Качество поковок определяется точностью их геометрической формы и размеров, механическими свойствами, структурой и отсутствием поверхностных и внутренних дефектов. Получение качественной поковки зависит от правильной разработки чертежа поковки, проектирования и выполнения технологического процесса штамповки, а также организацией работы технического контроля, в задачи которого входит не только выявление, но и предупреждение брака.
Для контроля размеров штампованных поковок используют измерительные инструменты. Из универсальных инструментов применяются штангенциркули, штангенвысотомеры, штангенглубиномеры, индикаторные кронциркули, радиусомеры, щупы и др. Для всесторонних измерений первых и последних поковок, снимаемых со штампа, производят их разметку на контрольной плите с применением поверочных призм, струбцинок и штангенрейсмуса. Для повышения производительности контроля применяют специальный инструмент - скобы, шаблоны и контрольные приспособления.
Контрольные приспособления состоят из базирующего, зажимного и измерительного устройств и разделяются на наладочные, показывающие фактические размеры поковок, и приемные, фиксирующие лишь попадание размеров поковки в допуск или выход из допуска. Пропускная способность приемных контрольных приспособлений составляет 300-1500 измерений в 1 час.
Применение метода вихревых токов позволяет контролировать химический состав, твердость, трещины, структурное состояние, внутреннее напряжение в поковках и размеры их сечений.
Внутренние дефекты в поковках определяют ультразвуковым методом. Этот метод основан на отражении ультразвукового луча от поверхности внутренних дефектов. Участки поковки, подвергаемые контролю, должны быть одинакового сечения. Методы ультразвуковой дефектоскопии регламентированы в ГОСТ 24507-80 [7]. Они позволяют выявить раковины, рыхлости, трещины, флокены, расслоения и другие несплошности в толще металла, не обнаруживаемые или не всегда обнаруживаемые другими методами неразрушающего контроля.
5. Разработка чертежей штамповой оснастки
На этапе разработки чертежа штамповой оснастки необходимо сконструировать штамп для горячей штамповки и и штамп для обрезки облоя для отштампованных полуфабрикатов из рассматриваемого хромоникелевого сплава. Конструирование штамповой оснасти для горячей объемной штамповке производится на основе рекомендаций изложенных в [1, 7]. В рамках дипломной работы были сконструированы две половины штампа для горячей объемной штамповки (рис. 8 - 10), обрезной штамп для отделения облоя от тела штампованного полуфабриката (рис. 11 - 12), а также разработаны детали обрезного штампа, а именно обрезной пуансон, обрезная матрица, подкладка под обрезную матрицу (подушка), элементы съемника облоя с пуансона при обратном ходе плунжера пресса (рис. 13-15). Чертежи элементов оснастки представлены также в графической части дипломной работы.
При проектировании штампов использовались данные ОСТов, ГОСТов, технических условий по проектированию штампов для горячей объемной штамповке на фрикционных прессах, а также заводских нормалей, принятых на ФГУП "ММПП "Салют".
В качестве материалов для изготовления штампов рекомендуется использовать жаростойкие инструментальные стали, предназначенные, по своим прочностным и механическим характеристикам, для изготовления рабочих деталей штампов горячей объемной штамповки. Рекомендуемые марки сталей и режимы по их термической обработке представлены на соответствующих плакатах в графической части дипломной работы.
Схема штампа для горячей объемной штамповки на фрикционном прессе.
Рис. 8.
Элемент сечения штампа для горячей объемной штамповки на фрикционном прессе (сечение по линии А-А).
Рис. 9.
Элемент сечения штампа для горячей объемной штамповке на фрикционном прессе (вид в направлении М).
Схема обрезного штампа для отделения облоя от тела отштампованного полуфабриката.
Рис. 11.
Схема обрезного штампа для отделения облоя от тела отштампованного полуфабриката (вид на нижнюю неподвижную половину штампа).
Рис. 12.
Пуансон обрезного штампа для отделения облоя от тела отштампованного полуфабриката.
Рис. 13.
Матрица обрезного штампа для отделения облоя от тела отштампованного полуфабриката
.
Рис. 14.
Подкладка под матрицу (подушка) обрезного штампа.
Рис. 15.
6. Автоматизация технологического процесса
Автоматизация технологического процесса позволяет повысить производительность штамповочного оборудования за счет сокращения цикла штамповки, высвободить рабочих за счет интенсификации технологии штамповки, проведения на одном агрегате максимально возможного числа операций, улучшить качество и точность поковок за счет стабилизации технологического процесса, повысить безопасность труда. Автоматизация и механизация технологических процессов горячей объемной штамповки развивается путем оснащения средствами механизации и автоматизации универсального оборудования, может образовать механизированные и автоматизированные линии, а также путем применения специализированных горячештамповочных машин-автоматов. Выбор метода определяется масштабностью производства поковок, номенклатурой деталей, закрепленных за линией, индивидуальными особенностями деталей и технологических процессов штамповки.
Данный технологический процесс полностью автоматизировать невыгодно, так как деталь имеет небольшую массу и размер, и годовая программа выпуска детали типа "фланец" из хромоникелевого сплава ЭИ868 составляет 200 000 шт./год, поэтому перенос ее от печи к штампу, от штампа к обрезному прессу осуществляется с помощью клещей. Единственное, что было бы целесообразно автоматизировать, это подачу смазки в штамп, для меньшей занятости рабочего. Схема подачи смазки в штамп приведена в графической части проекта и на рис. 16.
Установка состоит из бака 1, мешалки 2 с электроприводом и дозирующей системой, выполненной из двух неподвижных дисков 3 и 4, стягиваемых подпружиненными стяжками 5, и поворотного диска 6 с отверстиями по периметру, расположенного между неподвижными дисками. Диск 6 насажен на вал 7, который может поворачиваться пневмоцилиндром 8.
Автоматизированная система нанесения масло графитовой смазки при горячей объемной штамповки детали типа "фланец".
Рис. 16.
Управление пневмоцилиндром осуществляется пневмоклапаном К1, а подача сжатого воздуха в установку клапаном К2.Установка имеет четыре отвода, поэтому может одновременно смазывать от одного до четырех ручьев. Установка при штамповке работает следующим образом. В бак 1 заливают суспензию графита в масле и включают мешалку 2. Отштамповав очередную поковку, штамповщик сбрасывает ее на лоток 9 через боковое окно пресса. На верхней стенке окна расположен фотоэлектрический датчик 10, который срабатывает от действия света нагретой поковки и дает команду на включение клапанов К1 и К2. Пневмоцилиндр 8 поворачивает вал 7 и связанный с ним диск 6. При этом отверстия диска, которые заполнены смазкой, поочередно совмещаются с отверстиями в неподвижных дисках 3 и 4, и смазочный материал из них выдувается сжатым воздухом, поступающим через клапан К2, и уносится по шлангу 11 к соплам 12. Продолжительность впрыскивания и, следовательно, доза наносимого смазочного материала регулируется реле времени.
Выводы по технологической части работы
1. Разработан новый технологический процесс изготовления детали типа "фланец" из хромоникелевого сплава ЭИ868, применяемой в компрессионной и форсажной камере современных газотурбинных двигателей. Новый технологический процесс отличается от базового варианта тем, что для проведения операции горячей объемной штамповки используется винтовой фрикционный пресс вместо молота.
Применение нового вида оборудования имеет ряд существенных преимуществ перед использованием традиционно применяемого оборудования:
при штамповке на фрикционном прессе возможно назначение меньших допусков, припусков, напусков, чем при штамповки на молотах. Соответственно из этого следует значительное уменьшение отходов металла.
работа фрикционного пресса производит меньше шума, чем работа молота;
фрикционный пресс на современном этапе является более дешевым оборудованием, чем молот.
3. При внедрении и реализации нового технологического процесса штамповки детали типа "фланец" их хромоникелевого жаропрочного сплава уменьшается количество технологических операций, уменьшается суммарная трудоемкость процесса.
4. В рамках разработки нового технологического процесса проведены основные технологические расчеты: определена форма и рассчитаны размеры штампованного полуфабриката, рассчитан объем заготовки, определены тип и параметры облойной канавки, определены потребные усилия горячей объемной штамповки и обрезки облоя, определена температура процесса штамповки.
5. На основе технических рекомендаций, изложенных в [1,7] cконструированы штамп для горячей отъемной штамповки детали типа "фланец" из хромоникелевого сплава ЭИ868 на винтовом фрикционном прессе и обрезной штамп для отделения облоя от изделия.
6. В области автоматизации технологического процесса изготовления детали типа "фланец" из хромоникелевого сплава ЭИ868 рекомендуется использовать автоматизированную систему подачи смазочной жидкости в штамп в процессе выполнения операции горячей объемной штамповки.
7. Организационно-экономический раздел
7.1 Технико-экономическое обоснование темы дипломной работы
Данная дипломная работа направлена на разработку нового технологического процесса изготовления детали типа "фланец" в условиях серийного производства. Деталь типа "фланец" входит в состав камер сгорания и форсажных камер современных газотурбинных двигателей. Деталь изготавливается из жаропрочного хромоникелевого сплава ЭИ868 с химическим составом по ТУ 14-1-1747-76 и к ней предъявляются повышенные требования по высокой жаропрочности и жаростойкости, точности изготовления и надежности в работе. Существующий старый (базовый) технологический процесс изготовления детали типа "фланец" заключается в том, что основной формоизменяющей операцией является горячая объемная штамповка на молотах. Однако этот метод имеет ряд существенных недостатков:
1. Процесс характеризуется высокими объемами отходов материала в виде облоя, что обуславливается требованиями технологической операции штамповки на молотах.
2. Присутствуют завышенные затраты в связи с тем, что при реализации базового технологического процесса невозможно проводить обрезку облоя на остаточном тепле после операции штамповки в виду того, что участок молотовой штамповки расположен на значительном удалении от участка штамповки на прессах. Поэтому требуется дополнительная операция нагрева.
Наиболее существенное отличие нового (разрабатываемого) процесса изготовления детали типа "фланец" от базового (существующего) процесса заключается в том, что предлагается вести процесс изготовления детали горячей объемной штамповкой на фрикционных прессах и осуществление процесса обрезки облоя на остаточной температуре нагрева после штамповки.
В результате внедрения новой схемы технологического процесса изготовления деталь типа "фланец" из сплава ЭИ868 ожидается получение экономического эффекта в связи с снижением себестоимости изготовления продукции за счет:
Уменьшения расходов на основные материалы вследствие снижения массы исходной заготовки (в новом технологическом процессе существенно уменьшаются припуски на последующую механическую обработку);
Уменьшения затрат на заработную плату основных производственных рабочих вследствие уменьшения суммарной трудоемкости технологических операций;
Уменьшением затрат на электроэнергию для производственных целей вследствие уменьшения штучно-калькуляционной нормы операций штамповки и нагрева;
Уменьшением затрат на содержание и эксплуатацию оборудования вследствие уменьшения штучно-калькуляционной нормы технологических операций;
Уменьшением затрат на электроэнергию для технологических целей в связи с исключением второй операции нагрева и т.д.
Однако окончательный вывод об экономической эффективности разрабатываемого процесса можно сделать только после определения себестоимости изготовления единицы продукции по базовому (старому) и проектируемому (новому) варианту технологического процесса.
7.2 Расчет полной себестоимости изготовления 100 штук продукции по базовому и новому варианту технологического процесса
Полная себестоимость единицы продукции может быть определена по формуле:
Сполн.= Сцех. + Сзав. + Сбрак + Свнепр (11)
где Сцех. - цеховая себестоимость изготовления единицы продукции (детали типа "фланец"), руб.;
Сзав.- общезаводские расходы, приходящиеся на единицу продукции (деталь типа "фланец"), руб.;
Сбрак - расходы на брак, руб;
Свнепр.- внепроизводственные расходы, приходящиеся на единицу продукции, руб.
Цеховая себестоимость изготовления единицы продукции может быть определена по формуле:
где Смо - расходы на основные материалы для изготовления единицы продукции, руб.;
Смв - расходы на вспомогательные основные материалы для изготовления единицы продукции, руб.;
Зод - затраты на основную и дополнительную заработную плату основных производственных рабочих, руб.;
Оесн - единый социальный налог, руб.;
Етехн. - расходы на электроэнергию и топливо для технологических целей (т.е. электроэнергию и топливо, необходимые для нагрева и расплава металла), руб.;
Сспец. осн. - затраты на возмещение износа специальной оснастки, руб.;
Собор.- расходы на содержание и эксплуатацию технологического оборудования, руб.;
Сцех.- общецеховые расходы, приходящиеся на единицу продукции, руб.
Определим составляющие цеховой себестоимости. При расчетах назначаем индекс 1 для показателей базового (старого) варианта техпроцесса, а индекс 2 - показателям нового (проектируемого) варианта техпроцесса. Для того, чтобы избежать "маленьких цифр" и погрешностей при округлении чисел с точностью до 0,01 руб. расчет будем вести на 100 единиц продукции.
7.2.1 Расчет расходов на основные материалы для изготовления 100 единиц (100 штук) продукции
Определение расходов на основные материалы для изготовления 100 деталей типа "фланец" проведем по формуле:
(13)
где Смо - расходы на основные материалы для изготовления 100 единиц продукции, руб.;
Qмо - норма расхода основного материала на изготовление 100 изделий, кг;
Цмо - оптовая цена одного килограмма основного материала, руб./кг;
Qо - норма реализуемых отходов основного материала при изготовления 100 изделий, кг;
Цо - оптовая цена одного килограмма отхода, руб./кг;
n- количество основных материалов.
Для изготовления детали необходим только один основной материал - хромоникелевый сплав ЭИ868 (ХН60ВТ), имеющий достаточно высокую оптовую стоимость - 495,87 руб./кг.
Тогда имеем: Цмо = 495,87 руб./кг; Цо = 159,12руб./кг.
Определим потребность в основном материале для изготовления 100 единиц продукции по базовому и по новому вариантам:
Qмо1 = 17,852 кг.
Qо1 = Qмо1 - Qдеталей1 - Qбезв.потерь1 (14)
где Qмо1 - норма расхода основного материала на изготовление
100 изделий по базовому варианту технологического процесса, кг;
Qдеталей1 - суммарный вес 100 готовых деталей, кг;
Qбезв.потерь1 - суммарный вес отходов, которые не могут быть использованы вторично, кг.
7.2.3 Расчет основной и дополнительной заработной платы основных производственных рабочих
Определение основной и дополнительной заработной платы основных производственных рабочих можем провести по формуле:
Зод = Зо + Зд + Зп(16)
где Зо - основная заработная плата основных производственных рабочих, руб.;
Зд - дополнительная заработная плата основных производственных рабочих (доплаты за отпуск и т.д.), руб.;
Зд = 0,35 Зо(17)
Зп - премиальные доплаты основных производственных рабочих, руб.;
Зп=0,05 (Зо + Зд) (18)
Определение основной (тарифной) заработной платы основных производственных рабочих можем провести по формуле:
(19)
где Тj - трудоемкость j-той операции технологического процесса, руб.;
j -часовая тарифная ставка рабочего на конкретной технологической операции процесса изготовления детали, руб.;
m - количество операций в технологическом процессе.
Расчет величины тарифной зарплаты основных производственных рабочих представлен в таблице 17, в которой приведены сведения об операциях технологического процесса, трудоемкости выполнения операций, средней часовой тарифной ставки рабочего на операции.
На основании расчета в таблице 17 имеем:
Зо1= 816,32 руб./ед.
Зо2 = 772,94 руб./ед.
Определим дополнительную заработную плату основных производственных рабочих (оплату отпусков, отгулов и т.д):
Расчет тарифной зарплаты основных производственных рабочих.
№
Наименование операции техпроцесса
Суммарная трудоемкость при изготовлении 100 ед. продукции (данные ПФО предприятия)
Специальность
рабочего на операции
Разряд рабочего на операции
Часовая тарифная ставка
Основная
(тарифная)
зарплата
Базовый вариант
Новый
Вариант
Базовый вариант
Новый
вариант
час.
руб./ч
рублей/ед.
1
Резка прутка на заготовки
0,91
0,91
Операционист
IV
81,14
73,84
73,84
2
Нагрев в электропечи
0,62
0,60
Термист
III
73,56
45,6
44,14
3
Штамповка
0,90
0,90
Штамповщик
IV
81,14
73,02
73,02
4
Нагрев в электропечи
0,57
---
Термист
III
73,56
41,92
0
5
Обрезка облоя
0,87
0,87
Штамповщик
VI
97,04
84,42
84,42
6
Обдувка
0,63
0,63
Операционист
III
73,56
46,34
46,34
7
Зачистка заусенцев
1,35
1,35
Операционист
IV
81,14
109,54
109,54
8
Нагрев в электропечи
0,55
0,55
Операционист
III
73,56
40,46
40,46
9
Правка
0,87
0,87
Штамповщик
VI
97,04
84,42
84,42
10
Обдувка песком
0,60
0,60
Операционист
III
73,56
44,14
44,14
11
Зачистка заусенцев
1,35
1,35
Операционист
IV
81,14
109,54
109,54
12
Окончательный контроль
качества
0,65
0,65
Контролер ОТК
VI
97,04
63,08
63,08
ИТОГО: Основная заработная плата рабочих
816,32
772,94
7.2.4. Расчет единого социального налога
Определение отчислений на социальное страхование с суммы основной и дополнительной заработной платы основных производственных рабочих можем провести по формуле:
Оесн = Нсоц.нал. Зод(20)
где Нсоц.нал.- ставка единого социального налога, которая на 2007/2008 год составляет 26 % [12].
7.2.5 Расчет расходов на электроэнергию для технологических целей
В рассматриваемых вариантах технологического процесса имеется нагрев металла перед штамповкой, обрезкой облоя и правкой в электрических печах (базовый вариант) и нагрев перед штамповкой и правкой (новый вариант). Тогда расходы на электроэнергию для нагрева можем определить по формуле:
(21)
где Wуст. - мощность токоприемника, кВт;
tнагр. - время нагрева заготовок, необходимых для изготовления 100 шт.
изделий, часов.
маш. - коэффициент машинного времени, который устанавливает связь
между трудоемкостью на операции и временем работы оборудования.
Однако в данной формуле задана не трудоемкость на операции, а время нагрева заготовок. Тогда маш. = 1.
кпд.- коэффициент полезного действия печи или другого нагревательного устройства;кпд.электропечи = 0,9 [11];
п - коэффициент, учитывающий потери электрической энергии в сети,
7.2.6 Расчет затрат на возмещение износа специальной оснастки
Затраты на возмещение износа специальной оснастки можем определить по выражению:
Сспец. осн. = [ ( Цосн kэрn осн ) / (N вып год Т служ)] n расч. партии(22)
где Цосн - первоначальная стоимость специальной оснастки, руб.;
k эр - коэффициент, учитывающий расходы по эксплуатации оснастки
и ее ремонту; k эр = 1,3 [11];
n осн - количество одинаковой специальной оснастки, используемой в
технологическом процессе, шт.;
N вып год - годовая программа выпуска изделий, шт.;
N вып год = 200 000 шт./год;
Тслуж- срок службы специальной технологической оснастки, год.
Тслуж= 0,1 года при программе выпуска 200 000 шт./год., т.е. 20 000 изд.
n расч. партии- количество деталей, для которых ведется расчет
себестоимости изготовления, шт.; n расч. партии= 100 шт.
Для реализации первого варианта технологического процесса необходимо три комплекта штамповой оснастки (верхняя нижняя половина открытого молотового штампа, обрезной штамп, правильный штамп) стоимостью одного комплекта в 12 850, 11 670, 12 034 руб. соответственно. Для реализации второго варианта техпроцесса необходимо также три комплекта оснастки (верхняя и нижняя половина открытого штампа для винтового фрикционного пресса, обрезной штамп, правильный штамп) стоимостью одного комплекта в 13 950, 11 670, 12 034 руб. соответственно. Следовательно, получим:
n осн1= 1; Цосн1= 12 850 + 11 670 + 12 034 = 36 554 руб.
n осн2= 1; Цосн2=13 950 + 11 670 + 12 034 = 37 654 руб.
Тогда, по вариантам технологического процесса имеем:
где Собу - расходы на содержание и эксплуатацию универсального оборудования, руб.;
Собсп - расходы на содержание и эксплуатацию специального оборудования, руб.;
Сосну - расходы на возмещение износа универсальной технологической оснастки, руб.;
Сину - расходы на возмещение износа универсального инструмента, руб.
Синсп - расходы на возмещение износа специального инструмента, руб.;
Сэ - расходы на электроэнергию для производственных целей, руб.;
Ссж- расходы на сжатый воздух, потребляемый при содержании и эксплуатации оборудования, руб.
В двух рассматриваемых вариантах технологического процесса расходы по статьям Собсп, Сосну, Синсп, Ссж отсутствуют. Определим, последовательно, величины остальных статей расходов для базового и нового варианта технологического процесса.
Расходы на содержание и эксплуатацию универсального оборудования можем определить по формуле:
Собу = С а об + Сур (24)
где С а об - размер амортизационных отчислений в связи с эксплуатацией оборудования, руб.;
Сур - затраты на уход, мелкий и средний ремонт оборудования, руб.
Размер амортизационных отчислений в связи с эксплуатацией оборудования определим по выражению:
С а об = ( Цоб а об t ш-к ) / ( Фд об kзагр 100 ) (25)
где Цоб - первоначальная стоимость оборудования, руб.;
а об - годовая норма амортизационных отчислений для данной группы оборудования, %;
Фд об - действительный (плановый) годовой фонд времени работы оборудования, часов; при односменной работе Фд об = 2 015 часов;
t ш-к - штучно-калькуляционная норма выполнения данной операции технологического процесса (трудоемкость работы на данном оборудовании), часов.
Данные по первоначальной стоимости оборудования, трудоемкости работы на оборудовании и величине годовой нормы амортизационных отчислений для разных единиц оборудования по операциям технологического процесса представлены в таблицах 18 и 19. На основе приведенных в таблицах 18 и 19 данных можем определить величину амортизационных отчислений в связи с эксплуатацией оборудования по вариантам техпроцесса:
С а об1= [(139 500 12,5 0,91) + (216 550 11,0 (0,62 + 0,57 + 0,55)) +