав % материала БрА9Ж4
Al Fe Cu As Sb Sn Si Р Ni Pb Zn Mn
8,0-10,0 2,0-
4,0 83,3-
90,0 не более, всего 2,7
0,05 0,05 0,2 0,2 0,1 1,0 1,0 0,5 0,5

Механические свойства БрА9Ж4 представлены в таблице 2.
Таблица 2 - Механические свойства БрА9Ж4
Сортамент σв
МПа στ
МПа δ
% ψ
% Ударная вязкость, KCU, кДж/м2 Твердость
НВ
- 390 196 10 30 599 100

Основные технические требования: торцовые биения стенок относительно оси отверстий под подшипники Ø120Н7 величиной 0,05 мм и радиальное биение зубчатого венца относительно оси отверстий Ø120Н7 величиной 0,16 мм. Данные технические условия оговорены для качественного зацепления с червяком.
По чертежу мы видим три поверхности с точностью по 7 квалитету и шероховатостью Ra = 1,6 мкм, две поверхности по 9 квалитету и 3 поверхности по 10 квалитету. Остальные образуются менее точной обработкой.
Конструкторские базы – базы, используемые для определения положения детали в изделии.
Конструкторские базы показаны на чертеже, они зависят от назначения детали. На нашем чертеже к конструкторским базам относится ось поверхности Ø210Н7. Также к конструкторским базам относится размер 33-0,1 мм, 120-0,2 мм, 55h10 мм – данные размеры обеспечивают сопряжение с другими деталями изделия. К конструкторским базам можно отнести размер отверстий М6-6Н и диаметр Ø255 мм расположения осей этих отверстий. К этим базам относятся размеры профиля зубьев червячного колеса, которые отражены в таблице на чертеже.
Вывод: для получения максимальной точности размеров и выполнения всех технических требований надо обеспечить совмещение конструкторских и технологических баз.  
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТИПА ПРОИЗВОДСТВА И ЕГО ОСНОВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ
Тип производства согласно ГОСТ 3.1108-74 характеризуется коэффициентом закрепления операций за одним рабочим местом или единицей оборудования.
Тип производства определяется коэффициентом
К_(з.о)=Р/Q
где Р- количество операций
Q - количество рабочих мест.
Коэффициент закрепления операций определяет число операций, выполняемых на одном рабочем месте за расчетный период времени.
Типы производства характеризуются следующим значением коэффициентов закрепления операций:
Массовое – 1
Серийное:
крупносерийное – выше 1 и до 10;
среднесерийное – с 10 до 20;
мелкосерийное – с 20 до 40.
Предварительно принимаем: обработку производим на станке с ЧПУ с контршпинделем, т.е. количество рабочих мест Q = 3. Операций (переходов) принимаем Р = 30.
К_(з.о)=30/3=10
Следовательно, по этому методу у нас среднесерийное производство.
Определяем по таблице серийности: задана годовая программа выпуска колес N = 100 штук.



Таблица 3 – Серийность производства
Масса
детали
(изделия),кг. Величина годовой программы выпуска, шт.
Единичное Мелкосерийное Серийное. Крупносерийное Массовое.
1,0 10 10…2000 1500…100000 75000…200 000 200 000
1,0…2,5 10 10…1000 1000…50 000 50 000…100 000 100 000
2,5…5,0 10 10…500 500…35 000 35 000…75 000 75 000
5,0…10,0 10 10…300 300…25 000 25 000..50 000 50 000
>10,0 10 10…200 200…10 000 10 000…25 000 25 000

Масса детали 43,89 кг, годовая программа 100 шт., следовательно, производство у нас мелкосерийное.
Мелкосерийное производство – это тип организации производственного процесса, при котором подразделения или обрабатывающие центры специализируются на определенных операциях.
Мелкосерийное производство характеризуется большой номенклатурой изделий, которые выпускаются небольшими партиями с редкой периодичностью. В мелкосерийном производстве подробная разработка технологических процессов не производится, составляется только маршрутная технология. По своим характеристикам мелкосерийное производство приближается к единичному.  
ВЫБОР МЕТОДА ПОЛУЧЕНИЯ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЗАГОТОВКИ
Так как материалом детали является бронза и производство мелкосерийное, то наиболее приемлемым методом её получения является литьё в песчаные формы.
Литейная разовая песчано-глинистая форма в большинстве случаев состоит из двух полуформ: верхней и нижней, которые получают уплотнением формовочной смеси вокруг соответствующих частей (верхней и нижней) деревянной или металлической модели в специальных рамках – опоках.
Общие припуски на обрабатываемые поверхности назначаются в соответствии с ГОСТ 26645-85.
В соответствии с материалом БрА8Ж4, выбранным методом литья и наибольшим габаритным размером выбираем для детали 7т – 12 классы размерной точности и масс, а также 2-4 ряды припусков. Так как форма отливки простая и производство мелкосерийное, то из имеющегося интервала классов точности выбираем между малым и средним значением.
Класс точности размеров: 8, класс точности массы: 7, степень точности поверхностей отливки: 11, ряд припусков: 3.
Назначаем общие припуски и допуски на обрабатываемые поверхности.

Таблица 4 - Общие припуски и допуски на обрабатываемые поверхности
Определяющий размер, мм Допуск линейных размеров, мм, при классе точности 8 Общий припуск на сторону, не более, мм Расчетный размер отливки, мм
361,6-0,14 2,0 3,0 〖Ø367〗_(-0,7)^(+1,3)
300-1,3 2,0 2,2 〖Ø304〗_(-0,7)^(+1,3)
190+1,15 1,8 2,1 〖Ø186〗_(-1,2)^(+0,6)

Продолжение таблицы 4.
120-0,2 1,6 2,7 125_(-0,6)^(+1,0)
55-0,12 1,2 2,3(1,8) 59_(-0,4)^(+0,8)

Точность отливки 8-0-0-7 ГОСТ 26645-85.


Рисунок 1 – Эскиз отливки Колеса червячного

Масса детали 43,89 кг, годовая программа 100 шт.
Литье в оболочковые формы: по массе, максимальным габаритным размерам, классу точности, группе сложности возможно применить данный способ литья, но по минимальной партии (>200) не проходит, т.е. экономически нецелесообразно его применять.
Литье по выплавляемым моделям: масса отливки должна быть < 30 кг.
Литье в кокиль: так же как и при литье в оболочковые формы подходит по все параметрам, кроме минимальной партии > 300 шт. Т.е. экономически нецелесообразно его применять.
Литье под давлением: масса на грани, должно быть <45 кг и минимальная партия должна быть > 2000 шт. Одна из причин - дорогое изготовление пресс-формы, дорогое оборудование.
Единственное более-менее приемлемое, кроме литья в песчаные формы, это литье в оболочковые формы. Здесь бы мы за счет более точного литья имели бы припуски меньше, коэффициент использования материала был бы больше, чем при литье в песчаные формы. Но при такой маленькой партии экономически мы бы ничего не выиграли: дорогая оснастка, дорогое оборудование.
Коэффициент использования материала вычисляется по формуле составляет:
К_им=М_д/М_з
где М_д - масса детали, кг;
М_з - масса заготовки, кг.
Коэффициент использования материала при литье в песчаную форму:
К_им=43,89/49=0,89
Следовательно, в стружку уйдет:
М_з-М_д=49-43,89=5,11 кг.
За 100 штук: 511 кг.
На 100 штук колес уйдет 4900 ∙ 20 = 98000 руб.
Коэффициент использования материала при литье в оболочковые формы:
К_им=М_д/М_з
где М_д - масса детали, кг;
М_з - масса заготовки, кг.
Коэффициент использования материала при литье в песчаную форму:
К_им=43,89/48=0,91
Следовательно, в стружку уйдет: