Разработка технологического процесса изготовления деталей

Техпроцессы разрабатываются в случае:

а) при подготовке к выпуску новых машин;

б) при модернизации конструкций освоенных машин;

в) при изменении объёма производства;

г) при внедрении нового технологического оборудования.

Исходные данные для разработки технологических процессов:

а) рабочие чертежи деталей;

б) годовая программа выпуска деталей;

в) сведения об оборудовании;

г) принятые типовые или групповые технологические процессы;

д) справочные материалы (каталоги, альбомы, стандарты и др.).

Разработку предваряет технологический контроль чертежей для проверки запроектированных деталей на технологичность их конструкции.

Технологичность конструкции детали (по ГОСТ 14.201 – 83) – это совокупность свойств, обеспечивающих заданные эксплуатационные характеристики деталей при минимальных производственных издержках (трудозатраты, материалы, энергоресурсы, сырьевые ресурсы).

Разработка технологических процессов должна производиться на основе использования ресурсосберегающих технологий.

В общем случае разработка технологического процесса изготовления детали включает следующие этапы:

1) Анализ исходных данных и выбор действующего типового (группового) технологического процесса или поиск его аналога;

2) Выбор способа получения заготовки и метода её изготовления;

3) Выбор методов и последовательности обработки отдельных поверхностей детали, а также её базирования;

4) Составление технологического маршрута обработки детали;

5) Разработка технологических операций;

6) Нормирование технологических процессов (установление норм расхода материала, норм времени на обработку, квалификации исполните-

лей);

7) Расчёт экономической эффективности технологического процесса;

8) Оформление технологической документации и разработка заданий на

проектирование оснастки, нормоконтроль и т.д.

Детализация разработки технологической документации зависит от стадии подготовки и типа производства. На стадиях предварительного проекта и изготовления опытной партии технологическую документацию выполняют в маршрутном описании (в сокращенном описании всех технологических операций в последовательности их выполнения без указания переходов и технологических режимов) или маршрутно-операционном описании (с указанием переходов и режимов).

На стадии подготовки серийного или массового производства технологическая документация оформляется в операционном описании с составлением полного комплекта документов по ЕСТД (ГОСТ 3.1102 – 81; ГОСТ 3.1105 – 84).

Для единичного и мелкосерийного производства ограничиваются маршрутным или маршрутно-операционным описанием.

6.2.1 Выбор методов и последовательности обработки детали

При разработке технологического процесса, прежде всего, определяют способы окончательной обработки поверхности, и выбирают оборудование, которое может обеспечить необходимое качество.

Затем планируют всю последовательность обработки поверхности детали и выбирают необходимое оборудование. При этом учитывают, что каждый последующий этап должен быть точнее предыдущего. Кроме того, учитывают необходимость выбора технологического припуска на каждом этапе обработки.

Итак, намечается общий план обработки детали, содержание отдельных операций и выбор типа оборудования, что составляет основу технологического маршрута обработки детали.

Исходным при разработке технологического маршрута является типовой технологический процесс изготовления деталей данного типа (валов, ЗК и др.). Но затем маршрут уточняется с учётом особенностей данной детали и данного производства.

Первыми обрабатываются поверхности, принятые за технологические базы. Затем обрабатываются остальные поверхности: чем точнее поверхность, тем позже она обрабатывается. Заканчивается обработка детали той поверхностью, которая является наиболее точной и имеет наиболее важное значение для работоспособности детали.

В маршрут включают операции по термической обработке. Закалка, цементация и последующая закалка – до окончательной обработки (шлифования). Цианирование, азотирование – после шлифования.

Перед механической обработкой (в целях улучшения обрабатываемости и снятия остаточных напряжений) или после её обдирки – отжиг, нормализация, улучшение (закалка).

6.2.2 Расчёт припусков на обработку

Припуском на обработку называют слой металла, снимаемый с заготовки в процессе механической обработки для получения детали с заданными точностью размеров и качеством поверхности.

Различают припуски промежуточные и общие.

Промежуточный припуск – толщина слоя металла, снимаемого при выполнении одного перехода или операции.

Общий припуск – толщина слоя металла, которая снимается в результате выполнения всех технологических операций и переходов при механической обработке.

Припуск должен быть оптимальным. Его увеличение даёт повышенные отходы, энергоёмкость и материалоёмкость. Пониженный припуск – это увеличение вероятности брака (т.к. не получить необходимой точности и шероховатости без удаления дефектного поверхностного слоя).

В машиностроении применяют в основном расчётно-аналитический метод определения припусков (В. М. Кована). Он основан на раздельном учёте факторов, влияющих на их величину (имеется и опытно-статистический метод).

Итак, после определения припусков по всем операциям и переходам в отдельности устанавливают операционные размеры деталей. Расчёт операционных размеров начинают с установления (и вычерчивания) размеров готовой детали. Затем на все обрабатываемые поверхности наслаиваются (в последовательности, обратной последовательности механической обработки) операционные припуски с округлением результатов в большую (для наружных поверхностей) и в меньшую (для внутренних поверхностей) сторону.

На операционные размеры устанавливают допуски (по таблице): при соблюдении размера детали в границах допуска припуск на последующую операцию не меньше минимально допустимого.

6.2.3 Выбор оборудования, приспособлений и инструмента

Станочное оборудование выбирают с учётом:

– конструкции и размеров детали;

– необходимой точности и чистоты обработки;

– требуемой производительности;

– минимальной себестоимости работ (т.е. на основе технико-экономи-

ческого анализа).

Одновременно создают необходимые специальные приспособления. Режущий инструмент выбирают с учётом:

– требуемой точности и чистоты обработки;

– способа крепления на выбранном станке или приспособлении;

– простоты в изготовлении и заточке;

– использование стандартных режущих инструментов;

– необходимой износостойкости материала инструмента с учётом

свойств материала детали.

Режущие пластинки изготавливают из быстрорежущих сталей (Р18; Р9; Р9Ф5; Р18Ф2), твёрдых сплавов (Т5К10; Т15К6; Т30К4; ВК8; ВК6; ВК2), металлокерамических материалов (ЦВ18), алмазов натуральных и синтетических.

Измерительный инструмент выбирают с учётом требований точности, удобства и быстроты измерений.

6.2.4 Определение режимных параметров и времени выполнения

операций

Режимы обработки характеризуются глубиной резания, подачей и скоростью резания.

Исходят из наименьшей себестоимости обработки детали с заданной чистотой и точностью (с учётом износостойкости режущего инструмента, т.е. продолжительности работы между двумя переточками – t = 60 мин). При расчётах сначала выбирают глубину резания, затем подачу и наконец скорость резания.

Глубину резания при грубой обработке берут равной величине припуска.

Получистовою и чистовую обработку выполняют за несколько проходов (с малой глубиной на последних проходах для обеспечения заданной точности и шероховатости).

В зависимости от глубины резания назначается максимально возможная величина подачи. При черновой обработке величина подачи ограничивается жесткостью и прочностью механизмов станка, приспособления, его мощностью и т.д. При чистовой – только требуемой шероховатостью поверхности. В свою очередь скорость резания определяют расчётом или выбирают (по нормативной таблице) в зависимости от вида материала, глубины и подачи, материала режущего инструмента.

Затем определяют усилие, крутящий момент и мощность резания. Эти результаты сравнивают с паспортными характеристиками станка и корректируют (если необходимо).

Нормы времени определяют на основе технико-экономических расчётов. Важный элемент нормирования – отнесение работ к тем или иным разрядам (т.е. установление квалификации работ и соответственно рабочих).

6.2.5 Понятия о типизации технологических процессов

Сущность типизации в том, что функционально различные, но сходные по конструктивным и технологическим признакам детали объединяют в группы, и изготавливают по единой технологии. Это резко увеличивает серийность и позволяет создавать поточные линии даже тогда, когда количество деталей каждого вида, входящих в данную группу, невелико.

Таким образом, при групповой обработке (по С. П. Митрофанову) объектом разработки технологического процесса является не отдельная деталь, а их группа.

Объединяют детали – по возможности их полного изготовления или выполнения отдельных операций по общей единой технологии на одном оборудовании с использованием единой оснастки (и с минимальной подналадкой).

В этом случае разработка технологического процесса, а также выбор оборудования и оснастки производят применительно к детали – представителю, в качестве которой принимается комплексная деталь, содержащая все обрабатываемые элементы данной группы.

Отметим, что комплексная деталь может быть условной (фиктивной), т.е. все детали, входящие в эту группу, будут проще комплексной детали. Их обработку производят с пропуском некоторых позиций.

С учётом типизации технологического процесса все детали объединены в группы по типовым признакам.

6.2.6 Основные сведения о технологии изготовления типовых деталей машин

Технология изготовления валов

В машинах применяются гладкие, ступенчатые, полые, кулачковые и коленчатые валы. Детали класса валов имеют соотношение между длиной l и диаметром d:

(l ≤ 1000 мм; d ≤ 120 мм).

Валы изготавливают из конструкционных углеродистых сталей 40 и 45, а также из легированных сталей 40Х, 45Г2, 18ГТ и др. В качестве заготовок используют прокат сплошного сечения, трубы, поковки, штамповки (иногда отливки).

В большинстве случаев маршрут обработки валов включает:

1. обработку торцов заготовки;

2. зацентровку заготовки;

3. черновое обтачивание;

4. предварительное шлифование шеек;

5. фрезерование шлицев и шпоночных пазов;

6. сверление отверстий;

7. нарезание резьб;

8. термическую обработку;

9. окончательное шлифование шеек;

10. обработку внутренних поверхностей (у полых валов).

В условиях серийного (в том числе мелкосерийного) производства применяют станки с ЧПУ, позволяющим быстро производить переналадку станков. Конструкции современных машин предъявляют высокие требования к качеству обработки валов.

Технология изготовления втулок и гильз

В машинах применяют бронзовые, латунные, стальные, чугунные и биметаллические втулки, а также чугунные и стальные гильзы. Их изготавливают из прокатных прутков, литых стержней, цельнотянутых труб, полых отливок и биметаллических лент.

В основном они концентричны, т.е. имеют общую ось наружной поверхностью и внутренней поверхностью и жёсткое ограничение допускаемой разностенности (разнотолщинности). Их наружные поверхности – обычно цилиндрические гладкие или ступенчатые или конические. Очень важно обеспечить концентричность наружных и внутренних поверхностей и перпендикулярность торцов оси детали.

Эта задача решается тремя способами:

1. обработка наружной поверхности, отверстия и торцов за один установ;

2. первоначальная обработка внутренней поверхности и её использование в качестве базы при обработке наружной поверхности и торцов, которая производится с установкой детали на оправке;

3. первоначальная обработка наружной поверхности и базирование по ней при обработке внутренней поверхности и торцов детали с её установкой в патроне или приспособлении.

Технология изготовления зубчатых колёс (ЗК)

В машинах широко используют цилиндрические, конические, червячные зубчатые передачи (ЗП). Точность ЗК установлена ГОСТами и составляет 7 – 10 степени. ЗК изготавливают, из конструкционной стали 40, 45, 40Х, 30ХГТ и др. и редко из чугуна и бронзы.

Стальные ЗК больших диаметров, а также чугунные и бронзовые колёса делают из литых заготовок. Стальные ЗК меньших размеров делают из поковок и штамповок, которые подвергают нормализации или улучшению.

Изготовление ЗК включает:

1. обработку заготовки под нарезание зубьев;

2. нарезание, закругление и шевингование зубьев;

3. термическую и отделочную обработку.

Обработка ЗК до нарезания зубьев производится с учётом соблюдения концентричности поверхностей и перпендикулярности торцов к оси заготовки в пределах заданных допусков. Выполнение этих требований достигается применением тех же методов, что и при обработке втулок.

Технология изготовления корпусных деталей

К корпусным деталям относятся базовые детали, внутри которых размещают механизмы машины (например, картеры редукторов, раздаточных коробок, коробок передач и др.). Для них характерно наличие привалочных поверхностей, которыми они сопрягаются с другими узлами машины, а также систем отверстий (под подшипники валов, установочные штифты и крепёжные детали), точно координированных между собой и относительно привалочных поверхностей. Эта координация необходима для обеспечения нормального монтажа взаимосвязанных узлов машины. Поэтому обращают особое внимание при обработке корпусных деталей:

– обеспечению в пределах установленных допусков межосевых расстояний; параллельности и перпендикулярности осей основных отверстий друг к другу и привалочным плоскостям; размеров и геометрической формы всех отверстий и перпендикулярности их торцов осям; соосности отверстий для подшипников каждого вала.

Корпусные детали изготавливают из чугунных или стальных отливок, иногда из аллюминевых отливок и сварных конструкций. Их обработка начинается с основных базовых поверхностей, затем поверхностей параллельных и перпендикулярных базовым поверхностям, включая основные отверстия, и в конце крепёжные отверстия.

При выполнении первой операции установка детали производится на черновые базы. Их выбор должен обеспечить взаимно необходимое положение обрабатываемых поверхностей и необработанных поверхностей, а также равномерное распределение припусков.