43686

ТЕХНОЛОГИЯ МАШИНОСТРОЕНИЯ. А.Г. Суслов

Книга

Производство и промышленные технологии

Изложены основы и специальная часть технологии машиностроения. Основное внимание уделено обеспечению и повышению качества изделий машиностроения, снижению технологической себестоимости их изготовления, методологии разработки технологических процессов, технологии изготовления и сборки типовых деталей и соединений, оформлению технологической документации.

Русский

2014-03-31

7.66 MB

234 чел.

А.Г. Суслов

ТЕХНОЛОГИЯ

МАШИНОСТРОЕНИЯ

2-е издание, переработанное и дополненное

Допущено Министерством образования Российской Федерации в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки бакалавров и магистров «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств» и направлению подготовки дипломированных специалистов «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств»

 

МОСКВА

«МАШИНОСТРОЕНИЕ»

2007

УДК 621

ББК34.5

      С 89

Рецензенты:

д-р техн. наук, проф. А.М. Дольский;

кафедра «Технология машиностроения»

Тульского государственного университета

Суслов А.Г. 

С 89  Технология машиностроения: Учебник для студентов м

специальностей вузов. - 2-е нзд. перераб. и доп. М.: Машиностроение, 2007. 430 с.

ISBN 978-5-217-03371-3

Изложены основы и специальная часть технологии машиностроения. Основное внимание уделено обеспечению и повышению качества изделий машиностроения, снижению технологической себестоимости их изготовления, методологии разработки технологических процессов, технологии изготовления и сборки типовых деталей и соединений, оформлению технологической документации.

Второе издание (1 -е изд. 2004 г.) исправлено и дополнено главой по технологии восстановления деталей машин.

Для студентов вузов, обучающихся по направлению подготовки бакалавров и магистров «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств» и направлению подготовки дипломированных специалистов «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств».

УДК 621

ББК34.5

ISBN 978-5-217-03371-3    © ОАО «Издательство «Машиностроение», 2007

Перепечатка, все виды копирования и воспроизведения материалов,

опубликованных в данной книге, допускаются только с разрешения

издательства и со ссылкой на источник информации.


Оглавление

Глава 4 ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА ИЗДЕЛИЙ МАШИНОСТРОЕНИЯ 6

4.1. Припуски на обработку 6

4.2. Обеспечение качества деталей на стадии технологической подготовки производства 11

4.3 Обеспечение качества деталей при изготовлении 26

4.4. Обеспечение качества изделий при сборке 36

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ И ПРОМЕЖУТОЧНОГО КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ СТУДЕНТОВ ПО 4-Й ГЛАВЕ 38

Глава 5 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ТРУДА И СЕБЕСТОИМОСТЬ ИЗДЕЛИЙ. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ. 40

5.1 Технологическая производительность труда и техническое нормирование 40

5.2. Технологическая себестоимость 44

5.3. Функционально-стоимостной анализ технологических процессов 61

5.4. Оценка экономической эффективности 66

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ И ПРОМЕЖУТОЧНОГО КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ СТУДЕНТОВ ПО 5-Й ГЛАВЕ 69

ГЛАВА 6 МЕТОДОЛОГИЯ РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ В МАШИНОСТРОЕНИИ 70

6.1 Выбор заготовок для изготовления деталей машин 70

6.2 Назначение технологических баз при проектировании технологических процессов 74

6.3 Установление последовательности и выбор методов обработки поверхностей заготовок 83

6.4 Разработка технологических процессов изготовления деталей машин 86

6.5 Разработка технологических процессов сборки изделий 92

6.6 Выбор технологического оборудования, оснастки и средств контроля при разработке технологического процесса 98

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ И ПРОМЕЖУТОЧНОГО КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ СТУДЕНТОВ ПО 6-Й ГЛАВЕ 106

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ТЕМАТИКА ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ И ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ ПО ОСНОВАМ ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ 107

Часть II Технологические методы и процессы производства изделий 108

Глава 7 Технология изготовления различных деталей 108

7.1 Технология изготовления валов. 108

7.2 Технология изготовления деталей зубчатых и червячных передач и методы обработки их поверхностей 127

7.3 Технология изготовления корпусных деталей 139

9.5 Гальванические способы нанесения покрытий 152

9.6 Химические способы нанесения покрытий 159

9.7 Наплавка и напыление материала 162

9.8 Выбор способов повышения долговечности деталей машин 165

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ И ПРОМЕЖУТОЧНОГО КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ СТУДЕНТОВ ПО 9-Й ГЛАВЕ 173

Глава 10 СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СУЩЕСТВУЮЩИХ И СОЗДАНИЕ НОВЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ МАШИН И ТЕХНОЛОГИЙ 174

10.1. Совершенствование технологических методов обработки деталей машин 174

10.2.Создание новых технологических методов обработки и процессов изготовления и ремонта изделий машиностроения 179

10.3. Наукоемкие конкурентоспособные технологии в машиностроении 192

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ И ПРОМЕЖУТОЧНОГО КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ СТУДЕНТОВ ПО 10-Й ГЛАВЕ 196

Глава 11 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ПОДГОТОВКА ПРОИЗВОДСТВА 197

11.1. Организация технологической подготовки производства 197

11.2 Оформление технологической документации 205

11.3 Особенности технологических процессов и оформление технологической документации при обработке заготовок на станках с ЧПУ и многоцелевых станках 212

11.4 Особенности разработки технологических процессов и оформления 219

11.5 Особенности разработки технологических процессов и заполнение 219

технологической документации при обработке заготовок на автоматических линиях 219

11.6.Особенности разработки технологических процессов для гибких производств 225

11.7 Автоматизация проектирования технологических процессов 227

11.8 Технологическая подготовка технической реконструкции машиностроительных предприятий 229

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ И ПРОМЕЖУТОЧНОГО КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ СТУДЕНТОВ ПО 11-Й ГЛАВЕ 231

Глава  12 ТЕХНОЛОГИЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ  ДЕТАЛЕЙ    МАШИН 232

12.1. Восстановление деталей машин  термоупругопластическим деформированием 232

12.2. Восстановление деталей машин пластическим  вытеснением  материала 235

12.3 Восстановление деталей машин электромеханической обработкой 238

12.4.  Восстановление деталей машин плазменными методами 240

12.5.  Восстановление деталей машин наплавкой, наваркой 245

12.6. Подготовка восстанавливаемых поверхностей детали под нанесение покрытий 249

12.7 Механическая обработка восстановленных поверхностей деталей машин 252

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ И ПРОМЕЖУТОЧНОГО КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ СТУДЕНТОВ ПО 12-Й ГЛАВЕ 255

Глава 4 ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА ИЗДЕЛИЙ МАШИНОСТРОЕНИЯ

Знание материала, изложенного в данной главе, позволит грамотно решать проблемы технологического обеспечения качества изделий при работе на промышленных предприятиях.

4.1. Припуски на обработку

Для получения из заготовок2 готовых деталей на их обрабатываемые поверхности предусматриваются припуски.

Припуском называется поверхностный слой материала, удаляемый или пластически деформируемый в процессе обработки заготовки для достижения заданных точности размеров и качества поверхности.

Различают припуски промежуточные, операционные и общие.

Промежуточный припуск - слой материала, удаляемый или пластически деформируемый для получения требуемых, промежуточных точности размеров и качества поверхности при выполнении данного технологического перехода (например: припуск на получистовое точение, припуск на черновое шлифование и т.п.).

Операционный припуск - слой материала, удаляемый или пластически деформируемый при выполнении одной операции для получения требуемой точностиоперационных размеров и качества поверхности. Он определяется как сумма промежуточных припусков при выполнении технологических переходов обработки поверхности на данной операции.

Общий припуск - поверхностный слой материала, представляющий из себя сумму промежуточных припусков по всему технологическому маршруту обработки данной поверхности заготовки, необходимый для получения заданных точности размеров и качества поверхности готовой детали.

Для снижения себестоимости производства заготовок и удобства изготовления деталей зачастую на отдельных их поверхностях кроме припуска имеется дополнительный слой материала, который называют напуском (рис. 4,1).

Существуют два метода определения величины припуска:

  1.  расчетно-аналитический;
  2.  опытно-статистический.

Сущность расчетно-аналитического метода определения припуска, разработанного проф. В.М. Кованом, заключается в том, что величину промежуточного припуска назначают такой, чтобы при его снятии устранялись погрешности обработки и дефекты поверхностного слоя, полученные напредшествующих переходах, а также погрешности установки обрабатываемой заготовки, возникающие на выполняемом переходе (рис.4.2).

рис. 4.1. Схематическое изображение:

1 - общего припуска; 2 – напуска

Рис. 4.2. Схема дли определения минимальной величины промежуточного припуска на сторону Z1 min

Величину минимального промежуточного припуска определяют из уравнений:

  1.  припуск на сторону при последовательной обработке противоположных или отдельно расположенных плоскостей

                                    

  1.  припуск на две стороны при параллельной обработке противоположных плоскостей

                                            (4.2)

  1.  припуск на диаметр при обработке наружных или внутренних поверхностей вращения

                                        (4.3)

где Rmaxi-1 - максимальная высота профиля шероховатости, полученная на предшествующем переходе обработки данной поверхности. При выполнении первой операции и первого перехода обработки поверхности эту величину берут по исходной заготовке. При выполнении второй операции или перехода - необходимо снять шероховатость, полученную на первой операции или переходе, и т.д. Причем можно принимать, что Rmax=1,2 Rz= 6Ra; Нai-1 - глубина дефектного поверхностного слоя, полученная на предшествующей технологической операции или переходе. Этот слой отличен по физико-химическим характеристикам и структуре от основного материала. Например, у отливок из серого чугуна поверхностный слой состоит из перлитной корки, наружная зона которого нередко имеет следы формовочного песка. Для создания благоприятных условий работы режущему инструменту этот слой полностью снимается на первой операции или переходе при обработке данной поверхности. У стальных поковок поверхностный слой характеризуется обезуглероженной зоной. Этот слой подлежит полному удалению, так как он снижает предел прочности металла и его положительные эксплуатационные свойства, В отдельных случаях (например, изделия из стекломатериалов) снятие дефектного слоя исходной заготовки перераспределяют на все промежуточные операции (рис. 4.3). Это позволяет сократить общий припуск на обработку и снизить себестоимость изготовления изделий. В некоторых случаях поверхностный слой с измененными физико-химическими свойствами и структурой, полученными на предшествующей операции или переходе, исходя из функционального назначения детали, целесообразно оставить. Так, например, распределительные валы автомобильных двигателей отливают с отбеленным поверхностным слоем, обладающим повышенной износостойкостью. При механической обработке, особенно поверхностным пластическим деформированием (ППД), возникает наклепанный поверхностный слой, обладающий повышенными эксплуатационными свойствами (износостойкостью, прочностью и т.д.); ρi-1- пространственное отклонение обрабатываемой поверхности относительно базовых поверхностей заготовки, полученное на предшествующей операции или переходе по обработке данной поверхности. В качестве примеров пространственного отклонения можно привести:

  1.  ρi-1 - несоосность наружной поверхности и отверстия втулок (рис, 4.4, а); 
  2.  ρi-1(1)и ρi-1(2) - несоосность наружных поверхностей вращения 1 и 2 ступенчатых валов и базовых центровочных отверстий (рис. 4.4, б);
  3.  ρi-1(3)- не перпендикулярность торцовой плоскости 3 оси базовых центровочных отверстий или базовой цилиндрической поверхности (рис. 4.4, б);
  4.  ρi-1(1)- непараллельность обрабатываемой 1 и базовой поверхностей заготовок (рис. 4.4, в);
  5.  ρi-1(2) и ρi-1(3) - неперпендикулярность обрабатываемой 2,3 и базовой поверхностей заготовок (рис. 4.4, в) и т.п.;

Рис. 4.3. Перераспределение снятия дефектного слоя заготовок из стекломатериала на все операции технологического процесса

Н'ачерн.шл.- снимаемый дефектный слой заготовки при черновом шлифовании;

Н'ачист.шл. - оставшийся дефектный слой заготовки с наложением дефектов от черновогошлифования, снимаемый при чистовом шлифовании;

Н'аотд. - оставшийся дефектный слой заготовки с дополнительными дефектами от чернового ичистового шлифования, снимаемый при отделочной обработке; Н'ах тр.- оставшийся дефектный слой заготовки с дополнительными дефектами от механической обработки, снимаемый при химическом травлении.

Рис. 4.4. Исходные схемы для определения пространственных отклонений обрабатываемых поверхностей относительно базовых

εyi - погрешность установки, возникающая на выполняемом переходе. В результате погрешности установки обрабатываемая поверхность заготовок не занимает одинакового положения относительно настроенного на размер инструмента. Получаемые смещения обрабатываемой поверхности должны быть компенсированы составляющей промежуточного припуска.

На базе приведенных общих структурных формул (4.1) - (4.3) могут быть получены частные расчетные зависимости для определения минимальной величины промежуточного припуска в отдельных конкретных случаях обработки. В этих уравнениях, в зависимости от условий выполнения операции, исключаются те или иные составляющие припуска. Так, при обработке наружной поверхности вращения цилиндрической заготовки, установленной в центрах, погрешность установки может быть принята равной нулю. Припуск на диаметр в этом случае рассчитывают по формуле

                                             (4.4)

При развертывании плавающей разверткой и протягивании отверстий смещение оси отверстия не исправляется (ρi-1= 0) и погрешность установки в этом случае равна нулю. Формула (4.3) для расчета припуска принимает вид

                                                 (4.5)

При суперфинише, полировании или накатывании цилиндрической поверхности, когда достигается лишь уменьшение исходной шероховатости, припуск определяют по формуле

                                                                   (4.6)

При шлифовании заготовок после поверхностной закалки или упрочняющей обработки ППД поверхностный слой должен быть по возможности сохранен, следовательно, слагаемое Нai-1необходимо исключить из расчетных формул (4.1) и (4.3), а возможные при этом коробления заготовки должны учитываться величиной ρi-1. Зависимости для определения промежуточного минимального припуска в этом случае принимают следующий вид:

                                                                  (4.7)

                                                       (4.8)

При определении величины минимального припуска не учитываются погрешности как исходного, так и получаемого размеров. Этот учет происходит при определении величины максимального промежуточного припуска, который определяется по формулам (рис. 4.5)

                                                                (4.9)  

                                                     (4.10)  

Где Тi-1; TDi-1 и Ti; TDi - соответственно допуск на размер после предшествующей операции или перехода и на выполняемой операции или переходе.

Общий максимальный и минимальный припуск на обработку и предельные промежуточные размеры заготовки определяются из схемы, представленной на рис. 4.5.

Рис. 4.5. Исходная схема для расчета общего припуска и промежуточных размеров

                                                                               (4.11)  

                                                                             (4.12)  

                                                                    (4.13)  

                                                             (4.14)  

Составляющие для расчета промежуточных припусков приведены в справочнике технолога- машиностроителя.

Проверка правильности расчетов может быть произведена по формуле:

                                                       (4.15)  

где  - допуск, соответственно, на размер заготовки и детали.

Изложенный расчетно-аналитический метод определения припусков применяют в серийном, массовом производстве для поверхностей, определяющих материалоемкость заготовки. Он позволяет значительно увеличить коэффициент использования материала и снизить технологическую себестоимость обработки заготовок.

В условиях единичного производства, а также для поверхностей, неопределяющих материалоемкость заготовок, имеющих напуски, припуски определяют опытно-статистическим методом по нормативным таблицам припусков, разработанным различными авторами. При этом табличные припуски могут быть промежуточными и операционными или общими. Их значения приведены в справочнике технолога-машиностроителя. Общие припуски, как правило, определяются по нормалям припусков на отливки и поковки. Опытно-статистические припуски обычно бывают завышены, так как они составлены без учета конкретных условий построения техпроцессов для условий обработки, при которых припуск должен быть наибольшим во избежание брака. Это приводит к уменьшению коэффициента использования материала и к увеличению технологической себестоимости обработки заготовок.

4.2. Обеспечение качества деталей на стадии технологической подготовки производства

Технологическое обеспечение качества деталей машин сводится к выбору методов обработки и расчету режимов, обеспечивающих получение заданных параметров качества с наименьшей технологической себестоимостью, и их последующей корректировке в производственных условиях.

Структурная схема решения первой задачи для условий существующего производства показана на рис. 4.6.

Рис. 4.6. Структурная схематехнологического обеспечения качества деталей на стадии технологической подготовки производства

В блок 1 вводят информацию из чертежа и технических требований детали, на которую разрабатывают технологический процесс.

В блоке 2 заложены условия существующего производства. Если технологический процесс разрабатывают для вновь создаваемого Производства, то надобность в блоке 2 отпадает.

В блоке 3 осуществляется выбор возможных методов обработки. Для этого используется справочная информация о возможностях методов обработки в обеспечении точности размеров и параметров качества различных поверхностей (табл. 4.1 - 4.6). Значения остальных стандартизованных параметров шероховатости определяются по формулам:

  1.  для лезвийной обработки

  1.  для абразивной обработки

  1.  для отделочно-упрочняющей обработки ППД

Выбор предшествующих методов обработки осуществляется из условия, что каждый последующий переход или операция повышают точность размера на 1 - 2 квалитета и снижают высотные параметры шероховатости в 3 - 5 раз.

В блоке 4 заложены теоретические и эмпирические зависимости параметров качества деталей машин с условиями их обработки. Теоретические уравнения приведены в главах 2 и 3 данного учебника. Эмпирические зависимости имеются в различной технической и справочной литературе по технологии машиностроения. Они, как правило, более простые и точные, но применимы только для конкретных условий обработки, при которых проводились эксперименты. Так, для точения деталей из стали 40Х (HRC, 30 ... 35) эмпирическое уравнение по расчету параметров качества поверхностного слоя имеет следующий вид:

                                              (4.16)  

где v- скорость резания (0,83 ... 2,5 м/с); S- подача (0,05 ... 0,5 мм/об); t - глубина резания (0,15 ... 0,9 мм); r - радиус при вершине резца (0,5 ... 2 мм); γ- передний угол резца (4 ... 40°); α - задний угол резца (3 ... 70°);jст - статическая жесткость станка по ГОСТ 7895-86 (19,6 ... 34,3 кН/мм).

Значения коэффициентов k0-k7для различных параметров состояния поверхностного слоя деталей приведены в табл. 4.7.

4.7. Значения коэффициентов формулы (4.16)

Исследуемыйпараметрyi

k0

k1

k2

k3

k4

k5

k6

k7

Ra,мкм

416,6

-0,45

0,36

-0,1

0,12

0,005

-0,10

-0,22

Rp,мкм

115,86

-0,32

0,1

-0,07

-0,04

0,035

-0,15

-0,36

Sm,мкм

1,79

20,18

0,58

-0,25

0,15

0,21

0

-0,31

Wz,мкм

1,55

-0,5

0,24

-0,25

0,21

0,07

0,26

0,33

Wp,мкм

0,16

-0,55

0,15

-0,12

0,18

0,09

0,33

0,04

Smw,мм

1,59

0,47

0,27

0,04

0,05

-0,08

-0,44

0,1

Hμ0, МПа

1636

0,084

0,005

0,09

0,08

-0,064

0,069

0,11


4.1. Возможности методов обработки в обеспечении точности размеров и параметров качества плоских поверхностей деталей машин

Метод обработки

Квалитет

Параметры качества поверхностного слоя детали

Hmax, мкм, на 1000 мм

Wz, мкм

Smw, мм

Ra,мкм

Rp,мкм

Sm,мм

S,мм

±Ϭост, МПа

h0, мм

uв, %

hм, мм

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

Торцовоефрезерование:

черновое

чистовое

тонкое

12…14

9…11

6…8

100…250

50…140

20…60

8…25

1,6…10,0

0,40…5,0

2,5…10,0

0,8…4,0

0,32…1,25

4,0…16,0

1,0…4,0

0,32…1,25

10,0…50,0

3,20…16,0

0,80…4,0

0,16…0,50

0,08…0,20

0,025…0,10

0,16…0,50

0,063…0,20

0,016…0,08

250…300

200…250

100…200

0,1…0,2

0,1…0,2

0,05…0,10

20…30

10…40

0…20

0,2…0,5

0,08…0,15

0,05…0,10

Цилиндрическое фрезерование:

черновое

чистовое

тонкое

12…14

9…11

6…8

120…300

60…150

25…70

12,5…60,0

3,0…16,0

0,80…8,0

2,5…12,0

0,8…3,2

0,20…1,6

3,2…10,0

0,8…3,2

0,20…1,6

10,0…30,0

2,5…12,5

0,63…3,2

1,25…5,0

0,50…2,0

0,16…0,63

1,25…5,0

0,32…2,0

0,10…0,63

300…350

200…300

100…200

0,015…0,25

0,10…0,20

0,06…0,15

10…30

0…40

10…20

0,15…0,25

0,1…0,15

0,08…0,12

Строгание:

черновое

чистовое

тонкое

12…14

9…11

6…8

100…200

40…120

15…50

12,5…40,0

3,0…16,0

0,32…10,0

2,5…15,0

0,8…8,0

0,4…2,5

6,4…40,0

1,0…6,3

0,32…1,6

16,0…125

3,2…20

1,0…5,0

0,20…1,6

0,08…0,25

0,025…0,125

0,20…1,6

0,063…0,25

0,0125…0,10

250…350

200…250

150…200

0,15…0,22

0,10…0,15

0,06…0,11

20…40

10…30

10…20

0,25…0,6

0,15…0,30

0,05…0,15

Торцовое точение:

черновое

чистовое

тонкое

12…13

9…11

6…8

110…200

50…120

15…50

8,0…24,0

2,5…10,0

0,8…3,0

5,0…12,0

1,0…5,0

0,8…2,5

6,4…32

1,6…6,4

0,32…1,6

16,0…100,0

4,0…20

1,0…5,0

0,2…1,25

0,08…0,25

0,025…0,125

0,2…1,25

0,063…0,25

0,0125…0,10

200…300

150…200

100…150

0,10…0,18

0,06…0,12

0,04…0,1

10…40

10…30

0,20

0,2…0,45

0,05…0,20

0,02…0,05

Шлифование:

черновое

чистовое

тонкое

плосковершинное

8…9

6…7

5…6

6…8

25…120

16…40

6…25

20…100

5,0…12,5

1,6…5,0

0,63…2,0

2,0…16,0

1,0…3,5

0,8…2,5

0,3…1,5

0,8…10,0

1,6…4,0

0,32…1,6

0,08…0,32

0,32…2,5

5,0…12,0

1,0…5,0

0,25…1,0

0,5…6,3

0,10…0,32

0,025…0,125

0,01…0,032

0,25…5,0

0,063…0,25

0,0125…0,08

0,005…0,025

0,008…0,20

200…400

300…400

200…500

100…200

0,15…0,20

0,1…0,18

0,06…0,12

0,05…0,10

10…40

10…30

0…20

0…10

0,03…0,05

0,015…0,03

0,01…0,02

0,01…0,015

Продолжение табл. 4.1.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

Протягивание:

черновое

чистовое

7…8

5…6

20…60

5…30

1,25…4,0

0,40…2,5

1,0…3,2

0,8…1,5

1,0…3,2

0,32…1,25

2,5…10,0

0,8…4,0

0,16…2,0

0,05…0,50

0,125…2,0

0,032…0,50

300…350

200…300

0,2…0,3

0,1…0,2

10…30

10…20

0,2…0,6

0,1…0,3

Шабрение:

черновое

чистовое

тонкое

7…8

5…6

4…5

20…50

10…30

5…20

12,5…20,0

3,0…16,0

1,6…5,0

6,0…10,0

4,0…8,0

3,0…6,0

2,5…8,0

0,63…2,5

0,10…0,8

6,3…32

2,0…8,0

0,25…2,5

0,25…1,0

0,063…0,25

0,02…0,10

0,125…1,0

0,032…0,20

0,008…0,05

100…200

60…150

60…120

0,05…0,12

0,05…0,10

0,04…0,08

0…20

0…10

0…10

0,05…0,1

0,05…0,1

0,04…0,1

Накатывание роликами и шариковыми головками:

черновое

чистовое

8…10

5…7

40…120

15…60

5,0…20

1,25…6,0

1,5…8,0

0,8…2,0

0,63…2,5

0,1…0,83

1,5…10,0

0,2…2,0

0,2…5,0

0,025…0,25

0,2…5,0

0,02…0,25

200…450

100…300

0,4…1,5

0,2…0,5

30…70

20…60

0,5…4,0

0,2…0,6

Вибронакатывание

5…10

20…120

1,25…4,0

0,25…15,0

0,16…2,5

0,25…10,0

0,025…12,5

0,02…5,0

100…400

0,2…1,5

10…60

0,04…2,0

Суперфиниширование и полирование:

обычное

плосковершинное

5…6

6…8

6…50

20…100

0,3…6,0

1,6…16,0

0,25…2,5

0,08…8,0

0,05…0,32

0,1…1,25

0,125…1,25

0,16…3,2

0,01…0,032

0,025…1,6

0,04…0,025

0,006…0,040

100…200

100…110

0,06…0,08

0,04…0,06

0…20

0…10

0,005…0,01

0,005…0,01

Притирка:

обычная

плосковершинная

4…6

5…7

4…10

10…50

0,4…0,8

0,6…1,6

0,3…1,5

0,3..1,5

0,02…0,1

0,02…0,4

0,04…0,32

0,032…1,0

0,008…0,04

0,02…0,25

0,004…0,032

0,008…0,25

100…250

100…150

0,06…0,08

0,04…0,06

0…20

0…10

0,005…0,01

0,005…0,008

Примечания: 1. Данные относятся к деталям из конструктивных сталей.

                       2. Для деталей из чугуна параметры шероховатости Ra, Rzможно принимать в 1,5 раза больше табличных.

                       3. Характеристики физико-механических свойств для деталей из чугуна следует принимать в 1,5 раза меньше табличных.

4.2. Возможности методов обработки в обеспечении точности размеров и параметров качества наружных поверхностей вращения деталей машин

Метод обработки

Квали-тет

Параметры качества поверхностного слоя детали

Hmax, мкм, на 1000 мм

Wz, мкм

Smw, мм

Ra,мкм

Rp,мкм

Sm,мм

S,мм

±Ϭост, МПа

h0, мм

uв, %

hм, мм

Обтачивание:

черновое

получистовое

чистовое

12…14

10…12

8…19

160…500

80…200

40…100

6,25…13,0

3,2…10,0

1,6…4,0

2,5…10,0

0,12…8,0

0,8…8,0

12…40

2,0…16

0,8…2,5

32…120

5,0…50

2,0…8,0

0,32…1,25

0,16…0,40

0,08…0,16

0,32…1,25

0,12…0,40

0,05…0,16

200…300

150…250

150…200

0,10…0,20

0,08…0,15

0,6…0,12

10…50

10…40

20…40

0,2…0,5

0,15…0,30

0,05.0,20

Шлифование:

черновое

чистовое

тонкое

плосковершинное

8…9

6…7

5…6

6…8

25…100

10…40

6…20

10…100

3,2…10,0

0,5…4,0

0,16…0,8

0,5…10,0

0,8…4,0

0,4…1,5

0,25…0,6

0,8…8,0

1,0…2,5

0,2…1,25

0,05…0,25

0,32…2,5

2,5…10,0

0,5…4,0

0,125…0,8

0,5…3,2

0,63…0,2

0,025…0,1

0,008…0,025

0,063…1,25

0,032…0,16

0,01…0,08

0,003…0,016

0,008…0,16

200…400

300…400

200…500

100…200

0,15…0,25

0,10…0,20

0,08…0,15

0,006…0,12

10…40

10…30

0…20

0…10

0,05…0,08

0,02…0,05

0,01…0,02

0,01…0,015

Суперфиниширо-вание:

обычное

плосковершинное

4…6

6…8

5…20

20…80

0,08…0,5

0,75…2,5

0,25…1,5

0,8…8,0

0,032…0,25

0,25…2,0

0,08…0,8

0,32…2,5

0,006…0,02

0,05…1,25

0,003…0,016

0,006…0,16

150…200

100…150

0,06…0,12

0,05…0,10

0…20

0…10

0,02…0,06

0,01…0,02

Полирование:

обычное

плосковершинное

5…6

6…8

6…40

30…100

0,16…0,75

0,4…0,9

0,4…1,5

0,8…8,0

0,008…0,08

0,10…0,80

0,016…0,16

0,125…1,0

0,008…0,025

0,032…0,20

0,002…0,008

0,016…0,20

100…400

100…200

0,03…0,10

0,02…0,05

0…20

0…10

0,01…0,02

0,005…0,01

Притирка:

обычная

плосковершинная

4…6

5…7

4…15

15…60

0,08…0,1

0,4…0,8

0,25…1,5

0,25…2,5

0,01…0,10

0,10…0,80

0,02…0,25

0,10…1,25

0,006…0,04

0,032…0,2

0,002…0,032

0,032…0,2

150…250

100…200

0,05…0,10

0,02…0,05

0…20

0…10

0,005…0,01

0,005…0,008

Обкатывание:

черновое

чистовое

8…10

5…7

24…100

6…40

2,5…12,5

0,4…2,5

0,8…8,0

0,3…6, 0

0,8…2,5

0,05…1,00

1,5…6,3

0,063…2,0

0,2…1,25

0,025…0,2

0,2…1,25

0,025…0,2

200…500

100…400

0,5…2,0

0,2…0,8

30…80

20…70

0,8…5,0

0,3…2,0

Выглаживание

Вибронакатывание

Электромеханическая

Магнитно-абразивная

5…9

5…9

5…7

5…9

6…80

6…100

6…40

6…70

0,4…10,0

0,5…13,2

0,4…0,8

0,5…12,5

0,3…8,0

0,25…15,0

0,3…0,8

0,4…8,0

0,05…2,0

0,063…1,6

0,02…1,6

0,02…1,6

0,063…6,0

0,08…5,0

0,2…3,2

0,04…5,0

0,025…1,25

0,01…10,5

0,025…1,25

0,008…1,25

0,025…1,25

0,008…0,8

0,025…1,25

0,003…1,0

100…400

100…450

200…400

200…600

0,2…1,5

0,15…1,5

0,1…1,5

0,005…0,01

20…70

10…70

40…80

0…10

0,3…3,0

0,1…3,0

0,05…1,5

0,01…0,03

См. примечания к табл. 4.1.

4.3. Возможности методов обработки в обеспечении точности размеров и параметров качества внутренних поверхностей вращения деталей машин

Метод обработки

Квали-тет

Параметры качества поверхностного слоя детали

Hmax, мкм, на 1000 мм

Wz, мкм

Smw, мм

Ra,мкм

Rp,мкм

Sm,мм

S,мм

±Ϭост, МПа

h0, мм

uв, %

hм, мм

Сверление и рассверливание:

10…13

40…160

5,0…32

1,2…8,0

3,2…12

8,0…40

0,16…0,8

0,08…0,63

200…300

0,2…0,3

10…30

0,2…0,5

Зенкерование:

черновое

чистовое

10…12

8…9

10…120

10…50

5,0…16

3,6…8,0

2,0…6,0

0,8…3,2

2,5…8,0

1,25…3,2

6,3…25

3,2…10

0,16…0,8

0,8…0,25

0,063…0,4

0,05…0,16

100…200

100…200

0,2…0,25

0,08…0,15

20…40

10…40

0,15…0,4

0,1…0,2

Развертывание:

черновое

чистовое

тонкое

10…11

7…9

5…6

25…100

6…40

2…10

2,5…6,25

1,25…4,0

0,5…1,6

0,8…4,0

0,5…2,0

0,3…1,0

1,25…2,5

0,63…1,25

0,32…0,63

3,2…8,0

1,6…4,0

0,8…2,0

0,08…0,2

0,032…0,1

0,0125...0,04

0,04…0,16

0,0125…0,063

0,008…0,02

100…300

100…400

100…450

0,08…0,15

0,06…0,12

0,03…0,1

10…40

20…40

10…30

0,2…0,4

0,15…0,3

0,05…0,2

Протягивание:

обычное

плосковершинное

9…11

6…8

10…80

3…30

1,25…5,0

0,4…1,6

1,0…4,0

0,5…2,0

1,25…3,2

0,32…1,25

0,2…1,0

0,8…4,0

0,08…0,25

0,02…0,10

0,04…0,2

0,008…0,08

200…300

200…300

0,10…0,40

0,05…0,15

20…40

10…50

0,2…0,8

0,1…0,5

Растачивание:

черновое

получистовое

чистовое

тонкое

11…13

9…10

7…8

5…6

100…600

40…160

20…80

6…40

8,0…40

4,0…12,5

2,5…6,25

0,5…4,0

2,5…10

1,25…5,0

0,8…2,5

0,4…1,0

8…16

2,5…8

0,8…2,0

0,2…0,8

20…50

6,3…25

2,0…6,3

0,5…3,2

0,25…1,0

0,125…0,32

0,08…0,16

0,02…0,10

0,25…1,0

0,08…0,32

0,032…0,16

0,01…0,08

200…300

150…250

150…200

100…150

0,1…0,2

0,08…0,15

0,06…0,12

0,04…0,1

10…50

10…40

20…40

0…30

0,2…0,5

0,15…0,3

0,05…0,2

0,02…0,08

Шлифование:

черновое

чистовое

тонкое

плосковершинное

8…9

6…7

5…6

6…8

20…100

10…40

6…20

15…90

4,0…16

1,25…6,25

0,32…1,6

0,5…10,0

0,8…3,2

0,4…1,2

0,25…0,5

0,18…8,0

1,6…3,2

0,32…1,6

0,08…0,32

0,32…2,5

4,0…10,0

0,8…4,0

0,2…1,0

0,32…5,0

0,63…0,2

0,025…0,1

0,008…0,025

0,063…1,0

0,032…0,16

0,01…0,08

0,003…0,016

0,006…0,16

200…300

300…400

200…300

100…150

0,1…0,2

0,08…0,15

0,08…0,15

0,06…0,1

10…40

10…30

0…20

0…10

0,04…0,06

0,02…0,05

0,01…0,02

0,01…0,015

Хонингование:

черновое

чистовое

тонкое

плосковершинное

6…7

5…6

4

5…8

15…40

5…16

2…10

5…80

1,25…5,0

0,4…1,6

0,4…0,9

0,5…10

0,8…4,0

0,8…2,5

0,25…1,0

0,8…8,0

1,25…3,2

0,25…1,25

0,04…0,25

0,25…2,0

3,2…8,0

0,63…3,2

0,1…0,8

0,25…4,0

0,063…0,35

0,02…0,2

0,006…0,2

0,04…1,0

0,025…0,16

0,008…0,08

0,003…0,16

0,008…0,20

300…400

300…350

300…400

100…200

0,05…0,30

0,10…0,20

0,08…0,15

0,06…0,12

10…30

10…40

10…30

0…20

0,05…0,10

0,03…0,06

0,01…0,03

0,01…0,015

Притирка:

обычная

плосковершинная

4…5

5…7

2…10

5…50

0,125…0,63

0,4…1,25

0,25…1,5

0,25…2,5

0,02…0,16

0,10…0,80

0,04…0,40

0,125…1,6

0,005…0,04

0,032…0,2

0,002…0,02

0,003…0,20

150…250

100…200

0,05…0,1

0,02…0,05

0…20

0…10

0,005…0,01

0,005…0,008

Продолжение табл. 4.3.

Метод обработки

Квали-тет

Параметры качества поверхностного слоя детали

Hmax, мкм, на 1000 мм

Wz, мкм

Smw, мм

Ra,мкм

Rp,мкм

Sm,мм

S,мм

±Ϭост, МПа

h0, мм

uв, %

hм, мм

Раскатывание:

черновое

чистовое

8…9

5…7

40…100

5…40

3,2…12

1,6…5,0

0,5…8,0

0,3…6,0

0,32…2,0

0,05…0,32

0,63…5,0

0,05…0,8

0,1…1,0

0,025…0,2

0,1…1,0

0,025…0,2

200…500

150…400

0,3…2,0

0,15…1,0

30…70

20…60

0,5…3,0

0,2…1,0

Выглаживание

5…8

5…60

3,2…10

0,3…8,0

0,05…2,0

0,05…5,0

0,025…1,0

0,025…1,0

100…400

0,15…2,0

20…70

0,3…2,0

Вибронакатывание

5…8

5…60

0,5…32

0,25…15,0

0,062…1,6

0,1…4,0

0,01…12,5

0,008…0,5

100…450

0,1…1,5

10…70

0,1…1,5

Дорнование

5…8

4…30

0,25…3,2

0,25…15,0

0,1…1,6

0,1…3,2

0,025…1,0

0,016…1,0

100…500

0,15…2,0

50…80

0,2…3,0

См. примечания к табл. 4.1.

4.4. Возможности методов обработки по обеспечению точности зубьев и параметров качества их рабочих поверхностей

Метод обработки

Квали-тет

Параметры качества поверхностного слоя детали

Hmax, мкм, на 1000 мм

Wz, мкм

Smw, мм

Ra,мкм

Rp,мкм

Sm,мм

S,мм

±Ϭост, МПа

h0, мм

uв, %

hм, мм

Зубонарезание:

модульными фрезами

червячными фрезами

долбяками

9…11

8…9

7…8

20…100

15…60

10…40

10…50

5…50

5…30

2,5…10

0,8…5,0

0,8…3,0

8,0…16

3,2…8,0

20…4,0

20…50

8,0…25

5,0…12

1,25…5,0

0,32…1,6

0,2…1,25

1,0…5,0

0,2…1,6

0,125…1,25

100…300

150…200

150…350

0,02…0,2

0,02…0,1

0,4…0,3

10…40

10…40

20…50

0,1…0,2

0,05…0,15

0,1…0,25

Протягивание

6…7

5…20

31…20

0,8…4,0

0,8…1,6

2,0…5,0

0,08…20

0,05…2,0

200…300

0,1…0,3

10…40

0,1…0,6

Накатывание

8…9

10…80

10…50

0,8…8,0

0,8…2,0

1,8…6,0

0,08…5,0

0,063…5,0

250…500

0,5…2,0

50…70

0,5…4,0

Шевингование

5…6

5…15

2…10

0,8…4,0

0,6…1,25

1,5…3,6

0,125…0,5

0,08…0,5

150…250

0,01…0,1

10…40

0,05…0,15

Шлифование

5…6

3…10

1,5…10

0,8…3,0

0,32…1,25

0,9…4,0

0,04…0,1

0,026…0,063

200…400

0,1…0,2

0…30

0,03…0,05

Обкатывание

5…6

3…8

3…10

0,8…5,0

0,32…1,0

0,63…3,0

0,063…2,0

0,032…2,0

200…400

0,1…1,0

30…70

0,3…2,0

Притирка

5

2…5

2…3

0,3…2,0

0,1…0,25

0,15…0,6

0,032…0,5

0,02…0,5

100…150

0,02…0,1

10…20

0,05…0,1

См. примечания к табл. 4.1.

4.5. Возможности методов обработки по обеспечению точности шлицев и параметров качества их рабочих поверхностей

Метод обработки

Параметры качества поверхностного слоя детали

Hmax, мкм, на 1000 мм

Wz, мкм

Smw, мм

Ra,мкм

Rp,мкм

Sm,мм

S,мм

±Ϭост, МПа

h0, мм

uв, %

hм, мм

Шлицефрезерование:

черновое

чистовое

30…100

10…40

15…60

5…20

2,0…10

0,8…6,0

4,0…10

1,25…4,0

10…50

3,0…12,0

1,0…5,0

0,1…2,0

1,0…5,0

0,05…2,0

150…300

100…250

0,02…0,2

0,02…0,1

10…40

10…30

0,1…0,2

0,05…0,15

Шлицестрогание

10…30

5…20

0,8…3,0

1,0…2,5

2,5…8,0

0,08…2,5

0,05…2,5

150…250

0,04…0,2

20…40

0,1…0,2

Шлицепротягивание

5…20

3…15

0,8…4,0

0,8…1,6

2,5…5,0

0,08…2,0

0,05…2,0

200…300

0,1…0,3

10…40

0,1…0,6

Шлифование шлицев:

черновое

чистовое

8…12

4…10

5…20

1,5…6

0,8…5,0

0,8…3,0

1,6…3,2

0,4…1,25

4,0…10

1,0…4,0

0,1…0,32

0,032…0,10

0,063…0,25

0,016…0,063

200…400

200…300

0,1…0,2

0,05…0,1

0…30

0…20

0,03…0,05

0,02…0,04

Накатывание шлицев

10…80

10…85

0,8…8,0

0,8…1,0

2,0…3,0

0,08…5,0

0,063…5,0

250…500

0,5…2,0

50…80

0,5…4,0

Обкатывание шлицев

3…80

3…10

0,8…5,0

0,32…1,0

0,8…3,0

0,063…2,0

0,032…1,25

200…400

0,1…1,0

30…70

0,3…2,0

См. примечания к табл. 4.1.

4.6. Возможности методов обработки по обеспечению точности зубьев и параметров качества их рабочих поверхностей

Метод обработки

Степень точности

Параметры качества поверхностного слоя детали

Hmax, мкм, на 1000 мм

Wz, мкм

Smw, мм

Ra,мкм

Rp,мкм

Sm,мм

S,мм

±Ϭост, МПа

h0, мм

uв, %

hм, мм

Нарезание резцами, гребенками, резцовыми головками

2,3

3…10

3…20

0,8…3,0

1,6…4,0

4,0…12

0,08…0,25

0,032…0,16

150…250

0,02…0,1

10…30

0,05…0,15

Нарезание метчиками, плашками

3

4…12

2…15

0,8…2,5

1,25…3,2

3,0…10

0,063…0,2

0,025…0,125

200…300

0,02…0,15

10…40

0,05…0,2

Шлифование резьбы

1,2

2…8

2…12

0,8…5

0,63…1,25

1,5…4,0

0,02…0,1

0,01…0,08

150…200

0,02…0,08

0…30

0,05…0,15

Накатывание, раскатывание

1,2

2…6

4…12

0,8…6,0

0,8…2,5

1,6…7,0

0,063…0,15

0,025…0,1

200…400

0,04…0,2

50…80

0,1…1,0

См. примечания к табл. 4.1.


Расчет условий обработки для каждого из выбранных методов, которые обеспечивают назначенные конструктором параметры состояния поверхности и точность размеров, производится в блоке 5. На данном этапе заданные конструктором параметры качества деталей являются функцией, а искомые условия обработки - аргументом. Таким образом, стоит задача описания аргумента по заданной функции. В общем случае одни и те же значения аргумента должны удовлетворять нескольким функциям, так как стоит задача технологического обеспечения системы параметров качества деталей. Конечно, если требуется обеспечить только один параметр качества (например, Ra), то задача существенно упрощается.

Эту задачу можно упростить, если использовать уравнения взаимной связи параметров качества поверхности, основанной на их коррелированности для каждого метода обработки и привести их к одной характеристике или применить комплексный параметр, в частности Сх. Возможности некоторых методов обработки в обеспечении этого параметра приведены в табл. 4.8. Осложнения при решении возникают и в связи с тем, что условия обработки могут изменяться только в заданной области изменения факторов, которая выбирается вместе с соответствующими зависимостями в блоке 4. Это указывает на то, что совместное решение системы уравнений, связывающих требуемые параметры качества поверхностного слоя и точность размеров с условиями конкретного метода обработки, из-за ряда ограничений представляет определенную трудность, а в некоторых случаях такого решения может и не быть. Поиск совместного решения существенно облегчается тем, что требуемые параметры качества поверхностей и размеры деталей машин задаются конструктором вместе с допустимыми границами их изменения, которые рассчитываются в блоке 6 структурной схемы на рис. 4.6. Чем шире эти границы, тем легче технологу решить свою задачу.

Экономически целесообразнее применить метод обработки, имеющий наименьшую технологическую себестоимость, поэтому в блоке 7 рассчитывается технологическая себестоимость методов обработки, которые обеспечивают заданные параметры качества поверхностного слоя и точность размеров деталей при рассчитанных условиях обработки.

После проведения расчетов для всех возможных методов обработки, выбранных в блоке 3, в блоке 8 осуществляется окончательный выбор метода обработки конкретной поверхности, обеспечивающего получение параметров ее качества и точность размера в допустимых пределах и имеющего минимальную себестоимость.

Следует отметить, что технологические расчеты, начиная с блока 3, являются формализованными и могут осуществляться на ЭВМ после выбора соответствующих вычислительных методов и разработки программ. При этом можно воспользоваться уже существующими САПР ТП.

В ответственных случаях при назначении методов окончательной обработки деталей машин следует учитывать их надежность и технологическую наследственность в обеспечении параметров качества поверхностного слоя деталей машин. Технологические исследования, проведенные в БГТУ, показали, что наивысшей надежностью в обеспечении параметров шероховатости обладает лезвийная обработка, параметров волнистости - электрофизическая обработка, макроотклонения - алмазно-абразивная, физико-химических свойств - отделочно-упрочняющая обработка ППД.

4.8. Значения параметра Cx для различных методов чистовой обработки

Метод обработки

Сх

Торцовое фрезерование:

чистовое

тонкое

2,4…0,80

1,3…0,55

Плоское шлифование:

чистовое

тонкое

2,3…0,70

1,2…0,40

Накатывание

0,9…0,08

Обтачивание:

чистовое

тонкое

2,1…0,68

1,0…0,45

Круглое шлифование:

чистовое

тонкое

2,2…0,75

1,2…0,50

Суперфиниширование

1,0…0,30

Полирование

0,9…0,10

Накатывание

0,8…0,07

Растачивание:

чистовое

тонкое

2,2…0,71

1,2…0,65

Внутреннее шлифование:

чистовое

тонкое

2,3…0,80

1,4…0,60

Хонингование

1,2…0,40

Раскатывание

0,8…0,08

Явление технологической наследственности в качестве поверхностного слоя достаточно хорошо проявляется из анализа теоретических зависимостей по расчету различных параметров (глава 3). Качественная картина технологического наследования параметров качества поверхностного слоя деталей при лезвийной и отделочно-упрочняющей обработке ППД приведена на рис. 4.7.

Степень влияния исходного качества поверхностного слоя деталей машин и отдельных его параметров на параметры Rz, Wz и U приведена на рис. 4.8 и 4.9. Их анализ показывает, что технологическое наследование по качеству поверхностного слоя деталей в значительной мере проявляется при наибольших значениях исходных параметров и особенно при обработке ППД. Так, формируемая шероховатость при обработке ППД на 58,1 % зависит от ее исходной величины и на 12,5 % от поверхностной твердости при максимальных их значениях, в то время как при лезвийной обработке, соответственно, на 11,8 и 4,5%.

Рис. 4.8. Степень влияния исходного качества поверхностного слоя (ИКПС) и отдельных его параметров на формируемые параметры качества поверхностного слоя деталей при лезвийной обработке

Рис. 4.9. Степень влияния ИКПС и отдельных его параметров на формируемые параметры качества поверхностного слоя деталей при обработке ППД

Формирование волнистости в основном определяется исходной шероховатостью при лезвийной обработке от 2,2 до 18,4 %, при обработке ППД - от 32,1 до 43,2 %. Степень упрочнения в значительной мере зависит от исходной твердости - от 16,8 до 46,2 % при лезвийной обработке и от 21,2 до 51,5 % при обработке ППД. Это подтверждает высокуюэффективность упрочнения при ППД деталей, имеющих невысокую исходную твердость, и ее снижение при обработке деталей, имеющих достаточно высокую твердость.

Причем общая степень этого влияния является изменчивой, суммарно от 2,9 % по параметру Rz при лезвийной обработке, до 81,8 % по параметру U при обработке ППД. Это убедительно говорит о сложности явлений в технологическом наследовании, которое необходимо учитывать при технологическом обеспечении качества поверхностного слоя деталей машин.

4.3 Обеспечение качества деталей при изготовлении

Требуемая точность размеров деталей при обработке может достигаться одним из двух принципиально отличных методов:

  1.  методом пробных ходов и промеров;
  2.  методом автоматического получения размеров на настроенных станках.

Сущность метода пробных ходов и промеров заключается в том, что к обрабатываемой поверхности заготовки, установленной на станке, подводят режущий инструмент и с короткого участка заготовки снимают пробную стружку. После этого станок останавливают, делают пробный замер полученного размера, определяют величину его отклонения от заданного и вносят поправку в положение инструмента, которую отсчитывают по делениям лимба станка. Затем вновь производят пробную обработку участка заготовки, новый пробный замер полученного размера и при необходимости вносят новую поправку в положение инструмента. Так, путем пробных ходов и промеров устанавливают правильное положение инструмента относительно заготовки, при котором обеспечивается требуемый размер. После этого выполняют обработку заготовки по всей ее длине. При обработке следующей заготовки всю процедуру установки инструмента пробными ходами и промерами повторяют.

При методе пробных ходов и промеров часто применяют разметку. На поверхность исходной заготовки специальными инструментами (чертилками, штангенрейсмусом, керном и др.) наносят тонкие линии или точки, показывающие контур детали или положение центров будущих отверстий.

При последующей обработке рабочий стремится совместить траекторию перемещения режущего лезвия инструменте с линией разметки заготовки и обеспечить тем самым взаимное положение поверхностей заготовки.

Достоинствами метода пробных ходов и промеров являются:

  1.  на неточном оборудовании можно получить высокую точность обработки;
  2.  при неточной заготовке можно правильно распределить припуск и предотвратить появление брака;
  3.  нет необходимости изготавливать сложные и дорогостоящие приспособления.

Недостатки метода заключаются в:

  1.  низкой производительности обработки из-за больших затрат времени на пробные ходы, промеры и разметку;
  2.  высокой возможности появления брака по вине рабочего, от внимания которого в значительной степени зависит достигаемая точность обработки.

Метод пробных ходов и промеров используется в единичном и мелкосерийном производствах.

В серийном производстве он может быть применен для исправления бракованных заготовок.

В условиях крупносерийного и массового производств и в большинстве случаев в серийном производстве для обеспечения требуемой точности размеров деталей при обработке используется метод автоматического получения размеров на настроенных станках. При данном методе станок предварительно настраивается таким образом, чтобы требуемая точность достигалась автоматически, почти независимо от квалификации и внимания рабочего. При этом применяется один из следующих методов:

  1.  по пробной детали;
  2.  по эталону;
  3.  по габаритам и упорам;
  4.  по индикатору;
  5.  с использованием специальных оптических и других приборов.

Так, при фрезеровании заготовок стол фрезерного станка предварительно устанавливают так, чтобы торец фрезы и ее периферия находились на требуемом расстоянии от опорных элементов приспособления (рис. 4.10). Эту предварительную настройку станка можно произвести по установочным габаритам. После такой настройки станка выполняют обработку всей партии заготовок без их промежуточных промеров.

При подрезке торца заготовки вершина режущего лезвия резца устанавливается на заданный размер по пробной заготовке или эталону (рис. 4.11). Получаемый размер с допуском проставляется от настроечной базы.

Рис. 4.10. Настройка фрезерного станка по габариту

Рис. 4.11. Настройка токарного станка по эталону

Следовательно, при использовании метода автоматического получения размеров на настроенных станках задача обеспечения требуемой точности обработки переносится с рабочего на технолога и наладчика, производящих расчет и предварительную настройку станка.

Преимуществами метода автоматического получения размеров на настроенных станках являются:

  1.  повышение точности обработки и снижение брака;
  2.  рост производительности обработки за счет устранения потерь времени на раз- метку заготовки и осуществление пробных ходов и промеров.

Недостатки метода заключаются в следующем:

  1.  невозможно получить высокую точность на неточном оборудовании;
  2.  нельзя исправить брак заготовки;
  3.  необходимость в изготовлении или приобретении приспособлений и приборов для настройки станков.

Обеспечение стандартизованных параметров качества поверхностного слоя, в частности шероховатости, в условиях единичного, а для неответственных деталей и в мелкосерийном производстве, базируется на опыте рабочего. В условиях среднесерийного, крупносерийного и массового производств, а для ответственных деталей и в мелкосерийном производстве, обеспечение качества поверхностного слоя базируется на строгом соблюдении технологических режимов, рассчитанных по схеме, изложенной в предыдущем параграфе.

Однако, как в первом, так и во втором случаях, выбранные условия обработки, вследствие воздействия случайных факторов (колебания твердости и припуска заготовки, износ инструмента и др.), зачастую требуют своей корректировки в производственных условиях. Эта корректировка может осуществляться вручную и автоматически с использованием адаптивных систем.

При ручной корректировке после изготовления первой детали и измерения параметров качества ее поверхности производят соответствующее изменение одного или нескольких условий обработки. Для этого необходимо хорошо знать характер взаимосвязи, технологически обеспечиваемых и контролируемых параметров поверхности с условиями ее обработки. Такие данные для различных методов обработки деталей приведены в табл. 3.1 - 3.4. Их анализ показывает, что при лезвийной обработке основное влияние оказывают: на точность размеров и формы деталей - точность станка, жесткость технологической системы и материал режущего инструмента; на волнистость - жесткость системы и точность станка; на параметры шероховатости — подача (при S 0,08 мм/об); на физико-механические свойства - СОТС, геометрия режущей части инструмента и режимы (последовательность перечисления условий обработки определяется уменьшением степени их влияния).

Так, экспериментальные исследования, проведенные в Брянском государственном техническом университете, по изучению влияния динамической жесткости металлорежущих станков на качество обработанных поверхностей позволили получить следующие зависимости:

  1.  обработка на токарно-винторезных станках:

                                                                   (4.17)  

                                                                  (4.18)  

где S - подача (0,1...0,25 мм/об); v- скорость резания (56...112 м/мин); t — глубина резания (0,5...2,0 мм);

  1.  обработка на универсально-фрезерных станках:

                                                            (4.19)  

                                                              (4.20)  

где Sz – подача на зуб фрезы (0,02...0,04 мм/зуб); v - скорость резания (62...124 м/мин); t — глубина фрезерования (0,3...1,0 мм).

Анализ полученных зависимостей подтверждает вывод, сделанный на базе теоретических исследований, что динамическая жесткость металлорежущих станков при чистовой обработке деталей оказывает основное влияние на волнистость поверхности, а на шероховатость - подача.

Превалирующая роль подачи на высотные параметры шероховатости, в частности Rz, была доказана еще в 40-е годы XX века. В частности, зависимость параметра шероховатости Rz от подачи при точении по данным П.Е. Дьяченко выглядит следующим образом (рис. 4.12).

Анализ этого рисунка показывает, что точение с подачей меньше 0,08 мм/об не приводит кснижению высоты шероховатости по закону параболы (рис. 4,12, кривая 3), который использовался в то время для теоретического ее описания

                                                                                   (4.21)  

где r - радиус при вершине резца.

Из экспериментов следовало, что с дальнейшим уменьшением подачи шероховатость не уменьшается (кривая 2), а даже увеличивается (кривая 1). Теоретическое описание этого процесса дано в главе 3 данного учебника. Эта неизменность или увеличение Rz объясняется пластическим оттеснением обрабатываемого материала в зоне контакта с инструментом, т.е. составляющей шероховатости — h3. Ее анализ в уравнениях (3.6) - (3.9) показывает, что для уменьшения шероховатости при S< 0,08 мм/об необходимо стремиться к уменьшению радиусов при вершине и скруглению режущей кромки инструмента, т.е. необходимо обработку производить остро заточенным инструментом.

Рис. 4.12. Зависимость шероховатости от подачи (П.Е. Дьяченко)

При алмазно-абразивной обработке оказывает влияние: на точность размеров и формы деталей - точность станка, жесткость технологической системы, глубина резания и число выхаживаний; на волнистость - жесткость технологической системы, точность станка, число выхаживаний; на шероховатость - зернистость, число выхаживаний, концентрация и подача; на физико-механические свойства - глубина резания, зернистость иСОТС.

Это убедительно подтверждают и экспериментальные исследования. Так, эмпирические уравнения взаимосвязи параметров качества поверхностного слоя деталей из стали 40Х (HRCэ30...35) с условиями их шлифования имеют следующий вид:

                                                 (4.22)  

                                                 (4.23)  

                                           (4.24)  

где v- окружная скорость детали (0,33 ... 0,83 м/с); Sпр - продольная подача (0,3В...0,8В, В - ширина круга); Sрад - радиальная подача (0,01 ... 0,05 мм/дв.ход); n - число выхаживаний (5 ... 10); H-твердость круга (СТ2; СМ1); Z - зернистость круга (16 ... 40);jст - жесткость круглошлифовального станка (9,8 ... 29,4 мН/м).

При отделочно-упрочняющей обработке ППД точность размеров и формы деталей зависят, в основном, от исходного значения, частично, от рабочего усилия, числа рабочих ходов и предела текучести обрабатываемого материала; волнистость, кроме перечисленных факторов, зависит от формы рабочего инструмента; шероховатость - от ее исходного значения, рабочего давления, подачи и предела текучести обрабатываемого материала. Анализ табл. 3.3 показывает, что при ОУО ППД в наибольшей мере можно управлять физико-механическими свойствами, которые значительно зависят от рабочего давления, числа рабочих ходов, подачи, формы инструмента, предела текучести обрабатываемого материала и СОТС.

Это подтверждают и результаты экспериментальных исследований. Так, при вибронакатывании плоских поверхностей деталей из стали 40Х (HRC, 30...35) эмпирические уравнения взаимосвязи параметров качества поверхностного слоя с условиями обработки имеют следующий вид:

                                                             (4.25)  

                                                    (4.26)  

                                                       (4.27)  

где Raисх - исходная шероховатость поверхности (0,5...1,6 мкм); р - рабочее давление (200...600 МПа); п - число рабочих ходов (1...3); Sпр, - продольная подача (200...600 мм/мин).

Их анализ подтверждает вывод, сделанный по теоретическим исследованиям, что основное влияние на качество поверхностного слоя при ОУО ППД оказывает рабочее давление и исходное качество поверхности.

При электроэрозионной обработке деталей:

                                                      (4.28)  

                                   (4.29)  

                                                            (4.30)  

где Аи–  энергия импульса (0,0002...0,0125 Дж); Пд - критерий Палатника материала детали (2,511014...6,81014 ); Пи - критерий Палатника материала инструмента(5,981014...2,231014); исходная волнистость обрабатываемой поверхности(1,6...10мкм); - волнистость рабочей поверхности инструмента (1,6...5 мкм).

Для автоматизированной корректировки режимов обработки используются различные адаптивные системы активного контроля с обратной связью.

Адаптивное управление точностью обработки разработано в МГТУ (СТАНКИН) коллективом ученых во главе с профессором Б.С. Балакшиным. Его сущность заключается в автоматизированном управлении упругими перемещениями путем изменения продольной подачи. Они позволяют:

  1.  существенно повысить точность обрабатываемых заготовок и других показателей качества за счет уменьшения поля рассеяния, порождаемого совокупным действием факторов, являющихся случайными при обычной обработке; повышение точности обработанных заготовок при этом тем больше, чем выше удельное влияние поля рассеяния, создаваемого совокупным действием случайных факторов, в поле допуска, установленного на соответствующий параметр точности заготовки;
  2.  увеличить штучную производительность подавляющего большинства технологических систем; рост производительности обработки достигается за счет применения наивысших режимов резания, допускаемых технологической системой при заданной точности и реально существующих колебаниях твердости и размеров исходной заготовки и жесткости системы по длине обработки, а также за счет прохождения режущим инструментом холостых ходов и участков обработки с минимальным припуском при максимальной подаче;
  3.  использовать чрезвычайно тонкий и чувствительный механизм регулирования технологической системы, работающей без скачков, с сохранением постоянного размера статической настройки;
  4.  обеспечить обработку заготовок с равномерной нагрузкой технологической системы, что способствует более экономичному использованию системы и режущего инструмента, повышает долговечность работы системы и снижает затраты на режущий инструмент.

К недостаткам метода управления упругими перемещениями технологической системы следует отнести влияние изменения продольной подачи на шероховатость обработанной поверхности. Известно, что при увеличении продольной подачи шероховатость обрабатываемой поверхности возрастает, поэтому при колебаниях продольной подачи (при ее регулировании с целью компенсации изменения усилия резания) шероховатость поверхности становится неоднородной. Следует, однако, заметить, что во многих случаях обработки этот недостаток не является существенным, так как наиболее ответственные детали, для служебных свойств которых важно постоянство шероховатости поверхности, после обычных получистовых и чистовых операций проходят более тонкую доводочную обработку.

Системы автоматического управления точности обработки нашли применение в ряде конструкций станков, выпускаемых отечественной промышленностью. Вместе с тем следует отметить, что, несмотря на большие достоинства систем адаптивного управления, имеется ряд факторов, ограничивающих их использование. К ним относятся рост стоимости станков, оснащаемых этими системами; усложнение и удорожание их наладки, обслуживания и ремонта. В случаях многоинструментной обработки системы адаптивного управления в значительной мере теряют свои преимущества.

Изложенные идеи автоматического управления в настоящее время широко разрабатываются у нас в стране и за рубежом при создании станков с адаптивным управлением по различным параметрам режимов резания (сила, мощность, температура в зоне резания) или одновременно по комплексу параметров. При этом наиболее перспективно применение подобных систем в станках с ЧПУ, управляемых мини-ЭВМ и микропроцессорами.

Так, Рыбинской авиационной технологической академией, под руководством проф. В.Ф. Безъязычного, разработана адаптивная система, базирующаяся на косвенном контроле параметров качества обрабатываемой поверхности через силу и температуру резания.

В ФРГ под руководством проф. X. Салье разработана прямая система адаптивного управления качеством обрабатываемой детали, в том числе и параметром шероховатости Ra, при шлифовании (рис. 4.13).

Рис. 4.13. Система адаптивного управления качеством обрабатываемой детали при шлифовании:

1 – деталь; 2 – шлифовальный круг

Диаметр D, шероховатость Ra, заготовки и радиальная сила шлифования Р в форме электрических сигналов поступают в электронные преобразующие устройства ЭПУ, откуда их значения поступают на аналоговый вход вычислительной машины. Сигнал работы шлифованияА определяется по скорости изменения измеряемого диаметра заготовки. Вычислительная машина в зависимости от измеренных и вычисленных параметров Ra, Р, ширины круга В и А оптимизирует значение поперечной подачи Sпоп, передаваемой вуправляющее устройство УУ, где она кодируется и поступает в виде электрического сигнала на шаговый электродвигатель ШЭ. Сигнал радиальной силы шлифования Р также поступает на управляющее устройство для своевременного переключения быстрого подвода круга на рабочую подачу при соприкосновении круга с заготовкой и остановки станка, если радиальная сила шлифования превысит допустимую.

Для адаптивного управления микротвердостью и остаточными напряжениями поверхностного слоя обрабатываемой детали необходимо дополнительно измерять ее температуру, Аналогичный принцип адаптивного управления качеством обрабатываемой поверхности деталей машин может быть применен и при других методах обработки. Так, общий вид аналогичной системы адаптивного управления качеством обрабатываемой детали при хонинговании цилиндра приведен на рис. 4.14. Диаметр D, шероховатость Ra заготовки и давление брусков р, измеряемые в процессе хонингования специальными датчиками, в виде электрических сигналов поступают в электронные преобразующие устройства ЭПУ, откуда их значения передаются в аналоговый вход вычислительной машины. Вычислительная машина по запрограммированной стратегии и в зависимости от величины измеренных и вычисленных D, Ra и р оптимизирует значение подачи Sили давление брусков р по диаметру при чистовом и по шероховатости Ra при отделочном хонинговании, обеспечивая максимальную производительность. Значение этой подачи или давление брусков передается в управляющее устройство УУ, где оно кодируется и поступает в виде электрического сигнала на шаговый электродвигатель ШЭ, осуществляющий регулирование радиальной подачи или давления брусков.

Рис. 4.14. Система адаптивного управления качеством обрабатываемой детали при хонинговании:

1 – деталь; 2 – хон

В Брянском государственном техническом университете разработана и реализована система адаптивного управления параметром шероховатости Ra при точении наружных поверхностей вращения.

Для активного контроля параметра шероховатости используется цеховой профилометр мод.296 с усовершенствованной опорой и ощупывающей иглой с радиусом т= 80 мкм, который рассчитан из условий полного ощупывания профиля шероховатости и отсутствия пластических деформаций шероховатости при ее измерении. Переработка опоры и ощупывающей иглы объясняется еще и необходимостью устранить их касательные колебания, обусловленные вращением контактирующей измеряемой детали. Поэтому специально изготовленная ощупывающая алмазная игла вставлена в торец штока, который вертикально перемещается в бронзовой прецизионной направляющей. Обратный торец штока находится в постоянном контакте с иглой датчика профилометра,

В качестве воздействующего фактора на возможность оперативного изменения шероховатости поверхности в процессе обработки было проанализировано теоретическое уравнение по расчету параметра шероховатости при лезвийной обработке. Этот анализ  показал, что изменение скорости подачи оказывает в 5 - 20 раз большее влияние на изменение шероховатости, чем изменение скорости резания. Поэтому в качестве воздействующею режима была выбрана скорость подачи. Общая блок-схема разработанной системы автоматизированного управления качеством обрабатываемой поверхности детали представлена на рис. 4.15.

Принцип действия САУ следующий. В ПЭВМ вводится необходимая информация: требуемая шероховатость обрабатываемой поверхности и допустимый диапазон ее изменения; диаметр, длина и физико-механические характеристики материала обрабатываемой заготовки, режимы резания, геометрия режущего инструмента и динамическая жесткость металлорежущего станка.

По введенным данным, используя теоретические формулы, приведенные в этой главе, производится расчет начальной величины подачи S, обеспечивающий заданный параметр шероховатости Ra (Ra= 0,2 Rz). После этого начинается обработка заготовки. При достижении длины обрабатываемого участка l 10 мм на нее устанавливается опора и ощупывающая игла датчика профилометраизапускается профилометр. После измерения шероховатости и ее сравнения с заданной, при необходимости производится расчет и корректировка величины подачи через цифровой аналоговый преобразователь (ЦАП), систему управления электроприводом подачи (СУЭП) и электропривод подачи (ЭП), Изменение подачи происходит в процессе обработки. После корректировки подачи, опять производится измерение шероховатости обработанного участка с измененной подачей и весь цикл работы САУ повторяется.

Рис. 4.15. Блок-схема САУ параметрами качества поверхности детали при обработке

Данная система автоматизированного управления с успехом может быть использована и при обеспечении закономерного изменения параметра шероховатости поверхности по длине обрабатываемой детали.

4.4. Обеспечение качества изделий при сборке

Для обеспечения требуемой точности в зависимости от допуска на замыкающее звено, количество звеньев, составляющих сборочную размерную цепь, в серийном производстве используются следующие методы:

  1.  метод полной взаимозаменяемости;
  2.  метод неполной (частичной) взаимозаменяемости;
  3.  метод групповой взаимозаменяемости;
  4.  метод регулирования;
  5.  метод индивидуальной пригонки.

Метод полной взаимозаменяемости применяется при простых размерных цепях и не очень жестком допуске на замыкающее звено и используется в серийном, массовом производстве. При сборке методом полной взаимозаменяемости происходит лишь соединение сопрягаемых деталей и частей изделия, что позволяет обеспечить поточность сборки, упрощает снабжение запасными частями и ремонт машин, находящихся в эксплуатации, Применение метода ограничивается высокой себестоимостью изготовления деталей с узкими допусками.

Метод неполной (частичной) взаимозаменяемости применяется при допусках на составляющие звенья больше, чем при методе полной взаимозаменяемости. Требуемая точность замыкающего звена достигается не у всех собираемых объектов. Метод используется в мелкосерийном, крупносерийном производстве, В основе метода лежит положение теории вероятностей, по которому крайние величины размеров звеньев цепи встречаются реже, чем средние. Поэтому процент изделий, у которых величина замыкающего звена выходит за пределы требуемого допуска, незначителен. Дополнительные затраты на исправление брака небольшого числа изделий малы по сравнению с экономией труда и средств, получаемой при изготовлении деталей с более широкими допусками.

Метод групповой взаимозаменяемости применяется при простых размерных цепях и узком допуске на замыкающее звено и используется в массовом и крупносерийном производстве. При этом методе конструктивные допуски меньше технологических. Требуемые по конструктивным соображениям допуски посадок и замыкающих звеньев получают путем подбора охватывающих и охватываемых и составляющих звеньев, изготовленных с увеличенными допусками. Соединение деталей производят при непосредственном подборе или предварительной сортировке деталей на группы, или их сочетании (сортировки деталей на группы и непосредственно подбором).

При непосредственном подборе сборщик выбирает из всех деталей такие, которые дают требуемую посадку. Этот метод неприемлем для условий поточной сборки из-за колебаний времени на подбор деталей.

При поточном производстве осуществляется предварительная сортировка деталей на группы. Это осуществляется в определенной последовательности.

  1.  По чертежу определяют допуск требуемой посадки путем суммирования конструктивных допусков TD и Td на размеры сопрягаемых деталей (рис. 4.1б).
  2.  Устанавливают приемлемые для производства расширенные допуски на изготовление сопрягаемых деталей, т.е. технологические допуски TDТ и TdТ. Эти допуски должны быть по величине кратны конструктивным допускам.
  3.  Определяют число групп сортировки деталей

                                                                 (4.31)  

Рис. 4.16. Исходная схема для определения технологических допусков деталей при обеспечении точности сборки методом групповой взаимозаменяемости

При сортировке деталей на группы применяют специальные инструменты, приспособления, а также высокопроизводительные сортировочные автоматы. Детали каждой группы маркируют и доставляют на сборку в особой таре.

Метод регулирования применяется при малых допусках на составляющие и замыкающее звено и большом количестве составляющих звеньев. Данный метод используется в единичном и серийном производстве. Сборка методом регулирования заключается в том, что на размеры деталей, входящих в данное соединение, устанавливают технологические допуски, а требуемый допуск на замыкающее звено достигают введением в размерную цепь дополнительного компенсирующего звена (рис. 4.17).

Соединение, изображенное на рис. 4.17, собирают методом регулирования путем подбора кольцаК (рис. 4.17, а) или перемещением втулки В (рис. 4.17, 6) для достижения зазора х. В качестве компенсатора применяют шайбы, прокладки, регулируемые винты или втулки с резьбой, клинья и другие элементы. Преимущества этого метода: возможность обработки входящих в соединение деталей по расширенным допускам, простота сборки при высокой точности ее выполнения; возможность регулирования не только при сборке, но и в процессе эксплуатации.

Метод индивидуальной пригонки применяется в случаях, когда конструкторские допуски меньше технологических и используется в единичном и мелкосерийном производствах.

Сборка по этому методу заключается в том, что заданная точность сопряжения достигается путем индивидуальной пригонки одной из сопрягаемых деталей к другой.

Заданный зазор х обеспечивается пригонкой деталиА по толщине (рис. 4.18). Пригонку выполняют припиливанием, шабрением, притиркой, совместной обработкой сопряженных поверхностей (растачиванием или развертыванием отверстий для обеспечения соосности), обработкой одной детали при активном контроле обрабатываемой и сопрягаемой с ней другой детали.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ И ПРОМЕЖУТОЧНОГО КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ СТУДЕНТОВ ПО 4-Й ГЛАВЕ

  1.  Что такое припуски, для чего они необходимы?
  2.  Сущность расчетно-аналитического определения припуска по методу проф. В.М. Кована.
  3.  Исходные формулы для расчета промежуточного минимального припуска.
  4.  Приведите примеры необходимости снятия и сохранения промежуточного поверхностного дефектного слоя.
  5.  Приведите примеры пространственных отклонений.
  6.  Определение общего припуска и промежуточных размеров заготовки.
  7.  Возможности методов обработки в обеспечении точности и качества плоских поверхностей деталей машин.
  8.  Возможности методов обработки в обеспечении точности и качества наружных поверхностей вращения деталей машин.
  9.  Возможности методов обработки в обеспечении точности и качества внутренних поверхностей вращения деталей машин.
  10.  Возможности методов обработки в обеспечении точности и качества поверхностей зубьев.
  11.  Возможности методов обработки в обеспечении качества резьб.
  12.  Структурная схема решения задачи технолога по обеспечению качества деталей машин на стадии проектирования.
  13.  Роль технологической наследственности в обеспечении качества изделий машиностроения.
  14.  Роль технологического оборудования в обеспечении качества изделий машиностроения.
  15.  Роль технологической оснастки в обеспечении качества изделий машиностроения.
  16.  Влияние режимов обработки на качество деталей машин.
  17.  Методы обеспечения качества деталей при изготовлении.
  18.  Сущность метода пробных ходов и промеров и область его применения.
  19.  Сущность метода автоматического получения размеров и область его применения.
  20.  Сущность адаптивного управления качеством изделий машиностроения.
  21.  Методы обеспечения качества сборки изделий машиностроения.
  22.  Сущность метода полной взаимозаменяемости и область его применения.
  23.  Сущность метода неполной взаимозаменяемости и область его применения.
  24.  Сущность метода групповой взаимозаменяемости и область его применения.
  25.  Сущность метода регулирования и область его применения.
  26.  Сущность метода индивидуальной пригонки и область его применения.

Глава 5 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ТРУДА И СЕБЕСТОИМОСТЬ ИЗДЕЛИЙ. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ.

Знание материала, изложенного в этой главе, позволит грамотно подходить к технологическому повышению производительности труда и снижению себестоимости  изготовления изделий машиностроения, экономически обоснованно выбирать варианты технологических процессов и рассчитывать их экономическую эффективность.

5.1 Технологическая производительность труда и техническое нормирование

Технологическая производительность предприятия или любого его структурного подразделения определяется годовым выпуском продукции

где Fд - годовой действительный (рабочий) фонд времени, ч; Тв - такт выпуска изделий, определяемый штучно-калькуляционным временем наиболее трудоемкой операции технологического процесса изготовления изделия.

где К- количество рабочих мест в производстве изделия на самой трудоемкой операции.

Для определения нормы времени на выполнение технологических операций на промышленных предприятиях производится техническое нормирование. В условиях серийного, массового производств применяется расчетно-аналитический (технический) метод нормирования, в условиях единичного и мелкосерийного производств – опытно-статистический (укрупненный) метод нормирования.

Норма времени или штучно-калькуляционное время каждой из операций в поточном производстве должно быть кратно или равно такту выпуска изделий

где Кi - количество рабочих мест на 1-й операции.

В свою очередь штучно-калькуляционное время определяется по формуле:

где  - научно обоснованное штучное время обработки изделия на i-й операции;

- подготовительно-заключительное время на партию обрабатываемых заготовок i-й операции, N' - количество заготовок в обрабатываемой партии.

Подготовительно-заключительное время на i-ю операцию  - это норма времени на подготовку рабочих и средств производства к выполнению 1-й технологической операции и приведение их в первоначальное состояние после ее окончания.

Норма подготовительно-заключительного времени включает в себя затраты времени на подготовку к заданной работе и выполнение действий, связанных с ее окончанием. Она предусматривает затраты времени на:

а) получение материалов, инструментов, приспособлений, технологической документации и наряда на работу;

б) ознакомление с работой, технологической документацией, чертежом, получение необходимого инструктажа;

в) установку инструментов, приспособлений, наладку оборудования на соответствующий режим работы;

г) снятие приспособлений и инструмента;

д) сдачу готовой продукции, остатков материала, приспособлений, инструмента, технологической документации и наряда.

Подготовительно-заключительное время затрачивается один раз на всю партию обрабатываемых изделий, изготовляемых без перерыва по данному рабочему наряду, и не зависит от числа изделий в этой партии. При нормировании величина подготовительно-заключительного времени определяется по нормативам с учетом типоразмера станка, приспособления, конструкции и массы обрабатываемой заготовки и т.п.

В условиях массового производства подготовительно-заключительное время в норму времени не включается, тогда в соответствии с формулой (5.4) в качестве нормы времени принимается штучное время, определяемое по формуле:

где  - норма времени на выполнение i-й операции; - время на обслуживание рабочего места i-й операции; - время на отдых и естественные потребности рабочего на i-й операции.

Время обслуживания рабочего места затрачивается на поддержание средств технологического оснащения в работоспособном состоянии и уход за ним и рабочим местом. Оно подразделяется на организационное Торг и техническое Ттех обслуживание и

в общем виде может быть определено в процентном отношении от , т.е.

где  - процент времени ив организационное обслуживание i-го рабочего места;

- процент времени на техническое обслуживание i-го рабочего места.

Время технического обслуживания Ттех - это время, затрачиваемое на уход за рабочим местом (оборудованием) в течение данной конкретной работы (смена затупившихся инструментов, регулировка инструментов и подналадка оборудования в процессе работы, сметание стружки и т.п.). Время технического обслуживания определяется в процентах к основному времени.

Время организационного обслуживания Торг - это время, затрачиваемое на уход за рабочим местом в течение рабочей смены (время на раскладку и уборку инструмента в начале и конце смены, время на осмотр и опробование оборудования, время на его смазку и чистку и т.п.). Время организационного обслуживания определяется в процентах к операционному времени.

Время на отдых и естественные надобности, затрачиваемое человеком на личные потребности и (при утомительных работах) на дополнительный отдых; оно предусматривается для всех видов работ (кроме непрерывных) и определяется в процентах к операционному времени. Обычно это время не превосходит 2 % от продолжительности рабочей смены. На работах физически тяжелых, особенно утомительных, отличающихся большим грузооборотом или производимых ускоренным темпом, кроме того предусматривается дополнительное время на перерывы для отдыха. Оно берется в процентном отношении от  , т.е.

где  - процент времени на отдых и естественные надобности рабочего на i-й операции.

В связи с тем, что в единичном и серийном производствах время на обслуживание рабочего места на организационное и техническое не подразделяется, и так же, как и время на отдых и личные потребности рабочего, исчисляется в процентах операционного времени, формула для подсчета штучного времени упрощается и приобретает вид:

где  - процент операционного времени на обслуживание рабочего места (техническое и организационное) и на отдых и личные потребности рабочего.

Значения коэффициентов ,  ,  ,  принимаются согласно нормативам.

Норма операционного времени  - это норма на выполнение i-й технологической операции, включающее в себя норму основного времени  и неперекрываемого или вспомогательного времени  , т.е.

Затраты операционного времени на выполнение технологической операции повторяются с каждой единицей изделия или через строго определенное их число.

Норма основного времени - это норма времени на достижение непосредственной цели данной технологической операции или перехода по качественному и (или) количественному изменению предмета труда.

Основное (технологическое) время То представляет собой время, в течение которого осуществляется изменение размеров и формы заготовки, внешнего вида качества

поверхностного слоя или взаимного расположения отдельных частей сборочной единицы и их крепления и т.п. Основное время может быть машинным, машинно-ручным, ручным и аппаратурным.

При всех станочных работах основное время определяется отношением величины пути, пройденного обрабатывающим инструментом, к его минутной подаче. Для токарных, сверлильных, резьбонарезных работ, для зенкерования, развертывания и фрезерования основное (машинное) время определяется в соответствии с рис. 5.1 по формулам:

где Тм - машинное время, мин; L - длина пути инструмента, мм; l- длина обрабатываемой поверхности, мм; l1 - величина врезания инструмента, мм; l2- величина перебега (схода) инструмента, мм; i - число рабочих ходов;  - подача, мм/мин (минутная подача);

n- частота вращения шпинделя или фрезы, об/мин; S - подача на один оборот шпинделя или фрезы, мм/об; t - глубина резания на сторону, мм; Z - припуск на сторону, мм.

Рис. 5.1. Длина перемещения режущего инструмента:

а - при точении; б, в — при фрезеровании; г - при сверлении; д - при развертывании

При обработке по методу пробных ходов и промеров длина пути инструмента L увеличивается с учетом дополнительной длины на взятие пробных стружек.

Норма вспомогательного времени представляет собой норму времени на осуществление действий, создающих возможность выполнения основной работы, являющейся целью i-й технологической операции или перехода, и повторяющихся с каждым изделием или через определенное их число (установка и снятие изделия, пуск и выключение станка, подвод и отвод инструмента, перемещение стола или суппорта, промеры изделия, смена инструмента или его переустановка, если это производится на каждое изделие или через определенное число изделий).

Вспомогательное время по преимуществу бывает ручным, но оно может быть и механизированным (установка и снятие изделия краном), и машинным (автоматический и обычно ускоренный холостой обратный ход суппорта или стола станка).

Вспомогательное время определяется суммированием его составляющих элементов, приведенных в таблицах нормативов по техническому нормированию. При этом в его состав включаются затраты времени на установку и снятие заготовки; время, связанное с переходом; время на перемещение частей станка (суппорта, каретки); время на изменение режима работы станка и на смену инструмента и время на контрольные измерения.

Время на установку и снятие заготовки дается в нормативных таблицах на весь комплекс «установить и снять заготовку» в зависимости от ее веса, типа приспособления, способа базирования и закрепления и т.п.

Время, связанное с переходом, включает в себя время на подвод инструмента к заготовке, включение и выключение подачи, отвод инструмента в исходное положение. При этом время на перемещение суппорта в комплекс времени, связанного с переходом, не включено и определяется в зависимости от длины перемещения отдельным слагаемым вспомогательного времени. Также не включено в комплекс времени на переход и время, затрачиваемое на изменение режима работы станка и смену инструмента, которое учитывается отдельным слагаемым вспомогательного времени.

Время на контрольные измерения устанавливается на процесс измерения, производимый после выполнения станочником перехода или операции, и включается в норму только в тех случаях, когда оно не может быть перекрыто машинным временем. Периодичность контрольных измерений зависит от стабильности получаемых при обработке размеров, допуска и размеров обработки, конструкции режущего инструмента и способа выполнения обработки. В нормативных таблицах приводятся соответствующие рекомендации.

5.2. Технологическая себестоимость

Как было отмечено в 1-й главе, себестоимость изделия - это затраты в денежном выражении на материалы, средства производства и заработную плату, связанные с изготовлением изделия. В общем случае себестоимость изделий может быть рассчитана по формуле:

где М - расходы на материалы на единицу изделия за вычетом стоимости отходов, р.;

О - расходы на амортизацию, содержание и эксплуатацию оборудования, приходящиеся на одно изделие, р.; П - расходы на амортизацию, содержание и эксплуатацию приспособлений, приходящиеся на одно изделие, р.; И - расходы на амортизацию и содержание инструмента, приходящиеся на одно изделие, р.;  - начисления на расходы по заработной плате на социальные нужды, %;  - накладные расходы, начисляемые на расходы по заработной плате, %; р - число различных марок материалов, расходуемых на одно изделие; m - число операций, которые проходит одно изделие при его изготовлении;

3 - расходы на заработную плату, приходящиеся на одно изделие, р.; - расходы на налоги, приходящиеся на одно изделие.

Неполная себестоимость, включающая в себя только затраты, связанные с выполнением технологического процесса, называется технологической себестоимостью, которая в общем виде может быть определена по формуле:

где  - заработная плата рабочих с начислениями;  - заработная плата наладчиков с начислениями;  - затраты на силовую электроэнергию;  - затраты на вспомогательные материалы (смазочно-обтирочные материалы и смазочно-охлаждающие жидкости);

- затраты на амортизацию, заточку и ремонт универсального и специального режущего инструмента; - затраты на амортизацию и ремонт универсального и специального мерительного инструмента; - затраты на амортизацию оборудования; Ср - затраты на ремонт и модернизацию оборудования; - затраты на ремонт и амортизацию универсальных и специальных приспособлений; - затраты на амортизацию, ремонт, отопление, освещение и уборку производственного помещения; - затраты на общие цеховые расходы (заработная плата вспомогательных рабочих, инженерно-технических работников и служащих цеха с соответствующими начислениями; расходы по ремонту и амортизации общего вспомогательного оборудования и инвентаря цеха; расходы по охране труда и др.); - стоимость исходной заготовки (включая себестоимость ее изготовления и материала за вычетом стоимости реализуемых отходов - стружки);

- затраты на налоги.

Такой уточненный поэлементный расчет технологической себестоимости применяется в массовом и крупносерийном производствах.

Для условий единичного, мелкосерийного и среднесерийного производств технологическая себестоимость может рассчитываться по формуле:

где  - стоимость 1-го станко-часа на i-й операции, определенная по нормативам; n- количество операций.

Общая себестоимость обработки заготовки может быть рассчитана по формуле:

где А – текущие затраты; В - единовременные затраты на всю партию изделий N'.

Анализ уравнения (5.15) показывает, что с увеличением количества деталей в партии их себестоимость снижается по гиперболе (рис. 5.2).

Текущие затраты укрупненно рассчитываются по формуле:

где Р - сумма всех цеховых расходов, выраженная в процентах от заработной платы основных рабочих (процент накладных расходов), колеблется от 50 до 800 %

Рис.5.2. Изменение себестоимости С с увеличением количества обрабатываемых заготовок

Анализ приведенных выше зависимостей показывает, что производительность и технологическая себестоимость изготовления деталей в значительной мере определяется нормой времени на каждой операции, которая зависит от режимов обработки, обеспечивающих требуемую точность размеров и параметры шероховатости поверхностей.

Таким образом, производительность и себестоимость обработки заготовок в значительной степени зависят от предъявляемых требований к точности и шероховатости поверхности изготовляемых деталей. Как показывают графики, приведенные на рис. 5.3, уменьшение допусков на обработку и высоты неровностей обработанных поверхностей повышает трудоемкость и себестоимость обработки приблизительно по закону гиперболы. Это объясняется тем, что возрастает основное время в связи с появлением дополнительных рабочих ходов и снижением режимов резания; увеличивается вспомогательное время, связанное с контрольными операциями, установкой, выверкой положения заготовки на станке, установкой режущего инструмента на размер (при работе по методу пробных ходов); применяются более сложные и точные, а следовательно, и более дорогие станки; возрастают затраты на режущий инструмент и в ряде случаев применяются более дорогие способы обработки.

Диаграммы (рис. 5,4) показывают, что при повышении точности обработки стальных валиков диаметром 10 ... 18 мм на токарно-револьверных станках с 11-го до 7-го квалитетов фактически суммарные затраты времени на обработку, установку резца на размер и на измерение заготовок возрастают в три раза. При этом особенно резко увеличиваются затраты времени на контроль заготовки. Так, например, если при повышении точности обработки с 10-го до 7-го квалитетов машинное время и время установки резца на размер увеличиваются почти в два раза, то время на контрольные измерения заготовок возрастает в семь раз. Кроме того, в процессе точной обработки появляется брак, затраты на который составляют 2 % общей стоимости обработки заготовок при обработке по 8-му и 17 % стоимости при обработке по 7-му квалитету, При дальнейшем повышении точности обработки до 6-го квалитета затраты на брак достигают 32 % стоимости обработки заготовок.

Заданная чертежом точность обработки и требуемая шероховатость поверхности могут быть достигнуты при использовании различных видов обработки, разных станков, инструментов и приспособлений. Так, например, отверстие 9-го квалитета точности с

Ra = 1,25 мкм может быть получено в стальной заготовке путем обычного растачивания быстрорежущими и твердосплавными резцами, развертывания, протягивания и прошивания, алмазного растачивания, шлифования, хонингования и раскатывания роликами и шариками.

К основным и наиболее объективным критериям целесообразности выбора наиболее подходящего для данных конкретных условий варианта обработки относятся его производительность и экономичность. Даже при обработке заготовок определенным способом необходимо установить экономичность применения того или другого типоразмера станка или технологической оснастки. Изменение трудоемкости тонкого растачивания отверстий диаметром 40 и длиной 80 мм по 7-му квалитету с Ra = 1,25 мкм и

Ra = 2,0 мкм в стальных заготовках, выполняемого на станках различных типов при наивыгоднейших режимах резания резцами с пластинками Т15К6 по данным А.А, Маталина, приведено на рис. 5.5. Из диаграмм видно, что наиболее высокая производительность операции тонкого растачивания достигается при обработке на специальном алмазнорасточном станке. Выполнение тех же операций на горизонтально-фрезерном станке увеличивает трудоемкость на 40 - 50 %, а на токарных станках на

65 - 80 %.

Рис. 5.4. Зависимость трудоемкости обработки от требуемой точности;

а - суммарные затраты времени - Тобщ; б — отдельные элементы затрат времени - Тмаш - машинное (основное) время, Туст р- время на установку резца, Тизм — время на измерение

Экономичность механической обработки зависит не только от требуемой точности, применяемых методов обработки и станков. Она изменяется также в зависимости от применяемых режимов резания.

Рис. 5.5. Трудоемкость тонкого растачивания отверстий на различных станках:

1- специальный алмазно-расточной; 2 - токарный; 3 - горизонтально-фрезерный

На рис. 5,6 показано, что с увеличением скорости резания трудоемкость и себестоимость обработки сначала снижаются, а затем, перейдя через некоторые минимальные значения  и , возрастают (в связи с увеличением износа режущего инструмента и затрат времени на его замену). При этом важно отметить, что оптимальные скорости резания, соответствующие минимальным затратам времени Tmin и минимальной себестоимости Cmin, не совпадают. Скорость резания, оптимальная по себестоимости, всегда меньше оптимальной скорости по производительности. Чем дешевле режущий инструмент и меньше доля затрат на него в общей себестоимости обработки, тем выше оптимальная скорость резания по себестоимости обработки и тем ближе она подходит к оптимальной скорости резания по производительности.

Выбор скорости резания по наибольшей производительности или по наименьшим затратам осуществляется для каждого конкретного случая с учетом сложившейся обстановки (степень срочности задания, степень загрузки данного станка, возможности инструментального цеха по восполнению повышенного расхода инструмента и т.п.). В любом случае скорость резания не должна выходить за пределы оптимальных скоростей по производительности и себестоимости.

Рис. 5.6. Зависимость трудоемкости и себестоимости обработки от скорости резания

Сопоставление эффективности технологических вариантов по критериям производительности и себестоимости может привести в отдельных случаях к различным выводам. Так, например, при сопоставлении растачивания отверстия диаметром 30 и длиной 40 мм по 7-му квалитету с шероховатостью Ra=1,25 мкм в стальных заготовках быстрорежущим резцом Р18 на токарном станке 1К62 и протягивания в серийном производстве получены приведенные ниже данные.

Технологическая себестоимость, р.:

при протягивании…………………………………………..0,11

при растачивании…………………………………………...0,11

Трудоемкость (штучно-калькуляционное время, мин):

при протягивании…………………………………………..1,06

при растачивании…………………………………………...3,63

Приведенный пример показывает, что при сопоставлении эффективности технологических процессов не следует ограничиваться определением только себестоимости обработки, а иногда требуется подсчитать как себестоимость, так и трудоемкость обработки.

В ответственных случаях определения экономической эффективности технологических процессов необходимо вести расчет по двум ее основным критериям: производительности (или трудоемкости), выражаемой штучно-калькуляционным временем, и себестоимости, представленной в виде технологической себестоимости. Когда по сравниваемым вариантам технологических процессов затраты на режущий инструмент различаются незначительно, можно ограничиться сопоставлением эффективности процессов только по одному из указанных критериев экономичности. Если один из сравниваемых вариантов связан с применением дорогостоящего оборудования или специальной технологической оснастки, анализ экономичности процессов следует дополнить расчетом приведенных затрат.

Экономическая эффективность технологических процессов в большой степени зависит от масштабов годового выпуска изделий и размеров партии заготовок, запускаемых в производство.

Известно, что приобретение высокопроизводительных, но дорогостоящих многошпиндельных автоматов и полуавтоматов окупается только при достаточно больших количествах выпускаемых изделий. С другой стороны, структура и общая сумма затрат по эксплуатации станков различного типа существенно различаются.

На рис. 5.7 приведена зависимость составляющих затрат себестоимости от вида оборудования, а также от количества выпускаемой продукции. Из рисунка видно, что при использовании простых и дешевых токарных и револьверных станков основная часть себестоимости обработки приходится на долю заработной платы, достигающей 80-90 %, При переходе к высокопроизводительным автоматам доля заработной платы в общей себестоимости снижается до 55 % для одношпиндельного и до 20 % для шести-шпиндельного автомата. Соответственно возрастает доля затрат на амортизацию (до 35 %) и освоение (до 20 %) станка. Повышенные эксплуатационные расходы окупаются за счет высокой производительности станка при достаточно большом выпуске.

По А.А. Маталину на рис. 5.8 приведены кривые изменения себестоимости обработки стальных ступенчатых заготовок средней сложности, требующих применения сверлильного и расточного инструмента, разверток, фасонных и отрезных резцов в зависимости от размеров партии обрабатываемых заготовок. При расчете себестоимости принималось, что один рабочий обслуживает один токарный или револьверный станок или два одинаковых автомата. Все затраты на режущий инструмент, электроэнергию, охлаждающие и смазывающие средства, амортизацию станка и приспособлений, заработную плату основных и вспомогательных рабочих и на материал относились к единице продукции.

Рис. 5.7. Зависимость составляющих затрат себестоимости от вида оборудования и количества выпускаемой продукции:

1 - затраты на заработную плату; 2 - затраты на амортизацию; 3 - затраты на освоение станка; 4 - затраты на материалы

 Рис. 5.8. Изменение себестоимости изготовления ступенчатых втулок на различном оборудовании:

1 - токарный станок; 2 - револьверный станок; 3 - одношпиндельный токарный автомат;

4 - четырехшпипдельный токарный автомат; 5 - шестишпиндельный токарный автомат

Кривые изменения себестоимости (рис. 5.8) имеют вид гипербол и при увеличении количества обрабатываемых заготовок асимптотически приближаются к прямым, характеризующим наименьшую себестоимость обработки заготовок на данном станке, не зависящую от размеров партии заготовок. Это означает, что для каждого станка существует определенная величина партии заготовок данной сложности и размеров, начиная с которой достигается наиболее экономичная работа станка. Пересечение кривых себестоимости (точки 1', 2', 3', 4') определяет пределы экономичного использования станков разных типов. Из рисунка следует, что при обработке малых партий (зона левее точки 1') наиболее экономичным является применение токарного станка. С увеличением партии заготовок наиболее экономичной оказывается обработка соответственно на револьверном, одно-, четырех- и шестишпиндельном токарных автоматах.

Большое влияние методов и режимов обработки, применяемых станков и технологической оснастки на экономичность изготовления заготовок, а также зависимость экономичности технологических процессов от размеров партий обрабатываемых заготовок делают актуальной проблему оценки экономичности эффективности технологических процессов. Правильное и своевременное определение экономической эффективности создания и применения новой техники и технологии производства в значительной степени определяет направление и темпы дальнейшего технического прогресса машиностроения.

Таким образом, в условиях жесткой рыночной конкуренции вторым актуальным направлением технологии машиностроения является повышение производительности труда и снижение себестоимости изделий.

Рассмотрим некоторые направления по повышению производительности и снижению себестоимости.

Как видно из вышеприведенных формул, производительность может быть повышена главным образом за счет сокращения Топ. Это может быть достигнуто уменьшением Т0 и Тв (формула 5.9) и их совмещением.

Сокращение основного времени осуществляется за счет интенсификации режимов резания, увеличения скорости и подачи. В последние годы все шире используется высокоскоростная обработка с v до 800 м/мин при лезвийной и с v до 100 м/сек при алмазно-абразивной обработке. Увеличение подачи может быть осуществлено только при использовании широких резцов или двухрезцовой обработке (делением подачи).

В значительной мере сократить То позволяет многорезцовая обработка (рис. 5.9). Вспомогательное время можно сократить за счет уменьшения времени на установку и выверку заготовки, увеличения скорости холостых ходов рабочих органов станка, уменьшения затрат времени на управление оборудованием и выполнения контроля.

Установка с требуемой точностью заготовок на станке может отнимать много времени. Например, установка и закрепление заготовок крупногабаритных деталей иногда занимает 8 ... 12 ч. Применение специальных, универсальных и других видов приспособлений или нормализованных средств в виде опор, планок, подкладок и т.п. обеспечивает базирование деталей по правилу шести точек с меньшими затратами времени. Этому же способствует использование быстродействующих пневматических, гидравлических и электромеханических зажимов, встраиваемых в приспособления. При закреплении заготовок вручную важно сокращать число типоразмеров применяемых крепежных средств, число независимых зажимов и обеспечивать доступность мест закрепления. Затраты времени на закрепление заготовок вручную сокращают использование нормализованных крепежных средств в виде болтов, разрезных шайб, прижимных планок, пружин, поддерживающих прижимные планки, а также автономные пневматические и гидравлические приводы, устанавливаемые непосредственно на исполнительные поверхности станка.

Рис. 5.9. Многорезцовая обработка заготовки блока зубчатых колес

Для уменьшения затрат времени на вспомогательные ходы все современные станки оснащают механизмами ускоренных перемещений рабочих органов и автоматическими устройствами, обеспечивающими переход к рабочей подаче.

Скорость вспомогательных перемещений в станках непрерывно повышается. Тенденция ее повышения отчетливо прослеживается на примере многоцелевых станков типа обрабатывающий центр (ОЦ). Если в 70-е годы скорость вспомогательных ходов составляла 4 ... 5 м/мин, то уже в начале 90-х годов она достигла 12 ... 15 м/мин. Следует ожидать дальнейшего увеличения скорости вспомогательных ходов, так как в повышении производительности станков она является одним из главных факторов.

Время, затрачиваемое на управление станком и приспособлением, сокращают в результате концентрации управления в одном месте. На тяжелых станках пульты управления дублируют, что позволяет рабочему управлять станком с разных точек рабочего места. Введение механизмов ускоренных перемещений инструментов (заготовок) в исходное рабочее положение, устройств для быстрой смены инструментов, автоматизация управления ходом операции являются основными мерами по непосредственному сокращению вспомогательного времени.

Для того чтобы иметь представление о том, как протекает процесс обработки заготовок, рабочий систематически должен контролировать точность выдерживаемых размеров, состояние станка, приспособлений и инструментов. Время, затрачиваемое на это, может быть сокращено благодаря применению измерительных средств, встраиваемых в станок и показывающих во время обработки значения получаемых размеров, устройств цифровой индикации, непрерывно следящих и выдающих информацию об относительных перемещениях рабочих органов станков, устройств диагностики состояния станка и инструментов. Решению этой же задачи содействуют и устройства адаптивного управления, на которые может быть возложен выбор числа рабочих ходов, изменение режимов обработки в связи с изменением припусков и твердости заготовок, компенсация тепловых деформаций технологической системы и решение других задач.

К уменьшению операционного времени приводит полное или частичное совмещение вспомогательных переходов с выполнением основных переходов. Примером такого совмещения может служить установка очередной заготовки на одном конце поворотного стола фрезерного станка, в то время как на другом его конце идет обработка предшествующей заготовки (рис. 5.10). По окончании обработки стол поворачивается на 180°, начинается обработка очередной заготовки, а на свободном конце стола обработанная заготовка заменяется новой.

Совмещение времени установки заготовки с ее обработкой может быть получено при «маятниковой» обработке (рис. 5.11). Сущность ее заключается в том, что во время обработки одной заготовки, установленной на одном конце стола станка, осуществляется смена другой, установленной па другом конце стола и ранее обработанной. После окончания обработки заготовки стол с ускоренной подачей подводит к инструменту очередную заготовку, и цикл повторяется.

Совмещение затрат времени на установку заготовки и съем детали с основными переходами возможно при наличии на станке отдельной установочной позиции. Такие позиции обычно предусмотрены на много позиционных станках, примером которых может быть четырехпозиционный агрегатный станок с поворотным столом (рис. 5.12).

Полное совмещение вспомогательного времени со временем выполнения основных переходов достигается в непрерывных процессах, характеризуемых непрерывностью перемещения заготовок с рабочей подачей. Примерами непрерывных процессов могут быть бесцентровое шлифование поршневых пальцев (рис. 5.13, а) и непрерывное фрезерование плиток на карусельно-фрезерном станке (рис. 5.13, б).

Рис. 5.10. Двухпозиционный стол станка    Рис. 5.11. Схема «маятниковой» обработки

Рис. 5.12. Совмещение с основными переходами установки (съема) заготовки на четырехпозиционном агрегатном станке

Повышению производительности труда во всех ее аспектах в значительной мере способствует комплексная автоматизация производства изделий (автоматические и роторные линии, гибкие автоматизированные производственные системы).

Снижение себестоимости изделий машиностроения может быть достигнуто не только за счет повышения производительности труда, но и уменьшения значений других ее составляющих.

 Рис. 5.13. Полное совмещение установки (съема) заготовки и вспомогательных переходов с основными

Расходы на материалы могут быть определены по формуле:

где  - масса i-й марки материала, расходуемого на изготовление изделия, кг;  – стоимость 1 кг материала i-й марки, p.; - масса отходов i-й марки материала, кг; -

стоимость 1 кг отходов i-й марки материала, р.; р - число марок материалов, используемых для изготовления изделия.

Анализ приведенного уравнения (5.17) показывает, что имеются следующие пути снижения расходов на материалы;

-сокращение массы материалов, расходуемых на изготовление машины;

-использование, по возможности, более дешевых материалов;

-получение отходов материалов в виде, пригодном для последующего использования.

Расход материала при изготовлении машины определяется материалоемкостью ее

конструкции и массой отходов, образующихся в процессе изготовления. Так как основными материалами, из которых изготовляют машины, являются металлы, то именно их экономии и следует уделить большее внимание.

Металлоемкость конструкции машины полностью зависит от конструктора. Недостаточное знание свойств материалов, приближенные проверочные методы расчета, а не оптимизационные, преднамеренное завышение запасов прочности приводят к излишнему расходу материалов. К тому же результату может привести непродуманное конструктивное оформление деталей. Для суждения о рациональности использования материалов служит коэффициент использования материала, представляющий собой отношение массы Gизд готового изделия к массе Gмат материала, затраченного на его изготовление:

Значительное количество отходов и потерь металла возникает на машиностроительных заводах при получении заготовок деталей. К такого рода потерям относится угар металлов при плавке, сплески, остатки в плавильных агрегатах, окалина, отходы в виде заусенцев, облоя, обрезков, брака заготовок.

При механической обработке большую долю отходов составляет стружка. Но помимо нее в отходы идут обрезки проката, из которого получают заготовки, обрезки при раскрое листового материала и забракованные детали.

Сокращение потерь и отходов не только экономит материалы, позволяя увеличить выпуск изделий, но и экономит затраты обоих видов труда как на данной, так и на всех предшествующих стадиях производства.

Потери материала сокращаются с уменьшением числа стадий, которые проходит предмет природы до его превращения в изделие. Идеальным было бы непосредственное превращение предмета природы в годное изделие. В машиностроении такое стремление сводится к непосредственному получению деталей из полуфабрикатов или, если это невозможно, к сокращению до минимума числа операций, которые должен пройти полуфабрикат до его превращения в готовую деталь.

Большую экономию материала и снижение трудоемкости механической обработки дают переход от литья в землю к литью в кокиль, оболочковые формы, центробежному литью и другим способам литья, а также использование сварных заготовок.

Уменьшение отходов листового материала дает рациональный раскрой листов. Для поиска наивыгоднейшего способа раскроя листов нередко подключается вычислительная техника. Поиск может сопровождаться изменением конструктивных форм деталей, не нарушающим их соответствия своему служебному назначению, но обеспечивающим экономию материала.

Однако, при всей экономии материала, нельзя недооценивать рост себестоимости заготовок, приближающихся по конфигурации и точности размеров к готовой детали. Так, повышение точности отливок в 2 раза приводит к увеличению их себестоимости на 20 %, в то время как повышение этой же точности черновой механической обработкой увеличивает их себестоимость только на 10 %.

Выбору наиболее дешевых материалов при конструировании деталей способствует точность формулировки их служебного назначения и условий, в которых им предстоит работать. Глубокое осмысление задач, возлагаемых на деталь, и свойств материалов поможет выбрать, например, углеродистую сталь вместо легированной, использовать пластические массы, металлокерамические сплавы, композиты и прочие более дешевые  материалы вместо дорогих металлов.

Экономию дорогих металлов дает конструкция детали, отдельные части которой сделаны из разных материалов. Например, головка выхлопного клапана двигателей внутреннего сгорания работает в потоке горящих газов с высокой температурой, в то время как стержень клапана работает в нормальных условиях. Стыковая сварка позволяет сделать стержень клапана из хромистой стали 40Х, а головку клапана из мартенситной стали 40Х10С2М (рис. 5.14).

Те же результаты дает применение биметаллов - двухслойных материалов (сталь - бронза, сталь - алюминиевые сплавы и др.). Из биметаллических материалов изготовляют втулки, служащие опорами валов, вкладыши подшипников автомобильных и тракторных двигателей и другие детали.

Рис. 5.14. Заготовка клапана (a) и готовая деталь (б) из двух различных материалов, соединенных стыковой сваркой

Значительную экономию дорогостоящих материалов дает нанесение различных износостойких и коррозионно-стойких покрытий. Широкие возможности в экономии металлов создает появление новых неметаллических материалов с высокими механическими свойствами. Примером такого рода материалов может служить синтегран - материал, получаемый из крошки гранита и связующей смеси. Обладая высокой прочностью, синтегран не дает усадки, хорошо гасит вибрации, легко схватывается с металлом, Синтегран можно использовать для изготовления корпусных деталей, валов, ступиц зубчатых колес, стержней инструментов и многих деталей других типов. Примечательно, что применение синтеграна принципиально изменяет традиционную технологию изготовления изделий. Отдельные детали или сборочные единицы получают в окончательном виде заливкой синтеграна в формы. При сборке, например редуктора, валы с зубчатыми колесами и стальными подшипниками, изготовленными воедино, ориентируются относительно формы корпуса редуктора. При заливке синтеграном формы корпуса фиксируется положение всех сборочных единиц, находящихся в нем.

Отходы металла, получаемые при изготовлении деталей, могут иметь различную стоимость в зависимости от возможностей их дальнейшего использования.

Отходы в виде стружки, обрезков, облоев, лома и пр., непригодные для машиностроительного предприятия, являются ценным сырьем для металлургических предприятий. Ценность таких отходов зависит от организации их сбора и хранения. Недопустимо смешение отходов металла различных марок, их загрязнение и окисление. Отходы, сдаваемые с паспортом их химического состава, ценятся вдвое выше отходов без паспорта. На передовых машиностроительных предприятиях создают специальные цеха по сбору, сортировке, очистке отходов и подготовке к транспортированию.

Если отходы могут быть использованы для получения полноценных заготовок других деталей, их стоимость или не отличается от первоначальной стоимости материала или близка к ней. Примером полноценного использования отходов может служить получение четырех заготовок колец и стержня резца из отходов, образующихся при изготовлении каждой предшествующей заготовки (рис. 5.15).

 Рис. 5.15. Пример полноценного использования отходов

Расходы на заработную плату основных производственных рабочих могут быть снижены за счет использования многостаночного обслуживания.

Основными путями сокращения расходов на содержание, амортизацию и эксплуатацию средств труда являются следующие:

1. Бережное отношение к средствам труда: соблюдение условий эксплуатации, предусмотренных техническими паспортами; защита от воздействия факторов (производственной пыли, влаги, химически активных веществ и др.), ускоряющих изнашивание оборудования и приспособлений; тщательный уход (чистка, смазывание, хранение и т.п.); систематический контроль состояния, своевременное техническое обслуживание и ремонт.

2. Приобретение оборудования, приспособлений и инструментов, стоимость которых находится в соответствии с видом, объемом и длительностью выпуска производимой продукции, что в конечном счете предопределяет процент амортизационных отчислений.

3. Повышение коэффициента использования оборудования, особенно дорогостоящего оборудования (уникального и специального). Например, эксплуатацию многооперационных станков, гибких производственных систем и т.п. нередко ведут в три смены и даже в праздничные дни при коэффициенте загрузки 0,9 - 0,95 с тем, чтобы получить наибольшую отдачу и снизить амортизационные расходы на единицу продукции.

4. Снижение затрат на силовую электроэнергию за счет применения оборудования, мощность электродвигателей которого не завышена и соответствует выполняемой работе. Экономия электроэнергии, расходуемой на нагрев, сварку, обработку заготовок, а также затрат на пар, газ, сжатый воздух и другие энергоносители.

5. Экономически целесообразное приобретение и использование инструментов. В зависимости от сложности и качества инструментов их стоимость различна, но вместе с тем различны технологические возможности и сроки службы. Например, применение комбинированного и более дорогого инструмента для обработки ступенчатого отверстия в заготовке корпусной детали при определенном объеме выпуска может оказаться более выгодным, так как позволяет совместить переходы и сократить затраты времени на выполнение операции. Это приведет к сокращению времени использования станка и расходов на заработную плату. Точно также инструмент более дорогой, но имеющий большую стойкость, может оказаться выгодным в связи с более длительным периодом его эксплуатации. Таким образом, целесообразность объема затрат на приобретение инструментов может быть определена лишь в зависимости от расходов по другим статьям себестоимости.

6. Эксплуатация режущих инструментов с режимами, соответствующими их экономичной стойкости, своевременный вывод из работы затупившегося инструмента, снижение стоимости перетачивания.

7. Рациональное использование объема части здания, относящейся к изготовлению данного изделия и используемой для размещении оборудования, стеллажей, заделов и пр,

Все это говорит о том, что к настоящему времени технология машиностроения как наука может предложить производителям много методов, направленных на снижение себестоимости изделий.

5.3. Функционально-стоимостной анализ технологических процессов

Целью функционально-стоимостного анализа (ФСА) является оценка по обеспечению функционального назначения изготавливаемых изделий с их минимальной себестоимостью.

Функционально-стоимостной анализ предусматривает несколько этапов:

1. информационно-подготовительный;

2. аналитический;

3. творческий;

    4. исследовательский;

    5. рекомендательный.

Информационно-подготовительный этап заключается в получении всей технической и экономической информации о функциональном назначении изделия и его технологических процессах (табл. 5.1).

По собранной информации, а при необходимости она проверяется и уточняется непосредственно на рабочих местах выполнения технологических процессов, составляется структурно-стоимостная модель технологического процесса (табл. 5.2).

Аналитический этап заключается в установлении функционального назначения технологического процесса и его операций в обеспечении необходимых показателей качества изделий и их ранжирование (рис. 5.16).

При анализе могут возникать три варианта:

1. соответствие действительно необходимых и требуемых функций;

2. недостаточность требуемых функций;

3. завышение требуемых функций,

В частности, работы Брянской технологической школы показали, что конструкторские требования по высотным параметрам шероховатости поверхностей деталей машин в среднем завышены в 2 раза, а это приводит к увеличению технологической себестоимости их изготовления на 25 %.

5.1. Перечень технико-экономической информации, необходимой для проведения ФСА технологического процесса

Информация

Подразделение предприятия, предоставляющее информацию

Комплект конструкторской документации (рабочие чертежи, технические условия на изделие)

Отдел главного конструктора

Карта технического уровня и качества продукции

Отдел главного конструктора

Комплект технологической документации (маршрутные, операционные карты, карты технологического процесса; сведения о применяемости оборудования, материалах, оснастке, технологические инструкции). Данные об аттестации уровня технологии (если на заводе проводилась аттестация). Планы технического перевооружения и внедрения передовой технологии

Отдел главного технолога

Объем выпуска, данные о трудоемкости изготовления изделия, себестоимость изготовления изделия по статьям калькуляции, цена, прибыль, рентабельность изделия

Планово-экономический отдел (бюро), отдел (бюро) труда и заработной платы

Амортизационные отчисления на оборудование и производственные площади, стоимость энергии

Отдел главного механика (энергетика), бухгалтерия

Данные о браке, рекламациях; сведения об эксплуатации, предложения по повышению качества

Отдел технического контроля, бюро надежности

Сведения о технологических процессах-аналогах, в том числе зарубежных, результаты проведения информационно-патентного поиска

Отдел технической информации

Информация о рационализаторских предложениях и изобретениях, в том числе отклоненных

Бюро рационализации и изобретательства

Заключения и предложения по конструкции, технологии, материалам, оборудованию, оснастке

Цехи-изготовители

Стандарты ЕСКД, ЕСТД, ЕСТПП, отраслевые стандарты, СТП, необходимые для проведения анализа

Служба стандартизации

Примечание. Перечень и объем информации зависят от особенностей объекта анализа и целей ФСА.

5.2. Структурно-стоимостная модель технологического процесса

 

Рис. 5.16. Функциональная модель технологического процесса:

Г, О, В, Н — ранг функции (главная, основная, вспомогательная, ненужная);

И, У - уровень исполнения функции (избыточный, требующий усиления ресурсов)

Если в процессе ФСА технологического процесса появилась необходимость внести изменения в конструкцию или технические условия на изготовление изделия (детали), то технолог должен согласовать эти изменения с ведущим конструктором и только после этого продолжить анализ, при этом каждая функция технологического процесса должна способствовать созданию (или сохранению) определенных свойств, заданных системой высшего порядка (требования к изделию, сборочной единице, детали и т.д.).

На основании формализованного подхода к классификации — все функции, осуществляющие перенос информации с чертежа на материальный объект, относятся к основным, остальные - к вспомогательным. С этой точки зрения, часть функций формообразования будут основными, а часть (например, предварительная обточка детали) - вспомогательными. При формулировании функций операций, переходов наряду с полезными указываются ненужные функции путем постановки, например, следующих вопросов: «Необходима ли данная функция в реализации соответствующей основной? Можно ли обойтись без данной функции, не ухудшая качества процесса?»

Разработку и построение функционально-структурной модели (ФСМ) технологического процесса (рис. 5.17) осуществляют совмещением структурно-элементной и функциональной модели. Анализ модели дает возможность установить функции и зоны сосредоточения (через материальные носители) наибольших затрат. Процедура совершенствования технологического процесса заключается в последовательном рассмотрении элементов его структурно-элементной модели с наибольшими избыточными функциональными затратами. Для каждой составляющей технологического процесса формулировка задачи по ее совершенствованию записывается следующим образом: изделие, элемент конструкции, точностные или качественные характеристики (указать) можно изготовить (получить) с меньшими затратами или не выполняя операцию (переход) - (указать), если (указать условия). При совершенствовании технологического процесса ставят целью ликвидировать или сократить затраты на носители не только ненужных и вспомогательных, а по возможности и основных функций. При этом полезные функции сокращенных операций (основные и вспомогательные) передаются оставшимся элементам процесса. При совершенствовании технологического процесса рассматриваемую технологическую операцию можно не выполнять: за счет предшествующих операций и переходов; за счет последующих операций и переходов. По результатам анализа формулируют задачи, которые необходимо решить на творческом этапе.

Творческий этап заключается в технико-экономическом анализе технологических процессов (рис. 5.18). По результатам оценки и анализа функций разрабатывают варианты их реализации с меньшими затратами с учетом использования более производительною оборудования, малооперационной и безотходной технологии. В ходе ФСА необходимо приблизить фактические функциональные затраты к минимально необходимым. Под минимально необходимыми затратами понимают такой нижний уровень затрат, который может быть достигнут при разработке наиболее экономичных технических решений, реализующих эту функцию. Фактические затраты на технологическую функцию (технологическую себестоимость) определяют аналитическим методом. При расчете затрат на функцию аналитическим методом необходимо не только правильно сформулировать содержание технологической функции, но и определить операции технологического процесса, обеспечивающие ее. Затраты на функцию можно выразить в виде функционально-технологической себестоимости, Сфт р., определяемой по формуле:

где n - число технологических операций в технологическом процессе, обеспечивающем данную функцию; Мо - затраты на основные материалы без стоимости отходов, р.;

3о - пооперационные затраты на заработную плату основных рабочих, р.; С - пооперационные затраты на содержание и эксплуатацию оборудования, р., определяются по формуле

Рис. 5.18. Схема проведения работ на творческом этапе ФСА технологического процесса

где - часовые затраты на базовом рабочем месте, р.;  - коэффициент машино-часа соответствующего станка; - норма времени на выполнение операции, мин;

Соб - пооперационные затраты на содержание производственной площади, р.

Если в процессе проектирования или совершенствования технологического процесса требуются единовременные затраты на оснастку, инструмент, робототехнику, транспортное и складское оборудование, разработку и внедрение управляющих программ, то они должны быть учтены в затратах на функцию в соответствии с рекомендациями, изложенными в главе.

Затраты на главную функцию процесса в целом будут складываться из функционально-технологической себестоимости основных и вспомогательных функций. Итогом работ на творческом этапе является комплекс предложений, характеризующих усовершенствованный технологический процесс и его функционально-структурная модель.

Исследовательский этап заключается в оптимизации технологических процессов. На этом этапе производится анализ предложений, выработанных на предшествующем творческом этапе. Целью этого анализа является отбор приемлемых предложений, обеспечивающих возможность снижения технологической себестоимости изделия с повышением их конкурентоспособности и возможности их реализации. При необходимости проводятся дополнительные исследования, которые позволят реализовать наиболее рациональные предложения.

Рекомендательный этап предусматривает выдачу рекомендаций о реализации оптимальных технологических процессов, обеспечивающих выпуск конкурентоспособных изделий. Эти рекомендации подтверждаются расчетом ожидаемого экономического эффекта.

5.4. Оценка экономической эффективности

Выбор предпочтительного варианта технологического процесса изготовления изделия осуществляется на основании оценки экономической эффективности.

При этом различают два показателя экономической эффективности: абсолютный и сравнительный.

Для технологических процессов абсолютная экономическая эффективность рассчитывается по формуле:

где Ц - оптовая цена годового выпуска изделий; С - производственная годовая себестоимость изделий; К - капитальные вложения для различных вариантов технологических процессов.

Полученные значения сравнивают с соответствующим значением норматива Ен и между собой. Для машиностроения норматив абсолютной экономической эффективности Ен=0,20. Если Эа > Ен, рассматриваемый технологический процесс является экономически эффективным. Из всех вариантов выбирают технологический процесс, имеющий максимальную абсолютную экономическую эффективность – .

Сравнительная экономическая эффективность предлагаемого (нового) варианта технологического процесса определяется по сравнению с существующим по коэффициенту сравнительной экономической эффективности Ер или по расчетному сроку окупаемости дополнительных капитальных вложений - Тр.

 

где Сс - себестоимость годовых изделий по существующему варианту технологического процесса; Сн - себестоимость годовых изделий по новому варианту технологического процесса; Кн - капитальные вложения по новому варианту технологического процесса;

Кс - капитальные вложения по существующему варианту технологического процесса.

Предлагаемый или новый вариант технологического процесса считается экономически эффективным, если:

                                                         Ерн      Трн                                                              (5.23)

где Ек - нормативный коэффициент сравнительной экономической эффективности

н= 0,20); Тн - нормативный срок окупаемости дополнительных капитальных вложений (Тн = 5 лет).

При различиях вариантов технологических процессов по годовой программе и качеству изделий их приводят к сопоставимому виду. Приведение к сопоставимому виду по объему изделий и соответствующим пропорциональным добавлениям капитальных затрат.

Приведение вариантов в сопоставимый вид по качеству выпускаемых изделий осуществляют приведением их себестоимости к единому качеству по формулам(1.36) и (1.37)

откуда

где К - относительный комплексный показатель качества новых изделий по сравнению с существующим.

Если на реализацию нового варианта технологического процесса требуется больше года, то затраты каждого последующего года приводят к затратам первого года их умножением на коэффициент  (табл. 5.3).

5.3. Значение коэффициента

При числе вариантов технологических процессов больше двух, расчет сравнительной экономической эффективности проводят по приведенным затратам Wi

где С, и К, - годовая себестоимость и капитальные затраты для i-го технологического процесса.

Технологический процесс с наименьшими приведенными затратами является экономически предпочтительным.

Приведенные выше расчеты экономической эффективности являются укрупненными и, как правило, используются на предварительной стадии разработки технологических процессов.

Для окончательного определения годового экономического эффекта используется уравнение

где - коэффициент, учитывающий полные затраты труда; - экономия живого труда по предлагаемому технологическому процессу; - фондовооруженность одного производственного рабочего для существующего технологического процесса (р./чел.);

- число высвобождаемых рабочих при реализации нового технологического процесса; - экономия от вложений на социальную защиту высвобождаемых рабочих. Коэффициент полных затрат труда учитывает экономию на воспроизводство освобождаемой рабочей силы, в том числе на обучение, лечение и т.д. (табл. 5.4).

5.4. Значение коэффициента полных затрат труда

В среднем =1,35 и он зависит от доли заработной платы в себестоимости изделия.

Число высвобождаемых рабочих может быть рассчитано по зависимости

 

где  - снижение годовой трудоемкости изделия по новому технологическому процессу, ч; 1850 - действительный годовой фонд времени, ч.

Число высвобождающихся вспомогательных рабочих определяется непосредственно по технологическому процессу.

Иногда в автоматизированном производстве с высокой производительностью изготовления основной части деталей, изготовление некоторых деталей не поддается автоматизации. Недостаточный выпуск этих деталей сдерживает общую пропускную способность по изготовлению данного изделия в целом, В этом случае для деталей, не поддающихся автоматизации, эффективными технологическими процессами будут процессы с максимальной производительностью.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ И ПРОМЕЖУТОЧНОГО КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ СТУДЕНТОВ ПО 5-Й ГЛАВЕ

  1.   Что такое нормирование труда?
  2.   Расчетно-аналитический метод нормирования.
  3.   Определение операционного времени.
  4.   Расчет себестоимости изделий машиностроения.
  5.   Возможности снижения основного (машинного) времени на обработку деталей.
  6.  Возможности снижения вспомогательного времени на выполнение операций.
  7.   Возможности снижения технологической себестоимости изделий машиностроения.
  8.   Пути сокращения расходов на содержание, амортизацию и эксплуатацию средств труда.
  9.   Цель функционально-стоимостного анализа технологических процессов и его этапы.
  10.   Информационно-подготовительные этапы функционально-стоимостного анализа.
  11.   Аналитический этап ФСА.
  12.   Творческий этап ФСА.
  13.   Исследовательский этап ФСА.
  14.   Рекомендательный этап ФСА.
  15.   Расчет абсолютной экономической эффективности технологических процессов.
  16.   Сравнительная экономическая эффективность технологических процессов.
  17.  Расчет годового экономического эффекта от реализации нового технологического процесса.

ГЛАВА 6 МЕТОДОЛОГИЯ РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ В МАШИНОСТРОЕНИИ

Знания, полученные студентами при изучении данной главы, позволят им освоить приемы выбора заготовок, назначения технологических баз и методов их обработки, а также общую методологию разработки технологических процессов изготовления изделий машиностроения.

6.1 Выбор заготовок для изготовления деталей машин

Изготовление любой детали начинается с заготовки, которая в процессе механической обработки доводится до размеров и качества готовой детали.

Общая себестоимость и качество детали складываются из себестоимости и качества заготовки и себестоимости и качества ее обработки, поэтому необходимо комплексно рассматривать процесс изготовления детали, включал процесс производства заготовки и процесс ее обработки.

При нарушении этого условия может случиться, что при незначительной себестоимости механической обработки общая себестоимость производства детали окажется большой за счет высокой себестоимости заготовки, и наоборот.

Заготовку можно получить различными способами.

Наиболее распространенные виды заготовок:

1) отливки из чугуна, стали, цветных металлов и сплавов;

2) поковки из стали, получаемые свободной ковкой или штамповкой;

3) сортовой материал в виде проката различного профиля из стали;

4) сварные и комбинированные заготовки из стали;

5) получаемые методом порошковой металлургии.

Заготовки, получаемые литьем в заранее приготовленные формы, называются отливками.

По ГОСТ 26645-85 установлено 22 класса точности размеров и масс отливок из черных и цветных металлов и сплавов (1, 2, ЗТ, 3, 4, 5Т, 5, 6, 7Т, 7, 8, 9Т, 9, 10, ПТ, 11, 12, 13Т, 13, 14, 15, 16).

Преимущества литья заключаются в следующем:

1) возможно получить заготовки практически любой сложной конфигурации и почти из любого материала;

2) не требуется дорогостоящего оборудования, такого как молоты, прессы и др.;

3)  возможно максимально приблизить заготовку к форме готовой детали при весьма небольших припусках на механическую обработку, а на отдельные поверхности - и без них.

Недостаток заключается в том, что качество литых заготовок (прочность и надежность) в большинстве случаев уступает кованным и штампованным заготовкам.

Производство отливок осуществляется различными способами. Их получают в разовых, полу постоя иных и постоянных формах.

Литье в разовые формы может производиться:

а) в песчаные формы;

б) в оболочковые формы;

в) по выплавляемым моделям;

г) по соляным моделям;

д) по замораживаемым азотным моделям.

Песчаные формы применяют для получения отливок из различных материалов с широким диапазоном размеров и веса.

Песчаные формы выполняют в постоянных опоках и без опок, применяя ручную или машинную формовку. Точность отливок, получаемых в песчаных формах, в зависимости от технологии находится в пределах от 6 до 16 класса.

Для получения отливок 6-9 классов точности необходимы металлические модели и металлическая оснастка, сборка стержней с помощью кондукторов и машинная формовка.

Такие отливки применяются в массовом производстве.

Для получения отливок 10 - 11 классов точности, необходимы металлические модели, машинное изготовление стержней и машинная формовка. Эти отливки применяются в серийном, крупносерийном производстве.

Получение отливок 12-16 классов точности возможно при использовании деревянных моделей и стержневых ящиков и при ручном изготовлении стержней и формы. Такие отливки применяются в серийном и мелкосерийном производствах.

Шероховатость поверхности отливок, изготовляемых в песчаных формах, зависит от применяемого формовочного материала, покрытия формы и способа очистки отливки и находится в пределах Rz = 30 ... 1000 мкм.

Минимальная толщина отливаемых стенок зависит от материала и габаритов заготовки. Так, для чугунных отливок, имеющих габаритный размер до 250 мм, минимальная толщина стенок - 3 ... 5 мм.

Минимальный диаметр отливаемых отверстий - 20 мм при массовом производстве, 30 мм - при серийном и 50 мм - при единичном.

Литьем в оболочковые формы из песчано-смоляных смесей производятся отливки с точностью по 8 - 13 классам, шероховатостью Rz  = 10 ... 80 мкм. Этим методом изготавливают преимущественно сложные и ответственные мелкие и средние отливки весом до 25 ... 30 кг, а иногда и до 100 кг. Минимальная толщина отливаемых стенок - 3 ... 5 мм для стали и 1 ... 1,5 мм для алюминиевых сплавов. Минимальный диаметр отливаемых отверстий - 8 мм.

Эти отливки позволяют сократить объем механической обработки на 30 - 50 % и снизить вес заготовок на 10 - 50 % по сравнению с литьем в песчаные формы. Этот метод экономичен для массового производства и для серийного производства ответственных отливок с серийностью от 500 до 5000 шт. в год.

Литье по выплавляемым моделям обеспечивает получение заготовок самой сложной конфигурации, снижение механической обработки на 90 % и снижение расхода металла.

Применение литья по выплавляемым моделям наиболее эффективно для получения заготовок из труднообрабатываемых сплавов.

По выплавляемым моделям изготавливают отливки весом от 1 г до 500 кг с толщиной стенок 0,15 мм и длиной до одного метра. Наиболее распространены отливки весом от 50 до 500 г длиной до 100 мм, при минимальной толщине стенок 0,8 мм. Минимально допустимый диаметр выливаемого отверстия — 0,8 мм. Литьем по выплавляемым моделям могут быть получены отливки с точностью по 5 - 8 классам и с шероховатостью поверхностей Rz =  5 ... 40 мкм.

Наибольший эффект этот метод дает в условиях крупносерийного производства деталей из труднообрабатываемых сплавов.

Литье в полупостоянные формы (гипсовые или цементные).

Г и псовые формы применяются для отливок из чугуна и цветных сплавов весом до 1 кг.

Можно получать отливки с минимальной толщиной стенок до 1 мм. При литье в вакууме можно получать отливки сложной конфигурации из алюминиевых сплавов с толщиной стенок до 0,2 мм. Этим способом получают отливки с большими отверстиями, образуемыми массивными стержнями, а также отливки, имеющие узкие полости и каналы, или с очень тонкими выступающими частями, близко расположенными друг к другу (1,5 ... 2 мм), например, лопатки турбин, зубья колес и т.п.

Цементные формы применяют дяя получения отливок из стали, чугуна и цветных металлов весом от 0,5 кг до 70 т. Особенно выгодно применять цементные формы при производстве отливок из твердых, неподдающихся механической обработке сплавов.

Литье в металлические формы (кокиль) по сравнению с литьем в песчаные формы позволяет повысить производительность труда в 2 - 3 раза, в 5 - 6 раз уменьшить производственные площади, на 50 - 70 % снизить затраты на формовочные материалы, повысить точность до 3 - 8 классов и уменьшить шероховатость поверхностей заготовок до Rz = 10 ... 80 мкм.

В металлических формах получают отливки следующего веса: чугунные - от 10 г до 7 т, стальные - от 0,5 г до 500 кг.

Метод экономически целесообразен при партии заготовок не ниже 300 ... 500 для мелких отливок и 50 .,. 300 для крупных отливок.

Для получения заготовок в металлических формах обычно используют центробежный метод литья и литье под давлением.

Центробежный метод применяется для получения заготовок, имеющих форму тел вращения. Точность заготовок соответствует 7-8 классам, шероховатость Rz = 200 ... 300 мкм.

Литье под давлением применяется для изготовления сложных тонкостенных отливок с глубокими полостями и сложными пересечениями стенок (корпусные детали), имеющие точные размеры до 3 - 6 классов, малую шероховатость до Ra - 1,0 мкм. Способ рентабелен в условиях крупносерийного и массового производств.

Заготовки, получаемые обработкой давлением, называются поковками. Поковки получают методом ковки и штамповки.

Преимущества заготовок, получаемых давлением, заключаются в волокнистой структуре и улучшении физико-механических свойств материала.

Недостаток заключается в невозможности получить заготовки сложной конфигурации,

Ковка бывает свободной и в подкладных штампах.

Свободной ковкой изготавливают поковки простой конфигурации весом от 150 г до 250 т. Допуски на поковку, получаемую методом ковки, в зависимости от оборудования и веса заготовки составляют от 2 до 40 мм. Применение свободной ковки для мелких и средних заготовок целесообразно лишь в условиях единичного и мелкосерийного производства, для крупных заготовок - при всех видах производства.

Ковка в подкладных штампах рентабельна при количестве заготовок более 100 шт. Производительность при ковке в подкладных штампах возрастает в 3 - 5 раз по сравнению со свободной ковкой.

Штамповка может быть горячей и холодной.

Горячая штамповка применяется в серийном и массовом производствах. Она осуществляется:

1) в открытых штампах - применяется для получения мелких и средних заготовок. Заготовки имеют отход до 20 % в виде облоев.

2)  в закрытых штампах - применяется для получения заготовок, имеющих форму тел вращения или близких к ним.

3) на горизонтально ковочных машинах - применяются для получения поковок типа стержней с утолщением, колец, втулок гладких с одним или двумя буртиками, поковок с полостями, поковок из труб и т.д. Вес поковок 0,1 ... 100 кг.

Точность поковок, получаемых методом штамповки, характеризуется пятью классами (Т1,Т2, ТЗ,Т4,Т5).

Преимущества метода - высокая производительность и экономия материала.-

Холодная штамповка бывает объемной и листовой.

Объемная штамповка (высадка) применяется для получения крепежных деталей (болты, винты, заклепки), пальцев, толкателей клапанов, роликов, шариков, мелких ступенчатых деталей и т.д. Точность Tl, Т2, шероховатость Ra - 1,0 ... 2,5 мкм. Экономия металла до 40 % по сравнению с тем, если бы деталь изготавливали из прутка.

Холодная листовая штамповка применяется для получения кожухов, картеров, крышек, колпаков, щеток, дисков, прокладок.

Заготовки из проката применяют в единичном и серийном производствах. Прокаткой получают заготовки круглые, квадратные, шестигранные, листовые, трубные, фасонные. Прокатка осуществляется как в горячем, так и холодном состоянии. Точность горячекатаною проката соответствует 12 - 14 квалитетам, холоднокатаного - 9 - 12 квалитетам. Прокат выбранного профиля резкой превращают в штучные заготовки, из которых последующей обработкой давлением получают поковки или механической обработкой готовые детали.

В настоящее время в горячем состоянии прокатывают и зубчатые профили с модулем более 10 мм. При этом обеспечивается 8-я степень точности профиля зуба и шероховатость поверхности Ra = 1,25 ... 2,5 мкм, В холодном состоянии прокатывают мелкомодульные зубчатые колеса из цветных металлов с модулем до 1 мм, обеспечивая 7-ю степень точности профиля зуба и шероховатость поверхности Ra = 0,16 ... 1,25 мкм.

Сварные и комбинированные заготовки изготавливают из отдельных составных элементов, получаемых литьем или давлением, которые соединяют между собой сваркой. Сварные и комбинированные заготовки значительно упрощают создание конструкций сложной конфигурации.

Точность размеров таких заготовок в зависимости от применяемого способа сварки находится в диапазоне от 12 до 17 квалитетов.

Механическую обработку таких заготовок, как правило, выполняют после их термообработки.

Заготовки, получаемые методом порошковой металлургии, по форме и размерам могут соответствовать готовым деталям.

Техпроцесс получения таких заготовок включает в себя:

1) получение и подготовку порошков исходных материалов;

2) прессование изделий необходимой формы в специальных пресс-формах;

3) термообработку (спекание) спрессованных изделий;

Последние две операции зачастую совмещены.

Выбор заготовки заключается в определении ее вида и способа получения.

Выбирает заготовку конструктор детали, и принятое им решение является обязательным для технолога. Технолог осуществляет выбор заготовок, если в конструкторской документации не указан их вид и способ получения.

Исходными данными для выбора заготовок являются:

1) чертеж детали с техническими требованиями на изготовление;

2) годовой объем выпуска;

3) данные о технологических возможностях заготовительного производства.

Для типовых деталей выбор осуществляется по аналогии. Как правило, вид заготовки и способ ее получения определяется конструкцией и материалом, а также возможностями существующего производства.

При наличии альтернативных решений, выбор заготовок осуществляется по их себестоимости.

Для предварительного, приблизительного выбора можно воспользоваться критерием минимума относительной стоимости заготовки

(6.1)

где тд - масса детали, кг; Кимi - коэффициент использования материала при i-м способе получения заготовки; Ui - относительная удельная стоимость 1 кг массы заготовки при i способе ее получения, приводится в справочнике технолога-машиностроителя.

Окончательный выбор заготовок производят из расчета их себестоимости, которая в общем виде определяется по формуле:

(6.2)

где М - затраты по материалам; Р - основная зарплата производственных рабочих; q - цеховые накладные расходы в % от основной зарплаты.

Для конкретных заготовок эта формула принимает вид:

1) для заготовок из проката и ее черновой обработки

(6.З)

*  2)  для  поковки,  полученной  свободной  ковкой, и ее черновой обработки

+ BT

(6.4)

3) для поковки, полученной штамповкой, и ее черновой обработки

(6.5)

4) для отливки и ее черновой обработки

(6.6)

где G - вес заготовки; Спм и Сжм - стоимость одного кг проката и жидкого материала; В - часовая зарплата рабочего, производящего черновую обработку; Т - штучнокалькуляционное время черновой обработки заготовки; q - накладные расходы механического цеха; qt - накладные расходы заготовительного цеха;  Сшр, Cкуз - стоимость кузнечных, штамповочных и литейных работ; и Смод - стоимость штампа и модели; п - количество деталей, изготавливаемых одним штампом или одной моделью.

После выбора способа изготовления заготовки выполняют проектирование, разрабатывают технологический процесс и оформляют заказ на изготовление заготовки.

6.2 Назначение технологических баз при проектировании технологических процессов

Одним из наиболее сложных и принципиальных разделов проектирования технологических процессов механической обработки и сборки является назначение технологических баз и базирующих поверхностей. От правильности решения вопроса о технологических базах в значительной степени зависят: фактическая точность выполнения размеров, заданных конструктором; правильность взаимного расположения обрабатываемых поверхностей; точность обработки, которую должен выдерживать рабочий при выполнении запроектированной технологической операции; степень сложности и конструкция необходимых приспособлений, режущих и мерительных инструментов; общая производительность обработки детали.

В отличие от конструктора, технолог, проектирующий технологический процесс, видит в чертеже детали не одну деталь с конфигурацией и размерами, заданными конструктором, а рассматривает ряд форм и размеров этой детали в процессе ее превращения из заготовки в готовую деталь.

Поэтому, начинал с первой операции обработки детали, технолог должен предусмотреть ориентировку обрабатываемых поверхностей по отношению к технологическим базам.

Начиная с первой операции обработки детали, ее обрабатываемые поверхности ориентируются по отношению к технологическим базам.

Причем, в зависимости от способа применения базирующих поверхностей при обработке деталей они подразделяются на: опорные, настроечные и проверочные базирующие поверхности.

Опорными базирующими поверхностями детали называются поверхности, непосредственно соприкасающиеся с соответствующими установочными поверхностями приспособления или станка (рис. 6.1).

Опорные технологические базы, обеспечивая необходимую точность обработки партии деталей на настроенных станках, не требуют сложной настройки станка и широко применяются в крупносерийном производстве.

Настроечной базирующей поверхностью технологической базы называется поверхность детали, по отношению к которой ориентируются обрабатываемые поверхности и которая связана с этими поверхностями непосредственными размерами и образуется при одной установке с рассматриваемыми обрабатываемыми поверхностями (см. рис. 6.1).

Заготовка опирается поверхностью М на упор зажимного устройства токарно- револьверного станка. Эта поверхность является опорной технологической базой для обработки поверхности А в размер h. Положение поверхностей В, С, D и Е определяется при настройке станка положением поверхности А, относительно которой производится установка упоров. Поэтому поверхность А, обрабатываемая при том же установке, что и поверхности В, С, D и Е, является для них настроечной технологической базой.

Особенно выгодно использование настроечных баз при применении автоматов, многорезцовых станков, гидрокопировальных станков, станков с программным управлением и т. д. Значительно упрощаются расчеты, простановка размеров и настройка инструмента.

При изготовлении деталей в условиях единичного и мелкосерийного производства, а также при сборке точных соединений, довольно широкое применение находят проверочные базы.  

Рис. 6.1. Пример использования настроечной технологической базы при обработке заготовки на токарно-револьверном станке

Проверочной базирующей поверхностью называется поверхность обрабатываемой детали, по которой происходит выверка положения этой детали на станке или установка режущего инструмента.

Примером использования проверочной базы в условиях мелкосерийного производства может служить операция расточки гнезда подшипников фундаментной рамы судового дизеля (рис. 6.2).

Рис. 6.2. Использование проверочной базы при расточке гнезд подшипников судового дизеля

Для обеспечения параллельности оси растачиваемых гнезд подшипников (поверхность А)

по отношению к плоскости фундаментной рамы с блоком цилиндров (плоскость В) при установке рамы на расточном станке с использованием индикаторов или ватерпаса выверяют положение плоскости В, являющейся технологической проверочной базой заготовки. Правильное горизонтальное положение этой поверхности достигается за счет применения специальных клиновых прокладок при установке поверхности С. При обработке по технологическим проверочным базам точность и качество опорных поверхностей заготовки (поверхность С) не оказывает влияния на точность обработки заготовки. Этот метод не требует применения сложных приспособлений для ориентировки заготовки на станке. Указанные достоинства позволяют его широко использовать в тяжелом машиностроении.

В качестве проверочных базирующих поверхностей в мелкосерийном производстве часто используются обрабатываемые поверхности детали. Например, при расточке отверстия Л, в эксцентрично изготовленной отливке для уменьшения влияния неравномерности припуска на расточку и устранения возможности появления черноты в отдельных местах расточенного отверстия, токарь перед расточкой выверяет установку детали в четырех кулачковом патроне или планшайбе по внутреннему, еще необработанному отверстию (рис. 6.3).

Вопрос о выборе технологических баз решается технологом в самом начале проектирования технологического процесса одновременно с вопросом о последовательности и методах обработки отдельных поверхностей детали.

При этом, естественно, назначение технологических баз начинается с выбора технологической базы для первой операции.

Совокупность базирующих поверхностей, используемых для первой установки детали, называется черновой технологической базой.

Рис. 6.3 Использование проверочной базы обрабатываемой поверхности

При выборе черновой технологической базы руководствуются следующими положениями.

1.  В качестве черновой технологической базы должна выбираться поверхность или совокупность поверхностей, относительно которых при первой операции могут быть обработаны поверхности, используемые в качестве базирующих, т.е. черновая база должна всегда использоваться для обработки других технологических баз.

2. Для обеспечения точности ориентировки и надежности закрепления детали в приспособлении черновая база должна иметь достаточные размеры, возможно более высокую степень точности и наименьшую шероховатость поверхности!

3. В качестве черновой базы не следует использовать поверхности, на которых расположены в отливках прибыли, а также швы, возникшие в местах разъемов опок и пресс-форм в отливках и поковках.

4.  В связи с тем, что точность и шероховатость необработанных поверхностей всегда ниже точности и выше шероховатости обработанных поверхностей, черновая база должна использоваться при обработке детали только один раз, при выполнении первой операции. Все последующие операции и установки детали должны осуществляться на обработанных базирующих поверхностях.

5. Для того чтобы обеспечить правильность взаимного расположения системы обработанных поверхностей детали относительно необработанных, в качестве черновой технологической базы целесообразно выбирать совокупность поверхностей, остающихся необработанными.

6.  В качестве черновой базы может быть взята поверхность, с которой при обработке должен быть снят минимальный припуск.

7. Черновая база должна обеспечить равномерность распределения припусков, что особенно важно при обработке ответственных деталей сложной конструкций, изготавливаемых из отливок и поковок.

Естественно, все эти положения - не догма. Одни могут выполняться, другие - нет, но необходимо всегда стремиться к их выполнению. Например, на рис. 6.4 приведен корпус подшипника, при обработке которого черновой технологической базой является поверхность А, остающаяся необработанной. При установке на черновую базу А производится обработка (фрезерование) плоскости В, выдерживая размер а и обеспечивая параллельность плоскостей А и В, При дальнейшей обработке корпуса подшипника (плоскость С в размер Ь, гнездо под подшипник М, выдерживая размер с, и т.д.) в качестве технологической базы используется плоскость 3,

На рис. 6.5, а приведена схема установки шатуна на первой операции при обработке торцевых поверхностей А, 3, С и D головок, которые в дальнейшем являются технологическими базами при обработке отверстий в головках (рис. 6,5, б). В качестве черновой технологической базы на первой операции используются боковые плоскости стержня шатуна К, базирование по которым осуществляется в самоцентрирующихся зажимах. Этим обеспечивается выполнение и 7-го положения - равномерность снятия припуска с торцев головок шатуна.

После выбора черновой базы производится назначение технологических баз для всех последующих операций проектируемого технологического процесса, причем обычно руководствуются принципами единства и постоянства баз.

Принцип единства баз заключается в том, что в качестве технологических баз следует принимать поверхности, которые одновременно являются конструкторскими и измерительными базами детали.

Рис. 6.4 Выбор черновой базы при обработке корпуса подшипника

Рис. 6.5 Базирование шатуна при обработке

При единстве (совмещении) технологических, конструкторских и измерительных баз на операциях обеспечиваются размеры, проставленные на чертеже детали, с использованием всего поля допуска на них.

Если технологическая база не совпадает с конструкторской или измерительной базой, технолог должен произвести пересчет размеров, проставляемых от технологических баз. Это приведет к ужесточению допусков на технологические размеры, а следовательно, к повышению технологической себестоимости изделия.

Рис. 6.6 Пример несовпадения конструкторской и технологической баз

Например, при обработке паза на глубину 10H14 (рис. 6.6) удобно установить заготовку на нижнюю поверхность А. Так как дно паза В связано размером 10+0,36 с верхней плоскостью С, то эта плоскость является для паза конструкторской и измерительной базами. В этом случае технологическая база (поверхность А) не совпадает с конструкторской и измерительной базами.

При работе на настроенном станке расстояние от оси фрезы до плоскости стола сохраняется неизменным, а следовательно и постоянен размер, отсутствующий на чертеже. Размер глубины паза 10+0,36 мм не будет выдержан, так как на него влияет погрешность размера 50-0,67 мм, полученная на предыдущей операции.

На операционном эскизе при автоматическом получении точности размеров на настроенном станке должен быть поставлен технологический размер а. Как сам размер, так и его точность определяются из замкнутой размерной цепочки (рис. 6.6).

а = 50 -10 = 40 мм

Та = 0,32-0,62 = -0,Зи мм

Так как допуск отрицательным быть не может, то необходимо увеличить допуск на размер паза 10 или уменьшить допуск на размер 50. Но допуск на размер паза задан конструктором и не может быть уменьшен, следовательно, необходимо уменьшать допуск на размер 50, т.е. повышать точность обработки по предыдущей операции. Ужесточаем его до 50h11(-0,16). Тогда расчет по максимуму и минимуму позволяет получить технологический размер а = . Окончательно принимаем ближайшее стандартное значение этого размера а = 40h11  мм.

Сущностъ принципа постоянства баз заключается в том, что при разбивке технологического процесса стремятся к использованию одной и той же технологической базы, не допуская без особой необходимости смены технологических баз (не считая смены черновой базы).

Стремление осуществить обработку на одной технологической базе объясняется тем, что всякая смена технологических баз увеличивает погрешность взаимного расположения поверхностей, обработанных от разных технологических баз, дополнительно внося в нес погрешность взаимною расположения самих технологических баз, от которых производилась обработка поверхностей. Например, если на детали, изображенной на рис. 6.7, требуется обеспечить межосевое расстояние между малым и большим отверстиями с точностью ∆ = ± 0,1мм, а их обработка производилась на различных операциях от разных технологических баз, соответственно А и В (рис. 6.7, б), то фактическая величина смещения осей возрастет на величину допуска на размер 100, т.е. она равна (рис. 6.7, б)

max = 0,46 + 0,05 + 0,05 = 0,56 мм.

При выполнении обеих операций от одной технологической базы (рис.6.7, в)

max = 0,05 + 0,05 = 0,1 мм.

Требуемый допуск будет выполнен.

Особое значение базирование имеет при окончательной чистовой обработке. При назначении баз для чистовой обработки придерживаются следующих положений.

1. Для того чтобы при обработке детали можно было использовать все поля допусков, установленные конструктором, и не производить пересчетов размеров, как известно, связанных с необходимостью ужесточения конструкторских допусков, необходимо стремиться использовать основные базы.

2. Применение вспомогательных баз может быть допущено только для обработки поверхностей, имеющих большие допуски.

3.  При построении технологического процесса по принципу концентрации операций, целесообразно использовать настроечные технологические базы.

4. При построении технологического процесса по принципу дифференциации операций, удобнее всего применять опорные технологические базы.

Для того чтобы на операционных эскизах не вычерчивать конструктивные базирующие и крепежные элементы приспособлений, в технологии машиностроения приняты следующие их обозначения (табл. 6.1).

Рис. 6.7 Применение принципа постоянства баз

Таблица 6.1 Условное обозначение опор, зажимов, установочных устройств по ГОСТ 3.1107-81

Продолжение табл. 6.1

На рис. 6.8 приведены примеры замены конструктивных элементов приспособлений на условные обозначения.

Рис. 6.8. Конструктивное и условное обозначение базирования и закрепления заготовок;

а - центра и поводковый патрон;

6 - трехкулачковый патрон; в - оправка; г – призма

6.3 Установление последовательности и выбор методов обработки поверхностей заготовок

Последовательность обработки отдельных поверхностей заготовок в значительной степени определяется простановкой размеров, принятой в чертеже детали. Так, при построении технологического процесса, как было отмечено выше, желательно, чтобы технологические базы и размеры совпадали с конструкторскими и сборочными базами и размерами. Рассмотрим это на примере обработки деталей лимба (рис. 6.9). Для обеспечения функционального назначения и взаимозаменяемой сборки необходимо обеспечить правильное положение червяка 2 по отношению к центральной плоскости зубчатого венца червячного колеса 3 и оси его поверхности В. Это обеспечивается точностью размеров а и к.

Для этого обработку верхней части лимба 1 необходимо производить в следующей последовательности. На первой операции необходимо обеспечить правильное взаимное расположение конструктивно важных поверхностей детали А, В, С, D и Е (рис. 6.10, а).

На второй операции торец А является опорной базой при обработке поверхностей F, Н и G (рис. 6.10, б).

Конструктивно важные размеры о и к, входящие в сборочную размерную цепь, выдерживаются на третьей операции от технологических баз А и D (рис. 6.10, в).

Таким образом, последовательность обработки верхней части корпуса лимба определяется необходимостью обеспечения конструктивно важных размеров детали и непосредственно от технологических баз детали, являющихся и конструктивными (сборочными) ее базами.

По этим же соображениям нарезание зубчатого венца червячного колеса производится при выдерживании конструктивно важных размеров от технологических баз А и В (рис. 6.11). Для выдерживания размера а необходимо создать специальное приспособление для установки червячной фрезы.

Рис. 6.9 Лимб в сборе

          

а)                                       б)

Рис 6.10 Последовательность обработки поверхностей верхней части корпуса лимба

Рис. 6.11 Обработка зубчатого венца червячного колеса лимба

Кроме изложенного, при установке последовательности обработки поверхностей заготовки необходимо придерживаться следующих рекомендаций.

1.  В случае опасности появления раковин и трещин в первую очередь производят снятие наибольшего припуска с тех поверхностей, где подобные дефекты чаще всего обнаруживаются и где они недопустимы. Это позволяет забраковать или исправить заготовку в самом начале ее обработки, не производя излишней механической обработки (пример: наружная поверхность поршневых чугунных колец).

2.  Из-за опасности перераспределения внутренних напряжений и вызываемой этим деформации детали обработку рекомендуется начинать с наименее точных поверхностей при снятии с них наибольших припусков. Обработку более точных следует производить в последнюю очередь, например, основные отверстия корпусов. 3. В условиях мелкосерийного и серийного производства для сокращения длины перемещения детали по цеху желательно последовательность обработки строить с учетом расположения оборудования цеха. В условиях массового и крупносерийного производства само оборудование часто располагается в соответствии с направлением потока.

Наряду с установленной последовательностью обработки заготовок, важнейшим вопросом при разработке технологических процессов изготовления деталей является выбор методов обработки.

Методы окончательной обработки всех поверхностей детали и методы ее обработки при выполнении промежуточных операций назначают, исходя из требований, предъявляемых к точности размеров и качеству поверхностей готовой детали, учитывая характер заготовки и свойства обрабатываемого материала.

Для предварительного выбора метода обработки отдельных поверхностей детали используются данные экономической точности обработки различными методами и на различных станках, которые приводятся в справочнике технолога.

В связи с тем, что одни и те же точности обработки и одинаковое качество обработанной поверхности могут быть достигнуты различными методами, после предварительного выбора нескольких возможных технологически подходящих методов обработки следует их сопоставление по производительности и экономичности.

При назначении метода обработки следует стремиться к тому, чтобы число переходов при обработке каждой поверхности детали было минимальным. При этом желательно, чтобы одним и тем же методом обрабатывалось возможно большее число поверхностей детали, что позволяет сократить общее число операций и установок, сократить длительность цикла обработки, повысить производительность и точность обработки детали,

В том случае, когда производительность обработки поверхностей детали различными методами незначительно отличаются, вопрос о целесообразности построения концентрированной или дифференцированной операции должен решаться экономическим расчетом.

В связи с тем, что выбранный метод окончательной обработки отдельных поверхностей не всегда может обеспечить получение требуемой точности и качества поверхности непосредственно из заготовки, возникает необходимость создания промежуточных операций ияи переходов, по мере выполнения которых достигается постепенно улучшение точности и шероховатости заготовки до точности и шероховатости, требуемой от готовой детали. Причем, экономически целесообразно повышать точность от операции к операции на 1 - 2 квалитета и уменьшать высотные параметры шероховатости Ra, Rz, Rmax в 2 - 5 раза. Так, например, когда необходимо обработать вал с точностью по 5-му квалитету и с шероховатостью Ra = 0,05 ... 0,08 мкм, а заготовкой служит поковка, то в технологическом процессе нельзя ограничиться применением одной доводочной операции, обеспечивающей достижение требуемой точности и качества поверхности. Так, в приведенном выше примере по обработке высокоточных валов исходят из того, что точность 5-го квалитета и Ra = 0,05 ... 0,08 мкм в настоящее время обычно достигается одним из методов доводки (суперфиниширование или притирка). Однако известно, что процесс доводки может быть экономичным лишь при условии снятия припуска в пределах 0,01 ... 0,02 мм. Это означает, что предыдущая операция должна дать точность заготовки под доводку в пределах 0,003 ... 0,005 мм (предшествующий операционный допуск должен быть в 3 - 4 раза меньше припуска на последующую операцию) при шероховатости не грубее Ra = 0,16 ... 0,32 мкм. Методом обработки, обеспечивающим достижение такой точности, является чистовое шлифование, снимающее припуск порядка 0,08 ... 0,1 мм на диаметр. Аналогичные рассуждения приводят к необходимости проведения предварительного (чернового) шлифования, чистового и чернового точения заготовки. Исходя из этого, маршрут обработки поверхности вала будет следующим:

1) точение:  черновое – 12 квалитет, Rz = 40 ... 60 мкм;

                 чистовое - 10 квалитет, Ra = 2 ... 3 мкм;

2) шлифование: черновое  - 8 квалитет, Ra  = 0,6 ... 1,0 мкм;

                         чистовое  - 6 квалитет, Ra  = 0,2 ... 0,16 мкм;

3) суперфиниширование или притирка - 5 квалитет, Ra = 0,05 ... 0,08 мкм.

Таким образом, кроме назначения методов окончательной обработки всех поверхностей детали, назначаются методы промежуточной обработки и подсчитываются соответствующие операционные припуски и допуски на операционные размеры.

6.4 Разработка технологических процессов изготовления деталей машин

С 1975 г. у нас в стране реализуется единая система технологической подготовки производства (ЕСТПП), основное назначение которой - установление системы организации и управления технологической подготовкой производства, регламентированной государственными стандартами.

По ГОСТ14.004-83 под технологической подготовкой производства понимается совокупность мероприятий, обеспечивающих технологическую готовность производства (наличие на предприятии полных комплектов конструкторской и технологической документации и средств технологического оснащения) для осуществления заданного объема выпуска продукции с установленными технико-экономическими показателями.

Основой ЕСТПП является разработка технологических процессов.

Степень детализации описания технологических процессов указана в ГОСТ З.1109-82,

1. Маршрутное описание технологического процесса - это сокращенное описание всех технологических операций в маршрутной карте в последовательности их выполнения без указания переходов и технологических режимов. Такое описание технологических процессов осуществляется в единичном, а для неответственных деталей и в мелкосерийном производствах.

2. Операционное описание технологического процесса - это полное описание всех технологических операций в последовательности их выполнения с указанием переходов и технологических режимов. Операционные технологические процессы применяются в крупносерийном и массовом производствах.

3. Маршрутно-операционное описание технологического процесса - это маршрутное описание всего технологического процесса и операционное описание некоторых операций, как правило, формирующих качество изделия. Такие технологические процессы используются в мелкосерийном и среднесерийном производствах.

По организации производства технологические процессы разделяют на:

1) типовой технологический процесс - это технологический процесс изготовления группы изделий с общими конструктивными и технологическими признаками;

2)  групповой технологический процесс - это технологический процесс изготовления труппы изделий с разными конструктивными, но общими технологическими признаками;

3) единичный технологический процесс - это технологический процесс изготовления или ремонта изделия одного наименования, типоразмера и исполнения.

Исходными данными для проектирования технологических процессов обработки заготовок являются:

1) рабочий чертеж, определяющий материал, конструктивные формы и размеры детали;

2) технические условия по изготовлению детали, характеризующие точность размеров и качество поверхностей, а также особые требования (твердость, структура, термическая обработка, балансировка, подгонка по весу и др.);

3) годовая программа выпуска.

При проектировании технологических процессов для существующих производств, кроме того, необходимо располагать сведениями о наличии оборудования и его загрузки, мерительных и режущих инструментах, технологической оснастки, свободных площадях и других условиях производства. Кроме того, при проектировании используются: справочные и нормативные материалы; каталоги и паспорта оборудования; альбомы приспособлений; ГОСТы и нормали на режущий и мерительный инструмент, технологическую оснастку; нормативы по точности, шероховатости, расчету припусков, режимам резания и техническому нормированию; тарифно-квалификационные справочники и другие вспомогательные материалы.

В основу разработки технологических процессов закладываются два основных принципа: технический и экономический. В соответствии с техническим принципом спроектированный технологический процесс должен полностью обеспечивать выполнение всех требований рабочего чертежа и технических условий по изготовлению заданной детали.

В соответствии с экономическим принципом изготовление изделия должно вестись с минимальными затратами труда и издержками производства. Технологический процесс изготовления изделий должен выполняться с наиболее полным использованием технических возможностей средств производства, при наименьших затратах времени и себестоимости изделий.

Для установления возможности обеспечения требуемой точности проводят размерный анализ технологического процесса.

Построение цепи начинают с поставленной задачи. Исходным или замыкающим звеном технологической размерной цепи может быть: 1) чертежный размер с регламентированным допуском, непосредственно невыдерживаемым при обработке; 2) операционный припуск на обработку, исходя из минимального значения которого следует установить операционные размеры по всем этапам обработки данных взаимосвязанных поверхностей. Последовательно пристраивают к нему составляющие звенья, участвующие в решении поставленной задачи, до тех пор, пока цепь не станет замкнутой.

На рис. 6.12 приведены примеры построения размерных цепей исходя из различных условий. Обработка торцевых поверхностей 1 - 5 (рис. 6.12, а) выполняется за четыре операции. Выдерживаемые при этом линейные размеры показаны на операционных эскизах. Для каждого операционного эскиза составляются размерные цепи.

На первой фрезерно-центровальной операции обрабатываются торцы 1 и 5 (рис. 6.12,б), выдерживая размеры Б1 и Б2. Так как технологический размер Б2 совпадает с конструкторским А4, то  его нет необходимости пересчитывать. Торец 2 в последующем необходимо обработать, поэтому технологический размер Б1 не является конструкторским, а следовательно, необходим его пересчет. Для этого составляется размерная цепь на первую операцию (рис. 6.12, в). Замыкающим звеном в этой размерной цепи является припуск на обработку Z1.


Рис. 6.12 Размерный анализ технологического процесса

На второй токарной операции обрабатываются торцы 3 и 4 (рис. 6.12, в) и выдерживаются размеры В{ и В2. Поверхность 3 является настроечной базой для получения размера В2. Так как в последующем предполагается чистовая обработка торцов 3 и 4, то технологические размеры и В2 не являются конструкторскими, следовательно, необходим их пересчет. Для этого составляются две размерные цепи (рис. 6.12, з). При определении размеров В1 и В2 замыкающими звеньями являются припуски, соответственно Z2 и Z3.

На третьей токарной операции обрабатывается торец 2 (рис. 6.12, г) и выдерживается размер Г. Этот размер не является конструкторским, поэтому для его определения строится размерная цепь (рис. 6.12, и). Замыкающим размером в этой цепи является А1.

На четвертой круглошлифовальной операции окончательно обрабатываются торцы 3 и 4 (рис. 6.12, д). Поверхность 3 на данной операции является настроечной базой для получения технологического размера D2, который совпадает с конструкторским размером А3, поэтому нет необходимости в его пересчете. Для определения технологического размера D1 составляем размерную цепь (рис. 6.12, к), замыкающим звеном в которой является размер А2.

Совмещение построенных операционных размерных цепей (рис. 6.12, е) позволяет осуществить размерный анализ всего технологического процесса.

В соответствии с ЕСТПП разработка технологических процессов изготовления деталей машин для нового производства осуществляется в следующей последовательности.

1. Установить тип производства с расчетом такта или размера партии.

2.  Предварительно выбрать возможные методы получения заготовок, произвести их технико-экономическое сравнение и выбрать оптимальный вариант.

3.  Составить несколько возможных вариантов маршрутных технологий, произвести их технико-экономическое сравнение и выбрать оптимальный вариант.

4.  Разработать операционную технологию изготовления детали:

а) план обработки поверхностей для достижения требуемой точности и шероховатости;

б) выбор оборудования;

в) выбор схем базирования;

г) расчет и назначение припусков;

д) размерный анализ технологического процесса;

е) выбор инструмента, его материала и технологической оснастки, при необходимости их проектирование;

ж) расчет и назначение режимов обработки;

з) выбор мерительных средств, при необходимости их проектирование;

и) нормирование и назначение разряда рабочих.

5.  Расчет технико-экономических показателей спроектированного технологического процесса.

6.  Проектирование участков, отделений, цехов.

Работа по созданию технологических процессов для существующего производства имеет некоторые особенности. Она включает в себя:

1. Анализ исходных данных для разработки технологического процесса.

2. Подбор действующего типового, группового технологического процесса или поиск аналога единичного процесса.

3. Выбор исходной заготовки и метод ее изготовления,

4. Выбор технологических баз.

5. Составление технологического маршрута обработки применительно для существующего оборудования.

6. Разработка технологических операций.

7. Выбор средств технологического оснащения контроля и испытаний. При необходимости их заказ.

8. Выбор средств транспортирования.

9. Назначение и расчет припусков.

      10. Нормирование.

11. Расчет экономической эффективности.

12. Оформление технологических процессов.

Одним из наиболее прогрессивных направлений по разработке технологических процессов изготовления деталей машин является их типизация.

Под типизацией технологических процессов понимается такое направление в технологии, которое заключается в классификации и типизации деталей машин и их элементов и затем в комплексном решении задач, возникающих при осуществлении технологических процессов каждой классификационной группы.

Правило разработки применения типовых технологических процессов регламентировано ГОСТ 14.303-83.

Первым этапом работ по типизации является проведение классификации деталей.

Классом называется совокупность деталей, характеризуемых общностью технологических задач, решаемых в условиях определенной конфигурации этих деталей.

Признаком для классификации деталей являются:

1) конфигурация детали;

2) размеры детали;

3) точность обработки и качество обрабатываемых поверхностей;

4) материал детали.

Учитывая эти признаки, детали можно разбить на 17 классов: валы, втулки, диски, эксцентриковые детали, крестовины, рычаги, плиты, крышки, корпуса, шпонки, стойки, угольники, бабки, зубчатые колеса, фасонные кулачки, ходовые винты и червяки, мелкие крепежные детали.

Причем, с развитием машиностроения к этой классификации добавляются и другие классы деталей, характерные для отдельных отраслей промышленности (например: турбинные лопатки, шариковые подшипники и т.п.)

В свою очередь, классы подразделяются на подклассы, группы и т.д.: например, валы гладкие, ступенчатые, полые.

Проектирование типовых техпроцессов ведется в следующем порядке:

1. По чертежам изделия завода производится отбор деталей, сходных по конструктивным и технологическим признакам (рис. 6.13, а - и).

2. Производится создание комплексной детали (рис. 6.13, к). При этом руководствуются следующим:

а) за комплексную деталь принимается наиболее сложная деталь группы, включающая в себя все поверхности, встречающиеся у остальных деталей группы (рис. 6.13, ж). Если среди более простых деталей группы встречаются отдельные поверхности (например, конус, фаска), отсутствующие у сложной детали, то эти поверхности искусственно добавляются в чертеж этой детали;

б) габаритные размеры комплексная деталь имеет наибольшие;

в) точность размеров наивысшую;

г) параметры шероховатости наименьшие из деталей, входящих в группу

Устанавливается последовательность и содержание технологических операций и изготовления комплексной детали.

Рис. 6.13 Исходные детали, изготавливаемые на заводе а-и, и комплексная деталь к, для разработки типового технологического процесса

6.5 Разработка технологических процессов сборки изделий

Сборочные работы являются заключительным этапом в производственном процессе, на котором из отдельных деталей собирают узлы и готовые изделия. Их трудоемкость составляет 10 - 50 % обшей трудоемкости изготовления изделия. В то же время из всего объема сборочных работ в настоящее время механизировано только 20 %, а остальная часть - выполняется вручную.

Автоматическая сборка составляет всего 6 — 7 %. Поэтому одной из важнейших задач машиностроителей является сокращение трудоемкости сборочных работ путем их механизации и автоматизации.

Исходными данными для проектирования технологического процесса сборки являются:

1) чертежи сборочных узлов и изделий;

2) технологические условия на приемку и испытание изделий;

3) производственная программа сборки (программа сборочного цеха), составленная по производственной программе завода;

4) спецификация поступающих на сборку узлов и деталей.

В спецификациях указывают наименование, номер, количество на одно изделие и из какого цеха оно поступило на сборку.

На основе изучения конструкций собираемых узлов и целой машины составляется схема сборки соединений, которая определяет взаимную связь и последовательность соединений отдельных элементов, узлов и целого изделия. Затем разрабатывается технологический процесс сборки.

Под технологическим процессом сборки понимается соединение деталей в сборочные единицы n-го порядка, отдельных деталей и единицы n-го порядка в единицы  (n-1)-го порядка и деталей сборочных единиц n-го и (n-1)-го порядков и т.д. в машину.

В связи с этим все работы сборочного процесса разбивают на отдельные последовательные стадии: сборка сборочных единиц различного порядка (сборка подузлов и узлов) и общая сборка, которые далее расчленяются на отдельные последовательные операции, установы, позиции и переходы.

Стандартизованные их определения даны в 1-й главе. Однако, для сборки требуются некоторые уточнения.

Под операцией в сборочном процессе понимают часть сборочного процесса, осуществляемую по какому-либо узлу или машине одним или несколькими рабочими на одном рабочем месте.

Операция может выполняться при нескольких установах.

Под установом понимают придание определенного положения собираемым деталям и соединениям.

Операция состоит из переходов.

Под переходом понимают часть операции, которая вполне закончена, не может быть раздроблена и выполняется без смены инструментов одним или несколькими рабочими одновременно.

Содержание технологических переходов сборки заключается в соединении сопрягаемых сборочных единиц и деталей путем приведения в соприкосновение основных баз деталей присоединяемой сборочной единицы к детали или сборочной единице со вспомогательными базами, к которой они присоединяются; проверки, если необходимо, полученной точности относительного положения и движения сборочных единиц и деталей; внесения необходимых поправок для достижения требуемой точности путем пригонки, подбора или регулировки; фиксации относительного положения сборочных единиц и деталей, обеспечивающего правильность выполнения ими их служебного назначения.

К технологическому процессу сборки обычно относят также переходы, связанные с проверкой правильности действия сборочных единиц и деталей, например, плавности и точности относительных перемещений, действия смазочной системы, последовательности включения отдельных механизмов, В сборочные процессы включают также переходы, связанные с очистной мойкой, окраской и отделкой деталей, сборочных единиц и, нередко, машин в целом, а также переходы, связанные с регулировкой машины и ее механизмов, и переходы по разборке машины, если она отправляется потребителю в разобранном виде с целью удобства транспортировки.

Для установления последовательности общей сборки машины прежде всего необходимо произвести анализ ее конструкции для выявления всех составляющих машину сборочных единиц и отдельных деталей, которые должны поступать на общую сборку.

Анализ надо начинать с выявления номенклатуры деталей и порядка сборочных единиц, из которых состоит конструкция машины.

В каждой сборочной единице должна быть найдена базирующая деталь, определяющая положение всех составляющих данную сборочную единицу других сборочных единиц и деталей.

Последовательность общей сборки машины определяется ее конструктивными особенностями и заложенными в конструкцию методами получения требуемой точности.

Общая сборка машины должна начинаться с установки базирующей детали или базирующей сборочной единицы машины, роль которой обычно выполняют рамы, станины, основания и т.п. Базирующую деталь при этом можно установить в любом удобном для сборки положении.

Далее разрабатывают последовательность установки на нее всех сборочных единиц и деталей. При этом следует руководствоваться следующим:

1. Сборку следует начинать с тех сборочных единиц или деталей, размеры и относительные перемещения поверхностей которых являются общими звеньями, принадлежащими наибольшему количеству размерных цепей.

2. Следует постепенно переходить к сборке тех сборочных единиц и деталей, размеры и относительные повороты поверхностей которых являются общими звеньями, принадлежащими постепенно уменьшающемуся количеству размерных цепей.

3.  В каждой из размерных цепей сборку следует начинать с тех сборочных единиц и деталей, размеры и относительные перемещения поверхностей которых являются звеньями основной ветви размерной цепи, т.е. ветви, не содержащей замыкающего звена.

4.  При прочих равных условиях сборку следует начинать с той размерной цепи, при помощи которой решается наиболее ответственная задача.

5. В размерных цепях, где конструкцией машины намечено получить требующую точность замыкающего звена методом регулировки, находят компенсирующие звенья и детали, выполняющие роль неподвижных или подвижных компенсаторов, устанавливают их размеры, допуски и потребное количество компенсаторов каждой ступени размеров. При подвижных компенсаторах следует проверить достаточность максимальной величины компенсации и возможности перемещения на эту величину подвижного компенсатора.

6.  В размерных цепях, в которых конструкцией машины намечено получить требуемую точность замыкающего звена методом пригонки, необходимо проверить правильность выбора или произвести выбор компенсирующего звена и проверить правильность его номинального размера с точки зрения обеспечения возможности пригонки за счет выбранного звена. При обнаружении ошибок следует произвести расчеты и внести изменения. Назначить методы пригонки.

7. В размерных цепях, точность замыкающего звена которых намечено получить методом групповой взаимозаменяемости, необходимо проверить правильность расчета допусков и количество намеченных групп деталей.

Эскизные разработки операций и переходов технологических процессов сборки производятся так же, как и при механической обработке. При разработке технологического процесса сборки для каждой операции, перехода и других частей сборочного процесса должно быть дано описание характера работ и способов их выполнения; должен быть указан необходимый инструмент и приспособления; определены потребное количество времени, число рабочих и их квалификация.

Причем время, потребное на выполнение отдельных операций сборки узлов (агрегатов, механизмов) и сроки подачи их вместе с деталями к местам общей сборки, должны быть установлены так, чтобы обеспечить бесперебойный ход сборочного процесса.

Разрабатывая последовательность сборки машин, очень удобно изображать ее в виде графической схемы сборки.

Схема сборки помогает не только в разработке последовательности сборки машин, но и является основным документом, по которому персонал сборочного цеха знакомится с последовательностью сборки новой машины, организует выполнение сборочного процесса, производит комплектование машины, подачу сборочных единиц деталей в надлежащей последовательности к местам сборки, ведет учет, расставляет рабочих, планирует производство и разрешает вносить усовершенствования в конструкцию, технологический процесс сборки и организацию производства машины.

Схема сборки должна отличаться наглядностью, показывать последовательность процессов и служить оперативным документом. Для этого схему сборки машины удобнее всего строить следующим образом.

1.  Условно, в виде прямоугольника, вычерчивается основная базовая деталь (корпус).

2. Этот прямоугольник делят на три зоны: наименование, номер по чертежу, количество.

3. Проводится горизонтальная линия, к которой в порядке сборки подсоединяют в виде прямоугольников детали и сборочные единицы.

4. Детали располагаются слева, сборочные единицы справа относительно соответствующей базовой детали.

В качестве примера на рис. 6.14 приведена схема сборки предохранительного гид- роклапана, изображенного на рис. 6.15.

По схеме сборки устанавливаются сборочные операции, содержание которых в значительной мере зависит от принятых организационных форм и видов производственных процессов сборки изделий (рис. 6.16).

Отличительными особенностями поточного вида сборки являются сборка сборочных единиц или изделий в целом с соблюдением заданного такта.

Сборка, осуществляемая без соблюдения этого условия, относится к непоточному виду.

Собираемый объект может оставаться на одном месте (стационарная сборка) или перемещаться непрерывно или периодически в продолжение всего процесса сборки (подвижная сборка).

Стационарная сборка отличается от подвижной возможностью сохранения неизменности положения базирующей детали собираемого объекта в продолжение всего процесса сборки. Этим зачастую исключают влияние упругих деформаций недостаточно жесткой базирующей детали на точность собираемого объекта.

Непоточная стационарная сборка характеризуется тем, что собираемый объект остается в продолжение всего процесса сборки на одном рабочем месте или сборочном стенде. Все сборочные единицы и детали подаются на место сборки. Рабочие приходят на рабочее место к собираемому объекту и ведут сборку.

 

Рис. 6.14 Технологическая схема сборки гидроклапана предохранительного

Рис. 6.15 Гидроклапан предохранительный

Рис. 6.16 Организационные формы и виды сборки

Места сборки или стенды обычно оборудуются универсальными приспособлениями и подъемно-транспортным и средствами. Выполнение отдельных переходов на сборке распределяется между рабочими.

Цикл сборки при этом методе увеличивается, так как одновременно не могут выполняться все переходы. Технико-экономические показатели низкие.

Расчетное количество рабочих мест или стендов для параллельной сборки одинаковых объектов подсчитывается по формуле

(6.7)

где Т0 - расчетная трудоемкость всех переходов сборки одного объекта; Тс - расчетная трудоемкость переходов, выполнение которых совмещено во времени с выполнением других переходов; T - расчетный такт сборки.

Непоточная стационарная сборка применяется в единичном производстве. Количество рабочих мест или позиций определяется по формуле

(6.8)

где  - расчетное время на перемещение собираемого объекта с одной рабочей позиции во вторую; у - количество параллельных потоков, необходимых для сборки одинаковых объектов, в зависимости от производственной программы.

(6.9)

где - продолжительность наиболее длительной сборочной операции.

Непоточная подвижная сборка применяется в мелкосерийном и серийном производствах. При увеличении количества собираемых изделий непоточный вид организации сборки становится неэкономичным. На смену ему приходит поточная сборка.

Поточная сборка может быть стационарной и нестационарной.

Поточная стационарная сборка применяется в серийном и крупносерийном производстве машин, отличающихся малой жесткостью базирующих деталей, большими размерами и весом. (Пример: тяжелые станки, крупные дизели, тяжелые грузовые автомобили, самолеты.)

При этом виде сборки рабочие бригады по сигналу все одновременно переходят от одних собираемых объектов к следующим через периоды времени, равные такту. Т.е. получается, что каждый рабочий или бригада выполняют определенную, закрепленную за ними операцию на каждом из собираемых объектов.

Для подсчета количества рабочих или бригад сборщиков, необходимых для одного такта, служит формула

(6.10)

где  - расчетное время для перехода рабочих или бригад от одного объекта к другому.

Преимуществом этого вида сборки является равномерный выпуск продукции, короткий цикл сборки, высокая производительность, высокий съем продукции с 1 м2 площади и т.д.

При увеличении количества выпускаемых машин экономически целесообразно использовать поточно-подвижную сборку.

Поточно-подвижный вид сборки используется в крупносерийном и массовом производствах.

Перемещение собираемого изделия производится с помощью различного вида транспортных конвейеров (ленточных, цепных, рамных и т.д.)

Рабочие позиции или участки располагаются вдоль конвейера.

Скорость движения конвейера определяется из уравнения

(6.11)

Где L – длина собираемого объекта, измеряемая в направлении движения конвейера, мм;

L1 – промежуток между собираемыми объектами, необходимый для удобства сборки, мм;

 - количество потоков.

Однако подсчитанная по этой формуле величина v не должна превышать скорости, допускаемой техникой безопасности. В противном случае, для выполнения заданной программы при известных величинах L и L1 увеличивают количество параллельных потоков .

Количество рабочих мест определяется из уравнений:

1) при сборке с непрерывным движением собираемого изделия

(6.12)

2) при сборке с периодическим движением собираемого изделия

(6.13)

Где tп – время , необходимое рабочему для возвращения в исходное положение;

tп – время перемещения заготовки с одной позиции на другую.

Преимущества поточно-подвижной сборки заключается в строгом выполнении программы выпуска и возможности совмещения времени сборки изделия со временем его транспортирования.

Недостатками являются:

1) большие затраты при усовершенствовании конструкции выпускаемых изделий;

2) низкий коэффициент использования оборудования.

Для механизации и автоматизации сборочных процессов все шире применяется типизация технологических процессов сборки и типовые средства механизации и автоматизации сборочных работ.

Типизация технологических процессов сборки базируется на классификации операций.

Классификация является первым этапом при разработке типовых и групповых сборочных процессов. Классификация производится по технологическим и конструктивным характеристикам сборочных элементов.

6.6 Выбор технологического оборудования, оснастки и средств контроля при разработке технологического процесса

Выбор метода обработки заготовок неразрывно связан и с выбором технологического оборудования.

Металлорежущие станки в зависимости от вида обработки делятся на девять групп: 1 - токарные; 2 - сверлильные и расточные; 3 - шлифовальные, полировальные, доводочные, заточные; 4 - электрофизические и электрохимические; 5 - зубо- и резьбообрабатывающие; 6 - фрезерные; 7 - строгальные, долбежные, протяжные; 8 - разрезные; 9 - разные.

В свою очередь, каждая группа подразделяется на 10 типов (подгрупп), характеризующих назначение станков, их компоновку, степень автоматизации или вид применяемого инструмента.

Исходя из этого, обозначение модели станка состоит из трех или четырех цифр и букв. Первая цифра обозначает номер группы, вторая - тип станка, а последние одна или две цифры - наиболее характерные технические параметры станка. Буква после первой цифры указывает на различное исполнение и модернизацию основной базовой модели станка. Буква в конце всех цифр означает класс точности станка или его особенности и модификацию. Например, 2Н125 означает вертикально-сверлильный станок с наибольшим условным диаметром сверления 25 мм.

В станках с программным управлением обозначение системы управления: Ц - цикловое управление; Ф1 - с цифровой индикацией положения; Ф2 - с позиционной системой числового программного управления (ЧПУ); ФЗ - с контурной системой ЧПУ; Ф4 - с комбинированной системой ЧПУ, Например, 16К20ФЗ - означает токарный станок с контурной системой ЧПУ.

Специальные и специализированные станки обозначаются буквенным индексом (из одной или двух букв), присвоенных каждому заводу, с номером модели станка. Например, МШ-245 означает рейкошлифовальный полуавтомат повышенной точности московского завода шлифовальных станков.

При выборе оборудования в условиях действующего производства приходится ориентироваться на имеющееся в цехе оборудование и обязательно учитывать степень фактической загрузки отдельных его групп.

Во многих случаях технологическая операция, осуществление которой предусматривалось на загруженном оборудовании, может быть проведена без ущерба для качества и производительности обработки на другом оборудовании (например, вместо чистового шлифования - тонкое точение).

Проектирование технологического процесса, рассчитанного на приобретение специального оборудования, в условиях как действующего, так и нового производства является исключением и требует проведения предварительного экономического обоснования.

При проектировании технологических процессов для вновь создаваемых предприятий имеется возможность выбирать наиболее технически и экономически подходящее оборудование.

Как правило, в единичном производстве используется универсальное оборудование, в мелкосерийном - станки с ЧПУ и универсальные, в среднесерийном - станки с ЧПУ и обрабатывающие центры. В крупносерийном - станки с ЧПУ, обрабатывающие центры, полуавтоматы, автоматы. В массовом производстве  - обрабатывающие центры, автоматы, автоматические линии, роторные и роторно-конвейерные линии.

Размеры и точность обрабатываемой заготовки определяют соответственно габариты и класс точности выбираемых станков.

При выполнении сборочных операций используют различные сборочные стенды, в серийном производстве наиболее эффективно использовать сборочное технологическое оборудование на базе промышленных роботов. При запрессовке используют различные прессы: винтовые, реечные, пневматические, гидравлические, пневмогидравлические и электромагнитные.

Для транспортировки изделий используются различные подъемные устройства и конвейеры.

Важнейшим вопросом при проектировании технологических процессов является технологически и экономически обоснованный выбор приспособлений.

Приспособления предназначены для установки и закрепления изделий при их изготовлении. Приспособления могут быть станочные и сборочные.

Станочные приспособления (СП) применяют для установки и закрепления заготовок на металлообрабатывающих станках.

Сборочные приспособления (СбП) используют для установки и закрепления изделий при их сборке.

Станочные приспособления по своей универсальности делятся на три вида:

1) специальные, предназначенные для конкретных заготовок;

2) специализированные, предназначенные для определенного типа (класса) заготовок;

3) универсальные, предназначенные для различных заготовок.

По конструкции и компоновке к настоящему времени сформировано семь стандартных систем станочных приспособлений:

4) универсально-сборные (УСП);

5) сборно-разборные (СРП);

6) универсальные безналадочные (УБП);

7) неразборные специальные (НСП);

8) универсальные наладочные (УНП);

9) специализированные наладочные (СНП);

10) универсально-сборные переналаживаемые (УСПП).

По точности станочные приспособления подразделяются на классы:

1) нормальной точности (Н);

2) повышенной точности (П);

       3) высокой точности (В);

4) особо высокой точности (А).

По уровню механизации различают станочные приспособления: ручные, механизированные и автоматизированные, автоматические,

Помимо вышеприведенных стандартизованных систем отдельными предприятиями разработаны дополнительные системы СП, такие как унифицированные переналаживаемые (УПП) и агрегатируемые переналаживаемые (АПП).

Системы УБП, УСП, СРП, УСП11, УНП, СНП, УПП и АПП используются для станочных приспособлений многократного применения.

Выбор того или иного приспособления зачастую определяется серийностью производства. -

В условиях единичного и мелкосерийного производства экономически выгодны универсальные приспособления систем УБП и УСП.

В условиях серийного и крупносерийного производства - специализированные приспособления систем СНП, СРП, УНП и УСПП.

В условиях массового производства - специальные приспособления системы НСП.

Класс точности станочных приспособлений выбирается в зависимости от требуемой технологической точности заготовок по данной операции. Как правило, это согласуется с точностью используемых металлообрабатывающих станков.

Ручные станочные приспособления применяют в единичном и мелкосерийном производстве, механизированные и автоматизированные - в серийном и крупносерийном, а автоматические - в массовом производстве.

При обработке заготовок на автоматических линиях используются, так называемые, приспособления-спутники, которые одновременно служат и для транспортировки заготовки с одной позиции на другую.

В условиях единичного и серийного производства применяют универсальные сборочные приспособления, в условиях крупносерийного и массового производства - специальные сборочные приспособления.

Выполнение любого технологического процесса невозможно без инструмента.

Инструмент, используемый для обработки заготовок из черных и цветных металлов и сплавов, называется металлообрабатывающим инструментом. В зависимости от технологических методов обработки заготовок он подразделяется на лезвийный, абразивный и отделочно-упрочняющий инструмент для обработки поверхностей пластическим деформированием.

В зависимости от формы обрабатываемой поверхности (наружная цилиндрическая, внутренняя цилиндрическая, плоская, шлицевая и зубчатая наружная и внутренняя) к станочного оборудования лезвийный инструмент подразделяется на:

  1.   резцы токарные и строгальные;

-   сверла, зенкеры, развертки, цековки и зенковки;

  1.   фрезы;
  2.   протяжки и прошивки;
  3.   зубообрабатывающий инструмент;
  4.   резьбообрабатывающий инструмент;
  5.   комбинированный инструмент.

Резцы токарные в зависимости от обрабатываемой поверхности могут быть:

1) проходные - для обработки наружных цилиндрических поверхностей;

2) отрезные - для отрезки заготовок;

3) канавочные-для проточки канавок;

4) расточные - для расточки отверстий;

5) фасонные - для обработки фасонных поверхностей.

Резцы строгальные могут быть проходными (для обработки плоских поверхностей), канавочными - для обработки пазов и резцы с широкой прямолинейной режущей кромкой - для чистового строгания длинных плоских поверхностей (направляющие станков).

Сверла используются для получения отверстий в сплошном материале или для их рассверливания.

Зенкеры и развертки применяют для обработки отверстий с целью повышения их качества.

Цековки - для обработки торцовой поверхности отверстий.

Все эти инструменты с успехом применяются как на сверлильных, так и на токарных станках.

Фрезы, в зависимости от формы обрабатываемых поверхностей, могут быть:

1) торцевыми и цилиндрическими - для обработки плоских поверхностей;

2) дисковыми концевыми - для обработки различных пазов и уступов;

3) шпоночными - для обработки шпоночных канавок;

4) Т-образными фрезами - для обработки Т-образных пазов;

5)прорезными и отрезными - для прорезки канавок и отрезки;

6) фасонными и угловыми - для обработки фасонных и угловых поверхностей.

Протяжки и прошивки бывают; цилиндрическими - для обработки внутренних ци-

линдрических поверхностей; шпоночными - для обработки шпоночных пазов; шлицевыми - для обработки шлицев; многогранными и фасонными - для обработки многогранных и фасонных поверхностей.

Зубообрабатывающий лезвийный инструмент в зависимости от методов обработки зубьев (копирования или обкатки) подразделяют на:

1) дисковые модульные фрезы;

2) пальцевые модульные фрезы;

3) червячные фрезы;

4) зубообрабатывающие долбяки;

5) зубострогальные резцы, резцовые и зуборезные головки - для обработки конических зубчатых колес;

6) шеверы - для чистовой обработки зубьев;

Резьбообрабатывающий инструмент в зависимости от размеров и положения цилиндрической поверхности (наружная или внутренняя) подразделяют на:

1) плашки и плоские резьбонарезные гребенки - для наружных резьб диаметром до 105мм;

2) резьбонарезные самораскрывающиеся головки с круглыми гребенками - для наружных резьб диаметром до 60 мм;

3) гребенчатые резьбовые фрезы - для наружных резьб диаметром 32 ... 100 мм в крупносерийном и массовом производстве;

4) дисковые резьбовые фрезы - для трапецеидальных наружных резьб диаметром     80 ... 100 мм и шагом до 24 мм;

5) вихревые резьбонарезные головки для наружных резьб диаметром 20 ... 200 мм и шагом более 4 мм;

6) резьбовые резцы;

7) метчики и резьбовые резцы для внутренних резьб;

8) концевые гребенчатые резьбовые фрезы - для обработки внутренних резьб диаметром до 200 мм.

Комбинированный инструмент чаще всего изготавливается для обработки отверстий: это сверло-зенкер, зенкер-развертка, сверло-развертка, зенкер-зенковка и т.д. Комбинированный инструмент может объединять процесс резания и ППД. Так, для обработки отверстий может использоваться комбинированный инструмент протяжка-дорн, для обработки наружных поверхностей резец-ролик, для внутренних резьб - метчик- раскатник и т.д.

Все лезвийные инструменты состоят из двух частей - рабочей части и державки. Эти части могут быть цельными и сборными. Естественно, важнейшей частью является рабочая, которая в зависимости от обрабатываемого материала заготовки изготавливается из различного инструментального материала (быстрорежущая сталь, твердые сплавы, керамика, искусственные алмазы) и имеет различную геометрию (главные углы в плане  и , передний угол α, задний угол , угол наклона режущей кромки , радиус при вершине r, радиус скругления режущей кромки ).

Абразивным называется режущий инструмент, рабочая часть которого содержит классифицированные частицы абразивного материала. Размер этих частиц определяется зернистостью, которая может изменяться от 3 микрон до 2,5 мм. С технологической позиции, чем грубее обработка, тем выше зернистость абразивного инструмента. В качестве материала используется, в зависимости от твердости материала обрабатываемой заготовки, электрокорунд, карбид кремния, алмаз, эльбор и другие абразивные материалы.

Таблица 6.2 Номера структур абразивного элемента

Объем абразивных зерен, %

60-56

56-54

52-50

48-46

44-38     34 -30

Номер структуры

1-3

3-4

5-6

7-8

9-12        14-16

Для закрепления зерен шлифовального материала используются различные связки; керамическая (К), бакелитовая (Б), вулканическая (В), органическая (О) и металлическая (М). Прочность сцепления зерен в связке характеризуется твердостью абразивного инструмента. Соотношение объемов абразивных зерен, связки и пор в шлифовальном инструменте определяет номер его структуры (табл. 6.2)

Как правило, для обдирочных работ рекомендуется инструмент высоких номеров структуры, для чистовой обработки - с меньшим номером структуры.

Все эти характеристики абразивных материалов приводятся при его маркировке. Например, 24А16М28К5 означает, что шлифовальный круг электрокорундовой марки 24А, зернистостью - 16, твердостью - М2, номер структуры - 8, связка керамическая-К5.

Абразивный инструмент может изготавливаться в виде кругов, шлифовальных шкурок, брусков и шлифовальных головок.

Обработка наружных поверхностей вращения осуществляется периферией цилиндрического или фасонного круга, торцом чашечного круга, шкурками в виде конечных и бесконечных лент или брусками при суперфинишировании.

Шлифование наружных поверхностей вращения осуществляется, как правило, на круглошлифовальных станках.

Внутренние поверхности вращения обрабатываются периферией цилиндрических кругов и головок, брусками при хонинговании. Обработка, как правило, осуществляется на вкутришлифовальных и хонинговальных станках.

Плоские поверхности заготовок шлифуют периферией или торцом круга на плоскошлифовальных станках.

Резьбы шлифуют резьбошлифовальными кругами, как правило, на резьбошлифовальных станках.

Зубчатые колеса и шлицы обрабатываются модульными, червячными или тарельчатыми шлифовальными кругами на зубошлифовальных станках.

Инструмент для отделочно-упрочняющей обработки ППД до сих пор не имеет четкой классификации. Тестированными являются только резьбонакатные плашки и ролики. Резьбонакатные плашки используются для накатки наружных метрических резьб диаметром от 1,6 до 30 мм. Резьбонакатные ролики - для накатки резьбы диаметром от 2 до 100 мм.

Достаточно широкое применение имеют и резьб о накатные само раскрывающиеся головки для накатывания резьб диаметром от 7 до 42 мм и шагом от 0,7 до 6 мм.

Для накатывания внутренних резьб применяются бесстружечные метчики (раскатники) для диаметров от 1 до 36 мм и резьбораскатные головки - для диаметров более 100 мм.

Для ОУО ППД цилиндрических плоских поверхностей в качестве рабочих элементов инструмента применяют шарики и ролики (цилиндрические, конические, тороидальные, с заборным конусом и др.).

Конструкции же инструментов определяются формой обрабатываемой поверхности. Это различного рода однороликовые и многороликовые обкатники - для наружных цилиндрических поверхностей; многороликовые и много шариковые раскатники - для внутренних цилиндрических поверхностей; много шариковые накатники - для плоских поверхностей и т.д.

Для выглаживания в качестве рабочей части применяются искусственные алмазы и сверхтвердые материалы.

В последнее время достаточно широкое применение получает инструмент центробежно-ударного действия и вибронакатной инструмент, которые, как правило, применяют для обработки цилиндрических и плоских поверхностей.

Для выполнения технологических операций сборки используют различные гайковерты и шпильковерты.

Для «определения состояния предмета труда» (из определения технологического процесса) используют различные средства контроля (измерения). По применению они делятся на средства пассивного (послеоперационного) и активного (технологического) контроля. В первом случае средства контроля используются для определения конкретных числовых значений измеряемых параметров или определения годности изделий. Как правило, послеоперационный (пассивный) контроль носит констатирующий характер и сводится к разбраковке изделий.

Вторая группа средств контроля позволяет Оперативно использовать результаты измерений для управления технологическим процессом. Активный контроль, как правило, осуществляется в процессе изготовления для предупреждения появления бракованных изделий.

Все средства контроля по своей универсализации подразделяются на: т ;

1) универсальные, предназначенные для измерения одноименных величин различных изделий (например, штангенциркуль);

2) специализированные, предназначенные для измерения однотипных изделий (например, ступенчатых валиков) или одинаковых параметров (например, шероховатости поверхности);

3) специальные, используемые для измерения конкретного изделия. '

При послеоперационном контроле зачастую используются ручные и механизированные средства - калибры, штангели и др. Их недостатком является зависимость от уровня квалификации контролера и низкая производительность.

Этих недостатков лишены автоматические средства послеоперационного контроля. Они делятся на три группы:

1) средства контроля, снабженные звуковым или световым автоматическим сигналом;

2) средства контроля, автоматически непосредственно измеряющие и показывающие контролируемый параметр или несколько параметров;

3) средства контроля, автоматически опосредованно измеряющие контролируемый параметр или несколько параметров.

Особое места в автоматических средствах послеоперационного контроля занимают координатно-измерительные машины (КИМ), позволяющие автоматизировать многопа- раметрический контроль сложных корпусных деталей в различных условиях производства. В условиях крупносерийного и массового производства они, как правило, работают по предварительно заданным программам, в условиях мелкосерийного и серийного производства контроль очередного изделия осуществляется по программе, записанной при контроле оператором, первого изделия данного наименования. Такие КИМ называются самообучающимися. Распознавание изделия для определения программы измерений осуществляется по их весу и габаритам.

КИМ с успехом позволяют измерить и величины макроотклонений различных поверхностей.

Для послеоперационного контроля параметров шероховатости поверхностей используются различные как отечественные (табл. 6.З), так и зарубежные приборы (табл. 6.4).

Таблица 6.3 Приборы для измерения параметров шероховатости

Таблица 6.4 Средства измерения и контроля параметров шероховатости, выпускаемые зарубежными фирмами

 Для относительной качественной оценки шероховатости обработанной поверхности на рабочем месте могут быть использованы и образцы шероховатости.

Параметры волнистости поверхностей могут быть измерены теми же средствами, что и параметры шероховатости. Все зарубежные профилометры, как правило, имеют соответствующие электрические фильтры, позволяющие при переключении переходить с измерения шероховатости к измерению волнистости.

Отечественные профилометры также могут быть использованы для измерения волнистости, но с применением механического фильтра (щуп радиусом 1,5 мм).

Для определения окружной волнистости с успехом используются отечественные кругломеры мод. 218 и 253, а также различные зарубежные кругломеры, в частности, модели “Talyrond”.

Для измерения поверхностной микротвердости с успехом применяется отечественный микротвердомер МТ-5М.

Средства активного контроля можно разделить на средства прямого и косвенного измерения необходимых параметров.

При прямом методе контроля измеряется непосредственно размер или параметр шероховатости.

При косвенном методе величина обрабатываемого размера оценивается по конкретному положению режущей кромки инструмента, по измеряемой силе резания и т.д. Параметры качества поверхностного слоя контролируются по температуре в зоне резания, экзоэлектрон ной эмиссии, колебаниям и т.д. Косвенный метод обладает большими погрешностями по сравнению с прямым, и к нему, как правило, прибегают при невозможности реализации прямого метода.

По функциональному назначению средства активного (технологического) контроля подразделяют на группы:

1) средства контроля, осуществляющие измерение текущих значений размеров, параметров качества поверхностного слоя непосредственно в процессе обработки прямым или косвенным методом;

2) средства контроля и подналадки, осуществляющие поднастройку станка при отклонении измеряемого размера или параметра качества поверхностного слоя от заданных значений;

З) средства контроля и блокировки, осуществляющие прекращение работы при отклонении измеряемого размера или параметра качества поверхностного слоя от заданных значений.

Наиболее прогрессивными из них являются средства активного контроля и подналадки. Причем их развитие может привести к созданию самообучающихся технологических систем.

Все автоматические средства пассивного и активного контроля в качестве измерительных устройств используют различные датчики: пневматические, индуктивные, емкостные, пьезо и др. Сигнал от датчиков поступает на усилитель, а затем на преобразующее и сравнивающее устройства, командоаппарат и исполнительный орган станка.

Пример одной из таких систем приведен в главе 4.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ И ПРОМЕЖУТОЧНОГО КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ СТУДЕНТОВ ПО 6-Й ГЛАВЕ

1. Способы получения отливок.

2. Способы получения поковок.

3. Назначение технологических баз.

4. Виды технологических баз.

5. Принцип единства баз.

6.Принцип постоянства баз.

7. Принципы выбора черновой базы.

8. Установление последовательности обработки поверхностей заготовок.

9. Выбор методов обработки поверхностей заготовок.

10. Что такое единая система технологической подготовки производства?

11. Классификация технологических процессов по степени детализации и по организации производства.

12. Исходные данные для проектирования технологических процессов обработки заготовок.

13. Размерный анализ технологического процесса.

14. Последовательность разработки технологических процессов.

15. Типизация технологических процессов.

16. Исходные данные для проектирования технологического процесса сборки.

17. Установление последовательности сборки изделий машиностроения.

18. Построение схемы сборки,

19. Организационные формы сборки.

20. Выбор технологического оборудования для реализации технологического процесса.

21. Выбор приспособлений.

22. Выбор инструментов.

23. Выбор средств контроля.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ТЕМАТИКА ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ И ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ ПО ОСНОВАМ ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

Работы, выполняемые с использованием технологического оборудования, технологической оснастки и документации или ЭВМ для моделирования технологических методов и процессов обработки (виртуальное исследование) следует относить к лабораторным, которые могут иметь следующую тематику:

1. Опытное определение влияния технологических методов и режимов обработки (точение, шлифование и ОУО ППД) на параметры шероховатости поверхности.

2. Опытное определение влияния температурных деформаций и размерного износа инструмента на погрешность обработки.

3. Опытное установление закона рассеивания размеров при обработке на одном из станков.

4. Опытное определение влияния жесткости технологической системы на точность обрабатываемых образцов.

К практическим занятиям относится решение задач и разработка технологических процессов, в частности:

1. Рассчитать припуски на одну из поверхностей детали и выбрать заготовку.

2. Рассчитать погрешность обработки заготовки на одной из чистовых операций.

3. Рассчитать параметры шероховатости обрабатываемой поверхности детали на одной из окончательных операций.

4. Назначить методы обработки и определить режимы чистовой обработки одной из поверхностей детали, оптимально обеспечивающие требуемую точность и шероховатость.

5. Составить схему сборки узла по его конструкторской документации.

Часть II Технологические методы и процессы производства изделий машиностроения

(специальная часть)

Глава 7 Технология изготовления различных деталей

Знания, полученные студентами при изучении данной главы, позволят им грамотно назначать методы обработки различных поверхностей и разрабатывать оптимальные технологические процессы изготовления различных деталей для различных условий производства. Эти знания необходимы как при выполнении курсового и дипломного проекта, так и при работе на предприятии.

7.1 Технология изготовления валов. 

Классификация валов и предъявляемые к ним требования.

Валы относятся к классу деталей типа тел вращения с длиной, превышающей три диаметра.

В технологическом отношении валы подразделяют:

  1.  по размерам;
  2.  по конфигурации;
  3.  поточности.

Валы, у которых отношение I к dменьше 12, относят к жестким, если же это отношение больше 12, то ваяы - нежесткие.

По конфигурации валы могут быть бесступенчатые, ступенчатые, цельные и пустотелые, гладкие и шлицевые, валы - шестерни, а также комбинированные ваяы, в разнообразном сочетании приведенных выше групп. По форме геометрической оси валы могут быть прямыми, коленчатыми, кривошипными и эксцентриковыми (кулачковыми).

По точности ваяы разделяют на 4 группы:

  1.  валы особо точные - рабочие шейки изготавливают по 4 - 5 квалитетам точности, остальные поверхности с допусками по 6 - 7 квалитетам точности;
  2.  валы точные - основные рабочие поверхности изготавливают по б квалитету точности, а остальные поверхности - по 8 квалнтету;
  3.  валы нормальной точности - поверхности этих валов выполняют по 8 - 9 квалитету точности;
  4.  валы пониженной точности - поверхности основных размеров изготавливают по 10-14 квалитету точности.

Требования к точности и качеству поверхностного слоя валов устанавливают исходя из необходимости обеспечения того или иного эксплуатационного свойства (износостойкости, контактной жесткости, прочности посадки, усталостной прочности, герметичности, коррозионной стойкости), определяющего их надежность. Так, опорные шейки валов под подшипники качения должны обеспечивать требуемую прочность посадки с внутренним кольцом подшипника и усталостную прочность в опасном сечении, под подшипники скольжения - необходимую износостойкость и контактную жесткость. Посадочные шейки валов под зубчатые колеса - необходимую прочность посадки, рабочие поверхности кулачка - необходимую износостойкость. При работе в химически агрессивных и влажных средах поверхности валов должны обладать необходимой коррозионной стойкостью. Причем в некоторых случаях отдельные участки одной и той же поверхности валов, например, кулачки распредвалов, могут работать при различных давлениях и скоростях, что будет вызывать их неравномерный износ, а, следовательно, и уменьшение долговечности. Во избежание этого, к этим поверхностям должны предъявляться особые требования по закономерному изменению их качества. Боковые поверхности зубьев и шлицев, наряду с износостойкостью, должны обладать у своего основания высокой усталостной прочностью, в районе делительной окружности - контактной прочностью и т.д.

Все это должно отражаться в технических требованиях на изготовление валов. Внастоящее время, исходя из функционального назначения, к валам предъявляются следующие требования;

  1.  соосность и прямолинейность всех участков вала должна быть в пределах установленного допуска-допустимая искривленность оси вала 0,03 ... 0,06 мм/м;
  2.  радиальное биение посадочных шеек валов к базирующим шейкам допускается в пределах 0,01 ... 0,03 мм;
  3.  осевое биение упорных торцов или уступов не должно быть больше 0,01 мм на наибольшем радиусе; Г1'" "
  4.  непараллельность шпоночных канавок или шлицев и оси не должна превышать 0,01 мм на 100 мм длины;
  5.  допуски на длину ступеней 0,05 ... 0,2 мм;
  6.  эллиптичность и конусность обрабатываемых шеек вала должны находиться в пределах 0,2 - 0,4 допуска на их диаметр;
  7.  поверхности посадочных шеек валов под зубчатые колеса должны быть обработаны с шероховатостью Ra 0,5 ... 2,0 мкм, под подшипники качения - Ra= 0,63 ... 2,0 мкм, Sm= 0,04 ... 0,06 мм, Гт = 45 - 50 %, под подшипники скольжения - Ra- 0,2 ... 0,5 мкм, Sm = 0,03 ... 0,05 мм, Гт = 45 - 70 %, торцевые поверхности - Rz - 3,2 ... 10 мкм;
  8.  центровочные отверстия валов должны быть сохранены в готовых деталях, кроме случаев, оговариваемых техническими требованиями;
  9.  трещины, раковины и др. дефекты в материале заготовки не допускаются;
  10.  сварка валов не допускается;
  11.  особо ответственные валы должны проходить 100 % контроль на твердость;
  12.  обработанные поверхности валов перед сдвчей на склад должны быть покрыты антикоррозионной смазкой.

Выбор заготовок и технологических баз.

На выбор метода получения заготовки оказывают влияние: материал детали; ее назначение и технические требования на изготовление; объем и серийность выпуска; форма поверхностей и размеры детали.

Главным при выборе заготовки является обеспечение заданного качества готовой детали при ее минимальной себестоимости. Себестоимость детали определяется суммированием себестоимости заготовки по калькуляции заготовительного цеха и себестоимости ее последующей обработки до достижения заданных требований качества по чертежу. Выбор заготовки связан с конкретным технико-экономическим расчетом себестоимости готовой детали.

При выборе технологических методов получения заготовок учитываются прогрессивные тенденции развития технологии машиностроения. Решение задачи формообразования деталей целесообразно перенести на заготовительную стадию и тем самым снизить расход материала, уменьшить долю затрат на механическую обработку в себестоимости готовой детали Валы, в основном, изготавливают из конструкционных и легированных сталей, которые должны обладать высокой прочностью, хорошей обрабатываемостью, малой чувствительностью к концентрации напряжений, а для повышения износостойкости должны подвергаться термической обработке. Этим требованиям наиболее полно отвечают стали 35,40,45,40Х, 50Х, 40Г2 и др.

Легированные стали по сравнению с конструкционными применяют реже ввиду их более высокой стоимости, а также повышенной чувствительности к концентрации напряжений. Производительность механической обработки валов во многом зависит от вица материала, размеров и конфигурации заготовки, а также от характера производства. Заготовки получают отрезанием от горячекатаных или холоднотянутых нормальных прутков и сразу подвергают механической обработке. Заготовки такого вида применяют, в основном, в мелкосерийном и единичном производстве, а также при изготовлении валов с небольшим числом ступеней и незначительной разницей их диаметров. В производстве с достаточно большим масштабом выпуска, а также при изготовлении валов более сложной конфигурации со ступенями, значительно различающимися по диаметру, заготовки, целесообразно получать методами пластического деформирования. Эти методы (ковка, штамповка, периодический прокат, обжатие на ротацион но-ковочных машинах, электровысадка), позволяют получать заготовки, по формам и размерам наиболее близкие к готовой детали, что значительно повышает производительность механической обработки. При этом значительно снижается металлоемкость, которая характеризуется

коэффициентом использования металла к =, где - масса детали, т - норма расхода материала.

С увеличением масштаба выпуска особое значение приобретает эффективность использования металла и сокращение механической обработки. Поэтому в крупносерийном и массовом производствах преобладают методы получения заготовок с коэффициентом использования металла от 0,7 и выше (иногда до 0,95). Штучную заготовку из прутка целесообразно заменять штампованной, если коэффициент использования металла повышается не менее, чем на 5 %, учитывая при этом экономическую целесообразность других факторов.

При механической обработке валов на настроенных и автоматизированных станках приобретает большое значение и точность заготовки. Заготовки, полученные методом радиального обжатия, отличаются малыми припусками и высокой точностью. Сущность метода заключается в периодическом обжатии и вытягивании по уступам отрезанной от прутка цилиндрической заготовки путем большого числа последовательных и быстрых (примерно через 0,01 с) ударов несколькими специальными матрицами. Радиальное обжатие заготовки производится как в горячем, так и в холодном состоянии. Вследствие такого обжатия материал пластически деформируется и течет в осевом направлении, уменьшая поперечное сечение заготовки и придавая ей требуемую форму.

После радиального обжатия в холодном состоянии можно получить заготовки (в зависимости от диаметра) с точностью (0,02 ... 0,20) мм и параметром шероховатости поверхности Ra= 0,63 ... 3,2 мкм. При ротационной ковке заготовок в горячем состоянии точность снижается до ± 0,3 мм, а по длине до ± 1 мм (за исключением общей длины, где погрешность достигает 10 мм и более). Коэффициент использования металла в заготовках, полученных этим способом, составляет 0,85 ... 0,95. Процесс высокопроизводительный, длительность операции 40 ... 70 с. Заготовки небольших ступенчатых валов диаметром до 25 мм изготовляют сочетанием холодной высадки и прессованием (экстродинг-процесс), а именно: из штучной заготовки за несколько переходов высаживают ступенчатую часть, а затем вытягивают ту часть, диаметр которой меньше размера исходной прутковой заготовки.

Оригинальным процессом непрерывного изготовления заготовок ступенчатых валов и других деталей тел вращения переменного сечения по длине является поперечновинтовая прокатка па трехвалковых станах. Работу станов можно полностью автоматизировать, включая движение подачи заготовки, ее нагрев, прокатку, резку на мерные заготовки, охлаждение готового проката, укладку и упаковку.

Особую группу валов представляют шпиндели, для изготовления которых применяют высокопрочный (магниевый) чугун, серый чугун СЧ15, СЧ21 и модифицированный чугун, значительно реже - стальные отливки. В зависимости от серийности в качестве заготовок для шпинделей применяют поковки, реже - стальные отливки, прутковый материал и трубы. Заготовки чугунных полых шпинделей получают центробежным литьем в металлические формы. В крупносерийном производстве заготовки стальных шпинделей целесообразно изготовлять горячей высадкой на горизонтально-ковочных машинах или ковкой на ротационно-ковочных машинах.

Основными базами большинства валов являются поверхности его опорных шеек. Однако использовать их в качестве технологических баз для обработки наружных поверхностей, как правило, затруднительно, особенно при условии сохранения единства баз, что очень важно при автоматизированном технологическом процессе. Поэтому при большинстве операций за технологические базы принимают поверхности центровых отверстий и торцов заготовки, что позволяет обрабатывать почти все наружные поверхности вала на единых базах с установкой его в центрах.

При выполнении фрезерных и сверлильных операций в качестве баз чаще используются наружные цилиндрические поверхности вала.

Методы обработки валов.

Обработку валов подразделяют на предварительную, как правило, осуществляемую в заготовительных цехах или отделениях, и окончательную, реализуемую в механических цехах.

К методам предварительной обработки валов относятся: резка, правка и центровка.

Резку заготовок из проката проводят на металлических и гидравлических прессах, фрикционных плитах, специальных отрезных станках, станках для анодно-механической резки, резкой абразивными кругами. К перспективным методам резки заготовок относятся плазменная и лазерная.

Стальной прокат малой и средней прочности ( 300 ... 900 МПа) при диаметре 20 ... 30 мм и 60 ... 80 мм экономически выгодно разрезать сегментными дисковыми пилами, при диаметрах 40 ... 50 мм - на токарно-отрезных станках; из высокопрочных сталей (  = 900 ... 1200 МПа) при диаметре прутков 20 ... 30 мм - на абразивно-отрезных станках, а при диаметрах 40 ... 80 мм - на анодно-механических ленточных станках.

Правка заготовок валов может проводиться в горячем и холодном состояниях. В зависимости от требуемой точности правку можно проводить различными методами:

  1.   правка в центрах токарного станка;
  2.   правка под прессом;
  3.   правка и калибровка на специальных правильно-калибровочных станках.

Центровка валов может осуществляться на различных станках: сверлильных, токарных, центровочных и фрезерно-центровочных. Перед зацентровкой валов обычно проводят обработку их торцов. Крупные валы в условиях единичного и мелкосерийного производств зацентровывают по разметке на горизонтально-сверлильных (расточных) станках. Мелкие валы в условиях единичного и мелкосерийного производств зацентровывают обычно на токарных или вертикально-сверлильных станках.

В серийном, крупносерийном и массовом производствах зацентровку валов обычно проводят на фрезерно-центровальных полуавтоматах. После предварительной обработки заготовки валов поступают в механические цеха, где проводится обработка их наружных поверхностей вращения, шпоночных пазов, отверстий, нарезание резьбы, правка центровочных отверстий.

Так как основными рабочими поверхностями валов являются их наружные поверхности вращения, шлицы и резьбы, то ниже рассмотрены методы их обработки.

Обработка наружных поверхностей вращения. Наружные поверхности вращения обрабатываются различными методами: точением, шлифованием, суперфинишем, полированием, притиркой, отделочно-упрочняющей обработкой ППД.

Точение обычно подразделяется на черновое, полу чистовое, чистовое и тонкое (алмазное). При черновом точении снимают большую часть общего припуска и напуск с приданием заготовке формы, приближающейся к форме детали. Достигаемая при этом точность: 12 - 14 квалитет, шероховатость – Rz = 60 ... 200 мкм. Получистовое точение позволяет получить точность: 10 - 12 квалитет, шероховатость — Rz =10 ... 80 мкм. Чистовое точение проводят обычными резцами при больших скоростях резания и малых подачах или широкими резцами при малых скоростях резания (v= 2 ... 10 м/мин) и больших подачах S до 20 мм/об. Оно позволяет получить 8-10 квалитеты точности, шероховатость Ra= 0,8 ... 2,5 мкм. Тонкое (алмазное) точение проводится алмазными резцами или резцами, оснащенными твердым сплавом или керамикой, при высоких скоростях резания (v= 800 ... 1000 м/мин) и малых подачах (S~ 0,03 ... 0,08 мм/об). Оно позволяет обеспечить 6-7 квалитет точности и шероховатость Ra= 0,1 ... 0,6 мкм. Тонкое (алмазное) точение, как правило, применяется для отделочной обработки деталей из цветных металлов и сплавов (бронзы, латуни, алюминиевых сплавов и т.п.) и для деталей из высокопрочных чугунов и закаленных сталей.

Для повышения производительности труда при точении наружных поверхностей вращения применяется многорезцовая обработка.

Шлифование наружных поверхностей вращения может проводиться периферией и торцем абразивных или алмазных кругов, конечными или бесконечными лентами и лепестковыми кругами. Шлифование, как и точение, может быть черновым, получистовым, чистовым и тонким, оно может осуществляться с продольной или радиальной подачей. Черновое шлифование обеспечивает 8-9 квалитеты точности и Rz- 5 ... 12,5 мкм; получистовое - 7 - 8 квалитеты точности и Ra- 0,63 ... 3,0 мкм; чистовое - 6 - 7 квалитеты точности и Ra- ОД ... 0,25 мкм; тонкое - 5 - 6 квалитеты точности и Ra- 0,05 ... 0,25 мкм.

Для абразивной обработки бесступенчатых наружных поверхностей вращения широкое применение получил высокопроизводительный процесс бесцентрового шлифования. Для автоматического обеспечения точности размеров и шероховатости, как при точении, так и шлифовании, используются различные адаптивные системы управления процессами обработки.

При необходимости улучшения качества наружных поверхностей вращения применяют отделочную обработку: суперфиниширование, полирование, притирку.

Суперфиниширование осуществляется мелкозернистыми абразивными или алмазными брусками за счет их осциллирующего движения в сочетании с вращением и продольной подачей детали или брусков (рис. 7.1). Суперфиниширование, как правило, осуществляется после чистового шлифования и позволяет получить 5 квалитет точности и Ra~0,03 ... 0,1 мкм, уменьшить на 50- 80 % овальность, огранку и волнистость.

Полирование, как правило, осуществляется мягкими кругами (войлок, фетр, парусина, кожа) с нанесенными на них мелкозернистыми абразивными или алмазными порошками, смешанными со смазкой. Для обработки наружных поверхностей вращения вместо кругов широко используются полировальные ленты. Достигаемая шероховатость - Ra= 0,05 мкм, f20= 30 -40 %. Точность и погрешность формы определяются предварительной обработкой.

Рис. 7.1. Схема суперфиниширования:

1 - обрабатываемая деталь; 2 - суперфинишный брусок

В последнее время для полирования, а иногда и шлифования наружных поверхностей вращения применяют и магнит но-абразивную обработку (рис. 7.2). Точность размеров при ней определяется предшествующей обработкой, достигаемая шероховатость - Ra= 0,16 мкм, t20 =20 - 30 %.

Притирка наружных цилиндрических поверхностей выполняется притирами, изготовленными из чугуна, бронзы или меди, которые обычно предварительно шаржируются абразивным или алмазным микропорошком с маслом или специальной пастой. Достигаемая точность - 4 - 5 квалитеты, шероховатость - Ra- 0,05 ... 0,1 мкм, t20 = 50-60 %.

Для повышения эксплуатационных показателей наружных поверхностей вращения широкое применение имеет отделочно-упрочняющая обработка поверхностным пластическим деформированием (ОУО ППД) (накатывание, выглаживание, вибронакатывание, обработка инструментами центробежно-ударного действия, электромеханическая обработка), нанесение покрытий (мягких, твердых, многослойных) и легирование поверхностей.

Накатывание может производиться роликами или шариками. Оно применяется как для упрочнения поверхностного слоя (U„ - 150 - 200 %), так и для уменьшения высотных параметров шероховатости и увеличения ее несущей способности: Ra= 0,05 мкм, ho= 30 - 40 %. Исходная погрешность формы и размеров, как при всех методах ОУО ППД, практически не исправляется.

Выглаживание производится шариком или алмазом. При этом рабочей части алмаза придают сферическую форму (r = 2 ... 4 мм). Обеспечивается как упрочнение поверхностного слоя (Uн = 150 - 200 %), так и уменьшение исходной шероховатости Ra=0,05 мкм и увеличение ее несущей способности t20 = 30 - 40 %.

Вибронакатывание может применяться как для отделочно-упрочняющей обработки наружных поверхностей вращения, так и для увеличения маслоемкости опорных поверхностей трения валов, шпинделей. Сущность вибронакатывания заключается в том, что на движение подачи рабочего шарика накладываются его колебательные движения. В зависимости от сочетания режимов (v, S, р. A, f)может быть обеспечено упрочнение поверхности (Uн = 150 - 200 %), сглаживание исходной шероховатости (Ra= 0,1 мкм, t20 = 40 - 50 %), формирование нового регулярного микрорельефа или системы масляных канавок.

Рис. 7.2. Схема магнитно-абразивной обработки наружной фасонной поверхности вращения:

1 - обрабатываемая заготовка; 2 - полюсные наконечники электромагнита;

3 - абразивный порошок

Широкое распространение для повышения усталостной прочности деталей авиационной промышленности получила центробежно-ударная обработка. В инструментах центробежно-ударного действия рабочие шарики или ролики определенной массы размещаются в радиальных пазах диска или сепаратора в определенном порядке. Это позволяет за счет заданных частот вращения инструмента и детали и продольной подачи обеспечить необходимое число ударов, определенной силы па каждый мм2 обрабатываемой поверхности. Шероховатость поверхности снижается с Ra=1 ... 2,5 мкм до Ra- = 0,2 ... 0,8 мкм и может достигать Ra= 0,05 мкм, t2a= 30 %, поверхностная микротвердость увеличивается на 30 - 88 % при глубине наклепа 0,3 ... 2,0 мм, остаточные напряжения сжатия на поверхности достигают 400 ... 800 МПа,

Электромеханическая обработка (ЭМО) позволяет значительно повысить поверхностную твердость (Uн = 180 - 220 %), уменьшить высоту исходной шероховатости в 5 - 12 раз (например, с Ra- 1 мкм до Ra= 0,08 мкм) и увеличить ее несущую способность (t20 = 40 - 50 %) при незначительных рабочих усилиях. Это обеспечивается нагревом зоны контакта рабочего ролика и обрабатываемой поверхности при пропускании через него тока большой силы {I = 200 ... 1500 А).

Для повышения коррозионной стойкости и износостойкости валов и штоков или отдельных их рабочих поверхностей могут применяться различные покрытия или легирование. Как правило, гальванические способы нанесения покрытий (хромирование, кадмирование, свинцевание, никелирование) применяются для зашиты от коррозии. Механические, лазерные и ионно-плазменные методы нанесения покрытий и легирования поверхностей служат для повышения износостойкости рабочих шеек валов, штоков, шпинделей.

Обработка шлицев на валах. Шлицы на валах обрабатывают фрезерованием, строганием, протягиванием, шлифованием, накатыванием.

Фрезерование шлицев на валах небольших диаметров (до 100 мм) обычно производят за один переход, больших диаметров (более 100 мм) - за два перехода. Фрезерование шлицев может производиться методом копирования (фасонными фрезами) или методом обкатки (червячными фрезами). Для повышения производительности труда при черновом шлицефрезеровании применяют многозаходные червячные фрезы. В серийном производстве применяют более совершенный процесс фрезерования прямобочных шлицев, а именно, предварительное фрезерование фасонными дисковыми фрезами и чистовое фрезерование боковых поверхностей шлицев торцевыми фрезами, оснащенными пластинами из твердого сплава.

Шлицестрогание проводится набором фасонных резцов, собранных в головке, и применяется в крупносерийном и массовом производствах. Шероховатость обработанной поверхности после шлицестрогания Ra =1,0 ... 2,5 мкм.

Шлицепротягивание осуществляется двумя блочными протяжками одновременно двух диаметрально противоположных впадин на валу с последующим его поворотом после каждого хода протяжки на один шлиц. Данный метод применяется в массовом производстве и позволяет получить шероховатость Ra= 0,63 ... 1,2 мкм. По производительности шлицестрогание и шлицепротягивание в 5 - 8 раз выше шлицефрезерования.

Шлифование шлицев может производиться фасонными кругами всей впадины; отдельно за две операции; одним кругом внутреннего диаметра и двумя кругами боковых поверхностей прямобочных шлицев; одновременно внутреннего диаметра и боковых поверхностей прямобочных шлицев тремя кругами. Достигаемая шероховатость шлицев - Ra= 0,32 ... 0,63 мкм. Наиболее распространенным и производительным, но менее точным, является шлифование фасонными кругами.

Накатывание шлицев может проводиться как в горячем ≥ 5 мм), так в холодном состоянии (т < 5 мм) роликами, рейками и многороликовыми головками. При накатывании шлицев обеспечивается шероховатость - Ra= 0,32 ... 0,63 мкм и значительно повышается их долговечность.

Обработка шпоночных канавок на валах. Шпоночные канавки в зависимости от конфигурации и серийности производства фрезеруются дисковыми или концевыми фрезами по 0,1 ... 0,3 мм за каждый рабочий ход на специальных шпоночно-фрезерных станках, работающих по маятниковому методу. Последний способ обработки шпоночных канавок более точный и используется в серийном, крупносерийном и массовом производствах.

При необходимости повышения точности шпоночных канавок после термообработки может осуществляться их шлифование.

Обработка отверстий в валах и шпинделях. Радиальные отверстия в валах и шпинделях в зависимости от их точности обрабатывают сверлением, зенкерованием и развертыванием, как правило, на вертикально-сверлильных станках. Осевые отверстия большой длины сверлят специальными сверлами для глубокого сверления. При большом диаметре отверстий {например, в полых шпинделях) проводят их растачивание, после термообработки возможно внутреннее шлифование. Отверстия во фланцах валов и шпинделей обрабатывают на радиально-сверлильных или агрегатных станках, или с использованием многошпиндельных головок.

Обработка резьб на валах. Наружную резьбу можно получить различными инструментами: плашками, самораскрывающимися резьбонарезными головками, резцами, гребенками, дисковыми и групповыми фрезами, шлифовальными кругами и накатным инструментом. Тот или иной метод нарезания резьбы применяется в зависимости от ее размеров, обрабатываемого материала, точности, типа материала. Мелкие резьбы, как правило, нарезают плашками. Для повышения производительности труда в 2 - 3 раза в крупносерийном и массовом производствах применяют самораскрывающиеся головки.

Более крупные резьбы в единичном и мелкосерийном производствах нарезают резцами. Прямоугольные и трапецеидальные резьбы нарезают несколькими резцами за несколько рабочих ходов и переходов. В условиях серийного и крупносерийного производств применяют многорезцовые блоки и резьбовые гребенки. В условиях серийного производства может применяться вихревой метод нарезания резьбы с внутренним и внешним касанием. Широкое применение в серийном и массовом производствах получил метод фрезерования резьбы дисковыми и групповыми фрезами. Фрезерование дисковыми фрезами применяется при нарезании резьб с большим шагом и крупным профилем, групповой фрезой - для получения коротких резьб с мелким шагом. Шлифуют резьбу одно- и многониточными кругами обычно после закалки для повышения точности и качества поверхности. В массовом производстве может применяться бесцентровое шлифование резьбы многониточными кругами. Накатывание резьбы осуществляется резьбонакатными плоскими плашками или резьбовыми роликами.

Правка центров. В некоторых случаях после черновой обработки или термообработки валов производится правка их центров (повторное центрирование). Повторное центрирование чаще всего производится на токарных станках, так как этот способ лучше других обеспечивает соосность (биение 0,01 ... 0,05 мм). В массовом производстве повторное центрирование производится на центровочных или центрошлифовальных станках.

Выбор оборудования и оснастки

Механическую обработку заготовок валов начинают с операции подготовки технологических баз - подрезания торцев и их зацентровки. В зависимости от вида производства эту операцию можно производить как на токарных и револьверных, так и на центровальных и фрезерно-центровальных станках. Большинство фрезерно-центровальных станков можно встраивать в автоматическую линию. Двусторонний фрезерно- центровальный станок 73С1 имеет две позиции для крепления заготовки, на которых производятся последовательно фрезерование и центрирование.

Фрезерно-центрованьные станки МР77 и МР78 барабанного типа одновременно фрезеруют и центрируют две заготовки без съема их со станка. Эти станки производительные, но громоздкие, наладка их сложна. В действующих автоматических линиях применяют станки А981 для фрезерования торцов и А982 для центрования.

В условиях крупносерийного и массового производства используются также фре- зерно-центровальные-обточные двусторонние полуавтоматы с ЧПУ 2Г942Ф2, позволяющие выполнять кроме фрезерования торцов и центрирования обточку торцов, резь- бонарезание, зенкование, цекование. В условиях гибких производственных систем - фрезерно-центровальные станки МР179, KJ1-171, МА2235МФ4. В перечисленных станках используются стационарные станочные приспособления, базирующие заготовки по наружной цилиндрической поверхности с помощью само центрирующих призм и торцу по откидным или жестким упорам.

Наружные поверхности ступенчатых валов обтачивают на токарных, токарнокопировальных, горизонтальных многорезцовых станках, вертикальных, одиошпин- дедьных и многошпиндельных автоматах, токарных станках с копировальными устройствами (гидравлический суппорт КСТ-1), а также на токарных станках с ЧПУ и гибких производственных модулях. При обработке валов в центрах, для выдерживания линейных размеров от постоянной базы, рекомендуется применять плавающие передние центры с упором торца заготовки в упорное кольцо. Это позволяет предотвратить погрешности по глубине зацентровки. При обработке валов с одной установки на проход по всей длине заготовки применяют торцевые поводковые центры, что повышает точность и производительность. Передние центры токарных станков объединяют с поводковыми устройствами, вращающими обрабатываемую заготовку с помощью зубьев или штырей, внедряемых в торец заготовки.

В последние годы разработано большое количество эффективных конструкций поводковых центров, в том числе широкодиапазонные {регулируемые на различные диаметры торцов валов) и самонастраивающиеся на передачу требуемого крутящего момента. Они могут применяться не только при чистовой, но и черновой обработке.

В серийном, и особенно в крупносерийном производстве широкое распространение находят многорезцовые и токарно-копировальные станки, полуавтоматы и автоматы.

Однопроходная копировальная и однопроходная многорезцовая обработка жестких валов (с отношением длины к диаметру наибольшей ступени 10 - 15) обеспечивает точность по 9 - 11-му квалитетам. Многорезцовая обработка может оказаться эффективнее копировальной для валов, имеющих большие длину и диаметры и большие перепады ступеней, так как в продольном суппорте можно установить большое число резцов. Однако чрезмерное увеличение сил резания может привести к деформированию обрабатываемого вала, а это вынуждает снижать подачу по сравнению с подачей на копировальном станке. Поэтому окончательный выбор метода обработки и станочного оборудования должен сопровождаться расчетом на точность и экономическую целесообразность.

На токарно-копировальных станках современных моделей можно производить черновую обработку многорезцовым суппортом, а чистовое обтачивание - однорезцовым копировальным суппортом, причем, при передаче крутящего момента заготовке торцевым поводковым центром, обработку можно вести с одного установки. Некоторые модели токарно-копировальных станков имеют несколько копировальных суппортов, перемещающихся независимо один от другого, например, КМ 817 (два копировальных и три крестовых суппорта). Они позволяют вести независимую обработку каждый на своем участке, что значительно повышает производительность станка. Применение такого станка особенно целесообразно, когда на каких-либо ступенях вала имеется большой припуск, который невозможно снять за один рабочий ход. При установке специальных копировальных барабанов на токарных гидрокопировальных станках 1722 и 1712 можно также вести многопроходную обработку.

В мелкосерийном производстве экономически целесообразным может оказаться применение при обработке ступенчатых валов универсальных токарных станков с ЧПУ 16К20ФЗС5, 1716ВФЗ и др.

Шлицы и зубья шестерен нарезают фрезерованием, строганием, протягиванием и холодным накатыванием. При черновом фрезеровании используют многозаходные червячные фрезы, которые увеличивают производительность, но требуемой точности не обеспечивают. Валы с короткими опорными шейками, к которым непосредственно выходят шлицы, нельзя устанавливать в центрах с хомутиком, так как он не дает выхода червячной фрезе. В этом случае шлицевый валик со стороны шпинделя базируется на шлифованной опорной шейке в специальной оправке с обратным конусом, либо необходимо использовать торцовый поводковый центр.

Для фрезерования шлицев и зубьев валов-шестерен наиболее целесообразно использовать полуавтоматы 5В370, 5В373П и 5А352ПФ2. Более прогрессивными процессами образования шлицев методом снятия стружки является контурное шлице строгание и шлицепротягивание. Строгание шлицев на валах производят набором фасонных резцов, собранных в головке. Оно эффективно может быть применено в крупносерийном и массовом производстве, Шлицестрогание выполняют на станке МА4. Шлицепротягивание проводят двумя блочными протяжками одновременно двух диаметрально противоположных впадин на валу с последующим поворотом вала на определенный угол после каждого хода протяжки. При холодном накатывании шлицы образуются пластическим деформированием без снятия стружки. Накатка выполняется роликами, рейками и многороликовыми профильными головками.

Шпоночные лазы в зависимости от ил формы обрабатывают пальцевыми или дисковыми фрезами на фрезерных станках. Для уменьшения погрешности базирования при установке вала в приспособлении с призмами целесообразно их выполнять самоцентри- рующими {самоцентрирующие тиски). Внутреннюю резьбу на валах обычно нарезают машинными метчиками на резьбонарезных, сверлильных, револьверных, а также на агрегатных станках-полуавтоматах и автоматах в зависимости от масштаба производства и имеющегося оборудования. При нарезании глухих резьб для точной остановки движения подачи и вращения метчика применяют самовыключающиеся патроны.

Наружные остроугольные резьбы на валах в зависимости от технических требований, масштаба выпуска и имеющегося оборудования нарезают плашками, резьбонарезными головками, резьбовыми резцами, гребенками и групповыми резьбовыми фрезами.

Для отделочной обработки ответственных поверхностей валов используют различные станки дяя алмазно-абразивной обработки {круглошлифовальные, торцекруглошлифовальные, зубо- и шлицешлифовальные, резьбошлифовальные и др.). Для отделоч- но-упрочняющей обработки используют специальные головки для накатывания и электромеханической обработки.

Автоматические линии для обработки валов применяют как в массовом, так и в крупносерийном производстве, причем, целесообразно их выполнять перенаяаживае- мыми, позволяющими обрабатывать на одной линии несколько типоразмеров валов, например, автоматическая переналаживаемая линия MPJ1-13.

В мелкосерийном и серийном производстве для обработки валов широко используют различные роботизированные комплексы и типовые комплексно-автоматизированные участки типа АС В из оборудования с ЧПУ с применением ЭВМ и гибкие производственные системы.

В состав участков типа АСВ входят токарные полуавтоматы с ЧПУ и сверлильнофрезерные станки, в том числе обрабатывающие центры, охватывающие до 75 - 80 % всей трудоемкости обработки деталей данного типа. С включением в участки шлифовальных и зубообрабатываюших станков с ЧПУ суммарная трудоемкость обработки увеличивается до 90 - 95 %.

Для выполнения доделочных операций в участок встраиваются и универсальные станки. Станки с ЧПУ, рекомендуемые для включения в участки типа АСВ (например, 1П420ПФ30, 172ОПФ30, 1725РФЗ), поставляются с расширенными комплектами режущего и вспомогательного инструмента широкоуниверсального назначения. Комплект оснастки для базирования, закрепления заготовок участков АСВ включает оснастку для токарных и сверлильно-фрезерных работ. Токарные станки рекомендуется оснащать трехкулачковыми механизированными клиновыми патронами-центрами типа ПЗКП. Патроны обеспечивают центрирование заготовок самоцентрирующимися быстроперена- лаживаемыми кулачками (при патронных работах) и самоустановку кулачков по заготовке при обработке ее в центрах. На токарных станках участков АСВ широко используются и торцовые поводковые центры. Для станков сверлильно-фрезерной группы применяют различные системы станочных приспособлений универсального и специального назначения.

В состав участка АСВ, в его типовом исполнении, включены секции: наладки и комплектации инструмента, приема-сдачи и ОТК, сияового питания, автоматического манипулятора {трансманипулятора), удаления и сбора стружки, а также диспетчерское отделение, межстаночный транспортер, вспомогательные средства для транспортировки грузов.

Маршрут изготовления деталей типа тел вращения:

Валов, шпинделей, ходовых винтов

Последовательность изготовления этих деталей имеет общую закономерность:

  1.  обработка торцов и зацентровка;
  2.  черновая обработка наружных поверхностей вращения;
  3.  обработка шлицев;
  4.  обработка шпоночных канавок;
  5.  обработка отверстий;
  6.  обработка резьб;
  7.  термообработка;
  8.  правка центров;
  9.  чистовая обработка наружных поверхностей вращения;
  10.  окончательная обработка шлицев, при необходимости и шпоночных канавок;
  11.  окончательная обработка резьб;
  12.  окончательная обработка основных рабочих поверхностей {для валов - опорных шеек под подшипники, для шпинделей - шеек под подшипники; внутреннего конуса; для ходовых винтов - ходовой резьбы).

Изготовление валов. Маршруты изготовления вала, представленного на рис. 7.3, в зависимости от условий производства, приведены в табл. 7.1 и 7.2.

В условиях мелкосерийного производства в качестве заготовки взят прокат, в крупносерийном производстве - поковка.

Рис. 7.3 Эскиз вала

7.1. Маршрут изготовления вала в условиях мелкосерийного производства

операции

Наименование

Операции

Содержание

операции

Технологическая

база

Техпологивеское оборудование

005

Токарно

винторезная

Подрезать и зацентровать торцы с двух сторон

Цилиндрическая поверхность и торец

Токарновинторезный станок 1603

010

Токарная с ЧПУ

Точить наружную поверхность вала и нарезать резьбу с одной стороны

Центровочные отверстия и торец

Токарный станок с ЧПУ 1К62ПУ

015

Токарная с ЧПУ

Точить наружную поверхность вала и нарезать резьбу с другой стороны

Центровочные отверстия и торец

Токарный станок с ЧПУ 1К62ПУ

020

Зубофрезерная

Фрезеровать шлицы

Центровочные отверстия и торец

Зубо фрезерный станок 5А30П

025

Вертикально-

фрсзерная

Фрезеровать шпоночный паз

Центровочные отверстия и торец

Вертикальнофрезерный станок 6Н104

030

Вертикально-

сверлильная

Сверлить отверстие Ø8

Цилиндрическая поверхность Ø 32 и торец

Вертикальносверлильный станок 2Н125

035

Слесарная

Снять заусенцы и промыть вал

Цилиндрическая

поверхность

Слесарный

верстак

040

Термическая

Закалить вая HRC, 35-40

Торцевая поверхность Ø 62

Термопечь

045

Токарно

винторезная

Править центровочные отверстия

Цилиндрическая

поверхность

Токарновинторезный станок 1603

050

Круглошлифовальная

Шлифовать наружные поверхности вала

Центровочные отверстия и торец

Круглошлифовальный станок 3EI2

055

Плоскошлифоваяьная

Шлифовать шлицы

Центровочные отверстия и торец

Плоскошлифовальный станок ЗБ722

060

Резьбошлифоваяьная

Шлифовать трапецеидальную резьбу

Центровочные отверстия и торец

Резьбо шлифовальный станок 5К881

065

Токарно

винторезная

Полировать поверхности Ø 48h5

Центровочные

отверстия

Токарновинторезный станок 1603

070

Слесарная

Промыть И ОЧИСТИТЬ вал

Моечная ванна

075

Контрольная

Проконтролировать

вал

Центровочные

отверстия

Место

контролера

7.2. Маршрут изготовления вала в условиях крупносерийного производства

операции

Наименование

операции

Содержание

операции

Технологическая база

Технологическое оборудование

005

Фрезерно

центровальная

Фрезеровать и зацентровать торцы с двух сторон

Цилиндрическая поверхность и торец

Фрезер но-центро- валъный полуавтомат МР-37

010

Токарио-

колироваяьная

Обточить наружную поверхность вала с одной стороны

Центровочные отверстия и торец

Токарно-копировальный полуавтомат 1712П

015

Токарно

копировальная

Обточить наружную поверхность вала с другой стороны

Центровочные отверстия и торец

Т окар но-копиро- вальный полуавтомат 1712П

020

Шлицестро-

гальная

Строгать шлицы

Центровочные отверстия и торец

Шлицестрогальный полуавтомат МА-4В

025

Шпоночно-

фрезерная

Фрезеровать шпоночную канавку

Цилиндрическая поверхность Ø34 и торец

Шпоночнофрезерный станок ДФ-96Г

030

Вертикально-

сверлильная

Сверлить отв. Ø 8

Цилиндрическая поверхность Ø32 и торец

Вертикально- сверлильный станок 2Н125

035

Резьботокар-

ная

Нарезать резьбу

Центровочные отверстия

Резьботокарный полуавтомат К738А

040

Слесарная

Снять заусенцы и промыть вая

Цилиндрическая

поверхность

Слесарный

верстак

045

Термическая

Закалить вал HRC335-40

Торцевая поверхность Ø62

Термопечь

050

Центрошлифо-

вальная

Шлифовать центровочные отверстия

Цилиндрическая

поверхность

Центрошлифовальный станок МВ-119

055

Круглошлифо-

вальная

Шлифовать наружные поверхности вала

Центровочные от- верстил и торец

Круглошлифовальный станок ЗБ151П

060

Шлицешлифо-

вальная

Шлифовать шлицы

Центровочные отверстия и торец

Шлицешлифовальный полуавтомат ЗП451

065

Резьбошлифо-

вальная

Шлифовать трапецеидальную резьбу

Центровочные отверстия и торец

Резьбошлифовальный станок 5К881

070

Кругло шлифовальная

Полировать шейки Ø48h5

Центровочные отверстия

Круглошлифовальный станок с двумя полировальными лентами ЗБ151П

075

Слесарная

Промыть и очистить вал

Моечная ванна

080

Контрольная

Проконтролировать

вал

Центровочные отверстия