Вимикач високовольтний трьохполюсний - Технологічна частина

3. ТЕХНОЛОГІЧНА ЧАСТИНА

3.1 Характеристика та службове призначення деталі
Для розроблення технологічного процесу виготовлення деталі корпусу муфти згідно із завданням на курсовий проект необхідно подати технічну характеристику деталі та характеристику матеріалу з якого вона складається.
Деталь корпус муфти являє собою тіло обертання ступінчастої форми. Аналіз креслення деталі показує, що вона має 5 базових поверхонь

Рис. 3.1 Характеристика деталі

До внутрішніх частин деталі відносимо: отвір D20мм призначені для закріплення цієї деталі. До зовнішніх частин деталі потрібно віднести: конічну поверхню кут30º, конічну поверхню кут 45º, циліндричну поверхню D30мм, канавку D24мм шириною 3мм, циліндричну поверхню D45мм.
До технологічних баз віднесемо торці деталі, а до конструкторських баз окрім торців також вісь.
Матеріал даної деталі – сталь 40. Її хімічний склад наведений в таблиці 1,а механічні характеристики – в таблиці 2

Таблиця 3.1
Хімічний склад сталі 40 (у відсотках)

Таблиця 3.2
Механічні характеристики сталі 40

Сталь цього сорту відноситься до низьковуглецевих сталей і найчастіше її застосовують без термічної обробки або в нормалізованому стані. Без термічної обробки її застосовують для виготовлення малонавантажених деталей. Тонколистову холоднокатану сталь часто використовують для холодної штамповки виробів. За вмістом легуючих елементів дану сталь можна віднести до низьколегованих, оскільки сумарний вміст легуючих елементів не перевищує 2.5%. Легуючі елементи в малих кількостях значно підвищують механічні властивості сталей. Особливо сильно підвищується межа текучості, відносне звуження і ударна в’язкість. Основним легуючим елементом є марганець. На холодноламкість сталі він практично не впливає, бо його концентрація менша 1%. Це відносно дешевий елемент, як замінник нікелю в сталі. Він розчиняється в фериті і цементиті. Підвищуючи стійкість аустеніту, марганець знижує критичну швидкість гартування і підвищує прогартовуваність.

3.2 Аналіз деталі на технологічність

Рис. 3.2 Корпус муфти

Технологічність деталі оцінюють на двох рівнях – якісному і кількісному.
Аналізуючи конструкцію заданої деталі на якісному рівні можна дійти висновку, що деталь невисокого рівня технологічної складності. Деталь не має  складних профілів, отже може бути виготовлена без застосування спеціального інструменту і обладнання. Хоча й деталь на перший погляд нескладна, її виготовлення може містити певні труднощі в технологічному аспекті. Попри технологічні недоліки (які присутні майже в кожній деталі), запропонована деталь має цілий ряд технологічно зручних особливостей. Корпус має зручні базові поверхні. Практично всі плоскі поверхні можуть бути використані, як технологічні бази. Деталь має можливість створення зручних технологічних баз, що дає можливість скоротити до мінімуму кількість повертань і повторних встановлювань оброблюваного зразка і підвищити завдяки цьому точність обробки поверхонь з використанням принципу постійності і єдності .
Механічну обробку круглих поверхонь  можна проводити стандартним способом – точінням,   підібравши потрібні різці. Контроль параметрів точності та шорсткості поверхонь  можливо здійснити з використанням типових схем вимірювання та стандартних вимірювальних інструментів.
Для кількісної оцінки технологічних параметрів деталі зведемо її показники у таблицю 3.

Таблиця 3.3
Параметри корпусу муфти

         На кількісному рівні запропоновану деталь можна охарактеризувати наступними показниками
Коефіцієнт стандартизації
,                                                     (3.1)
де  – кількість розмірів деталі, що підпорядковуються стандартному ряду;
– загальна кількість розмірів.
Для даної деталі .
Коефіцієнт точності обробки
,                                                (3.2)
.                                    (3.3)
де  – кількість поверхонь з точністю від 1 до 19 квалітету.
Для даної деталі  і  
Коефіцієнт шорсткості поверхонь
,                                                            (3.4)
де
,                                 (3.5)
де  – кількість поверхонь даної шорсткості.
Для даної деталі  і   .
Керуючись якісними показниками, можна зробити висновок, що в цілому деталь технологічна.

3.3 Особливі вимоги до конструкції деталі та її службове призначення
Глибокий аналіз креслення деталі показує, що вона призначена для
конструктивного з’єднання деталей.
З функціональних особливостей деталі можна зробити висновок, що вона призначена лише для кріплення і жорсткої фіксації  деталей, функцій напрямлення обертального руху. Її призначення полягає лише у конструктивному поєднанні інших розрізнених деталей.

3.4 Визначення типу та організаційної форми виробництва
Тип виробництва характеризується коефіцієнтом закріплення операцій, що визначається з формули
,                                                   (3.6)
де  – кількість операцій;
– кількість робочих місць.
Число робочих місць будемо приймати рівним кількості верстатів:
,                                         (3.7)
де N=2000 – річна програма випуску;
– штучний час (у хвилинах);
– річний фонд часу роботи обладнання;
– нормативний коефіцієнт завантаження обладнання
Обрахуємо масу деталі. Для цього розбиваємо деталь на елементарні тіла і обраховуємо їх об’єми:
мм;
мм;
мм;
мм;
мм.
Масу деталі визначаємо за формулою:
В даному курсовому проекті тип виробництва визначимо не розрахунково, а табличним методом. Згідно таблиць, наведених в літературі , керуючись річною програмою випуску і масою деталі, визначаємо малосерійний тип виробництва.
При подальшому проектуванні тип виробництва може бути змінено, в залежності від отриманих результатів.

3.5 Вибір методу отримання заготовки та проектування заготовки
При проектуванні заготовки необхідно врахувати, що на сучасному етапі розвитку приладобудування в умовах ринкової економіки важливим параметром, що в  значній  мірі  впливає  на собівартість  кінцевого  продукту,
є матеріаломісткість виробу і коефіцієнт використання металу , який
представляє собою відношення маси готової деталі  до маси матеріалу , затраченого на її виготовлення:
.                                                     (3.8)
Основними шляхами скорочення витрат на матеріали, що ідуть на виготовлення деталей приладів є:

• скорочення маси матеріалів, що використовуються на виготовлення однієї деталі;
• використання, по можливості, більш дешевих матеріалів, тобто матеріалів з найменшою вартістю одиниці маси;
• отримання відходів матеріалів в найбільш цінному виді, з метою їх подальшого використання для виготовлення інших деталей.

Скорочення маси матеріалів, що затрачаються на виготовлення однієї деталі, залежить в першу чергу від того, наскільки раціонально розроблена конструкція деталі і приладу в цілому. Недостатнє знання властивостей матеріалів, недостатньо стабільна якість матеріалу і наближені методи розрахунків призводять в кінцевому результаті до значних запасів міцності, тобто надлишкових витрат матеріалу.
Скорочення різного роду відходів і втрат матеріалів є одним із основних технологічних і організаційних заходів, проектних завдань, що сприяють скороченню економічних витрат на матеріали. Значна кількість відходів і втрат відбувається на заводах при отриманні заготовок деталей.
При механічній обробці частина матеріалів відходить в стружку, в обрізки при розкрої деталей з листового матеріалу, в обрізки, що утворюються внаслідок некратності матеріалу довжині деталі при пруткових заготовках і у вигляді кусків, необхідних для закріплення деталей при обробці; на виготовлення пробних деталей при наладці виробничої лінії.
Скорочення втрат і відходів не тільки економить матеріали, що дозволяє збільшити програму випуску або прискорити її, але й дає значно більший
економічний ефект внаслідок скорочення непродуктивних затрат праці на
наступних етапах виробництва.
Втрати матеріалів зменшуються із зменшенням кількості стадій, які проходить зразок на шляху його перетворення в готову деталь. Ідеальним було б виробництво деталі без механічної обробки, особливо обробки різанням. Це не завжди можливо, отже, бажано максимально приблизити форму і розміри заготовки до параметрів готової деталі (з урахуванням припусків на механічну обробку).
Процес вибору методу отримання заготовки є складним і залежить від багатьох факторів, запропонована деталь виготовляється із сталі 40. Сталь випускається промисловістю у вигляді прокату, що обумовлює метод отримання заготовки.
Для розкрою листа на заготовки може бути використано ряд різних за технологічною суттю методів. Тільки врахувавши економічну сторону процесу виробництва, можна братись за проектування заготовки, яка буде отримана тим чи іншим методом. Проведемо кількісний порівняльний аналіз запропонованих для розробки курсового проекту методів отримання заготовки.
Спочатку вибираємо спосіб штампування. Отримуємо заготовку середньою масою  Коефіцієнт використання матеріалу на стадії механічної обробки згідно (8) становить .
Тепер отримаємо заготовку методом лиття в землю. Отримана таким чином заготовка має масу .  Коефіцієнт використання металу
при подальшій механічній обробці становитиме .
Собівартість отриманих заготовок визначається з залежності
,                                      (3.9)
де  – собівартість однієї заготовки;
і  – відповідно маса заготовки і маса відходів (при умові, що вони будуть реалізовані);
і  – відповідно вартість матеріалу заготовки і матеріалу відходів;
– витрати підприємства на роботу обладнання, що використовується при виготовленні заготовок.
Для заготовок, отриманих методом лиття в землю, ,  і  Витрати на роботу обладнання (приведені на одну заготовку) будуть складатися з витрат:

• при штампуванні( );
• при розрубуванні вихідного матеріалу на шматки-порції ( );
• на нагрівання металу перед штамповкою ( );

 Собівартість однієї заготовки, таким чином,становитиме  Для заготовок, отриманих штамповкою, ,         і  Витрати на роботу обладнання (приведені на одну заготовку) будуть становити  Собівартість однієї заготовки, таким чином, становитиме
За результатами кількісного аналізу собівартості заготовок остаточно вибираємо отримання заготовки методом лиття в землю.
Отож спроектуємо заготовку корпус муфти, отриману методом лиття в землю.

3.6 Вибір базових поверхонь, розрахунок міжопераційних та операційних припусків на механічну обробку
Запропонована для розробки курсового проекту деталь не має власних базових поверхонь, зручних для використання при обробці, отже виникає необхідність створення допоміжних технологічних баз. Оскільки деталь має достатню кількість паралельних плоских поверхонь, їх можна використати в якості технологічних баз при механічній обробці. Ці поверхні бажано обробляти на чисто в першу чергу.
Аналіз креслення деталі показує, що обробку майже всіх поверхонь можна здійснити методом точіння. Прохід отворів здійснюється методом свердління.
Припуск – це шар матеріалу, котрий знімається з поверхні заготовки в цілях досягнення заданих властивостей оброблюваної поверхні деталі.
Міжопераційний припуск – це шар матеріалу, котрий зрізається з поверхні заготовки при виконанні певної технологічної операції. Величина міжопераційного припуску представляє собою шар, що необхідно зняти тому, що він став дефектним в результаті попередньої операції і виправлення похибок положення і форми оброблюваної поверхні.
Мінімальна величина міжопераційного припуску обчислюється за формулою:
,                                           (3.10)
де  – висота нерівностей профілю на попередньому переході;
– глибина дефектного шару металу після попереднього переходу;
– сумарні відхилення розміщення поверхонь;
– похибки установки заготовки на даному переході.

3.7 Проектування технологічного маршруту обробки деталі
Виготовлення запропонованої деталі – корпусу муфти – починається з отримання заготовки. Конфігурація і метод отримання заготовки детально розглянуті при проектуванні заготовки.
При першому установі будемо обробляти поверхню 1.
Операція складається з таких переходів:

• Підрізати торець 1.
•  При наступній операції заготовка закріплюється за нові технологічні бази. Будемо обробляти поверхні 4,9,6,7,5.

Операція складається з таких переходів:

• Точити циліндричну поверхню 4;
• Точити канавку 9;
• Точити конічну поверхню 6;
• Точити конічну поверхню 7;
• Точити циліндричну поверхню 5;

При наступній операції заготовка закріплюється за нові технологічні бази. Будемо обробляти поверхю 2:
Операція складається з таких переходів:
1)Підрізати торець 2.
При наступній операції зенкерувати отвір в розмір D18.
Далі проводити операцію дворазове розсортування в розмір D20 із шорсткістю 0,63.

3.8 Розрахунок режимів різання, вибір технологічного обладнання, інструменту та засобів технологічного оснащення
Вибір режимів різання в значній мірі впливає на якість оброблюваних поверхонь, точність їх взаємного розташування. Оскільки механічна обробка складає значну частину собівартості деталі, то ефективний підбір режимів різання сильно впливає на техніко-економічні показники процесу виготовлення деталі. Неправильний підбір режимів різання може призвести до недостатньо якісної обробки поверхонь, невиправданого витрачання часу на лишні операції контролю розмірів і параметрів шорсткості поверхонь.
Підбір оптимальних режимів різання можна проводити двома методами: табличним і за допомогою обчислень всіх параметрів режимів різання.
Оскільки деталь можна обробляти типовими методами, з використанням стандартного промислового обладнання та інструменту, то проводити розрахунок режимів різання для всіх операцій механічної обробки немає сенсу, оскільки їх можна знайти табличним методом з довідкової літератури. Детальний аналітичний розрахунок проведемо лише для двох операцій.
Розрахуємо режими різання для операції 005 перехід 1, та свердління отвору d20мм, матеріал заготовки – сталь 40.
Свердління проводиться на широко універсальному верстаті модифікації 2H118. Інструмент, яким здійснюється операція, – зенкер діаметром .
Глибина різання при зенкеруванні становить t=58мм.
Подача для зенкер є стандартною і становить .
Середнє значення періоду стійкості зенкера
Швидкість різання визначається за формулою
,                                                  (3.11)
де  – поправочний коефіцієнт;
; ; ;  – показники степенів.
Загальний поправочний коефіцієнт на швидкість різання визначається
за формулою
,                                                  (3.12)
де  – коефіцієнт, який залежить від матеріалу, що обробляється;
– коефіцієнт, що враховує матеріал інструменту;
– коефіцієнт, що враховує глибину різання.
Таким чином, . Отримуємо швидкість різання   .
Частота обертів шпинделя, в якому закріплене свердло, визначається, як
(3.13)
і становить    .
Крутний момент визначаємо за формулою
,                                    (3.14)
де  – поправочний коефіцієнт;
; ;  – показники ступенів;
– поправочний коефіцієнт, що враховує фактичні умови обробки.
Таким чином,
Потужність різання визначається із залежності
(3.15)
і становить .
Розрахуємо режими  різання  для  токарної  операції 005  перехід 1,
підрізання торця 2 . Інструмент, яким здійснюється операція – підрізний різець.
Глибина різання  становить t=0.5мм.
Подача  становить S=0.8мм/об.
Середнє значення періоду стійкості різця Т=120хв.
Швидкість різання визначається з формули (3.11), для чого підбираємо коефіцієнти ; ; x=0,15; y=0,4; . Загальний поправочний коефіцієнт на швидкість різання становить (враховуючи, що ; ; ) . Отримуємо швидкість різання V=100,23 м/хв..
Частота обертів шпинделя, визначається, з (3.13) і становить
Крутний момент визначаємо з (14), врахувавши, що ; ; ; ; , отримаємо .
Потужність різання визначається із залежності (3.15)і становить, для усіх інших операцій та переходів режими різання визначимо табличним способом. Результати занесемо в карту техрологічного процесу і табл. 4.
Таблиця 3.4
Режими різання

продовження табл.3.4

3.9 Нормування технологічних операцій
         Технічне нормування в широкому розумінні цього поняття представляє собою встановлення технічно обґрунтованих норм використання виробничих ресурсів (ГОСТ 3.1109–82). При цьому виробничими ресурсами є енергія, сировина, матеріали, інструмент, робочий час.
         В сучасних умовах нормування часу набуває  важливого значення, оскільки від цього в значній мірі залежить такт виробництва, норми оплати праці, рентабельність підприємства.
         Норма часу – це регламентований час виконання деякого обсягу робіт в конкретних виробничих умовах одним або декількома виконавцями відповідної кваліфікації (ГОСТ 3.1109–82).
         Важливим параметром при нормуванні часу виступає основний (технологічний) час – це норма часу на досягнення безпосередньої цілі даної технологічної операції або переходу по якісній і (або) кількісній зміні предмету праці. Основний час може бути машинним, машинно-ручним, ручним або апаратурним. Для токарних, свердлильних, різьбонарізних робіт, зенкерування, розгортування, і фрезерування основний (машинний) час визначається за формулою
,                                                (3.16)
де  – частота обертання шпінделя;
 – подача;
 – коефіцієнт, що враховує кількість послідовних заходів при різанні ;
 – довжина шляху інструменту, що визначається з залежності
,                                              (3.17)
де  – довжина оброблюваної поверхні;
 – величина врізання інструменту;
 – величина пробігу (сходу) інструменту.
         Норма основного часу складає лише частину часу, що затрачається на виконання технологічних операцій. Для деяких операцій вона є мізерною в порівнянні з допоміжним часом.
         Норма допоміжного часу  представляє собою норму часу на виконання дій, що дають можливість виконувати основну роботу, що є метою технологічної операції або переходу, і повторюється з кожним виробом або через певне їх число.
         Норма оперативного часу – це норма часу на виконання технологічної операції, що складається із суми основного часу і допоміжного часу, що не перекривається ним:
.                                                (3.18)
         Технічно обгрунтована норма часу (норма штучно-калькуляційного часу) складається з норми підготовчо-завершального часу на партію оброблюванх заготовок і норми штучного часу
,                                           (3.19)
де  – кількість заготовок в партії.
         Норма штучного часу обчислюється за формулою
                                        (3.20)
де  – час на обслуговування робочого місця (приведений до одної операції);
 – час на відпочинок і особисті потреби, або
,                                              (3.21)
де  – процент оперативного часу на обслуговування робочого місця, відпочинок і особисті потреби.
         Керуючись наведеними формулами і параметрами технологічного процесу, обчислимо норми часу для операцій і переходів процесу виготовлення корпусу муфти.
         Час на обслуговування робочого місця, відпочинок і особисті потреби, згідно нормативів, становить  від оперативного часу.
         Для переходу 1 операції 005  довжина шляху інструменту  ; частота обертання шпінделя , подача  Основний час  становить . Допоміжний час буде складатись з часу точного підводу інструменту (4с), включення і виключення станка (0.8с), часу встановлення заготовки  і виймання її (4с), поділеного на кількість переходів в установі, який складає 1с. Допоміжний час, таким чином, становить . Контроль розмірів може здійснюватись під час роботи станка, і тому не збільшує допоміжного часу. Норма оперативного часу становить . Норма штучного часу .Для переходу 4 норми часу будуть ті ж самі.
Для переходу 2 операції 005 довжина шляху інструменту  ; частота обертання шпінделя , подача  Основний час  становить . Допоміжний час буде складатись з часу точного підводу інструменту (4с), включення і виключення станка (0.8с), часу встановлення заготовки  і виймання її (4с), поділеного на кількість переходів в установі, який складає 0.4с. Допоміжний час, таким чином, становить . Норма оперативного часу становить . Норма штучного часу .Для переходу 5 норми часу будуть ті ж самі.
         Для переходу 3 операції 005 довжина шляху інструменту ; частота обертання шпінделя , подача  Основний час становить . Величина допоміжного часу буде такою ж, як і для попередніх переходів – . Норма оперативного часу  становить . Норма штучного часу .
         Для переходу 1 операції 010 довжина шляху інструменту ; частота обертання шпінделя , подача Основний час  становить . Допоміжний час буде складатись з часу точного підводу інструменту (4с), включення і виключення станка (0.8с), часу встановлення заготовки і виймання її (4с), поділеного на кількість переходів в установі , який складає 0.1с.  Допоміжний час, таким чином, становить . Норма оперативного часу становить . Норма штучного часу .Для переходу 2 цієї ж операції норми часу будуть такі ж самі.
         Для переходу 3,4 операції 010 норми часу будуть такі ж самі що й для переходу 2 операції 005.
Для переходу 5 операції 010 норми часу будуть такі ж самі що й для
переходу 3 операції 005.
Для переходу 1 операції 015 норми часу будуть такі ж самі що й для переходу 2 операції 005.
Для переходу 1 операції 020  довжина шляху інструменту  , частота обертання шпінделя , подача  Основний час  становить . Допоміжний час буде складатись з часу підводу інструменту (4с), включення станка, і виключення станка (0.8с), часу встановлення заготовки в лещатах і виймання її (4с), поділеного на кількість переходів в установі. Допоміжний час, таким чином, становить . Норма оперативного часу становить . Норма штучного часу .
         Для переходів 1 і 2 операції 025 та 030 довжина шляху інструменту  ; частота обертання шпинделя , подача  Основний час  становить .
Допоміжний час буде складатись з часу точного підводу інструменту (4с), включення і виключення станка (0.8с), часу встановлення заготовки в лещатах і виймання її (4с), поділеного на кількість переходів в установі, який складає 1.3с.Оскільки при цому установі передбачена зміна інструменту, а переходи 1 і 2 обробляються однаковим інструментом (зміна інструменту відбувається за 4с), час зміни, приведений на один перехід, становить 2с. Час контролю розмірів не входить в допоміжний час, бо він перекривається машинним часом. Допоміжний час, таким чином, становить . Норма оперативного часу,  становить . Норма штучного часу .
Для  переходу 1 операції 035 довжина  шляху інструменту становитиме ; частота обертання шпинделя , подача  Основний час становить . Допоміжний час буде таким же, як при попередньому переході – . Норма оперативного часу становить . Норма штучного часу .
Обчислені норми часу занесемо в таблицю 5
Таблиця 3.5
Норми часу на виконання операцій та переходів

3.10 Характеристика дільниці механічної обробки, порядок розташування технологічного обладнання, міжопераційний транспорт, засоби механізації та автоматизації
Виготовлення заготовок методом лиття  проходить в заготівельному цеху шляхом розігрівання матеріалу. При заготівельних операціях обладнання виділяє багато шкідливих випарів, тому його як правило стараються винести за межі цехів механічної обробки в інші приміщення. Це робиться з метою захисту основної кількості робітників від шкідливих випарів, шкідливих для здоров’я.
На дільниці механічної обробки заготовка проходить всі стадії механічної обробки, але на готову деталь ще не перетворюється. (Процес виготовлення деталі включає операцію нанесення захисних і декоративних металевих покриттів).
Зважаючи на те, що кількість послідовних операцій механічної обробки порівняно невелика, , обробка здійснюється поетапно, в міру накопичення
заготовок певної стадії готовності. (Застосування принципу поточної організації обробки деталей в принципі теж можливе, але тоді збільшується кількість необхідного обладнання і випуск ведеться впродовж короткого часу, в чому немає необхідності.) Завдяки такій організації виробництва з’являється можливість простіше організувати планування і в результаті отримати відносно високі техніко-економічні показники.
Безпосередньо в приміщення цеху, де проходить механічна обробка, заготовки доставляються на ручних заводських візках, які є в наявності практично на кожному підприємстві. Величина партії заготовок залежить від кількох факторів. Найбільш доцільна подача заготовок разом з заготовками інших деталей, які обробляються на цій дільниці. Це можуть бути заготовки різноманітних мілких деталей простої конфігурації. Кількість їх залежить від величини партії всіх деталей і номенклатури заготовок в партії.
Привезені в цех заготовки складаються в заводській тарі біля станка, який здійснює операції механічної обробки на стелажі чи підставці.
Міжопераційні запаси деталей, враховуючи особливості виробництва, будуть залежати від часу безперервної роботи верстату на окремих операціях і становитимуть досить значну кількість. Ці запаси складуються в заводській тарі (при тривалому зберіганні – з тимчасовою консервацією) в заводських складських приміщеннях.
Верстат, на якому здійснюється механічна обробка деталі, розташований  в приміщенні  разом з іншим  обладнанням, яке  налаштоване на подібні за технологічною суттю процеси.
На дільниці механічної обробки цикл виготовлення деталі не завершується. Після обробки різанням майже готові деталі поступають на іншу дільницю, де на них наноситься металеве захисне і декоративне покриття.