Годовые затраты подсчитывают, исходя из формулы
Эг = (31-32)n 1
где 31- затраты на производство по старому варианту, р.;
32 - затраты на производство по новому варианту, р.;
n- годовой объем производства, шт.
Затраты на производство включают расходы на оборудование, эксплуатационные расходы, стоимость материала.
Если заменен только материал, а технологический процесс остался прежним, то экономическая целесообразность такой замены подсчитывается по коэффициенту экономической целесообразности φ, который определяется отношением значения относительного повышения прочности к значению относительного повышения стоимости материала, т. е.
φ = В/А 2
где В - значение относительного повышения прочности;
А - значение относительного повышения стоимости материала.
Например, сталь Ст3 заменили сталью 15ХФ, стоимость которой в 1,14 раза выше стоимости Ст3, значит А = 1,14.
Повышение предела текучести В = 550/250 = 2,2 (550 МПа -предел текучести стали 15ХФ, а 250 МПа - предел текучести стали Ст3). В этом случае φ = 2,2/1,14 = 1,9. Считается, что если данный коэффициент больше 1,2, то замена материала оправдана.
Применение высокопрочных материалов нецелесообразно, так как их хуже обрабатывать, увеличивается износ инструмента, уменьшается скорость резания. Поэтому, кроме указанного расчета, требуется еще учет дополнительных факторов.
В данном примере обрабатываемость стали 15ХФ и ее стоимость удовлетворяют предъявляемым требованиям, а при больших партиях оказалось более предпочтительнее применять сталь 25 ХГМ. которая обладает меньшей критической скоростью. Было выявлено, что при закалке большого объема металла не удается обеспечить необходимую скорость охлаждения всех деталей одной закладки. В результате у части деталей, расположенных в середине пространства печи, твердость оказалась недостаточной. Из этого можно сделать вывод, что технологический процесс оказал существенное влияние па выбор материала.
МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИГРЫ
Обучающиеся разбиваются на группы по 4 человека, распределяясь по ролям:
руководитель - организует работу своей группы и представляет результаты работы группы;
оформитель - представляет наглядно результаты отчета, ведет записи, разрабатывает демонстрационную версию отчета (слайдовый материал и др.);
члены жюри - жюри состоят из представителей всех групп:
счетовод - ведет подсчет очков.
Все группы получают индивидуальное задание (табл. 2) и выполняют его. Обучающимся даются вводная инструкция, правила игры и контрольные вопросы для допуска к игре.
Преподаватель в игре выполняет роль ведущего, проводит вводный инструктаж, обеспечивает информационные запросы групп, награждает или наказывает за правильные или неверные вопросы, лишние обращения за информацией, направляет работу жюри, производит итоговую оценку работы всей группы, следит за выполнением временного графика.
Руководители групп по очереди защищают принятое решение перед жюри в течение 10 мин.
При выполнении задания группы могут требовать от преподавателя разную информацию и задавать любые вопросы по теме. За каждый вопрос и каждую правильно затребованную информацию группы награждаются красными жетонами, которые будут приплюсовываться к общей сумме баллов.
В решении задания обучающиеся могут, кроме представленной информации, использовать любую известною им информацию, что также будет поощряться.
При неверных вопросах, излишних обращениях за помощью, группе выдаются черные жетоны, которые будут вычитаться из полученной суммы баллов.
Оформленные задания представляются на проверку жюри и оцениваются по следующим показателям:
правильность (от 1 до 5 красных жетонов):
частичная правильность (серый жетон):
оригинальность решения и оформления (от 1 до 3 желтых жетонов);
полнота решения (от 1 до 2 оранжевых жетонов):
привлечение дополнительной информации (от 1 до 2 малиновых жетонов);
наглядность и образность оформления (зеленый жетон);
ошибки (черный жетон).
Члены жюри, в свою очередь, сами получают оценку за внесение правильных поправок (красный жетон), субъективизм и ошибки (черный жетон).
После защиты счетовод подсчитывает баллы своей группы и сообщает результаты ведущему (преподавателю). Из суммы жетонов всех цветов вычитывается сумма черных жетонов.
Счетовод заполняет бланк регистрации по образцу. Группа, набравшая наибольшее число жетонов и занявшая первое место, освобождается от защиты работы перед преподавателем. Группа занявшая второе место, получает 5 вопросов по теме занятия на всю группу. Группа, занявшая третье место, получает 5 вопросов на каждого члена группы. Защита 2-й и 3-й групп проводится в часы консультаций.
В некоторых работах при защите своего задания группы отвечают на несколько контрольных вопросов, которые задает преподаватель. При правильном ответе группа получает красный жетон. Если нет ответа или ответ не верный - черный. В этом случае право отвечать представляется остальным группам. За правильный ответ ответившая группа получает красный жетон.
Следующий вопрос адресуется другой группе и т. д.
Итоги работы в виде сумм полученных баллов заносятся в журнал преподавателя. Закончив игру, обучающиеся оформляют групповые отчеты и сдают их преподавателю.
После проверки отчета и его утверждения преподаватель проставляет результат защиты в журнал.
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
Дача занятия, индекс учебной группы, номер группы в данной игре. Ф.И.О. обучающегося группы и их роли.
Задание, полученное группой (табл. 2).
Используемое оборудование и источники информации.
Решение задания.
Контрольные вопросы и ответы на них.
Заполненный бланк регистрации результатов с указанием места в игре.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
Что называется твердостью материала? Каковы методы определения твердости и ее размерность?
Какими показателями характеризуется прочность металлов? Каковы методы ее определения и размерность?
Какими показателями характеризуется пластичность металлов? Каковы методы ее определения и размерность?
4. Какие Вы знаете основные физические и механические свойства твердых тел?
Что такое σв?
Что такое σ0;2?
Как охарактеризовать показатели δ и φ?
Что характеризует ударная вязкость?
Что означает σ-1?
Какие свойства материала в основном характеризует показатель Кv?
1 I. Что называется пределом пропорциональности?
Что характеризует предел упругости?
Что такое перлит, троостит, сорбит, бейнит, мартенсит?
Каково назначение полного и не полного отжига?
Что такое закалка?
Что такое отпуск?
Каково назначение старения?
Таблица 2
Варианты заданий для дидактической игры
Номер варианта |
Задание |
Основные размеры детали |
Физико-технические характеристики материала |
Условия работы |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
1 |
Выбрать материал для поршневых пальцев |
Диаметр 30мм |
σт ≥ 400 Мпа А ≥ 500кДж/м2 HRC 60…62 |
Двигатель внутреннего сгорания. Изгибающие напряжения. Нагрузки знакопеременные, ударные |
2 |
Найти оптимальное решение по выбору материала для распределительного вала из указанных 20Х, 40Г, 40ХМ. Назначить режим термообработки |
Диаметр 40мм |
σт ≥ 500 Мпа δ ≥ 20% Твердость на поверхности HRC ≥ 50 |
Двигатель внутреннего сгорания. Ударные нагрузки, изгибающие напряжения |
3 |
Изготовить вал для электродвигателя. Определить какое решение будет оптимальным: сталь45 (закалка, высокий отпуск); Ст5 в горячекатанном состоянии; Сталь 20ХГР (закалка, низкий отпуск) |
Диаметр 50мм |
σв ≥ 600 Мпа ψ ≥ 30 |
Циклические нагрузки. Напряжения кручения. |
|
||||
Продолжение табл. 2 |
||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
4 |
Изготовить шестерню, выбрать для нее материал и режимы термообработки |
Толщина зуба 12мм |
σт ≥ 600 Мпа А ≥ 500кДж/м2 HRC ≥ 50 |
Циклические нагрузки, напряжения смятия, среза. |
5 |
Изготовить тяжелонагруженный вал, выбрать материал и режимы термообработки |
Диаметр 50мм |
|
|
6 |
Для изготовления тяжелонагруженного вала простой формы выбрать сталь из 40Г2, 50Х, 35ХМ и подобрать режимы термообработки |
Диаметр 50мм |
|
|
7 |
Какая из приведенных сталей 30Х, 45, 35ХМ соответствует оптимальному выбору для изготовления средненагруженной детали сложной формы |
Диаметр 25мм |
|
|
8 |
Изготовить шестерню из стали 12ХН3А. Обосновать выбор стали и режимов термической обработки |
Толщина зуба 10мм Модуль 6…7мм |
HRC 58…62 на поверхности зуба σт ≥ 800 Мпа А≥ 700кДж/м2 |
|
|
||||
Продолжение табл. 2 |
||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
9 |
Обосновать оптимальный вариант при выборе стали и режимов термообработки шестерни коробки передач (редуктора): сталь 30ХГТ, 40ХГТР, 55-ТВЧ +самоотпуск при 1800С. |
Толщина зуба 6мм |
HRC 59…61 на поверхности слоя 1мм σи ≥ 800 Мпа |
|
10 |
Изготовить шатун с выбором материала, режимов термообработки, вида заготовки |
Сечение 15х60мм |
σв≥1000 Мпа σт ≥ 700 Мпа δ ≥ 10% А≥600кДж/м2
|
|
11 |
Изготовить вал с выбором стали и режимов термообработки. Обосновать решение |
Диаметр 70мм |
σт ≥ 800 Мпа А ≥ 700кДж/м2
|
|
12 |
При изготовлении турбинного вала выбрать оптимальную сталь из приведенных 18Х2Н4МА, 34ХН3М, 30ХГС и назначить термообработку |
|
|
|
|
||||
Продолжение табл. 2 |
||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
13 |
Для изготовления ответственных шестерен используют стали марок 12ХН3А, 20Х2Н4А. Какие стали могут стать заменителем этих дефицитных и дорогостоящих. |
|
|
|
14 |
Изготовить вал стартера из стали 40ХНР. Какую сталь можно использовать в качестве заменителя |
Сечение 25мм |
σв ≥ 900 Мпа δ ≥ 10% А ≥ 600кДж/м2 |
|
15 |
Какую сталь можно использовать для изготовления игл форсунок и деталей распылителей из приведенных 40Х, 12ХН3А, 38ХМЮА. Какой вид обработки следует применить |
|
|
Требования к минимальному износу |
16 |
Указать причину поломок шеек валов двигателей из-за усталостного излома при обработке ТВЧ и низком отпуске |
|
|
Повышенная износостойкость |
|
||||
Продолжение табл. 2 |
||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
17 |
Детали кожухов электродвигателей закрытого типа изготавливают из листовой стали глубокой вытяжкой. Какую сталь следует использовать для изготовления таких деталей |
|
|
Детали не подвержены нагрузке |
18 |
Какой материал следует использовать для изготовления шестерен с учетом диаграммы прокаливаемости. Какую применить термообработку? |
Толщина зуба 12мм |
HRC 53…58 на поверхности и на глубине 1мм HRC 33…58 в середине зуба |
|
19 |
Какую сталь следует использовать для изготовления сварной конструкции |
|
σв ≥ 450 Мпа σт ≥ 250 Мпа δ ≥ 25% |
|
20 |
Назначить режим термообработки изделия из стали 20Г после сварки |
|
|
|
|
||||
Окончание табл. 2 |
||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
21 |
Какую сталь следует использовать для изготовления кулачкового валика. Назначить режимы термообработки для обеспечения требуемых свойств |
Диаметр 25мм |
HRC ≥ 50 σт ≥ 400 Мпа А ≥ 400кДж/м2
|
|
22 |
Какими методами можно повысить предел выносливости пружин |
|
|
|
23 |
Какую сталь У7, 65Г, 60С2, 50ХФА следует использовать для изготовления пружин клапанов двигателей внутреннего сгорания |
|
|
|
24 |
Какая термообработка и структура является оптимальной в деталях типа рессор и пружин |
|
|
|
25 |
Из какого материала и каким способом следует изготовить зубчатые колеса |
Диаметр 700мм Высота 80мм |
σв ≥ 250 Мпа
|
Без ударных нагрузок |
СОДЕРЖАНИЕ
Цель и задачи работы |
1 |
Методика выбора материала |
3 |
Пример выбора материала детали |
7 |
Методика проведения игры |
18 |
Содержание отчета |
20 |
Контрольные вопросы |
21 |
Варианты заданий |
22 |
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к выполнению деловой игры
по дисциплине «Материаловедение»
для студентов направления подготовки бакалавров
«Технологии, оборудование и автоматизация
машиностроительных производств»)
всех форм обучения
Составители:
Ткаченко Юрий Сергеевич
Симонова Юлия Эдуардовна
В авторской редакции
Компьютерный набор Ю.Э. Симоновой
Подписано к изданию 26.03.2015.
Уч. – изд. л. 1,7. «С»
ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет»