48367
Технологические основы машиностроения
Конспект
Производство и промышленные технологии
Формы организации технологических процессов механической механичной обработки Основные факторы которые влияют на точность обработки Способы обработки металлов резанием и элементы режима резания О прогрессивных методах обработки
Русский
2013-12-09
2.48 MB
82 чел.
Министерство образования и науки Украины
Севастопольский национальный технический университет
Технологические основы машиностроения
Конспект лекций
для студентов бакалавратури
всех форм учебы
Севастополь
2008
|
[1] ВВЕДЕНИЕ|ввод|. [2] Лекция 1 [3] 1. Тема 1 Основы организации производств [3.0.1] 1.7.1 Формы организации технологических процессов механической|механичной| обработки [3.0.2] 1.7.2 Формы организации технологических процессов сборки|складывания,сдачи| [4] Лекция 2 [5] 2.Тема 2. Основы базирования [6] Лекция 3 [7] 3. ТЕМА 3 ТОЧНОСТЬ И КАЧЕСТВО В МАШИНОСТРОЕНИИ [7.0.1] 3.3.1 Методы достижения точности при механической|механичной| обработке [7.0.2] 3.3.3 Основные факторы, которые влияют на точность обработки [8] Лекция 4 [9] 4. Тема 4 Качество поверхности. Оценки. Методы управления качеством [10] Лекция 5 [11] 5. Тема 5 Основы|основание| проектирования технологических процессов [12] Лекция 6 [13] 6. Тема 6 Проектирование ТП изготовления изделия [14] Список литературы [15] Приложение 1 [16] Тема 7 Машиностроительные производства [17] 7. Лекция 7 [17.0.1] 7.1.1 Структура литейного производства. [17.0.2] 7.2.1 Структура производства. Классификация методов ОМД. [17.0.3] 7.2.2 Основные способы, виды ОМД и их назначение. [17.0.4] 7.2.3 Cравнительный анализ достижимых уровней технико-экономических показателей. [17.0.5] 7.3.1 Технологические процессы получения изделий сваркой [17.0.6] 7.4.1 Основные определения [17.0.7] 7.4.2. Способы обработки металлов резанием и элементы режима резания [17.0.8] 7.4.3 Cравнительный анализ достижимых уровней технико-экономических показателей. [17.0.9] 7.4.4. Режущий инструмент [17.0.10] 7.4.5 Геометрические параметры режущих инструментов [17.0.11] 7.4.6 Классификация металлорежущих станков [18] 8. Лекция 8 [19] Тема 8 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О прогрессивных методах обработки [20] 8.1 ЭЛЕКТРОФИЗИКОХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ОБРАБОТКИ В МАШИНО- И ПРИБОРОСТРОЕНИИ [20.0.1] 8.2.1 ФОРМООБРАЗОВАНИЕ ЗАГОТОВОК И ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОРОШКОВ [20.0.2] 8.3.2 Процессы формообразования деталей из пластмасс [20.0.3] 8.3.3 Сварка пластмасс [20.0.4] 8.3.4 Обработка пластмасс резанием [21] Лекция 9 [22] 9. Тема 9 Факторы риска и охрана труда в машиностроении [22.1] Машина [22.1.0.1] Непоточная сборка [23] Специальные методы [24] Вибрационное обкатывание [25] Специальные [26] методы |
ВВЕДЕНИЕ.
Любая отрасль народного хозяйства, выполняя работы по добыче полезных ископаемых, их переработке или изготовлению необходимой продукции, не может обойтись без машин, механизмов, приборов и другой продукции машиностроения. В связи с особенной важностью этой отрасли во всех развитых странах темпы ее роста всегда были выше темпов роста промышленности в целом.
Историческая справка
Технология (от греческих слов «τεχυη» - мастерство и «λόγός» -слово, знание) - означает буквально - «знание мастерства», или,- знаю как сделать».
Итак, «технология» - это свод знаний о процессе, например, о процессе изготовления изделия, обладающего определенными потребительскими качествами. Технология совершается по определенным правилам и ее могут повторить многие люди владеющие такими знаниями.
Какие же технологии следует считать наиболее древними в истории человечества.
«Древнюю историю и предисторию человечества подразделяют главным образом на четыре эпохи - каменную, медно-каменную (энеолит), бронзовую и железную... названия этих эпох определяет лишь основной для каждой цивилизации материал ...» Это строки из статьи доктора технических наук Ларикова Л.Н., профессора, заслуженного деятеля науки Украины, заведующего отделом института металлофизики Национальной академии наук Украины (см. журнал «Металознавство та обработка металів № 1 1997г., ст. 67-74. Бронза стародавна і сучасна. Л.Н. Лариков»)
Однако эти эпохи отличались также и по основным технологиям.
В железный век основной технологией была обработка металла давлением, а именно, горячая обработка давлением - ковка.
В бронзовый век основной технологией было литье - литье в землю.
В более древние эпохи медно-каменном (энеолите) и каменном (неолите) основными материалами, которые использовал и обрабатывал человек, были камни и природные металлы - свинец, медь, золото и метеоритные металлы.
Какими способами обрабатывал эти материалы древний человек? Ведь литье, как технология появилась в бронзовый век, т.е. значительно позже энеолита и, тем более, неолита.
В раскопках наиболее древних поселений человека находят в основном каменные орудия (наконечники стрел, ножи), изготовленные из кремней или обсидиана (вулканическое стекло). Изготовлены эти наконечники стрел, ножи, топоры, ударами каменных тел друг по другу. Форма предмета получена путем скола отдельных частичек материала. В современных представлениях эта технология может быть отнесена к абразивной обработке резанием. И хотя в результате такой обработки древний человек не всегда получал орудие требуемой формы, однако он действовал целенаправленно, осмысленно и добивался повторения своего результата. Значит это уже была технология! А что касается надежности изготовления предмета требуемой формы, то и сейчас при абразивной обработке резанием не всегда получается то, что хочется. Право на брак и сейчас общепризнано, как неизбежность. Не так уж и далеко мы ушли от своих предков.
А самородные материалы - золото, свинец, медь - в то давнее время обрабатывали, методом ковки - т.е. методом холодной обработки металлов давлением. Что же раньше появилось в человеческой практике - технология абразивной обработки резанием или холодная обработка металлов давлением?
Современная наука не располагает сведениями на этот счет, да и вряд ли приоритет какой-либо технологии будет доказан. Примиримся с версией о равновероятном равенстве обеих технологий. Может кто-то из Вас откроет эту загадку в истории человечества?
Современная история развития технологии, как прикладной науки
Один из выдающихся ученых технологов, профессор Б.С.Балакшин назвал машиностроение главным технологом всех отраслей народного хозяйства. В связи с этим оно должно на базе новейших достижений науки и техники беспрестанно разрабатывать новые технологические процессы, для осуществления которых нужно создавать и выпускать в необходимых количествах орудий производства и машины, которые отвечают своему служебному назначению при наименьшей себестоимости.
Технология машиностроения - отрасль науки, что занимается изучением закономерностей, которые действуют в процессе изготовления машин, с целью использования этих закономерностей для обеспечения качеств машин при наименьшей себестоимости.
Слово "технология" заимствованная из греческого языка (techne - искусство, мастерство; logos - учеба, наука) и в переводе значащая - наука о мастерстве. Развитие технологии машиностроения как науки связано с появлением большой промышленности. Исторический путь развития и усовершенствования технологии машиностроения является темой самостоятельного исследования и может составить целый раздел истории развития человеческого общества. Начало приобретения человеком навыков и знаний по обработке материалов и изготовлению из них изделий можно смело отнести до времен первобытного общества. На протяжении многих веков шло накопление этого опыта. В прошлом технология машиностроения получила наибольшее развитие в мастерских и заводах, где изготовлялись разные виды оружия в количествах больших, чем любые другие изделия. История бережет много уникальных достижений технологии. Практически во всех исторических музеях можно встретить коллекции древнего оружия. Более 400 лет находится в Московском Кремле знаменитая Царь-пушка массой 40 тонн, отлитая Андреем Чеховым в 1587году и Царь-колокол массой 200 тонн, изготовленный знаменитыми литейными Иваном и Михаилом Моториними в первой половине ХV111 века. В 1761 году на Тульском заводе ружей впервые в мире было разработано и внедрено изготовление взаимозаменяемых деталей и их измерение калибрами.
Развитием технологии машиностроения занимались много выдающихся личностей: А.К. Нартов (1693-1756), М.В. Ломоносов (1711-1765) и многие другие. Как правило, это были разносторонне опытные люди. Например, А.К. Нартов - "Петра Великого механик и токарного искусства учитель" не только сам изобретал станки, в том числе и токарный станок с механическим суппортом, машины для монетного двора, механизм для подъема Царя-колокола массой 200 т., но и в 1742-1743 г. руководил Академией наук и искусств. Разнообразие таланта М.В. Ломоносова представлять не следует. Имя этого гения известно всем еще со школьной скамьи.
Накопленный опыт был впервые описан профессором Московского университета И.В. Двигубским, который выпустил в 1807 году книгу "Начальные основания технологии или короткое описание работ на заводах и фабриках выполняемых".
Последующее обобщение опыта и развитие технологии машиностроения связаны с выходом капитального труда профессора И.И.Тиме (в 1838-1920 г.) - "Основы машиностроения, организация машиностроительных фабрик в техническом и экономическом отношении и производство работ на них", что была напечатана в 1885 г. в трех томах. Научный труд профессора А.П. Гавриленко (в 1861-1914 г.) "Технология металлов" долгие годы была основным курсом подготовки нескольких поколений российских инженеров.
И все таки основные достижения технологической науки приходятся на 20 век. Предпосылками этому является бурное развитие промышленности, появление сети проектных институтов, увеличения сети высших и средних специальных заведений, школ ФЗУ, курсов мастеров и рабочих. Одним из главных основоположников науки “Технология машиностроения” является профессор А.П. Соколовский. Его первые научные труды вышли в 1930-1932 г. Приблизительно в это время появляются работы профессоров О.И. Каширина и В.М. Кована, которые обобщили на то время опыт автотракторной промышленности. В 1933 году проф. Б.С. Балакшин публикует результаты своих теоретических исследований по теории размерных цепей, что обеспечило повышение качества и точности изготовления машин. Начало научному анализу причин возникновения погрешностей обработки и сборки положили работы профессоров М.А. Бородачева, К.В. Вотинова, А.А. Зыкова, А.Б. Яхина и других ученых. В 1959 году вышел из печати учебник проф. В. М. Кована "Основы технологии машиностроения", который содержал основные научные положения технологии и методики решения технологических заданий, общих для разных машиностроительных отраслей.
На развитие технологии машиностроения (ТМ) оказывают существенное влияние достижения выдающихся специалистов других смежных наук. К наиболее известным из них нужно отнести следующих выдающихся ученых.
В.И. Дикушин - академик, Герой Социалистического труда, руководитель проекта агрегатирования станков, главный инженер проекта первого автоматизированного завода поршней, директор института ЭНИМС;
Л.Ф. Верещагин - академик, Герой Социалистического труда, руководитель работ, которые привели к созданию в 1960 г. искусственных алмазов;
В.Н. Бакуль - академик, Герой Социалистического труда, руководитель работ по реализации промышленного синтеза алмазов. В Киеве создан институт сверхтвердых материалов им. В.Н. Бакуля.
Е.О. Патон - академик, Герой Социалистического труда, один из творцов Дрезденського вокзала, специалист - мостостроитель. В 60 лет изменяет направление научных интересов и занимается электросваркой. Организатор первого в мире института электросварки в г. Киеве, который в настоящее время носит его имя. В 70 лет изобрел способ сварки под флюсом. В 80 лет (в 1950 г.) руководит проектированием и строительством первого в стране цельносварного моста через Днепр. Мост назван именем Е.О.Патона.
Л.М. Кошкин – академик, автор создания оборудования принципиально нового типа – роторных и роторно-конвеерных линий в которых обработка заготовок проводится в процессе их транспортировки.
А.О. Маталин - д.т.н., проф. – положил начало школе по исследованию технологических средств обеспечения качеств поверхности и изучения их влияния на эксплуатационные характеристики детали.
В.С. Корсаков - д.т.н., проф. - разрабатывал теоретические вопросы проектирования приспособлений, расчета точности технологических процессов, вопроса их автоматизации.
Б.С. Балакшин - д.т.н., проф. - Лауреат Ленинской премии в 1972 году, как уже вспоминалось выше, родоначальник размерного анализа, руководитель работ по адаптивному управлению станками.
С.П. Митрофанов - д.т.н., проф. - Лауреат Ленинской премии в 1957 году, автор идеи групповой формы организации серийного производства как развитие идеи профессора А.П. Соколовского относительно типизации технологических процессов.
Г.К. Горанский - чл. кор. АН БССР - один из первых идеологов создания систем автоматизированного проектирования технологических процессов (САПР ТП).
Этот перечень самых выдающихся ученых в области ТМ можно продолжать. В настоящее время научные исследования в этой сфере проводятся во многих исследовательских и учебных заведениях разных городов Украины, России, а также в других городах и центрах как ближнего, так и дальнего зарубежья.
Лекция 1
1. Тема 1 Основы организации производств
Повышение производительности труда, улучшение качества выпускаемой продукции, совершенствование машин и механизмов, механизация и автоматизация производственных процессов, устранение или снижение уровня экологической нагрузки на окружающую среду, снижение и исключение производственного травматизма все эти задачи являются важнейшими в деле развития технического процесса.
Изучение теории и практики технологических процессов обработки материалов и изготовления продукции машиностроительных отраслей промышленности является непременным условием формирования личности будущего специалиста в области охраны труда, развития инженерной эрудиции для самостоятельного решения сложных задач современного машиностроения.
Для студентов специальности «Автомобили и автомобильное хозяйство» главными задачами при освоении дисциплины следует считать:
- Изучить принципы, правила и приемы организации производственных процессов.
- Изучить принципы выбора оптимальных решений при вероятностном характере
альтернативных вариантов производства продукции. - Ознакомиться с технологическим возможностями различных производств при изготовлении изделий машиностроения.
- Ознакомиться с закономерностями формирования комплекса эксплуатационных
характеристик изделий машиностроительного профиля при использовании
различных технологий их производства.
В результате изучения дисциплины «Технологические основы машиностроения», студент специальности «Автомобили и автомобильное хозяйство» должен:
- Уметь выбрать и обосновать рациональный технологический процесс изготовления изделия заданного назначения.
- Знать принципы и приемы организации технологического процесса для
обеспечения заданного уровня качества изделия и технико-экономических
показателей производства. - Знать принципы и приемы организации безаварийного проведения
технологических процессов изготовления изделий и обеспечение их высокого
качества.
1.1 Структура изложения учебного материала.
Дисциплина «Технологические основы машиностроения» рассматривает организационные принципы, особенности формирования комплекса технико-экономических характеристик изделий по направлениям»:
- Литейное производство
- Обработка материалов давлением
- Обработка материалов резанием
- Сварочное производство
- Порошковая металлургия
- Производство изделий из пластмасс
- Электрофизикохимические методы обработки материалов.
По каждому направлению будут рассмотрены следующие вопросы:
- Структура производства. Назначение и области применения.
2. Сравнительный анализ достижимого уровня технико-экономических
показателей технологий производства.
- Физико-химические и физико-механические основы формирования комплекса
технических и технико-экономических характеристик изделий. - Принципы управления технологическими свойствами материалов и приемы
рациональной организации технологических процессов изготовления изделий. - Факторы риска и особенности охраны труда в технологиях производства.
1.2 Основные понятия и определения
Производство - отрасль машиностроения, в которой изготовление изделий осуществляется на основе единых или подобных физико-химических принципов проведения технологических процессов.
Изделие - продукт машиностроительного производства, обладающий комплексом технических характеристик, обеспечивающих выполнение им требуемого назначения. Понятие изделие включает этапы: заготовка и деталь.
Заготовка - первичный или промежуточный вид изделия, имеющий комплекс технических и технико-экономических характеристик, обеспечивающих возможность дальнейшей обработки для превращения заготовки в деталь.
Деталь - окончательный вид изделия, обладающий комплексом технических характеристик, обеспечивающих функционирование в условиях эксплуатации.
Продукцией машиностроительного производства, как правило, являются машины.
МАШИНА - это механизм или соединение механизмов которые выполняют целесообразные действия для выполнения работы или превращения энергии. В то же время существуют предприятия, которые изготовляют в больших объемах продукцию, которая используется при изготовлении машин, например, завод поршней, шаро- и роликоподшипниковые заводы. И те, и другие виды продукции называют ИЗДЕЛИЯМИ.
В зависимости от назначения изделия разделяются на изделия основного и вспомогательного производства. Изделия основного производства предназначены для реализации в виде товарной продукции, а вспомогательного производства - для потребления внутри предприятия, например, продукция инструментального цеха, нестандартное оборудование, средства механизации и т.п. ГОСТ 2.101-68 устанавливает такие виды изделий: деталь, сборочная единица, комплекс, комплект.
ДЕТАЛЬ - изделие, изготовленное из однородного материала без применения сборочных операций. Детали могут быть подвержены гальваническому или лакокрасочному покрытию.
СБОРОЧНАЯ ЕДИНИЦА - часть изделия, которая собирается отдельно и в дальнейшем принимает участие в сборке как единое целое.
КОМПЛЕКС - два или больше специфицированных изделий, не соединенных на предприятии изготовителе сборочными операциями, но предназначенных для выполнения взаимозависимых эксплуатационных функций. Например, станок с системой числового программного управления (ЧПУ), робототехнический комплекс (РТК), и тому подобное.
КОМПЛЕКТ - два или больше изделий, не соединенные на предприятии сборочными операциями, но являющиеся набором, который имеет общее эксплуатационное назначение вспомогательного характера (комплект ключей, запасные части машин и т.п.).
Технология - организованная последовательность действий и движений,
обеспечивающая определенное взаимодействие параметров и средств для достижения заданных технико-экономических показателей производства, работоспособность средств производства и высокое качество изделия.
Показатель - характеристика цели, заданная качественно и количественно, которая является реакцией на воздействие факторов (параметров), которые определяют поведение технологической системы при изготовлении изделия.
В зависимости от вида и назначения изделия и назначения изделия, характера технологического процесса показатели могут быть весьма разнообразными.
Чтобы ориентироваться в этом многообразии, введем некоторую классификацию (табл.1.1)
Показатели
|
Экономические |
Технико- экономические |
Технико- технологические |
Прочие |
|
Прибыль |
Производительность |
Выход продукта |
Психологические |
|
Себестоимость |
Надежность |
Механические характеристики |
Экологические |
|
Рентабельность |
КПД |
Физические характеристики |
Эстетические |
|
Затраты на эксперимент |
Долговечность |
Геометрические характеристики |
Статистические |
|
Стабильность |
Характеристики точности и качества |
||
|
Медико- биологические характеристики |
|||
|
Экономические |
Технико- экономические |
Технико- технологические |
Прочие |
Таблица 1.1 Классификация показателей
Параметр - характеристика фактора, которая служит для количественного измерения управляемого воздействия на материал и форму изделия со стороны средств технологического процесса.
Средство - материальные элементы технологической системы, функционирование и взаимодействие которых определяет направленные действия и количественный уровень параметров технологического процесса.
Средства подразделяются на агрегаты, системы управления, материалы, используемые для создания изделия и трудовые ресурсы (персонал).
Примечание. В зависимости от вида технологического процесса параметр и средства могут быть разнообразными. Классификация параметров средств и их специализация будут рассмотрены в соответствующих разделах дисциплины по типам производства.
В ряду технико-технологических показателей отдельное место занимают так называемые технологические и эксплуатационные свойства.
Технологические свойства (Т.С.) - способность материала изделия поддаваться различным видам обработки в рамках технологического процесса. Понятие имеет комплексный характер, определяемый совокупностью фундаментальных свойств материала, суперпозиция которых определяет количественную величину показателя (Т.С.) в условиях специальных технологических испытаний. Примеры технологических свойств - литейные свойства, свариваемость, ковкость, обрабатываемость резанием и др.
Эксплуатационные свойства (Э.С.) - способность изделия функционировать в условиях эксплуатации в соответствии с техническими требованиями, определяемыми назначением изделия или машины. Понятие имеет комплексный характер, определяемый совокупностью технологических характеристик материала и особенностей формы изделия. Количественный показатель Э.С. определяется в условиях натурных испытаний машины или механизма. Примеры Э.С. – износостойкость, жаростойкость, коррозионная стойкость и др.
В гибких производственных системах (ГПС) к Т.С. и Э.С. предъявляются особые требования, которые позволяют вести комплексный технологический процесс в заданном ритме на всех стадиях изготовления изделия или эксплуатации, соблюдая его высокое качество.
1.3 Основы организации, виды и типы производств
Все машиностроительные предприятия характеризуются видом и типом производства.
- ВИД ПРОИЗВОДСТВА - классификационная характеристика, которая выделяется по методам изготовления изделий. Например: литейное, кузнечно-прессовое, сварочное, механосборочное, термическое производство.
- ТИП ПРОИЗВОДСТВА - классификационная характеристика производства, которая выделяется по признакам широты номенклатуры, регулярности, стабильности и объема выпуска изделий. В машиностроении различают единичное, серийное и массовое производство.
- ОБЪЕМ ВЫПУСКА - количество изделий определенного наименования, типоразмера и выполнения, изготовленных или отремонтированных предприятием на протяжении планируемого интервала времени.
Рассмотрим основные характеристики типов производств.
Единичное производство характеризуется широкой номенклатурой изделий, которые изготовляются или ремонтируются, и малым объемом выпуска.
Характерным признаком единичного производства является выполнение на рабочих местах технологических операций без их периодического повторения. Оборудование применяется универсальное, приспособление, в основном, универсальные (3-х кулачковые патроны, тиски и т. др.) кроме случаев, когда без специальной оснастки операцию выполнить невозможно. Измерительный и резательный инструменты универсальны. Оборудование размещается в цехе по типам (участок токарных станков, фрезеровальных...). Используются рабочие высокой квалификации.
Серийное производство - это производство с более стабильной номенклатурой изделий, которые выпускаются повторяемыми партиями, размер которых и разделяет этот тип производства на мелкосерийное, среднесерийное и крупносерийное. В серийном производстве применяется более многообразное оборудование от станков с ЧПК в мелко и среднесерийном, к специализированным и агрегатным станкам в крупносерийном. Приспособление – универсальные, универсально сборочные приспособления (УСП), или переналаживаемые. Эффективно применение групповой обработки с организацией предметно замкнутых участков для изготовления деталей определенной группы. Оборудование на таких участках располагается в порядке выполнения технологических операций. Применяемый режущий инструмент от универсального (сверла, резцы) к специальному (сверло-зенкер и т. др.), измерительный инструмент как универсальный (шкальный) так и предельные калибры и контрольно-измерительные приспособления (КИП). Рабочие - средней квалификации. Иногда предметно-замкнутые участки организуются по принципу переменно-поточных линий, на которых организуется в необходимой для производства последовательности обработка конструктивно подобных деталей.
Массовое производство - характеризуется постоянным изготовлением изделий в больших количествах длительное время. Объем выпуска в массовом производстве позволяет проводить специализацию рабочих мест на выполнение одной операции. Оборудование располагается согласно с последовательностью операций технологического процесса. Станки применяются специализированные, специальные, автоматические линии и т.п. Приспособления в основном специальные (созданные для конкретной детале-операции), режущий инструмент - специальный, комбинированный, специальные многоинструментальное налаживание, но иногда и универсальный. Измерительный инструмент - предельные калибры, КИП. Широко применяется механизация и автоматизация транспортировки заготовок (конвееры, склоны, склизы, и тому подобное), требования к квалификации нападающих высокие, а к рабочим-станочникам низкие. Одной из характеристик массового производства является такт выпуска (t в) - промежуток времени между запуском в производство или выпуском двух следующих один за одним изделий. Такт определяется по формуле:
60 Фд * n
t в = ----------- (мин.),
N
где Фд - действительный годовой фонд времени работы оборудования в одно изменение, в часах (2015 часов.);
N - объем выпуска изделий, шт.;
n - количество изменений работы оборудования за сутки;
60 – коэффициент перевода часов в минуты.
Как правило, в массовом производстве организуются поточные линии, которые могут быть:
- непрерывно-поточные - (заготовка перемещается от одного станка к другому без межоперационного пролеживания. Операции между собой по времени синхронизированы - уровни по длительности или кратные такту);
- прямоточные - (операции выполняются в порядке технологического процесса, но их длительность не синхронизирована. Потому на отдельных рабочих местах образуют межоперационные заделы).
Как первые, так и вторые поточные линии могут быть однономенклатурными и многономенклатурными (с изготовлением нескольких изделий в определенной последовательности).
1.4 Техническая и технологическая подготовка производства
Техническая подготовка производства это комплекс мероприятий, направленных на разработку и подготовку к выпуску нового изделия. В общем случае она включает в себя научную (НПП), конструкторскую (КПП), технологическую (ТПП) и организационную (ОПП) подготовки производства (см. рисунок 1.1).
НПП направлена на проведение исследований относительно выявления возможности применения в новом изделии новейших достижений фундаментальных наук
( физики, химии и т. др.), а также разработка новых принципов функционирования разных машин.
КПП ставит своей целью разработку всей конструкторской документации включая чертеж сборочных единиц и деталей, всевозможные инструкции из изготовления, эксплуатации и ремонта машины и потому подобные документы.
ТПП это комплекс мероприятий по подготовке производства к выпуску или ремонту новой продукции. Основными функциями ТПП являются отработки изделий на технологичность, проектирование технологических процессов, разработка и изготовление средств технологической оснастки, организация всей технологической подготовки.
ОПП включает работы по планированию производства, обеспечения его материалами, которые комплектуют изделия, и тому подобное.
1.5 Производственный и технологический процессы
Для изготовления машины, которая отвечает своему служебному назначению и техническим требованиям, в условиях предприятия необходимо выполнить комплекс работ по превращению материала для исходных заготовок в готовые детали, сборочные единицы, а из них в готовые машины, сделать их испытание и другие работы, вплоть до отгрузки потребителям. Весь комплекс этих действий носит понятие производственного процесса.
ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ПРОЦЕСС - это совокупность всех действий людей и орудий труда, необходимых на данном предприятии для изготовления или ремонта изделий (ДСТУ 14003-95). Производственный процесс содержит в себе разные технологические процессы (ТП): заготовительные (ковки, литья и т. др.) и другие работы. Следовательно, производственный процесс понятия более широкое, чем технологический процесс (см. рисунок 1.2) Определения основных частей технологических процессов установлены согласно ДСТУ 3.1109-95.
Рисунок 1.2 - Структура производственного процесса
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС – законченная часть производственного процесса, содержащий целеустремленные действия по изменению или определению состояния предмета труда. В общем случае технологический процесс состоит из таких элементов: операции, установы, позиции, переходы, ходы и приемы (см. рисунок 1.6).
ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОПЕРАЦИЯ - часть технологического процесса, выполняемая на одном рабочем месте. Операции нумеруют через 5, например, 005, 010 ...
УСТАНОВ - часть технологической операции, выполняемая при неизменном закреплении заготовки или сборочной единицы, что складывается. В документации отражаются прописными буквами А, Б... , например (см. рисунок 1.3).:
Установ А Установ Б Рисунок 1.3 – Обозначение установов
Рисунок-1.4-Структура технологического процесса
- ПОЗИЦИЯ - фиксированное положение, которое занимает неизменно закрепленная заготовка или сборочная единица, во время обработки или сборки, вместе с приспособлением относительно инструмента или неподвижной части оборудования при выполнении части операции. Помечают позиции римскими цифрами I, II, ...
При использовании многошпиндельного оборудования при двухиндексной схеме
( поворот стола не на одно соседнее положение, а через одно: с 1 на 111 и так далее) появляется возможность на одной операции реализовать в рамках четных позиций установ А, а в рамках нечетных – установ Б (рисунок 1.5). При этом, приспособление для закрепления заготовок на установах А и Б могут быть разными.
- ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПЕРЕХОД - законченная часть технологической операции, которая характеризуется применением одних средств технологической оснастки при постоянных технологических режимах и установке.
Установ А - Позиции I, III, V VI1;
Установ Б- Позиции II, IV VI,VIII
Рисунок - 1.5 - Схема двухиндексной обработки
- ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЙ ПЕРЕХОД - законченная часть технологической операции, которая состоит из действий человека (или) оборудования, которые не сопровождаются изменениями свойств предметов труда, но необходимых для выполнения технологического перехода.
Тексты переходов, правила их записи в технологической документации регламентированы ДСТУ 3.1702-95 "Правила записи операций и переходов. Обработка резанием". При этом возможны полная и сокращенная записи текстов переходов. Обе этих формы записи допускают наличие операционного эскизу на котором нанесенные размеры, которые необходимо выдержать, шероховатость поверхностей и другие требования. При полной записи этим размерам присваивают номера, а при сокращенной записи нумеруют поверхности, которые подлежат обработке.
Например (см. рисунок 1.5):
1. Установить, закрепить, снять заготовку.
2. Точить поверхность, выдерживая размеры 1 и 2 (полная запись).
3. Подрезать торец 3 (сокращенная запись).
- РАБОЧИЙ ХОД - законченная часть технологического перехода, которая состоит из однократного перемещения инструмента относительно заготовки, и сопровождается изменением формы, размеров, качеств поверхности и свойств заготовки (рисунок 1.6).
Рисунок 1.6 - Операционный эскиз
- ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЙ ХОД - законченная часть технологического перехода, состоящая из однократного перемещения инструмента относительно заготовки, которая не сопровождается изменением формы, размеров, качеств поверхности и свойств заготовки, но необходимая для подготовки рабочего хода (рисунок 1.7).
- ПРИЕМ - законченная совокупность действий человека, применяемых при выполнении перехода или его части и объединенных одним целевым назначением (взять заготовку, установить в приспособление, включить станок и т.п.).
где РХ – рабочий ход, ВХ – вспомогательный ход
Рисунок 1.7 - Примеры разных ходов
1.6 Классификация технологических процессов. Формы технологической документации
В зависимости от условий производства и назначения технологического процесса (ТП), можно выделить ТП для изготовления одного или нескольких изделий. В связи с этим, по назначению можно выделить единичный и унифицированный (типичный или групповой) технологические процессы.
ЕДИНИЧНЫЙ - это ТП изготовления или ремонта изделия одного наименования, типоразмера и выполнение независимо от типа производства.
ТИПИЧНЫЙ - это ТП изготовления группы изделий, для которых содержание и последовательность большинства технологических операций и переходов совпадают. Они применяются как информационная база для разработки единичных ТП, а также стандартов на типе ТП. Автором идеи типизации технологии был профессор А.П. Соколовский.
Типизация ТП базируется на классификации деталей по признакам общности конфигурации и сходства технологических процессов. Проф. А.П. Соколовский выделял следующие классы деталей (для примера) : валы, оси, втулки, диски, плиты, станины, рамы и и. тп.. Типизация ТП позволяет обобщить существующие передовые ТП, распространять опыт внедрения прогрессивной оснастки, инструмента и внедрена на многих предприятиях.
ГРУППОВОЙ - это ТП изготовления группы изделий с разными конструктивными, но общими технологическими признаками. Автор групповой технологии проф. С.П. Митрофанов. Групповая технология является развитием идей типизации и ставит своим заданием такое построение технологии изготовления или сборки изделий, при которой резко снижаются расходы времени на переналадку оборудования. В основе групповой технологии также лежит классификация изделий и комплектование групп. Но конструктивное подобие изделий при этом является вторичным признаком. При групповой технологии технологический процесс проектируется на комплексную деталь, которая есть либо реально существующей наиболее сложной деталью группы, либо искусственно создается как деталь, содержащая все поверхности отдельных деталей группы, например
( см. рисунок 1.8). Комплексная деталь – А.
Разработанный для комплексной детали ТП есть, как правило, избыточным для конкретных деталей, потому что может содержать технологические операции и переходы для обработки отсутствующих у нее поверхностей. На основе группового ТП разрабатывают единичные технологические процессы путем исключения из группового лишних операций и переходов, уточняя технологическую оснастку. На этом принципе построено одно из направлений САПР ТП - проектирование единичных технологических процессов на основе унифицированного.
Рисунок 1.8 – Схема формирования комплексной детали
По уровню достижений науки и техники ТП можно разделить на рабочие и перспективные.
РАБОЧИЙ - это ТП выполняемый по рабочей документации, которая отражает возможности конкретного производства.
ПЕРСПЕКТИВНЫЙ - это ТП, который отвечает новым техническим решениям, которые вполне или частично еще могут быть внедрены на предприятии ( новые станки, способы обработки, оснастки и др.).
ВРЕМЕННЫЙ - это ТП, применяемый на предприятии на протяжении ограниченного периода через ремонт оборудования, оснастки или в связи с аварией.
КОМПЛЕКСНЫЙ - это ТП, который содержит не только технологические операции, но и операции перемещения, контроля, очистки заготовок и т.п.
Все перечисленные выше технологические процессы могут быть разработаны с разной степенью детализации технических решений. В зависимости от этого технологические процессы записывают на разных формах бланков технологической документации. Наиболее распространенными из них являются: маршрутные карты (МК), карты технологического процесса (КТП), операционные карты (ОК), карты эскизов (КЭ).
Соответственно с ГОСТ 3.1109-82 могут быть выполненные следующие виды описания технологических процессов:
МАРШРУТНОЕ ОПИСАНИЕ технологического процесса представляет собой сокращенное описание на бланках МК всех технологических операций в последовательности их выполнения без указания переходов и технологических режимов. При этом указываются номера и наименования операций, применяемое оборудование, разряд работы, норма времени на выполнение операции. Применяется как самостоятельный документ в единичном, мелкосерийном и опытных производствах.
МАРШРУТНО-ОПЕРАЦИОННОЕ описание технологического процесса допускает как и маршрутное - сокращенное описание всех операций в последовательности их выполнения. Но при этом наиболее сложные операции описывают применительно к уровню описания переходов с указанием получаемых размеров и режимов обработки. Такое описание выполняется на бланках КТП или МК. Для описанных на уровне переходов операций оформляют карты эскизов на бланках КЭ. Такое описание применяется в единичном, мелкосерийном, среднесерийном и даже в опытном производстве для сложных деталей.
КАРТЫ ЭСКИЗОВ – технологический документ, на котором изображают заготовку в положении обработки на данной операции, проставляют условными обозначениями схему ее базирования с указанием формы установочных элементов приспособления и количеством лишенных при этом степеней свободы, а также получаемые на данной операции размеры с допусками, шероховатость поверхностей и другие технические требования.
ОПЕРАЦИОННОЕ описание технологического процесса содержит описание всех технологических операций на уровне переходов с указанием применяемой оснастки (приспособления, режущих, вспомогательных и измерительных инструментов), а также режимов обработки, основное, вспомогательное и штучное времена. Выполняется на бланках ОК. Операционное описание технологических процессов всегда дополняется маршрутным описанием и картами эскизов. Применяется в серийном и массовом производствах, а для особо сложных деталей и в более мелких типах производства.
1.7 Формы и принципы организации технологических процессов механической обработки и сборки
1.7.1 Формы организации технологических процессов механической обработки
Формы и принципы организации технологических процессов механической обработки и составления в значительной степени зависят от типа производства. Например, в условиях единичного и мелкосерийного производства в механических цехах оборудования размещают по видам работ – участок токарных, фрезерных станков, слесарный участок и так далее.
В условиях среднесерийного производства применяют групповую форму организации. Ее сущность заключается в организации предметно-замкнутых участков для изготовления группы конструктивно и технологически подобных деталей. Оборудование на таких участках установлено в порядке выполнения технологических операций в соответствии с групповым технологическим процессом. Такой участок постоянно настроен на изготовление любой детали группы. Число деталей в группе может достигать десятков и даже сотен наименований, что позволяет резко сократить время переналадки оборудования и применить в условиях среднесерийного производства более производительное оборудование. Принципы организации такого производства разработаны проф. С.П. Митрофановим и изложенные в его многочисленных монографиях и методических рекомендациях.
Как правило, в крупносерийном и массовом производствах организуются поточные линии на который оборудование установленное в последовательности выполнения технологических операций. Такие линии могут быть:
- непрерывно-поточные (заготовка перемещается от одного станка к другому без границ операционного пролеживания. Операции по времени синхронизированы - уровни по длительности или кратные такту). В случае, когда длительность операции кратная такту, но превышает его, для ее выполнения предусматривают не одно, а несколько рабочих мест.
- прямоточные (операции выполняются в порядке технологического процесса, но их длительность не синхронизирована. Потому на отдельных рабочих местах образуют между операционные заделы).
Как первые, так и вторые поточные линии могут быть однономенклатурными и много номенклатурными (с последовательным изготовлением нескольких изделий).
1.7.2 Формы организации технологических процессов сборки
На выбор формы организации технологического процесса сборки влияет не только тип производства, но и сложность технологической схемы сборки, схема членения изделия, его размеры. На первом уровне классификации можно выделить следующие три организационных формы сборки (рисунок 1.9):
Рисунок 1.9 - Организационные формы сборки
В свою очередь непоточная сборка может быть (рисунок 1.10):
Рисунок 1.10 - Виды непоточной сборки
Непоточная стационарная сборка характеризуется тем, что изделие, которое собирают, остается в течение всего процесса сборки на одном рабочем месте с установкой базовой детали на стенде или просто на полу. Все необходимые для сборки детали, сборочные единицы и комплектующие изделия поступают на это рабочее место.
Этот вид сборки может выполняться без расчленения сборочных работ, когда вся сборка делается одним рабочим или бригадой от начала до конца, то есть имеет место общая сборка. Если сборку осуществляет бригада, то закрепление отдельных сборочных переходов за рабочими осуществляет бригадир. Такая сборка применяется в единичном и мелкосерийном производствах при сборке мелких изделий (одним рабочим), а также в единичном при сборке средних и больших изделий бригадой.
Непоточная стационарная сборка с расчленением сборочных работ предусматривает наличие кроме общей еще и узловой сборки. При этом сборочные единицы 1, 2 и так далее порядков собирают параллельно разные сборщики или бригады. Такой вид сборки целесообразный для сборки средних и больших изделий в мелкосерийном производстве.
Непоточная подвижная сборка характеризуется последовательным перемещением изделия, что собирают, от одного рабочего места к другому. Технологический процесс при этом разбивается на операции, которые выполняются одним рабочим или небольшой бригадой.
Перемещение изделия может быть свободным, когда в меру окончания выполнения операции оно перемещается на следующее рабочее место вручную или с помощью подъемно-транспортных механизмов.
Сборка с принудительным перемещением изделия, которое собирается, предусматривает его перемещение с помощью конвеєра или тележек, замкнутой транспортной системой с приводной цепью. Непоточная подвижная сборка целесообразна в серийном производстве при увеличении серии ближе к среднесерийному типу.
Поточная сборка, а она всегда предусматривает расчленение сборочных работ, может быть реализована в таких вариантах (рисунок 1.11):
Поточная стационарная сборка применяется при сборке больших и громоздких изделий, например, тяжелых станков, судовых дизелей, самолетов и потому подобных. При этом виде сборки все изделия, которые собирают, находятся на одном месте неподвижно, а рабочие или бригады одновременно переходят от одного объекта, что собирают, до следующего через периоды времени, равные такту. Каждый рабочий или бригада на каждом из объектов, которые собирают, выполняют ту же операцию. Границы применения - среднесерийное производство больших изделий.
Поточная подвижная сборка становится целесообразной в условиях крупносерийного и массового производства. Как правило, длительность сборочных операций равняется или кратная такту. При этом на более длительных операциях параллельно работают несколько сборщиков.
Рисунок 1.11 – Виды поточной сборки
Поточная сборка может быть организована со свободным или с принудительным перемещением объекта. В первом случае рабочий передает изделие, которое собирают, на следующую операцию в меру выполнения собственного объема работ, а во втором - момент перемещения изделия определяется сигналом ( световым или звуковым) после чего начинается принудительное периодическое перемещение конвеєра. В некоторых случаях конвеєр двигается беспрестанно со скоростью, что позволяет выполнить объем работ, предусмотренный на операцию, за время прохождения об"єкта сборки мимо зоны рабочего места.
Таким образом межоперационное перемещение изделия, которое собирают, осуществляется:
- вручную или с помощью тележек, наклонного лотка или рольганга;
- с помощью конвеєра с периодическим перемещением, в период остановки которого делается выполнение сборочных операций;
- с помощью конвеера, который беспрестанно двигается, со скоростью, обеспечивающей возможность выполнения сборочных операций (скорость движения такого конвеера 0,25-3,5 м/мин).
Рассмотренные выше организационные формы сборки можно свести в таблицу
( таблица 1.2).
Таблица 1.2 – Организационные формы сборки
|
Признаки, которые определяют форму организации сборки |
Тип производства |
|||||||||||||||
|
Единич- ный |
Мелко серийный |
Средне серийный |
Крупно серийный |
Массовый |
||||||||||||
|
Размер изделий |
мелкие |
+ |
+ |
+ |
+ |
|
+ |
|||||||||
|
средние |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
|||||||||||
|
большие |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
|||||||||||
|
Поточная сборка |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
||||||||||
|
Непоточная сборка |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
|||||||
|
Стационарная сборка |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
||||||
|
Подвижная сборка |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
||||||||
|
Без расчленения сборочных работ |
+ |
+ |
+ |
+ |
|
|||||||||||
|
С расчленением сборочных работ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
|||
|
Со свободным перемещением об"єкта сборки |
+ |
+ |
||||||||||||||
|
С принудительным перемещением об"єкта сборки |
+ |
+ |
+ |
+ |
||||||||||||
|
Перемещение бригад сборщиков |
+ |
+ |
+ |
|||||||||||||
1.8 Построение технологической схемы сборки.
В технологии механосборочного производства сборочные единицы (СЕ) часто называют УЗЛАМИ или ПОДУЗЛАМИ. Каждая машина (как конечное изделие производства) может быть расчленена на более мелкие изделия - сборочные единицы и детали. Тогда ее структурная схема может быть дана в следующем виде (см. рисунок 1.12):
Рисунок 1.12 - Схема членения и сборки машины
Детали могут непосредственно входить в изделие на любом уровне членения.
Закономерное членение машины на узлы разных порядков позволяет правильно организовать процесс сборки, определить очередность запуска отдельных деталей в производство, то есть рационально организовать изготовление машины. При этом узлы могут собираться параллельно во времени, что повышает производительность труда.
На основании схемы членения изделия разрабатывается технологическая схема сборки. Она представляет собой графическое изображение последовательности соединения деталей и сборочных единиц по превращению базовой детали в готовое изделие. В общем, виде схема сборки показана на рисунке 1.13.
Детали
Сборочные единицы
Рисунок 1.13 - Пример оформления технологической схемы сборки
При изображении схемы сборки детали изображают над средней линией, а сборочные единицы под ней. При этом сборочные единицы 1 порядка (те, что входят непосредственно в машину) могут быть представлены своими схемами сборки.
Рекомендуется следующее заполнение граф, которые помечают детали и сборочные единицы (рисунок 1.14).
Рисунок 1.14- Заполнение граф элемента схемы сборки
Иногда, в точках присоединения элементов изделия указывают способ соединения: спаять, свинтить, зашплинтовать и т.п. Технологическая схема сборки является исходной информацией для проектирования технологического процесса сборки.
Вопросы для самопроверки
1.Значение технологии машиностроения для развития общества.
2.Назовите ведущих ученых в отрасли технологии машиностроения и их вклад в развитие этой науки.
3. Виды изделий.
4. Производственной процесс, технологический процесс и их структуры.
5. Техническая подготовка производства.
6.Виды технологических процессов.
7.Сущность типизации и группового метода обработки.
8. Методы и формы организации технологических процессов механической обработки в разных типах производства. Такт выпуска изделий.
9. Методы и формы организации технологических процессов сборки в разных типах производства.
Лекция 2
2.Тема 2. Основы базирования
2.1 Классификация поверхностей
Все множество поверхностей деталей сводиться к трем видам:
- исполнительные;
- базовые;
- свободные.
ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ - поверхности, с помощью которых изделие выполняет свое служебное назначение непосредственно (поверхность шкива, что сталкивается с приводным ремнем, поверхность рези в винтовых механизмах, рабочая поверхность зубов колес, поверхности лопаток, которые взаимодействуют с рабочей средой в твердом, жидком, газообразном состояниях, поверхности отражателей световых, тепловых и других потоков).
БАЗОВЫЕ - поверхности, с помощью которых определяется положение данного изделия в изделии высшего уровня или положения других изделий, которые присоединяются к нему.
СВОБОДНЫЕ - поверхности, которые не сталкиваются с поверхностями других изделий, но определяют габариты, массу, жесткость и другие параметры деталей. Эти поверхности могут подлежать обработке, а могут не обрабатываться, то есть оставаться в состоянии исходной заготовки.
Все эти поверхности образуют множество поверхностей, которые соединяются и не соединяются. Первые выполняют определенные функции исполнительных или базовых, вторые – свободных.
2.2 Теоретические основы базирования
При сборке элементов машины, необходимо обеспечить правильное расположение деталей и узлов в сборочных единицах, а при обработке заготовок их необходимо правильно ориентировать относительно элементов станка. Задание взаимного ориентирования изделий в сборочных единицах и заготовок при обработке решается их базированием.
БАЗИРОВАНИЕ - предоставление заготовке или изделию необходимого положения относительно избранной системы координат (ДСТУ 21495 – 95).
При механической обработке заготовок на станках базированиям принято считать придание заготовке необходимого положения относительно элементов станка. Фиксация положения, достигнутого при базировании, осуществляется закреплением заготовок. В связи с этим при установке заготовок перед обработкой решаются две задачи: базирование и закрепление.
Известно, что любое материальное тело в трехмерном пространстве имеет шесть степеней свободы – три перемещения вдоль координатных осей и три вращения вокруг этих осей. При базировании на тело налагается некоторое число позиционных связей (ограничивают перемещений и вращения), которые лишают его определенных степеней свободы. Таким образом определяется числовое значение положения по соответствующей координате. В реальных условиях базирования позиционные связи замещаются контактом соответствующих поверхностей или опорных точек заготовки и приспособления. Число опорных точек заготовки должно быть равным числу замененных ими позиционных связей. При этом под опорной точкой имеется в виду идеальная точка контакта, что лишает заготовку одной степени свободы.
Рассмотрим теоретические схемы базирования заготовок различных форм.
Теоретическая схема базирования параллелепипеда.
Она моделирует схемы базирования заготовок типа корпусов, плит и им подобных деталей. Теоретическая схема приведена на рисунке 2.1.
Рисунок 2.1 - Схема базирования призматических заготовок
Соответствующая этой схеме таблица соответствий и матрица связей показаны
ниже.
Таблица соответствий
|
Связи |
Степени свободы (см. рисунок 2.1) |
|
1,2,3 |
III,IV,V |
|
4,5 |
I,VI |
|
6 |
II |
Матрица связей
|
Х |
Y |
Z |
||
|
L |
0 |
0 |
1 |
Установочная база |
|
α |
1 |
1 |
0 |
|
|
L |
1 |
0 |
0 |
Направляющая база |
|
α |
0 |
0 |
1 |
|
|
L |
0 |
1 |
0 |
Опорная база |
|
α |
0 |
0 |
0 |
В таблице соответствий указываются степени свободы (I-VI), от которых избавляются при наложении определенных связей (1 – 6).
В матрице связей "1" помечает, что данная база определяет положение изделия по линейной (L) или угловой координате (α) в соответствующей координатной системе и "0" в противном случае.
Теоретическая схема базирования длинных цилиндров показана на рисунке 2.2. Она моделирует базирование заготовок при установке с использованием длинных цилиндрических поверхностей, торцов и радиальных элементов в приспособлениях с установочными элементами типа призм.
Рисунок 2.2 - Схема базирования длинных цилиндров
Ниже представлены соответствующие этой схеме таблица соответствий и матрица связей. Индексация степеней свободы приведена на рисунке 2.2.
Таблица соответствий
|
Связи |
Степени свободы |
|
1,2,3,4 |
I,III,IV,VI |
|
5 |
II |
|
6 |
V |
Матрица связей
|
Х |
Y |
Z |
||
|
L |
1 |
0 |
1 |
Двойная направляющая база |
|
α |
1 |
0 |
1 |
|
|
L |
0 |
1 |
0 |
Опорная база |
|
α |
0 |
0 |
0 |
|
|
L |
0 |
0 |
0 |
Опорная база |
|
α |
0 |
1 |
0 |
Теоретическая схема базирования заготовок типа шар показана на
рисунке 2.3. Индексация степеней свободы приведена на рисунке 2.3.
Рисунок 2.3 - Схема базирования дисков
Таблица соответствий
|
Связи |
Степени свободы |
|
1 |
I |
|
2 |
II |
|
3 |
III |
Матрица связей
|
Х |
Y |
Z |
||
|
L |
0 |
0 |
1 |
Опорная база |
|
α |
0 |
0 |
0 |
|
|
L |
1 |
0 |
0 |
Опорная база |
|
α |
0 |
0 |
0 |
|
|
L |
0 |
1 |
0 |
Опорная база |
|
α |
0 |
0 |
0 |
Теоретическая схема базирования заготовок типа дисков показана на
рисунке 2.4. Индексация степеней свободы приведена на рисунке 2.4.
Рисунок 2.4 - Схема базирования дисков
Таблица соответствий
|
Связи |
Степени свободы |
|
1,2,3 |
II,IV,VI |
|
4,5 |
III,I |
|
6 |
V |
Матрица связей
|
Х |
Y |
Z |
||
|
L |
0 |
1 |
0 |
Установочнаябаза |
|
α |
1 |
0 |
1 |
|
|
L |
1 |
0 |
1 |
Двойная опорная база |
|
α |
0 |
0 |
0 |
|
|
L |
0 |
0 |
0 |
Опорная база |
|
α |
0 |
1 |
0 |
Нужно отметить, что для тел вращения лишение заготовки шестой степени свободы необходимо лишь в случаях наличия угловых координирующих размеров для поверхностей, которые обрабатывают на разных операциях, (например, при сверлении отверстия в заготовке, показанной на рисунке 2.4а ее достаточно лишить 5 степеней свободы (неполное базирование), а заготовку, показанную на рисунке 2.4б, необходимо дополнительно ориентировать относительно ранее изготовленного радиального паза и таким способом лишить еще одной – шестой степени свободы (полное базирование).
Рисунок 2.4 - Пример полного и упрощенного базирования
Правило 6 точек. Для полного базирования заготовки в приспособлении необходимо и достаточно создать в нем шесть опорных точек, расположенных определенным образом относительно базовых поверхностей заготовки.
2.3 Классификация баз и примеры их реализации
БАЗА - поверхность или выполняющие ту же функцию соединения поверхностей, ось, точка, которые принадлежат заготовке или изделию и используются для базирования.
Базы классифицируются по следующим признакам:
А. По назначению:
- конструкторские (основные и вспомогательные);
- технологические;
- измерительные.
Б. По числу степеней свободы, которые лишают изделие (таблица 2.1)
Установочная БАЗА (УБ) – лишает изделие 3-х степеней свободы, представленная всегда плоскостью. За установочную базу рекомендуется принимать поверхность изделия, которая имеет наибольшую площадь.
НАПРАВЛЯЮЩАЯ БАЗА (НБ) – лишает изделие 2-х степеней свободы, представленная всегда плоскостью. За направляющую базу рекомендуется принимать поверхность, которая имеет наибольшую длину ( для максимального разнесения опорных точек).
ОПОРНАЯ БАЗА (ОБ) - лишает изделие 1-й степени свободы. Представленная либо плоскостью, либо, как особенный случай, цилиндрическом срезанным пальцем.
ДВОЙНАЯ НАПРАВЛЯЮЩАЯ БАЗА (ДНБ) – лишает изделие 4-х степеней свободы. Представленная длинной (L > D) внешней или внутренней цилиндрической поверхностью ( рисунок 2.5). Иногда ДНБ может быть реализована с помощью двух разнесенных в пространстве коротких цилиндрических поверхностей.
ДВОЙНАЯ ОПОРНАЯ БАЗА (ДОБ) – лишает изделие 2-х степеней свободы. Представленная короткой (L < D) внешней или внутренней цилиндрической поверхностью.
В. По характеру проявления (см. рисунок 2.5):
- явные (в виде реальных поверхностей, розметочних черточек или точек).
- мнимые ( в виде воображаемой плоскости, оси симметрии, и тому подобное).
Таблица 2.1- Характеристики баз по числу степеней свободы, которые они лишают
|
Наименование базы |
Степени вольности, которые избавляются |
Вид поверхности, что реализует базу |
|
Установочная (УБ) |
3 (1 перем., 2 оборот.) |
Плоскость |
|
Направляющая (НБ) |
2 (1 перем., 1 оборот) |
Плоскость |
|
Опорная (ОБ) |
1 (1 перем. или 1 оборот.) |
Плоскость, срезаный палец |
|
Двойная направляющая (ДНБ) |
4 (2 перем., 2 оборот.) |
Длинный цилиндр |
|
Двойная опорная (ДОБ) |
2 (2перем.) |
Короткий цилиндр |
|
Опорно-центрирующая (ОЦБ) |
3 (3 перем.) |
Левое центровое гнездо в вала |
|
Опорно-двойная направляющая (ОДНБ) |
5 (3 перем., 2 оборот..) |
Длинный конус (Морзе) |
Рисунок 2.5 - Базы явные и мнимые
- ОСНОВНАЯ КОНСТРУКТОРСКАЯ БАЗА (ОКБ) используется для определения положения самой детали или сборочных единиц в изделии (рисунок 2.6).
- ВСПОМОГАТЕЛЬНАЯ КОНСТРУКТОРСКАЯ БАЗА (ВКБ) используется для определения положения деталей, или сборочных единиц, которые присоединяются к данному изделию (рисунок 2.6).
Рисунок 2.6 - Основные и вспомогательные конструкторские базы
Рисунок 2.7 - Технологические базы
- ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ БАЗА (ТБ) - база, которая используется для определения положения заготовки или изделия при изготовлении, сборке или ремонте ( рисунок 2.7)
Технологические базы могут быть реальными (реальные поверхности изделия) и искусственными
( поверхности специально созданные для базирования при изготовлении, сборке или ремонте, например, центровые гнезда в валу).
ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ БАЗА (ИБ) – база, которая используется для определения относительного положения поверхностей или изделий и средств измерения( см. Рисунок 2.8).
Рисунок 2.8 - Измерительная база (ИБ)
На рисунках 2.9 и 2.10 приведены примеры двойной направляющей базы (ДНБ) и двойной опорной базы (ДОБ)
Рисунок 2.9 – Примеры двойной направляющей базы ( ДНБ)
ДНБ (совокупность поверхностей А и Б)
Рисунок 2.10 - Пример двойной опорной базы (ДОБ)
2.4 Условные обозначения баз в технологической документации
При разработке разных технологических документов - операционных эскизов, схем базирования и закрепления при проектировании оснастки, и тому подобное необходимо обозначить базы и отметить форму поверхностей, применяемых для базирования, число степеней вольности, что они лишают, точки приложения сил зажима, отметить источник их возникновения.
Для этого используются специальные условные обозначения согласно с ГОСТ 3.1107-81. "Обозначения условные графические, применяемые в технологических процессах. Опоры и зажимы.". Некоторые из них, которые имеют наиболее частое применение, ниже приведены:
опора неподвижная центр жесткий
опора подвижная центр вращающийся
опора плавающая центр плавающий
2.5 Типовые схемы базирования
При базировании призматических заготовок в качествах баз наиболее часто используются плоскости и отверстия:
Рисунок 2.11- Базирование по трем плоскостям
Рисунок 2.12 - Базирование с использованием призм для реализации спрятанных баз:
Рисунок 2.13 - Базирование на плоскость и два пальца:
Схемы базирования заготовок типа валов.
Заготовки типа валов, как правило, при обработке устанавливаются в центрах или призмах. Длинные валы ( с соотношением L / d > 12) обрабатываются с применением люнетов. Центры могут быть жесткими, плавающими и вращающимися. Некоторые типичные схемы базирования с их использованием ниже приведены.
Рисунок 2.14 - Базирование в жестком левом и вращающемся правом центрах
Рисунок 2.15 - Базирование с использованием левого плавающего и вращающегося правого центра
Рисунок 2.16 – Варианты базирования в призмах
Рисунок 2.17 - Базирование в патроне с поджимом задним вращающимся центром
Схемы базирования заготовок типа дисков, колец:
Заготовки этих классов при обработке устанавливаются в большинстве случаев в самоцентрирующих патронах, на специальных оправках и других приспособлениях. При этом в качестве баз используются плоскости, цилиндровые поверхности, радиальные элементы. Некоторые из схем базирования ниже приведены.
Рисунок 2.18 - Базирование в трехкулачковом патроне
Рисунок 2.19 - Базирование на короткой оправке
Это далеко не полный перечень возможных случаев базирования разных заготовок. Некоторые другие случаи приведенные в вышеупомянутом ГОСТ (ДСТУ), а много других схем являются производными от рассмотренных выше.
2.6 Правила выбора баз
Все поверхности детали в общем случае могут быть разбиты на две группы:
- такие, что не подлежат обработке после получения исходной заготовки:
- такие, что подлежат обработке с заданной точностью.
Точность и взаимное расположение первых между собой обеспечивается методом получения исходной заготовки. Точность взаимного расположения поверхностей первой и второй групп между собой достигается путем правильного выбора технологических баз.
Технологические базы делятся на черновые и чистовые. Существуют некоторые правила для их назначения.
Черновые базы – базы используемые на первой механической операции. Эти базы предназначены для подготовки чистовых баз. Черновые базы используются только один раз, на первой технологической операции. При их выборе нужно учитывать такие принципы:
- если в детали есть поверхности, которые не подлежат обработке, то их нужно применить в качестве черновых баз;
- за черновые базы нельзя принимать поверхности разъема штампов, такие, которые имеют литники и другие особенности заготовок:
- за черновые базы нужно принимать поверхности на которые предусмотрен минимальный допуск.
Чистовые базы - базы, которые используются для чистовой обработки.
- чистовые технологические базы должны, по возможности, быть элементами детали, которые являются ее конструкторскими или измерительными базами ( принцип совмещения баз) ;
- чистовые базы должны обеспечивать обработку заготовок на разных технологических операциях без изменения баз ( принцип постоянства баз);
- если таких поверхностей в детали не находиться, то создают искусственные чистовые базы
- ( центровые гнезда, искусственные приливы, и тому подобное).
Вопросы для самопроверки
1. Что такое базирование, база, степень свободы.
2. Приведите классификацию баз по назначению.
3. Приведите классификацию баз по количествам степеней свободы
3. Теоретические схемы базирования деталей разных форм.
4. Приведите примеры реализации схем базирования для заготовок класса корпусов, плит с помощью разных устройств.
5. Приведите примеры реализации схем базирования для заготовок класса вал с помощью разных устройств.
6. Приведите примеры реализации схем базирования для заготовок класса диск с помощью разных устройств.
7. Назовите правила выбора технологических баз.
Лекция 3
3. ТЕМА 3 ТОЧНОСТЬ И КАЧЕСТВО В МАШИНОСТРОЕНИИ
Точность и качество обработки. Общие положения
Требования различных отраслей промышленности в отношении точности выполнения размеров и формы деталей должны соответствовать допускам, установленным системой квалитетов точности. Для всех диапазонов размеров установлено 19 квалитетов, которые имеют номера 01,1,2 …17 ( порядке убывания гарантируемой точности). Они образуют единую шкалу точности, применяемую в машиностроении. Применяемость квалитетов ориентирована в следующих направлениях:
Квалитеты 01 – 4 - точное приборостроение, прецизионное машиностроение, средства измерения.
Квалитеты 4 -12 - допуски размеров в посадках, обеспечивающих сопряжения деталей в сборочных конструкциях.
Квалитеты 12 -17 - допуски неответственных размеров свободных поверхностей деталей.
Отклонения формы и расположения поверхностей регламентируются в соответствии со степенями точности формы. установлено 16 степеней точности, которые имеют номера 1,2,3 …. 16 (в порядке убывания гарантируемой точности). Требования в отношении качества изготовления детали определяется совокупностью параметров, регламентирующих структуру, физико – механические и химические свойства, геометрические параметры поверхности. Шероховатость поверхности является одной из основных геометрических характеристик качества поверхности и оказывает существенное влияние на эксплуатационные показатели детали.
3.1 Точность и ее показатели относительно деталей машин
Технология машиностроения рассматривает точность как степень соответствия параметров готового изделия размерам, форме и другим характеристикам, заданным в чертеже.
Точность изготовления и шероховатость поверхностей назначает конструктор, исходя из требований для обеспечения функционального назначения изделия. Точность в машиностроении имеет большое значение для повышения эксплуатационных качеств машин, увеличения их долговечности, надежности, скоростных и других характеристик.
Например, исследованиями проф. А.О. Маталина установлено, что уменьшение зазора в подвижных соединениях с 20 до 10 мкм увеличивает срок их службы с 740 до 1200 часов.
Относительно деталей машин точность оценивается следующими показателями:
- точность размеров;
-точность формы поверхности;
-точность взаимного расположения поверхностей;
-шероховатость поверхности.
При оценке точности размеров используют такие понятия:
- НОМИНАЛЬНЫЙ РАЗМЕР - размер определен конструктором при проектировании изделия и округленный к значению из нормального ряда;
-ДЕЙСВИТЕЛЬНИЙ РАЗМЕР - размер получен в результате обработки и измерений с необходимой точностью;
-КВАЛИТЕТ - совокупность допусков одного уровня точности для заданного диапазона размеров. Существует 19 квалитетов ( 01......17), при этом точность снижается от квалитета 01 к квалитету 17.
Точность формы поверхностей может быть оценена согласно с ГОСТ 24642-81 "Допуски формы и расположения поверхностей. Основные термины и определения", а также ГОСТ 26643-81 "Допуски формы и расположения поверхностей. Числовые значения".
Основные отклонения формы поверхностей делятся на ( см. рисунок 3.1).
Рисунок 3.1 - Классификация некоторых отклонений формы поверхностей
Овальность (рисунок 3.2) – отклонение от круглости, при котором реальный профиль являет собой овалоподобную фигуру, наибольшие и наименьший диаметры которой находятся во взаимно перпендикулярных направлениях. Допуск на овальность может в некоторых случаях превышать допуск на диаметр, например при изготовлении тонкостенных втулок, которые деформируются при обработке и принимают правильную форму при сборке.
Огранка (рисунок 3.3) - отклонение формы от круга, при котором реальный профиль являет собой многогранную фигуру. Огранка означает, что контур поперечного сечения детали составлен из соединенных дуг разного радиуса. Огранка подразделяется по числу граней. В частности, огранка с нечетным числом граней характеризуются тем, что диаметры профиля поперечного пересечения во всех направлениях одинаковы (см. рисунок 3.3).
Бочкообразность, седлообразность и конусообразность рассматривают в продольном сечении как отклонение образующих от параллельности (рисунки 3.4, 3.5, 3.6).
Погрешности плоскостей часто характеризуются такими показателями:
- отклонение от прямолинейности;
- отклонение от плоскости.
Отклонение от плоскости может быть в виде вогнутости или выпуклости (рисунки 3.7, 3.8).
Рисунок 3.2 - Овальность Рисунок 3.3 - Огранка
Рисунок 3.4 - Бочкообразность Рисунок 3.5 - Седлообразность
Рисунок 3.6 – Конусообразность
Рисунок 3.7 - Вогнутость Рисунок 3.8 - Выпуклость
Отклонение взаимного расположения поверхностей больше всего часто оценивается такими параметрами как отклонение от параллельности, перпендикулярности, соосности, торцевое биение, радиальное биение и др.(рисунок 3.9).
отклонение от отклонения от отклонения от
перпендикулярности параллельности соосности
Рисунок 3.9 – Некоторые виды отклонений взаимного расположения поверхностей
Нужно помнить, что точность геометрической формы и взаимного расположения поверхностей назначается исходя из условий работы и указывается на чертеже текстом, или условными отметками. Если эти требования отдельно не отмечены, то они все-таки есть и должны находится в пределах допуска на соответствующий размер.
Одной из важнейших задач технолога есть проектирование технологических процессов, которые обеспечивают достижение заданных чертежом технических требований по точности, а также анализ факторов, которые вызывают отклонения параметров от заданных в чертеже и разработке мероприятий по их устранению.
3.2 Экономическая и достижимая точность
В технологии машиностроения различают понятие экономическая и достижимая точность.
Экономическая точность - точность, которая может быть получена в нормальных производственных условиях при минимальной себестоимости.
Под нормальными производственными условиями понимают выполнение работ на исправном оборудовании с применением необходимых инструментов и приспособлений, рабочими соответствующей квалификации. Иногда употребляют термин “Среднеэкономическая точность”. Понятие экономической точности применяется для назначения технологических допусков при проектировании технологии в условиях серийного и массового производств.
Каждому методу обработки отвечает своя экономическая точность. Таблицы экономической точности обработки приводятся практически во всех справочниках по технологии машиностроения, например, черновая обработка – 14-15 квалитет, способы чистовой лазерной обработки – 10-11 квалитет.
Достижимая точность - точность которую можно получить при выполнении обработки в особенно благоприятных условиях, на специально настроенном или модернизируемом станке, высококвалифицированными специалистами без учета расходов времени и не учитывая себестоимость.
Достижимая точность больше всего часто используется в условиях ремонтного или опытного производства, или при выполнении уникальных работ, а также при производстве специального инструмента.
Для определения возможностей мирового уровня производства вводят понятие - Физически достижимая точность - точность которую можно получить при выполнении обработки в соответствии с новейшими мировыми научными и техническими достижениями в данной области, высококвалифицированными специалистами без учета расходов времени и не учитывая себестоимость.
3.3 Методы достижения точности при механической обработке и сборке
3.3.1 Методы достижения точности при механической обработке
Существуют два метода достижения точности размеров при механической обработке: метод пробных ходов и промеров и метод автоматического достижения точности на предварительно настроенном станке.
Первый метод. Метод пробных ходов и промеров - заключается в том, что к поверхности обрабатываемой детали , подводят инструмент и с небольшого участка заготовки снимают стружку. После этого станок останавливают, делают пробное измерение полученного размера, определяют величину его отклонения от необходимого на данной операции и вносят исправление в положение инструмента. После этого опять делают пробный ход и измерение. После достижения необходимого размера делают обработку всей поверхности.
Позитивные черты метода:
- высокая квалификация рабочего, который применяет такой метод позволяет достигать высокую точность обработки, потому что рабочий может учесть неточности станка, инструмента, заготовки и другие факторы.
Недостатки метода:
- возможность появления ошибок от невнимательности рабочего;
- низкая производительность через расходы времени на пробные ходы;
- высокая себестоимость через высокую квалификацию рабочего и значительную трудоемкость.
Сфера применения - мелкосерийное, единичное и опытное производство.
Модернизированный метод пробных ходов и промеров - достижение точности по лимбам станка
Сущность данного метода складывается в следующем: при обработке первой заготовки рабочий применяя раньше рассмотренный метод пробных ходов и промеров определяет положение лимбов перемещения рабочих органов станка при обработке первой заготовки. Обработка следующих заготовок выполняется при тех же положениях лимбов станка, чем и обеспечивается достижение операционных размеров. Предыдущая установка лимбов на размер может быть выполнена также с помощью эталонов или по шаблонам. Метод применяется в мелкосерийном и среднесерийном производстве. Точность зависит от объективных и субъективных факторов:
объективные - зависят от станка ( точности лимба, степени сноса станка, люфтов в винтовых парах и др.);
- субъективные - погрешности первобытного определения показаний лимба ( острота зрения рабочего, угол наклона взгляда относительно делений лимбу, погрешности повторного установления лимба в первобытное положение и другие факторы). Данный метод при обработке всех заготовок партии (кроме первой) относится к методу достижения точности на предварительно настроенном станке.
2-й метод. Метод автоматического получения размера на настроенном станке
Сущность метода заключается в том, что предварительно наладчик или сам рабочий устанавливает инструменты в положение, которое обеспечивает получение заданного размера по однопроходной схеме. После этого обработка партии заготовок заключается в установке заготовки на станок, включение станка и осуществления, при необходимости, вспомогательных перемещений (подведение инструмента к заготовке, отвод его и др.). Метод достаточно точен, производителен, обеспечивает стабильность размеров для партии заготовок, но при высокой точности требует достаточно частого подналаживания и постоянного контроля параметров обработки. В этом случае на точность обработки влияют как субъективные факторы - квалификация наладчика, так и субъективные - состояние Т-системы, погрешность установки и др. Метод находит применение практически во всех типах производства. Обработка заготовок на станках с ЧПУ, использованием метода достижения точности по лимбам, применением упоров на универсальных станках, применением станков полуавтоматов и автоматов, копировальными станками – все это примеры реализации данного способа достижения точности.
Метод подналаживания
Сущность метода заключается в том, что в Т- систему встраивают датчики которые контролируют параметры поверхностей, которые обрабатывают. Сигналы датчиков передаются на устройства, которые анализируют их. Эти устройства устанавливают соответствие действительных размеров заданным и в случае их разногласия производят управляющие сигналы на коррекцию положения инструментов. Этот метод иногда называют методом активного контроля достижения точности, что позволяет предупредить появление нехватки, в отличие от пассивного контроля, что только его регистрирует. Точность размеров в этом случае зависит от точности налаживания управляющего устройства и точности станка.
Данный метод больше всего широко распространен в крупносерийном и массовом производстве, потому что имеет высокую производительность, точность, снижает время контрольных операций, но требует дополнительных расходов для реализации.
3.3.2 Методы достижения точности замыкающего звена при сборке
Одной из задач, которые возникают при проектировании технологических процессов сборки есть выбор или назначение способа достижения заданной конструктором точности замыкающего звена (ЗЗ). Под замыкающим звеном, в данном случае, нужно понимать параметр сборочной единицы, необходимый для ее нормального функционирования, что выходит в готовом изделии последним, как результат установки составных элементов (например, размер зазору между корпусом и торцом вала в редукторе). Решение этой задачи проводится с учетом типа производства, количества составных звеньев, которые формируют замыкающее звено, допусков на размер самой ЗЗ и размеры составных звеньев. На первом этапе необходимо рассчитать ожидаемую погрешность ЗЗ на основе размеров и допусков составных звеньев, отмеченных в сборочном чертеже изделия (решить проверочную задачу для конструкторской размерной цепи).
Размерной цепью называется совокупность размеров, расположенных по замкнутому контуру, что принимают участие в решении определенной задачи.
Конструкторская размерная цепь определяет расстояния или относительный поворот между поверхностями или осями поверхностей в изделии (сборочной единице, машине и т. др.).
Каждая размерная цепь имеет одно замыкающее звено (но, что формируется последней при сборке) и множество составных звеньев. Как составные звенья сборочной размерной цепи реально выступают размеры деталей (линейные или диаметральные) которые формируют параметры ЗЗ. Составные звенья разделяются на такие, что увеличивают (с увеличением размера которых размер ЗЗ увеличивается) и такие, что уменьшают (с увеличением размера которых размер ЗЗ уменьшается). При изображении и расчете размерных цепей применяют такие обозначения: - звенья, которые увеличивают ; звенья, которые уменьшают -.
Пример конструкторской размерной цепи приведен на рисунке 3.10.
При проверочном определении параметров ЗЗ ( номинальный размер, ожидаемая погрешность, верхнее и нижнее отклонение, и др.) могут быть использованы методы максимума-минимума и вероятностный методы.
Рассмотрим основные положения этих методов.
Рисунок 3.10 - Конструкторская размерная цепь
Ожидаемая погрешность ЗЗ (wΔ) при заданных конструктором допусков составных звеньев определяется по формулам:
а) для метода максимума - минимума:
(3.1)
где TAi - допуск i - того составного звена;
Верхнее (ВОΔ) и нижнее (НОΔ) отклонение допуска ЗЗ определяются по формулам:
(3.2)
(3.3)
где n - число звеньев, которые увеличивают ЗЗ; m - общее число звеньев РЦ;
б) для вероятностного метода:
(3.4)
где t - коэффициент, что определяет степень риска появления нехватки (смотри таблицу 3.1);
- коэффициент учитывающий закон распределения действительных значений размеров составных звеньев ( для закона Гауса = 1/9 ).
Таблица 3.1- Зависимости процента ошибки от степени риска.
|
t (ступней риска) |
1 |
2 |
3 |
|
ошибки |
32 |
4.5 |
0.27 |
При этом, в зависимости от соотношения между допуском ЗЗ (TAD) и его ожидаемой погрешностью (wΔ) возможны такие варианты:
(3.5)
(3.6)
(3.7)
С учетом этих соотношений, типа производства и количества звеньев размерной цепи можно предложить такие способы достижения точности размера замыкающего звена.
Метод полной взаимозаменяемости
Сущность метода заключается в том, что необходимая точность замыкающего звена (ЗЗ) размерной цепи (РЦ) достигается у всех изделий путем включения в РЦ составных звеньев без выбора, подбора или изменения их размеров. Это возможно при соблюдении условия 3.5.
Другими словами, при сборке рабочий собирает изделие из составных элементов без их выбора из множества тех, что имеются в соответствии со спецификацией и объемом партии сборки. Этот метод рациональный при малом числе составных звеньев РЦ ( 3 – 4 ) в крупносерийном и массовом производстве. Он основан на расчете параметров РЦ по методу max-min и выполнении условия 3.5.
Недостаток метода - необходимость уменьшения допусков на размеры составных звеньев, а также, в связи с этим, некоторое увеличение себестоимости изделий.
Метод неполной взаимозаменяемости.
Сущность метода заключается в том, что точность ЗЗ достигается в предварительно обусловленной части изделий путем включения в них составных звеньев без подбора, сортировки или изменения размера. То есть принцип сборки остается таким же, как и в предыдущем методе, но определенный процент изделий, что учитывается коэффициентом риска t, ( см. таблицу 3.1 ) может иметь размер замыкающего звена, который выходит за пределы заданного конструктором поля допуска (такие изделия будут браком).
Метод рациональный при многозвенных цепях (до 10 звеньев). При этом применяется вероятностный метод расчета ожидаемой погрешности ЗЗ, что позволяет расширить допуски на размеры составных звеньев при установлении допустимого для данных условий производства степени риска и выполнении условия 3.6.
где t – коэффициент риска;
- коэффициент, который учитывает закон распределения действительных размеров составных звеньев. Для закона Гауса =1/9;
Т - допуск размера Аi – того составного звена.
Область применения крупносерийное и массовое производство.
Метод групповой взаимозаменяемости
Сущность метода заключается в том, что точность ЗЗ достигается путем включения у РЦ составных звеньев, которые принадлежат к одной группе предварительно обмериваемых и рассортированных изделий.
Применяют для РЦ с малым числом звеньев (цилиндр, поршень, зазор) подшипники и др.
Такую сборку еще называется селективной сборкой.
При этом внутри группы сборка ведется по методу полной взаимозаменяемости. Метод требует применение дополнительных мероприятий и потому применяется в крупносерийном и массовом производстве. Применение метода позволяет существенно расширить допуски составных звеньев без нарушения требований к точности ЗЗ ( см. рисунок 3.11 ).
Рисунок 3.11 - Схема реализации метода групповой взаимозаменяемости
где Т А1 – допуск размера 1-го звена; ТА2 – допуск 2-го звена;
Sмакс – максимальный зазор;
Sгр – зазор для определенной группы.
Как видно, зазор для отдельных групп Sгр зависит от их количества, определяется необходимой точностью ЗЗ и всегда меньше чем Sмакс.
Метод регулировки
Сущность метода - точность ЗЗ достигается путем изменения размера (например, за счет набора количества дистанционных шайб, и тому подобное) или положения одной из ранее намеченных составляющих звеньев без снятия с нее слоя материала. Составное звено, за счет которого достигается точность ЗЗ называется компенсирующим. При этом методе высокая точность изготовления составных звеньев не нужна.
Позитивные качества метода - возможное достижение высокой точности ЗЗ в многозвенных РЦ, а также наличие возможности возобновлять необходимую точность ЗЗ при ремонте машины. Метод находит применение практически во всех типах производства. Его использование возможно при выполнении условия 3.7.
Метод пригонки
Сущность метода - точность ЗЗ достигается путем изменения размера одного из предварительно намеченных составляющих РЦ ( компенсатора) путем снятия с него необходимого слоя материала.
При использовании метода пригонки на все составные звенья устанавливают экономически достижимые допуски. Пригоночные работы состоят из двух стадий: определение величины необходимого для удаления слоя материала и самого процесса удаления вручную ил с помощью механической обработки. Метод имеет повышенную трудоемкость и требует для реализации работника высокой квалификации. Применяется в условиях единичного и мелкосерийного производства. Количество звеньев размерной цепи не ограничивается.
3.3.3 Основные факторы, которые влияют на точность обработки
На суммарную точность обработки влияет большое количество факторов, наиболее важными среди которых являются следующие:
FУ = f(εσ, Gст, Gн, Gt, Gизн, Gупр) (3.9)
где εσ – погрешность установки заготовки перед обработкой;
Gст – геометрические погрешности станка;
Gн – погрешность налаживания станка;
Gt – погрешность от температурных деформаций элементов Т- системы;
Gизн – погрешность от сноса резательного инструмента;
Gупр – погрешность от упругих деформаций элементов Т – системы.
Рассмотрим причины возникновения и следствия влияния на точность обработки этих факторов.
εσ – погрешность установки заготовки перед обработкой
Эта погрешность является следствием нескольких исходных составляющих, к которым принадлежат погрешность базирования εα, погрешность закрепления εη и погрешность приспособления εοπ. Погрешность базирования εα является следствием невыполнения принципа совмещения баз, то есть если технологическая база не совпадает с основной конструкторской или измерительной. Поэтому, при разработке схемы базирования технолог должен знать, что наивысшая точность достигается, если технологическая и измерительная базы совпадают (смотри рисунок 3.12). Для размера А этот принцип выполняется, а для размера Б – нет.
Рисунок 3.12 Пример возникновения погрешности базирования
Суммарное значение погрешности установки можно определить для разных условий обработки из таблиц, что имеются во многих справочниках по ТМ.
Gст – геометрические погрешности станка
Эти погрешности связаны с неточностью, что возникает во время изготовления отдельных элементов станка и его составления. Поэтому совсем новый станок уже имеет эти погрешности, влияние которых переносится на точность размеров и формы поверхностей, которые обрабатывают на нем. К таким погрешностям относятся отклонения от точности взаимного размещения отдельных элементов станка, например, отклонение от соосности передней и задней бабок токарного станка, торцевое и радиальное биение шпинделей токарных, сверлильных, расточных и других станков, и тому подобное. Допустимое значение этих погрешностей зависит от класса точности станка (Н – нормальная, П – повышенная и так дальше) и записано в паспорте станка. Там же изложенные схемы измерения значения этих погрешностей в процессе эксплуатации станка. За состоянием станка в производственных условиях следит служба главного механика, которая по специальному графику ППР (планово - предупредительного ремонта) выполняет периодические обследования, а при потребности и ремонты станка. Измерения действительных значений геометрических погрешностей станков выполняют на неработающемся станке, то есть в ненагруженном режиме.
Gн – погрешность налаживания станка
При использовании метода достижения точности размеров на предварительно настроенном станке существует два основных средства налаживания инструментов в необходимое положение – статический и динамический.
При статическом методе налаживания используют эталоны (копии изделий по форме и размерам в соответствии с этими же параметрами обработки на данной операции), а также с помощью измерительных приборов (индикаторы, и тому подобное) или многообразных по конструкции упоров, которые ограничивают перемещение узлов станка. Точность такого вида налаживания колеблется в пределах 0,03 – 0,1 мм
При динамическом налаживании необходимое положение инструментов достигается путем постепенного нахождения их необходимого положения при обработке пробной партии заготовок (8-12 штук). Точность такого вида налаживания колеблется в пределах 0,02 – 0,05 мм
Gt – погрешность от температурных деформаций элементов Т- системы
При механической обработке возникает определенное количество тепловой энергии, источниками которой является зона резания, двигатели, агрегаты, пары трения и тому подобное. Для разных средств обработки эта тепловая энергия в разных пропорциях распределяется в отдельных элементах Т-системы (сам станок, режущий инструмент, заготовка, охлаждающая жидкость, близлежащая среда, и тому подобное).
Температурные деформации станка, как правило, повышают его геометрические погрешности и таким образом уменьшают точность обработки.
Температурные деформации режущего инструмента влияют на точность обработки в зависимости от вида инструмента (мерный, немерный). Для мерного инструмента (сверло, развертка, шпоночная фреза, и тому подобное) эти деформации непосредственно переходят на размер поверхности, что подлежит обработке. Для немерного инструмента (резцы, торцевые фрезы и потому подобные инструменты) температурные деформации можно компенсировать путем учета этих деформаций в наладочном размере. Значение этих деформаций для инструментов можно определить опытным путем для конкретных условий обработки.
Температурные деформации заготовки можно уменьшить путем интенсивного охлаждения зоны резания, также путем использования оптимальных режимов резания.
Gизн – погрешность от износа режущего инструмента.
В процессе резания наблюдается износ режущего инструмента, который в разные времена работы изменяется от приработки (уменьшение шероховатости режущей части) на пропорциональный нормальный износ, который в определенное время переходит в катастрофический износ. Рациональным является использование инструмента к началу катастрофического износа. После этого инструмент нужно менять или перетачивать. Для мерного инструмента, при условии когда поле допуска размера, который обрабатывает инструмент, меньше чем допустимый его износ, замена инструмента может быть нужна раньше точки его катастрофического износа. Для немерного инструмента его износ в пределах допуска на размер поверхности, которая им обрабатывается, может быть учтенным в размере настройки. В общем случае на износ режущего инструмента влияют материал и состояние поверхности заготовки, материал режущей части инструмента, режимы обработки, и тому подобное. Как правило, размерный снос инструментов измеряется в мкм на км пути резания.
Gупр – погрешность от упругих деформаций элементов Т – системы
При обработке станок, приспособление, заготовка, режущий инструмент представляют из себя замкнутую упругую систему, в элементах которой имеют место упругие деформации, вызванные действием сил резания. Для оценки способности элементов Т-системы к сопротивлению внешней нагрузки проф.. А.П.Соколовский ввел понятие жесткости. Жесткость оцениваются коэффициентом жесткости j, который представляет собой отношение силы Р, прилагаемой к элементу Т-системы, к его перемещению – в.
Р
J = ---- (кН./мм, Н/мкм)
в
Для определения жесткости используют два метода: статический и динамический. При статическом методе на станок, который находится в выключенном состоянии налагают с помощью динамометра внешнюю нагрузку и с помощью точных приборов, например, индикаторов измеряют перемещение рабочих органов станка. Для токарного станка это перемещение передней и задней бабки, суппорта, деформация самой заготовки. Нагрузки осуществляют постепенно с некоторым шагом (5-10 Н), что позволяет для каждого шага зафиксировать перемещение отдельных элементов станка и потом определить для каждого из них коэффициент жесткости. Этот метод позволяет разработать мероприятия по повышению жесткости отдельных элементов Т-системы, но не дает представления о ее совокупной жесткости в процессе работы.
При динамическом методе, жесткость Т-системы определяют при обработке на станке заготовки специальной формы, что позволяет на разных участках обработки снимать разные по толщине слои материала, а это в свою очередь вызывает разные силы обработки и, как следствие, разные действительные размеры обработанных поверхностей. Рассчитав действующие силы обработки и определив по результатам измерений разницу действительных размеров поверхностей можно сделать расчет коэффициента жесткости всей Т-системы в целом.
Недостатки в жесткости элементов Т-системы приводят к погрешностям, как правило формы и взаимного расположения поверхностей, которые подлежали обработке. Например, недостаточная жесткость заготовки при обработке в центрах приводит к появлению бочкообразности поверхности, а недостаточная жесткость передней и задней бабок – к седлообразности.
Опытный технолог должен знать влияние разных составляющих суммарной погрешности обработки на точность и знать средства устранения или уменьшения их влияния.
Вопросы для самопроверки
1. Точность и ее показатели относительно деталей машин.
2.Точность размеров. Номинальный и действительный размер. Квалитет.
3.Погрешности формы цилиндрических поверхностей и плоскостей.
4.Экономическая и достижимая точность.
5.Достижение точности по методу пробных ходов и измерений.
6.Методы достижения точности на настроенном станке.
7.Методы достижения точности замыкающего звена при сборке.
Лекция 4
4. Тема 4 Качество поверхности. Оценки. Методы управления качеством
4.1 Шероховатость поверхности и методы ее оценки
Требования в отношении качества изготовления детали определяется совокупностью параметров, регламентирующих структуру, физико – механические и химические свойства, геометрические параметры поверхности. Шероховатость поверхности является одной из основных геометрических характеристик качества поверхности и оказывает существенное влияние на эксплуатационные показатели детали. Шероховатость поверхности регламентирована совокупностью показателей: класс чистоты, высота микронеровностей и т п. Классы чистоты от 1 до 14 охватывают диапазон микронеровностей высотой от 320 мкм до 0,01 мкм соответственно.
Качество поверхности детали машины определяются геометрическими характеристиками и физико-механическими свойствами поверхностного слоя.
Поверхность, которая ограничивает деталь и отделяет ее от окружающей среды, называют реальной поверхностью.
Номинальная поверхность - идеальная поверхность, номинальная форма которой задана чертежом или другой технической документацией.
Геометрические характеристики качеств обработанной поверхности определяются отклонениями профиля реальной поверхности от номинальной. Эти отклонения можно подразделить на три разновидности: шероховатость, волнистость, отклонение от правильной геометрической формы.
Термины и определения шероховатости поверхности установлены ГОСТ 25142-82.
Шероховатостью поверхности называют совокупность неровностей поверхности с относительно малыми шагами, выделенных с помощью базовой длины ( рисунок 4.1 ).
Рисунок 4.1 - Элементы шероховатости поверхности
Базовая длина - длина базовой линии, которая используется для выделения неровностей, которые характеризуют шероховатость поверхности.
Базовая линия (поверхность) - линия (поверхность) заданной геометрической формы, определенным образом проведенная относительно профиля (поверхности) и, которая служит для оценки геометрических параметров поверхности.
Значения параметров шероховатости поверхности определяются от единственной базы, за которую принятая средняя линия m . Средняя линия m - базовая линия, что имеет форму номинального профиля и проведенная так, что в пределах базовой длины среднеквадратичное отклонение профиля к этой линии минимально (рисунок 4.1).
Шероховатость поверхности оценивается на длине L, которая может содержать одну или несколько базовых длин ли (1).
Значения базовой длины выбирают из ряда : 0,01; 0,03;0,08; 0, 25; 0, 80; 2,5; 8; 25 мм
Отклонение профиля - расстояние между любой точкой профиля и средней линией.
Параметры и характеристики шероховатости поверхности установлены ГОСТ 2789-73 (рисунок 4.1).
Линия выступов профиля - линия, которая есть эквидистантою относительно средней линии и проходит через высшую точку профиля в пределах базовой длины. Линия впадины профиля - линия, которая есть эквидистантою относительно средней линии и проходит через низшую точку профиля в пределах базовой длины.
Установлено шесть параметров шероховатости поверхности.
1.Rа- среднее арифметическое отклонение профиля - среднее арифметическое из абсолютных значений отклонений профиля в пределах базовой длины:
,
где, - базовая длина, - число избранных точек на базовой длине.
2. Rz - высота неровностей профиля по десяти точкам - сумма средних абсолютных значений высот пяти наибольших выступов профиля и глубины пяти наибольших впадин в пределах базовой длины:
,
где Урi - высота -го наибольшего выступа профиля; Уvi - глубина i-ї наибольшей впадины профиля.
- Rmax - наибольшая высота неровностей профиля - расстояние между линией выступов профиля и линией впадин в пределах базовой длины .
4.2 Влияние качества поверхности на эксплуатационные свойства деталей машин
Взаимосвязь параметров качества поверхности деталей и их эксплуатационных свойств является одним из основных направлений исследований в области машино и приборостроения.
В настоящее время достаточно изученные вопросы связей качества обработанной поверхности с важными эксплуатационными показателями деталей и узлов машин и приборов (трение и износ при скольжении и качении, жидкостное трение, контактная твердость, прочность прессовых соединений, отражательная способность, износостойкость при переменных нагрузках, коррозийная стойкость и качество лакокрасочных покрытий, точность измерений, соотношение между допусками размера и шероховатостью поверхности и т. п..). Не все физико-химические свойства поверхностного слоя влияют на эксплуатационные характеристики деталей машин; определяющим является его химический состав и строение (микроструктура).
Трение и износ деталей в значительной мере связаны с неровностями, волнистостью, неточностью формы, а также с направлением штрихов (следов) обработки.
Характеристики неровностей и волнистости отражаются на размерах тех участков, в которых находятся зоны фактического контакта, то есть определяют контурную площадь касания. Наличие волн приводит к уменьшению опорной площади в 5-10 раз в сравнении с ровной шершавой поверхностью. Высота волнистости Wz важнее, чем ее шаг S, в связи с тем, что первый параметр сильнее отражается на размере опорной площади (рисунок 4.2). Процесс контакта поверхностей, которые имеют неровности, в значительной мере определяется формой и размерами последних. Для оценки этого влияния стоит учитывать не только предельные значения отклонений от правильной геометрической формы, но и взаимное расположение и форму неровностей поверхностей деталей, которые соединяются между собой.
Рисунок 4.2- Влияния высоты Wz и шага S волнистости на износ
Рисунок 4.3- Влияния шероховатости поверхности на износостойкость деталей машин
а, б — схемы контакта соединенных деталей по образующей (вдоль оси) и по окружности
в — идеализированный и физический контакт поверхностей;
г, д — типичные графики сноса во времени
При взаимном перемещении контактирующих плоских (рисунок 4.3а) или цилиндрических (рисунок 4.3б) поверхностей, которые имеют неровности (шероховатость), в исходный момент происходит срез, отламывание и пластичный сдвиг вершин неровностей, потому что их контакт происходит по вершинам неровностей Зависимость износа от времени работы трущихся поверхностей видна из графика (рисунок. 4.3, г, д). Сначала сравнительно быстро (участок I) за период времени T1 происходит начальное изнашивание (приработка). При правильном режиме смазки (рисунок 4.3, в) изнашивание протекает медленно (участок II), что обусловлено образованием равновесной шероховатости. Этот период времени определяет срок службы детали. Катастрофическое изнашивание пары характеризуется участком III.
На рисунке 4.3д кривая 2 характеризует износ поверхностей с меньшими начальными шероховатостями, чем кривая 1. В этом случае величина и время приработки уменьшаются, а интенсивность эксплуатационного изнашивания остается той же. Длительность работы трущихся пар в пределах размера А допустимого изнашивания будет разной. При меньшей шероховатости соединенных поверхностей время работы деталей будет большим (Т2 >T1).
Во время начального изнашивания (приработки) технологический рельеф переходит в эксплуатационный (рисунок 4.4 а). В результате этого происходит изменение размеров и формы неровностей, а также направлений черточек от обработки.
Рисунок 4.4- Переход технологического рельефа в эксплуатационный
Фактическая площадь контакта поверхностей при этом увеличивается, потому что увеличивается относительная опорная длина профиля tр (кривая опорной поверхности представлена на рисунке 4.4б).
В процессе приработки высота неровностей уменьшается или увеличивается к некоторому оптимальному значению, разному для разных условий. Экспериментально установлено, что наименьший износ имеет место не при минимальной шероховатости трущихся поверхностей, а при шероховатости, что имеет оптимальное значение Rопт, отклонение от которого в большую или меньшую сторону приводит к увеличению изнашивания (рисунок 4.5, кривая 1). В более тяжелых условиях работы кривая износа 2 смещается вправо и вверх, а точки оптимальной шероховатости - вправо в сторону увеличения высоты неровностей.
Рисунок 4.5 - Зависимости износа от высоты неровностей поверхности и
условий работы
Увеличение высоты неровностей в сравнении с оптимальным значением повышает изнашивание за счет роста механического сцепления, скалывания и среза неровностей. Уменьшение высоты неровностей в сравнении с оптимальным значением резко увеличивает изнашивание за счет молекулярного сцепления и заедания поверхностей, чему способствует выдавливание смазочного материала и плохая смазка им зеркально-чистых поверхностей. Поэтому поверхности, что подлежали шабрению, лучше притертых, так как на них имеются углубления («карманы»), которые удерживают смазочный материал. Отличное удерживание смазочного материала обеспечивается слоем пористого хрома, пористой структурой металлокерамических деталей, а также системой мелких маслоудерживающих каналов, получаемых виброобкатыванием.
Оптимальная шероховатость характеризуется высотой, шагом и формой неровностей (радиусом впадин, углом наклона неровностей в направлении движения и др.). Параметры оптимальной шероховатости зависят от качеств смазочного материала и других условий работы трущихся поверхностей, их конструкции и материала. Диапазон Rопт, как правило, очень малый. Островершинные неровности изнашиваются быстрее плосковершинных (рисунок 4.6), потому что площадь контакта у них меньше.
Микротвердость поверхностного слоя влияет на износостойкость. Исходное деформационное упрочнение (наклеп) металла этого слоя уменьшает смятие и стирание поверхностей при наличии их поверхностного контакта. Например, деформационное упрочнение, что возникает в результате обработки резанием, уменьшает износ поверхностей в 1,5-2 раза. Позитивное влияние исходного деформационного укрепления на износостойкость деталей оказывается не только в условиях трения со смазочным материалом, но и в такой же мэре оказывается и при сухом трении: износостойкость увеличивается в 1,5-2 раза и больше. Особенно сильное влияние деформационного упрочнения на износостойкость наблюдается для более пластичных и сравнительно мягких сталей, для которых даже незначительное повышение микротвердости вызывает существенное снижение износа.
В период приработки трущиеся поверхности не только получают оптимальную шероховатость, но и формируют оптимальную микротвердость металла поверхностного слоя. Позитивное влияние деформационного упрочнения на износостойкость трущихся поверхностей оказывается только до определенной величины. При высокой микротвердости в результате «перенаклепа» износ растет через отслоение частиц металла. Поэтому упрочнение металла поверхностного слоя в процессе обработки деталей при использовании специальных упрочняющих операций должно проводиться при строго регламентированном значении деформационного упрочнения, чтобы предотвратить возникновение «перенаклепа».
Рисунок 4.6 - Площади контакта в зависимости от формы неровностей:
а — островершинных; бы — плосковершинных;
r r' — радиусы вершин неровностей, S — шаг неровностей
Изнашивание значительно уменьшается при термической и химико-термической обработке деталей (поверхностной закалке, цементации, цианировании, азотировании, диффузионном хромировании, борировании, алитировании, силицировании, и др.), наплавлении и плазменном напыливании деталей твердыми сплавами, а также при гальваническом нанесении твердых покрытий (хромировании). Износостойкость чугунных деталей повышают созданием на поверхностях трения отбеленой корки.
На уменьшение изнашивания влияют твердость, структура и химический состав поверхностного слоя. Наличие в слое остаточных напряжений сжатия немного уменьшает изнашивание, а остаточных напряжений растягивания - увеличивает. Это влияние больше сказывается при упругом контакте и меньше при упруго-пластичном. Изнашивание изменяет остаточные напряжения в поверхностном слое детали. Прочность деталей также зависит от шероховатости поверхности. Разрушение детали, особенно при переменных нагрузках, в большей степени вызывается концентрацией напряжений в результате наличия неровностей. Чем меньше шероховатость, тем меньше возможность возникновения поверхностных трещин от усталости металла. Отделочная обработка деталей (доводка, полирование и др..) обеспечивает значительное повышение границы их усталостной прочности.
Уменьшение шероховатости поверхности значительно повышает антикоррозионную стойкость деталей. Это имеет особенно важное значение в том случае, когда для поверхностей не могут быть использованы защитные покрытия (поверхности цилиндров двигателей и др.).
Важной геометрической характеристикой качества поверхности является направленность штрихов - следов механического и другого видов обработки. Она влияет на износостойкость поверхности, определенность посадок, прочность прессовых соединений. В ответственных случаях конструктор должен оговаривать направленность следов обработки на поверхности детали. Это может оказаться необходимым, например, в связи с направлением относительного скольжения соединенных деталей или с направлением движения по детали струи жидкости или газа. Изнашивание уменьшается и достигает минимума при совпадении направления скольжения с направлением неровностей обеих деталей.
Шероховатость и волнистость поверхности взаимозависимые с точностью размеров, потому что точность соединения, установленная и обусловленная размером зазора в соединении, в значительной мере зависит от соотношения высоты неровностей и поля допуска (точности обработки) каждой из деталей, которые соединяются. Если учесть, что в период начального изнашивания высота неровностей может уменьшиться на 65-75 % (при большей высоте, чем при оптимальной шероховатости), то в соединении появится увеличенный зазор, который может достичь значения допуска на изготовление детали, и точность соединения будет полностью нарушена (например, вместо необходимого по чертежу соединения 6-го квалитета точности фактически возникает соединение 7-го или 8-го квалитетов, вместо посадки с натягом появятся переходные посадки и др.). Для предотвращения этого во всех случаях ответственных соединений, от которых нужно длительное сохранение установленной конструктором точности, необходимо обработку деталей вести к достижению оптимальной шероховатости трущихся поверхностей.
Высокой точности всегда отвечают малые шероховатости и волнистости поверхности. Это определяется не только условиями работы соединенных деталей, но и необходимостью получения надежных результатов измерения в производстве. Уменьшение шероховатости поверхности вносит дополнительную определенность в характер соединения, потому что размер зазора (натяга), полученный в результате контроля деталей, отличается от размера эффективного зазора или натяга, что имеет место при сборке, а затем при эксплуатации. Эффективный натяг при сборке уменьшается, а зазор в процессе работы механизма увеличивается, причем тем более и быстрее, чем более грубо обработаны поверхности, которые соединяются.
Малую шероховатость поверхности бывает необходимо использовать и для придания красивого внешнего вида детали или для удобства поддержки поверхностей в чистоте при эксплуатации.
4.3 Технологические методы повышения качества поверхностей
Для придания поверхностям деталей специальных свойств могут применяться разные технологические методы, классификация которых представлена на рисунке 4.7. Широкие возможности и целесообразность применения этих методов определяются не только условиями обеспечения высокой производительности, но и создание поверхностей с оптимальной несущей способностью.
Если поверхность детали подвергается действию повышенных температур, агрессивных сред, то большое значение приобретают и другие физико-химические характеристики поверхностного слоя, например его химический состав и электрохимический потенциал. В этом случае нужно влиять и на эти характеристики поверхностного слоя, изменяя их в нужном направлении. Для этого стоит изменить химический состав поверхностного слоя или создать на поверхности защитные металлические или неметаллические слои.
Рисунок 4.7– Классификация методов повышения качеств поверхности
Специальные методы (рисунок 4.8) обеспечивают в основном оптимальную микрогеометрию поверхности.
Рисунок 4.8– Специальные методы обработки
Вибрационное обкатывание в отличие от распространенных методов обработки поверхностей имеет две особенности: во-первых, микрорельеф создается не процессом резания, а за счет давления (вдавливание), что существенно влияет на форму неровностей; во-вторых, рисунок микрорельефа регламентируется, то есть процесс формирования геометрических характеристик поверхности становится управляемым.
При вибрационном обкатывании на поверхности деталей образуется регулярная, заданной формы система канавок (рисунок 4.9), что позволяет оптимизировать ряд очень важных параметров, например, площадь контакта деталей.
Применение вибрационного обкатывания. позволяет резко сократить время приработки трущихся пар пар, повысить их износостойкость и контактную твердость, существенно повысить герметичность и износостойкость уплотнений, тем самым повысить показатели надежности и срок службы машин. Так, например, виброобкатывание плоских поверхностей позволяет получить на поверхности (при соответствующем назначении режима обработки) более 100 точек на площади 25 х 25 мм вместо 25—30 точек после шабрения. В итоге контактная твердость повышается в 2-3 раза, а износостойкость - в 4 раза. Главные идеи вибрационного обкатывания были предложены проф. Ю.Г. Шнейдером.
Рисунок 4.9- Разные виды микрорельефа, получаемые методом вибрационного обкатывания
Применение инструментов из алмаза и эльбора также позволяет создавать поверхности с оптимальной микрогеометрией. Например, замена шлифования обычным абразивным инструментом на шлифование кругами из эльбора приводит к четырехкратному росту контактной твердости. Хонингование алмазными брусками позволяет в 1,5—2 раза увеличить опорную площадь радиусных закруглений вершин по сравнению с хонингованием абразивными брусками из электрокорунда.
Электрофизические и электрохимические методы обработки позволяют изменять в нужном направлении физико-механические и химические свойства поверхностного слоя деталей для повышения износостойкости и твердости, коррозийной стойкости, жаростойкости и т.д. Эти процессы осуществляются практически без силового воздействия, обеспечивая минимальную шероховатость поверхности с округленными вершинами неровностей, что тем самым увеличивает опорную поверхность.
Методы упрочняющей обработки поверхностей (рисунок. 4.10) в основном предназначаются для улучшения физико-механических свойств поверхностного слоя: повышается твердость поверхностного слоя, в нем возникают деформационное укрепление и остаточные напряжения сжатия или растяжения. При обработке участков возможной концентрации напряжений (галтелей и др.) влияние этих напряжений на прочность детали уменьшается. Влияние деформационного упрочнения и сжимающих остаточных напряжений благоприятно для повышения предела выносливости, что увеличивает долговечность деталей, особенно тех, что работают при циклических нагрузках. Срок службы деталей, например, пружин повышается в 1,5-2 раза, а рессор в 10-12 раз. Недостатком дробеструйной обработки является невозможность получения шероховатости поверхности на мягких материалах меньше 10-5 мкм. Она эффективная для деталей, что работают при температуре не выше 400 °С, потому что высокие температуры приводят к явлению рекристаллизации, которая устраняет эффект упрочнения.
Чеканка применяется для упрочнения галтелей ступенчатых валов, сваренных швов, зубчатых колес и других деталей машин.
Рисунок 4.10 - Методы упрочняющей обработки
Дробеструйное деформационное упрочнение наибольшее распространение получило для укрепления рабочих поверхностей деталей сложной формы, в результате чего в поверхностном слое создаются значительные сжимающие напряжения, повышается его твердость и устраняются дефекты предыдущей механической обработки в виде черточек и надрывов, уменьшается шероховатость грубо обработанных (выходных) поверхностей.
Обкатывание роликами и шариками применяют для обработки и укрепления деталей в тех случаях, когда одновременно с повышением прочности от усталости деталей нужно сохранить или уменьшить шероховатость поверхности. Обкатывание роликами после чистовой обработки лезвийным инструментом уменьшает высоту нерровностей в 2-3 раза и увеличивает несущую поверхность. Например, после обкатывания обточенных деталей из стали 45 роликами их предел выносливости может быть повышен в 2 раза.
Создание методом обкатывания в поверхностном слое значительных и легко регулируемых остаточных напряжений сжатия приводит к увеличению предела выносливости деталей.
В качествах укрепляющей обработки отверстий применяют их раскатывание роликами или шариками, а также дорнування. При этом увеличивается не только прочность детали, но и точность размера отверстия (процесс калибрования) и одновременное уменьшается шероховатость поверхности.
Обработка стальными щетками — эффективный метод укрепления поверхности детали на глубину 0,04—0,06 мм При обработке щетками средней твердости высотные параметры исходной шероховатости уменьшаются в 2-4 раза.
Гидроабразивная обработка повышает эксплуатационные свойства деталей машин созданием оптимальной микрогеометрии поверхности и сжимающих остаточных напряжений в тонком поверхностном слое. Однако малая глубина клеветы и трудности определения толщины слоя поверхности, что удаляется при гидроабразивная обработке является недостатком метода при массовом производстве.
Выглаживание алмазным инструментом применяют для обработки сталей, цветных металлов и сплавов. Важным преимуществом выглаживания алмазным инструментом является более благоприятная форма микрорельефа. Так, опорная поверхность при той же шероховатости увеличивается в 2-4 раза по сравнению с опорной поверхностью, полученной при операциях шлифования, полирования, суперфиниширования и притирки. Другим преимуществом является отсутствие зон вторичной закалки и вторичного отпуска, что характерно для обработки абразивным инструментом закаленной стали, потому что алмаз имеет низкий коэффициент трения с высоким коэффициентом теплопроводности.
Электромеханическая обработка (ЭМО) основана на сочетании термического и силового влияния на поверхностный слой детали и применяется для обработки стали и чугуна.
Электромеханическая обработка обеспечивает создание поверхностей с опорной площадью, что превышает эту площадь после абразивного шлифования в 1,5-2 раза, при увеличении контактной твердости в 2-6 раз. Твердость отдельных марок сталей повышается в 4,5 раза по сравнению с исходной при глубине ее распространения до 0,2-0,3 мм. Износостойкость нормализованных сталей после ЭМО повышается в 4-10 раз в сравнении с износостойкостью после полирования или шлифования.
ЭМО — эффективный способ обработки поверхностей чугунных деталей, при котором достигается Ra = 0,63...0,16 мкм, а глубина упрочненного слоя до 0,8 мм при повышении микротвердости в 1,5-2 раза.
Упрочнение взрывом приводит к увеличению твердости поверхности и как следствие к повышению износостойкости при трении и изнашивании, к созданию поверхностного слоя с сжимающими остаточными напряжениями, вызывает повышение предела выносливости, а возможность получения сквозного наклепа приводит к увеличению предела прочности и текучести, роста статической прочности сваренных соединений. Например, упрочнение взрывом пустотелых валов, сваренных соединений, замков рабочих лопаток турбин и других деталей, изготовленных из сталей, алюминиевыми и жаропрочными никелевыми сплавами, дало позитивные результаты использования этого процесса..
Поверхностная закалка применяется для упрочнения деталей из среднеуглеродистых и легированных сталей и чугунов. Глубину закалки назначают не менее 1,5-2 мм Нагревание может быть осуществлено газовой горелкой, токами высокой частоты (индукционная закалка) или в электролитах. Наибольшее распространение получила закалка с нагреванием токами высокой частоты (ТВЧ.), потому что оно позволяет получить равномерную глубину закаленной зоны и хорошо поддается автоматизации.
В результате быстрого охлаждения после нагревания в поверхностном слое образуется мартенсит. В результате этого создаются сжимающие остаточные напряжения и резко увеличивается твердость поверхности, а сердцевина детали остается мягкой и пластичной. Такое сочетание свойств сердцевины и поверхностного слоя резко увеличивает выносливость (на 40-100 %) деталей, снижает чувствительность к надрезам, повышает износостойкость деталей за счет высокой твердости и отсутствия обезуглероживания поверхности.
Химико-термическая обработка (ХТО) заключается в насыщении поверхностного слоя детали разными химическими элементами и последующей термической обработки. При данной обработке изменяется не только структура, но и химический состав поверхностного слоя, что позволяет более эффективно руководить качествами поверхности, тем самым изменяя эксплуатационные свойства деталей.
В зависимости от того, каким химическим элементом выполняется насыщение, поверхностный слой детали приобретает разные свойства: высокую твердость, химическую стойкость и др. Важным обстоятельством является возникновение в нем после химико-термической обработки остаточных напряжений сжатия. Наиболее распространенными являются такие виды ХТО.
Цементация — насыщение поверхностного слоя углеродом — наиболее распространенный вид обработки для деталей из малоуглеродистых сталей, что содержат до 0,3 % углерода. Цементация применяется при изготовлении шестерен, поршневых пальцев, коленных валов, болтов и многих других деталей. Цементируемые поверхности поддают закалке.
Азотирование — насыщение поверхностного слоя деталей азотом с целью повышения твердости, износостойкости, предела выносливости и коррозийной стойкости. Износостойкость азотированных деталей значительно выше износостойкости цементируемых. Азотирование применяется для укрепления гильз цилиндров, шестерен, коленчатых валов, деталей, которые работают в агрессивных средах.
Цианирование и нитроцементация — одновременное насыщение поверхности азотом и углеродом. Нитроцементация имеет ряд преимуществ перед цементацией: высшая износостойкость и выше предел выносливости деталей.
Борирование - насыщение поверхности бором. Применяется с целью увеличения износостойкости и повышения твердости поверхности, что у борированных деталей не снижается до температуры 900...950 °С. Такое соединение свойств позволяет, например, увеличить долговечность штампов.
Силицирование— насыщение поверхности кремнием, повышает коррозийную стойкость деталей, не повышая предел их выносливости. Силицированный слой очень плохо обрабатывается механически через его высокую хрупкость. Силицированию подвергают графитовые уплотнения для насосов.
Сульфидирование и сульфоцианирование - процессы насыщения поверхностного слоя серой или одновременно серой, углеродом и азотом (сульфоцианирование). Применяются для повышения износостойкости трущихся поверхностей в 1,5-5 раз, увеличивая свойства против задиров и сопротивление металлов схватыванию. Применяются для обработки валиков, втулок, гаек, поршневых колец и некоторых режущих инструментов — метчиков, долбяков и др.
В последние годы развиваются методы комплексного термодиффузионного насыщения поверхностей деталей одновременно несколькими элементами бороалитирование, боросилицирование, хромоалитирование и др. Последнее, например, повысило надежность и в несколько раз увеличило долговечность деталей турбин реактивных двигателей за счет повышения жаростойкости и эрозионной стойкости.
Наплавление и напыление металлов c заданными свойствами применяются с целью повышения твердости, износостойкости, коррозийной стойкости обычных конструкционных материалов. При наплавлении в поверхностном слое создаются, как правило, растягивающие остаточные напряжения и предел выносливости деталей может быть снижен.
Электроискровое легирование - процесс перенесения материала на поверхность обрабатываемой детали искровым электрическим разрядом. С момента появления этот способ привлек внимание технологов в связи со следующими специфическими особенностями:
материал анода (легирующий материал) может образовывать на поверхности катода (поверхность, что подлежит легированию) чрезвычайно крепко сцепленнный с поверхностью слой покрытия. В этом случае не только отсутствующая граница раздела между нанесенным материалом и металлом основы, но происходит даже диффузия элементов анода в катод (это не соответствует известным литературным данным (граница раздела между покрытием и основой весьма резкая и разработка мер по устранению такой резкой границы представляет весьма серьезную научную и техническую проблему);
процесс легирования может происходить так, что материал анода не образует покрытие на поверхности катода, а за счет диффузии обогащает эту поверхность своими составными элементами;
легирование можно осуществлять в строго отмеченных местах (радиусом от долей миллиметра и более), не защищая при этом другую поверхность детали;
технология электроискрового легирования металлических поверхностей очень простая, а необходимая аппаратура малогабаритная и не сложная в транспортировке;
при электроискровом легировании почти полностью отсутствующее термическое влияние на слои основного металла, расположенные непосредственно под легированным слоем.
Таким образом, электроискровое легирование позволяет изменять в заданном направлении физико-химические и геометрические характеристики поверхностного слоя для придания ему необходимых свойств: повышение износостойкости, повышение или снижения твердости, повышение сопротивления усталости, уменьшение склонности к схватыванию поверхностей при трении, повышение коррозийной стойкости, жаростойкости, электропроводимости и эмиссионных свойств.
Технологические методы повышения коррозийной стойкости поверхностей могут быть классифицированы по трем направлениям (рисунок 4.11)
Рисунок 4.11 - Методы повышения стойкости поверхностей к коррозии
Легирование материалов - добавление в сплавы специальных элементов, благодаря чему получают коррозионностойкие материалы. Так, легирование стали хромом (около 13 %) резко повышает ее электрохимический потенциал, на поверхности образуется тонкая защитная пленка окислов. В результате этого стали в зависимости от состава становятся кислотостойкими, стойкими к коррозии, жаростойкими (1Х13, Х18Н10 и др.). Высокую стойкость против газовой коррозии стали и некоторых сплавов придают хром, алюминий и кремний.
Выбор специальных сплавов и условий их термической и механической обработки, при которых не нужно дополнительной защиты от коррозии. Например, специальным режимом обработки резанием на поверхности стальной детали (сталь. ЗОХГСА) можно создать структуру «мартенсит особенного рода», что имеет высокую коррозийную стойкость, при этом одновременно повышается сопротивление усталости и износостойкость.
Нанесение на поверхности разных покрытий (металлических и неметаллических) является наиболее распространенным направлением и включает большую группу методов защиты поверхностей от влияния коррозийной среды (рисунок 4.12).
Рассмотренные выше средства формирования поверхностного слоя показывают, что для ответственных деталей конструктор должен указывать нескольких из набора параметров шероховатости и направлений неровностей поверхности, дополнительные требования по методу ее окончательной обработки в зависимости от специфики и среды работы детали.
Рисунок 4.12 - Классификация технологических методов повышения коррозийной стойкости поверхностей деталей
Назначая, например, операцию шлифования или требуя применение методов укрепляющей технологии, конструктор тем самым, не нормируя количественно физические характеристики поверхности, предусматривает в первом случае возможность образования дефектного слоя, что сопровождает процесс шлифования, или предусматривает во втором случае упрочнение поверхностного слоя с образованием в нем наклепа и остаточных напряжений.
Вопросы для самопроверки
1.Шероховатость поверхности и ее показатели.
2.Влияние шероховатости поверхности на ее эксплуатационные качества.
3.Технологические методы влияния на показатели качества поверхности.
Лекция 5
5. Тема 5 Основы проектирования технологических процессов
5.1 Основные принципы проектирования технологических процессов
При проектировании всех видов технологических процессов (ТП) необходимо соблюдать такие основные принципы:
технический, сущность которого состоит в разработке ТП изготовления изделий соответствующего качества;
экономический, который состоит в разработке ТП изготовления изделий с минимальными расходами;
экологический, который предусматривает при реализации разработанного ТП минимальный ущерб реализующим его работникам, а также окружающей среде.
5.2 Исходная информация для проектирования ТП
Всю исходную информацию для проектирования ТП можно разбить на три типа:
базовая - чертеж машины, сборочной единицы, детали, объем выпуска с учетом процента запасных частей, сроки выпуска изделия, данные о производственной системе ( применяемые способы получения заготовок и др.).
руководящая – инструкции по охране труда, типу ТП, стандарты по проектированию и оформлению технологических процессов и т.п.
справочная - каталоги оборудования, оснастки, режимов обработки, норм времени и тп.
При этом следует помнить, что при проектировании рабочих технологических процессов базовые и справочные данные должны отражать действительное состояние производственной системы, а для перспективных ТП можно использовать каталоги нового перспективного оборудования и оснастки.
5.3 Основные этапы, последовательность и методы проектирования ТП
Проектирование технологических процессов механической обработки и сборки является многовариантной задачей. По своей сути это есть процесс переработки исходной информации, которая является недостаточной и неточной в конечные технологические решения. Процесс проектирования многоэтапный, связанный с синтезом новых данных на каждом этапе, которые пополняют исходные данные. В результате многовариантности решений, например, при назначении способов обработки отдельных поверхностей или выборе станка необходимо выполнение оптимизационных расчетов. Процесс проектирования ТП является итерационным, то есть с возможным возвращениями к ранее принятым решениям и их коррекцией.
В целом в процессе проектирования можно выделить три больших этапа:
сбор и анализ исходной информации;
выработка технологических решений;
технико-экономическое обоснование и оформление ТП;
Последовательность проектирования в пределах этих этапов может быть представлена в виде нижеследующего укрупненного алгоритма ( см. рис.5.1).
5.4 Методы проектирования технологических процессов
Различают такие методы проектирования технологических процессов: неавтоматизированое, автоматизированое, автоматическое.
Неавтоматизированное проектирование — проектирование, при котором все превращения описаний объекта, а также представление описаний разными языками (чертеж, технологическая документация, и тому подобное) осуществляет непосредственно человек. При неавтоматизированном проектировании большинство его этапов, связанных с анализом технических условий, изделием заготовки, определением способа базирования, формированием структур операций и установлением их последовательности, разрешаются на основе интуиции и опыта технолога. При их решении технолог использует нормативные и справочные рекомендации и, типичные решения, а также выполняет некоторые расчеты.
Автоматизированное проектирование – проектирование отдельных превращений описаний объекта, а также представления описаний разными языками осуществляют взаимодействием человека и EOM.
Рисунок 5.1 – Алгоритм последовательности проектирования ТП
Автоматическое проектирование — проектирование, при котором все превращения описаний объекта, а также представления описаний разными языками осуществляются без участия человека.
В условиях автоматизированного проектирования на ЭВМ возлагается решение в первую очередь заданий, сущность которых можно формализировать и подать в виде функциональных или структурно-схемных связей, например, многообразные расчеты, определения количества степеней обработки отдельных поверхностей детали, выбор оптимальных условий снятия напуска и др. Дальнейшее развитие теории проектирования и вычислительной техники дает возможность постепенно передавать ЭВМ также и решение творческих заданий.
В современных системах автоматизированного проектирования ТП (САПР ТП), например, КОМПАС ТМ, АВТОПРОЕКТ и др. решения технологических заданий выполняется в диалоговом режиме взаимодействия технолога-проектировщика с ЭВМ через индивидуальный терминал – дисплей. С его помощью он получает сообщение от ЭВМ через такой промежуток времени, который не нарушает скорости естественного хода его мысли. Диалоговый режим эффективный при решении творческих заданий, когда нужен эвристический подход (распознавание геометрических образов деталей, размерных и топологических связей между элементарными геометрическими образами с целью оптимального выбора схем базирования, проектирования маршрута обработки, составления и тому подобное). Эти и много других заданий могут быть решены эффективно лишь синтезом творческих процессов человека и «способностей» машинных программ.
С точки зрения принципов проектирования различают два методических подхода. Первый базируется на синтезировании технологического процесса на основе базы знаний и принятия решений на уровне первичных определений (переход, учреждений, совместимость средств оброки и инструментов, и тому подобное), второй — на основе использования типичных или групповых технологических процессов и комплексных решений, которые накоплены многолетним опытом машиностроительного производства.
Синтезирование технологических процессов — достаточно сложный, трудоемкий и тяжело формализированный процесс, что требует глубоких знаний, интуиции, опыта технолога.
Проектирование технологических процессов на основе типичных или групповых технологических процессов не требует таких глубоких знаний, легко формализируется и поддается автоматизации. Практически все сейчас действующие системы автоматизированного и автоматического проектирования технологических процессов основаны на использовании типичных технологических решений.
5.5 Определение типа производства, такта выпуска, партии запуска изделий
Как известно существует три типа производства: единичное, серийное и массовое. Определение типа производства данного изделия может быть сделано разними методами. При укрупненном определении типа производства можно пользоваться таблицами, которые имеются во многих учебниках и справочниках. В этих таблицах тип производства является функцией объема выпуска изделий и их массы, либо суммарной трудоемкости, либо габаритов. Например, можно определять тип производства по ориентировочному распределению количества машин по серийности (см. таблица 5.1)
Таблица 5.1 – Ориентировочное распределение количества машин за серийностью
|
Тип производства |
Количество машин в серии |
||
|
больших |
средних |
мелких |
|
|
Мелкосерийное |
2-5 |
6-25 |
16-50 |
|
Среднесерийное |
6-25 |
26-150 |
51-300 |
|
Крупносерийное |
больше чем 25 |
больше чем 150 |
более чем 300 |
Определение такта выпуска для крупносерийного и массового производства было рассмотрено раньше (см. раздел 1.5).
Для серийного производства рассчитывают оптимальное количество изделий, которые одновременно запускаются в изготовление (партия - N парт, если речь идет о деталях, и серия - N ср, если речь идет о машине в целом).
Nа
N парт = ------- шт.
254
где N парт - количество изделий, которые одновременно запускаются в изготовление;
N - объем выпуска изделий;
а = 5-10 количество дней запаса деталей для составления на составе;
254 - количество рабочих дней в году;
Количество изделий (машин) в серии обычно равняется месячной программе выпуска машин:
N
N сэр. = --- шт.
12
5.6 Отработка конструкций изделий на технологичность
Одним из факторов, которые существенно влияют на характер технологических процессов, есть технологичность конструкции изделия и его составных частей. Конструкция изделий должна не только обеспечивать их эксплуатационные требования, но и требования к их наиболее экономическому изготовлению. Чем меньшая трудоемкость и себестоимость изготовления изделия, тем более он считается технологическим. Поэтому проектированию технологических процессов предшествует отработка изделия на технологичность. Это предопределено более глубокими знаниями технологом конкретного производства: технических и экономических возможностей, конкретного оборудования и других факторов. Технологическая конструкция изделия должна предусматривать широкое использование унифицированных сборочных единиц, стандартизированных и нормализованных деталей и их элементов; минимальное количество оригинальных деталей. Технологическая конструкции изделия должна отвечать требованиям сборки и иметь удобные сборочные базы, минимум подгоночных работ, возможность параллельной сборки сборочных единиц.
Виды и показатели технологичности конструкций приведены в ГОСТ 14.205—83, общие правила отработки конструкции изделия на технологичность в ГОСТ 14.201—83.
Оценка технологичности конструкции может быть двух видов: качественная и количественная. Качественная характеризует технологичность конструкции обобщенно на основании опыта исполнителя и проводится на всех стадиях проектирования, как предыдущая. Ее характеризуют показатели: хорошо —плохо. Количественная оценка базируется на определении отношения значений достигнутых показателей к базовым. При этом за базовые принимают показатели машин, которые являются лучшими мировыми представителями такого вида продукции.
В ГОСТ 14.201-83 приведен типичный перечень показателей технологичности, из которого разработчик должен принимать минимальное, но достаточное их количество. Показатели технологичности выступают как инструмент общения между конструктором и технологом при совместной отработке конструкции на технологичность. Рекомендуется выполнять поэтапную отработку конструкции на технологичность в таком порядке:
- подобрать и проанализировать исходные (начальные) материалы, необходимые для оценки технологичности;
- определить показатели технологичности базовой и назначенной к изготовлению конструкции;
- провести сравнительную оценку и расчет уровня технологичности;
- разработать мероприятия по улучшению показателей технологичности.
Основными показателями технологичности конструкции изделия является трудоемкость, себестоимость, материалоемкость и энергоемкость.
Трудоемкость изготовления или ремонта изделия выражается суммой нормо-часов, потраченных на технологические процессы изготовления или ремонт всех его составных частей и составления. Уровень технологичности конструкции относительно трудоемкости определяют за формулой 4.1
Кт = То / Тб (4.1)
где То и Тб - ожидаемая (проектная) и базовая трудоемкости изготовления или ремонта изделия, нормо-часов.
Себестоимость — суммарное (по всем составным частям изделия) значение расходов на материалы, заработную плату производственных рабочих с начислениями и накладных расходов. Себестоимость является обобщающим показателем качеств Изделия. Уровень технологичности конструкции по себестоимости
Кс = Sо / Sб (4.2)
Где So и Sб - ожидаемая (проектная) и базовая себестоимости изготовления изделия, руб.
Материалоемкость характеризует количество материала, потраченного на изготовление изделия, единицы массы. На практике часто используют материалоемкость как отношение массы изделия к одному из основных технических параметров его (например, мощности).
Энерговместимость характеризует количество топливно-энергетических ресурсов, которые тратятся на изготовление изделия, например кВт, кал.
Piвнi технологичности изделия по материалоемкости и енергоемкости определяются аналогично уровням технологичности с трудоемкостью и себестоимостью.
Разработанные конструкции считаются технологическими, если числовые значения уровней технологичности меньше единицы. Существует также ряд других показателей, которые дают возможность конкретизировать те или другие конструктивные недостатки и наметить пути повышения технологичности. К ним принадлежат ровные унификации деталей и их конструктивных элементов, марок материалов, сортаментов материалов, размеры рези, посадок и тому подобное. На рисунке 5.2 приведенные нетехнологические решения конструкции элементов деталей – ось отверстия не перпендикулярная поверхности, что добавляет необходимости проектирования и изготовления специального устройства для сверления. На втором примере отверстие высшей точности (7 квалитет) запроектировано как глухой, что не дает возможности обрабатывать его на проход, а также использовать прогрессивные методы обработки, например, протягивание. В данном случае более целесообразно более точное отверстие сделать сквозным.
После проведения анализа технологичности все предложения относительно изменений конструкции должны быть систематизированы в объяснительной записке. Изменения, которые не противоречат служебному назначению изделия, после согласования с разработчиком должны быть внесены в конструкцию изделия.
Рисунок 5.2 – Примеры нетехнологичных решений элементов деталей
Вопросы для самопроверки
1. Основные показатели технологичности конструкции изделия.
2. Отработка конструкций изделий на технологичность.Порядок проведения.
3. Способы определения типа производства.
4. Роль оценки технологичности изделия в проектировании ТП
Лекция 6
6. Тема 6 Проектирование ТП изготовления изделия
6.1 Проектирование маршрута обработки заготовки
Маршрут обработки заготовки (МОЗ) устанавливает последовательность операций обработки резанием, а также содержание и место термических, гальванических, слесарных и контрольных операций. Как справочный материал при проектировании маршрута могут быть использованы типовые, групповые или рабочие заводские технологические процессы.
При разработке маршрутного технологического процесса нужно учитывать заводской опыт и рекомендации литературных источников относительно деления технологического процесса на этапы, которые объединяют технологические методы приблизительно равные по точности и качеству обработки поверхностей.
Одна из укрупненных типичных схем рациональной последовательности этапов обработки заготовок, что обобщает многолетний опыт машиностроения, показана в табл. 6.1. Как видно из таблицы, прежде всего обрабатывают технологические базы, потом — другие поверхности в порядке восхождения от начальной точности поверхностей заготовки к такой, которая требуется по чертежам детали. Наиболее высокие квалитеты точности имеют исполнительные поверхности, с помощью которых деталь выполняет свое служебное назначение. Таким образом, построение МОЗ должно быть подчинено одному из главных принципов — обеспечению служебного назначения детали. По этой причине значительное влияние на последовательность операций технологического процесса имеет принятый маршрут обработки исполнительных поверхностей деталей.
Приведенные в таблице этапы не обязательные для всех технологических процессов, поскольку далеко не все детали нуждаются в термической обработке, покрытиях и отделочных операциях. Для прецизионных заготовок может не быть черновых, получистых и даже чистовых этапов обработки. Маршрут обработки таких заготовок строится с пропуском тех этапов, в которых нет необходимости.
Таблица 6.1- Типичной последовательности этапов обработки заготовок
|
Этап |
Название |
Содержание этапов и исходные параметры |
|
Э1 |
Предыдущий I |
Обработка поверхностей, которые будут использоваться в качестве технологические базы на следующих этапах |
|
Э2 |
Предыдущий II |
Черновая обработка исполнительных поверхностей и поверхностей, которые не допускают наличия дефектов. Точность размеров 1T12...1T14, формы и расположения Х...ХП степени Rz=10...20 мкм, Ra = 2,5...5 мкм |
|
ЭЗ |
Термический I |
Термообработка для снятия внутреннего напряжения I и II рода |
|
Э4 |
Получистый |
Правка баз и получистая обработка поверхностей. Точность размеров 1T10...1T12, формы и расположения VIII...ІХ степени Rz=6,3...10 мкм Ra = 1,25...2,5 мкм |
|
Э5 |
Термический II |
Термообработка для улучшения качеств поверхностных слоев материала |
|
Э6 |
Чистовой |
Правка технологических баз и чистовая обработка поверхностей. Точность размеров 1Т8...1Т9, форма и расположение VI...VII степени Rz=3,2...6,3 мкм Rа=0,63...1,25 мкм |
|
Э7 |
Дополнительный |
Выполнение второстепенных операций (сверление крепежных отверстий, снятия фасок, прорезание канавок) обработка поверхностей, которые легко повреждаются (например, нарезание рези) |
|
Э8 |
Гальванический |
Хромирования, никелирования и др. |
|
Э9 |
Окончательный |
Снаряжение исполнительных и базовых поверхностей. Точность размеров 1Т5...1Т7, формы и расположения IV...V степени Rz = 0,8...1,6 мкм Ra=0,16...0,32 мкм |
|
Э10 |
Контрольный |
Окончательный контроль, испытание |
Поскольку исполнительные поверхности детали имеют наивысшую точность и минимальную шероховатость, то чистовой или отделочной обработкой этих поверхностей и должен заканчиваться маршрут изготовления детали в целом. Обработку поверхностей, точность и шероховатость которых ниже, чем в исполнительных, заканчивают на уровне этапа получистовой или даже черновой обработки.
Разделяя технологический процесс на этапы, достигают ряда позитивных моментов: черновая обработка может выполняться на специально выделенном изношенном или неточном оборудовании рабочими низшей квалификации; разрыв по времени между черновой, получистовой и чистовой обработками дает возможность более полно скаказаться деформациям и их устранению на последнем этапе обработки; вынесение финишной обработки в конец маршрута уменьшает риск случайного повреждения окончательно обработанных поверхностей. Обычно, от этих основных правил построения МОЗ могут быть некоторые отклонения. Да, на конец маршрута часто выносят обработку поверхностей, которые легко повредить (внешние рези и др.). Для деталей достаточно жестких часто с целью выявления внутренних дефектов на более ранних стадиях обработки назначают чистовую обработку сразу же после получистовой или черновой. Так действуют при обработке плоской поверхности на карусельный - и барабанно-фрезерных станках. В этом случае достигается высшая степень концентрации обработки, уменьшается число установов детали, уменьшаются расходы на их механическую обработку.
Если деталь подлежит термической обработке, то технологический маршрут механической обработки, как видно из табл. 4.1, распадается на несколько частей.
Отметим, что этап Е3 может выполняться первым или вторым, что дает возможность не разрывать технологический процесс механической обработки. Место, отведенное в таблице этапа Е5, отвечает объемное закалке и цементации. Если же термообработкой служит азотирование, то его выполняют непосредственно перед этапом Е8. В этом случае необходимость этапов Е5 и Е6 отпадает.
Термическая обработка, как известно, вносит погрешности в форму заготовки, взаимное расположение поверхностей и ухудшает шероховатость. Для устранения этих дефектов в МОЗ приходится вносить операцию правки технологических баз или повторную механическую обработку отдельных поверхностей (этапы 4 и 6). Кроме того, термическая обработка часто связана с введением в МОЗ некоторых специфических операций, таких, как омеднение участков, которые не цементируются, и тому подобное. Разрабатывая технологические процессы, необходимо планировать операции технического контроля, которые вводятся в МОЗ после тех операций, где возможное появление нехватки, перед сложными и ответственными операциями, а также в конце обработки. На всех других операциях (их должно быть большинство) следует планировать выборочной контроль.
6.2 Выбор технологического оборудования
Выбирая оборудование при проектировании рабочего технологического процесса, ориентируются на оборудование, которое есть в цехе с учетом фактической загрузки отдельных его групп. В условиях единичного производства проектирования новых технологических операций для очень загруженного уникального оборудования, что лимитирует общий выпуск заводской продукции, может быть применено лишь в исключительных случаях, когда никакие другие станки, а также методы обработки не могут быть использованы. В любых других случаях следует применять другое имеющееся оборудование, что обеспечивает качественную обработку деталей. При проектировании технологических процессов для предприятий, которые создаются, возможности технолога ограничены лишь экономическими рассуждениями.
Выбор станка для реализации операции выполняют за такими критериями:
- тип производства;
- технологические возможности относительно реализации включенных к операции методов обработки (состав технологических переходов);
- габариты рабочей зоны;
- количество размещаемых инструментов;
- мощность двигателей;
- цена станка.
Согласно с классификацией станков, предложенной А.Т. Кашириним, станочное оборудование поделятся на такие виды: станки широкого или общего назначения (универсальные), станки высокой производительности, станки специализированные и специальные.
Станки широкого или общего назначения применяют в мелкосерийном и единичном производствах. Станки высокой производительности имеют ограниченные технологические возможности. Однако, благодаря повышенной мощности и жесткости, на них можно вести обработку на высших режимах резания и более концентрированными методами. К станкам этого вида принадлежат: токарные многорезцовые, гидрокопировальные, одно - и многошпиндельные автоматы и полуавтоматы, круглошлифовальные, которые работают методом поперечной подачи, бесцентрово-шлифовальные, барабанный и карусельно-фрезерные и др. Такие станки предназначенные для крупносерийного и массового производств. Специализированные станки создают на базе станков высокой производительности установлением дополнительных шпинделей и других узлов, с помощью которых они могут быть приспособлены для выполнения конкретных операций при обработке конкретных деталей в условиях массового производства. Специальные станки проектируют и изготовляют на особенный заказ и используют для выполнения определенной операции. Проектирование и изготовление станков этой группы является очень дорогим. Потому они оправдывают себя лишь в массовом производстве. Особенные группы составляют агрегатные станки, что применяются в серийном и массовом производствах, и станки с числовым программным управлением, которые используют в условиях мелко и иногда среднесерийного производств. Выбор технологического оборудования должен базироваться на анализе расходов на реализацию технологического процесса в пределах жизненного цикла изделий при заданный их качествам. Результаты анализа оценивают отношениями: основных и искусственных времен, приведенных расходов при выполнении работ на разных станках..
Практика показывает, что наиболее многовариантным является оборудование для токарной обработки. Вопрос о выборе токарного, токарно-револьверного, токарного одно многошпиндельного полуавтомата ли может быть решен без сложных расчетов, с помощью графиков и диаграмм, которые устанавливают границу экономического использования этих станков при разных программах выпуска изделий. В каждом конкретном случае, выбирая модель, пользуются паспортами станков, а при их отсутствии — каталогами металлорежущего и другого оборудования.
6.2.1 Выбор приспособлений.
При выборе приспособления руководствуются такими правилами. В единичном и мелкосерийном производствах широко применяют универсальные приспособления (патроны, тиски, делительные универсальные головки, поворотные столы и тому подобное). В крупносерийном и массовом производствах применяют главным образом специальные приспособления, которые сокращают вспомогательное и основное время больше, чем универсальные, при высшей точности. Выбор приспособления должен быть основанным на анализе расходов на реализацию технологического процесса в установленный промежуток времени при заданном количестве изделий. Анализ расходов должен предусматривать сравнение вариантов приспособления, которые отвечают одинаковым требованиям и обеспечивают решение одинаковых заданий в конкретных производственных условиях. При выборе оптимального варианта приспособления должны учитываться:
- технические требования на изготовление детали — количество деталей и сроки их изготовления;
- требования техники безопасности и промышленной санитарии;
- расходы на изготовление устройства.
В практике современного машиностроительного производства сформировались такие системы устройств.
Универсально-сборные приспособления (УЗП) компонуют из окончательно обработанных взаимозаменяемых стандартных универсальных элементов. В качестве их используют специальные оборотные устройства кратковременного действия. Они обеспечивают установление и фиксацию заготовок в пределах габаритных возможностей комплекта УЗП.
Специальные сборно-разборные приспособления (СРП) — устройства, которые компонуют из стандартных элементов дополнительной их механической обработкой и используют специальные необратимые устройства длительного действия из оборотных элементов.
Неразборные специальные приспособления (НСП) — устройства, которые компонуют с применением стандартных деталей и узлов общего назначения как необратимые устройства долговременного действия из необратимых деталей и узлов. Они состоят из двух частей: унифицированной базовой части и переменной наладки. Устройства этой системы стойкие к изменениям конструкций заготовок, обрабатываемых деталей, и коррекций технологических процессов. В случае подобных изменений необходимая лишь замена переменной наладки. Устройства этой системы используют - при групповой обработке деталей.
Универсально - безналагоджувальні приспособления (УБП) — наиболее распространенная система в условиях серийного машиностроения. Эти устройства обеспечивают установку и фиксацию заготовок, обрабатываемых деталей любых изделий малого и среднего габарита. При этом установка заготовок связана с необходимостью контроля их ориентации в пространстве. Такие устройства обеспечивают выполнение широкой номенклатуры операций обработки заготовок.
Универсально-наладочные приспособления (УНП) — устройства, которые обеспечивают установку с помощью специальных наладок, фиксацию заготовок, обрабатываемых деталей малого и среднего габарита и выполнения широкой номенклатуры операций обработки заготовок. Применяются как устройства кратковременного действия.
Специализированные наладочные приспособления (СНП) — устройства, которые обеспечивают за определенной схемой базирование, установку с помощью специальных наладок и фиксацию родственных за конструкциями заготовок для осуществления типичных операций.
Все перечисленные системы приспособлений принадлежат к категории унифицированных. Выбор унифицированного устройства во многом отличается от выбора обычной оснастки. Как правило, эту работу выполняет конструктор по оснастке. Технолог лишь указывает необходимую систему устройства и приводит схему базирования.
При выборе приспособления следует использовать такую документацию:
- нормативно-техническую — стандарты на устройства и их детали, стандарты на сроки и определения технологической оснастки;
- техническую — альбомы типичных конструкций устройств, каталоги и паспорта на технологическое оборудование, инструктивно-методические материалы относительно выбора технологической оснастки.
При технико-экономическом обосновании выбора устройств рассчитывается коэффициент загрузки устройства и затраты на оснастку операций. Коэффициент загрузки устройства определяют за формулой:
Кз.п = Тк N/Fд
где Тк — штучно-калькуляционное время выполнения технологической операции, мин; N — месячная программа (количество повторов, операций), что планируется;
Fд— действительный месячный фонд времени, год.
При выборе системы устройства можно использовать рекомендации ГОСТ 14.305-86 (см. рис. 6.1).
Рисунок 6.1.- Границы рационального использования приспособлений разных систем
6.3 Основы технического нормирования
Техническое нормирование являет собой установление технически обоснованных норм затраты производственных ресурсов (ГОСТ 3.1109-82). При этом под производственными ресурсами понимают энергию, сырье, материалы, инструмент, рабочее время, и тому подобное.
При проектировании технологических процессов особенно важным заданием является техническое нормирование технологических процессов, то есть нормирование труда.
Нормой времени называют регламентированное время выполнения некоторого объема работ в конкретных производственных условиях одним или несколькими исполнителями соответствующей квалификации. Обычно за единицу объема работ принимается технологическая операция.
Нормы времени могут быть определены разными методами.
Опытно-статистический метод.
Он допускает установление нормы времени на всю операцию путем сравнения с нормами выполнения в прошлом аналогичных работ. Основой этого метода является квалификация и личный опыт нормировщика. Область применения - единичное и мелкосерийное производство.
Расчетно-аналитический метод.
Сущность этого метода заключается в том, что нормируются элементы технологической операции: технологические и вспомогательные переходы и т.п. Такая норма времени называется технически обоснованою.
В зависимости от типа производства могут рассчитывать или штучно-калькуляционное время Тшт-к. или искусственный Тшт. Структура этих времен следующая:
Тпз
Тшт-к = Тшт + ---- (мин),
n
где Тшт. = То + Тд + Ттех.обсл. + Т орг.обсл. + Т от.
Рассмотрим каждую из составляющих этих времен:
То - основное время;
Тд - вспомогательное время;
Ттех.обсл - время на техническое обслуживание;
Торг.обсл - время на организационное обслуживание;
Твид - время на реґламентированный перерыв (на отдых);
Тп.з – подготовительно заключительное время;
n - число изделий в партии;
Сумма То + Тв - называется оперативным временем Топ.
Основное время при механической обработке рассчитывается на каждый технологический переход. Эта часть искусственного времени тратится непосредственно на смену или определение состояния предмета труда.
Lр
То = ------ * и (мин)
S мин
где Lр - расчетная длина обработки, мм (рисунок 6.2);
Sмин- минутная подача, мм/мин;
и - количество рабочих ходов;
Lр = Lдет + Lвр + Lпер (мм)
где Lдет - длина поверхности, обрабатываемой детали детали, по чертежу, мм;
Lвр - длина врезки инструмента, мм;
Lпер - длина хода инструмента, мм;
Рисунок 6.2- Схема расчетной длины обработки
Lвр предназначена для обеспечения безопасного входа инструмента в заготовку на рабочей подаче, а Lпер – для гарантированного выхода его за поверхность по окончанию ее обработки. В случаях обработки не на проход, сверление глухого отверстия и потому подобных случаях ход инструмента может быть таким, что отсутствует. Это необходимо учитывать при определении расчетной длины обработки.
Вспомогательное время Тд - часть искусственного времени, что тратится на выполнение приемов, необходимых для обеспечения возможности обработки и следующего определения состояния предмета труда (установка и снятие заготовки, управление станком, измерение размеров).
Нормирования вспомогательного времени делают с помощью нормативов времени с разной степенью их укрупнения.
Время обслуживания Тоб рабочего места - часть искусственного времени, что тратится исполнителем в поддержку средств технологической оснастки в работоспособном состоянии и уход за ним и рабочим местом.
Обслуживания рабочего места подразделяют на организационное и техническое.
Расходы времени на техническое обслуживание Ттех.обс. - предусматривают выполнение изменения инструмента, что затупился, регуляции и подналаживания станка и др.
Время на организационное обслуживание Торг.обс. - предусмотренный на уход за рабочим местом - испытание и обзор оборудования, получение инструктажу на протяжении изменения от мастера или бригадира, очистки и смазки оборудования, впитывания рабочего места и др.
Время технического и организационного обслуживания устанавливают по нормативам времени в процентах от оперативного времени (до 4-8%).
Время на отдых и личные потребности Твид. - часть искусственного времени, что тратится работающим на личные потребности и (при утомительных работах) - на дополнительный отдых. Это время определяют в процентах от оперативного времени. Для механических цехов он приблизительно составляет 2,5 – 4 % от оперативного времени.
Подготовительно-заключительное время Тп.з - интервал времени, что затрачивается на подготовку оборудования и средств технологической оснастки к выполнению технологической операции и приведению последних в порядок по окончании выполнения операции. Его назначают на всю партию заготовок, которые подлежат обработке на операции. Это время определяют за нормативами в которые входят налаживания средств технологической оснастки; ознакомление с работой (чертежом, технологическим процессом, инструкциями и др.); получение материалов, инструментов, а также на работы по окончании обработки партии заготовок - сдача изготовленных деталей, снятие из станка технологической оснастки, приведение в рабочее состояние оборудования.
Штучно–калькуляцийное Тшт-к время определяется в единичном, мелкосерийном и иногда в среднесерийном производстве для операций, налаживание оборудования для которых, делает сам рабочий.
Штучное время рассчитывается в тех типах производства где оборудование налаживает наладчик, а рабочих только выполняет на нем работу (среднесерийное, крупносерийное и массовое производство).
Расценка за выполнение операции может быть рассчитана за следующей формулой:
Соп = Тшт (Тшт-к) * С г.с. (грн.)
где Соп – расценка за выполнение операции; Тшт (Тшт-к) – соответствующая норма времени на операцию (часов.); Сг.с. – часовая тарифная ставка рабочего соответствующего разряда (грн.).
Кроме рассмотренного выше поэлементного нормирования для установления нормы времени на практике иногда применяют такие методы как хронометраж и фотография рабочего дня.
С помощью хронометража изучают расходы времени на выполнение циклический повторяемых ручных и машинно-ручных элементов операции. Его применяют при проектировании рационального состава и структуры операции, для установления нормальной длительности их элементов и на этой основе заключения нормативов для расчетов технически обґрунтованих норм времени. Хронометраж также применяют при изучении передовых методов работы с целью их распространение.
Фотография рабочего дня заключается в изучении и измерений всех расходов времени путем наблюдения на протяжении одной или нескольких изменений. При этом, в отличие от хронометража, фиксируют расходы не только связанные с выполнением операции, но и с организацией производства (временные простои по разным причинам: отсутствие заготовок, инструмента и т.п.).
Вопросы для самопроверки
1. Принципы проектирования технологических процессов.
2. Исходная информация для проектирования технологических процессов.
3. Последовательность этапов проектирования технологических процессов.
4. Методы проектирования технологических процессов.
5. Определение типа производства, партии запуска, такта выпуска.
6. Технологичность конструкции. Примеры реализации
7. Назначение метода изготовления исходной заготовки.
8. Формирование маршрута обработки заготовки.
9. Методы назначения допусков на обработку. Сущность опытно-статистического метода.
10.Выбор оборудования и технологической оснастки.
11.Техническое нормирование. Способы. Границы использования.
12.Расчетно-аналитический метод нормирования технологических операций.
Список литературы
- Анурьев В.И. Справочник конструктора машиностроителя .М.: Машиностроение, 1980.-Т.2.-559 с.
- Анурьев В.И. Справочник конструктора машиностроителя. - М.: Машиностроение, 1980.-Т1.-728.
- Бабук В.В. и др. Дипломное проектирование по технологии машиностроения.- Минск Вышэйш. шк., 1979.- 464 с.
- Великанов К.М., Власов В.Ф., Карандашева К.С. Экономика и организация производства в дипломных проектах. Изд. 3-ое, перераб. и доп. Л.: Машиностроение, 1977 - 208 с.
- Горбацевич А.Ф., Шкред В.А. Курсовое проектирование по технологии машиностроения. - 4-ое изд., перераб. и доп.- Минск: Вышейш. школа, 1983.- 256 с.
- Горошкин А.К. Приспособления для металлорежущих станков. справочник. - 7-ое изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1979. - 303 с.
- ГОСТ 3.1107-81. Обозначения условные графические, применяемые в технологических процессах. Опоры и зажимы.ГОСТ 3.1201-85. ЕСТД.
- Ковшов А.Н. Технология машиностроения. - М.: Машиностроение, 1987. -320 с.
- Корсаков В.С. Основы конструирования приспособлений в машиностроении. -М.: Машиностроение, 1971. -228 с.
- Маталин А.А. Технология машиностроения.-Л.:Машиностроение.1985.-496 стр.
- Обработка металлов резанием : Справочник технолога / Под общ. ред. А.А. Панова. - М.: Машиностроение. 1988. - 736 с.
- Руденко П.А. Проектирование технологических процессов в машиностроении. - Киев: Высшая школа, 1985. - 255 с.
- Справочник контролера машиностроительного завода. Допуски, посадки, линейные измерения. Под ред. А.И. Якушева. – М.:Машиностроение, 1980.-527с.
- Справочник технолога машиностроителя. В 2 т. Т.1 / Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. - 4-ое изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1986. - 656 с.