Введение

В Белоруссии тракторостроение одна из наиважнейших отраслей машиностроения. Серийное производство тракторов началось в 1950 году на минском тракторном заводе с модели МТЗ – 2, с 1961 года свет увидел МТЗ – 50, а с 1974 года – модели тракторов МТЗ – 80/82.

В 1972 году было создано производственное объединение «Минский тракторный завод», в состав которого вошли Бобруйский завод тракторных деталей и агрегатов, Витебский завод тракторных запасных частей, Минский завод специнструмента и технологической оснастки, Сморгоньский агрегатный завод. Кроме этих предприятий в последствии необходимые составляющие стали выпускать Минский моторный завод, Минский завод шестерен, Борисовский завод агрегатов, Борисовский завод тракторного оборудования и другие. До 2002 года производственное объединение «Минский тракторный завод» выпустил более 3 миллионов тракторов, из которых 600 тысяч поступило в различные страны ближнего и дальнего зарубежья.

На современном этапе производственное объединение «Минский тракторный завод» выпускает более 24 моделей тракторов мощностью от 50 до 150 л.с., 6 моделей малогабаритных тракторов мощностью от 20 до 25 л.с. («Беларусь – 321»), 9 моделей мотоблоков и минитракторов мощностью от 6 до 12 л.с., 15 моделей специальных машин («Беларусь – МЛ – 127С»; «Беларусь – 1802») для коммунальных, погрузочных, шахтных работ, для лесной промышленности.

Тракторы «Беларусь» совместимы в работе более с чем 550 машинами и приводами различного назначения.

Впервые, в настоящее время, на производственном объединении «Минский тракторный завод» создаются трактора мощностью от 155 до 260 л.с.

1. Описание объекта производства и назначение его в узле

Коробка передач предназначена для изменения передаточных чисел трансмиссии и получения различных скоростей и тяговых усилий трактора, а также для изменения направления движения. Кроме того, через коробку передач обеспечивается привод заднего о бокового ВОМ, ходоуменьшителя, переднего ведущего моста трактора МТЗ-82.

Коробка передач – механическая с десятью передачами переднего хода и двумя заднего хода, с понижающим редуктором, включение которого удваивает число передач.

В корпусе 5 коробки размещены соосные первичный 3 и вторичный 10 валы, параллельно им расположены промежуточный вал 2 и вал 58 пониженных передач и заднего хода, шестерни передач и двух ступеней редуктора, а также шестерни привода ходоуменьшителя и раздаточной коробки.

Рассматриваемая в курсовом проекте шестерня входит в состав механизма промежуточного вала 2. ОН пустотелый, внутри него проходит внутренний вал 33 привода ВОМ. Спереди промежуточный вал опирается на подшипник 45, установленный вместе со стаканом в расточку стенки коробки передач; задней опорой является бронзовая втулка 35, запрессованная в отверстие ступицы ведущей шестерни 36 второй ступени редуктора.

На шлицы передней части промежуточного вала между подшипником 45 и упорным кольцом неподвижно установлены ведомые шестерни 40 и 41 соответственно третей и четвертой передач и двухвенцовая шестерня 44, больший венец которой является ведомой шестерней пятой передачи, а меньший – шестерней заднего хода. Ступицы этих шестерен упираются друг в друга и стягиваются кернящийся гайкой 1

На ступицу шестерни 40 на роликовом подшипнике 39 установлена промежуточная шестерня 38, при помощи которой получают пониженные передачи и задний ход, а также привод ходоуменьшителя и бокового ВОМ. Промежуточная шестерня 38 постоянно зацеплена с шестерней 8 первичного вала.

Рассматриваемая ведомая шестерня четвертой передачи, работает в условиях постоянного воздействия на два зубчатых венца: внутренний и наружный. Зубья испытывают изгибающие нагрузки, частично ударные, а также износ по пятну контакта в процессе работы зацепления. Для необходимого ресурса работы шестерни ее изготавливают из стали 25ХГТ, с последующим упрочнением зубьев зацепления.

2. Анализ технологичности конструкции детали

Отработка конструкции на технологичность – комплекс мероприятий по обеспечению необходимого уровня технологичности конструкции изделия по установленным показателям. Она направлена на повышение производительности труда, снижение затрат и сокращение времени на изготовление изделия при обеспечении необходимого его качества. Виды и показатели технологичности конструкции приведены в ГОСТ 14.203-89, а правила отработки конструкции изделия и перечень обязательных показателей технологичности – в ГОСТ 14.201-83.

Оценка технологичности конструкции может быть двух видов: качественной и количественной. Качественная оценка характеризует технологичность конструкции обобщенно на основании опыта исполнителя и допускается на всех стадиях проектирования как предварительная. Количественная оценка технологичности изделия выражается числовыми показателями и оправдана в том случае, если они существенно влияют на технологичность рассматриваемой конструкции.

Качественная оценка технологичности конструкции

Анализируя технологичность конструкции шестерни первой передачи по применяемому материалу следует отметить, что она выполнена из стали 25ХГТ согласно ГОСТ 4543-89, имеющей достаточно высокую стоимость и трудно обрабатываемую, т.к. она содержит большое количество легирующих элементов. Однако использование в узле шестерни из стали другой марки, меньшей стоимости, не технологично, т.к. скажется на работоспособности всего узла в целом, приводит к быстрому выходу его из строя.

С точки зрения конструкции шестерня может характеризоваться с положительной стороны. Она имеет простую форму, в ней наличествует большое количество поверхностей, не требующих обработки резанием. Простые формы обрабатываемых поверхностей так же являются положительным фактором. Наличие сложнопрофильных поверхностей: зубчатого венца и центрального отверстия с эвольвентным профилем шлица компенсируется обработкой стандартным инструментом.

Шестерня не имеет конструктивных специфических элементов, в ней рационально расставлены размеры, заготовка получается оптимальным способом для действующего в заводских условиях технологического процесса.

В целом следует считать качественную оценку технологичности конструкции хорошей.

Химический состав и физико-механические свойства стали 25ХГТ приведены ниже в табл. 2.1 и 2.2.

Таблица 2.1 - Химический состав стали 25ХГТ

Таблица 2.2 - Физико-механические свойства стали 25ХГТ

Количественная оценка технологичности конструкции

Количественная оценка складывается из основных и дополнительных показателей. К основным показателям относятся: трудоемкость изготовления детали и технологическая себестоимость детали.

При оценке детали на технологичность обязательными являются следующие дополнительные показатели:

1. коэффициент унификации конструктивных элементов:

К_У.Э. = Q_У.Э. / Q_Э. ,

где Q_У.Э. и Q_Э. – соответственно число унифицированных конструктивных элементов детали и общее, шт.

К_У.Э. = 8 / 12 = 0,67;

2. коэффициент применяемости стандартизованных обрабатываемых поверхностей:

К_П.СТ. = D_О.С. / D_М.О. ,

где D_О.С. и D_М.О. – соответственно число поверхностей детали, обрабатываемых стандартным инструментом, и всех, подвергаемых механической обработке поверхностей, шт.

К_П.СТ. = 7 / 10 = 0,7;

3. коэффициент обработки поверхностей:

К_П.О. = 1- D_О.С. / Q_Э. ,

К_П.О. = 1- 10/ 12 = 0,17;

4. Коэффициент использования материала:

К_И.М. = q / Q,

где q и Q – соответственно масса детали и заготовки, кг.

К_И.М. = 5,714 / 8,8 = 0,65;

5. масса детали q = 5,714 кг.;

6. максимальное значение квалитета обработки IT 8;

7. минимальное значение параметра шероховатости обрабатываемых поверхностей Ra = 0,8 мкм.

3. Выбор типа и организационной формы производства

Тип производства по ГОСТ 3.1119-89 характеризуется коэффициентом закрепления операций: К_З.О. = 1 – массовое, 1< К_З.О. <10 – крупносерийное, 10< К_З.О. <20 – среднесерийное, 20< К_З.О. <40 – мелкосерийное производство. В единичном производстве К_З.О. не регламентируется.

В соответствии с методическими указаниями РД 50-174-80, коэффициент закрепления операций для всех разновидностей серийного производства:

К_З.О. = ΣП_Оi /(ΣР_Оi ), (3.1)

где ΣП_Оi – суммарное число различных операций за месяц по участку из расчета на одного сменного мастера, ΣР_Оi – явочное число рабочих участка, выполняющих различные операции при работе в одну смену.

Условное число однотипных операций рекомендуется определять:

П_Оi = η_Н /η_З , (3.2)

Где η_Н – планируемый нормативный коэффициент загрузки станка (η_Н = 0,75), η_З – коэффициент загрузки станка проектируемой операции.

η_З = Т_ШК.-К. N_М /(60F_М k_В ), (3.3)

где Т_ШК.-К. – штучно-калькуляционное время, необходимое для выполнения операции, мин; N_М – месячная программа выпуска заданной детали в одну смену, шт.: N_М = N_Г /24; N_Г – годовой объем выпуска заданной детали, шт.; F_М = 4055/ 24 = 169 ч. – месячный фонд времени работы оборудования в одну смену, ч.; k_В – коэффициент выполнения норм, принимается равным 1,3.

Подставляя в формулу (3.3) значения получим:

η_З = Т_ШК.-К. N_М /13182, (3.4)

Следовательно

П_Оi = 13182η_Н / Т_ШК.-К. N_М , (3.5)

Количество операций, выполняемых в течении месяца на участке определяется:

ΣП_Оi = П_О1 +П_О2 +П_О3 …+П_Оn (3.6)

Необходимое число рабочих для обслуживания в течении одной смены одного станка, загруженного по плановому нормативному коэффициенту:

Р_i = П_Оi Т_ШК.-К. N_М /(60k_В Ф), (3.7)

Где Ф – месячный фонд времени рабочего, занятого в течении 22 рабочих дней в месяц Ф = 22´8 = 176 ч.

Явочное число рабочих участка определяется следующим образом:

ΣР_i = Р₁ +Р₂ +Р₃ …+Р_n (3.8)

Таким образом, используя формулы (3.1)…(3.8) составляет таблицу для рассматриваемой детали:

Таблица 3.1 - Расчет типа производства

Подставляя получившиеся значения в формулу (3.1) получаем:

К_З.О. = 41,61/9,94 = 4,2.

Рассчитанное К_З.О. подчиняется неравенству 1< К_З.О. <10 и следовательно можно сделать вывод, что тип производства при изготовлении шестерни – крупносерийный.

Формы организации технологических процессов в соответствии с ГОСТ 14.312-85 существуют двух видов: групповая и поточная. Решение о целесообразности применения той или иной формы принимаются после следующих расчетов:

Заданный суточный выпуск изделий:

N_С = N_Г /253,

где N_Г – годовой объем выпуска изделий, шт; 235 – количество рабочих дней в году.

N_С = 60000/253 = 237,2 шт.

Суточная производительность поточной линии:

Q_С = (F_С /Т_СР ) η_З ,

где F_С – суточный фонд времени работы оборудования (960 мин.); Т_СР – средняя станкоемкость одной операции, мин.; η_З – средний коэффициент загрузки оборудования.

Т_СР = SТ_ШК.-К.i /(nk_В ),

Т_СР = 42,37/(14´1,3) = 2,33 мин,

Q_С = (960/2,33)´0,58 = 238,9 шт.

В связи с тем, что заданный суточный выпуск изделий меньше суточной производительности поточной линии, применение однономенглатурной поточной линии нецелесообразно.

При серийном производстве запуск изделий осуществляется партиями с определенной периодичностью. Количество деталей в партии для одновременного запуска определяется:

n₁ = (F_Э.М. n_О k_В )/(К_З.О. SТ_i ); n₂ = (F_Э.М. k_В )/(к_М.О. SТ_i )

где F_Э.М. – эффективный месячный фонд времени работы участка, равный 10560 мин; n_О – число операций механической обработки по технологическому процессу;.SТ_i – суммарная трудоемкость технологического процесса, мин., к_М.О. – коэффициент, учитывающий затраты межоперационного времени (1,5).

n₁ = (10560´14´1,3)/(4,2´42,37) = 1080 шт.;

n₂ = (10560´1,3)/(1,5´42,37) = 216 шт.

Согласно теории n₂ = 216 = n_min , а n₁ = 1080 = n_mах . Параметр n_min округляется в сторону увеличения до n_min ', кратного размеру партии на сборочной стадии n_min ' = 220 шт.

Определяем расчетную периодичность повторения партий деталей (дн.)

I_Н = 22 n_min '/ N_М

I_Н = 22´220/ 2500 = 1,94 дн.

Принимаем большее ближайшее значение согласно нормативам: I_Н = 2,5 дня.

Рассчитываем размер партии согласно условия:

n = I_Н N_М /22 = 2,5´2500/22 = 284 шт.

n_min '< n < n_mах ,

220 < 284 < 1080,

т.к. неравенство выполняется, то искомый размер партии деталей равен 284 штуки.

4. Выбор метода получения заготовки с экономическим обоснованием проектируемого варианта

В базовом варианте изготовления заготовки шестерни осуществляется на КГШП в открытых штампах, что соответствует производственной необходимости предприятия.

В проектном варианте в условиях крупносерийного производства предлагается получать заготовку шестерни на том же оборудовании (КГШП), но только в закрытых штампах. Особенностью получения заготовок в закрытых штампах является строгая дозация материала (из-за отсутствия возможности выхода излишков металла) и как следствие увеличение точности и уменьшение массы заготовки, уменьшение припусков под механическую обработку.

В базовом варианте точность заготовки следующая: класс точности Т5, группа стали М1, степень сложности С2 и исходный индекс 14. В проектном варианте соответственно – Т3, М1, С2 и 11.

Оптимальный метод получения заготовки определяется на основании технико-экономических расчетов технологической себестоимости обоих вариантов получения заготовки. Метод получения заготовки, обеспечивающий технологичность изготовления из нее детали при минимальной себестоимости последней, считается оптимальным.

Стоимость заготовок, получаемых горячей штамповкой на КГШП определяется по формуле:

S_ЗАГ. = ((S_i /1000)Qk_Т k_С k_В k_М k_П ) – (Q – q)(S_ОТХ. /1000),

где S_i – базовая стоимость 1 т. заготовок, руб., k_Т, k_С, k_В, k_М, k_П – коэффициенты, зависящие соответственно от класса точности, группы сложности, массы, марки материала и объема производства заготовок, S_ОТХ. – заготовительные цены на стружку металлов.

Стоимость заготовки в базовом варианте согласно выше сказанного равна:

S_{ЗАГ. БАЗ.} = ((373/1000)´8,8´1,0´1,21´0,89´1,0´1,0) – (8,8 – 5,714)´(28,1/1000) = 3,45 руб.,

Стоимость заготовки в проектном варианте равна:

S_{ЗАГ. ПР.} = ((373/1000)´7,48´1,05´1,21´0,89´1,0´1,0) – (7,48 – 5,714)´(28,1/1000) = 3,11 руб.,

Экономический эффект для сопоставления способов получения заготовок, может быть определен по формуле:

Э_З = (S_{ЗАГ. БАЗ.} - S_{ЗАГ. ПР.} ) ´ N_Г = (3,45 – 3,11) ´ 60000 = 20400 руб. (на цены 1984 г.).

5. Анализ базового варианта технологического процесса механической обработки

Предметом анализа является технологический процесс изготовления каретки из стальной штампованной заготовки.

Принятую в данном варианте технологическую последовательность обработки логически следует считать целесообразной, так как при этом соблюдаются принципы постепенности формирования свойств обрабатываемой детали.

Для анализа применяемого при обработки оборудования составляем табл. 5.1 и 5.2

Таблица 5.1 - Технологические возможности применяемого оборудования

Таблица 5.2 - Характеристика срока службы, стоимости, сложности, производительности и степени использования применяемого оборудования

Для анализа автоматизации технологического процесса составляем таблицу 5.3

Таблица 5.3 - Автоматизация технологического процесса

Для анализа и выявления причин возникновения брака составляем таблицу 5.4

Таблица 5.4 - Доля и причины брака

Для оценки установочно-зажимных приспособлений, режущего и вспомогательного инструмента, средств технического контроля составляем таблицы 5.5…5.8

Таблица 5.5 - Установочно-зажимные приспособления

Таблица 5.6 - Режущие инструменты

Примечание: метод настройки на размер: 1- по промерам, 2- по эталону.

Таблица 5.7 - Вспомогательные инструменты

Таблица 5.8 - Средства технического контроля

Действующий технологический процесс можно совершенствовать следующим образом:

1. Заменить станки на операциях 005…030 на токарный восьмишпиндельный вертикальный полуавтомат с двойной индексацией.

2. Экономически обосновать замену на проектируемых операциях.

3. Упрознить операцию 065 вследствие уменьшения припусков под механическую обработку и увеличения точности изготовления.

4. Автоматизировать процесс загрузки-разгрузки станков и межоперационное транспортирование обрабатываемых деталей.

5. Уменьшить погрешность базирования на проектируемой 005 операции.

6. Применить средства активного контроля на шлифовальных операциях

7. Заменить станки на операциях 020, 055, 060 и 070 на более современные согласно новому технологическому процессу.

6. Проектирование улучшенного варианта технологического процесса

Проектируемый вариант технологического процесса обработки шестерни первой передачи будет иметь следующий вид:

1. 005 – Автоматно-токарная – 1К282;

2. 010 – Вертикально-протяжная – 1Б67;

3. 015 – Зубофрезерная – 5Б312;

4. 020 – Зубозакругляющая – 5Н580;

5. 025 – Зубофасочная – 5527;

6. 030 – Зубошевеинговальная – 5702;

7. Термообработка

8. 035 – Хонинговальная – 3М82П;

9. 040 – Плоскошлифовальная – 3П722;

10. 045 – Зубохонинговальная – 5А913;

11. Контроль.

Прежде чем принять решение о методах и последовательности обработки отдельных поверхностей детали и составить технологический маршрут ее изготовления, необходимо определить себестоимость обработки по отдельным вариантам и выбрать наиболее рациональный из них для данных условий производства. Критерием оптимальности является минимум приведенных затрат на единицу продукции.

Часовые приведенные затраты (коп/ч) можно определить по формуле:

S_П.З. = S_З. + S_Ч.З. + Е_Н. (К_С. + К_З. ),

где S_З. – основная и дополнительная зарплаты с начислениями, коп/ч., S_Ч.З. – часовые затраты на эксплуатацию рабочего места, коп/ч., Е_Н. – нормативный коэффициент экономической эффективности капитальных вложений (0,15); К_С., К_З. – удельные часовые капитальные вложения соответственно в станок и здание, коп/ч.

Основная и дополнительная зарплаты с начислениями и учетом многостаночного обслуживания (коп/ч.):

S_З = εС_Т.Ф. ky,

Где ε – коэффициент к часовой тарифной ставке (2,66); С_Т.Ф. – часовая тарифная ставка станочника сдельщика соответствующего разряда, коп/ч., k – коэффициент, учитывающий зарплату наладчика; у – коэффициент, штучного времени, учитывающий оплату труда рабочего, при многостаночном обслуживании.

Часовые затраты на эксплуатацию рабочего места (коп/ч):

S_Ч.З = S_Ч.З ^Б.П. k_М ,

где S_Ч.З ^Б.П. – практические часовые затраты на базовом рабочем месте, коп/ч., k_М – коэффициент, показывающий, во сколько раз затраты, связанные с работой данного станка, больше, чем аналогичные расходы, связанные с работой базового станка.

Часовые затраты на эксплуатацию рабочего места в случае пониженной загрузки станка (менее 60%) должны быть скорректированы с помощью коэффициента j, если станок не может быть дозагружен, как например, в массовом производстве. В этом случае скорректированные часовые затраты (коп/ч.):

S_Ч.З ^К. = S_Ч.З j /1,14,

где j - поправочный коэффициент:

j = 1 + a(1 - h_З. )/h_З. ,

где a - удельный вес постоянных затрат в часовых затратах на рабочем месте, h_З. – коэффициент загрузки станка.

Капитальные вложения в станок и здание (коп/ч.) определяются по формулам:

К_С. = 100Ц/(F_Э. h_З. ); К_З. = 100Ц_ПЛ.ЗД. А/(F_Э. h_З. ),

где F_Э – эффективный годовой фонд времени работы станка, ч., 100Ц_ПЛ.ЗД. – стоимость 1 м² площади механического цеха, руб., А – производственная площадь занимаемая станком, с учетом проходов, м² (А = аk_А , где а – площадь станка в плане, м² , k_А – коэффициент учитывающий дополнительную производственную площадь).

Технологическая себестоимость операций механической обработки (коп.):

С_О. = S_П.З. Т_ШК.-К /60k_В ,

где Т_ШК.-К – штучно-калькуляционное время на операцию, мин; k_В – коэффициент выполнения норм (1,3).

Для простоты и наглядности результатов расчетов составляем таблицы 6.1 и 6.2, которые будут отображать результаты расчетов по базовому и проектному технологическому процессу механической обработки соответственно.

Согласно полученных результатов приведенная годовая экономия (руб.) составит:

Э_Г. = ((С_О. ' – С_О. '') N_Г )/100,

где С_О. ' - технологическая себестоимость операций механической обработки базового варианта; С_О. ''- технологическая себестоимость операций механической обработки проектного варианта.

Э_Г. = ((231,5 – 191,1) 60000)/100 = 24240 руб. (на цены 1984г.)

Таблица 6.1 - Расчет технологической себестоимости операций механической обработки базового варианта технологического процесса

Таблица 6.2 - Расчет технологической себестоимости операций механической обработки проектного варианта технологического процесса

При выполнении курсового проекта припуски на механическую обработку определяются расчетно-аналитическим способом. Расчет и назначение их по таблицам ГОСТов производится после отработки конструкции детали и заготовки на технологичность и технико-экономического обоснования метода получения заготовки.

7. Расчет припусков под механическую обработку

Назначение припусков ведется согласно ГОСТа 7505-89, рисунка 7.1 и результаты заносятся в сводную таблицу 7.1

Таблица 7.1 - Припуски под механическую обработку

Рис. 7.1

8. Назначение режимов резания

Методика расчетов режимов резания представлена в справочной и учебной литературе. В процессе разработки операционной технологии необходимо рассчитать режимы резания на один из технологических переходов, а на остальные переходы и операции определить по нормативным данным режимы

Рассмотрим подробно назначение режимов резания для автоматно-токарной операции 005, переход 3, производимой на станке 1К282, зенкерование отверстия.

1. Рассчитываем длину рабочего хода:

L_Р.Х. = L_Р. + L_ДОП. + y,

где L_Р. – длина резания, мм.; L_ДОП. – дополнительная величина, хода вызванная особенностями наладки и конфигурации детали, мм.; y – длина подвода, врезания и перебега инструмента.

L_Р.Х. = 65 + 2 + 5 = 72 мм.

2. Назначаем подачу суппортов на оборот шпинделя S_О , мм/об:

S_О = 1,1 мм/об.

3. Определяем стойкость инструмента Т_Р. , мин.:

Т_Р. = λ ´ Т_М. ,

где λ – коэффициент резания, λ = L_Р. /L_Р.Х. = 65/72 = 0,9; Т_М – табличное значение стойкости инструмента, мин.

Так как λ > 0,7,то Т_Р. » Т_М = 110 мин.

4. Определяем скорость резания по формуле, м/мин.:

V = V_ТАБЛ. ´К₁ ´К₂ ´К₃ ,

где V_ТАБЛ. – табличное значение скорости резания, м/мин., К₁ , К₂ , К₃ – коэффициенты учитывающие твердость обрабатываемого материала.

5. Определяем частоту вращения шпинделя, об./мин.:

n = (1000V)/(πD),

где D – диаметр обработки, мм.

n = (1000 ´ 21)/(3,14 ´ 54) = 123,8 об./мин.

6. Назначаем частоту вращения по паспорту станка n = 125 об./мин.

7. Скорректируем значение скорости:

V = nπD/1000,

V = (125 ´ 3,14 ´ 54)/1000 = 21,195 ≈ 21,2 м/мин.

8. Определяем минутную подачу, мм/мин:

Sm = S_О ´ n = 1,1 ´ 125 = 137, 5 мм/мин.

9. Рассчитываем основное время на обработку, мин.:

Т_О = L_Р.Х. / Sm = 72/137,5 = 0,52 мин.

Остальные режимы резания рассчитываются по приведенной выше методике и сводятся в таблицу 8.1

Таблица 8.1 - Сводная таблица по режимам резания механической обработки