Теоретический материал к практическим заданиям и примеры выполнения задач

 

5.1. Механические свойства материалов

 

Под механическими свойствами понимают характеристики, определяющие поведение материала под действием приложенных внешних сил. При оценке качества материала и проектных расчетах наиболее часто используют следующие характеристики.

1. Прочность – сопротивление материала деформации и разрушению под действием статических внешних сил. Прочность характеризуется пределом прочности:

, (1.1)

где - наибольшая нагрузка, которую выдерживает образец до

разрушения, Н;

- начальная площадь поперечного сечения образца, .

Значения пределов прочности для некоторых материалов приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1

Значения предела прочности и модуля упругости некоторых материалов

Материал	Предел прочности, МПа	Модуль упругости, МПа
Сталь
Медь
Латунь
Алюминий
Вольфрам
Титан
Стекловолокно

 

2. Пластичность – способность материалов к изменению формы под действием нагрузки. Пластичность характеризуется относительным удлинением:

, (1.2)

здесь - начальная длина рабочей части образца, м.;

- длина рабочей части образца под действием усилия , м.;

- модуль упругости, МПа.

Значения модуля упругости для некоторых материалов приведены в таблице 1.1.

3. Твердость – способность материала сопротивляться вдавливанию в него другого, более твердого тела. При измерении твердости в плоскую поверхность из исследуемого материала с заданным усилием вдавливают наконечник специальной формы. О твердости судят либо по площади полученного отпечатка, либо по глубине вдавливания наконечника.

4. Выносливость – сопротивление материала знакопеременным нагрузкам. Выносливость характеризуется пределом выносливости - , максимальным напряжением, при действии которого не происходит усталостного разрушения образца после заданного цикла нагружений (для стали число циклов ).

 

Пример 1.

Грузоподъемность крана 3 тонны. Определить минимальный диаметр стальной проволоки троса, если известно, что трос 50-ти жильный. Предел прочности стальной проволоки троса МПа.

Решение:

При подъеме груза массой 3 тонны на трос крана действует сила 30000 ньютонов. Предел прочности = = . То есть проволока сечением выдерживает максимальную силу – 600 ньютонов.

Из формулы (1.1) выразим площадь сечения троса подъемного крана:

.

Площадь сечения проволоки:

.

Соответственно, диаметр проволоки:

.

 

Пример 2.

На медный стержень квадратного сечения и длиной действует сила растяжения . Определить величину удлинения стержня.

Решение:

Напряжение в сечении стержня определим по формулу (1.1):

.

Так как напряжение в сечении меньше предела прочности меди (предел прочности для меди см. таблицу 1.1: ), то стержень под действием данной нагрузки не разрушится.

Модуль упругости для меди (см. таблицу 1.1) .

Величину удлинения стержня выразим из формулы (1.2):

.

 

 

5.2. Нормирование технологических процессов

 

Одной из важнейших задач, решаемых в ходе разработки технологических процессов, является нормирование технологических операций. Нормирование ставит своей целью определение нормативных затрат материальных и трудовых ресурсов на изготовление одного изделия или детали.

Нормы затрат материальных и трудовых ресурсов используются в дальнейшем при планировании потребности в материалах на производственную программу и при определении трудоемкости выполняемых операций.

Выделяют следующие виды норм затрат времени:

1. Норма машинного (основного) времени - . Машинное время – это время, в течение которого происходит снятие припуска на обработку детали:

, (2.1)

где - расчетная длина пути инструмента, мм;

- подача инструмента мм/мин;

- число проходов.

Норма машинного времени определяется для расчета потребности в инструменте на производственную программу:

, (2.2)

здесь - время работы инструмента до полного износа, час.;

- производственная программа, шт.;

- статистический коэффициент, учитывающий возможность преждевременного износа инструмента, .

2. Норма неперекрываемого вспомогательного времени - . Неперекрываемое вспомогательное время – время, затрачиваемое на установку и снятие заготовки со станка, на управление станком.

3. Норма оперативного времени - . Оперативное время – это время, затрачиваемое непосредственно на обработку одной заготовки (изделия). На практике оперативное время, как правило, определяется в ходе хронометража технологической операции и представляет сумму машинного и вспомогательного времени:

. (2.3)

4. Норма затрат времени на технологическое и организационное обслуживание рабочего места - . Норму затрат времени на обслуживание рабочего места принято устанавливать в процентах от нормы оперативного времени:

, (2.5)

где - нормативные затраты времени на обслуживание рабочего места, %.

5. Норма затрат времени на перерывы, отдых - . Норму затрат времени на перерывы также принято устанавливать в процентах от нормы оперативного времени:

, (2.6)

здесь - нормативные затраты времени на перерывы, %.

6. Норма штучного времени - . Норма штучного времени – время необходимое на обработку одной заготовки:

или, (2.7)

. (2.8)

7. Норма штучно-калькуляционного времени - . Норму штучно-калькуляционного времени определяют по формуле:

, (2.9)

где - подготовительно-заключительное время на партию, мин.;

- количество обрабатываемых заготовок в партии, шт.

В свою очередь, размер партии обрабатываемых заготовок в зависимости от величины (затрат времени на переналадку оборудования) принято рассчитывать следующим образом:

- если затраты времени на переналадку оборудования незначительны ( мин.) то переналадка оборудования будет осуществляться в начале каждой смены:

, (2.10)

здесь - продолжительность смены, мин.;

- если затраты времени на переналадку оборудования достаточно большие:

, (2.11)

где - допустимые затраты времени на переналадку оборудования, %.

Из данного выражения имеем:

. (2.12)

Если затраты времени на переналадку оборудования незначительны, и переналадка осуществляется в начале каждой смены, то баланс рабочего времени рабочей смены выглядит следующим образом:

. (2.13)

Если затраты времени на переналадку оборудования достаточно велики, то задаются нормативами допустимых затрат времени на обслуживание рабочего места - , перерывы и отдых - , переналадку оборудования - . Нормы штучного и штучно-калькуляционного времени рассчитывают по формулам (2.8, 2.9).

 

Пример 1.

Нормативные затраты времени на обслуживание рабочего места в течение смены (продолжительность смены мин.) составляют мин., нормативные затраты времени на перерывы мин. Штучно-калькуляционное время на переналадку оборудования мин.

Определить норму штучного и штучно-калькуляционного времени на изготовление деталей А и Б, если норма оперативного времени составляет: мин., мин.

Решение:

Так как затраты времени на переналадку оборудования незначительны, будем осуществлять переналадку оборудования в начале каждой рабочей смены. В этом случае из баланса рабочего времени (2.13) вычислим оперативное время работы в течение смены:

мин.

Нормативные затраты времени на технологическое и организационное обслуживание рабочего места:

.

Нормативные затраты времени на перерывы:

.

Норма штучного времени на изготовление деталей А и Б:

мин.

мин.

Размер партии заготовок вида А:

шт.,

вида Б шт.

Норма штучно-калькуляционного времени на обработку заготовок:

мин.

мин.

 

Пример 2.

Нормативные затраты времени на обслуживание рабочего места составляют , на перерывы , на переналадку оборудования . Норма оперативного времени на обработку заготовки А мин. Подготовительно-заключительное время мин. Определить норму штучного и штучно-калькуляционного времени на обработку заготовки А.

Решение:

Норму штучного времени на обработку заготовка А рассчитаем по формуле:

мин.

Размер партии обрабатываемых заготовок:

шт.

Норма штучно-калькуляционного времени на обработку заготовки А:

мин.

 

 

5.3. Оценка эффективности технологий

 

Каждая технология характеризуется двумя параметрами - трудоемкостью и капиталоемкостью. Единичное производство и мелкосерийное производство тяготеют к использованию более трудоемких и, соответственно, менее капиталоемких технологий. Массовое и крупносерийное производство – к использованию более производительных, капиталоемких технологий.

В качестве основного критерия, определяющего целесообразность использования той или иной технологии, как правило, выступает критерий минимума годовых приведенных затрат на производство продукции:

, (3.1)

где - приведенные годовые затраты на производственную программу,

руб.;

- единовременные капитальные затраты на приобретение и монтаж

оборудования, руб.;

- нормативный уровень рентабельности в отрасли;

- затраты на изготовление одного изделия, руб.;

- объем выпуска изделий (производственная программа), шт.

В расчете на одно изделие приведенные затраты составляют:

. (3.2)

Затраты на изготовление одного изделия можно рассчитать по формуле:

, (3.3)

здесь - затраты на материалы, руб.;

- затраты на оплату труда, руб.;

- единый социальный налог, руб.;

- амортизационные отчисления, руб.;

- прочие (накладные) расходы – расходы на инструмент, электро-

энергию и пр., руб.

Затраты на материалы определяют:

, (3.4)

где - норма затрат материала на заготовку, кг./шт.;

- стоимость материала, руб./кг.;

- масса отходов материала с обработки одной заготовки, кг./шт.;

- стоимость отходов, руб./кг.

Расходы на заработную плату:

, (3.5)

здесь - число операций по обработке заготовки;

- норма штучно-калькуляционного времени выполнения -й

операции, мин.;

- ставка оплаты труда работника -й профессии, руб./час.

Единый социальный налог:

, (3.6)

где 0, 26 – ставка единого социального налога.

Амортизационные отчисления:

, (3.7)

здесь - стоимость оборудования на -й операции, руб.;

- норма амортизационных отчислений на оборудование -го вида, %;

- годовой фонд рабочего времени -го оборудования, час.

Обозначим индексом «1» в выражении (3.1) значения параметров, соответствующих более трудоемкой технологии, а индексом «2» - более капиталоемкой:

, .

Критический объем производства, при котором технологии равно эффективны определим приравняв приведенные годовые затраты:

.

Выразим из данного равенства критический объем производства:

. (3.8)

Если годовой объем производства изделия больше критического , то целесообразно использование более производительной (капиталоемкой) технологии. Если , то целесообразно использование менее капиталоемкой (более трудоемкой) технологии.

 

Пример.

Определить эффективную технологию производства детали. Показатели, характеризующие возможные технологии приведены в таблице 3.1.

 

Таблица 3.1

Показатели, характеризующие возможные технологии изготовления детали

Показатель	Технология 1	Технология 2
Норма затрат материала, кг./шт.	1, 8	1, 6
Стоимость материала, руб./кг.
Норма штучно-калькуляционного времени, мин.
Ставка оплаты труда, руб./час
Стоимость оборудования, руб.
Коэффициент амортизации оборудования, %
Годовой фонд рабочего времени, час

 

Нормативный коэффициент эффективности капиталовложений . Годовой объем производства детали шт. Прочими затратами и доходами от реализации отходов пренебречь.

Решение:

Рассчитаем затраты на изготовление одной детали в случае использования 1-й технологии.

Затраты на материалы:

руб.

Затраты на оплату труда:

руб.

Единый социальный налог:

руб.

Амортизационные отчисления:

руб.

Затраты на изготовление детали:

руб.

Аналогично рассчитаем затраты на изготовление детали в случае использования 2-й технологии. Результаты расчетов сведем в таблицу 3.2.

Таблица 3.2

Результаты расчета затрат на изготовление изделия, руб.

Наименование затрат	Технология 1	Технология 2
Затраты на материалы
Затраты на оплату труда	9, 33	5, 83
Единый социальный налог	2, 43	1, 52
Амортизационные отчисления		3, 75
Затраты на изготовление детали	156, 76	139, 1

 

Определим годовые приведенные затраты при использовании технологии 1 и технологии 2:

руб.

руб.

Так как годовые приведенные затраты при использовании второй технологии меньше, чем при использовании первой, то для изготовления детали годовым объемом выпуска шт. целесообразно использовать вторую технологию.

 

 

6. Перечень вопросов для подготовки и сдачи зачета по учебной дисциплине «Основы отраслевых технологий»

 

1. Основные понятия: технология, отрасль, сырье. Отраслевая структура экономики.

2. Производственный процесс. Типы производств.

3. Технологический процесс. Технологическая операция. Параметры технологических процессов. Технологическая карта.

4. Классификация технологических процессов.

5. Закономерности технологического развития и пути совершенствования технологических процессов.

6. Виды и классификация материалов. Механические свойства материалов.

7. Типовые расчеты конструкций на прочность.

8. Технологии производства черных металлов.

9. Классификация, маркировка, механические свойства и область применения черных металлов.

10.Цветные металлы. Классификация, маркировка и область применения сплавов на основе цветных металлов.

11.Технологии производства цветных металлов.

12.Технологические процессы производства заготовок литьем.

13.Основные технологии производства заготовок методам пластической деформации.

14.Технология получения заготовок методом порошковой металлургии.

15.Основные методы обработки металлов резанием.

16.Нормирование технологического процесса.

17.Технико-экономические показатели технологического процесса. Выбор технологии изготовления продукции.

18.Электрофизические и электрохимические методы обработки деталей.

19.Точность обработки. Взаимозаменяемость. Система допусков и посадок.

20.Шероховатость поверхности. Методы оценки шероховатости.

21.Основные измерительные инструменты и приборы.

22.Организационные формы сборочных процессов. Технико-экономические показатели сборки.

23.Методы соединения сборочных элементов.

24.Основные направления автоматизации технологических процессов.

25. Последовательность проектирования технологического процесса.

26. Принципы организации производственного процесса.

27. Классификация продукции. Методология оценки качества продукции.

 

 

Рекомендуемая литература

 

Основная литература

 

1. Глухов В.В., Гущина Л.Б. Основы технологий отраслей национальной экономики: Учеб. пособие. СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2004.- 466 с.

2. Основы отраслевых технологий и организации производства: Учебник/ Ю.М.Аносов, Л.Л.Бекренев, В.Д.Дурнев, Г.Н.Зайцев, В.А. Салтыков, В.К. Федюкин. Под ред. В.К. Федюкина.- СПб.: Политехника, 2002.- 312 с.

3.Паничев М.Г., Мурадьян С.В. Организация и технология отрасли: Учебное пособие. Ростов н/Д: Изд-во: Феникс, 2001.-448 с.

4. Феоктистова В.А., Васильева Н.А. Требования к оформлению студенческих работ. Методические рекомендации.- Псков: Издательство ППИ, 2007.- 29 с.

 

Дополнительная литература

 

5. Шевельков В.В., Былеев А.С. Технология конструкционных материалов: Учебное пособие.- Псков: Изд-во ППИ, 2007.- 172 с.

6. Шевельков В.В., Былеев А.С. Материаловедение: Учебное пособие для студентов немашиностроительных специальностей.- Псков: Изд-во ППИ, 2006.- 97 с.

7. Шевельков В.В., Муравьев А.Е. Основы функционирования машиностроительных предприятий: Учебное пособие.- Псков: Изд-во ППИ, 2005.- 150 с.