Совершенствование технологии изготовления дисков борон в РПДУП «Экспериментальный завод» РУП «НПЦ НАН Беларуси по механизации сельского хозяйства» (дипломный проект)

Дипломный проект

Пояснительная записка 94 с., в том числе 9 ил., 10 табл., 46 библиограф., 1 приложение; 10 листов чертежей.

В дипломном проекте разработан технологический процесс изготовления дисков борон в РПДУП «Экспериментальный завод» РУП «НПЦ НАН Беларуси по механизации сельского хозяйства».
В проекте приведены анализ предприятия и его производственных подразделений, анализ существующих технологий изготовления. По результатам анализа разработана перспективная, ресурсосберегающая технология изготовления дисков борон в условиях РПДУП «Экспериментальный завод» РУП «НПЦ НАН Беларуси по механизации сельского хозяйства» и обосновано технологическое и транспортное оборудование.
В конструкторской части проекта обоснована целесообразность применения оснастки по спрейерному охлаждению диска, изложено устройство и принцип работы оснастки, разработана конструкция оснастки.
В разделе по безопасности жизнедеятельности дана оценка экологической обстановке на предприятии, рассмотрена оценка устойчивости потенциально опасных объектов.
Технико-экономические расчеты подтвердили целесообразность и обоснованность принятых в проекте решений.
Студент-дипломник подтверждает, что приведенный в дипломном проекте расчетно-аналитический материал правильно и объективно отражает состояние разрабатываемого объекта, все заимствованные из литературных и других источников теоретические и методологические положения и концепции сопровождаются ссылками на их авторов.



СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ОБОСНОВАНИЕ ТЕМЫ И ЗАДАЧИ ПРОЕКТА...
1.1. Краткая характеристика РПДУП «Экспериментальный завод» РУП «НПЦ НАН Беларуси по механизации сельского хозяйства».....
1.2. Производственная структура предприятия
1.3. Анализ состояния технологии и организации производства
1.4. Выводы.
2. ОБОСНОВАНИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ПРОГРАММЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДИСКОВ БОРОН...
2.1. Определение потребности в дисках борон
2.2. Обоснование производственной программы изготовления дисков...
3. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ....
3.1. Назначение и анализ конструкции дисков...
3.2. Анализ условий работы, возможные дефекты и причины из возникновения...
3.3. Технические требования к дискам, анализ материала, термообработки и твердости рабочих поверхностей...
3.4. Анализ существующих технологий изготовления дисков
3.5. Определение применимости способов упрочнения............................
4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ДИСКОВ БОРОН...
4.1. Обоснование технологического маршрута изготовления дисков борон.....
4.2. Расчет технологических режимов и норм времени операций...
4.3 Технико-экономические показатели изготовления дисков
5 ТРУДОЕМКОСТЬ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ГОДОВОЙ ОБЪЕМ РАБОТ.
5.1 Обоснование трудоемкости изготовления
5.2 Расчет годового объема работ
6 ПРОЕКТИРОВАНИЕ УЧАСТКА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДИСКОВ БОРОН....
6.1 Расчет количества рабочих...
6.2 Расчет количества и подбор технологического оборудования....
6.3 Расчет количества рабочих мест
6.4 Расчет площади и разработка технологической планировки участка....
6.5. Расчет потребности в энергоресурсах......
7. ТЕХНИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ И НАУЧНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ТРУДА......
8. КОНСТРУКТОРСКАЯ РАЗРАБОТКА...
8.1. Обоснование актуальности разработки...
8.2. Анализ прототипов
8.3. Устройство и принцип работы конструкции...
8.4. Технические расчеты.......
8.5. Технико-экономическая оценка разработки...
9. БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ ПРОЕКТА...
9.1. Анализ состояния охраны труда на РПДУП «Экспериментальный завод» РУП «НПЦ НАН Беларуси по механизации сельского хозяйства» и мероприятия по ее улучшению ...
9.2. Общая характеристика условий труда и производства при изготовлении дисков борон...
9.3. Мероприятия по обеспечению необходимых санитарно-гигиенических условий труда и безопасности при изготовлении дисков борон ...
9.4. Обеспечение пожарной безопасности в РПДУП «Экспериментальный завод» РУП «НПЦ НАН Беларуси по механизации сельского хозяйства».......
9.5. Безопасность жизнедеятельности в чрезвычайных и экологически
неблагоприятных ситуациях в РПДУП «Экспериментальный завод» РУП «НПЦ НАН Беларуси по механизации сельского хозяйства»..........................
10. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ...
10.1. Инвестиции ......
10.2. Расчет себестоимости изготовления и упрочнения диска бороны..........
10.2.1. Стоимость материалов...
10.2.2. Основная заработная плата производственных рабочих......
10.2.3. Дополнительная заработная плата производственных рабочих...........
10.2.4. Отчисления на социальное страхование
10.2.5. Единый платеж чрезвычайного налога и обязательных отчислений в государственный фонд содействия занятости ...
10.2.6. Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования...
10.2.7. Цеховые (общепроизводственные) расходы...
10.3. Определение отпускных цен на изготовленные детали...
10.4. Оценка эффективности инвестиций...
10.5. Расчет критических объемов производства...
ЗАКЛЮЧЕНИЕ......
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЯ




3. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

3.1 Назначение и анализ конструкции дисков
Детали класса «диски» имеют форму тела вращения с малым отношением толщины к диаметру (менее 0,5), с центральным гладким отверстием или со шлицами. В зависимости от конструктивных особенностей детали этого класса могут быть разделены на следующие типы; диски, зубчатые колеса (цилиндрические, конические, червячные), звездочки, шкивы, маховики, колеса, катки, тормозные барабаны, фланцы, поршневые кольца.
Заготовками служат отливки, штамповки, круглый и листовой прокат.
Все детали этого класса имеют общую схему обработки, состоящую в том, что вначале обрабатывается центральное отверстие и торец, используемые в качестве технологических баз на последующих операциях механической об-работки.
Отдельное место занимают диски плугов, сеялок, борон и лущильников, которые изготовляются штамповкой из листового проката с ограниченной механической обработкой.
В современных дисковых почвообрабатывающих машинах применяют диски с постоянной кривизной во всех точках их рабочей поверхности, т. е. сферические сегменты. Диски с переменной кривизной, образованные враще-нием эллипса или параболы, широкого распространения не получили.
Обычно у сферических дисков осуществляют наружную заточку лезвия со стороны выпуклой поверхности диска. Диски с внутренней заточкой (со сто-роны вогнутой поверхности) применяют лишь на некоторых дисковых боронах, предназначенных для работы на твердых почвах.
Диски борон изготовляют со сплошным и вырезным лезвием.
Диаметр дисков выбирают из условий обеспечения требуемой глубины обработки и экономии металла.
Расстояние между дисками должно быть таким, чтобы орудия не забива-лись и получалась необходимая высота гребней на дне борозды. Диски затачи-вают, как правило, с выпуклой стороны. Угол заточки или заострения диска i =10...20° для борон. Более острые углы заточки приводят к ослаблению прочности лезвия и быстрому его выщербливанию, а более тупые - к увеличению затылочного угла , ухудшению заглубляемости диска в почву.
Затылочный угол меняется с высотой (глубиной) обработки. Для нор-мальной работы диска необходимо, чтобы затылочный угол на уровне поверхности поля был положительным.
Диаметр дисков со сплошной кромкой равен 450-510 мм, c вырезной кромкой —650-700 мм.
Радиус кривизны рабочей поверхности диска является одним из важнейших параметров, определяющих качество обработки почвы. Чем меньше радиус кривизны, тем диск интенсивнее воздействует на почвенный пласт, лучше его оборачивает и сильнее разрушает.
Маленькие диски диаметром 450 мм часто имеют равный режущий или слегка зазубренный край. Такие бороны дешевле и легче, это является преиму-ществом навесных орудий. Их основная функция - поверхностное возделывание стерневых полей, почвы которых хорошо поддаются обработке. Что тяжелее (сухая) почва, тем больше растительных остатков (особенно - стерня рапса, ку-курузы, зерновых в случае высокого срезания), что интенсивнее нужно перемешивать почву, то большими имеют быть диски (свыше 500 мм).
Основные конструкционные формы дисков представлены на рисунке 3.1.



Рисунок 3.1 – Конструкционные формы дисков борон

Большие диски захватывают большую площадь, лучше углубляются и легче вращаются. Они очень хорошо зарекомендовали себя при обработке ку-курузных полей почв. Благодаря зазубренным большим дискам, компактные бороны универсальные в своем использовании, поэтому их применение не ограничивается только первым стерневым возделыванием. Но и цена у них выше, а масса - больше. Волнистые диски переносят с собой большее количество земли и таким образом улучшают эффект перемешивания. Но если дисковые "волны" слишком большие, то диск выпуклым боком практически ложится на поверхность земли, вследствие чего врезка в грунт ухудшается, а износ диска повышается.



4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДИСКОВ БОРОН

4.1 Обоснование технологического маршрута изготовления дисков борон
Технологический процесс изготовления и упрочнения диска бороны со-стоит из следующих операций:
005 Транспортная; 010 Заготовительная; 015 Термическая; 020 Сверлильная; 025 Токарная; 030 Термическая; 035 Прессовая, 040 Термическая; 045 Термическая; 050 Термическая; 055 Контрольная 060 Дробеструйная;; 065 Окрасочная; 070 Упаковочная.
Транспортная операция подразумевает транспортировку листов стали марки 65ПП электрокаром в цех.
На заготовительной операции происходит вырезка заготовок из листа стали при помощи плазменной установки КПР-0,2 согласно рабочему чертежу. Далее заготовки передаются на термическую операцию. Они помещаются в закалочный блок БЗ2-100/10 где осуществляется закалка детали. Детали нагревают до температуры 600 oС. Далее на сверлильной операции с использованием станка ГС-545 происходит высверливание отверстий у заготовок. На токарной операции происходит притупление кромок, при этом используется токарно-винторезный станок 16К40. Далее заготовки передаются на термическую операцию. Они помещаются в печь СНО 8.10.4/11, где осуществляется термическое упрочнение детали. Детали нагревают до температуры 700 oС. Посредством штампа заготовки принимают необходимую геометрическую форму. Далее заготовки передаются на термическую операцию. Они помещаются в электропечь печь СНО 8.10.4/11, где осуществляется термическое упрочнение детали. Детали нагревают до температуры 800 oС. Далее заготовки подвергаются спрейерному охлаждению. Для этого применяется установка для спрейерного охлаждения, входящая в состав технологического модуля для термического модифицирования. После детали помещают в шахтную печь СШО 8.10/7,5 , где их выдерживают при температуре 220 oС в течение 1,5 часа. После этого осуществляется контрольная операция, которая подразумевает проверку соответствия полученной детали требованиям рабочего чертежа, при этом используются штангенглубиномер ШЦ-II-250-0,05ГОСТ162-80, штангенциркуль ШЦ-II-250-0,05 ГОСТ162-80, калибр пазовый 8154-0069-pg, скоба 8113-0127-Д, кольцо 8211-0103-8g, образцы шероховатости, микрометр МК100-0,05 ГОСТ 6507-78.
Во время дробеструйной операции происходит очистка поверхности детали заготовок при помощи машины дробеструйной Н514.00.00.00.
Далее заготовки окрашиваются эмалью АС-182 и передаются на упаковочную операцию.
В технологическом маршруте операция термообработки дисков с использованием технологии импульсного закалочного охлаждения потоком жидкости является регламентирующей технологической операцией. Она предопределяет технический уровень изделия. При разработке технологии изготовления дисков во внимание принимались два варианта, отличающихся конструкцией крепежной части изделий. В одном варианте имеет место наличие седлообразной формы крепежной части. Как следует из рабочего чертежа на поверхности крепежной части такого диска на поверхности Ø 125 мм имеется вогнутость на глубину 22 мм, предназначенная для равномерного распределения радиальной нагрузки на подшипниковый узел ступицы. Эту конструктивную особенность изделия учитывали при выборе варианта подачи потока охлаждающей жидкости на заготовку.
Для дисков, имеющих седлообразную форму крепежной части разрабатывали вариант подачи потока охлаждающей жидкости на центральную поверхность заготовки с обеих ее сторон. В этом случае в закалочном штампе используется два подводящих коллектора для охлаждающего потока жидкости. Один коллектор площадью поперечного сечения около 2000 мм2 обеспечивает подвод охлаждающей жидкости на верхнюю поверхность диска, второй, аналогичных размеров - на нижнюю поверхность заготовки. Принципиальная схема такого закалочного штампа приведена на рис. 4.1.

Рисунок 4.1 – Принципиальная схема устройства закалочного штампа для дисков, имеющих седлообразную вогнутую форму крепежной части:
1-плита верхняя; 2-фланец; 3-вставка верхняя; 4-коллектор верхний; 5-кожух внутренний; 6-упор; 7-кожух наружный; 8-плита нижняя; 9-матрица; 10-заготовка диска; 11-пуансон; 12-коллектор нижний;13-вставка нижняя; 14-опора; 15-плита монтажная нижняя; 16-плита монтажная верхняя; 17-фиксатор.
Закалочный штамп для дисков, имеющих седлообразную вогнутую форму крепежной части используется в комплекте с устройством, для осуществления его открывания и закрывания. Механизм для открывания и закрывания закалочного штампа приводится в работу взаимосвязанными двумя пневматическими цилиндрами. Принципиальная кинематическая схема устройства для открывания и закрывания штампа приведена на рисунке 4.2.

Рисунок 4.2 - Принципиальная кинематическая схема устройства для от-крывания и закрывания закалочного штампа:
1-боковины (левая и правая); 2-основание закалочного штампа; 3-крышка закалочного штампа; 4-направляющая вертикального штока; 5-вертикальный шток; 6-ось с рычагами; 7-шток пневмоцилиндра; 8-пневмоцилиндр; 9-распределитель сжатого воздуха; 10-поперечины для крепления основания закалочного штампа.

Станки, используемые на всех операциях, по габаритным размерам обрабатываемой заготовки достигаемой точности и шероховатости поверхностей соответствует требуемым условиям обработки заданной детали. Все станки являются относительно недорогими. Физическое состояние станков находящихся на участке – удовлетворительное.
В технологическом процессе применяется стандартный покупной режу-щий инструмент, что ускоряет технологическую подготовку производства и уменьшает затраты на него, а также твердосплавные режущие материалы и абразивные круги. Режимы резания достаточно высокие, стоимость эксплуатации инструмента средняя. Обработка ведется с применением СОЖ, что позволяет вести ее с высокими скоростями резания и сохранением оптимальных периодов стойкости инструмента.
В рассматриваемом технологическом процессе применена стандартная и специализированная оснастка. Время, необходимое на смену одного режущего инструмента во вспомогательном, сравнительно не велико. Затраты времени на смену (правку) инструмента можно снизить, если применить более стойкие твердосплавные инструменты с износостойкими покрытиями, а также алмазное и скоростное шлифование. Крепление инструментов, их установка и смена не сложны. Таким образом, вспомогательная оснастка соответствует данному типу производства.
Установочно-зажимные приспособления необходимые для изготовления данной детали являются унифицированными. Применение специальных приспо-соблений целесообразней по сравнению со стандартными не смотря на большие затраты.
Для технологических операций индукционного нагрева на КЭ представлен комплект поста (среднечастотного генератора СВГ1–50/10; блока закалочного БЗ –100/10; станции водоохлаждения СВ1–1,7М).




8 КОНСТРУКТОРСКАЯ РАЗРАБОТКА

8.1 Обоснование актуальности разработки
К преимуществам объемной термической обработки металлов перед местной следует отнести в первую очередь отсутствие по термообрабатываемсму изделию заметного перепада температур, что позволяет избавиться от возникновения при нагреве дополнительных остаточных напряжений. Объемная термическая обработка является единственно возможным методом снятия сварочных напряжений, когда компактная сварная конструкция состоит из большого количества сварных соединений, затрудняющих или делающих невозможным применение местной термической обработки, Недостатками объемной термической обработки является по-требность в специальных дорогостоящих печах с длительным периодом цикла термической обработки и значительным расходом энергоресурсов; кроме того термические печи требуют дополнительной производственной площади. Местная термическая обработка имеет ряд преимуществ перед объемной термической обработкой: не требуется громоздкого и дорогостоящего печного оборудования^ возможность применения (особенно в монтажных условиях) высокоэффективных нагревательных устройств, которые экономичны в части расхода энергоресурсов и обеспечивают быстрый и равномерный нагрев зоны сварки на изделии. Недостатками местной термической обработки является неизбежное появление дополнительных остаточных термических напряжений и ухудшение свойств металла изделия в зонах перепада температур от температуры отпуска до комнатной. Особый интерес представляет промежуточная закалка поверхности изделия водой при помощи спрейера с последующим самоотпуском. Спрейерное охлаждение обеспечивает высокую и равномерною твердость поверхности, обладает высокой производительностью, но часто приводит к образованию закалочных трещин на концентраторах напряжений.
В результате кратковременного охлаждения в спрейере происходит промежуточная закалка на определенную глубину охлаждаемой поверхности. Глубинные слои прогретого насквозь изделия при этом сохраняют высокую температуру. В результате последующей выдержки происходит разогрев и самоотпуск закаленного поверхностного слоя на требуемую твердость. После самоотпуска слоя промежуточной закалки производится нагрев под поверхностную закалку.

8.2 Анализ прототипов
Рассмотрим химико-термическую обработку пальцев задней рессоры автомобиля МАЗ из стали 45 с использованием индукционного нагрева.
Схема устройства для такой обработки показана на рисунке 8.1. Обрабатываемую деталь 1 после насыщения при температуре 1050°С помещают между опорными приводными роликами 2 и нагружающим роликом 3, после чего при непрерывном вращении создают радиальную нагрузку па поверхность обрабатываемой детали при помощи пневмоцилнндра 4. При снижении температуры до 800 - 820 °С на поверхность детали, не прекращая обкатку, подают закалочную воду через спрсйерное устройство 5, расположенное между обкатывающими роликами. Количество подаваемой воды дозируют для осуществления самоотпуска. Смещение нагружающего ролика жестко ограничено регулируемыми упорами 6 для обеспечения заданного окончательного диаметра детали.
В процессе такой обработки деталь предохраняется от коробления, происходит выглаживание поверхности и дополнительное упрочнение за счет пластической деформации поверхностного слоя[3].

1-обрабатываемая деталь, 2 -приводные опорные рамки, 3-нагружающий ролик, 4-пневмоцилшшр, 5-снрейер, 6-регулируемый упор.
Рисунок 8.1 - Схема устройства для термомеханической обработке пальцев рессоры и реактивной штанги после нитроцеметации при индукционном нагреве
При закалке деталей сложной формы может быть несколько участков, закаливаемых поочередно одновременным способом. В этом случае говорят о последовательной закалке. В качестве примера такого приема закалки можно привести закалку шестерен по впадине или по зубу, коленчатых валов, у которых поочередно закаливаются все шейки, и др. При закалке шеек коленчатых валов и подобных деталей цилиндрический индуктор делается разъемным.


Рисунок 8.2- Схема закалки Рисунок 8.3-Схема профиля индуктирующего
с одновременным нагревом провода для одновременного
нагрева при зональной закалке

Непрерывно последовательный способ нагрева легко позволяет осуществить процесс ускоренного сквозного или глубинного нагрева, который может быть условно назван процес сом с постоянной температурой поверхности.

Вода Индуктор

а-бездополнительного душа; б-с дополнительным душем
Рисунок 8.4-Схема закалки непрерывно-последовательным способом:
Мощность, выделяемая в начале и конце процесса, регулируется числом витков на единице длины индуктора. В некоторых случаях одновременный способ нагрева сочетают с непрерывно-последовательным. Такое сочетание удобно, например, при поверхностной закалке длинных валков, имеющих е одной стороны уступ или фланец с галтелью, который тоже должен быть закален. Индуктор конструируется с учетом возможности нагрева галтели одновременным способом и цилиндрической части непрерывно-последовательным способом. Индуктор устанавливается вблизи галтели. Нагрев галтели и фланца осуществляется при неподвижном индукторе, одновременно нагревается и та часть вала, которая охвачена индуктором. После доотижения заданной температуры из отверстий индуктора на нагретую поверхноеть подается закалочная вода. Одновременно индуктор приводится в движение и производится последовательная закалка цилиндрической части вала. Часть цилиндрической поверхности, находящаяся внутри индуктора в период нагрева галтели, легко перегревается, так как время нагрева этого учаетка всегда больше времени нагрева элемента поверхности при закалке остальной части вала непрерывно-последовательным способом. В результате вблизи поверхности в закаленном слое возможно получение структур перегрева с пониженными механическими свойствами. Получение равномерною закаленного слоя без жесткого перегрева возможно лишь за счет регулирования электрического режима в процессе закалки.
Закалку диска непрерывным способом из сложной формы достаточно сложно осуществить, и в дипломном проекте предлагается конструкция штампа для раздельного спрейерного охлаждения. После индукционного нагрева диск укладывают в штамп. Он позволяет предотвратить коробление диска при охлаждении и получить необходимую структуру металла. Конструкция штампа представлена в графической части проекта, описание конструкции изложено в следующем пункте.

8.2 Устройство и принцип работы конструкции
При закалке во избежание коробления закаленного слоя деталь должна фиксироваться относительно спрейера достаточно точно. Базой при установке детали в закалочное устройство может быть нижний спрейер. Следовательно, его размер должен быть точным и это надо предусмотреть при построении технологического процесса механической обработки. Верхний спрейер также выполнен отдельно и закреплен на направляющих. Прижимное усилие создаёт пневмоцилиндр. Вода подводится к спрейерам через штуцера. На части спрейеров прилегающих к диску выполнены отверстия диаметром 2 мм. По опыту работы на МАЗе для спрейера оптимальными параметрами являются: отверстия 01,8-2,0 мм. просверленные с шагом 4 мм. для одного ряда отверстий и 6 мм -для многорядных спрейеров, при расстоянии между рядами 3 мм и сверлении отверстий в шахматном порядке. При этом для индукционных витков с толщиной стенки более Змм спейерные отверстия делаются ступенчатыми: сначала сверлом 0 2,8-3,3 мм сверлится большая часть толщины витка, а оставшаяся толщина (около 1 мм) - сверлом 01,8-2,0 мм. Такая технологическая последовательность объясняется несколькими причинами: -вязкостью и пластичностью меди при сверлении, в результате которой сверление глубоких отверстий малого диаметра приводит к поломке сверла; ступенчатая форма отверстий обеспечивает снижение сопротивления потоку охлаждающей воды; спрейер со ступенчатой формой отверстий более удобен при чистке и травлении от загрязнений, накапливающихся в результате длительной эксплуатации (рис.8.5).



Рисунок 8.5-Штамп для спрейрного охлаждения диска

Вода на нагретую поверхность должна подаваться равномерно, под большим давлением через расширяющиеся к выходу патрубки- штуцеры. Площадь сечения водяной камеры индуктора (внутреннее сечение индуктирующего провода) должна быть не менее суммарной площади всех спрейерных отверстий.