Исходные данные. Базовый технологический процесс обработки лопатки (рис

Базовый технологический процесс обработки лопатки (рис. 6.1) предусматривал обработку детали с длиной 120 мм и шириной 70 мм на фрезерном обрабатывающем центре Стерлитамак 500VB. Используемый режущий инструмент – концевая фреза диаметром d = 12 мм без покрытия, материал – H10F. Материал детали: титановый сплав ВТ3-1.

Рис. 6.1. Обрабатываемая деталь – лопатка компрессора с защитным покрытием

Предлагается оптимизировать существующий технологический процесс путем использования режущего инструмента с износостойким покрытием.

При изготовлении лопатки методом штамповки припуски на механическую обработку составляют 2-5 мм, поэтому используют 2 этапа механической обработки: черновой и чистовой.

На черновом этапе обработки удаляется примерно 75 % от всего припуска, большее количество материала снимать не рекомендуется, т. к. деталь тонкостенная и режимы высокой производительности, рекомендуемые для использования на данном этапе, могут привести к формированию больших остаточных напряжений и короблению лопаток. В качестве режущего инструмента используются торусные или сборные фрезы. После чернового этапа обработки выполняют чистовое фрезерование.

В данном примере рассматривается случай, когда заготовки лопаток компрессора изготовлены методом электрохимической обработки и имеют припуск на сторону t = 1 мм. При значении припуска на обработку t = 0, 5-1 мм, в качестве метода механической обработки обычно используют чистовое фрезерование с высокими режимами резания. Последним этапом обработки является полирование профиля лопатки, на котором удаляются следы механической обработки и дефектный поверхностный слой, достигается требуемая точность профиля. В качестве режущего инструмента используются концевые фрезы диаметром 10-14 мм.

На первом этапе экономических расчетов необходимо определить время, затрачиваемое на каждую из операций. Поскольку геометрия детали и геометрия заготовки описаны в форме математической модели в одной из САПР, было рассчитано, что в процессе обработки требуется удалить 21030 мм³ материала. Тогда, зная режимы резания, можно определить удельный съём материала в минуту и, соответственно, всё время, необходимое на удаление требуемой части материала от общего объема.

Режимы резания выбираются по справочнику, рассчитываются по специальным формулам или назначаются эмпирическим путем на основе накопленного опыта:

- базовый вариант: глубина резания 1 мм; подача 0, 2 мм/об (фреза во всех случаях 4-х зубая), скорость резания 80 м/мин;

- предлагаемый вариант: глубина резания 1 мм, подача 0, 28 мм/об, скорость резания 100 м/мин.

На основании опыта разработчиков износостойких покрытий режущего инструмента при использовании покрытого инструмента, появляется возможность интенсифицировать режимы резания в среднем на 15-50%, а также повысить стойкость режущего инструмента на 10-250%, в зависимости от обрабатываемого материала и других технологических условий [10–12]. Т.к. материал детали труднообрабатываемый – титановый сплав ВТ3–1, режимы резания были увеличены в среднем на 25 %. В большей степени увеличена подача инструмента на зуб S _Z, поскольку при использовании инструмента с покрытием уменьшается длина упругого и упруго-пластического контакта стружки с передней поверхностью режущего инструмента, что приводит к возрастанию термомеханического напряжения режущей кромки инструмента [11]. Поэтому увеличение подачи на зуб в данном случае приведет к повышению производительности обработки и одновременно будет способствовать улучшению условий работы инструмента, особенно, если толщина срезаемого припуска сопоставима с радиусом округления режущей кромки, который на этапе нормального износа составляет порядка ρ = 10-30 мкм.

Удельная производительность при съеме металла всей шириной торцевой фрезы:

, (6.1)

где d – диаметр фрезы, мм; t – глубина резания, мм; S_Z – подача, мм/зуб; z – количество зубьев фрезы; n – частота вращения шпинделя, об/мин.

(6.2)

об/мин;

n ₂ = 2390 об/мин;

Удельная производительность при точении:

, (6.3)

где v – скорость резания, м/мин.

При работе торцевой фрезы не на всю ширину в формуле (6.1) вместо значения диаметра d необходимо подставлять реальную ширину фрезерования В. Для концевых сферических фрез следует учитывать, что снятие металла происходит небольшим сферическим участком, приближенным к оси инструмента. Величину удельной производительности в данном случае следует определять с использованием программ САПР или на основе интегрального вычисления объема припуска, удаляемого за один оборот инструмента.

В данном примере величины удельной производительности съема металла составили соответственно для базового варианта Q ₂ = 508, 8 мм³/мин; для нового – Q ₂ = 803 мм³/мин. Затем по соотношению определяется время операции, необходимое для изготовления одной детали, которое составит t_{ШТ 1} = 41 мин; t_{ШТ 2} = 26 мин. Более точное значение t_ШТ можно узнать после подготовки управляющей программы для станка с ЧПУ. В табл. 6.1 показано сравнение существующего и предлагаемого технологических процессов.

Табл. 6.1. Сравнение технологических процессов

Модель используемого станка с паспортными данными представлена на рис. 6.2 и в табл. 6.2.

Табл. 6.2. Технические характеристики станка с ЧПУ 500VB

Рис. 6.2. Обрабатывающий центр 500VB фирмы Стерлитамак – М.Т.Е.

Расчет экономической себестоимости вариантов обработки

Для расчета экономической себестоимости вариантов обработки необходимо произвести сравнительный анализ рассматриваемых вариантов с позиций технологической себестоимости, которую целесообразно определять по формуле [13 – 15]

, (6.4)

где Б _с – полная себестоимость одной минуты работы станка и станочника без затрат на режущий инструмент, руб/ст-мин; t_м – машинное время обработки, мин; t_см – время смены затупившегося инструмента, мин; Г_и – затраты, обусловленные эксплуатацией режущего инструмента за период его стойкости между переточками, руб./период; Q – количество обработанных деталей за период стойкости инструмента, шт.

Учитывая, что

, (6.5)

где Т – период стойкости инструмента, мин,

получим, что

. (6.6)

В последнем слагаемом формулы отсутствует период стойкости инструмента Т, т. к. затраты на режущий инструмент Г_и посчитаны на 1 мин его работы [14].

При определении указанных выше величин обычно используют следующие методы расчёта:

- бухгалтерский;

- нормативный;

- метод поэлементного расчёта.

Нормативный и бухгалтерский методы расчёта себестоимости являются приближёнными, метод поэлементного расчёта характеризуется наибольшей трудоемкостью вычислений и требует точных исходных данных, но приводит к наиболее достоверным результатам. Бухгалтерский метод является наиболее простым, но и менее точным, т. к. основан на том, что цеховые расходы принимаются пропорциональными заработной плате, что в некоторых случаях приводит к ошибочным результатам. В силу данных ограничений целесообразнее использовать нормативный метод расчета, как наиболее эффективный для решения поставленной задачи с учетом наличия необходимых исходных данных.