ДЕТАЛЬ КАК ОБЪЕКТ ПРОИЗВОДСТВА 2 страница

1.4.Материал детали

Выбор материалов для деталей машин является ответст­венным этапом проектирования. Правильно выбранный матери­ал в значительной мере определяет качество детали и машины в целом.

Выбирая материал, учитывают в основном следующие факторы: соответствие свойств материала главному критерию работоспособности (прочность, износостойкость и др.); требова­ния к массе и габаритам детали и машины в целом; другие требования, связанные с назначением детали и условиями ее эксплуатации (противокоррозионная стойкость, фрикционные свойства, электроизоляционные свойства и т. д.); соответствие технологических свойств материала конструктивной форме и намечаемому способу обработки детали (штампуемость, свариваемость, литейные свойства, обрабатываемость резанием и пр.); стоимость и дефицитность материала.

Черные металлы, подразделяемые на чугуны и стали, имеют наибольшее распространение. Это объясняется прежде всего их высокой прочностью и жесткостью, а также сравнительно невысокой стоимостью. Основные недостатки черных металлов - большая плотность и слабая коррозионная стойкость.

Цветные металлы — медь, цинк, свинец, олово, алюминий и некоторые другие—применяют главным образом в качестве составных частей сплавов (бронз, латуней, баббитов, дюра­люминия и т. д.). Эти металлы значительно дороже черных и используются для обеспечения особых требований, таких как легкость, антифрикционные и антикоррозионные свойства и др.

Неметаллические материалы — дерево, резина, кожа, асбест, металлокерамика и пластмассы также находят широкое при­менение.

Порошковые материалы получают методом порошковой металлургии, сущность которой состоит в изготовлении деталей из порошков металлов путем прессования и последующего спекания в пресс-формах. Применяют порошки однородные или из смеси различных металлов, а также из смеси металлов с неметаллическими материалами, например с графитом. При этом получают материалы с различными механическими и фи­зическими свойствами (например, высокопрочные, износостой­кие, антифрикционные и др. В машиностроении наибольшее распространение получили детали на основе железного порошка. Детали, изготовленные методом порошковой металлургии, не нуждаются в последу­ющей обработке резанием, что весьма эффективно при мас­совом производстве. В условиях современного массового производства развитию порошковой металлургии уделяется большое внимание.

В литературе /19/ представлены рекомендации по применению конкретных марок материалов и способов получения заготовок из них для наиболее распространенных деталей машин.

1.5. Технологичность конструкций деталей машин

Рациональные конструкции машин, обеспечивающие необходимые эксплуатационные требования, не могут быть созданы без учета трудоемкости и материалоемкости их изготовления.

Соответствие конструкций машин требованиям минимальной трудоемкости и материалоемкости определяет технологичность конструкции.

Однако трудоемкость и материалоемкость изготовления машины зависят не только от конструкции, но и в значительной степени от выбранного технологического процесса, его оснащенности и режимов обработки. Поэтому при определении технологичности конструкции машины необходимо исключить влияние принятого технологического процесса, чтобы можно было определять степень технологичности данной конструкции машины как отношение трудоемкости ее изготовления к трудоемкости изготовления других конструктивных вариантов этой машины в аналогичных, сопоставимых производственных условиях.

Технологичность конструкции машины, деталей и узлов необхо­димо оценивать в процессе ее создания, при технологическом контроле чертежей в период разработки конструкции машины. Предварительно разработанный чертеж детали, узла или машины поступает на техно­логический контроль, а затем - на окончательную конструктивную разработку. Однако оценка технологичности конструкции при этих условиях может оказаться субъективной, если она зависит только от уровня знаний технолога, осуществляющего технологический кон­троль.

При объективной оценке технологичности конструкции машины, ее деталей и узлов учитывают положительные факторы, определяющие технологичность конструкции. К ним относятся:

оптимальные формы деталей, обеспечивающие изготовление заготовок с наименьшими припусками и наименьшим количеством обрабатываемых поверхностей; наименьший вес машины; наименьшее количество наименований материалов, применяемых в конструкции машины; взаимозаменяемость деталей и узлов с оптимальными значе­ниями полей допуска; стандартизация и унификация деталей и узлов, а также их отдельных конструктивных элементов (резьб, модулей зубчатых колес, радиусов, галтелей и т. д.).

Выбор оптимальных форм детали зависит от ее конструктивного и эксплуатационного назначения. Оценка технологичности данной детали может быть основана на сравнении трудоемкости изготовления различных конструктивных вариантов этой детали.

Чтобы обеспечить условия создания оптимальных форм деталей, применяют определенные технологические методы изготовления и обработки заготовок.

Так, корпусные детали изготовляют, как правило, литыми или сварнолитыми, а также штампосварными. Конструкции ли­тых заготовок (чугунных или стальных) корпусных деталей должны отвечать требованиям машинной формовки: толщина стенок в разных сечениях не должна иметь резких отклонений и переходов. Конструк­ции деталей из цветных сплавов должны быть удобными для литья в постоянные металлические формы. Оптимальная конструктивная форма корпусной детали, обрабаты­ваемая с наименьшей трудоемкостью, должна отвечать следующим основным условиям:

- деталь по возможности должна быть правильной геометрической формы, обеспечивающей возможность ее полной обработки от одной базы: от плоскости и двух установочных отверстий на ней.

- конструкция детали должна обеспечивать возможность обра­ботки плоскостей и торцов с отверстиями на проход, поэтому плоскости и торцы не должны иметь выступов, мешающих этой обработке. Раз­меры обрабатываемых отверстий внутри детали не должны превышать соосных им отверстий в наружных стенках детали.

- корпусная деталь не должна иметь поверхностей, не перпенди­кулярных к осям отверстий как у входа, так и на выходе сверла.

- в корпусных деталях следует избегать многообразия размеров отверстий и резьб.

- корпусную деталь нужно обрабатывать по возможности без спаривания с другой корпусной деталью.

Основные требования, предъявляемые к технологичности конструк­ций деталей, представляющих собой тела вращения без отверстий, а также деталей сложной формы этого вида, изготовляемых в большинстве случаев из прутка или штампованной заготовки, реже - из отливок, заключаются в следующем:

- конструкция деталей должна предусматривать небольшое количество обрабатываемых поверхностей, сопрягаемых с другими деталями;

- конструктивная форма деталей должна обеспечивать возможность штамповки их в закрытых штампах, для чего следует избегать удлиненных выступов, сечений с большой разностью толщин, глубоких полостей и т. п.

При несоблюдении этих условий штампованные заготовки имеют только приближенную форму к готовой детали и обычно проходят значительное количество операций механической обработки, даже нерабочих поверхностей, с большими отходами металла в стружку.

Основные требования, предъявляемые к технологичности конструк­ции деталей тел вращения, имеющих сквозные от­верстия, а также деталей типа дисков, изготовляемых из отливок, штамповок, листа и ленты, характеризуются следующими условиями:

- конструкция деталей должна предусматривать обработку только сопрягаемых поверхностей, а форма деталей должна обеспечивать воз­можность получения заготовок с минимальными припусками;

- конструкция этих деталей должна предотвращать их деформацию при термической обработке;

- допуски на размеры точных деталей при обеспечении надлежа­щих эксплуатационных требований не должны усложнять технологии производства.

Технологичность конструкций мелких и крепежных деталей, изготовляемых из отливок, штамповок и пруткового материала, обеспечивается небольшим количеством обрабатываемых поверхностей с минимальными припусками на обработку.

Основным требованием, предъявляемым к форме мелких деталей, является возможность их изготовления высокопроизводительными методами: штамповкой на ковочных машинах или ковочных прессах, литьем под давлением с одновременной формовкой и заливкой не­скольких деталей, изготовлением деталей из ленты на автоматизиро­ванных прессах, а также формообразованием деталей из пруткового материала методом холодной высадки или высадки с индукционным нагревом.

Относительно более технологичной следует считать конструкцию машины, в которой применено наименьшее количество наименований различных материалов. Многообразие материалов усложняет процесс производства и прежде всего заготовительные операции, а также механическую обработку, так как разные марки материала требуют применения инструментов с различными углами заточки и различных режимов резания. При много­образии марок материала увеличиваются номенклатура и запасы мате­риалов на складах; возрастает вероятность простоя оборудования из-за отсутствия той или иной марки и профиля материала, что при­водит к необходимости замены одного профиля другим с соответствую­щим увеличением трудоемкости изготовления деталей, узлов и машины.

Обеспечение взаимозаменяемости узлов и де­талей с оптимальными значениями допусков является также суще­ственным фактором, характеризующим технологичность конструкции машины. Отсутствие взаимозаменяемости узлов и деталей значительно увеличивает трудоемкость изготовления машин вследствие пригоноч­ных или регулировочных работ. Взаимозаменяемость деталей и узлов машины предусматривает их изготовление с размерами в определенном поле допуска.

Однако чем точнее размеры, тем больше трудоемкость изготовления детали, т. е. машина становится менее технологичной. Трудоемкость деталей, изготовляемых с высокой точностью, значительно увеличи­вается из-за дополнительных доводочных операций. Поэтому точность изготовления деталей должна находиться в пределах оптимальных значений допусков, обеспечивающих взаимозаменяемость деталей, качество и эксплуатационные требования, предъявляемые к машине или механизму.

Технологичность конструкции машины значительно улучшается в результате использования конструктором большого количества нормализованных, стандартизованных и уни­фицированных (т.е. геометрически и физически тождествен­ных) узлов и деталей.

Помимо унифицированных деталей, в конструкции каждой машины есть значительное количество оригинальных деталей, которые, разли­чаясь по форме, могут иметь отдельные обрабатываемые поверхности, аналогичные с поверхностями других деталей этой машины. Суммар­ное количество диаметров отверстий и валов, шпоночных и шлицевых соединений, резьб, модулей зубчатых колес, диаметров и длин крепежных деталей, различных допусков размеров на валы и отверстия и т. п. также может быть сведено до минимального. При этом необхо­димое количество типоразмеров режущего, мерительного и других видов инструмента будет также значительно сокращено.

Таким образом, конструкция машины, имеющая максимально воз­можное количество унифицированных конструктивных элементов деталей, является более технологичной по сравнению с машиной, в которой такая унификация не сделана или недостаточна.

2. ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МАШИН

2.1. Основные случаи технологических разработок

Технология производства складывается из ряда процессов, каждый из которых характеризуется определенными методами обработки и сборки. В структуру технологического процесса входят операции, состоящие в свою очередь из нескольких элементов. Так, для техноло­гического процесса механической обработки основными элементами операции являются переход, проход, установка и позиция.

Под операцией понимают законченную часть технологического про­цесса обработки одной или совместно нескольких заготовок на одном рабочем месте одним рабочим или бригадой рабочих непрерывно до перехода к следующей заготовке. В операцию входят как действия, непосредственно связанные с обра­боткой, так и необходимые вспомогательные приемы.

Переходом называется часть операции, осуществляемая одним и тем же режущим инструментом (или несколькими одновременно рабо­тающими инструментами) без изменения режима резания при обработке одной и той же поверхности.

Проходом называется перемещение режущего инструмента по обрабатываемой поверхности, сопровождаемое съемом слоя металла, при неизменной установке инструмента и неизменном режиме резания. Проход состоит из отдельных рабочих приемов.

Рабочим приемом называется законченное действие рабочего, необходимое для выполнения данной операции (например, установка и снятие обработанной заготовки) или перехода и прохода (замена инструмента, установка инструмента на стружку в начале прихода, контрольный промер). Переход делят на проходы в тех случаях, когда нельзя с одного раза (за один проход) снять весь слой металла, подлежащий удалению в данном переходе.

Установка - часть операции, выполняемая без изменения положения обрабатываемой заготовки, т. е. при неизменном ее закреп­лении.

Позицией называется часть операции, выполняемая без изме­нения положения обрабатываемой заготовки относительно станка и зажимного устройства.

Приведенные определения характеризуют комплекс элементов технологического процесса механической обработки заготовок деталей машин.

Проектирование технологических процессов механической обработки имеет целью дать подробное описание процессов изготовления детали с необходи­мыми технико-экономическими расчетами и обоснованиями принятого варианта. В результате составления соответствующей технологической документации инженерно-технический персонал и рабочие исполнители получают необходимые данные и инструкции для осуществления спроектированного технологического процесса на предприятии. Технологические разработки позволяют выявить необходимые средства производства для выпуска изделий; трудоемкость и себестоимость изготовления изделий.

На основе спроектированного технологического процесса устанавливают исходные данные для организации снабжения основными и вспомогательными материалами, календарного планирования, технического контроля, инструментального и транспортного хозяйства.

Технологические процессы разрабатывают при проектировании новых и реконструкции существующих заводов, а также при организации производства новых объектов на действующих заводах. Кроме того, корректировка или разработка новых технологических процессов имеет место на действующих заводах при выпуске освоенной продукции. Это вызывается непрерывными текущими конструктивными усовершенствованиями объектов производства и необходимостью систематического использования и внедрения в действующее производство новейших достижений производственной техники.

Технологические процессы подразделяют на индивидуальные, типовые и групповые. Индивидуальные разрабатывают на оригинальные детали, типовые на нормализованные и стандартные детали и групповые на конструктивно и технологически сходные детали. Специфика разработки типовых и групповых технологических процессов приво­дится в конце главы.

При проектировании новых и реконструкции существующих заводов разработанные технологические процессы являются основой всего проекта. Они определяют потребное оборудование, производственные площади и энергетику цеха, его транспортные средства, рабочую силу, необходимые основные и вспомогательные материалы. От каче­ства технологических разработок в значительной степени зависят тех­нико-экономические показатели работы завода.

При организации производства новых объектов на действующем заводе разработка технологических процессов предшествует комп­лексу подготовительных и организационных работ. На ее основе выявляют возможности использования имеющегося и необходимость приобретения нового оборудования, определяют потребное количество рабочей силы, инструментов, транспортных средств.

Задача проектирования технологических процессов характерна многовариант­ностью возможных решений. Даже для сравнительно простых деталей может быть разработано несколько различных технологических про­цессов, полностью обеспечивающих требования рабочего чертежа и тех­нических условий. Методом последующего сопоставления этих вариан­тов по эффективности и рентабельности окончательно отбирают один или небольшое число равноценных вариантов.

Проектирование технологических процессов отличается сложностью и трудоемкостью. Как и многие другие виды проектирования, его вы­полняют в несколько последовательных стадий. Вначале делают пред­варительные наметки технологического процесса; на последующих стадиях их уточняют и конкретизируют на основе детальных техно­логических расчетов. В результате последовательного уточнения пред­варительных наметок получают законченные разработки технологи­ческого процесса. К правильному и приемлемому решению обычно удается приблизиться после разработки и сравнения нескольких техно­логических вариантов. В целях сокращения трудоемкости и длитель­ности технологических разработок, сопоставление и выбор варианта целесообразно производить на предварительных и промежуточных ста­диях проектирования.

Степень углублённости технологических разработок зависит от типа производства. В условиях массового производства технологические процессы разрабатывают весьма подробно для всех оригинальных деталей изделия; на нормализованные и стандартные детали разраба­тывают (используют) типовые процессы. В единичном производстве ограничиваются сокращенной разработкой, учитывая, что подробная разработка в данных условиях экономически не оправдывается. Ис­ключение составляют сложные и дорогие детали, особенно в тяжелом машиностроении. Для этих деталей технологические процессы разра­батывают тщательно и подробно. В условиях серийного производства при широкой номенклатуре выпускаемых изделий проектируют груп­повые технологические процессы. На оригинальные детали разраба­тывают индивидуальные процессы.

2.2. Этапы проектирования технологических процессов

Процесс проектирования состоит из комплекса взаимосвязанных и выполняемых в определенной последовательности этапов. К ним относятся:

1. Получение исходных данных.

2. Определение типа производства и формы организации работ.

3. Технологический контроль чертежа.

4. Выбор метода получения заготовки и определение предъявляемых к ней требований.

5. Выбор установочных баз.

6. Выбор маршрута обработки элементарных плоскостей.

7. Расчет припусков. Определение вида заготовки и ее размеров.

8. Разработка операционной технологии.

9. Выбор оборудования, приспособлений, режущего и мерительного инструментов.

10. Расчет режимов резания.

11. Техническое нормирование.

12. Заполнение технологической документации.

2.3. Исходные данные для проектирования

технологических процессов механической обработки

В тех случаях, когда технологические про­цессы проектируют для новых заводов, исходными данными являются: рабочий чертеж, определяющий материал, конструктивные формы и размеры детали; технические условия на изготовление детали, харак­теризующие точность и качество обработки ее поверхностей, а также особые требования (твердость и структура материала, термическая обработка, балансировка, подгонка по весу и пр.); размер програм­много задания; срок (обычно в годах), в течение которого должна быть выполнена программа выпуска деталей. Если выпуск во времени не­равномерный, то программное задание указывается по годам или дру­гим периодам времени.

При проектировании технологических процессов для действую­щих или реконструируемых заводов необходимо располагать сведе­ниями о наличном оборудовании, площадях и других местных произ­водственных условиях.

В частном случае возможности технолога при проектировании и кор­ректировке технологических процессов механической обработки могут быть еще более ограничены заданным ему видом исходной заготовки.

При проектировании используют справочные и нормативные ма­териалы: каталоги и паспорта оборудования; альбомы приспособле­ний; ГОСТы и нормали на режущий и измерительный инструменты, нормативы по точности, шероховатости, расчету припусков, режимам резания и техническому нормированию времени; тарифно-квалифика­ционные справочники и другие вспомогательные материалы.

2.4. Определение вида производства и формы

организации работы

В машиностроении в зависимости от производственной программы и характера изготовляемой продукции различают три основных вида производства: единичное, серийное и массовое.

Единичное производство характеризуется тем, что изготовляемая продукция выпускается в небольших количествах, поэтому на каждом станке выполняют разнообразные работы, периодически не повторяющиеся.

На предприятиях с единичным производством применяют преиму­щественно универсальное оборудование с расположением его в цехах по групповому признаку (т. е. с разбивкой на участки токарных, фрезерных, строгальных станков и т. д.). Эта форма организации работ называется «По видам оборудования». Технология производства характеризуется применением нормаль­ного режущего и универсального измерительного инструмента. Так как конструкции изготовляемых в единичном производстве машин нестабильны и подвергаются частым изменениям, то при обра­ботке заготовок принципы полной взаимозаменяемости не соблюда­ются (иначе потребовалось бы большое количество специальных изме­рительных средств, затраты на изготовление которых чрезмерно увели­чили бы накладные расходы производства), поэтому при сборке применяют подгоночные работы.

Серийное производство характеризуется изготовле­нием деталей повторяющимися партиями (сериями). В зависимости от количества деталей в партии, их характера и трудоемкости, частоты повторяемости серий в течение года различают мелкосерийное, среднесерийное и крупносерийное производства.

Однако такое подразделение является условным, так как производ­ство машин различных размеров, сложности и трудоемкости при одном и том же их количестве в партии может быть отнесено к разным видам серийности. На предприятиях серийного производства значительная часть оборудования состоит из универсальных станков, оснащенных как специальными, так и универсально-наладочными (УНП) и сборными (УСП) приспособлениями и инструментами, что позволяет снизить трудоемкость и удешевить производство.

В условиях серийного производства представляется возможным расположить оборудование в последовательности технологического процесса для одной или нескольких деталей, требующих одинакового порядка обработки, со строгим соблюдением принципов взаимозаме­няемости при обработке. Это соответствует переменно-поточной форме организации работ.

При небольшой трудоемкости или недостаточно большой программе выпуска целесообразно обрабатывать заготовки партиями, с последовательным выполнением операций, т. е. после обработки всех заготовок партии на одной операции производить обработку этой партии на следующей операции. При этом время обработки на различных станках не согласовывается. Заготовки во время работы хранят у станков, а затем транспортируют целой партией. Такая форма организации работ называется переменно-поточной несинхронизированной.

В серийном производстве применяют также переменно-поточную синхронизированную форму организации работ. Здесь оборудование также располагают по ходу технологического процесса. Обработку производят партиями, причем заготовки каждой партии могут несколько отличаться разме­рами или конфигурацией, но допускают обработку на одном и том же оборудовании. В этом случае время обработки на данном станке согласовывается со временем обработки на последующем станке, поэтому движение заготовок данной партии осуществляется непрерывно, в порядке последовательности технологического процесса. Для перехода к обработке партий других деталей переналаживают оборудование и технологическую оснастку (приспособления и инстру­мент).

Массовое производство характеризуется прежде всего установившимся объектом производства, что при значительном объеме выпуска продукции обеспечивает возможность закрепления операций за определенным оборудованием с расположением его в технологической последовательности (по потоку) и с широким примене­нием специализированного и специального оборудования, механиза­цией и автоматизацией производственных процессов при строгом соблю­дении принципа взаимозаменяемости, обеспечивающего резкое сокра­щение времени, затрачиваемого на производство сборочных работ.

Высшей формой массового производства является производство непрерывным потоком, характеризуемое тем, что время выполнения каждой операции (технологической линии) равно или кратно времени по всему потоку, что позволяет производить обработку без заделов в строго определенные промежутки времени. Для выполнения операций, длительность которых не укладывается в установленный такт, используют дополнительное оборудование.

При непрерывном потоке передача с позиции на позицию (рабочее место) осуществляется непрерывно в принудительном порядке, что обеспечивает параллельное, одновременное выполнение всех операций на технологической линии.

Принадлежность производства к тому или иному виду зависит от конструкции изделия и объемов выпускаемой продукции. В настоящее время при организации производства за основу принимают групповую обработку, как метод наиболее совершенной организации труда.

2.5. Технологический контроль рабочего чертежа

и технических усло­вий

Проектированию технологического процесса предшествует под­робное изучение рабочего чертежа детали, технических условий на ее изготовление и условий ее работы в изделии. Проверяют достаточность проекций, правильность простановки размеров, изучают требования по точности и шероховатости обработки поверхностей, а также другие требования технических условий. Нередко конструкторы завышают классы точности и чистоты поверхностей деталей, что усложняет технологический процесс ее изготовления. В этом случае технолог предлагает соответствующие коррективы и на основе совместного с конструктором обсуждения вопроса находится правильное решение.

При контроле рабочего чертежа выявляют возможности улучше­ния технологичности конструкции детали. Обращают внимание на уменьшение размеров обрабатываемых поверхностей, что снижает трудоемкость механической обработки; повышение жесткости детали, что обеспечивает возможность многоинструментальной обработки, при­менение многолезвийных инструментов и высокопроизводительных режимов резания; облегчение подвода и отвода высокопроизводитель­ных режущих инструментов из зоны обработки, в результате чего уменьшается основное и вспомогательное время; унификацию разме­ров пазов, канавок, галтелей, отверстий и других элементов, что сок­ращает номенклатуру размерных и профильных инструментов и уменьшает время обработки при последовательном выполнении технологических переходов; обеспечение надежного и удобного базирования заготовки, а при простановке размеров возможность совмещения установочных и измерительных баз; удобство осуществления многоместной обработки заготовок. Более подробное изложение требований технологичности конструкций дано в разделе 1.4. В результате улучшения технологичности конструкции может быть получен значительный эффект от снижения трудоемкости и повыше­ния рентабельности процессов обработки.

2.6. Выбор метода получения заготовки

Конструктор изделия уста­навливает материал детали и его марку по имеющимся стандартам. Он назначает также необходимую термическую обработку детали. Учитывая условия ее работы в машине, он может указать предпочти­тельный способ получения заготовки (ковка вместо литья, ковка вмес­то проката). На основе этих данных технолог выбирает конкретный метод получения заготовки. Выбор метода определяется: