Задачей проектирования технологического процесса механической обработки является определение такой ее последовательности, при которой наиболее полно используются технологические возможности станков, приспособлений и инструментов, а деталь изготовляется с наименьшими материальными затратами. Такие же задачи решаются и при проектировании технологического процесса восстановления изношенных и поврежденных деталей.
Технологический процесс должен быть разработан с учетом производственных возможностей предприятия и передового опыта. Необходимо также иметь следующие исходные данные:
1. Годовую производственную программу, которая влияет на выбор оборудования, приспособлений, инструментов, а также на структуру технологического процесса.
2. Рабочий чертеж детали, по которому составляют технологический маршрут обработки, определяют виды, методы механической обработки и место термической обработки в общем технологическом процессе изготовления детали, составляют технические условия (ТУ) на приемку обрабатываемой детали, выбирают оборудование, приспособления и инструмент. Рабочий чертеж детали должен быть выполнен в масштабе 1:1. Исключение делается для деталей больших и малых размеров. На рабочем чертеже проставляют все необходимые размеры для обработки детали. Размеры на сопрягаемые поверхности приводят с допусками, характеризующими точность обработки. Кроме того, указывают допуски на неточность взаимного расположения отдельных обрабатываемых поверхностей. Шероховатость обрабатываемых и необрабатываемых поверхностей обозначают условными знаками в соответствии с ГОСТом.” На рабочем чертеже также указывается материал, из которого должна быть изготовлена деталь, ее масса, термическая обработка, твердость детали (сердцевины), ее отдельных поверхностей и другие сведения.
3. Указания по использованию имеющегося оборудования и его загрузке. Если разрабатывается технологический процесс для действующего предприятия, то обычно оговаривают в задании, на каком оборудовании обрабатывать, число смен работы и т. п.
4. Справочные материалы, к которым относятся каталоги или паспортные данные станков, справочники по режимам резания, нормированию, по приспособлениям, инструменту и т. д.
|
|
Проведя анализ исходных данных, с целью подбора существующей типовой технологии следует установить, к какому классу или группе деталей относится обрабатываемое изделие. При разработке технологии необходимо учитывать имеющийся опыт изготовления типовых деталей на передовых предприятиях, по возможности использовать новое прогрессивное оборудование, приспособления и инструменты, а также наиболее совершенные формы организации производства. Чтобы обеспечить изготовление деталей с наименьшими затратами, для большинства основных деталей на заводах серийного и особенно крупносерийного производства составляют несколько вариантов технологий. По результатам экономического анализа выбирают наиболее эффективный вариант.
Таким образом, при разработке технологии приходится учитывать технические и экономические факторы.
Технологию механической обработки разрабатывают в следующей последовательности:
1. Изучают рабочий чертеж детали, технические требования на ее изготовление. С целью возможного улучшения технологичности конструкции детали выясняют, какой сборочной единице и машине она принадлежит, устанавливают предполагаемые условия ее эксплуатации (среда, нагрузка и т. п.).
|
|
Основные требования к технологичности детали: – конструкция детали должна состоять из стандартных и унифицированных конструктивных элементов или быть стандартной в целом; – детали должны изготовляться из стандартных или унифицированных заготовок; – размеры и поверхности детали должны иметь оптимальные точность и шероховатость; – физико-химические и механические свойства материала, жесткость детали, ее форма и размеры должны соответствовать требованиям технологии изготовления, хранения и транспортирования; – показатели базовой поверхности (точность, шероховатость) детали должны обеспечивать точность установки обработки и контроля; – заготовки должны быть получены рациональным способом с учетом заданного объема выпуска и типа производства; – метод изготовления должен обеспечивать возможность одновременного получения нескольких деталей; – сопряжения поверхностей деталей различных классов точности и чистоты должны соответствовать применяемым методам и средствам обработки; – конструкция детали должна обеспечивать возможность применения типовых и стандартных технологий ее изготовления.
2. Выбирают заготовку и метод ее изготовления. Это сложная технико-экономическая задача. В основе ее решения лежит обеспечение требуемых свойств изготовляемых деталей и минимума затрат на производство заготовки и последующую обработку. Техническим критерием при выборе заготовки явля-
|
|
ются материал, конфигурация и размер заготовки, масса, точность выполнения и качество поверхностного слоя, направление волокон материала, определяющее работоспособность детали. Так, если материал заготовки — чугун, то очевидно, что получить заготовки можно только литьем, а метод (в землю, в кокиль и т. п.) будет зависеть от экономических критериев и технических возможностей. Дальнейшая обработка заготовки на автоматизированном оборудовании исключает свободную ковку или литье в землю из-за больших допусков, влекущих большую вероятность поломки режущего инструмента.
Стоимость отходов при механической обработке определяется по справочной литературе.
3. Выбирают технологические базовые поверхности при обработке деталей в соответствии с требованиями ГОСТ 21495—76 и следующими рекомендациями: – за технологические базы необходимо принимать поверхности, обладающие достаточной жесткостью; – за черновые базы нельзя принимать поверхности, обладающие большими штамповочными или литейными уклонами; – черновая база принимается один раз и только на первой операции; – за чистовые базы необходимо принимать поверхности, обрабатываемые с максимальной точностью; – за чистовые базы целесообразно выбирать основные установочные базы, а не вспомогательные, причем стремиться к совпадению технологической и конструктивных баз; – необходимо соблюдать принцип последовательности смены баз, т. е. выбор поверхностей технологических баз производить от менее точных к более точным; – стремиться соблюдать принцип единства баз, т. е., если возможно, обрабатывать деталь с одной установки, если нет, за технологические базы принимать одни и те же поверхности.
С учетом правил безирования для различных классов деталей можно рекомендовать в качестве технологических баз следующие поверхности (приведенные рекомендации не означают, что другие поверхности не могут служить технологическими базами): у дисков: черновую базу —наружную поверхность вращения и торец; чистовую базу — внутреннюю поверхность вращения и торец; у гильз: наружную или внутреннюю поверхность вращения и торец; у корпусных деталей: плоскость и два отверстия (подшипники или втулки), плоскость и два установочных отверстия; у вилок: плоскость и два отверстия, плоскость, одно отверстие и наружную поверхность.
4. Выбирают вид и методы обработки поверхностей деталей. Под видом обработки обыкновенно понимают технологическое воздействие с целью получения готовой детали: литье, обработка давлением, механическая обработка резанием, термическая обработка и др.
Под методом обработки понимают способ взаимодействия заготовки с технологическим оборудованием (сверление, точение, никелирование и т. п.).
Методы механической обработки характеризуются взаимодействием обрабатываемого материала с режущим инструментом и его конструкцией.
Выбор вида обработки зависит от формы заготовки и готовой детали, от ТУ на ее изготовление, от имеющегося оборудования, от опыта технолога-проектировщика, от себестоимости изготовления детали и т. п. Идеальным способом получения детали можно считать тот, который позволил бы избежать механической обработки (т.е. чтобы заготовка отвечала требованиям готовой детали). Но виды обработки, с помощью которых получают заготовки (литье, давлением, и т. п.) не позволяют получить требуемую точность детали и шероховатость ее поверхностей. Поэтому для большинства деталей механическая обработка обязательна.
Выбор методов обработки зависит почти от тех же факторов, что и вид обработки.
5. Составляют технологический маршрут обработки детали. При этом следует пользоваться типовыми и групповыми технологиями, которые могут служить основой при составлении технологического маршрута.
Общая схема технологии механической обработки определяется в зависимости от конфигурации, размеров, массы детали, методов выполнения заготовки и технических требований, предъявляемых к детали.
При этом следует руководствоваться следующими правилами: – в первую очередь обрабатываются поверхности, принятые за технологические базы, затем — остальные в последовательности, обратной степени точности их изготовления. Последней обрабатывается поверхность, изготовленная с наибольшей точностью. В конец маршрута часто относят обработку легкоповрежденных поверхностей (резьба и т. п.); – последовательность обработки зависит от метода простановки размеров. Сначала следует обрабатывать ту поверхность, относительно которой на чертеже расположено большее число размеров; – в общей последовательности технологии учитываются вид и место термической обработки.
Нормализацию, обжиг, улучшение, старение обычно применяют перед механической обработкой, хотя иногда могут применять и после черновой.
Улучшение физико-механических свойств детали достигается общей закалкой, поверхностной закалкой, химико-термической обработкой (цементация, азотирование и т. п.). Эти виды термической обработки обычно применяются перед отделочной (абразивной) операцией. Для деталей, выпускаемых с высокой степенью точности и высокой чистотой поверхности, не рекомендуется совмещать черновую и чистовую обработку (это требование особенно важно для крупногабаритных деталей).
В конце каждой операции включается контроль обработанных параметров.
6. Устанавливают состав и рациональную последовательность переходов в операции. Для этого необходимо прежде всего установить рациональное число переходов на каждую поверхность, исходя из принципа максимальной концентрации операции, т. е. в одной операции должно быть выполнено максимальное число переходов. Ограничениями могут быть способ базирования детали, целесообразность совмещения черновой и чистовой обработки, невозможность установки на станке всех необходимых инструментов для обработки детали и т. п.
При выборе рациональной последовательности переходов исходят из минимума времени на операцию, а это достигается возможностью совмещения одновременной обработки заготовки несколькими инструментами, уменьшением числа холостых перемещений инструмента и т. п.
7. Определяют припуски на обработку поверхностей деталей по всем технологическим переходам, а также операционные размеры, допуски, на различных стадиях обработки заготовок.
8. Выбирают станки, приспособления, режущий и контрольно-измерительный инструмент. Выбор оборудования и технологической оснастки определяется наличием металлорежущих станков, инструментов и приспособлений.
Металлорежущие станки должны удовлетворять следующим условиям: – основные размеры станка должны соответствовать габаритам обрабатываемой детали; – мощность станка при выполнении черновых операций должна использоваться максимально; – станок должен обеспечить требуемые точность и шероховатость обрабатываемых поверхностей; – производительность станка должна соответствовать заданной программе выпуска деталей.
Для правильного базирования деталей, повышения производительности труда и расширения технологических возможностей станков применяют различные универсальные приспособления: кулачковые патроны, люнеты, станочные тиски, сверлильные патроны и т. п. Их используют при обработке деталей на металлорежущих станках и для выполнения сборочных и контрольных операций, а также для установки и закрепления деталей на станке или для закрепления и направления инструмента при обработке.
Кроме универсальных приспособлений, в серийном и массовом производстве широко применяют нормализованные и специальные приспособления, предназначенные для обработки определенных типовых деталей. При малых масштабах производства целесообразно применять сравнительно дешевые и простые универсальные приспособления, с помощью которых можно обрабатывать не одну, а ряд сходных деталей, отличающихся друг от друга своими размерами, и только в отдельных случаях— нормализованные.
На ремонтных предприятиях с небольшим парком металлорежущих станков часто применяют приспособления, изменяющие назначение станка и расширяющие его технологические возможности. С помощью таких при— способлений можно, например, на токарных станках производить фрезерование мелких деталей, а также различные виды шлифовальных работ.
Основные факторы, определяющие выбор режущего инструмента: – способ обработки (при различных вариантах технологического процесса используют различные инструменты, например выполнить отверстие можно сверлом и зенкером или сверлом и расточным резцом); – размеры, форма, точность и качество обработки детали (размеры и форма детали влияют на выбор размеров и конструкции инструмента, а качество и точность обработки определяют тип инструмента, например для черновых и отделочных работ, и режим обработки этими инструментами); – материал.детали и инструмента (от материала детали зависят материал режущего инструмента и его геометрические параметры, материал инструмента лимитирует его выбор для обработки деталей различной точности и определяет производительность процесса резания); – тип станка, на котором будет обрабатываться деталь (определяет применяемый инструмент, например, если обработка зубьев шестерни производится на горизонтально-фрезерном станке, то применяют дисковую или пальцевую модульную фрезу; при обработке зубьев шестерен на зубофрезерных станках —червячные фрезы).
При выборе инструмента следует применять нормализованные инструменты, характеристика которых приведена в соответствующих справочниках.
9. Определяют режимы обработки заготовок на станках, проверяют правильность выбора режимов резания и соответствие мощности электродвигателей выбранных станков потребной мощности резания.
Выбор режимов резания состоит в подборе экономически целесообразного сочетания глубины резания и подачи, а также в расчете скорости резания при принятой стойкости режущего инструмента. Методика определения рационального режима разбирается в курсе «Обработка металлов резанием, металлорежущие станки и инструменты», поэтому здесь не рассматривается.
10. Определяют нормы времени для каждой операции.
11. Устанавливают разряды работ для всех операций.
12. Определяют себестоимость изготовления детали.
Если разрабатываются несколько вариантов технологий изготовления детали, то их сравнивают и выбирают наиболее экономически целесообразный вариант обработки.
13. Заполняют технологическую документацию.
Подробно разработанная технология создает основу, вокруг которой подготавливают производство, заказывают заготовки, материалы, инструменты, проектируют приспособления.
В качестве примера рассмотрим технологию обработки цилиндрической шестерни (рис. 1). Заготовки для шестерен диаметром до 50 мм в условиях ремонтных предприятий получают из проката, а для шестерен диаметром 50…30 мм — свободной ковкой и штамповкой. Заготовку под шестерню закрепляют в патроне токарного станка за наружную поверхность. Затем протягивают шлицы, после чего закрепляют на концевой оправке и в таком виде устанавливают в шпиндель токарного станка.
Дальнейшая обработка состоит в чистовом обтачивании наружной поверхности и подрезании необработанных торцов. Такая последовательность обеспечивает точность взаимного расположения внутренней поверхности отверстия ступицы и наружной поверхности, на которой фрезерованием или обработкой на зубодолбежном станке получают зубья. Это условие является обязательным для правильной работы шестерни.
Заключительными операциями являются термическая обработка и иногда шлифование зубьев. Термическая обработка шестерен из малоуглеродистых сталей производится путем цементации и закалки, а шестерен из закаливаемых сталей — объемной закалкой или закалкой токами высокой частоты. Шлифование зубьев шестерен придает им окончательные размеры, необходимую шероховатость поверхности.
При проектировании технологий восстановления деталей исходными данными являются: рабочие чертежи деталей (сборочных единиц) с указанием массы, материала, термической обработки, механических свойств, допусков, шероховатости поверхностей; ТУ на выбраковку деталей при ремонте; ТУ на ремонт; данные о партии деталей, подлежащих восстановлению; производственная программа; принятый метод ремонта; паспорта оборудования завода (предприятия).
Помимо этого должны быть учтены имеющиеся оборудование и технологическая оснастка, расположение производственных участков и цехов, принятая система производства и схема внутризаводского кооперирования.
Разработанная технология заносится в технологические карты, которые в зависимости от детализации разработки могут быть: маршрутными, операционными или операционно-инструктивными.
В ремонтном производстве наиболее целесообразно применение маршрутных карт, определяющих маршруты данной детали по рабочим местам. Эти карты содержат последовательный перечень основных операций с указанием оборудования, приспособлений, инструмента, разряда работ и норм времени. Для ремонта наиболее массовых деталей следует разрабатывать операционные карты, включающие режимы обработки.
Проектирование технологии восстановления разделяется на две части: разработку принципиальной схемы процесса и детальную разработку процесса. В первой части выбирают способ восстановления, намечают последовательность операций, определяют объем работ и подбирают оборудование. Сравнение вариантов различных технологических схем дает возможность выбрать среди них наиболее экономичную. Во второй части детально разрабатывают технологию восстановления, определяют режимы восстановления и нормируют по времени. Тогда же назначают технологическую оснастку для каждой операции.
При разработке технологии для различных случаев восстановления деталей можно руководствоваться следующим: – для деталей, которым необходимо возвратить первоначальные размеры, технологические операции производятся в таком порядке: операции по подготовке деталей к наращиванию; операции по наращиванию поверхностей деталей; обработка деталей после наращивания; – для деталей, имеющих механические повреждения, трещины, изломы, — операции по подготовке деталей к устранению повреждений (разделка фасок и т.п.); операции по устранению повреждений (заварка); обработка деталей после восстановления (зачистка); – в случаях, когда деталь имеет значительные деформации, ее подвергают холодной или горячей правке. Если в цепочке технологических операций есть сварка, то правка чаще всего производится после нее.
Специфика ремонтного предприятия предопределяет большую номенклатуру ремонтируемых деталей, поэтому большое значение для сокращения сроков подготовки производства имеет- технологическая унификация деталей и на этой основе — типизация технологий. В результате технологической унификации возникают предпосылки для использования в ремонтном производстве современных высокопроизводительных технологических процессов, превращения ремонтных предприятий в заводы крупносерийного и массового производства со свойственными им высокими технико-экономическими показателями. При типизации детали группируют в классификационные группы так, чтобы при ремонте можно было применить общую для каждой группы типовую технологию, а также по возможности и общую (нормализованную) технологическую оснастку.
Разновидностью типовых процессов являются групповые технологии, получившие за последнее время распространение на машиностроительных заводах. Обработку деталей одной группы должны выполнять на однородном оборудовании с применением одинаковых или обратимых приспособлений и групповой настройки.
Практика показывает, что изготовление и ремонт деталей общего назначения (вентили, муфты, втулки, зубчатые колеса) можно вести по типовым технологиям, так как эти детали различаются в основном по своим размерам. Поэтому нашла применение так называемая бестекстовая технология, значительно сокращающая объем разработок технологических процессов.
В этом случае последовательность обработки (маршрут) проставляют непосредственно на чертежах, а технологическую карту составляют лишь на типового «представителя» группы однотипных деталей.
Типовая технология, разработанная в проектно-конструкторских организациях, нуждается в доработке («привязке») к конкретным условиям данного производства (оборудование, объем производства и др.). Несмотря на это, эффект от применения типовой технологической документации значительный —затраты труда сокращаются в 2…3 раза.
В ускорении технологической подготовки активную роль играют технологические инструкции (нормали) на часто встречающиеся виды работ, как-то: подрезка торцов, протягивание отверстий, нарезание и накатка резьбы, фрезерование, слесарно-сборочные работы, термообработка, сварочно-наплавочные работы и др. Эти документы также могут разрабатываться централизованно для целой группы машин.