Качество поверхностей деталей машин после механической обработки

1.6.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Качество обрабатываемой поверхности определяется двумя основными признаками:

- физико-механическими свойствами поверхностного слоя металла, которые характеризуются его структурой, твердостью, значением и знаком остаточных напряжений;

- степенью шероховатости поверхности (иначе чистой или гладкой поверхностью).

Под шероховатостью поверхности понимается совокупность неровностей с относительно малыми шагами, образующих рельеф поверхности и рассматриваемых в пределах участка, длина которого выбирается в зависимости от характера поверхности и равна базовой длине.

Шероховатость поверхности бывает:

- продольная, изменяемая в направлении вектора скорости резания;

- поперечная, измеряемая в направлении скорости подачи.

При обработке резцами поперечная шероховатость обычно выше, чем продольная. При чистовой обработке поверхностей деталей абразивным инструментом шероховатость поверхности в продольном и поперечном направлениях примерно одинакова.

Для оценки шероховатости (по ГОСТ 2789-73) приняты следующие параметры:

а) - высота неровностей профиля;

б) - среднее арифметическое отклонение профиля;

в) - средний шаг неровностей.

Шероховатость чаще всего оценивают параметром или . В отдельных случаях шероховатость регламентируется направлением неровностей.

1.6.2. Основные факторы, влияющие на качество поверхности

К основным факторам, от которых зависит качество обрабатываемой поверхности, относятся:

- способ обработки (точение, шлифование и др.);

- режим резания (глубина резания, подача, скорость резания);

- геометрические параметры инструмента;

- род и свойства обрабатываемого материала;

- жесткость системы СПИД;

- охлаждение в процессе обработки и др.

Каждому способу обработки соответствует свой диапазон получаемой точности и шероховатости поверхности. В таблице приведены квалитет точности и шероховатость при различных методах обработки стали.

Квалитеты точности и шероховатость поверхности при различных методах обработки

Указанная точность и чистота поверхности приведены для случая обработки стальных деталей. Для деталей из чугуна и цветных металлов точность обработки можно принимать на один квалитет выше.

Качество обрабатываемой поверхности в значительной мере зависит от режимов резания (скорости резания и подачи).

На рисунке 3.5(а) показано влияние скорости резания на шероховатость поверхности при точении стали (кривая 1) и чугуна (кривая 2). После обтачивания стальной заготовки со скоростью резания около 20 м/мин. (кривая 1) наблюдается наибольшая шероховатость, что связано с явлением активного образования нароста на режущей части резца. При скорости резания свыше 80 м/мин., образование нароста практически прекращается. Кроме того, при высоких скоростях резания значительно уменьшается глубина пластически деформированного слоя, что также снижает шероховатость поверхности.

На рисунке 3.5(б) показана зависимость шероховатости поверхности от подачи при точении заготовки из стали 45 резцом с радиусом закругления вершины 2,5 мм. Из рисунка видно, что изменение малых подач (до 0,2 мм/об.) незначительно влияет на изменение шероховатости поверхности. Но при переходе в область подач свыше 0,2 мм/об микронеровности обработанной поверхности возрастают более интенсивно.

С увеличением глубины резания шероховатость поверхности возрастает незначительно и её практически можно не учитывать.

а) б)

Рис. 3.5

Значительное влияние на шероховатость поверхности оказывает геометрия и состояние режущей части инструмента: микронеровности режущей части кромки инструмента ухудшают шероховатость обрабатываемой поверхности. Это особенно заметно при обработке протяжками, развёртками и широкими резцами. Затупление режущего инструмента приводит к увеличению шероховатости обрабатываемой поверхности. При обработке заготовок абразивным инструментом шероховатость поверхности снижается с уменьшением зернистости и повышением скорости резания, уменьшением продольной и поперечной подач.

Качество поверхности зависит от рода и свойств обрабатываемого материала. Например, при обработке стали с высоким содержанием углерода () получается более чистая поверхность, чем при обработке низкоуглеродистой стали; при обработке цветных сплавов получается более чистая поверхность, чем при обработке низкоуглеродистой стали и т.п.

Жёсткость технологической системы значительно влияет на шероховатость и волнистость поверхности. Недостаточная жёсткость системы может быть причиной появления вибрации при резании, и, как следствие, образования волнистой поверхности.

Применение смазывающе-охлаждающей жидкости улучшает шероховатость обрабатываемой поверхности. Одновременно повышается стойкость инструмента.

1.6.3. Технологические методы, повышающие качество поверхностного слоя деталей машин

В получении поверхностного слоя высокого качества важную роль играют финишные (отделочные) операции: шлифование, притирка, хонингование, суперфиниш. Наибольшее распространение в качестве финишной операции нашло шлифование.

В ряде случаев требуется получение износостойкого поверхностного слоя. Для этого применяют следующие технологические способы:

- термическое упрочнение поверхностного слоя путём закалки стальных деталей;

- химико-термическая обработка (цементация с последующей закалкой и отпуском, азотирование и др.);

- нанесение на рабочие поверхности покрытий гальваническим или химическим способом, наплавкой износостойких сплавов, металлизацией, напылением и другими способами;

- упрочнение деталей поверхностным пластическим деформированием.

Поверхностное пластическое деформирование достигается упрочнением деталей дробью, обкаткой наружных поверхностей, раскаткой и дорнированием отверстий. Перечисленные способы упрочнения стальных деталей позволяют повысить их усталостную прочность, износостойкость, а при обработке, раскатке отверстий и дорнировании повысить точность размеров и шероховатость поверхности.

При упрочнении деталей дробью применяют стальную дробь диаметром от 0,4 до 2,0 мм, которую направляют с помощью дробемёта на обрабатываемую поверхность со скоростью 50-90 м/с., создавая наклёп на глубину до 1 мм. Наиболее распространены механические дробемёты, в которых дробь разбрасывается лопатками ротора, вращающегося с частотой до 3500 об/мин., и пневматические (дробеструйный наклёп). Применяют также центробежно-шариковый наклёп, выполняемый с помощью установки (рис. 3.11), рабочим органом которой является сепаратор 3, в котором свободно размещены шарики 2. При вращении сепаратора шарики под действием центробежной силы выдвигаются на размер h, ударяя о поверхность детали 1.

Рис. 3.11

В зависимости от физико-механических свойств деталей твёрдость поверхностного слоя в результате упрочнения дробью повышается на 20-25 %, а глубина наклёпа достигает 0,5-1,5 мм. В зоне наклёпа образуются сжимающие напряжения до 500-800 МПа, а под слоем - растягивающие. Процесс упрочнения длится не более 10 мин. Повышение времени обработки приводит к появлению микротрещин в результате перенаклёпа.

При упрочнении пружин их срок службы повышается в 1,5-2 раза, зубчатых колёс - в 2-2,5; рессор – в 10-12; щёк камнедробилок – в 3-4 раза.

Упрочнение наружных поверхностей путём их обкатки свободно вращающимися роликами (рис. 3.12) осуществляют путём прижима роликов к обрабатываемой поверхности с силой Р = 1,5-4 кН. Припуск на обкатывание составляет 0,01-0,02 мм. В результате обкатывания стальных деталей шероховатость поверхности может быть изменена с R_a = 2,5 мкм до R_a = 0,32, а точность размера повышена на 10-15 %. Перед обкатыванием поверхность обрабатывают чистовой обточкой тел вращения или чистовым фрезерованием плоскостей. После обкатки твёрдость поверхности повышается на 15-20 %. Применяя накатывание гантелей коленчатых валов, повышают их усталостную прочность на 50-100 %.

Рис 3.12

Для раскатывания отверстий применяют раскатники, называемые также вальцовками. На рис. 3.13 показан роликовый раскатник: 1 - контргайка; 2 - резьбовая втулка, регулирующая положение роликов; 3 - оправка с конусным хвостиком; 4 - ролики; 5 - корпус. Отверстия раскатывают, в частности, при изготовлении гидроцилиндров, корпусных деталей, шатунов.

Рис 3.13

Дорнирование - это процесс продавливания дорна или стальных шариков через отверстие. При этом точность отверстия повышается на один квалитет, а шероховатость поверхности изменяется с R_a = 2,5 мкм до R_a = 0,63-0,16 мкм при одновременном повышении износостойкости детали.

На рис. 3.14 показана рабочая часть дорна: a - заборный угол; a₁ - переходный угол; a₂ - задний угол; f - цилиндрическая часть.

Упрочняющая технология даёт эффект не только при изготовлении деталей, но и после выполнения ремонтных операций, например, после наплавки изношенных поверхностей, так как операции наплавки снижают усталостную прочность деталей.

Рис. 3.14

1.7. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ СБОРКИ

1.7.1. ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ О СБОРКЕ

Процесс сборки заключается в соединении деталей в узлы и узлов и отдельных деталей - в целый аппарат (машину).

Сборку подразделяют на узловую и общую. Объектом узловой сборки являются сборочные единицы (узлы), объектом общей сборки - изделие в целом (машина или аппарат).

Сборочные работы являются заключительным этапом в производственном процессе, в связи с чем, качество сборочных работ значительно влияет на эксплуатационные качества машины, на её надёжность и долговечность.

Время на сборочные работы в процентах от времени на механическую обработку в среднем примерно составляет:

в единичном и мелкосерийном производстве........................................40 – 50 %

в серийном производстве.........................................................................30 – 35 %

в крупносерийном производстве.............................................................20 - 25%

в массовом производстве.........................................................................20 %

1.7.2. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ И ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ, РЕШАЕМЫЕ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ СБОРКИ

Исходными данными для разработки технологического процесса сборки являются:

* спецификации изделия;

* технические требования на приёмку и испытание изделия;

* сборочные чертежи изделия и его узлов;

* производственная программа сборки.

Перед проектированием технологического процесса сборки проводят анализ исходных данных и технологичности конструкции изделия.

Проектирование технологического процесса сборки включает решение следующих основных вопросов:

* расчёт такта (темпа) сборки, определение типа производства и организационных форм сборочного процесса;

* составление технологических схем сборки узлов и изделия в целом;

* установление маршрута сборки и проектирование сборочных операций (разработка операционной технологии);

* разработка операций технического контроля при сборке и испытании изделия после сборки;

* нормирование сборочных операций;

* оценка технико-экономической эффективности запроектированного процесса сборки;

* оформление технологической документации и др.

Степень углублённости проектирования технологического процесса зависит от программы выпуска изделий: в единичном и мелкосерийном производствах разрабатывается упрощённый вариант без детализации содержания операций; в крупносерийном и массовом производствах технологический процесс разрабатывают подробно с проектированием операционной технологии.

1.7.3. АНАЛИЗ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ И ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ КОНСТРУКЦИИ ИЗДЕЛИЯ

Перед разработкой технологического процесса сборки изучают конструкцию собираемого изделия и технические условия его приёмки. Особое внимание уделяют анализу технологичности конструкции изделия.

Конструкция изделия должна допускать сборку её из предварительно собранных узлов, что позволяет осуществить параллельную сборку и испытание узлов и изделия, сокращает длительность цикла сборки. Уменьшение количества наименований деталей и узлов машины, а также использование стандартных деталей и узлов снижает себестоимость изготовления машины.

При анализе конструкции изделия составляют предложения по её совершенствованию с целью упрощения сборки, при этом предлагаемые изменения не должны нарушать конструкцию изделия в целом и неблагоприятно влиять на его служебное назначение.

1.7.4. ВЫБОР МЕТОДА СБОРКИ И ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЗАДАННОЙ ТОЧНОСТИ СБОРКИ ИЗДЕЛИЯ

Достичь необходимой точности сборки - значит получить размер замыкающего звена размерной цепи, не выходящий за пределы допускаемых отклонений. Вопрос о методе обеспечения точности замыкающих звеньев размерных цепей, то есть о методах сборки, обеспечивающих требуемую точность, решается конструктором на стадии разработки чертежей изделия. Если технолог предложит более рациональный метод сборки, то в сборочные чертежи вносят соответствующие изменения по согласованию с конструктором изделия.

Точность сборки может быть обеспечена методами: полной взаимозаменяемости, неполной (частичной) взаимозаменяемости, групповой взаимозаменяемости, пригонки и регулировки.

Сборка методом полной взаимозаменяемости заключается в сборке машин без какой-либо дополнительной обработки деталей с установкой и заменой любой детали без пригонки. При этом виде сборки детали обрабатываются в механических цехах до придания им нужной формы и размеров, детали получаются взаимозаменяемыми и идут на сборку без дополнительной обработки и сортировки. Этот метод целесообразен в серийном и массовом производствах, когда допуск на замыкающее звено размерной цепи равен или больше суммы допусков на все остальные звенья (что бывает обычно при коротких размерных цепях). Для многозвенных размерных цепей метод экономически невыгоден, т.к. приводит к необходимости назначения весьма жёстких допусков на размеры составляющих звеньев.

Сборка методом неполной (частичной) взаимозаменяемости заключается в том, что допуски на размеры деталей, составляющие размерную цепь, преднамеренно расширяются с целью удешевления производства (допуская определённый процент риска получения брака при сборке). Сборка по данному методу целесообразна в серийном и массовом производствах для многозвенных размерных цепей.

Сборка методом групповой взаимозаменяемости заключается в том, что детали изготовляют с расширенными полями допусков, а перед сборкой сопрягаемые детали сортируют по размерным группам для обеспечения допуска посадки, предусмотренного конструктором. При сборке соединяют между собой детали одной размерной группы. Сборка данным методом применяется при необходимости обеспечения высокой точности замыкающего звена размерных цепей, например, при сборке шарикоподшипников и т.п.

Сборка методом пригонки заключается в достижении заданной точности сопряжения путём снятия с одной из сопрягаемых деталей необходимого слоя материала опиловкой, шабрением, притиркой или любым другим способом. Сборка методом пригонки трудоёмка и целесообразна в единичном и мелкосерийном производствах и при ремонтных работах.

Сборка методом регулировки заключается в том, что необходимая точность размера замыкающего звена достигается путём изменения размера компенсирующего звена.

1.7.5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТАКТА СБОРКИ, ТИПА ПРОИЗВОДСТВА И ФОРМЫ ОРГАНИЗАЦИИ СБОРОЧНЫХ РАБОТ

Такт (темп) общей и узловой сборки определяется по формуле:

, мин/шт.

где - располагаемый (действительный) годовой фонд рабочего времени в часах (при односменной

работе ч.; при двухсменной ч.);

N - годовая программа выпуска изделий (узлов), шт.

Если такт (темп) значительно превосходит длительность операций, то производство единичное или серийное. На одном рабочем месте периодически (единичными экземплярами или партиями) собирают прикрепленные к нему различные детали и узлы.

Если такт сборки близок или меньше средней длительности операций, то производство массовое. В этом случае процесс сборки дифференцируется на операции и на каждом рабочем месте выполняется определённая сборочная операция.

Выбор организационной формы сборки определяется заданной программой выпуска изделий:

* при единичном и мелкосерийном производствах обычно применяют непоточную (стационарную) сборку;

* при крупносерийном и массовом - поточную сборку.

Непоточная (стационарная) сборка характеризуется выполнением сборочных операций на постоянном сборочном месте, к которому подаются детали и узлы (подузлы) собираемого изделия.

Непоточная (стационарная) сборка может осуществляться по принципу концентрации операций или по принципу частичной дифференциации операций.

При стационарной сборке, построенной по принципу концентрации операций, изделие собирается из отдельных деталей на одном сборочном месте с начала до конца. При такой форме организации работы требуется высокая квалификация сборщиков, а цикл сборки отличается большой продолжительностью.

При стационарной сборке, построенной по принципу частичной дифференциации операций, общая сборка изделия производится из деталей и узлов, при этом узлы предварительно собирают на других рабочих местах. Этот метод более прогрессивен и производителен. Его рационально использовать при сборке в химическом аппаратостроении.

Поточная сборка бывает двух видов:

* подвижная (на подвижных стендах) - сборка на транспортных устройствах различного вида (тележки, конвейеры и т.д.);

* неподвижная (на неподвижных стендах) - собираемые изделия находятся на неподвижных стендах, а группы рабочих переходят от одного стенда к другому, и каждая группа выполняет определённую, присвоенную данной группе операцию. Инструмент для каждой группы перемещается вместе с группой на подвижном столе.

Поточная подвижная сборка осуществляется при перемещении собираемого объекта и применяется в серийном, крупносерийном и массовом производствах.

Поточная неподвижная сборка применяется в серийном и мелкосерийном производствах при значительной длительности отдельных операций, особенно в процессе сборки изделий большой массы.

1.7.6 Технологические схемы сборки

Для удобства планирования и выполнения технологического процесса сборки составляются технологические схемы сборки. Технологическая схема сборки определяет взаимную связь и последовательность соединений отдельных деталей в узлы, узлов и деталей в целое изделие; она упрощает разработку процесса сборки и позволяет оценивать технологичность конструкции изделия, в частности, полноты выдерживанием принципа узловой сборки.

Технологические схемы строят отдельно для общей сборки изделия и сборки каждого из его узлов. Пример выполнения технологической схемы общей сборки реакторов (рис.1) приведён на рис.2; технологической схемы общей сборки его узла (корпуса) - на рис.3.

Корпус
Р01.000

Рис.2.Общая схема сборки

Рис.3.Сборка корпуса

Элементы изделия (детали и узлы) условно обозначаются на схеме прямоугольниками, разделёнными на три части: в верхней части указывают наименование элемента, в левой нижней части - его индекс, в правой нижней части - количество собираемых элементов. Индексы элементов соответствуют номерам деталей и узлов на чертежах и в спецификациях. Технологические схемы сборки снабжают дополнительными надписями, определяющими содержание операций (метод осуществления соединения), когда они не ясны из самой схемы или не определены типом соединяемых деталей. Так, указывают «приварить», «запрессовать», «набить смазкой», но не делают указания «заклепать», если показана установка заклёпки.

Составление технологических схем сборки возможно в нескольких вариантах, отличающихся как по структуре, так и по последовательности комплектования сборочных элементов. Выбор варианта производят с учётом удобств выполнения сборки, производительности и рентабельности процесса сборки.

1.7.7 Установление маршрута сборки и разработка операционной технологии

Установить маршрут (план) сборки - это значит назначить последовательность выполнения сборочных работ.

При разработке маршрута (плана) сборки технологический процесс сборки разбивается на отдельные стадии:

* узловая сборка (сборка подузлов и узлов);

* общая сборка;

* регулирование и испытание.

Стадия сборочного процесса разбивается на отдельные операции и разрабатывается операционная технология.

Под операцией в сборочном процессе понимают часть сборочного процесса, осуществляемую по какому-либо узлу или машине одним или несколькими рабочими на одном рабочем месте. Названия операций формулируются кратко по виду выполняемой работы. Например, сварочная, слесарно-сборочная и др. Операции состоят из переходов.

Под переходом понимают часть операции, которая вполне закончена, не может быть расчленена на другие переходы, выполняется без смены инструментов одним или несколькими рабочими одновременно. Переходы формулируются в форме приказа. Например: установить штуцер поз.2 на днище поз.3 и прихватить электросваркой; обварить штуцер поз.2 по контуру и т.п.

При составлении маршрута сборки для каждой операции должны быть указаны: необходимое оборудование, приспособления и инструменты; определены: потребное количество времени, число рабочих и их квалификация.

1.7.8 Нормирование сборочных операций

При проектировании технологического процесса сборки производится нормирование сборочных операций.

Штучное время на выполнение одной операции сборке узла или изделия определяется по формуле:

t_шт=t_о+t_В+t_об+t_ф ,мин

где t_о - основное (технологическое) время, мин;

t_В - вспомогательное время, мин;

t_об - время на обслуживание рабочего места, мин;

t_ф - время на отдых и физические потребности, мин.

Оперативное время на выполнение одной сборочной операции равно:

t_оп=t_о+t_В, мин

Основное и вспомогательное времячаще всего определяется по нормативным данным, разрабатываемым на основе изучения и анализа опытных хронометражных материалов передовых предприятий в соответствии с определёнными организационными условиями производства.

Время на обслуживание рабочего места при сборочных работах составляет 2-5% от оперативного времени.

Время на физические потребности устанавливается в размере 2-3% от оперативного времени.

Выражая время на обслуживание рабочего места, отдых и физические потребности в зависимости от оперативного времени, формулу штучного времени можно представить в виде:

t_шт=t_оп(1+(b+g)/100),мин

где b - процент от оперативного времени, соответствующий времени на обслуживание рабочего места;

g - процент от оперативного времени, соответствующий времени на отдых и физические потребности.

Общее время на сборку всего узла или изделия:

_m

t_шт=S t_{шт i}

ⁱ⁼¹

где m - число сборочных операций.

Время на сборку партии узлов или изделий:

t_п= t_{шт *}m+ t_пз

Штучно-калькуляционное время:

t_к= t_шт + t_пз/m

где m - количество узлов или изделий в серии;

t_пз - подготовительно-заключительное время на всю серию узлов или изделий.

При проектировании сборочных процессов нормирование работ обычно производится по данным передовых заводов, выпускающих аналогичные изделия, причём эти данные корректируются с учётом применения новой техники и улучшения организационных форм производства.

Более точное определение норм времени на сборочные работы ведётся на основании расчётов по отдельным операциям и переходам.

1.7.9 Оценка эффективности технологического процесса сборки

Оценка эффективности технологического процесса сборки определяется рядом технико-экономических показателей.

Одним из показателей эффективности сборочного процесса является сравнение трудоёмкости сборочного процесса запроектированной машины Т_сб. С трудоёмкостью механической обработки деталей, из которых собирается машина Т_обр. .

К=Т_сб./Т_обр.

Чем меньше величина К в сборке, тем эффективнее процесс сборки и выше уровень механизации сборочных работ.

Для единичного и мелкосерийного производства К=0.6;

для серийного производства К=0.3-0.5;

для массового производства К=0.2-0.3

Другим показателем эффективности сборочного процесса служит коэффициент загрузки рабочего места К_з , который определяет отношение расчётного количества сборщиков R_p к принятому количеству R_пр

К_з= R_p/ R_пр

К_З=0.9-0.95 - приемлемое значение.

Основным критерием технико-экономической оценки сборочных операций и общей сборки служат затраты, связанные с их выполнением.

Затраты на выполнение одной операции слагаются из основной заработной платы сборщиков за выполнение данной операции, отчислений на амортизацию оборудования, приспособлений, инструмента и цеховых накладных расходов, отнесённой к одной операции.

Общая сумма затрат на сборку узла или изделия:

_n

С_сб=SС_сб.i

ⁱ⁼¹

где С_сб.i - затраты, связанные с выполнением одной операции

n - число сборочных операций.

Приведённые технико-экономические показатели служат оценкой эффективности сборочных процессов и позволяют сравнить различные методы сборки.

1.7.10 Технологическая документация процесса сборки

Технологический процесс сборки оформляется в виде карт, схем, графиков, которые являются основными расчётными документами. Формы карт, применяемых в практике заводов, различны, но часто они слишком упрощённы и не отражают необходимых факторов сборочного процесса.

Для каждой стадии сборки (сборке сборочных единиц агрегатов механизмов), общей сборки машины разрабатывается технологический процесс, расчленённый на операции и переходы.

Маршрутные и операционные карты должны составляться для каждой стадии сборочных работ, причём они могут составляться либо для каждой стадии сборки отдельно, либо комплексно, с охватом всех её стадий.

В картах сборочных работ для каждой стадии излагаются все факты технологического процесса. Карты должны содержать:

а) наименование машины;

б) годовой выпуск машин;

в) число машин в серии;

г) разбивку всех работ по стадиям сборки;

д) наименование и описание операций и переходов для каждой стадии сборки;

е) указания, какие требуются приспособления, инструменты, принадлежности;

ж) такт сборки и время на выполнение отдельных операций;

з) общее нормировочное время на всех рабочих, выполняющих данную операцию;

и) разряды квалификации рабочих;

к) конструктивные зазоры для сочленения деталей, которые должны быть выдержаны при сборке;

л) эскизы, иллюстрирующие сборочные операции, приспособления, способы закрепления троса или цепи для подъёма и поворачивания изделия.

1.7.11 Типизация технологических процессов и групповые методы сборки

Типизация технологических процессов способствует сокращению сроков подготовки производства и её удешевлению.

Типовые технологические процессы сборки целесообразно разрабатывать на характерные типовые узлы данного производства, а также на унифицированные и стандартизованные узлы и изделия (люки, тарелки колонны, эмал. реакторы).

Первым этапом типизации технологических процессов является классификация узлов и соединений. Узлы разбивают на классы, группы и типы. Типовой узел объединяет совокупность узлов, имеющих одинаковый план (маршрут) операций, осуществляемых на однородном оборудовании с применением однотипной оснастки.

Второй этап типизации - разработка принципиально общего технологического процесса с установлением последовательности и содержания операции и типовых конструкций оснастки.

При достаточно полной степени унификации узлов составляют одну технологическую карту. При меньшей степени унификации разрабатывают обязательный принципиальный технологический процесс; на его базе разрабатывают технологические процессы для конкретных узлов.

Групповые методы сборки в мелкосерийном производстве при частой сменяемости изделий позволяют применять поточные методы работы, сократить трудоёмкость и себестоимость сборки, использовать более производительное оборудование, средства автоматизации и механизации. Это достигается за счет создания групповых поточных линий.

В групповой поточной линии оборудование располагают по технологическому маршруту сборки узлов, прикреплённых к данной линии. Для группы узлов (подобранных по признакам технологической общности и серийности выпуска) разрабатывают технологический процесс и проектируют наладки оборудования. Узлы собирают партиями. При переходе от одной партии узлов к другой производят незначительную переналадку машины.

Может производиться также единовременная групповая сборка всех прикреплённых к данной сборочной установке узлов, при её неизменяемой наладке. В этом случае применяют специальные приспособления, в которых можно устанавливать и закреплять все прикреплённые узлы.

1.8 Проектирование технологических процессов механической обработки деталей машин

Проектирование технологических процессов механической обработки деталей машин включает решение следующих основных вопросов:

* установление вида (типа) производства и организационной формы выполнения технологического процесса;

* выбор типа заготовок, определение припусков на обработку и размеров заготовки;

* установление плана (маршрута) обработки и разработка операционной технологии;

* выбор типов и определение характеристик станочного оборудования, приспособлений, режущего и измерительного инструмента;

* определение режимов обработки по каждой операции;

* определение квалификации работы;

* оценка технико-экономической эффективности спроектированного процесса;

* оформление документации технологического процесса.

В единичном и мелкосерийном производстве технологические процессы так подробно не разрабатываются, здесь составляются только схематический план процесса обработки - маршрут операций, необходимого оборудования, приспособлений и инструмента (режущего и измерительного) и приближенного суммарного времени, потребного на обработку.

Для серийного и массового производства технологические процессы изготовления отдельных деталей разрабатываются подробно с освещением всех указанных факторов и составлением технологических карт, в которых отражаются все необходимые сведения по вышеперечисленным вопросам.

1.8.1 Установление вида производства и организационной формы выполнения технологического процесса

При проектировании технологического процесса механической обработки деталей исходя из заданной производственной программы и характера подлежащих обработке деталей устанавливается вид производства (единичное, серийное или массовое - см. таблицу) и соответствующая ему организационная форма выполнения технологического процесса (по видам оборудования, предметная, поточно-серийная, прямоточная, непрерывным потоком).

1.8.2 Выбор типа производства по программе выпуска и характеру обрабатываемых деталей

При проектировании технологического процесса для серийного производства, когда изготовление деталей ведётся партиями, одной из задач является определение величины партии деталей, одновременно запускаемых в производство. Величина партии деталей устанавливается в зависимости от разнообразия номенклатуры выпускаемых изделий, годового количества изделий каждого типа и размера; длительности обработки деталей и сборки машины и т. п. Необходимо, чтобы партия деталей была оптимальной.

По упрощенному способу определение количества деталей в партии производится по формуле:

n=D*t/Ф,

где D - количество деталей по годовой программе вместе с запасными частями; t - число дней, на которое необходимо иметь запас деталей на складе; Ф- число рабочих дней в году.

При проектировании технологического процесса механической обработки массового производства должен быть определен такт выпуска деталей.

Такт выпуска - интервал времени, через который периодически производится выпуск изделий определенного наименования, типоразмера и исполнения.

В поточно-масовом производстве величина такта выпуска определяется по формуле:

tв=60*Fд*m/D

Где Fд -действительное (расчетное) годовое число часов работы станка при работе в одну смену; m -число рабочих смен; D -количество деталей одного наименования, подлежащих обработке в год на данной поточной линии.

1.8.3 Выбор вида заготовок, определение припусков на обработку и размеров заготовки

Исходя из формы, размеров, материала изготавливаемой детали и производственной программы выпуска выбирают вид заготовки и способ ее получения.

Заготовками для изготовления деталей могут служить:

1. отливки чугунные, стальные, из цветных металлов и из пластмасс;

2. поковки и штамповки;

3. прокат стали (горячекатанный и холоднотянутый) и цветных металлов: круги, сортовой прокат.

Выбор вида заготовок зависит от конструктивных форм деталей, их назначения, условий их работы в собранной машине и т. п.

При выборе способа получения заготовок (ковка, штамповка, литье и т. п.) обычно сравнивают два или несколько вариантов их изготовления и выбирают такой, при котором обеспечивается наименьшая себестоимость детали при заданной годовой программе.

Для того, чтобы определить размеры заготовки необходимо знать припуски на обработку.

Припусками на обработку называется слой металла, снимаемый с заготовки до получения готовой детали.

Припуски подразделяются на:

- общие

- межоперационные

Общий припуск - припуск удаляемый в процессе всей обработки детали.

Межоперационный припуск - слой металла, удаляемый при выполнении отдельных операций. Величина межоперационного припуска определяется как разность размеров, полученных на предыдущей и последующей операциях.

В машиностроении применяются два метода определения припусков на обработку деталей: опытно-статический и расчетно-аналитический.

При определении припусков по опытно-статическому методу общие и промежуточные величины припусков берутся по таблицам, составленным на основании обобщения и систематизации производственных наблюдений ряда передовых заводов.

Основное преимущество этого метода - экономия времени на установление припусков. Недостатки этого метода в том, что припуски устанавливаются без учета конкретных условий с выбранным технологическим процессом. Величина припусков получается, как правило, завышенной.

Расчетно-аналитический метод определения припусков (разработанный проф. Кованом В. М.) учитывает конкретные условия выполнения технологического процесса и позволяет получить более точные значения припусков.

При определении по данному методу величины минимального межоперационного припуска необходимо учитывать:

1. Глубину дефектного поверхностного слоя hдеф. Глубина дефектного слоя (выпуклости, раковины, трещины, погрешности формы и т. д.) зависит от материала, размера заготовки и способа ее получения. Например: у поковки дефектный слой от 1.5 до 3 мм; у штамповки - от 0.5 до 1.5 мм; у отливок - от 1 до 3 мм.

2. Среднюю высоту микронеровностей от предшествующего технологического перехода Rz;

3. Суммарное значение пространственных отклонений в расположение обрабатываемой поверхности относительно базовых поверхностей заготовки q;

4. Погрешности установки Еуст (т. е. погрешности базирования Ебаз и закрепления Езак) на выполняемом переходе или операции.

При обработке отдельно расположенных поверхностей величина межоперационного припуска рассчитывается по формуле:

2Zmin=hдеф+Rz+q+Еуст

- при обработке наружных или внутренних поверхностей вращения

2Zmin=hдеф+Rz+ (q²+Е_уст²).

Общий припуск на обработку равен сумме межоперационных припусков по всем технологическим операциям при обработке данной поверхности.

Zo=S Zm_i

где Zm_i -межоперационный припуск на i-операцию; n -число операций при обработке заготовки до готовой детали. Зная величину общего припуска на обработку поверхностей детали можно определить размеры заготовки. Например при обработке ступенчатого вала: диаметр заготовки (поковки)

2d=dн+Zо,

где 2d -максимальный размер обрабатываемой поверхности после обработки (по чертежу); Zо -общий припуск на обработку данной поверхности.

1.8.4 УСТАНОВЛЕНИЕ ПЛАНА (МАРШРУТА) ОБРАБОТКИ И РАЗРАБОТКА ОПЕРАЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ

Установить план (маршрут) обработки - это значит назначить последовательность выполнения технологических операций и по каждой операции назначить метод обработки, необходимое оборудование, приспособление и инструмент, режимы обработки, норму времени и квалификацию работы.

План должен предусматривать расчленение технологического процесса обработки детали на составные части: операции, установы, переходы.

Технологической операцией называется часть технологического процесса выполняемая непрерывно на одном рабочем месте и охватывающая все действия рабочего и оборудования над одним или несколькими одновременно обрабатываемыми объектами производства.

Операция формулируется кратко по виду обработки, например: токарная, фрезерная, шлифовальная, и т. п. Для каждой операции устанавливают необходимое оборудование, приспособление, инструмент, режимы обработки, норму времени, квалификацию работы, требующееся число рабочих.

Операция разделяется на установы и переходы.

Установом называется часть операции, выполняемая при одном закреплении заготовки на станке или в приспособлении.

Переход - законченная часть технологической операции, характеризуемая постоянством применяемого инструмента, поверхностей, образуемых обработкой и режима работы станка.

Переходы излагаются подробно с указанием наименования, порядкового номера или размера обрабатываемой поверхности. Содержание переходов заполняется как приказ, в повелительном наклонении, например:

Обточить с D... до D... на длине L начерно (начисто); подрезать торец с D... до D... начерно (начисто); расточить отверстие с D... до D... начерно (начисто); сверлить отверстие D...

Выбор метода обработки зависит от требований, предъявленных к точности и классу шероховатости обработки данной детали. При выборе метода обработки пользуются таблицами средних величин экономической точности различных методов обработки, которые составлены на основании обобщения опытных данных передовых заводов.

При установлении последовательности операций механической обработки следует руководствоваться следующими общими положениями:

- в первую очередь обрабатывают те поверхности, которые являются базами для дальнейшей обработки;

- затем обрабатывают те поверхности, с которых снимается наибольший слой металла;

- дальнейшая последовательность устанавливается в зависимости от требуемой точности поверхности: чем точнее должна быть поверхность, тем позднее она должна обрабатываться;

- совмещение чистовой и черновой обработки в одной и на одном и том же оборудовании нежелательно: такое совмещение допускается при обработке жестких деталей с небольшими припусками.

1.8.5 Выбор оборудования, приспособлений, режущего и измерительного инструмента

При проектировании технологическго процесса для каждой операции указывают, на каком станке будет выполняться операция, и приводят его характеристику: наименование станка, модель и основные параметры.

Выбор типа станка прежде всего обуславливается:

- возможностью обеспечить выполнение технических требований, предъявляемых к обработанной детали в отношении точности ее размеров,формы и класса шероховатости поверхностей;

- соответствием основных размеров станка габаритным размерам обрабатываемой детали или нескольких одновременно обрабатываемых деталей;

- наименьшими затратами времени на обработку;

- наименьшей себестоимостью обработки;

Решающим фактором при выборе того или другого станка (если выполнение данной операции возможно на разных станках, обеспечивающих выполнение заданных технических требований к детали) является экономичность процесса обработки.

Одновременно с выбором станка устанавливается необходимое приспособление для выполнения на данном станке намеченной операции.

Если требующееся приспособление является принадлежностью станка (тиски, люнет, угольник и т.п.), то указывается только его наименование. При использовании универсально-сборного приспособления (УСП) делается соответствующее указание. Если же для данной операции требуется специальное приспособление, то в стадии технического проекта, исходя из условий и требований обработки, обычно разрабатывается только схема или общий вид приспособления, а в некоторых случаях указывается только принцип его устройства. Выбор вида приспособлений и степень их специализации зависят от типа производства. В единичном и мелкосерийном производствах широко применяется обработка в приспособлениях универсального типа, которые обычно являются принадлежностями станков (тиски, патроны, универсальные делительные головки и т.п.).В крупносерийном и массовом производствах применяются, главным образом, специальные приспособления.

Одновременно с выбором станка и приспособления для каждой операции выбирается необходимый режущий инструмент, обеспечивающий достижение максимальной производительности; указываются краткая характеристика инструмента, наименование и размер, марка материала и номер стандарта или нормали в случае применения стандартного или соответственно нормализованного инструмента.

Если для данной операции требуется специальный инструмент, то в технологической документации отмечается "специальный инструмент", и в этом случае должны быть разработаны чертежи его конструкции.

Применение того или другого типа инструмента зависит от следующих основных факторов: вида станка; метода обработки; материала обрабатываемой детали, ее размера и конфигурации; требуемых точности и класса шероховатости обработки; вида производства (единичное, серийное, массовое).

При выборе и установлении метода обработки наряду с режущим инструментом указывается измерительный инструмент, необходимый для измерения детали в процессе ее обработки или после нее с краткой его характеристикой: наименование, тип, размер.

При единичном производстве, когда размеры деталей, обрабатываемых на данном станке, весьма разнообразны, применяется измерительный инструмент общего назначения, т. е. такой, которым можно проверять различные размеры: например, линейки, штангенциркули, микрометры, нутромеры, глубиномеры, и т.п. В серийном и массовом производстве с частотой проверяемостью деталей одних и тех же размеров применяется специальный измерительный инструмент - калибры и шаблоны, а также измерительные приспособления, приборы, автоматические устройства.

1.8.6 Определение режимов обработки

Режим обработки включает в себя следующие его основные элементы:

t- глубина резания в мм;

S- подача в мм/мин или мм/об;

V- скорость резания в м/мин или число оборотов шпинделя станка n в об/мин.

Исходными данными для выбора режима резания являются: данные по обрабатываемой детали, сведения о заготовке, данные о применяемом оборудовании и инструменте.

Определение режимов резания ведется в следующей последовательности (методика расчета дана на примере точения):

Выбирается глубина резания.

Выбор глубины резания зависит от вида обработки. При черновой обработке припуск стремятся снять за меньшее число проходов (обычно 1-2 прохода) и глубина резания обычно большая. При чистовой обработке глубина резания выбирается в зависимости от требуемого квалитета точности и класса шероховатости, так при чистовом обтачивании до 5-ого класса шероховатости t =0,5-2,0 мм, для 6 и 7-го классов t=0,1-0,4 мм.

Hазначается подача в зависимости от: вида детали и характеристики ее обрабатываемых поверхностей, режущего инструмента и характеристики станка. В значительной степени подача зависит от вида обработки: черновая или чистовая.

Выбирается период стойкости режущего инструмента в зависимости от типа и размера режущего инструмента, характеристики обрабатываемой детали и условий работы.

Определяется скорость резания по эмпирическим формулам: например, при наружном продольном и поперечном точении и растачивании:

V = Cv / (T^m t^xv S^yv). Кv, м/мин

где t - глубина резания, мм;

S - подача, мм/об.;

T - период стойкости режущего инструмента, мин.;

Cv - коэффициент, зависящий от условий резания (определяется по нормативам);

xv, yv, m - показатели степеней соответственно при глубине резания, подаче и периоде стойкости режущего инструмента, зависящие от условий резания (определяется по нормативам);

Kv- общий поправочный коэффициент на скорость резания, определяется как произведение отдельных коэффициентов, каждый из которых отражает влияние определенного фактора на скорость резания (коэффициенты берутся по нормативам).

По выбранной скорости резания определяется число оборотов по формуле:

n = 1000 v / (p d), об/мин,

где d - диаметр обрабатываемой детали, мм.

Определив расчетное число оборотов, принимают действительное число оборотов по паспорту станка, ближайшее к расчетному.

Определяются составляющие силы резания. При наружном продольном и поперечном растачивании, отрезании, прорезании и фасонном точении они рассчитываются по формуле:

P_z(P_y,P_x)=C_p*t^Xp*S^Yp*V^np*K_p, кг

где Cp- коэффициент, зависящий от условий резания (определяется по нормативам);

Хр, Yp, np - показатели степеней соответственно при глубине резания, подаче и скорости резания (определяются для каждой составляющей отдельно по нормативам).

Кр- поправочный коэффициент представляет собой произведение из ряда коэффициентов,учитывающих изменение против табличных условий резания.

Рассчитывается мощность резания по формуле:

N=P_z*V/(102*60), кВт

Выбранный режим резания должен удовлетворять следующим условиям:

P_x<=P_ст;

N/h<=N_ст;

где P_x - осевая составляющая силы резания, кг;

P_ст - осевая составляющая, допускаемая механизмом подачи станка, кг (определяется по паспорту станка);

N_ст - мощность электродвигателя станка, квт;

h - коэффициент полезного действия станка (определяется по паспорту станка).

При невыполнении указанных условий проводится корректировка режима резания.

Для других видов обработки (сверление, строгание, фрезерование и т. п.) режимы определяются примерно в том же порядке.

1.8.7 РАСЧЕТ HОРМ ВРЕМЕHИ HА ОБРАБОТКУ

При проектировании технологического процесса для каждой операции ведут определение технической нормы времени.

Техническая норма времени - время, устанавливаемое на выполнение данной операции при определенных организационно-технических условиях (при наиболее эффективном использовании всех средств производства и с учетом передового производственного опыта).

Техническая норма времени служит основой для оплаты работы, калькуляции себестоимости детали. Hа основе технических норм рассчитывается длительность производственного цикла, необходимое количество станков, инструментов, рабочих.

Когда норма времени для выполнения операции дается на изготовление одной штуки, она называется нормой штучного времени.

Hорма штучного времени определяется по формуле:

t_шт=t_о+t_в+t_т,об+t_о,об+t_ф, мин

где t_о- основное (технологическое) время;

t_в - вспомогательное время;

t_т,об - время на техническое обслуживание рабочего места в процессе работы;

t_о,об- время на организационное обслуживание рабочего места;

t_ф - время на отдых и на физические потребности.

Основное (технологическое) время - это время, в течение которого производится снятие стружки. Основное время при станочной обработке определяют расчетным путем по формуле:

t_o=l*i/S_M=l*i/(S_об*n), мин

где l - расчетная длина обработки в направлении подачи, мм;

i - число проходов при выполнении перехода;

S_M - минутная подача, мм/мин;

S_об - подача на один оборот детали;

n - число оборотов в минуту.

Расчетная длина обработки определяется по формуле: при отсутствии пробных стружек (рис.1)

l=l_o+l_вр+l_п

при взятии пробных стружек

l=l_o+l_вр+l_п+l_стр

где l_o- длина обрабатываемой поверхности, мм;

l_вр - длина врезания и подхода инструмента, мм;

l_п - длина перебора (выхода) инструмента, мм;

l_стр - общая длина проходов при снятии пробных стружек.

l_п l_o l_вр

Рис.1. К определению расчетной длины при токарной обработке.

Вспомогательное время охватывает время на выполнение действий, сопровождающих выполнение основной работы. В него входит: время управления станком (пуск в ход, остановка, перемена скорости, подача и т. п.), время перемещения инструмента; время на установку, закрепление и снятие приспособления, инструмента и детали во время работы; время на контрольные измерения деталей. Вспомогательное время находят суммированием элементов времени на выполнение перечисленных действий. Отдельные составляющие берутся по нормативам.

Сумма основного и вспомогательного времени называется оперативным временем.

t_оп=t_т.об+t_в

где t_т.об - время технического обслуживания рабочего места в процессе работы, включает в себя:

- подналадку и регулировку станка;

- смену затупившегося инструмента;

- время на правку инструмента;

t_т.об=(0.8-2.5)% t_оп

t_о.об=(2 - 13)% t_оп

где t_о.об - время организационного обслуживания рабочего места включает в себя:

- время на раскладку инструмента в начале смены и уборку его после смены;

- время на чистку и смазку станка;

- время на осмотр и опробование станка.

Оно определяется в процентах по отношению к оперативному времени.

Время перерывов на отдых и физические потребности исчисляются в процентах к оперативному времени в единичном и серийном производствах

t_ф=(4 - 6)% t_оп

Для упрощения подсчета нормы времени можно пользоваться формулой

t_шт=(t_о+t_в)*[1+(a+b+g)/100], мин

t_шт=t_оп*[1+(a+b+g)/100], мин

где a - процент оперативного времени, выражающий время технического обслуживания;

b - процент от, выражающий время организационного обслуживания;

g - процент от, выражающий время перерывов в работе на отдых и физические потребности.

При обработке деталей партиями учитывается еще подготовительно-заключительное время, которое зависит от размера партии и определяется отдельно на всю партию деталей.

Hорма времени на обработку данной партии определяется по формуле:

Т_п=t_шт*n+Т_п.з, мин

где n - количество деталей в партии;

Т_п.з - подготовительно-заключительное время на всю партию деталей, мин.

В подготовительно-заключительное время входит: время на ознакомление рабочего с работой и на чтение чертежа; время на подготовку рабочего места, настройку станка для обработки заданной партии; время на снятие инструмента и приспособлений по окончании данной партии.

Hорма калькуляционного времени на 1 штуку (норма штучно-калькуляционного времени) определяется по формуле:

t= Т_п/n=t_шт+Т_п.з/n, мин

Hорма выработки за один час в штуках равна

N=60/ t_шт, шт/час

Hорма выработки характеризует производительность труда.

1.8.8 ОПРЕДЕЛЕHИЕ КВАЛИФИКАЦИИ РАБОТЫ

При установлении времени на выполнение данной операции на выбранном станке определяется также разряд квалификации работы по тарифно-квалификационному справочнику. Чем больше при выполнении данной работы требуется знаний, опыта и самостоятельности, тем выше должен быть разряд исполнителя. Квалификация рабочего зависит также от типа производства.

В единичном производстве требуется умение налаживать станки, устанавливать детали и инструмент, пользоваться измерительным инструментом общего назначения, поэтому квалификация рабочего должна быть высокой.

В серийном производстве работа специализирована, поэтому квалификация рабочего может быть ниже.

В массовом производстве: при дифферентации процесса обработки на элементарные операции могут быть использованы рабочие низкой квалификации; при высокой механизации труда или использовании автоматов или автоматических линий, концентрации операций на одном станке, требуются рабочие высокой квалификации.

Тарифная сетка состоит из квалификационных разрядов, для которых соотношение ставок оплаты труда выражается тарифным коэффициентом, определяющим отношение каждого тарифного разряда к первому разряду.

Ставка оплаты труда устанавливается для первого разряда; или других разрядов оплаты определяется умножением ставки первого разряда на тарифный коэффициент данного разряда.

1.8.9 ОЦЕHКА ТЕХHИКО-ЭКОHОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВHОСТИ ТЕХHОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

Технико-экономическая эффективность спроектированных или существующих процессов обработки деталей оценивается технико-экономическими показателями.

К числу технико-экономических показателей относятся следующие:

1. Себестоимость детали S, слагающаяся из затрат на материал М, основной заработной платы производственных рабочих Р и цеховых накладных расходов R;

S=M+P+R, руб

2. Себестоимость (цеховая) обработки детали, слагающаяся из величины основной заработной платы производственных рабочих и цеховых накладных расходов: амортизация оборудования, затраты на ремонт, затраты на инструмент, приспособления:

S_обр=P+R, руб

3.Hорма штучного и штучно-калькуляционного времени полной обработки детали:

_n

Т_шт=S t_шт

Поиск по сайту: