ДЕТАЛЬ КАК ОБЪЕКТ ПРОИЗВОДСТВА 4 страница

Если деталь подвергается термической обработке, то технологический процесс механической обработки расчленяется на две части: процесс до термической обработки и после нее. Для устранения возможных короблений часто приходится предусматривать правку дета­лей или повторную обработку отдельных поверхностей для обеспечения заданных точности и шероховатости. Отдельные виды термической обработки в большей степени усложняют процесс механической обра­ботки. Так, при цементации обычно требуется науглеродить отдельные участки детали. Это достигается защитным омеднением остальных участков или оставлением на них припуска, который снимается допол­нительной обработкой после цементации, но до закалки.

Последовательность обработки в определенной степени зависит от системы простановки размеров. В первую очередь следует обрабатывать ту поверхность, относительно которой на чертеже координи­ровано большее количество других поверхностей детали. При простановке размеров согласно рис. 2.7 сначала обрабатывают поверхность А, а затем в произвольном порядке поверхности а₁, а₂, а₃. Операции вспомогательного или второстепенного характера (сверление мелких отверстий, снятие фасок, прорезка канавок, зачистка заусенцев и т. п.) обычно выполняют на стадии чистовой обработки. На данном этапе маршрута последовательность выполнения этих операций часто может меняться; она не влияет на качественные показатели и эконо­мику процесса в целом.

Рис. 2.7

Операции технического контроля намечают после тех этапов обработки, где вероятно повышенное количество брака, перед сложными и дорогостоящими операциями, а также в конце обработки. При выполнении большинства операций функции технического контроля выполняются выборочно «летучими» контролерами, а также станочниками и наладчиками. На отдельных, в основ­ном предварительных, операциях, где используется мерный режущий инстру­мент (сверла, зенкеры) контроль обычно не производят, полагаясь на правиль­ность размера стандартного инструмен­та. Это сокращает количество контро­леров и издержки производства. Размер выборок при выборочной приемке мас­совых деталей производят по правилам математической статистики.

При проектировании технологических процессов для существую­щих заводов, где цехи организованы по видам обработки, последова­тельность обработки устанавливают с учетом возможного сокращения путей транспортировки деталей. В данном случае, например, выпол­няется токарная обработка, затем фрезерная и т. д.

Предварительное содержание операций устанавливают объедине­нием тех переходов на данной стадии обработки, которые могут быть выполнены на выбранном типе станка. В массовом производстве со­держание операций определяют из условия, чтобы их длительность была равна или кратна темпу. На содержание операций влияет также необходимость сокращения количества перестановок деталей со станка на станок, что имеет большое значение для условий тяжелого машино­строения.

Принципиально правильный подход к составлению маршрута об­работки деталей различного класса точности для данных производст­венных условий должен определяться на базе типизации технологи­ческих процессов.

2.8.3. Построение операций механической обработки

Для проектиро­вания отдельной операции необходимо знать: маршрут обработки заготовки, схему ее базирования и закрепления, поверхности обра­ботки и класс точности их обработки, поверхности, обработанные на предшествующих операциях, и точность их обработки, припуск на обработку, а также темп работы, если операция проектируется для поточной линии. При проектировании операций уточняют ее содер­жание (намеченное ранее при составлении маршрута), устанавливают последовательность и возможность совмещения переходов во времени, выбирают оборудование, инструменты и приспособление (или дают задание на их конструирование), назначают режимы резания, опреде­ляют норму времени, устанавливают настроечные размеры и составля­ют схему наладки. Оценку возможных вариантов производят по про­изводительности и себестоимости, сохраняя в силе технико-экономи­ческий принцип проектирования. Проектируя технологическую опе­рацию, стремятся к уменьшению штучного времени. При поточном ме­тоде работы штучное время увязывают с темпом, обеспечивая заданную производительность поточной линии.

2.9. Установление режимов резания и выбор технологического оснащения

2.9.1. Установление режимов резания

Ре­жимы резания (глубина, подача и скорость резания) определяют точ­ность, качество обработанной поверхности, производительность и себестоимость обработки. Вначале устанавливают глубину резания, потом подачу и, в последнюю очередь скорость резания.

Глубина ре­зания при однопроходной обработке на предварительно настроенном станке определяется величиной ранее рассчитанного промежуточного припуска на обработку данной поверхности. При многопроходной об­работке глубину резания стремятся назначить наибольшей, соот­ветственно уменьшив число проходов. На последних проходах глуби­на резания обычно уменьшается в целях обеспечения заданных точ­ности и шероховатости поверхности.

Подачу назначают максимально допустимую. При черновой обра­ботке подача ограничивается прочностью самого слабого звена дан­ной технологической системы (инструмент, заготовка или отдельные элементы станка). При чистовой обработке и отделке подача опреде­ляется в зависимости от заданных точности и шероховатости поверх­ности. Подачу выбирают по нормативам или рассчитывают, согласо­вывая ее величину с паспортными данными станка.

Найденную из условий точности обработки подачу проверяют по условиям обеспечения заданной шероховатости поверхности (по норма­тивам) и окончательно согласовывают с паспортными данными станка.

Скорость резания рассчитывают по формулам теории резания или устанавливают по нормативным таблицам, зная условия выполнения данного перехода обработки. В обычных условиях при расчете ско­рости резания ориентируются на экономическую стойкость режу­щего инструмента. В особых случаях принимают во внимание стой­кость наибольшей производительности.

Эмпирическая формула устанавливается для каждого вида обработки и имеет общий вид

(2.3)

Значения коэффициента С_в и показателей степени, содержащихся в этих формулах, так же как и периода стойкости Т инструмента, применяемого для данного вида обработки, приведены в таблицах. Вычисленная с использованием табличных данных скорость резания учитывает конкретные значения глубины резания t, подачи s и стойкости Т и действительно при определенных табличных значениях ряда других факторов. Поэтому для получения действительного значения скорости резания с учетом конкретных значений упомянутых факторов вводится поправочный коэффициент k, являющийся произведением ряда частных коэффициентов, отражающих:

- качество обрабатываемого материала;

- состояние поверхности заготовки;

- качество материала инструмента.

- стойкость инструмента Т - это период работы инструмента до затупления, приводимой для различных видов обработки в условиях одноинструментной обработки.

Частоту вращения шпинделя находят по формуле

n = 1000υ/πD, (2.4)

где υ – найденная ранее скорость резания, а D – максимальный диаметр обработки данной поверхности (при сверлении это диаметр отверстия, при фрезеровании – диаметр фрезы).

Эту величину согласовывают с паспортными данными станка, принимая ближайшую меньшую.

На основании скорректированной частоты вращения шпинделя по формуле

(2.5)

окончательно определяют скорость резания.

2.9.2. Выбор технологического оборудования

Данный этап начинают с анализа формирования типо­вых поверхностей деталей и сборочных единиц для определения наиболее эффективных методов их обработки, учитывая при этом назначение и параметры изделия.

Выбор оборудования производят по главному параметру, в наибольшей степени выявляющему его функциональное значе­ние и технические возможности. Физическая величина, характери­зующая главный параметр, устанавливает взаимосвязь оборудо­вания с размером изготовляемого изделия.

При выборе вариантов оборудования учитывают такжемини­мальный объем приведенных затрат на выполнение технологиче­ского процесса при максимальном сокращении периода окупае­мости затрат на механизацию и автоматизацию. Годовая потреб­ность в оборудовании определяется из годового объема работ, устанавливаемого статистическим анализом затрат средств и вре­мени на изготовление изделий. Годовые приведенные затраты на использование оборудования определяются размерами затрат на его эксплуатацию и изготовление.

Производительность оборудования определяют на основании анализа времени изготовления изделия заданного качества.

В производственной практике выбор оборудования производится в следующей последовательности:

- учитываются метод обработки и вид обрабатываемой поверхности;

- согласовываются габариты детали с техническими характеристиками станка;

- обеспечиваются качественно-точностные характеристики;

- мощность электродвигателей подбираемого оборудования не должна значительно превышать потребную мощность на обработку;

- учитывается возможность объединения переходов.

2.9.3. Выбор технологической оснастки

В технологическую оснастку входят установочные приспособления, режущий, мерительный и вспомогательный инструменты.

Выбор технологической оснастки предполагает проведение комплекса работ:

- анализ конструктивных характеристик изготовляемого изде­лия (габаритные размеры, материал, точность, геометрия и шероховатость поверхностей и т. д.); организационных и технологических условий изготовления изделия (схема базирования и фиксации, вид технологической операции, организационная форм процесса изготовления и т. д.);

- группирование технологических операций для того, чтобы определить наиболее приемлемую систему технологической оснастки и повысить коэффициент ее использования;

- определение исходных требований к технологической оснастке;

- отбор номенклатуры оснастки, соответствующей установленным требованиям;

- определение исходных расчетных данных для проектирования изготовления новых конструкций оснастки;

- выдачу технических заданий на разработку и изготовление технологической оснастки.

Конструкцию оснастки необходимо определять, учитывая стандарты и типовые решения для данного вида технологических операций на основе габаритных размеров изделий, вида заготовок характеристики материала заготовок, точности параметров конструктивных характеристик обрабатываемых поверхностей, влияющих на конструкцию оснастки, технологических схем базирования и фиксации заготовок, характеристик оборудования объемов производства.

При выборе приспособлений учитывают:

- серийность производства и форму организации работы, предопределяющие целесообразность применения универсальных или специальных приспособлений, а также их быстродействие;

- форму и размеры базовой поверхности;

- возможность использования параллельной обработки нескольких деталей.

При выборе режущего инструмента учитывают:

- серийность производства;

- метод обработки;

- заданные качественно-точностные характеристики обрабатываемой на данном технологическом переходе поверхности;

- материал детали;

- требуемую производительность.

Метод измерения и необходимый мерительный инструмент определяется формой измеряемой поверхности и серийностью производства.

2.10.Техническое нормирование

Норма времени - это регламентированное время выполнения некоторого объема работ в определенных производственных условиях одним или несколькими исполнителями соответствующей квалификации.

Технически обоснованная норма штучно-калькуляционного времени Т_ш._к состоит из нормы подготовительно-заключительного времени на партию n обрабатываемых изделий Т_п._з. и нормы штучного времени Т_ш , то есть

Т_ш._к = Т_ш + Т_п._з / n. (2.6)

Норма штучного времени Т_ш подсчитывается по формуле

Т_ш = Т₀ + Т_в + Т_тех.о + Т_орго + Т_отд , (2.7)

где Т₀ - основное время;

Т_в – вспомогательное время;

Т_тех.о – время технического обслуживания;

Т_орг.о – время организационного обслуживания;

Т_отд- время на отдых.

Основное время (Т_о) – это время на достижение непосредственной цели данного технологического перехода по качественному и (или) количественному изменению предметов труда. Основное (технологическое) время представляет собой время, в течение которого осуществляется изменение размеров, формы заготовки, состояние поверхностного слоя.

Основное время определяется по формуле

, (2.8)

где L – длина обработки;

l_вр,пер – величина врезания и перебега инструмента, определяется расчетным путем или по таблицам;

n – частота вращения;

s – подача.

Основное время может быть машинным, машинно-ручным, ручным и аппаратурным. Кроме того, оно может быть неперекрываемым и перекрываемым.

Вспомогательное время (Т_в) затрачивается на осуществление действий, обеспечивающих выполнение основной работы. Наиболее характерные затраты Т_в - установки и снятие заготовки, пуск и выключение станка, изменение режимов обработки, подвод и отвод инструмента, включая поворот револьверной головки или инструментального магазина, быстрое перемещение инструмента или изделия в рабочую зону. Вспомогательное время может быть машинным, машинно-ручным или ручным, перекрываемым или неперекрываемым.

Основное и вспомогательное время суммарно составляют оперативное время

Т_опер= Т_осн+ Т_всп (2.9)

Время технического обслуживания (Т_тех.о) затрачивается на уход за рабочим местом в течение данной конкретной работы. Сюда входит смена затупившихся инструментов, регулировка инструментов и подналадка оборудования в процессе работы, удаление стружки и т.п.

Время организационного обслуживания (Т_орг.о) - это время, затрачиваемое на уход за рабочим местом в течение рабочей смены, время на его смазку, чистку и т.д.

Время на обслуживание и отдых принимается в процентах от оперативного времени.

Подготовительно-заключительное время (Т_п.з) включает в себя время на подготовку к работе и выполнение действий, связанных с ее окончанием. Оно предусматривает затраты времени на получение материалов, инструментов, приспособлений, технической документации, ознакомление с работой, наладку технологического оснащения и, после окончания цикла работ, переход к следующей партии деталей. В автоматизированном производстве Т_п.з требуется для переналадки ГПС, ГПМ или любой другой единицы автоматизированного комплекса на переход к изготовлению новой детали. В автоматизированном производстве высокого уровня это время может исчисляться минутами или десятками минут, в автоматизированном производстве низкого уровня - часами и десятками часов.

2.11. Заполнение технологической документации

Основными документами технологического процесса являются:

1. Маршрутная технологическая карта.

2. Спецификация приспособления.

3. Спецификация режущего инструмента.

4. Спецификация мерительного инструмента.

5. Операционная технологическая карта.

Маршрутная технологическая карта содержит в себе информацию о последовательности с четким указанием наименования операций, типа и модели оборудования, типа и полного наименования режущих, мерительных и вспомогательных инструментов и указанием штучного времени.

Спецификации приспособлений, режущего и мерительного инструмента содержат информацию о наименовании инструмента, его основных параметрах, инструментальном материале с перечислением операций, в которых этот инструмент применяется.

Главным документом, содержащим полную информацию об изготовлении детали по конкретным технологическим операциям, является операционная технологическая карта. В ней содержится следующая информация:

- Номер и наименование операций. Оно отражает технологическую сущность операции и тип станка, например: «Токарная», «Вертикально-сверлильная», «Продольно-фрезерная» и т.д. Нумеруются операции арабскими цифрами с интервалом «5»: 01, 05, 10, 15…100.

- Номер и наименование переходов. Перед технологическими переходами обычно размещается переход А «Установить и снять деталь». Далее в этой же графе указывается номер перехода и его содержание. Нумерация переходов сплошная 1, 2, 3, 4…28… и т. д. Содержание переходов пишется в повелительном наклонении с указанием номера обрабатываемой поверхности и вида обработки. Номер поверхности обозначается сразу и не меняется при его последующей повторной обработке. Размеры обрабатываемой поверхности в наименовании перехода не указываются. Пример написания перехода: «1. Фрезеровать пов. 1 предварительно».

- Эскиз операции. На поле эскиза показана деталь и выделяется обрабатываемая поверхность. Условно обозначаются поверхности базирования и закрепления. Показаны размеры, обеспечиваемые в данной операции. Если в ней поверхность обрабатывается предварительно и окончательно, указываются окончательные размеры. Если на операции поверхность обрабатывается предварительно, а окончательно она обрабатывается на других операциях, то на эскизе показываются размеры, соответствующие данной операции.

Все размеры кроме свободных на поверхности, подлежащие обработке, должны быть представлены с соответствующими допусками, показанными в цифровой форме. Обозначения типа «Н7» не допускаются. На эскизе должны быть представлены только размеры, необходимые для информации по данной технологической операции.

В правой верхней части эскиза представляется информация о требуемой шероховатости поверхности. Если в данной операции ко всем обрабатываемым поверхностям предъявляются одни и те же требования по шероховатости, то в правой верхней части эскиза проставляется знак шероховатости и ее величина. Если же к обрабатываемым в данной операции поверхностям предъявляются различные требования по шероховатости, то в правом верхнем углу показывается общий знак шероховатости без указания ее величины, тут же в скобках указывается знак шероховатости с численной величиной, характерной для большинства обрабатываемых поверхностей, а шероховатость других поверхностей указывается на поле эскиза.

Эскиз операции дается для всей операции, а не для отдельных ее переходов.

- В верхней части технологической карты дается информация по всей операции, а именно – тип и наименование оборудования, приспособления, вид смазывающе-охлаждающей технологической среды, сведения о материале, виде заготовки и ее состоянии, штучном и штучно-калькуляционном времени.

- Против каждого технологического перехода дается информация о режущем и мерительном инструменте, расчетных размерах, режимах резания и элементах технического нормирования.

Информация о режущем инструменте включает в себя наименование инструмента, его шифр или обозначение, материал режущей части, при необходимости указываются его основные характеристики. Например, для фрезы указывается тип фрезы, ее диаметр и число зубьев – фреза торцовая Ǿ 40 мм, z = 8. Для мерительного инструмента желательно указать его тип и шифр или обозначение.

Расчетные размеры – это расчетный диаметр и длина обработки. Расчетный диаметр – это тот диаметр, который входит в формулу скорости резания. Для точения это диаметр до обработки, для растачивания после обработки, для сверления и фрезерования – диаметр инструмента.

В некоторых случаях для иллюстрации технологического процесса необходимо представить технологическую наладку. Она представляет эскиз, аналогичный операционному эскизу, но составленный для одного технологического перехода. На этом эскизе размещается весь применяемый в данном технологическом переходе режущий инструмент до или после выполнения перехода.

3. МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ ТИПОВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

3.1. Обработка наружных цилиндрических поверхностей

Методы обработки наружных цилиндрических поверхностей определяются требованиями по качественно-точностным характеристикам. Если на поверхность назначена шероховатость Ra = 10 мкм и более, а требования по точности больше 9 квалитета, то достаточна черновая обработка. Если требуемая шероховатость – Ra = 2,5 –10 мкм, а задаваемая точность – 8-9 квалитеты, то после черновой обработки требуется выполнение получистовой обработки. При заданной шероховатости Ra = 1,25 мкм и точности, соответствующей 7-му квалитету после проведения указанных черновой и получистовой обработки, требуется чистовая обработка. При более высоких требованиях к обрабатываемой поверхности дополнительно вводят отделочные (финишные) методы обработки.

3.1.1. Токарная обработка

На токарных станках можно получить шероховатость по Ra от 0,32 до 80 мкм. Считается, что предварительное точение обеспечивает шероховатость по Ra от 10 до 80 мкм, чистовое от 1,25 до 10 мкм, тонкое от 0,32 до 1,25 мкм.

Предварительная обработка предназначена для удаления основного дефектного слоя, сформированного на заготовительной операции. Припуск, снимаемый на стадии предварительной обработки, зависит от размеров детали и вида заготовки, но, как правило, составляет не менее 2-5 мм.

Черновую обработку наружных поверхностей выполняют как на обычных, так и на многорезцовых станках (в зависимости от вида производства).

Как правило, черновой обработке предшествует создание базирующих поверхностей, в качестве которых наиболее часто используют поверхность центровых отверстий. Для центрования применяют типовые наборы инструмента - спиральные сверла и конические зенковки, а также комбинированные центровочные сверла. Центровые отверстия обрабатывают на токарных, револьверных, сверлильных и двусторонних центровальных станках. Однако наиболее производительным способом является их обработка на фрезерно-центровальном полуавтомате, предназначенном для последовательной обработки заготовки: сначала фрезерования торцов, а затем сверления центровочных отверстий.

Наибольший удельный вес при обработке наружных поверхностей вращения занимает обработка на станках токарно-револьверной группы, которые составляют 25 - 50 % от общего станочного парка машиностроительного завода.

Наиболее распространенным видом обработки наружных поверхностей тел вращения на токарных станках является обтачивание при продольном перемещении суппорта с режущим инструментом.

Фасонное обтачивание, т. е. обработку поверхностей деталей со сложной конфигурацией (сферических, ступенчатых, конических и др.), осуществляют при одновременном перемещении режущего инструмента в продольном и поперечном направлениях, а также при обработке фасонными резцами. Фасонное обтачивание по копиру, контур которого соответствует контуру обрабатываемой заготовки, значительно упрощает обработку заготовок. Простейшей формой фасонного обтачивания является обработка конической поверхности. Узкие конические поверхности, например фаски, обрабатывают установкой резца с прямолинейной режущей кромкой на заданный угол. Конус можно обработать также при повороте верхних салазок суппорта на угол, равный половине угла при вершине конуса. При небольшом значении угла при вершине конус можно обработать методом поперечного смещения задней бабки. Однако этот метод является приближенным, так как при смещении задней бабки вместе с ней смещается и заготовка, в результате чего ее длина проектируется на плоскость, проходящую через линию центров станка, с искажением.

При черновых операциях снимают возможно большую часть припуска с приданием заготовке формы, приближающейся к форме детали. Получистовое точение позволяет улучшить шероховатость обрабатываемой поверхности, при этом достигается более высокая точность обработки. Наиболее ответственные поверхности можно обработать на токарных станках методами тонкого точения.

Пути повышения производительности труда при токарной обработке наружных поверхностей весьма разнообразны. Основные направления совершенствования технологии токарной обработки определяют следующими мероприятиями: концентрацией обработки, достигаемой применением многорезцовых настроек, выбором плана операции и последовательности переходов, обеспечивающих сокращение затрат времени на обработку, одновременной обработкой нескольких заготовок.

В крупносерийном и массовом производствах широко применяют различные токарные полуавтоматы и автоматы. Основными технологическими схемами обработки на этих станках являются:

параллельная - при обработке каждого изделия в каждой позиции участвует несколько инструментов, работающих одновременно: начало и конец работы отдельных инструментов могут не совпадать, но обязательным является, чтобы в течение некоторого времени все инструменты работали одновременно;

последовательная - в обработке каждого изделия участвует несколько инструментов, вступающих в действие последовательно; начало работы следующего инструмента наступает только после окончания работы предыдущего;

параллельно-последовательная - в обработке каждого изделия участвует несколько групп инструментов; в группах инструменты работают параллельно, а сами группы инструментов - последовательно;

ротационная - в обработке каждого изделия участвует один или группа инструментов при одновременном ротационном движении заготовок и инструментов; каждая деталь обрабатывается инструментами, которые не участвуют в обработке других деталей;

непрерывная - в обработке каждого изделия участвует один или несколько инструментов при непрерывающейся подаче заготовок.

Инструментом для работы на токарных станках служат токарные резцы. По виду обработки токарные резцы делятся на проходные, подрезные, расточные, отрезные, прорезные, галтельные, резьбовые и фасонные.

Правый токарный проходной прямой резец показан на рис. 3.1,а, а правый токарный проходной отогнутый резец - на рис. 3.1, б. Проходные резцы применяют для обработки заготовки вдоль оси (рис. 3.1, а, б, поз. I) и для подрезки торца (рис. 3.1, б, поз. I I). К проходным резцам относится и резец, показанный на рис. 3.2,а, называемый проходным упорным. Его используют при продольном точении с одновременной обработкой торцовой поверхности, составляющей с цилиндрической поверхностью прямой угол.

Подрезные резцы (рис. 3.2, б) применяют для обработки поверхностей заготовки в направлении, перпендикулярном или наклонном к оси вращения. Для подрезания торца с поперечной подачей может быть использован и проходной упорный резец (рис. 3.2, а), для чего его необходимо повернуть на некоторый угол с целью образо­вания вспомогательного угла в плане j₁.

Отрезной резец, при­меняемый для отрезки заготовки, изображен на рис. 3.3.

Прорезные резцы аналогичны отрезным, но имеют длину режущей кромки b, соответствующую ширине прорезаемого паза. Галтельные резцы применяют для протачивания закругленных ка­навок (рис. 3.4, I) и переходных поверхностей.

Резьбовыми резцами нарезают наружную (рис. 3.4, II) и внут­реннюю резьбу. Фасонные резцы используют для обработки фа­сонных поверхностей (рис. 3.4, III) .

Рис. 3.1. Токарные проходные резцы, оснащенные пластинками твердого сплава: а – прямой; б – отогнутый

Рис. 3.2. Токарные резцы, оснащенные пластинками твердого сплава: а – проходной упорный; б – подрезной (торцевой)

Рис. 3.3. Токарный отрезной резец, оснащенный пластинкой твердого сплава

Рис. 3.4. Токарные резцы: I – галтельный; II – резьбовой;

III - фасонный

3.1.2. Шлифование

Шлифование применяется в качестве чистового метода обработки. Это вид обработки деталей с помощью абразивного инструмента, режущим элементом которого являются зерна абразивных материалов. При этом достигаются высокие точность и чистота обрабатываемых поверхностей.