Вопрос 16 – технологические принципы проектирования техпроцессов: последовательного уточнения расчленение техпроцесса на стадии обработки, решающей операции.

Достижение необходимого качества детали с наименьшими затратами труда и средств является одной из основных задач. Наиболее экономичным был бы такой тех процесс, в результате выполнения которого непосредственно из сырья получалась бы готовая деталь, отвечающая своему служебному назначению. С точки зрения достижения требуемой точности детали, задача сводится к выбору соответствующего вида заготовки, ее формы и размеров, приближающихся к будущей детали и к их последовательному уточнению на операциях тех процесса методами мех обработки до размеров и отклонений допусков на готовую деталь. Если каждая из технологических систем имеет свое уточнение , то партия заготовок, пройдя n технологических систем будет иметь уточнение . Для получения годных деталей необходимо, чтобы допуск на размер .

Разрабатывая план мех обработки желательно вначале проектировать обработку тех поверхностей, на которых обнаруживается наибольшее количество брака, что позволяет освободиться от дальнейшей обработки. Принцип выделения решающей операции применяется в основном при установлении черновых операций.

Тех процесс мех обработки преследует цели: а) удаление припуска; б) придание обрабатываемым поверхностям заданной точности, формы и размеров, а также обеспечение требуемого расположения их; в) достижение определенной шероховатости поверхности; г) создание необходимых физико-механических свойств поверхностного слоя, либо всей детали в целом. Для достижения этих целей обработку каждой элементарной поверхности в большинстве случаев приходится вести в несколько технологических переходов и операций. В самом общем случае производится: 1) черновая обработка, при которой снимается основная масса припуска и придается полуфабрикату соответствующая форма; 2) чистовая обработка, при которой обеспечивается заданная точность детали (р-ров, формы, взаимного расположения элементарных поверхностей); 3) отделочная обработка, при которой достигается требуемая шероховатость поверхности; 4) применение спец методов обработки для создания необходимых физико-механических свойств поверхностного слоя, либо всей детали в целом. Дифференциация тех процесса на стадии обработки позволяет не только обеспечить требуемую точность и шероховатость обработки, но и правильно выбрать и использовать оборудование, инструмент, рабочую силу и производственные мощности. Для черновых операций могут использоваться наиболее мощные многорезцовые и автоматизированные, но менее точные станки, которые позволяют снимать большие припуски и обеспечивают высокую производительность труда на самой трудоемкой стадии тех процесса. Они позволяют использовать низкой квалификации, сложные настройки и наладки, т.к. не требуют высокой точности, но требуется высокая производительность. На чистовых и отделочных операциях создается возможность повысить производительность труда благодаря применению высокоточных и отделочных специальных и специализированных станков с высокой производительностью. При соблюдении на рабочих чертежах технологической взаимосвязи между точностью и шероховатостью поверхности отпадает надобность в специальных отделочных операциях, следовательно, снижается трудоемкость и себестоимость обработки.

Вопрос17

Технологические принципы проектирования техпроцессов: получение и измерения размеров, кратчайших путей, дифференциации и концентрации операций.

При производстве деталей встречается 3 различных метода получения и измерения размеров: цепной, координатный, комбинированный. Суть цепного метода: последующий размер получается и измеряется вслед за ранее полученным или измеренным, но для этого в качестве одной из технологических или измерительных баз используется связывающая их общая поверхность. Т.о. при получении каждого последующего звена происходит переход к новой технологической базе и тем самым исключается влияние погрешности предшествующих звеньев на погрешность вновь получаемого звена. Основным преимуществом цепного метода, а также погрешности их измерения является независимость погрешности, полученной на каждом из цепных звеньев от погрешности остальных звеньев. Суть координатного метода: все размеры детали получаются и измеряются от одной и той же выбранной базы независимо один от другого. Погрешность, полученная на каждом из координатных звеньев является следствием особенности той технологической операции, в результате выполнения которой образуется координатное звено, поэтому погрешность каждого из координатных звеньев не зависит от погрешности других координатных звеньев. Суть комбинированного метода: при изготовлении детали для получения одних звеньев используется координатный метод, а для других – цепной. Для получения звеньев, определяющих относительные повороты поверхностей и большую часть размеров, используют координатный метод. Цепной метод используют в тех случаях когда на отдельных размерах требуется обеспечить высокую точность или когда погрешность установки связана со сменой технологических баз относительна не велика.

Чем сложнее план обработки детали или заготовки, тем больше размерных погрешностей оказывающих влияние на точность взаимного расположения рассматриваемых поверхностей, тем большими и менее равномерными окажутся операционные припуски. План обработки следует составлять таким образом, чтобы размерные цепи, определяющие размерное положение поверхностей, имели меньшее число звеньев - принцип кратчайших путей. Придерживаясь принципа нельзя не заметить другого технологического организационного соображения. В некоторых случаях удлинении пути, т.е. отказ от работы в одну установку позволит столь сильно упростить приспособление и облегчить выполнение операции, что целесообразность использования принципа кратчайших путей становиться сомнительной. Один и тот е тех. процесс может быть выполнен на min. числе рабочих мест и можно его дифференцировать до такой степени, когда каждая операция будет состоять из простейшего одного перехода (большего количества операций).

Метод расчленения операций на несколько простых – дифференцирующая операция.

Соединение несколько простых операций в одну сложную – метод концентрации операций.

При концентрации операций упрощается производственное планирование, уменьшается потребность в производственных площадях, увеличивается производительность труда за счёт сокращения неустойчивости детали, а они способствуют уменьшению припуска на обработку. Сокращается межоперационное пролёживание детали, количества оснастки, режущего инструмента, длительность тех. цикла. Этот метод широко применяется при обработке тяжёлых и крупных деталей. Метод дифференциации ведёт к упрощению оборудования и квалификации работ, он предпочтителен когда требуется осуществить пуск производства в короткий срок, не дающей возможности изготавливать сложной технологической оснастки, необходимой для реализации метода концентрации операций.

 

Билет 18

Технологические принципы проектирования техпроцессов: выбора черновой базы, постоянства баз, обработки нескольких поверхностей в одну установку.

Обработка заготовки на каждой ступени тех. процесса подготавливает её к обработке на последующих ступенях. При переходе от одной операции к другой повышается не только точность поверхностей, но и точность их взаимного расположения. Точность геометрической поверхности, остающихся не обработанными (черновыми) и точность их взаимного расположения друг относительно друга обеспечивается на стадии процесса получения заготовки. Точность взаимного расположения черновых поверхностей относительно системы обработанных поверхностей детали обеспечивается правилом выбора черновой базы:

1. За черновую базу применять поверхности, которые остаются в готовой детали не обработанными;

2. Обеспечение малых припусков на обработку некоторых (наиболее протяжённых) поверхностей детали. Т.о. эти поверхности применяются за черновые базы.

Черновая база должна быть характерной для данной детали поверхности – она уже в исходной заготовке должна занимать определённое положение относительно других поверхностей детали.

Черновые базы должны быть достаточно протяжёнными, иметь простую форму, шероховатость должна быть достаточной для 1-ой установки. Параметры отдельных неровностей не должны быть значительными, поэтому за базу следует принимать места, где в отливках расположены литники, прибыли, а также избегают мест разъема опок, штампа.

Черновая установочная база должна быть расположена т. о. чтобы при закреплении обосновать устойчивое закрепление детали (при отсутствии её деформации) и одновременно при закреплении упрощалась конструкция приспособления.

 

Переход от одной технологической базы к другой вносит дополнительную ошибку во взаимное расположение поверхностей, обработанных от разных баз. Размер этой ошибки зависит от величины погрешности во взаимном расположении обеих баз, то без больших оснований менять базы не следует, т.е. предпочтительно производить обработку от одной и той же технологической базы – принцип постоянства баз.

 

При обработке нескольких поверхностей за одну установку погрешности установки на точность взаимного расположения поверхностей влияния не оказывает. Тогда точность их взаимного расположения зависит от погрешностей обработки, т. к. поверхности обрабатываются в одну установку образуют один технологический комплекс.

Технологическая база на точность взаимного расположения обрабатываемых поверхностей влияния не оказывает. При этом принцип обработки в одну установку хорошо согласуется с параметром концентрации операций.

 

Вопрос 19

Технологические принципы проектирования техпроцессов: совмещение баз, смены баз.

 

Принцип совмещения баз Известно, что точность размера обрабатываемой поверхности, ее форма, шероховатость в основном зависят от метода обработки, тогда как точность расположения этой поверхности, т.е. точность размера, коорди­нирующего поверхность, зависит прежде всего от положения, которое за­нимает заготовка детали на станке. Отсюда следует, что выбор комплекта баз заготовки непосредственно связан с задачей обеспечения заданной точности взаимного расположения поверхностей детали. В связи с этим при выборе баз следует придерживаться следующего правила.

При разработке операций техпроцесса в качестве технологических баз следует принимать те поверхности детали, относительно которых на рабо­чем чертеже координировано положение обрабатываемой поверхности, т.е. поверхности, которые одновременно являются конструкторскими и измерительными базами. Это правило известно под названием «принципа совмещения технологической базы с конструкторской (измерительной)».

Отступление от этого принципа приводит к тому, что точность распо­ложения обработанной поверхности относительно конструкторской базы становится зависимой не только от точности установки, но и от точности расположения конструкторской базы относительно поверхности, принятой в качестве технологической базы. Возникает дополнительная погрешность - погрешность от несовмещения баз, которая не имеет отношения ни к ме­тоду обработки, ни к точности приспособления и вызывается только на­рушением рассматриваемого принципа выбора баз. Эта погрешность вхо­дит в общую погрешность установки детали.

Пример. При обработке паза на глубину 10Н 14 (рисунок 2а) для уп­рощения конструкции приспособления удобно установить заготовку на нижнюю поверхность В (рисунок 2г), т.е. поверхность В принять в качест­ве технологической базы. Так как дно паза С связано размером 10*⁰'³⁶ мм с верхней плоскостью А, эта плоскость является для паза конструкторской и измерительной базами. В этом случае технологическая база - поверхность В не совпадает с конструкторской и измерительной базами.

Поскольку при работе на настроенном станке расстояние от оси фре­зы до плоскости установочных элементов сохраняется неизменным (K=const), а следовательно, постоянен и размер с, отсутствующий на чер­теже детали, то размер глубины паза о=10⁺⁰'³⁶ мм не может быть выдержан, так как на его колебание непосредственно влияет погрешность (допуск) размера 6=50.₀₆₂ мм, выдерживаемого на предыдущей операции (рису­нок 26).

Рисунок 2 - Фрезерование паза от технологической базы В, не совпадающей с конструкторской

Следовательно, при обработке паза по приведенной схеме погрешность базирования относительно размера а будет равна допуску на размер b

Е ба = Тb = 0,62 мм > Т_а = 0,36 мм,

т.е. погрешность базирования больше самого допуска на размер а, и следо­вательно, обеспечить обработку паза с заданной точностью не представля­ется возможным.

Соблюдение принципа совмещения баз требует использования спе­циального более сложного приспособления (рисунок За), позволяющего осуществить фрезерование паза непосредственно от конструкторской ба­зы. Технологическая база А является одновременно конструкторской ба­зой, от которой выдерживается размер о=10⁺⁰'³⁶ мм. Колебание (в пределах допуска) размера b никак не отражается на точности размера а ( е ба=0).

Рисунок 3 - Фрезерование паза от технологической базы А, совпадающей с конструкторской

На рисунке 36 показано фрезерование паза одновременно с плоско­стью А комплектом фрез. Так же, как и в предыдущем случае паз обраба­тывается от технологической базы - плоскости А (при настройке фрез вы­держивается размер а), совпадающей с конструкторской и измерительной базами (е 5a⁼0)- Плоскость же В является технологической базой для обра­ботки плоскости А в размер Ь, который может выполняться с установлен­ным допуском Т_ь (е_бь=0).

Принцип смены баз

Анализ чертежа детали показывает, что не всегда возможно исполь­зовать принцип совмещения баз. В таких случаях приходится выполнять смену баз, т.е. в качестве технологических баз использовать не конструк­торские, а оперативные базы. Причем, под оперативной базой будем по­нимать такую технологическую базу, по отношению к которой непосред­ственно не координируется исходя из чертежа детали обрабатываемая по­верхность.

Использование оперативных баз, как правило, требует ужесточения (уменьшения) допусков, определяющих точность положения оперативной базы относительно технологической базы, для которой соблюдается прин­цип совмещения баз (т.е. совмещение технологической и конструкторской баз).

Рассмотрим указанные положения на основе примера (рису­нок 2). Очевидно, что при использовании в качестве технологической базы поверхности В (рисунок 2г) постоянным сохраняется размер с, а, следо­вательно, его следует поставить на операционном эскизе, а размер а це­лесообразно снять. Расчет технологического размера с, а также нового технологического допуска размера Ь, можно произвести, исходя из раз­мерной цепи, приведенной на рисунке 2,в. Из рисунка видно, что с= 40мм.

Так как в результате решения технологической задачи должен быть автоматически получен в пределах заданного конструктором допуска раз­мер а при выполнении составляющих размеров b и с в пределах установ­ленных для них допусков, то очевидно, что размер а является исходным (замыкающим) звеном размерной цепи. Тогда из формулы определения точности замыкающего звена размерной цепи Т_а = Tj, + Т_с находим Т_с = Т_а - Т_ь = 0,36- 0,62 = -0,26 мм.

Так как допуск - величина положительная и отрицательной быть не может, полученное уравнение не может быть решено без увеличения Т_а или уменьшения Т(,. Допуск размера а задан конструктором и не может быть увеличен, поэтому единственным способом решения поставленной задачи является ужесточение допуска на размер Ь. Уменьшение Т следу­ет произвести таким образом, чтобы на размер b и на технологический размер с были установлены технологически выполнимые допуски. Так как с технологической точки зрения сложность выполнения размеров Ь и с одинакова, допуск размера b уменьшается до величины Т\,=0,18 мм, рав­ной половине допуска исходного размера а.

Окончательный размер Ъ назначается с допуском, равным ближайше­му стандартному с сохранением минусового отклонения поля допуска от номинала, т.е. b = 50_одб ⁼ 50Ы1.

Тогда расчетный допуск технологического размера Т_с= 0,36-ОД6 = 0,2 мм.

Избежать чрезмерного ужесточения допусков можно двумя методами:

- использованием в качестве оперативных баз поверхностей заготовки
детали, которые позволяют получить меньшую величину погрешности от
несовмещения баз;

- созданием у заготовки детали искусственных технологических баз.

Характерными примерами искусственных технологических баз яв­ляются: центровые отверстия валов; два цилиндрических отверстия у кор­пусных деталей при базировании на плоскость и два пальца и т.п.

 

 

Вопрос 20

Технологические принципы проектирования техпроцессов: технологической предпочтительности, технологической инверсии, размещения термических операций в структуре техпроцесса.

Принцип технологической предпочтительности

При разработке техпроцесса изготовления детали необходимо про­вести тщательный анализ технологических условий выполнения каждой операции техпроцесса, учесть влияние различных факторов на точность, качество и производительность обработки, на устойчивость процесса ре­зания. В результате принимается такая очередность операций, при которой условия выполнения каждой из них оказываются наиболее оптимальными.

Пример. Токарная чистовая операция. Требуется подрезать торец в размер со свободным допуском (14 квалитет) и расточить отверстие с до­пуском по 10 квалитету. Если приступить сразу к обработке отверстия, ру­ководствуясь принципом "решающей операции", то создадим крайне не­благоприятные условия для выполнения этого перехода с точки зрения из­носостойкости резца, устойчивости процесса резания. Действительно, рас­точной резец будет врезаться в металл через твердый дефектный слой от­ливки или поковки с ударами, испытывая одновременно сильный износ. От этого быстро теряется точность наладки технологической системы, требуются более частые подналадки резца, возникают вибрации при резании. В результате снижается точность и качество обработки и производи­тельность процесса, поскольку приходится работать на пониженных ре­жимах резания.

Отсюда очевидна целесообразность первоочередной обработки тор­ца, так как врезание расточного резца в этом случае будет происходить по чистому металлу и поэтому указанные выше дефекты и факторы не будут сопутствовать процессу растачивания. Разумеется, что в этом случае вре­зание подрезного резца будет происходить по необработанной дефектной поверхности заготовки, но это менее опасно, так как жесткость подрезного резца существенно выше, чем расточного, скорость резания уменьшается пропорционально диаметру обработки. И, наконец, допустимый размер­ный износ подрезного резца регламентируется допусками на линейные размеры, которые обычно (как и в нашем примере) соответствуют 14 ква-литету точности, в то время как с помощью расточных резцов выдержива­ются диаметральные размеры с более высокой точностью (в нашем приме­ре по 10 квалитету).

Аналогичные вопросы выбора очередности операций приходится решать также, например, при обработке следующих элементов деталей: ступенчатые отверстия, шпоночный паз (или радиальное отверстие) на резьбовой ступени вала, пересечение паза и отверстия и во многих других случаях.

Принцип технологической инверсии

В переводе с латинского языка слово инверсия означает переворачи­вание, перестановку.

Сущность принципа заключается в обращении (изменении) функ­ций, в перестановке баз, рабочих движений, последовательности перехо­дов, геометрии и расположения элементов технологической системы. Так, в технологической системе могут быть предпочтительными, например: главным движением вместо вращения заготовки сделать вращение инст­румента (или наоборот); движение подачи реализовать не перемещением инструмента, а перемещением заготовки; вместо поверхности отверстия для установки принять наружную поверхность гильзы, шестерни; встреч­ное фрезерование заменить попутным и т.д. В каждом таком случае задача технолога состоит в оценке преимуществ и недостатков инверсированных вариантов и реализации наиболее рационального из них.

Пример. Растачивание гильзы цилиндра (рисунок 6). Инверсия главного движения: на рисунке 66 главное движение - вращение заготов­ки, на рисунке 6в главное движение - вращение расточной оправки. Дви­жение подачи - перемещение расточной оправки, при этом по мере вы­движения оправка под действием силы тяжести прогибается. В результате ось оправки отклоняется от оси отверстия гильзы.

Рисунок 6 - Инверсия главного движения

Поэтому при обработке по схеме (рисунок 66) получится отверстие с прямой осью, но изменяющегося (увеличивающегося) диаметра, а при об­работке по схеме (рисунок 6в) отверстие будет иметь постоянный диамет­ральный размер, но ось отверстия будет изогнута. В зависимости от слу­жебного назначения, условий работы детали (в контакте с эластичной де­талью, например, резиновым уплотнением поршня или с жесткой, напри­мер, пиноль задней бабки; со смазкой или без смазки, допускается или нет утечка рабочей жидкости и т.д.) технолог должен выбрать один из вариан­тов обработки или найти другое решение, например, путем инверсии гео­метрии, т.е. принять вертикальную схему обработки.

Принцип размещения термических операций в структуре технологического процесса

Введение в техпроцесс термических операций как бы нарушает его непрерывность с геометрической точки зрения, так как обусловленные этими операциями деформации не могут учитываться при составлении схемы процесса.

После термообработки заготовки детали техпроцесс механообработ­ки приходится начинать как бы заново и выбирать новые базы, играющие роль черновых баз начала техпроцесса. Идя от них, вводят новые обрабо­танные базы или исправляют (обрабатывают) ранее используемые базы, и на их основе строят дальнейший план обработки.

При исправлении баз очень важно восстановить базирование таким образом, чтобы новые базы были связаны со старыми, возможно более строгими, размерами и соотношениями. В противном случае нарушается вся достигнутая ранее координация поверхностей, что повлечет увеличе­ние операционных припусков, удлинение маршрута обработки и т.п.

Термическая обработка деталей применяется для:

- повышения производительности труда на операциях механической
обработки;

- уменьшения коробления и поводок деталей при механической обработке и при эксплуатации за счет снятия внутренних напряжений;

- улучшения качества механически обработанных поверхностей,
улучшения их физико-механических и специальных свойств.

Повышение производительности труда при механической обработке достигается за счет улучшения обрабатываемости металла путем повыше­ния его структурной однородности, снижения твердости и вязкости. С этой целью используются термические операции: отжиг, нормализация или улучшение, т.е. закалка с высоким отпуском. Термические операции в данном случае применяются, как правило, до первой операции техпроцес­са - это предварительные термические операции. Иногда они применяются после первых черновых (обдирочных) операций механической обработки. Применение предварительной термической обработки делает структуру металла более стабильной и равномерной за счет снятия внутренних на­пряжений. Благодаря этому уменьшаются коробления и поводки деталей на операциях механообработки (особенно чистовых), а также и при окон­чательной термической обработке.

Для снятия внутренних напряжений, кроме операций предваритель­ной термической обработки, в практике применяют промежуточные тер­мические операции: рекристаллизационный отжиг, различные виды от­пуска, старение.

Повышение твердости, прочности, износостойкости, коррозионной стойкости и других свойств готовых деталей достигается окончательной термической обработкой и химико-термическими методами обработки. Эти операции размещаются в структуре техпроцесса перед отделочными операциями или после операций механической обработки.

 

Вопрос 21

Основные понятия о припусках. Сущность методов определения припусков на обработку.

Путем механической обработки заготовки за ряд переходов и операций достигается требуемая геометрическая форма, размеры и качество поверхностей детали, заданные рабочим чертежом. При этом на каждом переходе с обрабатываемой поверхности снимается слой металла, в результате чего изменяется размер заготовки. Слой материала, необходимый для выполнения техн. перехода, т. е. снимаемый за один переход называется промежуточным припуском. Слой материала, снимаемый с обрабатываемой поверхности за одну операцию, называется операционным припуском. Слой материала, снимаемый с обрабатываемой поверхности заготовки, в процессе всей её механической обработки, называется припуском на обработку. Припуск измеряется в направлении перпендикулярном к обрабатываемой поверхности. Для тел вращения он задаётся на диаметр или на толщину, а для плоскостей (линейных размеров) он может задаваться на стороны, но с обязательной оговоркой этого. Неоправданно большие припуски ведут к перерасходу материала, что вызывает необходимость введения дополнительных переходов. Увеличивается трудоёмкость процесса обработки, затраты энергии, инструмента, себестоимость детали и снижается производительность труда. В некоторых случаях, увеличенные припуски приводят к удалению при обработке с рабочих поверхностей наиболее износостойкого или малоуглеродистого слоя металла. Следовательно, необходимо назначать меньшие значения припусков. Однако, недостаточные припуска не обеспечивают возможность удаления дефектных поверхностных слоёв металла и получение требуемой точности и шероховатости обработанных поверхностей, а ряде случаев, создают неприемлемые тех. требования для работы режущего инструмента. Поэтому в результате недостаточных припусков возрастает брак, что приводит к повышению себестоимости продукции. Большое значение имеет правильный выбор величины припуска и правильное назначение допусков. Т. к. слишком узкие допуски приводят к удорожанию заготовок, а слишком широкие – снижают точность обработки заготовок в приспособлениях на настроенных станках, осложняя настройку и наладку станков. Поэтому установление оптимальных величин припусков на обработку и технологических припусков на размер заготовки по всем переходам и операциям является одной из основных техн. задач. 3 метода определения припусков: 1-й опытно-статистический (табличный); 2-й расчетно-статистический;3-й расчетно-аналитический. Наиболее распространённый - 1ый метод, который не учитывает ни схемы базирования и установки детали на станке, ни конкретной структуры ТП (на одной операции снимается припуск или на нескольких). Припуск дается в таблицах суммарно на весь ТП и, как правило, является завышенным, т. к. он должен быть достаточно для всех возможных технологических вариантов обработки. Последующая необходимость разбивки припуска на операционные и промежуточные, и установления допусков на операционные и промежуточные размеры, делают этот метод не менее трудоёмкий по сравнению с расчетными методами. По этим причинам наиболее прогрессивным является 2ой метод, по которому промежуточные припуски и допуски назначаются опытно-статистическим путем. Общий припуск на обработку поверхности определяется суммированием статистически определённых промежуточных припусков, в соответствии с намеченной структурой ТП детали. Однако также не учитывает особенности выполнения каждой отдельной операции (базирования, и т. д.). Поэтому для условий серийного и массового производства необходимо применять 3ий метод. При правильном использовании этого метода можно сократить отход металла в стружку на 20-30%. Согласно этому методу величина промежуточного припуска должна быть такой, чтобы при его снятии устранялись погрешности обработки и дефекты поверхностного слоя, полученные на предшествующих техн. переходах.