Increase in objectivity of selection of part blanks

Abstract

In the article the problem of choice of rational part blanks at early stages of the design of technological processes is considered by the author. The reasoning of the objective criteria for selection of a rational blank from several alternative variants is given. The technique allowing to perform a selection of rational blank with high accuracy is developed. The conclusion according to the results of research is made.

Full Text

Рациональный выбор заготовки является одной из важнейших задач, решаемых на начальном этапе технологической подготовки производства деталей машин. От правильности этого выбора в значительной мере зависит эффективность изготовления деталей. Обычно на производстве выбор заготовок производится путем сравнения расчетных стоимостей нескольких технически приемлемых заготовок, а часто и без выполнения расчетных обоснований на основе опыта технолога или по рекомендациям справочной литературы. Однако такой выбор нельзя признать объективным, так как при этом не учитывается влияние вида и формы заготовки на себестоимость последующей обработки. В ряде случаев обоснованный выбор заготовки можно сделать без расчета себестоимости детали путем сравнения вариантов заготовок по их стоимости (С3) и коэффициенту использования материала (Ким). Этот коэффициент часто может служить качественной мерой себестоимости обработки заготовки (Со). Обычно, чем больше Ким, тем ниже себестоимость ее обработки (в основном черновой, так как стоимость чистовой обработки практически не зависит от вида заготовки и способа ее получения). При таком допущении первый вариант заготовки (из двух сравниваемых) будет обеспечивать минимум стоимости детали, если соблюдается одно из условий: С31=С32 и КИМ1>КИМ2; С31<С32 и КИМ1=КИМ2; С31<СЗ2 и КИМ1>КИМ2. Однако обратная пропорциональность между Ким и Со не всегда соответствует действительности, например, для деталей, имеющих много мелких трудоемких конструктивных элементов (отверстий, пазов, выточек и т.п.). Кроме того, в случае, когда С31>СЗ2 и КИМ1>КИМ2, обоснованный выбор по этим параметрам сделать нельзя. В этом случае приходится для альтернативных вариантов заготовки составлять техпроцессы изготовления детали, выполнять расчет себестоимости детали для каждого техпроцесса, что весьма трудоемко. Как правило, применение простой по форме и дешевой заготовки приводит к увеличению затрат на последующую обработку (в основном черновую механическую обработку). Приближение заготовки к детали по форме и размерам за счет применения более сложного и дорогого метода ее получения снижает затраты на последующую обработку. Поэтому лучшим следует считать один из технически приемлемых вариантов заготовки, для которого себестоимость детали СΣ, равная сумме стоимости заготовки и затрат на последующую обработку, минимальна: (1) Существующие методики расчета стоимости заготовок разных видов на основе известных масс детали, заготовки и данных прейскурантов (цены за единицу массы заготовок и стружки) позволяют просто и с достаточной для практики точностью рассчитать первое слагаемое себестоимости детали. Однако для определения второго слагаемого требуется предварительная разработка и нормирование техпроцессов механической обработки для каждого варианта заготовки, что трудоемко. Поэтому необходимо разработать методику, которая могла бы позволить достаточно быстро и объективно оценить влияние вида и способа получения заготовки на себестоимость изготовления детали. Принимая допущение о том, что затраты на чистовую и отделочную обработку практически не зависят от вида заготовки и способа ее получения, достаточно обоснованным и менее трудоемким можно считать способ выбора заготовки по критерию минимума себестоимости полуфабриката, получаемого после черновой обработки. Для реализации такого выбора необходимо разработать малотрудоемкую методику расчета прогнозируемой себестоимости черновой механической обработки в зависимости от kим заготовки или объема удаляемых черновых припусков и напусков, что позволит исключить предварительное подробное проектирование технологии механической обработки. В основу предлагаемой методики положены разработанные авторами выражения для определения объема припуска или напуска, снимаемого точением, сверлением, зенкерованием, растачиванием, фрезерованием за одну минуту основного времени механической обработки. Этот объем является произведением глубины резания, оборотной подачи и скорости резания. (2) где: t, S, V - режимы резания на рассматриваемой операции. Для получения указанных выражений использовались эмпирические формулы, применяемые для расчета скорости резания при черновых методах механической обработки. Например, подставив в формулу (2) выражение для определения скорости резания при точении и растачивании [4] получим: (3) где: Суммарное основное время черновой механической обработки предлагается определять делением объема черновых припусков и напусков на выражение для объема материала, снимаемого за одну минуту: (4) где: Vпj - объем металла, приходящийся на черновые припуски и напуски для j-го варианта заготовки, мм3; wj - объем металла, снимаемый за 1 минуту черновой механической обработки, мм3/мин. Тогда величину штучно-калькуляционного времени можно рассчитать следующим образом: (5) где: φKj - коэффициент, зависящий от группы и типа оборудования, а также серийности производства [2], ρ - плотность материала детали, кг/ мм3, Мзi - масса j- того варианта заготовки, Мд - масса детали, Кимj - коэффициент использования материала j - того варианта заготовки. Прогнозируемую себестоимость черновой обработки можно определить как произведение приведенных затрат за единицу времени работы оборудования, используемого для черновой механической обработки Спр.черн.j [1], на штучно-калькуляционное время. Себестоимость заготовок, получаемых большинством методов литья и обработки давлением можно определить по формуле: (6) где: Цз - оптовая цена 1 т заготовок соответствующего вида, руб.; Цо - цена реализуемых отходов, руб./т; kт - коэффициент, учитывающий точность заготовок; kв - коэффициент, учитывающий сложность заготовок; kм - коэффициент, учитывающий марку материала заготовки; kсл - коэффициент, учитывающий массу заготовки; kс-коэффициент, учитывающий объем выпуска заготовок. После выражения Мз через Ким и введения обозначений: (7) получим формулу для расчета стоимости получения заготовки: (8) Тогда себестоимость полуфабриката после черновой мехобработки СΣпф для случая, когда основные припуски и напуски удаляются точением и растачиванием. (9) Для случая, когда основные припуски и напуски будут удаляться фрезерованием, величину w можно определить по формуле: (10) где: В - ширина фрезерования, мм; t - глубина фрезерования, мм; Sм - минутная подача фрезы, мм/мин; Sz - подача на один зуб фрезы, мм; z - число зубьев фрезы; V - окружная скорость фрезы, м/мин; D - диаметр фрезы, мм. После подстановки выражения для скорости резания [4] получим: (11) Таким образом, величину критерия для случая, когда черновым методом обработки заготовки будет являться фрезерование, можно рассчитать по формуле: (12) Для случая, когда основные припуски и напуски будут удаляться сверлением, рассверливанием или зенкерованием, величину w можно определить по формуле: (13) где: D - диаметр сверла (зенкера), мм; d - диаметр отверстия под рассверливание или зенкерование, мм; Sм - минутная подача сверла (зенкера), мм/мин; t - глубина сверления (рассверливания, зенкерования), мм; V - окружная скорость сверла (зенкера), м/мин; S - оборотная подача сверла (зенкера), мм/об. Подставим значение скорости резания в выражение для w: (14) Таким образом, величину критерия для случая, когда черновым методом обработки заготовки будет являться сверление, рассверливание или зенкерование, можно рассчитать по формуле: (15) На основе выведенных зависимостей для расчета стоимости полуфабриката, получаемого после черновой обработки заготовки, была разработана компьютерная программа, позволяющая значительно упростить и ускорить процесс использования разработанной методики на практике. Последовательность решения задачи выбора рациональной заготовки с использованием формальных процедур и эвристик объединена в единый алгоритм. В качестве исходных данных вводятся: масса детали, материал детали, программа выпуска, анализируемый вид заготовки, коэффициент использования материала, метод преобладающей черновой обработки, группа оборудования, на котором будет производиться черновая обработка заготовки, максимально возможная глубина резания (черновой припуск или напуск), материал режущей части инструмента, стойкость инструмента. Программа представляет собой рабочую книгу Microsoft Excel, хранящуюся в файле RVZ.xlsm. Программа имеет пять баз данных, каждая из которых оформлена на отдельном листе рабочей книги Excel и относится к определенному виду обработки: точение, растачивание, фрезерование, сверление, зенкерование. При активации рабочей книги RVZ.xlsm пользователь видит главную страницу программы, где имеется одна кнопка - «Открыть окно диалога». После нажатия кнопки на экране появится окно диалога, разработанное на основе возможностей VBA. На рабочем листе с именем «Лист 1» имеются три области: таблица ввода исходных данных, таблица вывода промежуточных данных и область вывода конечного результата. Лист 1 выполняет синхронизирующую функцию, то есть обеспечивает исходной информацией остальные рабочие листы и выводит с них результаты поиска и расчетов. На остальных рабочих листах расположены базы данных с технологической справочной информацией, которая необходима для расчета величины скорости снятия черновых припусков и напусков. С этих листов производится вывод промежуточной информации на Лист 1, при этом номер листа, с которого будет считываться информация, зависит от вида черновой обработки заготовки: Лист 2 - наружное точение; Лист 3 - растачивание; Лист 4 - фрезерование; Лист 5 - сверление; Лист 6 - зенкерование. Разработанная программа позволяет оперативно определять объективные критерии выбора заготовок деталей машин. Интерактивное меню программы имеет диалоговое оформление, что удобно для понимания и использования. Таким образом, разработанная методика позволяет выполнять обоснованный выбор заготовок на ранней стадии проектирования техпроцессов механической обработки деталей, повысить объективность принимаемых технологических решений и тем самым сократить затраты на технологическую подготовку производства. Компьютерная программа, разработанная на базе MS Excel, облегчает использования данной методики на практике. Методика может быть полезна инженерам-технологам, занимающимся проектированием техпроцессов изготовления деталей машин.