Выбор типа производства по программе выпуска

Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

ПРЕДИСЛОВИЕ

Пособие составлено для студентов, приступающих к изучению начальной части курса “Технология машиностроения” ― “Основы технологии машиностроения”. Содержание пособия и последовательность изложения материала рассчитаны на создание максимума удобств для использования его во время практических и индивидуальных занятий, а также при выполнении курсовых работ и проектов по дисциплине.

Предполагается, что студентами уже проработаны и освоены следующие дисциплины: “Технология конструкционных материалов”, “Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения”, “Основы теории резания”, “Металлорежущие станки” и “Режущие инструменты” и некоторые другие дисциплины, помогающие формировать специалистов машиностроителей. Одновременно им ещё предстоит знакомство с такими дисциплинами, как "Автоматизация производственных процессов", "Технологические основы гибких производственных систем", "Система автоматизированного проектирования технологических процессов", "Проектирование машиностроительных цехов" и прочими, читаемыми на последних курсах обучения.

В прежние годы было издано немало хороших пособий по технологии машиностроения, в том числе по курсовому и дипломному проектированию. Большинство из них ([5, 7, 23] и пр.) рассчитано на студентов, прослушавших и усвоивших основные теоретические положения перечисленных дисциплин; другие, например [26], способствуют углублению знаний по отдельным разделам технологии машиностроения.

Пособие "Начало технологического проектирования" уступает в строгости изложения материала отмеченным работам. Оно рассчитано для выполнения следующих методических задач:

― дать первые представления о технике и очередности выполнения всех основных этапов разработки технологического процесса, познакомить с особенностью осуществления и трудоемкостью каждого этапа, показать наличие тесной логической взаимосвязи между отдельными этапами проектных работ;

― увязать в ходе обучения теоретические положения дисциплины с их практической реализацией, сформировать у обучаемых цельное представление о технологии машиностроения как о науке и подготовить их к квалифицированному и самостоятельному курсовому и дипломному проектированию;

― с первых шагов освоения новой дисциплины выработать у будущих специалистов привычку обязательного логического и формального обоснования принимаемых решений при проведении любых проектных работ, а также навыки четкого и лаконичного изложения подобных обоснований в пояснительных записках.

Для обоснования принимаемых решений часто пользуются материалами, опубликованными в научно-технической, справочной, периодической, учебной и прочей литературе по технологии машиностроения. В целях облегчения и сокращения времени информационных поисков нужного материала в пособии указывается размещение материалов по различным разделам проектирования в наиболее распространенных изданиях последних лет.

В каждом разделе пособия после краткого изложения основных теоретических положений перед студентом ставится очередная проектная задача и приводится образец (пример) ее решения. Естественно, что не следует рассматривать указанные образцы как догмы и пользоваться при составлении описаний фразами из пособия. Каждый в ходе практикума должен стремиться проявить максимум прилежания, творческой активности, индивидуализма.

Несмотря на узкую целенаправленность, пособие успешно может использоваться студентами и учащимися всех машиностроительных специальностей, изучающих технологию машиностроения. Оно окажется весьма полезным для обучающихся без отрыва от производства.

ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ

Цель практических занятий ― закрепление теоретических знаний по курсу технологии машиностроения и получение первичных навыков самостоятельного проектирования технологических процессов.

Основное внимание студенты уделяют производству деталей заданного качества наиболее производительными и экономичными методами.

В процессе практических занятий каждый студент для конкретной детали составляет маршрут обработки и подробно проектирует технологический процесс на 1―3 технологические операции (устанавливает режимы, рассчитывает силы и моменты сил резания, анализирует точность обработки, осуществляет техническое нормирование и др.).

Эффективность и рентабельность техпроцесса устанавливается (подтверждается) вариантным проектированием, т.е. сравнением целесообразности обработки одних и тех же поверхностей (элементов) детали разными способами и разными инструментами, на различном оборудовании.

Принятый технологический процесс оформляется в соответствии со стандартами и правилами ЕСТД и ЕСТПП.

Темы занятий и последовательность их выполнения соответствуют разделам оглавления данного пособия.

После изложения требований к содержанию и оформлению основных разделов (тем) приводятся примеры их реализации. В большинстве примеров рассматриваются вопросы проектирования техпроцесса изготовления зубчатого колеса черт. ТВС 1Н 61―02―116 (рис. 1), называемого в дальнейшем деталью.

Самостоятельными темами занятий является кодирование информации, оптимизация режимов обработки, составление типовых и групповых технологических процессов и пр. Каждая законченная тема оформляется на страницах писчей бумаги формата А4, а затем брошюруется в общую записку, к которой составляют содержание и список использованной литературы.

Общий объем практических работ, включая домашние самостоятельные, не превышает 60―80 часов. При выполнении курсовой работы по каждой теме проставляется оценка, а в конце занятий – дифференцированный зачет.

Студенты, выполняющие задания по графику (или с опережением графика), работающие качественно, прилежно, с творческой инициативой, получающие по темам преимущественно хорошие и отличные оценки, зачетную оценку могут получать досрочно, автоматически, т.е. без защиты курсовой работы.

ДЕТАЛЬ

Основой для разработки технологического процесса являются:

―чертеж детали с техническими требованиями на ее изготовление;

―производственная программа выпуска детали данного наименования.

Наименование детали, ее обозначение (номер чертежа) с указанием сборочной единицы (узла), к которой она относится и годовую программу выпуска выдает (указывает или утверждает) руководитель проектных работ.

Студенты после знакомства с полученной (исходной) информацией и тщательного ее изучения составляют подробное описание конструкции и назначение детали, а также ее общие технологические характеристики, которые обычно включают:

― наименование изделия или узла, составной частью которого является деталь; его назначение и общая характеристика;

― назначение детали в изделии (узле), способ и требования к ее базированию (установке), взаимодействие с другими деталями изделия;

― описания форм и назначения основных функциональных и прочих поверхностей: плоскостей, пазов, шеек, отверстий и так далее; изложение прочих специфических особенностей конструкции;

― характеристику материала, сведения о нагрузках (силах и моментах сил), воспринимаемых деталью в процессе рабочего цикла, результаты анализа соответствия материала назначению детали, расчет ее массы;

― предварительную оценку технологичности детали с указаниями возможностей: снижения точности выполняемых размеров и сокращения общего количества обрабатываемых поверхностей; повышения жесткости конструкции, удобства и надежности базирования заготовок; унификации и стандартизации элементарных поверхностей: фасок, выточек, канавок, галтелей и тому подобное; осуществления многоместной или групповой обработки и др. Здесь же анализируют возможности выполнения прочих технических требований с точки зрения технологических возможностей производства.

Результатами изучения и анализа исходных данных могут служить предложения по усовершенствованию конструкций детали, замене ее материала более или менее прочным, более дешевым и другие предложения или подтверждение целесообразности ее первоначального варианта.

По окончании указанной работы разрабатывают рабочий чертеж детали. Чертеж выполняют в масштабе 1:1 (1:2 для крупных и 2:1 для мелких деталей) с необходимым количеством проекций, разрезов и сечений на форматах А4 или А3. На чертеже проставляют все необходимые размеры. На каждый размер между поверхностями устанавливают допуски. Затем составляют и вносят в чертеж необходимый минимум технических требований: допустимые погрешности форм и расположения поверхностей, их твердость и др. Технические требования на чертежах указывают с помощью условных символов ЕСКД. Те требования, для которых условных обозначений нет, излагают на поле чертежа текстом. Для обоснованного и квалифицированного назначения допусков на размеры величины шероховатости поверхностей и различных технических требований пользуются рекомендациями и указаниями справочников, атласов [1―3] и другой технической литературы.

Чертеж вместе с описаниями конструкции (2―3 с.) составляет единое целое. Он должен создавать у студентов полное представление о детали, что позволит (при необходимости) правильно ее изготовить.

Пример 1. Дано в "сборочной единице" колесо зубчатое черт., ТВС 1Н61—2—116 (рис. 1) с выпуском 4800 деталей в год. Выполнить описание детали.

Колесо зубчатое (рис.1) является деталью коробки подач токарно-винторезного станка. Оно жестко крепится на промежуточном валу и служит для передачи движения от привода к шестерне ходового винта. Посадка колеса на промежуточный вал осуществляется по шлицевым поверхностям с центрированием по наружному диаметру с посадкой 50Н7/h7.

Основные конструктивные элементы зубчатого колеса ─ зубчатый венец диаметром 220 мм и шириной 25 мм, реборда толщиной 13 мм и ступица диаметром 65 мм и длиной 41 мм.

На венце нарезано 86 зубьев модулем m = 2,5 мм. Диаметр делительной окружности d_e = 215 мм. Все зубья венца имеют с одной стороны скос , служащий для более плавного входа зубьев блока ведущей шестерни при включении. С обоих торцов зубья имеют закругления мм. Реборда сплошная. В осевом сечении колеса она устанавливается в середине венца с соблюдением симметрии. Ступица соединяется с ребордой. При этом один ее торец (в этом же сечении) лежит в плоскости торца венца, а другой ― расположенный со стороны скоса зубьев, выступает за плоскость торца венца на 16 мм. В ступице, концентрично делительной окружности (с допуском биения 0,05 мм) нарезается шлицевое отверстие Д―8―46 Н11´50Н7´9F8. Для свободной посадки на вал с обоих торцов отверстия снимаются фаски 2´45°.

Рис. 1. Чертеж детали

Требования к точности и шероховатости всех функциональных и не функциональных поверхностей указаны на чертеже. Необрабатываемые поверхности могут сохранять штамповочные уклоны и радиусы.

Материалом зубчатого колеса служит сталь 40Х ГОСТ 4043―71, улучшенная с твердостью НВ 215―235, и характеристиками прочности, МПа: 600―700, 320―400, и [1 ,т.2, с.190, табл. 3]. Венец термообрабатывают до HRC 45―50. Колесо передает максимальный крутящий момент

, при работе двигателя

кВт и минимальной частоте вращения промежуточного вала

мин^-1, т. е.

9555∙N / n_min.= 9555·3,7/198 = 178,6 Н∙м. При этом на зубья колес действует сила

, Н

которая вызывает в сечениях зубьев напряжения изгиба МПа. Следовательно, , аналогично . Таким образом, материал зубчатого колеса и его термообработка подобрана правильно. Расчетная масса колеса М = 4,96 кг.

Технические требования к детали, в том числе к точности ее размеров и шероховатости основных поверхностей, основательно проработаны и соответствуют требованиям, предъявляемым к зубчатым колесам 7-й или 8-й степеней точности [1, 2]. Конструкция заготовки жесткая. Размещение базового торца ступицы в плоскости венца позволяет при нарезании зубьев фрезами применить достаточно производительную схему последовательной многоместной обработки. Две фаски 1´45° на торцах ступицы позволяют освободиться от заусенцев, образующихся при подрезке торцов.

Конструкция зубчатого колеса в целом технологична. При разработке единичных рабочих техпроцессов изготовления подобных колес в условиях серийного или массового производства в качестве информационной основы вполне могут быть использованы типовые технологические процессы производства деталей данного класса [14, 17, 24].

ТИП ПРОИЗВОДСТВА

Типы производств и соответствующие им формы организации труда определяют характер технологических процессов и их построение. Поэтому перед началом технологического проектирования устанавливают тип производства ― единичное, серийное или массовое. Тип производства определяется номенклатурой и объемами выпуска изделий (годовой производственной программой), их массой и габаритными размерами, а также другими характерными признаками.

Массовое производство характеризуется узкой номенклатурой и большим объемом выпуска изделий, непрерывно изготавливаемых или ремонтируемых в течение продолжительного времени. На каждом рабочем месте выполняют, как правило, по одной закрепленной за рабочим операцией. Такое производство оснащают преимущественно специальным и специализированным оборудованием, располагающимся в порядке выполнения технологических операций, в форме поточных линий. Применяют высокопроизводительные специальные инструменты и приспособления. Широко внедряются средства механизации и автоматизации: конвейера роторные и автоматические линии, в том числе переменно-поточные автоматические линии, составленные из робототехнических комплексов, управляемых ЭВМ, и др. Характерны высокий уровень организации труда и ритмичность выпуска изделий с фиксированным тактом, мин:

t_в= 60F_д/N , (1)

где F_д ― действительный годовой фонд производственного времени оборудования, линии и рабочих мест, ч; N ― годовая программа выпуска изделий, шт. В зависимости от режима и организации работ в подразделении (в цехе, на участке) ориентировочно принимают при работе: в одну смену F_д = 2008 ч, в две смены F_д= 4015 ч и при трехсменной работе F_д = 6022 ч. Более точные сведения приводятся в [5, 6 и др.]

В массовом производстве длительность отдельных операций (штучное время t_ш) должна быть равна или кратна такту при одновременном соблюдении неравенства:

t_в ≤ t_ш . (2)

Суточный выпуск изделий при работе с двумя выходными днями в неделю, шт:

N_c = N /252 .

Суточная производительность поточной линии, шт:

Q_c = F_c∙ _зн /t_{шср ,}

где F_c ― суточный фонд времени работы оборудования, мин; _зн ― нормативный коэффициент загрузки оборудования: t_шср ― средняя трудоемкость основных операций, мин.

При выполнении основных операций со штучным временем каждой i-й, равным t_ш,

t_шср = t_ш_i . (3)

На данном этапе определяют ориентировочные значения t_ш_i (см. разделы "Техническое нормирование" и "Экономическая оценка технологического процесса", с. 51, 54).

Нормативная загрузка оборудования (станка) в массовом производстве должна находиться в пределах _зн= 0,65―0,75. Если фактический _зф > 0,75, приходится на данной операции увеличивать число станков, но они могут остаться недогруженными. То же происходит, еслиt_в> t_ш. Например, если при поточной форме организации труда t_в= 5 мин, а t_ш= 2 мин, то станок после выполнения каждой очередной операции будет простаивать по 3 мин и т.п. В таких случаях работу линии, участка или цеха организуют по принципам, присущим серийному производству.

Серийное производство характеризуется ограниченной номенклатурой изделий, изготавливаемых или ремонтируемых периодически повторяющимися партиями и сравнительно большим объемом выпуска, причем размер партии, шт

, (4)

где a ― периодичность запуска (необходимость запаса деталей на складах), дни. Для проектных расчетов рекомендуется принимать при изготовлении крупных деталей 3―6, средних 6―12 и для мелких деталей а =12―25 дней.

Организация и оснащение крупносерийного производства близки к массовому. Серийное и мелкосерийное производство оснащают преимущественно универсальным и стандартным оборудованием, приспособлениями и инструментами. Широко используются станки с ЧПУ. Наряду с групповыми переменно-поточными линиями практикуют организацию предметно-замкнутых участков. После обработки партии деталей P₁ станки перестраивают на обработку партии P₂ других деталей. Станки не простаивают. Для серийного производства нормативный коэффициент загрузки оборудования _зн= 0,75―0,85. Более высокие значения _зф могут быть достигнуты при многономенклатурном запуске изделий в условиях мелкосерийного и единичного производства.

Для определения типа производства обычно пользуются соотношениями (1), (2) и рекомендациями [6],позволяющими устанавливать его в зависимости от габаритных размеров, массы и годового объема выпуска деталей, пользуясь данными табл. 1 и 2 или 3.

Таблица 1

ВЫБОР ЗАГОТОВКИ

Заготовка ― предмет производства, из которого изменением формы, размеров, шероховатости поверхностей и свойств материала изготавливают деталь или неразъемную сборочную единицу.

Выбрать заготовку ― это значит: установить рациональную форму, способ получения, размеры и допуски на изготовление, припуски только на обрабатываемые поверхности, наконец, круг дополнительных технических требований и условий, позволяющих разработать технологический процесс ее изготовления.

Формы и размеры заготовки должны обеспечивать минимальную металлоемкость и достаточную жесткость детали, а также возможность применения наиболее прогрессивных, производительных и экономичных способов обработки на станках. В поточно-массовом и серийном производстве стремятся приблизить конфигурацию заготовки к готовой детали, увеличить точность и повысить качество поверхностей. При этом резко сокращается объем механической обработки, а коэффициент использования h_мдостигает величины 0,7―0,8 и более. В условиях мелкосерийного и единичного производства требования к конфигурации заготовки менее жесткие, а желательная величина h_м> 0,6.

По виду базового технологического метода изготовления выделяют следующие виды заготовок:

― получаемые литьем (отливки);

― получаемые обработкой давлением (кованые и штамповочные поковки);

― заготовки из проката;

― сварные и комбинированные заготовки;

― получаемые методом порошковой металлургии;

― получаемые из конструкционной керамики.

Способ изготовления заготовки во многом определяется материалом, формой и размерами детали, программой и сроками выпуска, техническими возможностями заготовительных цехов, соображениями экономического характера и прочими факторами. Считают, что выбранный способ должен обеспечивать получение такой заготовки, которая позволила бы изготовить деталь (включая полный цикл механической, термической и прочей обработки) наименьшей себестоимости.

Заготовка каждого вида может быть изготовлена одним или несколькими способами, родственными базовому. Так, например, небольшие заготовки простейшей формы из сплава АЛ9 могут быть получены литьем: в землю, в кокиль, в оболочковую форму, по выполняемым моделям , под давлением; способом вакуумного всасывания, штамповкой из жидкого металла и пр. Каждому способу присущи определенные технические возможности по обеспечению точности формы и расположению поверхностей, по точности выполняемых размеров, по шероховатости и глубине дефектного слоя поверхностей, требования к допустимой толщине стенок, к величине литейных (штамповочных) радиусов и уклонов, к размерам и расположению получаемых отверстий и пр. Технические возможности широко представлены в [5, 7, 9, 10, 30] и других справочниках и пособиях.

Исходные данные для выбора заготовки ― это чертеж детали с техническими требованиями на изготовление, с указанием массы и марки материала; годовой объем выпуска и принятый тип производства, данные о технологических возможностях и ресурсах предприятия и др. С их учетом принимают метод получения заготовки и разрабатывают чертеж. Чертеж заготовки вычерчивают с необходимым количеством проекций разрезов и сечений. На каждую из обрабатываемых поверхностей устанавливают припуск. Величину припуска принимают по таблицам из указанной литературы. На самые ответственные функциональные поверхности деталей величину припуска определяют расчетно-аналитическим способом (см. раздел 8). Номинальные размеры заготовок получают суммированием (для отверстий вычитанием) номинальных размеров деталей с величиной принятого припуска. Предельные отклонения (или допуски) размеров устанавливают исходя из достигаемой точности (исходного индекса и класса точности Т_i ) получения заготовки принятым способом [ 5, 7, 10, 15] и др. Одновременно на чертеже обязательно указывают необходимые технические требования к заготовке: твердость материала, обычно в единицах Бриннеля (HB); точность; символами ЕСКД ― допустимые погрешности формы и расположения поверхностей; номинальные значения и предельные отклонения технологических уклонов, радиусов, переходов; степень и методы очистки поверхностей (травлением, галтовкой, дробеметной очисткой и т.д.); способы устранения дефектов поверхностей (вмятин, зажимов, утяжек, смещение плоскостей и пр.); способы и качество предварительной обработки (например, обдирка, обрезка, правка, зацентровка и др.); методы контроля размеров и твердости (визуальный, по шаблонам, ультразвуковой и др.); поверхности, принимаемые за черновые технологические базы и т.д.

В соответствии с ГОСТ 26645―85 в технических требованиях чертежа отливки должны быть указаны нормы точности отливки [30, c. 219-241]. Их приводят в следующем порядке: класс размерной точности отливки (обязательно), степень коробления, степень точности поверхностей, класс точности массы (обязательно) и допуск смещения отливки. Например, для отливки 8-го класса размерной точности, 5-й степени коробления, 4-й степени точности поверхностей, 7-го класса точности массы с допуском смещения 0,8 мм:

точность отливки 8-5-4-7 см 0,8 (ГОСТ 26645―85.) Допускаются ненормируемые показатели точности отливок заменять нулями, а обозначение смещения опускать ,тогда:

точность отливки 8-0-0-7 (ГОСТ 26645―85.)

В технических требованиях к чертежам поковок из стали, получаемых методами горячей ковки (ГОСТ 7505―89), предусматриваетя отражать их конструктивные характеристики [30, табл. 24-37 на с. 254―266]:

1. Класс точности (Т1, Т2, Т3, Т4 и Т5) ― устанавливают в зависимости от технологического процесса и оборудования для изготовления поковки, а также исходя из предъявляемых требований к точности ее размеров.

2. Группу стали (М1, М2 и М3) ― указывают процентное содержание углерода и легирующих элементов в материале поковки.

3. Степень сложности (С1, С2, С3 и С4), являющуюся одной из конструктивных характеристик формы поковок (качественно оценивающих ее), а также используемой при назначении припусков и допусков.

4. Конфигурацию поверхности разъема штампа: П ― плоская; И_с― симметрично изогнутая; И_н― несимметрично изогнутая.

От этих характеристик зависят исходный индекс [30, табл.27], допуски на размеры и отклонения формы и расположения поверхностей.

Чертежи заготовок вычерчивают в том же масштабе и на таких же форматах, на каких изображены детали. В контуры заготовки синим цветом или тонкими черными линиями вписывают контуры детали. Массу заготовки рассчитывают по номинальным размерам. В конечном счете, чертеж и технические требования должны содержать достаточно информации для разработки рабочей документации по изготовлению заготовок в заготовительных цехах реальных производств. В пояснительной записке чертеж заготовки располагают непосредственно за текстом.

При выборе заготовки студенты сравнивают 2―3 возможных способа ее изготовления. Из альтернативных принимают наиболее рентабельный, причем рентабельность способа следует обстоятельно и корректно обосновать. Текст пояснительной записки вместе с чертежом заготовки, экономическими расчетами и выводами не должен превышать 2,5―3 с.

Пример 3. Выбрать рациональный способ получения и составить чертеж заготовки детали (рис.1) для изготовления в условиях серийного производства с N = 4800 шт. в год.

Заготовки зубчатых колес подобной формы при серийном их выпуске обычно получают штамповкой в открытых штампах на молотах или кривошипных горячештамповочных прессах (КГШП). В литературе [10, 14, 17] указывается, что штамповка на КГШП обеспечивает изготовление относительно точных поковок без сдвига в плоскости разъема, у которых припуски на 30% меньше, чем у заготовок, получаемых на молотах. Производительность штамповки на прессах в 1,5―2 раза выше, чем на молотах; работа происходит без ударов. На прессах штампуют и прошивают отверстия. Поковки, получаемые на КГШП, позволяют несколько снизить объем механической обработки и обеспечивают коэффициент использования материала в пределах _м= 0,7―0,75.

В случае получения заготовок из проката объем механической обработки резко возрастает, а величина _м падает до 0,4 и ниже.

Следовательно, наиболее рациональным способом получения заготовки допустимо считать штамповку на КГШП. Спроектируем чертеж заготовки (см. рис. 2). Далее по табл. 22 [30, с.247] определим припуски на обрабатываемые поверхности, соответствующие ГОСТ 7505―89, с учетом которых расчетная масса заготовки составит G = 6,42 кг. По указанному стандарту материал поковки ― сталь 40Х ―относится к группе сталей М2, табл.24 [30, с.255]; конфигурация заготовки соответствует поковке степени сложности С2 [30, с. 256]; класс точности ― Т4 (поковки, получаемые в открытых штампах на ГКШП, табл. 25 [30, с. 255]). Для сочетания G = 6,42 с М2, С2 и Т4 исходный индекс 14, табл. 27 [30, с. 257]. Пользуясь полученным значением индекса по табл. 28 [30, с. 260], установим и перенесем на чертеж допуски и предельные отклонения на диаметр венца 225 мм, толщину венца 29 мм, длину ступицы 45 мм и прочие размеры заготовки колеса. Закончим оформление чертежа записью необходимого минимума технических требований (см. чертеж заготовки).

Ориентировочная стоимость заготовки по методике [5, с. 31-39] составит, руб:

где ― базовая стоимость 1 т штамповок, руб.; *C_б= 373 [5, с.37]; ― масса заготовки, кг; ― масса готовой детали, кг; ; , , , и ― коэффициенты, зависящие от класса точности, степени сложности, массы, марки материала и объема производства для штамповок класса точности Т4 по ГОСТ 7505―89, [5,c.37]; ―для низколегированной стали М2, [5,с.37]; и , табл. 2.12 [5,с.38]; табл. 2.13 [5,с.38]; ― цена 1 т отходов, руб. , табл. 2.7 [5, с. 32].

С учетом значений параметров

руб.

Стоимость заготовки, полученной на молоте, в связи с увеличением припусков и общей массы, окажется несколько выше.

Рис. 2. Чертеж заготовки

Стоимость заготовки из проката стали 40Х стоимостью руб/кг^* [5,с.30] и табл. 2.6 [5,с.31] ― ,где - затраты на материал заготовки, руб; ― технологическая себестоимость резки проката на штучные заготовки, руб.

(а)

Длина детали мм (см. рис.1). Оставим минимальные припуски на подрезку торцов по 0,5 мм на сторону и, приняв для заготовок прокат диаметром 255 мм, определим массу заготовки

кг,

где ― плотность стали, .

По формуле (а) руб. ― превышает стоимость заготовки, полученной на КГШП, даже без . К тому же недопустимо мал.

Таким образом, вариант получения заготовки на КГШП следует считать наиболее приемлемым.

МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЕ СТАНКИ

При выполнении технологической операции станок должен обеспечить: точность обработки, заданное качество поверхностей и выполнение других технических требований к изготавливаемой детали, производительность обработки, обеспечивающую заданную программу выпуска в условиях принятого типа производства (в поточно-массовом производстве ― с учетом такта выпуска), наименьшую технологическую себестоимость детали, т.е. максимальную экономичность и эффективность.

Строгое соблюдение первых трех условий гарантирует заданное качество детали. Планировать выполнение операции на станке, не обеспечивающем хотя бы одно из требований к детали, недопустимо и тождественно заведомому планированию брака.

Выбирая модель, учитывают: соответствие основных габаритных размеров станка габаритам обрабатываемых деталей; возможность работы на оптимальных режимах резания; соответствие станка по мощности и прочности механизмов; необходимость использования имеющегося парка станков и возможность приобретения нового; возможность механизации и автоматизации обработки; простоту в обслуживании и другие факторы.

Выбор оборудования производится при разработке маршрута обработки детали, при этом исходными данными для выбора служат: чертеж и технические требования к детали, тип производства и годовая программа выпуска, принятые способы обработки поверхностей, желаемая степень механизации и автоматизации и пр. Выбирают станки, пользуясь паспортными данными, сведениями из справочной литературы и каталогов металлорежущего оборудования [5, 11, 25] и пр. Ориентируются прежде всего на новейшие серийно-выпускаемые модели отечественного производства, в том числе на станки с ЧПУ, обрабатывающие центры, робототехнические комплексы и др. Для крупносерийного и массового производства в целях повышения производительности следует рассмотреть вопросы использования специальных и специализированных станков.

Пользуясь знаниями, полученными при изучении курса "Металлорежущие станки” студенты должны обосновать выбор моделей 1-2 станков, проверить их загрузку по времени и мощности. При низкой загрузке, недостаточной (или излишней) мощности при высокой технологической себестоимости обработки, подбирают другие станки, позволяющие получить лучшие технико-экономические показатели. Эта работа проводится при расчетах режимов обработки, техническом нормировании и экономической оценке вариантов проектируемых операций и самостоятельной темой не является.

Примечания 1. Недопустимо проектировать обработку деталей на устаревших или снятых с производства моделях станков, например, таких, как 1А62, 1К62, 2АI25 и пр.

2. В каталогах и другой технической литературе в технических характеристиках моделей станков часто указывают общее количество m и предельные значения частот вращения n_min и n_max (или подач S_min и S_max ). В таких случаях определяют промежуточные (i-е) значения частот вращения (или подач) , причем знаменатель геометрической прогрессии ряда

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ МАРШРУТ

Настоящая тема включает составление технологических маршрутов обработки деталей без подробной проработки отдельных технологических операций. Для практики студенты ограничиваются проектированием единичного технологического процесса с маршрутно-операционным описанием.

Маршрут ― последовательность (порядок) обработки. Рассматривают маршрут обработки отдельных поверхностей и маршрут обработки заготовки в целом. В первом случае по заданному квалитету точности и шероховатости данной поверхности и с учетом размера, формы, материала массы детали выбирают наиболее рациональный способ окончательной обработки. Зная вид заготовки, таким же образом выбирают начальный метод маршрута. Базируясь на завершающий и первый методы обработки, устанавливают промежуточные. При этом придерживаются следующего правила: каждый последующий способ обработки должен быть точнее предыдущего. Это значит, что каждая очередная операция, переход или рабочий ход должны выполняться с меньшим технологическим допуском, обеспечивать повышение качества и снижение шероховатости обрабатываемой поверхности.

Технологический допуск на промежуточный размер и качество поверхности, полученные на предшествующем этапе обработки, должны находиться в пределах, при которых можно использовать намеченный последующий метод обработки. Нельзя, например, после сверления выполнять чистовое развертывание; нужно после сверления, перед чистовым развертыванием, выполнить зенкерование или черновое развертывание и т.д. Из большого числа возможных вариантов выбирают маршрут, обеспечивающий наименьшую трудоемкость и минимальную суммарную себестоимость обработки [5, c.39-50; 7, с.59-68; 14, c.237-239 и др.].

При разработке технологического маршрута обработки заготовки главной задачей является формулировка содержания каждой технологической операции и составление общего плана (последовательности) их выполнения. От логического порядка выполнения операций во многом зависят и качество, и производительность, и экономичность обработки детали. При решении этой задачи следуют общим указаниям:

― сначала обрабатывают поверхности, служащие в дальнейшем технологическими базами;

― затем обрабатывают поверхности, с которых снимается наибольший слой металла, что позволяет своевременно обнаруживать и устранять внутренние дефекты в заготовках, а также снять внутренние напряжения;

― обработка остальных поверхностей ведется в последовательности, обратной степени их точности;

― заканчивают обработку теми поверхностями, которые являются наиболее точными и наиболее важными для нормального функционирования детали;

― вспомогательные операции (сверление мелких отверстий, снятие фасок, прорезка канавок, галтелей, зачистка заусенцев и т.п.) выполняют на стадии чистовой обработки;

― отделочные операции, такие, как шлифование, хонингование, притирка и прочие выполняют в последнюю очередь, обычно после термической, химико-термической и других немеханических операций, делящих, как правило, весь техпроцесс на части;

― технический контроль проводят после тех операций, на которых вероятно повышение брака, после сложных дорогостоящих операций, после законченного цикла, а также в конце обработки деталей.

Разрабатывая маршрут обработки детали, одновременно производят предварительную наметку технологических операций без подробной проработки их содержания (эскизный вариант маршрута). Рекомендуется при разработке операций на данном этапе ограничиться эскизами, на которых красными (или жирными) линиями выделить поверхности, подлежащие обработке без нанесения размеров. Кроме того, символами ЕСТД указывают технологические базы, по возможности совмещая их с конструкторскими и измерительными.

Для выполнения каждой операции подбирают оборудование (модель станка), оснастку и оговаривают прочие условия обработки. В условиях массового производства применяют высокопроизводительные станки: полуавтоматы и автоматы, агрегатные станки и автоматические линии. Для сокращения вспомогательного времени станочные приспособления снабжают быстродействующими зажимными механизмами; многоинструментальные наладки комплектуют наряду со стандартным, специальным режущим инструментом повышенной стойкости; автоматизируют вспомогательные операции, такие, как загрузка-разгрузка, перемещение обрабатываемых заготовок от станка к станку, технический контроль и пр.

Техпроцессы серийных производств оснащают, как правило, универсальным оборудованием, в том числе станками с ЧПУ, и стандартной оснасткой. Применяют универсальные и групповые приспособления. При переменно-поточной форме организации производства применяют автоматизированные линии с использованием манипуляторов и промышленных роботов, управляемых ЭВМ.

В общем случае при выборе оборудования и оснастки руководствуются рекомендациями [5, с.51-58; 7, с.71-72; 12, c.132-135 и. др.].

Изложенная методика построения технологического маршрута не является обязательной и требует творческого подхода в каждом конкретном случае. Каждый раз при разработке маршрута следует ориентироваться на типовые технологические процессы обработки деталей данного класса, с успехом используемые в различных отраслях машиностроения и подробно описанные в технической литературе [10, 14, 17, 25 и пр.].

Практику по теме завершают составлением в пояснительной записке таблицы (см. табл.5) с эскизным вариантом укрупненного технологического маршрута обработки детали (всего на 8―10 основных технологических операций) и обязательного четкого логического обоснования всех принятых решений, ссылками на первоисточники с рекомендациями и типовыми маршрутами. Далее подробно разрабатывают технологические операции.

Пример 5. Разработать технологический маршрут обработки детали (рис.1) в условиях серийного производства.

Производство различных типов зубчатых колес хорошо отработано. Типовые технологические процессы деталей данного колеса приводятся в [12, 14, 17, 25]. Их анализ показывает, что после выполнения заготовительных операций механическую обработку выполняют, как правило, в следующей последовательности: первоначально осуществляют предварительную обработку заготовки по всем поверхностям; затем производят чистовую и окончательную обработки отверстия в ступице (в том числе нарезание шлиц или шпоночных пазов), используемого в дальнейшем в качестве технологической базы для нарезания зубьев, чистовой и окончательной обработки остальных поверхностей. Для выполнения этих операций заготовку устанавливают на оправку. Соблюдается принцип совмещения технологической базы с конструкторской, что облегчает выполнение финишных операций и способствует повышению их точности.

Воспользуемся рекомендациями из отмеченной литературы, приложением 3 и с учетом принятых способов обработки поверхностей (см. пример 4) составим эскизный вариант маршрута обработки детали (табл.5). Маршрут включает в себя 8 основных механических операций: операция 05 ― токарная (подробно проработана в примере 6); операция 10 ― шлицепротяжная (схема операции одноместная, одноинструментальная, наиболее рациональная из возможных);операция 20 ― токарная (схема обработки ― одноместная, многоинструментальная), чистовая обработка всех поверхностей, включая скос на венце, ведется по программе на станке с ЧПУ; операция 25 ― зубофрезерная (схема обработки двухместная, одноинструментальная), обеспечивает необходимую точность при максимальной производительности и т.д. Заканчивают обработку шлифованием по наружному диаметру и торцам венца (операция 40) и шлифованием зубьев шестерни (операция 50, 55) после их термической обработки на установке ТВЧ. Далее следует моечная, контрольная и другие вспомогательные операции.

Для выполнения каждой механической операции по справочникам [2, 25 и 5] предварительно подобраны современные, наиболее производительные станки отечественного производства. Подробный технологический маршрут изложен на КТП (см. приложение 1).

Оборудование

Токарный восьмишпиндельный вертикальный полувтомат мод. 1К282

Протяжной вертикальный станок для внутреннего протягивания мод. 7Б65

Токарный станок с ЧПУ мод. 16К20ФЗ

Зубофрезерный полуавтомат вертикальный мод. 5В312

Полуавтомат зубозакругляющий мод. 5Е580

Круглошлифовальный универсальный станок мод. 3Т160

Зубошлифовальный станок мод. 5В8ЗЗ

Эскиз, базирование, примечания

Содержание операции

Токарная обработка по наружному диаметру противобазового и базового торцов, зенкерование предварительное и чистовое, снятие фасок

Протягивание шлицевого отверстия шлицевой протяжкой

Зачистка заусенцы на шлицевом отверстии (опиловочная)

Чистовая токарная обработка базового, противобазового торца и наружной поверхности

Нарезание зубьев m = 2.5 c припуском под шлифование 0,1―0,2 мм на сторону

Зубозакругление

Термическая, закладка венца ТВЧ

Шлифование по наружному диаметру венца и базовому торцу

Шлифование зубьев на центровой оправке (предварительное и окончательное)

При установке проверять биения торца и венца

Номер операции

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОПЕРАЦИЯ

Технологическая операция ― это законченная часть технологического процесса, выполняемая на одном рабочем месте (ГОСТ 3.1109―82). При обработке на станках операция включает все действия рабочего, управляющего станком, а также автоматические движения станка, осуществляемые в процессе обработки заготовки до момента снятия ее со станка и перехода к обработке другой заготовки [9].

После составления маршрута обработки приступают к детальной проработке каждой технологической операции. Содержание операции часто определяется количеством переходов, которые могут быть выполнены на выбранном типе станка, при этом стремятся добиться сокращения трудоемкости, повышения производительности и экономичности. Начинают с построения схемы. Для массового производства предпочтительны многоинструментальные операции с параллельной или параллельно-последовательной обработкой поверхностей, с непрерывной или раздельной загрузкой заготовок, обеспечивающие наивысшую производительность за счет многократного взаимного перекрытия основного и вспомогательного времени. В то же время значительная концентрация операций (значительное увеличение числа переходов) с использованием большого количества инструментов в наладке, может привести к снижению общей производительности за счет простоев, связанных с частой заменой и подналадкой инструментов.

В массовом производстве на содержание операции оказывает влияние длительность ее выполнения, которая должна быть равна или кратна такту.

Для серийного производства чаще проектируют одноместные, одно- и многоинструментальные операции с последовательной обработкой поверхностей.

В условиях единичного и мелкосерийного производства тяжелого машиностроения тенденция к проектированию высококонцентрированных операций связана со значительными потерями времени, возникающими при частых перестановках (и выверках) крупногабаритных заготовок со станка на станок.

Кроме изложенного на степень концентрации оказывают влияние: конструкция заготовки, взаимное расположение обрабатываемых поверхностей, величина промежуточных припусков, конструкции применяемых инструментов и другие факторы. Низкая жесткость заготовки, например, может служить причиной отказа от параллельной обработки. Обработку с высокими требованиями к точности и чистоте поверхностей часто выделяют в самостоятельную отделочную (финишную) операцию, выполняемую на станках повышенной точности.

Формальными показателями количественной характеристики схем построения операций служат коэффициенты совмещения основного (К_С.О) и оперативного (К_С.ОП) времени [9, с. 262], значения которых определяют при техническом нормировании всей операции.

Построив схему, подбирают режущий инструмент и режимы обработки, необходимые для эффективного выполнения операции на выбранной модели станка. Инструмент должен обеспечить: наибольшую производительность, требуемую точность и шероховатость поверхности, а также обеспечить целесообразное использование технических возможностей оборудования.

Алмазы и минераллокерамические твердые сплавы обеспечивают наивысшую производительность при окончательной, отделочной обработке. Титано-вольфрамовые твердые сплавы применяют при обработке сталей на сравнительно спокойных режимах резания. При обработке сталей с толчками, с вибрациями и обработке чугуна лучшие результаты дают вольфрамовые сплавы. Быстрорежущие и инструментальные стали используют для изготовления фасонного инструмента и в тех случаях, когда из-за малой мощности или скорости станка невозможно использовать свойства твердых сплавов.

В случаях невозможности или низкой эффективности использования стандартного инструмента изготавливают специальный, который, как правило, обходится дороже. Для принятого вида инструмента и, в первую очередь, для многоинструментальной обработки составляют план-схему размещения инструментов в инструментальных блоках, в шпинделях и револьверных головках, в суппортах и т.д. Затем выполняют расчет таких режимов резания, которые должны обеспечить согласованную работу всех инструментов.

Проектирование операций завершают разработкой схемы контроля и выбором необходимых контрольно-измерительных средств; каждая технологическая операция должна выполняться с соблюдением, специально составленной или утвержденной ранее, инструкции по охране труда (ИОТ).

Для практики студентам достаточно подробно разработать одну-две технологические операции. Мотивации или подробное обоснование всех принятых решений следует изложить в пояснительной записке текстом, а схему установки заготовки (см. рис.4) и порядок выполнения технологических переходов с обозначением обрабатываемых поверхностей и выдерживаемых размеров, представить отдельным рисунком (или эскизом).

Пример 6. Для технологического маршрута обработки детали (см. пример 5) спроектировать операцию 05 ― подобрать производительный и эффективный вариант предварительной токарной обработки всех наружных поверхностей заготовки и рациональный способ расточки отверстия в ступице для последующего нарезания шлиц.

Эффективность построения таких операций маршрута (см. пример 5), как 10 ― шлицепротяжная, 25 ― зубофрезерная, 30 ― зубозакругляющая очевидны. Больший интерес представляет операция 05 ― токарная, на которой согласно технологическому маршруту (см.табл.5) следует предварительно обточить все поверхности заготовки, а отверстия в ступице - обработать еще и окончательно.

Предварительную обработку поверхностей с оставлением небольших припусков (по 0,3 мм на сторону) для чистовой, целесообразно выполнить точением. При этом будут легко достигнуты точность размеров, соответствующая 12 квалитету, и шероховатость поверхностей в пределах 10―6,3. Для обработки отверстия в ступице диаметром 46Н11 (см.рис.1) подходит двукратное зенкерование, которое обеспечит заданную точность размера и шероховатость поверхности (см. приложение 3).

С учетом серийности производства деталей операции можно выполнять на универсальном токарно-винторезном станке мод. 16К20 в два установа с последовательной обработкой каждой наружной поверхности соответствующим инструментом (резцом) и попеременной установкой в пиноль задней бабки зенкеров для предварительной и окончательной обработки отверстия.

Можно обрабатывать заготовки на токарно-револьверном станке мод. 1К341 в два установа с параллельно-последовательной обработкой отдельных поверхностей. Такие станки широко используются на предприятиях с серийным выпуском продукции. В техпроцесс для выполнения этой операции включен восьмишпиндельный вертикальный токарный полуавтомат мод. 1К282, который из-за высокой производительности чаще применяют в крупносерийном производстве. Этот станок позволяет вести обработку одновременно на шести позициях (первая и вторая позиции загрузочные),сразу большим числом различных инструментов. Вычертим технологические эскизы с выделением обрабатываемых поверхностей и указанием опор и технологичкских зажимных устройств. Операция включает 12 переходов. На позиции I заготовка устанавливается в патрон, базируясь на необработанные поверхности 3 и 5. Переходы 1 и 2, подрезка торца ступицы 1 и торца венца 2 проходными резцами осуществляется на позиции III (рис. 4).

Переходы 3 и 4 ― точение наружной поверхности венца 3 проходным резцом и предварительное зенкерование отверстия в ступице 4 производят на позиции V.

На позиции VII снимаются фаски 7 и 8 фасонными резцами ― переходы 5 и 6.

Далее с позиции I следует перестановка заготовки в патрон на позицию II с базированием по обработанным поверхностям 2 и 3.

Переходы 7 и 8 ( подрезка торца венца 5 и торца ступицы 6 проходными резцами) выполняют на позиции IV.

Переходы 9 и 10 (обработка по наружной поверхности венца 3 проходным резцом и чистовое зенкерование отверстия 4) производят на позиции VI.

На позиции VIII снимаются наружная 9 и внутренняя 10 фаски на другом торце ступицы ― переходы 11 и 12. Обработка за один установ базового торца колеса и чистовое зенкерование отверстия в ступице позволяют обеспечить перпендикулярность между плоскостью торца и осью отверстия. При данной схеме обработки многократно взаимно перекрывается основное время. Вспомогательное время, связанное с установкой, закреплением, откреплением и перестановкой заготовок, полностью исключается, так как перекрывается временем обработки. Таким образом, имеет место высококонцентрированная операция с параллельно-последовательной обработкой всех поверхностей.

Рис. 4. Базирование и распределение переходов по позициям

Целесообразность построения операции 05 в таком варианте следует подтвердить экономическими расчетами после назначения режимов резания и технического нормирования. В заключение на стандартных технологических картах и в соответствии с правилами ЕСТД составляют подробное операционное описание, которое вместе с маршрутным подшивается в пояснительную записку в виде приложения (см. приложение 1).

ПРИПУСКИ НА ОБРАБОТКУ

Припуском называют слой материала, удаляемый в процессе механической обработки в целях достижения заданных точности и качества обрабатываемой поверхности детали.

Чертежи исходных заготовок отличаются от чертежей готовых деталей тем, что на всех обрабатываемых поверхностях предусматриваются припуски, изменяющие их размеры, а иногда и форму.

Промежуточным припуском называют слой, снимаемый при выполнении данного (i-го) технологического перехода механической обработки (или одной операции).

Общим припуском называют сумму промежуточных припусков по всему технологическому маршруту механической обработки данной поверхности. Его определяют как разность размеров заготовки и готовой детали.

Величиной общего и промежуточных (операционных) припусков на обработку во многом определяется рентабельность техпроцесса.

Преувеличенные припуски влекут за собой перерасход материала, необходимость в дополнительных переходах (рабочих ходах) или операциях, в результате чего производительность обработки снижается.

Уменьшенные припуски усложняют достижение заданной точности размеров и качества обработки поверхностей, а при определенных условиях являются причиной появления брака.

Прогрессивный расчетно-аналитический способ позволяет определить припуски для конкретных условий обработки [5, с. 59-92; 9, с.243-255; 10, с.173-197 и др.]. Величиной минимального припуска, рассчитанного по этому способу , учитывается необходимость удаления шероховатости (Rz_i _-₁), дефектного слоя (h_i_-1) и пространственных отклонений заготовки, ( ), полученных на смежном (i-1) предшествующем переходе, и необходимость компенсации погрешности установки ( ), возникающей на выполненном (i-м) переходе. Для каждой схемы базирования и вида обработки заготовки разработана следующая зависимость:

Максимальные припуски для каждого перехода по этому методу ( ) определяют как сумму минимального припуска ( ) с разностью допусков заготовки ( ) и детали ( ), т. е.

С учетом значений и и допусков, назначаемых на каждый технологический переход, устанавливают размеры по всему технологическому маршруту обработки поверхности, округляя их до того знака десятичной дроби, с каким указан допуск: для валов в сторону увеличения (в плюс), а для отверстий в сторону уменьшения (в минус).

Расчетно-аналитическим методом следует воспользоваться для расчета припусков на одну из наиболее ответственных поверхностей детали (отверстие или вал). На остальные поверхности, как указывалось в разделе 3, припуски следует назначить по таблицам [10,15], т.е. воспользоваться опытно-статистическим способом.

Раздел следует начинать с указаний о том, для обработки каких поверхностей и для выполнения каких операций (переходов) предполагается рассчитать припуски. Далее составляют схему расположения всех промежуточных припусков и допусков (см. рис. 5) и карту расчета припусков на обработку и предельных размеров по технологическим переходам с внесением в нее всех расчетных значений: R_Z, h, Δ, ε (см. табл. 6).

После определения припусков на все поверхности необходимо уточнить размеры на чертеже заготовки и окончательно рассчитать ее массу. Текст пояснительной записки с определением припусков расчетно-аналитическим способом, с заключительной таблицей и схемой расположения промежуточных припусков и допусков может составлять 2―3 страницы.

Пример 7. Рассчитать припуски и промежуточные предельные размеры для обработки отверстия под шлицы 46Н 11(+0,16) в заготовке детали (см. рис. 1).

Согласно принятому маршруту обработки отверстие получают в два перехода – черновым и чистовым зенкерованием. Обработка ведется на операции 05 в два установа с базированием по необработанным, а затем обработанным наружным цилиндрическим поверхностям венца и торцам ( см. рис. 4, поз.V и VI )

Исходные данные. По чертежу и техническим требованиям к заготовке ( см. рис. 2 ): R_Z = 240 мкм , h = 300 мкм , мкм, а после чернового зенкерования R_Z = 50 мкм, h = 50 мкм [10, с. 190, табл. 27] и , мкм ( полагая, что коэффициент уменьшения погрешностей К_у= Δ_дет./Δ_заг= 0,05 [ 9 ] и, ).Погрешности установки заготовки в трехкулачковый патрон по необработанной поверхности мкм, а по обработанной — мкм [10, с. 42, табл. 13]. Предельные отклонения диаметра отверстия в заготовке ES = +500 мкм и EI = −1000 мкм [ 10, с. 144, табл. 23] и рис. 2.

Внесем исходные данные в табл. 6 и рассчитаем величину минимальных припусков, мкм [9]:

для чернового зенкерования

мкм,

для чистового зенкерования

мкм.

Таблица 6

Маршрут обработ-ки	Элементы допуска, мкм.				Расчетные размеры		Допуск на промежуточный размер, мкм.	Предельные (округленные )
	R_z	h	Δ	ε	2Z_min, мкм	D_max, мм.		размеры заготовки, мм		значения припусков, мкм
								D_max	D_min	2Z_mn	2Z_max
Заготов- ка Зенкеро-вание черновое Зенкеро-вание чистовое	240 50 6.3)	300 50 (20)	700 35 (2)	- 280 70	2588 356	43,216 45,89 46,16	1500 390 160	43,20 45,8 46,16	41,70 45,4 46,0	- 2600 360	- 3710 590
Общий припуск -2Z_общ.										2960	4300

КАЧЕСТВО ПОВЕРХНОСТИ

Качество поверхности определяется величиной шероховатости и волнистости, ее твердостью, структурой, химико-физическим и физико-механическим состоянием поверхностного слоя и др. Оно является важнейшим показателем, определяющим надежность работы и долговечность изделий.

К настоящему времени машиностроители накопили определенный объем сведений для того, чтобы в результате лезвийной или абразивной обработки получать поверхности с заданным качеством.

На качество поверхности оказывают непосредственное влияние режим обработки, используемый инструмент (особенно геометрия его режущей части) и оборудование, наличие вибраций, применяемые СОЖ и другие факторы.

Увеличение сил резания и продолжительности силового воздействия приводят к образованию на поверхности наклепа (упрочненного слоя) и формированию остаточных напряжений сжатия. Этому способствует увеличение глубины резания (t), подачи (S ), радиуса закругления режущей кромки (r), переход от положительных к отрицательным передним углам (γ), т.е. внедрение силового резания. Увеличение скорости резания (V) приводит к повышению температур в локальных зонах обработки, разупрочнению (возврату к исходному состоянию металла) с тенденцией образования на поверхности остаточных напряжений растяжения. Благоприятная геометрия обработки (уменьшение главного φ и вспомогательного угла в плане φ₁, подачи S и увеличение r) способствует сокращению величины шероховатости поверхности. Интенсивное наростообразование, наблюдающееся в зоне скоростей резания V = 20―40 м/мин, c увеличением V > 60 м/мин практически прекращается и поверхность получается чистой. Шлифование с выхаживанием, особенно твердых (закаленных на мартенсит) поверхностей, также приводит к существенному снижению шероховатости.

В ходе практикума следует подтвердить, что в результате обработки (принятым методом и в установленном режиме) одна из обрабатываемых поверхностей (желательно после окончательной обработки) будет обладать качеством, соответствующим требованиям чертежа или операционного (технологического) эскиза. Для этого следует воспользоваться материалами, изложенными в [8, с. 193-237; 9, с. 118-140], или др. Расчетные зависимости, связывающие показатели качества поверхностей с факторами, их определяющими, для многих видов обработки, можно найти в справочниках [10; с. 89-114; 27, c. 212-225]. Этот подраздел объемом до одной страницы следует закончить положительным выводом.

Как и в случае с точностью обработки, при невыполнении требований к качеству поверхностей, следует пересматривать условия обработки, добиваться того, чтобы качество поверхности соответствовало требованиям чертежа.

Пример 12. Согласно технологическому процессу торец 2 (см. рис.4) после предварительной обработки должен иметь шероховатость поверхности Rа = 10 мкм. Проверить, обеспечивает ли принятый в операции 05 режим обработки требуемую шероховатость.

Величину шероховатости при торцевом точении поверхности определяют по формуле [10, с. 104, табл. 5]

где γ ― передний угол резца, γ = 5°; K_M ― коэффициент, учитывающий влияние обрабатываемости стали 40Х на шероховатость поверхности K_M = 1,2; r ― радиус закругления режущей кромки резца, r = 0,5 мм и S ― принятая подача, S = 0,42 мм/об. С учетом значений

мкм,

Таким образом, в процессе обработки будет обеспечиваться заданная шероховатость торца венца.

Пример 13. Согласно технологическому процессу отверстие в ступице Ф46Н11 после чистового зенкерования (перед протягиванием шлиц) должно иметь шероховатость Rа = 5 мкм, указанную на чертеже детали (см. рис. 1). Проверить, обеспечивает ли принятый в операции 05 (переход 10) режим обработки требуемую шероховатость.

Величину шероховатости при зенкеровании отверстия в стали 40Х определяют по формуле [10, с. 103, табл.5]

где V - скорость зенкерования, V = 34,5 м/мин; S ― подача при чистовом зенкеровании S = 0,85 мм/об; D ― диаметр зенкера (отверстия) D = 46.

С учетом значений

мкм.

Так же, как и в примере 12, требуемая шероховатость поверхности отверстия Ф46Н11 принятым способом и режимом обработки обеспечивается.

ТЕХНИЧЕСКОЕ НОРМИРОВАНИЕ

Для разрабатываемых операций после окончательного уточнения схем их построения, расчетов режимов резания и точности обработки, а также проверки качества обработки поверхности и возможности рационального использования выбранной модели станка по формулам [12, с. 160-360; 9, с. 256-264] или другим определяют точное значение основного (машинного) времени обработки, t ₀_.

Затем, пользуясь методикой и нормативами [18, 19, 20, 21 и 22] или [5, c. 197-22l], определяют вспомогательное (t_в) и дополнительное (t _d) время, а также время на организационное (t_{о. об}) и техническое (t_{т. об}) обслуживание рабочего места, с учетом которых рассчитывают штучное время операций, мин.

t_ш.= t_о+ t_в+ t_{т об}+ t_{о об}+ t_д. (а)

В крупносерийном и массовом производстве часто применяют многоместные схемы с независимой (раздельной) установкой заготовок (автоматы, полуавтоматы, агрегатные станки и автоматические линии и т.д.). При этом заготовки на одних позициях обрабатываются, а на других снимаются со станка и заменяются необработанными. При последовательной обработке основное время t ₀ в таких случаях определяется лимитирующим переходом, а вспомогательное ─ складывается из времени управления (подвод ─ отвод инструмента и т.п.) и времени индексации (переход к следующей позиции), т.е. t_в= t_уп+ t_н

Для условий серийного производства по тем же нормативам устанавливают подготовительно-заключительное время (t_ПЗ) операции и штучно-калькуляционное время

t_{шк .}= t_ш+ t_пз./ n ,

где n ― количество деталей в партии.

Для остальных (неразрабатываемых) операций технологического процесса основное и штучное время можно определить по приближенным формулам [5, 14, 23, 29] или другим.

Одновременно ориентировочно устанавливают разряд работ и раcсчитывают заработную плату рабочих за выполнение каждой технологической операции. Тарифные ставки для рабочих-станочников различной квалификации, нормативы заработной платы с коэффициентом доплат и начислений приводятся в [11, с. 428 табл. 19, 20 и 21].

Особенности нормирования операций, выполняемых на станках с ЧПУ, излагаются в [10, c. 603-622]. Среднее штучное время К операций данного техпроцесcа, мин

t_{ш ср}=

После определения технический нормы времени в поточном производстве определяют величину (обратную ей) ─ техническую норму выработки. Норма выработки должна обеспечивать заданную программу выпуска.

Для определения эффективности схем многоинструментальной обработки рассчитывают коэффициенты совмещения основного и вспомогательного времени K_со и К_св (см.разд.8). Раздел заканчивают заключением об эффективности спроектированного техпроцесса. Полученные значения t_о, t_ш, t_шк и t_пз вносят в маршрутные карты, карты технологического процесса и таблицы к схемам технологических наладок оборудования. Объем задания, вместе с расчетами t_i ― до 2. с.

Пример 14. Выполнить расчет производительности и определить зарплату рабочего за выполнение операции 05; по укрупненным нормативам установить время выполнения остальных механических операции.

При подрезке торца ступицы 1 и торца венца 2 на поз.III (cм. пример 8 и рис. 5) приняты подача S = 0,42 мм/oб и частота вращения шпинделя n = 185 мин^-1, а длина обрабатываемых поверхностей соответственно равна l₁=14 мм и l₂= 29 мм.

Основное время обработки (t_oi = l_i / nS) поверхности 1 t_o = 0,18 мин перекрывается временем обработки поверхности 2 t_o = 0,37 мин. Время обработки остальных поверхностей дано в табл.8.

Таблица 8

Основное время обработки поверхностей детали (см. рис. 4)

№ повер-хности	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	St₀
t₀, мин	0,18	0,37	0,16	0,19	0,12	0,15	0,18	0,37	0,16	0,27	0,12	0,15	2,42

Вспомогательное неперекрываемое время операции t_В на многошпиндельных полуавтоматах складывается из времени индексации t_И и времени подвода и отвода инструментов t_У. Оно определяется конструкцией управляющих кулачков [21]. Для рассматриваемого случая t_в= 0,18 мин.

Оперативное время обработки, с учетом лимитирующего основного,

t_{оп .}= t_о+ t_с= 0,37+0,18 = 0,55 мин.

По табл. 5.17, 5.21 и 5.22 [5] примем время на техническое обслуживание станка t_т.об= 0,27 мин, организационное обслуживание t_о.об= 0.02 мин и время перерывов t_д= 0,04 мин. С учетом значений, штучное время операции t_ш= 0,86 мин.

Подготовительно-заключительное время для наладки токарного станка с 12 инструментами, при установке заготовок в самоцентрирующий патрон t_п.з= 30 мин, табл. 6.3[5].

Штучно-калькуляционное время обработки партии n = 200 шт:

t_шк= 0,88+30/200 = 1,03 мин.

Зарплата токаря III разряда за обработку одной детали

З_с= t_шк·К = 1,03·2,68 = 2,76 коп,

где К ― минутная ставка станочника (со всеми начислениями). К = 2,68 коп/мин - [11, с. 429, табл.21].

Часовая норма выработки на операции 05

N = 60/ t_ш= 60/0,88 = 68 шт/ч

Коэффициент совмещения основного времени при ∑t_O = 2,42 мин

К_{с о}= t ₀ _lim /∑ t ₀= 0,37/2,42=0,153.

Расчеты показывают, что для обработки партии заготовок n = 200 шт на операции 05 станок мод. 1K282 будет загружен всего половину рабочей смены (3,45 ч, из которых почти час тратится на его наладку, техническое и организационное обслуживание). Стоимость выполнения операции получается низкой, а рациональность схемы операции ― коэффициент совмещения основного времени ― хорошая.

Расчет времени выполнения отдельных из оставшихся операций выполним по приближенным формулам, [14, с. 247―258, прил. 2].

Операция 10 ― протяжная. Длина шлицевой протяжки l = 800 мм:

t_шк= 0,0005l·ψ = 0,0005·800·1,72 = 0,69 мин.

где ψ ― коэффициент, учитывающий вспомогательное и дополнительное время, [ 14, с. 259, прил. 3] .

Операция 25 ― зубофрезерная. Ширина венца B = 25 мм, число зубьев Z = 86:

t_шк= 0,00943B·Z·ψ = 0,00943·86·25·1,66 = 33,6 мин.

Операция 30 ― закругление зубьев. Число зубьев Z = 86:

t_шк=0,00384 Z ψ = 0,0384·86·1,27=4,19 мин

Операция 40 ― шлифование по диаметру (d = 220) и обоим торцам венца (врезанием):

t _шк. =3·0,0068 d·ψ =3·0,0068·220·2.1=9,42 мин

и т. д. Расчетные значения норм времени вносят в соответствующие графы маршрутной :карты или карты технологического процесса. Другие примеры технологического нормирования- в : [5, с. 44-50 и с. 101-105; 7, с. 83-85; 14, с. 80, I20, 150; 23, c. I2I-I24; 29 и др].

ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ

Технологичность конструкции изделия — совокупность свойств конструкции изделия, определяющих её приспособленность к достижению оптимальных затрат при производстве, эксплуатации и ремонте для заданных показателей качества, объема выпуска и условий выполнения работ (ГОСТ 14.205—83, ЕСТПП).

Технологичность конструкции детали анализируют с учетом условий её производства, рассматривая особенности конструкции и требования качества как технологические задачи изготовления. Выявляют возможные трудности обеспечения параметров шероховатости, размеров форм и расположения поверхностей, делают увязку с возможностями методов окончательной обработки, возможностями оборудования и метрологических средств. Анализируют возможность тех или иных изменений, не влияющих на параметры качества детали, но облегчающих изготовление ее, открывающих возможности применения высокопроизводительных технологических методов и режимов обработки. Унифицируют элементарные поверхности деталей: фаски, галтели, канавки, резьбы отверстия и пр. Изменения, направленные на усовершенствование и повышение технологичности конструкции, вносят в чертеж детали. ГОСТ 14.201—83 устанавливает основные положения, систему показателей, последовательность и содержание работ по обеспечению технологичности. Согласно этому стандарту обязательными показателями технологичности являются: трудоемкость изготовления изделия, технологическая себестоимость и коэффициент использования материала.

Общие методики анализа технологичности конструкции детали (с примерами) приводятся в [5, с. 10-18; 7, с.31-35; 9, с. 160-182), в отмеченных стандартах и другой литературе. Пользуясь этими методиками, студенты делают качественные оценки различных показателей технологичности собственной детали, указывают (рассчитывают) количественные значения для трех обязательных показателей и одновременно стараются их улучшить, т.е. внести коррективы в чертеж. Объем раздела должен быть до одной страницы с.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Анурьев В.И. Справочник конструктора. В 3-х томах. – М.: Машиностроение, 1979.

2. Допуски и посадки: Справочник. Ч.1 и Ч.2./ В.Д. Мягков, М.А. Палей, А.Б. Романов, В.А. Брагинский. -М.: Машиностроение, 1982.

3. Детали машин. Атлас конструкций/Под ред. Н.Р. Решетова.- М.: Машиностроение, 1970.

4. Ансеров М. А. Приспособление для металлорежущих станков. -Л.: Машиностроение, 1975.

5. Горбацевич А.Ф., Шкред В.А. Курсовое проектирование по технологии машиностроения: Уч. пособие для вузов. - Мн.: Вышэйшая школа, 1983.

6. Егоров М.Е. Основы проектирования машиностроительных заводов. - М.: Высшая школа, 1969.

7. Дипломное проектирование по технологии машиностроения: Уч. пос. для вузов / Под ред. В.В. Бабука. - Мн.: Вышэйшая школа, 1979.

8. Маталин А.А. Технология машиностроения. -Л.: Машиностроение, 1985.

9. Основы технологии машиностроении / Под ред. B.C. Корсакова: Учебник для вузов. - М.: Машиностроение, 1977.

10. Справочник технолога машиностроителя. Т.1 / Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. - М.: Машиностроение, 1985.

11. Справочник технолога машиностроителя. T.2 / Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. - М.: Машиностроение, 1985.

12. Егоров М.Е. Технология машиностроения: Уч. для вузов/ М.Е. Егоров, В.И. Дементьев, В.Л. Дмитриев. - М.: Высшая школа, 1979.

13. Режимы резания металлов. Справочник /Под ред. Ю.В. Барановского. - М.: Машиностроение, 1972.

14. Картанвов С. А. Технология машиностроения. - Киев: Вища школа, I984.

15. Косилова А.Г. Точность обработки, заготовки и припуски в машиностроении. Справочник / А.Г. Косилова, Р.Л. Мещеряков, М.А. Калинин. -М.: Машиностроение, 1976.

16. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Расчет допусков размеров. -М.: Машиностроение I98I.

17. Технология машиностроения: Учебник для вузов / А.А. Гусев, Е.Р. Ковальчук, И.М. Колесов и др. - М.: Машиностроение, 1986.

18. Общемашиностроительные нормативы режимов резания для технического нормирования работ на металлорежущих станках. Часть I. Токарные, карусельные, токарно-револьверные, алмазно-расточные, сверлильные, строгальные, долбежные и фрезерные станки, - М.: Машиностроение, 1974.

19. Общемашиностроительные нормативы режимов резания для технического нормирования работ на металлорежущих станках. Часть II . Зуборезные, горизонтально-расточные, резьбонакатные и отрезные станки М.: Машиностроение, 1974.

20. Общемашиностроительные нормативы времени вспомогательного, на обслуживание рабочего места и подготовительно-заключительного на работы, выполняемые на металлорежущих станках. Среднесерийное и крупносерийное производство. - М.: Изд-во НИИ труда, 1984.

21. Общемашиностроительные нормативы времени и режимов резания на токарно-автоматные работы. - М.: Машиностроение, 1970.

22. Общемашиностроительные нормативы вспомогательного времени и времени на обслуживание рабочего места на работы, выполняемые на металлорежущих станках. Массовое производство. – М.: Экономика, 1988.

23. Проектирование технологических процессов механической обработки в машиностроении: Уч. пос. для вузов / Под ред. В.В. Бабука. -Мн.: Вышэйшая школа, 1987.

24. Проектирование технологии: Уч. для вузов /Под общ. ред. Ю.М. Соломинцева. - М.: Машиностроение, 1990.

25. Обработка металлов резанием: Справочник технолога/ Под общ. ред., А.А, Панова. - М.: Машиностроение, 1988.

26. Сборник задач и упражнений по технологии машиностроения: Уч. пос. для вузов / Под общ. ред. О.А.Горленко. - М.: Машиностроение, 1988.

27. Качество машин: Справочник. В 2т. Т.1 /А. Г. Суслов, Э.Д. Браун, Н.А. Виткевич и др. – М.: Машиностроение, 1995.

28. Технология машиностроения: В 2т. Т.1 Основы технология машиностроения: Уч. для вузов /Под ред. А.М. Дальскочи. - М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана , 1999-564с.

29. Балабанов А.Н. Краткий справочник технолога-машиностроителя М.: Изд-во стандартов, 1992.

30. Справочник технолога-машиностроителя. В2-х т. Т.1 / Под ред. А.М. Дальского, А.Т. Косиловой, Р.К. Мещерякова, А.Г. Суслова. –5-е изд. перераб. и доп. –М.: Машиностроение, 2001.

31. Справочник технолога-машиностроителя. В2-х т. Т.2 / Под ред. А.М. Дальского, А.Т. Косиловой, Р.К. Мещерякова, А.Г. Суслова. –5-е изд. перераб. и доп. –М.: Машиностроение, 2001.

32. Лебедев Л.В. Альбом технологических схем. Белгород изд-во БГТУ каф. ТМ и РК, компьютер –1экз., 2003.

* Условно в ценах бывшего СССР