Проектирование технологических процессов сборки. Последовательность разработки технологических процессов механической обработки Последовательность проектирования техпроцесса

КЛАССИФИКАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЙ

ПРОМЫШЛЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ТЕХНИЧЕСКИЙ ПРОГРЕСС

ВВЕДЕНИЕ

ПРОМЫШЛЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ИННОВАЦИИ

В настоящее время важнейшими проблемами народного хозяйства России являются: улучшение качественных характеристик производимой промышленной продукции, снижение ее себестоимости и повышение производительности труда, значительное расширение масштабов технического перевооружения действующих предприятий, оснащение их новой высокоэффективной техникой, внедрение прогрессивной технологии и современных методов управления.

Снижение материалоемкости, повышение эффективности использования материальных ресурсов, применение прогрессивных материалов – одна из наиболее актуальных задач промышленного производства. Создание и освоение новых материалов с высокими эксплуатационными характеристиками и стабильностью физико-механических свойств во времени позволит разработать принципиально новые образцы товаров широкого потребления и повышенного спроса, определяющих экономическое положение соответствующей отрасли и страны в целом..

Внедрение высокопроизводительного и прецизионного оборудования, качественно новых технологических процессов, базирующихся на инновационном принципе, – основной путь наращивания промышленных мощностей современного производства. Такое оборудование и процессы должны широко использоваться при изготовлении наукоемкой продукции, соответствующей лучшим мировым образцам и пользующейся повышенным спросом на мировом рынке.

Концепций и прогнозов, касающихся будущего России в ХХ1 веке, к его началу выдвинуто предостаточно. Подходы и мнения в них звучат самые разные. Некоторые из западных стран придерживаются точки зрения, которую высказал в одном из своих выступлений бывший премьер-министр Великобритании Джон Мейджор. Говоря о будущем России, он предрек ей роль кладовой ресурсов для нужд Запада, прибавив, что для этого хватит 40-50 миллионов населения. Если принять логику такого прогноза, то порожденная транснациональными корпорациями финансовая элита, которая, и правит миром, фактически уже сделала за Россию выбор – «кочегарка» и «прихожая». Но тогда этой самой элите придется приписать ряд довольно парадоксальных качеств – недальновидность, нерасчетливость, склонность к порождению очагов напряженности. Провоцируя нестабильность, уязвляя гордыню все еще ядерной державы, мировая финансовая элита, если таковая и существует, выглядит уж слишком отчаянной и злокозненной.

Альтернативный сценарий основан на так называемой стратегии экономического роста. В ее фундаменте – ставка на активизацию конкурентных преимуществ российской экономики. Их оказывается восемь:

1. Уровень образования совместно с ориентацией на коллективизм;

2. Природные ресурсы;

3. Территория и емкий внутренний рынок;

4. Дешевая и достаточно квалифицированная рабочая сила;

5. Научно-промышленный потенциал;

6. Научные школы и конкурентоспособные технологии;

7. Свободные производственные мощности,

8. Опыт экспорта высокотехнологичной продукции и производственная кооперация.

Для реализации всех этих преимуществ, разумеется, должна быть продумана система экономических и административных мер. Расчеты уже в среднесрочной перспективе обещают устойчивый экономический рост не менее чем на 7% в год, общее увеличение инвестиций – по меньшей мере на 15% в год, а в наукоемкую промышленность и новые технологии – до 30%. Инфляция также будет ограничена 30% в год…

Главные надежды многие специалисты прямо возлагают на реализацию научно-промышленного потенциала страны. У России, располагающей 12% ученых мира, собственно, и нет другой серьезной альтернативы. На сырье, даже имея 28% мировых запасов, приемлемого подъема экономики достигнуть невозможно. По прогнозам, его потребление к 2015 году возрастет всего в 2 раза, а мы уже сейчас по внутреннему валовому продукту на душу населения (ВВП) отстаем от развитых стран примерно в 10 раз. Зато объем мирового рынка наукоемкой продукции сегодня составляет 2 трлн. 500 млрд. долларов (доля России – 0,3%). К 2015 году он достигнет примерно 4 трлн. долл. Даже десятая часть этой суммы примерно на порядок превышает потенциальный российский нефте-газовый экспорт. С другой стороны, шансы раскрутить инновационный процесс в национальном масштабе, отпустив инфляцию до 30% в год, представляются проблематичными. Из мирового опыта известно (Аргентина), что это предельный уровень, выше которого инфляция становится главным препятствием экономического роста.

По всем основным показателям страна имеет ту же промышленную инфраструктуру, что и западные страны. И лишь по развитию технологической среды (системы обеспечения качества, стандарты, автоматизация разработок, компьютеризация производства и т.д.) мы очень сильно от них отстаем. Уровень развития технологической инфраструктуры – это и есть своего рода водораздел между индустриальными и постиндустриальными странами. Его-то и надлежит России преодолеть.

Насколько серьезно мы отстаем в данном отношении? Цифры говорят сами за себя. В 2008 г. каждый занятый в российской экономике вносил в ВВП страны вклад в размере 16,1 тысячи долларов. Сравним: в ЮАР этот показатель составлял 38,1 тысячи, во Франции – 59,4 тыс., в США – 74,6 тыс., в Люксембурге – 110 тысяч. Почему так происходит? Откуда такая разница? С одной стороны, в развитых странах предприятия производят более качественную и сложную продукцию, чем в России. Она продается дороже и содержит намного большую добавленную стоимость. С другой стороны, намного более совершенное техническое вооружение западных предприятий обеспечивает большую эффективность труда и позволяет выпускать большее количество готовой продукции.

Для примера возьмем две автомобильные компании, в которых занято равное число работников: АвтоВАЗ – 106 тыс. человек и BMW – 107 тыс. АвтоВАЗ выпускает в год в среднем 734 тысячи автомобилей общей стоимостью 6,1 млрд долларов, BMW – 1,54 млн машин на 78,9 млрд. То есть в «натуральном» выражении производительность на АвтоВАЗе меньше в 2 раза, а в стоимостном – более чем в 13 раз.

Анализ мирового рынка показывает: производство наукоемкой продукции обеспечивают всего порядка 50 макротехнологий (макротехнология представляет собой совокупность знаний и производственных возможностей для выпуска на мировой рынок конкретных изделий – самолетов, реакторов, судов, материалов, компьютерных программ и т.п.). Семь наиболее развитых стран, обладая 46 макротехнологиями, держат 80% этого рынка. США ежегодно получают от экспорта наукоемкой продукции около 700 млрд. долл., Германия – 530, Япония –400. По 16 макротехнологиям прогноз на перспективу уже сделан (см. таблицу).

Рынок макротехнологий (в млрд.долл.)

2010 г. 2015 г.

Авиационные технологии 18-22 28

Космические технологии 4 8

Ядерные технологии 6 10

Судостроение 4 10

Автомобилестроение 2 6-8

Транспортное машиностроение 4 8-12

Химическое машиностроение 3 8-10

Спецметаллургия. Спецхимия.

Новые материалы 12 14-18

Технология нефтедобычи и переработки 8 14-22

Технология газодобычи и транспортировки 7 21-28

Энергетическое машиностроение 4 12-14

Технология промышленного

оборудования. Станкостроение 3 8-10

Микро- и радиоэлектронные технологии 4 7-9

Компьютерные и информационные

технологии 4,6 7,8

Коммуникация, связь 3,8 12

Биотехнологии 6 10

Всего 94-98 144-180

На мировом рынке происходит жесточайшая конкуренция. Так, за последние 7-10 лет США потеряли 8 макротехнологий и, соответственно, их рынки. В результате получили дефицит платежеспособного спроса в 200 млрд. долл. Причина этого в том, что примерно 15 лет назад европейцы сформировали общую программу с целью отвоевать часть рынка у США и Японии. Под нее были перестроены технологии, проведены фундаментальные исследования, реструктурирована промышленность.

Сейчас аналогичную целевую атаку предпринимает европейский авиационный консорциум. Его эксперты определили возможность отвоевать 25% рынка тяжелых самолетов (300 млрд. долл.). Была сформирована соответствующая международная программа. Даже конкурентов-американцев в нее вовлекли, скупая их фирмы. России предложили создать совместный научный центр, заключили контракты с нашими заводами. В целом 20% от всего объема программы стали российскими. Словом, история этого крупнейшего транснационального проекта четко свидетельствует: при распределении заказов решающей, прежде всего, оказывается деловая целесообразность.

По оценке наших специалистов за рынок 10-15 макротехнологий из тех 50, что определяют потенциал развитых стран, Россия вполне способна побороться. Выбор макротехнологических приоритетов в нашей стране должен осуществляться на совершенно новом для нас принципе. Поддержка десятков приоритетных научно-технических программ по всему фронту мыслимых исследований совершенно бесперспективна. Этого сегодня не может себе позволить даже самая богатая страна. Для присвоения той или иной макротехнологии статуса приоритетной для нашей страны предлагается сопостовлять затраты на формирование по ней базы знаний (полной или достаточной) и возможный эффект от реализации конкурентной продукции, созданной на ее основе.

По каждой приоритетной макротехнологии формируются федеральные целевые программы. Заказы по ним правительство на конкурсной основе размещает в институтах и КБ. В результате промышленность получает связанный комплекс заданий по конструированию цельных технологических систем. (Кстати, по аналогичной схеме Россия, приняв лет 15 назад целевую программу «Истребитель-90-х», завоевала рынок объемом в 5 млрд.долл., подобная же аналогия напрашивается, если вспомнить программу по созданию ракетно-космической техники). Создается конкурентная, гармонизированная с мировыми стандартами технологическая среда. А поскольку все целевые программы заведомо ориентированы на конечную продукцию мирового уровня, их привлекательность для западных и российских инвесторов и кредиторов будет достаточно высока. Роль государства – гарантировать кредиты риска.

Для России сейчас, как никогда, актуальна интеграция в мировой рынок наукоемкой технологии. В стране почти отсутствует платежеспособный спрос на часть наукоемкой продукции, что приводит к застою и старению наиболее передовой технологической базы (авиация, космонавтика, электроника, информатика, связь и т.п.). Согласно прогнозам, объем экспорта по приоритетным макротехнологиям уже в первом двадцатилетии ХХ1 века позволит в 2-3 раза повысить платежеспособность населения и обеспечить спрос на наукоемкую продукцию на внутреннем рынке. Это послужит стимулом дальнейшего экономического роста.

Концепция национальных макротехнологических приоритетов встречена с интересом не только в среде специалистов, но и в правительстве. Это позволяет надеяться, что в ХХ1 веке мы все еще сами в состоянии сделать достойный выбор – не в пользу «кочегарки» и «прихожей».

В современной технической (и не только) литературе широко используются различные варианты понятия "технология". Целесообразно как-то систематизировать эти определения.

Технология (Тechnology) – в дословном переводе наука о мастерстве.

Существует ряд отечественных определений, из которых приведем только энциклопедические:

1. Наука или совокупность сведений о методах переработки сырья, материалов, полуфабрикатов, комплектующих, теперь и программных средств в изделия, отвечающие заданным требованиям с точки зрения их технического назначения и качества.

2. Совокупность средств, процессов, операций, методов, с помощью которых входящие в производство элементы преобразуются в выходящие; она охватывает машины, механизмы, навыки и знания.

Зарубежное (западное) определение: применение (употребление) чего либо в индустрии, коммерции, медицине и других областях.

Прогрессивная технология . Технология более высокой ступени развития (по сравнению с существующей), которая является результатом внедрения процессных инноваций. Эта категория включает технологии, базирующиеся на заимствованном передовом опыте, когда внедряются новые или усовершенствованные методы производства изделий, в т.ч. реализованные ранее в производственной практике в смежных областях одного предприятия, других предприятий и других стран и распространяемые путем технологического обмена (беспатентные лицензии, ноу-хау, инжиниринг и т.п.).

Наукоемкая технология . Технология, основанная на новых или значительно усовершенствованных методах производства. Новой технологии соответствует понятие радикальной продуктовой инновации, а усовершенствованной – инкрементальной продуктовой инновации.

Наукоемкие технологии – это технологии, ориентированные на выпуск продукции, выполнение работ и услуг с использованием последних достижений науки и техники, когда получаемая продукция соответствует по своим экономическим и эксплуатационным свойствам лучшим мировым образцам и вполне удовлетворяет новые потребности общества по сравнению с ранее выпускавшейся аналогичного назначения. Создание таких технологий включает проведение обеспечивающих научных исследований и разработок, что приводит к дополнительным затратам средств и необходимости привлечения к работам научного потенциала и персонала. Наукоемкость – показатель, отражающий пропорцию между научно-технической деятельностью и производством в виде величины затрат на науку, приходящихся на единицу продукции. Она может быть представлена соотношением числа занятых научной деятельностью и всеми занятыми в производстве (на предприятии, в отрасли и т.д.).

Высокая технология (High Technology). Технология, базирующаяся на создании новых свойств изделий путем воздействия на материалы на межмолекулярном, межатомном, внутриатомном и т.п. уровнях. Примерами таких воздействий может быть использование энергии ядерного излучения (полимеризация высокомолекулярных соединений), космического излучения (получение сверхчистых материалов), лазерная, плазменная, ультразвуковая и т.п. виды обработки.

Критическая технология . Технология, разработка которой обусловлена критической ситуацией, вызванной необходимостью срочного выпуска продукции в условиях ограниченного времени и ограниченных материальных ресурсов. Технология, далекая от оптимальной, когда главенствующим является не себестоимость изделий, а необходимость их изготовления к определенному календарному сроку.

Разработка технологических процессов (ТП) входит основным разделом в этап «жизненного цикла изделия», связанный с технологической подготовкой производства, и выполняется на основе принципов "Единой системы технологической подготовки производства" (ГОСТ 14.001-83). ТП может разрабатываться с использованием имеющегося типового или группового ТП. При отсутствии таковых ТП разрабатывается как единичный, с учетом ранее принятых прогрессивных решений в действующих единичных ТП - аналогах.

Базовой исходной информацией для проектирования ТП служат: рабочие чертежи изделия в электронном виде или в твердой копии, технические требования, объем годового выпуска изделий, наличие оборудования и оснастки.

В машиностроении изделием называют предмет производства, подлежащий изготовлению. В качестве изделия может выступать машина, устройство, механизм, инструмент и т.п. В качестве составных частей изделия приняты сборочная единица и деталь. Сборочная единица – это часть изделия, составные элементы которой подлежат соединению на предприятии обособлено от других элементов изделия. Сборочная единица в зависимости от конструкции может состоять либо из отдельных деталей, либо включать сборочные единицы более высоких порядков и детали. Различают сборочные единицы первого, второго и более высоких порядков. Сборочная единица первого порядка входят непосредственно в изделие. Она состоит либо из отдельных деталей, либо из одной или нескольких сборочных единиц второго порядка и деталей. Сборочная единица второго порядка расчленяется на детали или сборочные единицы третьего порядка и детали и т.д. Сборочная единица наивысшего порядка расчленяется только на детали. Рассмотренное деление изделия на составные части производится по технологическому признаку.

Деталь – это изделие, изготавливаемое из однородного по наименованию и марке материала без применения сборочных операций. Характерный признак детали – отсутствие в ней разъемных и неразъемных соединений. Деталь представляет собой комплекс взаимосвязанных поверхностей, выполняющих различные функции при эксплуатации машины.

Производственный процесс – это совокупность всех действий людей и орудий труда, необходимых на данном предприятии для изготовления и ремонта продукции. Например, производственный процесс изготовления машины включает не только изготовление деталей и их сборку, но и добычу руды, ее транспортирование, превращение в металл, получение заготовок из металла. В машиностроении производственный процесс представляет собой часть общего производственного процесса и состоит из трех этапов: получение заготовки, преобразование заготовки в деталь, сборка изделия. В зависимости от конкретных условий перечисленные три этапа можно осуществлять на разных предприятиях, в разных цехах одного предприятия и даже в одном цехе.

Технологический процесс – часть производственного процесса, содержащая целенаправленные действия по изменению и (или) определению состояния предмета труда. Под изменением состояния предмета труда понимается изменение его физических, химических, механических свойств, геометрии, внешнего вида. Кроме того, в технологический процесс включены дополнительные действия, непосредственно связанные или сопутствующие качественному изменению объекта производства; к ним относят контроль качества, транспортирование и др. Для осуществления технологического процесса необходима совокупность орудий производства, называемых средствами технологического оснащения, и рабочее место.

Технологическое оборудование – это средство технологического оснащения, в котором для выполнения определенной части технологического процесса размещают материалы или заготовки, средства воздействия на них, а также технологическую оснастку.. К ним относят, например, литейные машины, прессы, станки, испытательные стенды и т.п.

Технологическая оснастка – это средство технологического оснащения, дополняющее технологическое оборудование для выполнения определенной части технологического процесса. К ним относятся: режущий инструмент, приспособления, измерительные средства.

Технологическое оборудование совместно с технологической оснасткой, а в некоторых случаях и манипулятором, принято называть технологической системой. Этим понятием подчеркивается, что результат технологического процесса зависит не только от оборудования, но и в не меньшей степени от приспособления, инструмента, заготовки.

Заготовкой называется предмет труда, из которого изменением формы, размеров, свойств поверхности или материала изготавливают деталь. Заготовку перед первой технологической операцией называют исходной заготовкой.

Рабочее место представляет собой элементарную единицу структуры предприятия, где размещены исполнители работы и обслуживаемое технологическое оборудование, подъемно-транспортные средства, технологическая оснастка и предметы труда.

По организационным, технологическим и экономическим причинам технологический процесс подразделяется на части, которые принято называть операциями.

Технологической операцией называется часть технологического процесса, выполняемая на одном рабочем месте. Операция охватывает все действия оборудования и рабочих над одним или несколькими объектами производства. При обработке на станках операция включает все действия рабочего, управляющего технологической системой, установку и снятие предмета труда, а также движения рабочих органов технологической системы. Число операций в технологическом процессе может изменяться от одной (изготовление детали на прутковом автомате, изготовление корпусной детали на многооперационном станке) до многих десятков (изготовление турбинных лопаток, сложных корпусных деталей). Формируют операцию, главным образом, по организационному принципу, так как она является основным элементом производственного планирования и учета.

В свою очередь, технологическая операция также состоит из ряда элементов: технологических и вспомогательных переходов, установа, позиций, рабочего хода.

Технологический переход – законченная часть технологической операции, выполняемая одними и теми же средствами технологического оснащения при постоянных технических режимах и установке. Вспомогательный переход – это законченная часть технологической операции, состоящая из действий человека и (или) оборудования, которые не сопровождаются изменением свойств предмета труда, но необходимы для выполнения технологического перехода (например, установка заготовки, смена инструмента и т.п.). Переход можно выполнять в один или несколько рабочих ходов.

Рабочий ход – это законченная часть технологического перехода, состоящая из однократного перемещения инструмента относительно заготовки, сопровождаемая изменением формы, размеров, качества поверхности и свойств заготовки. При обработке заготовки со съмом слоя материала используется термин «припуск».

Припуском называется слой материала, удаляемый с поверхности заготовки в целях достижения заданных свойств изготавливаемой поверхности. Слой материала, удаляемый с одной поверхности готовой детали в результате выполнения всех технологических переходов, называется общим припуском на обработку этой поверхности.

Этап жизненного цикла изделия (ЖЦИ), связанный с технологической подготовкой производства, предусматривает:

Проектирование рациональной заготовки;

Разработку маршрутной технологии изготовления и сборки изделий с выбором или проектированием исходных заготовок и необходимого технологического оборудования;

Разработку операционной технологии изготовления и сборки изделий с выбором или проектированием средств технологического оснащения (СТО);

Разработку технологической документации в соответствии с ЕСТД;

Генерацию УП для оборудования с ЧПУ;

Выбор или проектирование средств механизации и/или автоматизации технологических процессов (ТП);

Разработку планировочных решений по размещению технологического оборудования на предусматриваемой территории;

Ведение архива технологической документации;

Оформление изменений в технологической документации, связанных с конструкторскими доработками или совершенствованием ТП.

Заготовка выбирается или проектируется, исходя из соображений, оптимизации всего технологического процесса (ТП), включая заготовительный этап и последующую обработку. При необходимости проводится технико-экономическое обоснование. Проектирует заготовку технолог механического цеха, а ее изготовление осуществляется по технологии заготовительного подразделения предприятия или смежника.

При проектировании заготовки ее размеры определяются по результатам расчета т.н. межоперационных припусков. Припуск – слой материала, удаляемый с поверхности заготовки в целях достижения заданных свойств обрабатываемой поверхности детали. Различают общий припуск и промежуточные припуски по всем последовательно выполняемым технологическим переходам и операциям обработки данной поверхности детали. Общий припуск на какую либо поверхность представляет собой сумму промежуточных припусков на ту же поверхность. Промежуточные припуски необходимы для определения промежуточных (по технологическим переходам и операциям) размеров деталей, общий – для определения размеров заготовок. В практике используются расчетно-аналитический и опытно-статистический методы расчета припусков.

Технология в любой области человеческой деятельности – это отрасль науки, занимающаяся исследованием закономерностей технологических процессов изготовления изделий, с целью использования результатов изучения для обеспечения требуемого качества и количества изделий с наивысшими технико-экономическими показателями. Наука о технологии – это не просто сумма каких-то знаний о технологических процессах, а система строго сформулированных положений о явлениях и их глубинных связях, выраженных посредством особых понятий. С другой стороны, наука о технологии, как и любая отрасль знания, - это результат практической деятельности человека; она подчинена целям развития общественной практики и способна служить теоретической основой.

Объектом технологии является технологический процесс, а предметом – установление и исследование внешних и внутренних связей, закономерностей технологического процесса. Только на основе их глубокого изучения возможно построение прогрессивных технологических процессов, базирующихся на инновационном принципе, обеспечивающих изготовление изделий высокого качества с малыми затратами.

Современная технология развивается по следующим основным направлениям: создание новых материалов; разработка новых технологических принципов, методов, процессов, оборудования; механизация и автоматизация технологических процессов, устраняющая непосредственное участие в них человека. Если осуществление технологического процесса порождает необходимость изготовления орудий труда, являясь причиной их появления, то развитие и совершенствование орудий труда в свою очередь стимулирует совершенствование самого процесса. Становление технологии как научной дисциплины затруднено огромным разнообразием объектов производства (от миниатюрных приборов до атомных электростанций, от простейших изделий типа молотка до сложнейших машин – таких, как космический корабль), бесчисленным множеством методов изготовления и оборудования для их осуществления. Этим обусловлено большое количество классификаций технологий по различным признакам. Приведем только некоторые.

Технологические процессы по функциональному составу подразделяются на заготовительные процессы для получения заготовок, процессы обработки заготовок для получения деталей и сборочные процессы.

Для качественного функционирования заготовительного производства очень важен современный подход к проектированию заготовки с точки зрения оптимизации себестоимости ее изготовления с учетом объема последующей обработки и коэффициента использования материала. Необходимо также учитывать и объемы выпуска продукции, ибо от этого в существенной степени зависит подход к построению технологического процесса. Сокращение расхода металлов и других конструкционных материалов достигается путем их более эффективного использования, применения при проектировании новых изделий прогрессивных решений, а также совершенствования методов обработки материалов.

Значительное сокращение расхода материалов может быть достигнуто при переходе на принципиально новые технологические процессы изготовления заготовок, размеры которых максимально приближаются к размерам готовых деталей. Сокращение припусков на механическую обработку в свою очередь связано с повышением точности заготовок и уменьшением толщины дефектного поверхностного слоя. Технология малоотходного производства способствует также интенсификации механической обработки, так как в ряде случаев могут быть исключены черновые операции (точение, зубофрезерование и другие), которые с успехом заменяются силовым шлифованием или иной чистовой обработкой с высокими режимами резания.

По мере усложнения конфигурации заготовки, уменьшения припусков, повышения точности размеров и параметров расположения поверхностей усложняется и удорожается технологическая оснастка заготовительного цеха и возрастает себестоимость заготовки, но при этом снижается трудоемкость и себестоимость последующей механической обработки заготовки, повышается коэффициент использования материала. Заготовки простой конфигурации дешевле, так как не требуют при изготовлении сложной и дорогой технологической оснастки, однако такие заготовки требуют последующей трудоемкой обработки и повышенного расхода материала.

Главным при выборе заготовки является обеспечение заданного качества готовой детали при ее минимальной себестоимости. Себестоимость детали определяется суммированием себестоимости заготовки по калькуляции заготовительного цеха и себестоимости ее последующей обработки до достижения заданных требований качества по чертежу. Выбор заготовки связан с конкретным технико-экономическим расчетом себестоимости готовой детали, выполняемым для заданного объема годового выпуска с учетом других условий производства.

К числу основных технологических процессов малоотходного производства заготовок, как известно из курса «Технология конструкционных материалов» относятся: прогрессивные методы изготовления литых заготовок из металлов и пластмасс; методы получения заготовок горячим и холодным пластическим деформированием, включая в себя процессы изготовления заготовок без использования прессового оборудования (взрывом, электроимпульсная), холодной высадки и калибровки для исключения последующей механической обработки и т.д.; методы работы с любыми листовыми материалами (металлы, ткани, кожа, пластмассы и т.п.) путем вырубки или раскроя с использованием прогрессивных методов (газопламенного, плазменного, лазерного); современные методы и оборудование для резки материалов, включая электроконтактную, позволяющую значительно повысить производительность при работе с трудно обрабатываемыми материалами. Для заготовок из металло- и минералокерамики получили распространение методы и оборудование порошковой металлургии.

Основу технологических процессов изготовления деталей составляют формообразующие методы, методы изменения физико-механических свойств материала, методы воздействия на качество поверхностного слоя (методы покрытия, отделки, окраски и др.). Формообразующие методы в свою очередь делятся на методы со съемом материала и без съема материала. Первые подразделяются на методы обработки резанием (точение, строгание, сверление, зенкерование, развертывание, фрезерование, протягивание и др.), методы абразивной обработки (шлифование, хонингование, полирование и др.), электрофизические и электрохимические методы.

К методам без съема материала относятся методы пластического деформирования; к методам изменения физико-механических свойств материала относятся различные виды термической обработки, химико-термические процессы.

Технологический процесс сборки содержит действия по установке и образованию соединений деталей, сборочных единиц в изделие. При этом учитывается технически и экономически целесообразная последовательность получения изделия. Качество сборочной единицы характеризуется точностью относительного движения или расположения деталей в сборочной единице, силовым замыканием, натягом в неподвижных соединениях, зазором в подвижных соединениях, качеством прилегания поверхностей и другими.

Под сборочной операцией понимается процесс непосредственного формирования сборочной единицы. Он, как правило, включает ориентацию, соединение, регулировку и закрепление (фиксацию) деталей и сборочных единиц. Сборку соединений условно можно разделить на сборку с натягом и без натяга. Сборка с натягом осуществляется или методом пластического деформирования, или тепловым методом. В свою очередь тепловой метод реализуется посредством нагрева охватывающей детали и (или) охлаждения охватываемой детали.

По масштабу выпуска продукции современное промышленное производство и, в частности машиностроение, условно делится на три типа: единичное, серийное и массовое. Формирование операций для этих типов производств осуществляется по-разному в зависимости от характера, вида и формы организации сборочного процесса.

Единичное производство характеризуется малым объемом выпуска одинаковых изделий, повторное изготовление и ремонт которых, как правило, не предусматривается. Изделия выпускаются широкой номенклатуры в относительно малых количествах, зачастую индивидуально, и либо совсем не повторяются, либо повторяются через неопределенные промежутки времени. Продукция единичного производства – изделия, не имеющие широкого применения и изготавливаемые по индивидуальным заказам, предусматривающим выполнение специальных требований (опытные образцы машин в различных отраслях машиностроения, крупные гидротурбины, уникальные металлорежущие станки, прокатные станы и т.д.).

В условиях единичного и мелкосерийного производства деление на операции осуществляется, как правило, по собираемым сборочным единицам из расчета того, что каждая машина состоит из ряда сборочных единиц: узлов, подузлов, комплектов и отдельных деталей. Такое деление изделий машиностроения на сборочные единицы необходимо для облегчения сборки и позволяет создавать машины по агрегатному принципу. Большое значение имеет унификация сборочных единиц, т.к. она позволяет сократить число специальных сборочных единиц и тем самым способствует уменьшению затрат. Деление на отдельные сборочные единицы позволяет осуществлять их изготовление и регулирование одновременно, независимо одна от другой и, следовательно, сокращать сроки изготовления машины. При этом желательно, чтобы каждая сборочная единица содержала бы как можно меньшее число деталей.

Серийное производство характеризуется изготовлением или ремонтом изделий периодически повторяющимися партиями. Серийное производство делится на мелкосерийное, среднесерийное и крупносерийное. Одним из показателей принадлежности того или иного производства к определенному типу является т.н. коэффициент закрепления операций за одним рабочим местом. Для мелкосерийного производства коэффициент колеблется от 20 до 10, для среднесерийного соответственно от 20 до 10, для крупносерийного – от 1 до 10.

Массовое производство характеризуется небольшой номенклатурой, большим объемом выпуска изделий, непрерывным изготовлением или ремонтом изделий продолжительное время, в течение которого на большинстве рабочих мест выполняется одна, постоянно повторяющаяся операция. В условиях массового и крупносерийного производства формирование переходов в операции производится в соответствии с необходимой последовательностью выполнения установки и закрепления деталей и других сборочных единиц в собираемый объект так, чтобы общие затраты времени на операцию были близки или кратны такту выпуска изделий. При возможности изменения в последовательности установки и закреплении сборочных единиц переходы в операции формируются таким образом, чтобы одинаковые по характеру и квалификации работы выполнял один рабочий. Это позволяет увеличивать производительность, так как совершенствуются навыки рабочего, и уменьшать потребности в оборудовании и рабочем инструменте.

В массовом и крупносерийном производствах используется специальное и специализированное оборудование, перенастройка которого на новый (не известный в момент проектирования оборудования) вид продукции невозможна или связана со значительными затратами. В средне- и мелкосерийном производстве основная доля парка оборудования до сих пор приходится на станки с ручным управлением, резервы повышения производительности которых в основном исчерпаны. Поэтому увеличение объема этого вида производства требует пропорционального роста числа квалифицированных рабочих, нехватка которых остро ощущается уже при существующих объемах выпуска продукции. В результате в промышленности возникли две встречные задачи: обеспечение гибкости крупносерийного и повышение производительности средне- и мелкосерийного производств. Производительность (производственную мощность) можно определить как число изделий, изготавливаемых в производственной системе за некоторый интервал времени, обычно за год.

Ярко выраженное массовое производство характеризуется одной и той же постоянно повторяющейся операцией на протяжении определенного отрезка календарного времени, т.е. для такого производства коэффициент закрепления операций равен единице. Соответственно чем выше этот коэффициент, тем ниже серийность, т.е., скажем, для единичного производства он может достигать многих десятков или сотен.

Если рассматривать в комплексе современное промышленное предприятие, то можно отметить, что в нем сконцентрированы технологии основного и вспомогательного производства и сопутствующие процессы. Основное производство занимается непосредственным изменением качественного состояния предметов труда. В результате могут происходить изменения свойств предметов труда: могут изменяться физические, химические, механические свойства материалов и полуфабрикатов, размеры и форма предметов труда, качество поверхностного слоя, внешний вид и др. Для качественного преобразования предметов труда необходимы затраты энергии, времени и материальных средств. При этом технологический процесс или его части могут осуществляться при непосредственном участии человека или без него.

Вспомогательное производство характеризуется процессами, которые необходимы для осуществления процессов основного производства. Как известно, операции технологического процесса осуществляются на технологическом оборудовании с использованием средств технологического оснащения. Технологическое оборудование нужно поддерживать в рабочем состоянии и обеспечить определенные выходные характеристики. Поэтому на большинстве промышленных предприятий организуется служба главного механика, занимающаяся профилактическим и капитальным ремонтом технологического оборудования. Технологическую оснастку (приспособления, обрабатывающий и измерительный инструменты) наиболее целесообразно закупать на стороне, но если по основному технологическому процесс требуется специальная оснастка, ее приходится изготавливать в инструментальных подразделениях предприятия. То же касается и переточки затупившегося обрабатывающего инструмента. Служба главного энергетика занимается бесперебойным снабжением основного производства энергией. Служба снабжения занимается обеспечением основного и вспомогательного производства всеми необходимыми комплектующими и материалами.

Сопутствующие процессы. Во время основного и вспомогательного процессов, как правило, имеют место процессы трения, выделения тепловой энергии и нагрева элементов технологической системы, вибрации, химической реакции; все они могут как положительно, так и отрицательно влиять на результаты технологического процесса. Сопутствующие процессы – это объективно действующие процессы независимо от нашего желания, поэтому приходится принимать различные меры по уменьшению их вредного влияния.

Разработка технологического процесса включает следующие этапы:

1) ознакомление со служебным назначением изделия;

2) изучение и критический анализ технических требований и раз­личных норм (точности, производительности, КПД, расхода горючего), определяющих служебное назначение изделия;

3) ознакомление с намечаемым количественным выпуском изделия в единицу времени и общим количеством выпуска по неизменяемым чер­тежам;

4) изучение рабочих чертежей изделия и их критический анализ с точки зрения возможности выполнения изделием его служебного назна­чения, намечаемых конструктором способов получения точности, тре­буемой служебным назначением, выявления и исправления допущенных ошибок;

5) разработка технологического процесса последовательности об­щей сборки изделия, обеспечивающего возможность выполнения им служебного назначения, и выявление требований технологии общей сборки к конструкции изделия, сборочным единицам и деталям;

6) анализ служебного назначения сборочных единиц и разработка последовательности технологического процесса сборки сборочных еди­ниц, их регулировки и испытания; выявление требований технологии сборки к деталям, составляющим сборочные единицы, и к конструкции сборочных единиц;

7) изучение служебного назначения деталей, критический анализ технических требований и требований к деталям со стороны технологии, выявление требований к конструкции деталей;

8) выбор наиболее экономичного технологического процесса полу­чения заготовок с учетом требований служебного назначения деталей и намечаемого количественного выпуска в единицу времени и по неизме­няемым чертежам;

9) разработка наиболее экономичного технологического процесса изготовления деталей при намеченном количестве выпуска в единицу времени и по неизменяемым чертежам; внесение коррективов в техноло­гические процессы и, если необходимо, в конструкцию деталей;

10) планировка оборудования и рабочих мест, подсчет загрузки и внесение необходимых корректив в технологический процесс;

11) проектирование и изготовление инструмента, технологической оснастки и ; опробование их и внедрение в производство;

12) внесение в технологический процесс всех корректив для исправ­ления ошибок и недочетов, обнаруженных во время внедрения техноло­гических процессов в производство.

Изучение служебного назначения изделия. Перед началом разра­ботки технологического процесса технологу необходимо детально изу­чить и понять служебное назначение изделия, намечаемого к изготовле­нию. Изучение формулировки служебного назначения изделия должно сопровождаться его критическим анализом с целью установления - на­сколько полно отражена задача, под решение которой создается изделие.

Первоначально служебное назначение изделия формулируется за­казчиком при разработке технологического процесса изготовления про­дукции с помощью этого изделия и уточняется при оформлении заказа на проектирование изделия. Для конструктора формулировка служебного назначения изделия является исходным документом, который впоследст­вии прилагается к чертежам изделия. Со стороны технолога, приступаю­щего к разработке технологии изготовления изделия и являющегося ли­цом, ответственным за сдачу готового изделия заказчику, помимо изуче­ния требуется критическая оценка формулировки служебного назначения изделия.

Необходимость в критической оценке объясняется важностью того обстоятельства, что задачи, которые должны быть решены с помощью создаваемого изделия, должны быть определены правильно. Если ошиб­ки или неточности, допущенные при конструировании и изготовлении изделия еще как-то могут быть устранены, то ошибки в определении служебного назначения в его основном замысле не поддаются исправле­нию и нередко ведут к неполноценности или негодности конструкции. На практике нередки случаи, когда уточнения служебного назначения изде­лия на стадии проектирования технологического процесса требовали зна­чительных конструктивных доработок, что способствовало повышению качества изделия.

Анализ технических требований и норм точности. Технические требования и нормы точности являются результатом преобразования ка­чественных и количественных показателей служебного назначения изде­лия в показатели размерных связей его исполнительных поверхностей. Так как технические требования и нормы точности являются отражением служебного назначения изделия, то. приступая к разработке технологиче­ского процесса, необходимо глубоко понимать смысл тех требований, которые предъявляются к качеству изготовляемого изделия, и иметь уве­ренность в том, что они разработаны правильно.

Разработка технических требований и норм точности на создаваемое изделие является сложной задачей. Нередки случаи, когда конструкторы задают технические требования в неявном виде. Технологам в таких слу­чаях приходится уточнять и даже дополнять недостающие технические требования или переводить на язык цифр условия, заданные лишь на ка­чественном уровне.

Анализ соответствия технических требований и норм точности слу­жебному назначению изделия основывается: на теоретических исследо­ваниях физической сущности явлений, сопутствующих работе изделия: на проведении экспериментов на опытных образцах, макетах или первых экземплярах изделия; на изучении опыта эксплуатации изделия анало­гичного типа; на основании опыта, которым обладает технолог, выпол­няющий анализ.

Сформулированные технологом предложения по уточнению как служебного назначения, так и технических требований должны быть до­ведены до сведения конструктора и заказчика.

Анализ соответствия норм точности и технических требований слу­жебному назначению изделия, так же, как и разработка их при конструи­ровании, предполагает решение прямой задачи. Только переходя от слу­жебного назначения изделия к техническим требованиям и нормам точ­ности, можно понять логику их разработки и установить правильность и достаточность. Поэтому технолог, как и конструктор, должен владеть методом разработки норм точности и технических требований к изделию.

Исходными данными для установления норм точности изделия мо­гут являться требования к качеству продукции, которую должно произ­водить изделие, производительности и долговечности изделия и др. В конечном счете соблюдение этих требований зависит от точности фор­мы, размеров, относительного положения и движения исполнительных поверхностей изделия, т. е. от точности размерных и кинематических свя­зей исполнительных поверхностей.

Намечаемый выпуск изделий. Перед разработкой технологическо­го процесса изготовления изделия необходимо знать: 1) намечаемый вы­пуск изделий в единицу времени (в год, квартал, месяц); 2) общее коли­чество изделий, намечаемых к изготовлению по неизменяемым чертежам, или календарный промежуток времени, в течение которого намечается выпуск изделий по данным чертежам.

Эти данные требуются для выбора наиболее экономичных вариан­тов технологических процессов, видов оборудования, инструмента, объ­ектов технологической оснастки, организации технологического процес­са, степени его механизации и автоматизации.

В процессе разработки технологического процесса нередко прихо­дится несколько изменять намечаемый выпуск изделий в единицу време­ни в ту или иную сторону. Объясняется это тем, что при намеченном вы­пуске часть оборудования может остаться недоиспользованной вследст­вие его некомплектности, что снижает основные технико-экономические показатели.

Исходными данными для проектирования технологического процесса являются:

а) рабочий чертеж обрабатываемой заготовки совсеми необходимыми техническими условиями;

б) чертеж сборочной единицы, в которую входит обрабатываемая заготовка;

в) производственная программа выпуска деталей;

г) данные об оборудовании в виде паспортов станков и плана их расположения в цехе и каталог выпускаемого оборудования.

Кроме того, необходимо иметь справочные материалы: нормативы операционных припусков и допусков, каталоги режущего, измерительного и вспомогательного инструментов, стандарты сортамента материалов, нормативы режимов резания, нормативы вспомогательного, подготовительно-заключительного времени и времени обслуживания рабочего места. Большая программа позволяет применить высокопроизводительное оборудование, многошпиндельные и агрегатные станки, полуавтоматы и автоматы, автоматизировать процессы,

Технологический процесс разрабатывают в определенной последовательности (ГОСТ 14.301-73).

1. Определяют тип производства такт выпуска или размер партии, вид заготовки.

2. Устанавливают рациональную последовательность обработки - технологический маршрут.

3. Выбирают станки для отдельных операций.

4. Определяют способ установки (базирование) и закрепления заготовки на каждой операции и уточняют порядок операций.

5. Операцию разбивают на переходы и ходы, устанавливают межоперационные припуски и допуски.

6. Определяют размеры заготовки.

7. Выбирают приспособления и намечают принципиальные схемы специальных приспособлений.

8. Подбирают тип и размер инструмента и разрабатывают конструктивные эскизы специальных инструментов.

9. Устанавливают режимы резания для всехпереходов.

10.. Осуществляют техническое нормирование и устанавливают профессию и разряд работы.

11. Производят сравнительные экономические расчеты, если намечено несколько возможных вариантов обработки.

12. Оформляют документацию технологических процессов механической обработки.

13. Разрабатывают организацию производственных участков, включая их планировку и внутрицеховой транспорт.

Разработка технологических процессов является одним из важнейших этапов подготовки производства, так как от нее в значительной степени зависят качество продукции, трудоемкость и экономичность производства, а также быстрота освоения производства. При разработке технологических процессов следует стремиться к сокращению числа операций, так как это уменьшает потребность в станках, рабочих, производственной площади, межоперационной транспортировке и понижает себестоимость изготовления детали. Производительность операции повышают, уменьшая число переходов путем применения многошпиндельных наладок; минимальное число ходов снижает основное время вследствие использования точных заготовок.

1.8.2. Концентрация и дифференциация операций

Проектирование технологических процессов обработки резанием можно осуществлять методами концентрации и дифференциации. Первый метод характеризуется объединением нескольких технологических переходов в одну сложную операцию, выполняемую на одном станке. Концентрация операций ведется двумя способами: одновременной обработкой нескольких поверхностей набором инструментов, например обработка на многорезцовом токарном или на многошпиндельном сверлильном станках, и последовательной обработкой нескольких поверхностей на одном станке, например на револьверном. Концентрация операций сокращает трудоемкость обработки, уменьшает число станков и производственную площадь, но одновременно увеличивает потребность в высококвалифицированных наладчиках и требует применения более сложных станков. Применение многоинструментных станков экономично при большом выпуске деталей.

Метод дифференциации операций характеризуется расчленением технологического процесса обработки резанием на простые операции, выполняемые на большом числе простых станков (применяют при крупносерийном производстве при недостатке специального оборудования и отсутствии квалифицированных рабочих). Этот метод позволяет быстро перевести работу цеха или отделения на производство нового или измененного объекта, так как перенастройка простых станков проще, чем перенастройка сложных станков с большой концентрацией отдельных технологических переходов. Не следует считать дифференциацией разделение процесса на несколько операций, вызванное требованием высокой точности или малой шероховатостью поверхности. Существует ряд переходов, которые нецелесообразно объединять с другими на одном станке, так как это может привести к понижению точности и увеличению шероховатости поверхности. На машиностроительных заводах часто сочетают оба принципа. Например, при обработке коленчатых валов наряду с применением специальных станков для обработки коренных или шатунных шеек применяют станки, выполняющие одну операцию - предварительное или окончательное шлифование коренных или шатунных шеек.

1.8.3. Основы построения маршрутного технологического процесса

При обработке заготовки, как правило, осуществляется снятие основного припуска (черновая обработка), получение заданных размера формы и взаимного положения поверхностей заготовки, получение заданной шероховатости и качества поверхностного слоя (отделка и упрочнение). Методы обработки, оборудование, инструмент и приспособления не позволяют выполнить все поставленные задачи за один ход режущего инструмента При черновой обработке действующие силы и работа резания особенно велики; заготовки сильно нагреваются. При этих условиях получить точные размеры заготовки невозможно. Поэтому последовательность операций необходимо назначать исходя из некоторых соображений.

1. При черновой обработке снимаются наибольшие слои металла. Это позволяет сразу выявить дефекты заготовки. При снятии поверхностных слоев заготовка освобождается от внутренних напряжений, вызывающих деформации. При черновой обработке требуются значительные силы зажима, которые могут влиять на точность окончательно обработанной поверхности, если черновая обработка части заготовки будет производиться после чистовой обработки. Такие неблагоприятные условия создаются при обработке больших поверхностей фасонных заготовок. Для мелких заготовок черновую и окончательную обработку производят в одну операцию. Не следует опасаться перераспределения внутренних напряжений при обработке отдельных небольших поверхностей в фасонных заготовках.

2. Чистовые операции необходимо выполнять в конце обработки заготовки, так
как при этом уменьшается возможность повреждения уже обработанных
поверхностей.

3. При определении последовательности выполнения черновых и чистовых операций следует учитывать, что совмещение их на одних и тех же станках приводит к снижению точности обработки вследствие повышенного износа станка на черновых операциях.

4. В первую очередь следует обрабатывать поверхности, при удалении припуска с которых в наименьшей степени снижается жесткость заготовки; например, при обработке ступенчатых валов вначале обрабатывают ступени большого диаметра, а затем ступени меньшего диаметра

5. Поверхности с одинаковой точностью относительного расположения нужно обрабатывать в одной установке и одной позиции.

6. При использовании в технологическом процессе автоматических линий следует применять метод концентрации операций технологического процесса, т. е. одновременного выполнения большого числа переходов на каждой операции, и использовать комбинированные инструменты (ступенчатый зенкер, развертку и т. д.). Для получения автоматической линии небольшой протяженности станки располагают с двух сторон рольганга или зигзагообразно.

Операции обработки резанием необходимо увязывать с термическими, назначая отдельные операции после операций термической обработки, повышающих механические свойства металла (цементация, закалка). От вида термической обработки зависят межоперационные припуски. Их необходимо увеличивать, чтобы обеспечить меньшие отклонения от формы геометрической поверхности, нарушенной деформациями, вызванными термической обработкой.

1.8.4 Выбор оборудования

Выбор станка - одна из важных задач при проектировании технологического процесса обработки резанием. Для любой операции всегда можно подобрать соответствующий станок. Исключениями являются некоторые операции в массовом производстве, для которых экономически целесообразно изготовлять специальные станки. При проектировании технологических процессов серийного производства, где наряду со специальными используют и универсальные станки, выбор последних производят по следующим показателям:

1) вид обработки - токарная, фрезерная, сверлильная и т. п.;

2) точность и жесткость станка;

3) габаритные размеры станка (высота и расстояние между центрами, размеры стола);

4) мощность станка, частота вращения шпинделя подачи и т. п.;

5) цена станка.

При серийном производстве на одном станке, как правило, выполняют несколько различных операций, поэтому выбранный станок должен удовлетворять технологическим требованиям всех намеченных обработок. В массовом производстве каждый станок предназначен для выполнения одной операции и должен удовлетворять не только все требования данной обработки, но и обеспечивать заданную производительность. При выборе станка для массового производства, кроме указанных выше показателей, необходимо учитывать соответствие производительности станка такту выпуска деталей, обработанных на данном станке. Классификация станков по технологическим признакам предложена проф. А. И. Кашириным. По этой классификации станочное оборудование делится на станки широкого или общего назначения (универсальные), высокой производительности, специализированные, специальные. Станки широкого или общего назначения: предназначены для обработки заготовок в серийном и единичном производстве. Станки высокой производительности имеют ограниченные технологические возможности по сравнению с универсальными. Они более мощные и жесткие, чем станки первой группы, благодаря чему на них можно вести обработку на более высоких режимах резания. К ним относятся станки токарно-многорезцовые, круглошлифовальные, работающие методом поперечной подачи, беспентрово-шлифовальные, некоторые продольно-фрезерные, токарные автоматы и полуавтоматы. Эти станки предназначены для крупносерийного и массового производства и применяются также в серийном производстве. Специализированные станки путем конструктивных изменений и различных дополнений могут быть приспособлены для выполнения определенной операции. Часто станки этой группы получают путем установки дополнительных шпинделей, головок и других узлов на станки высокой производительности. Специальные станки проектируют и изготовляют по особому заказу и предназначают для выполнения определенной операции. Проектирование и изготовление станков этой группы обычно обходится дорого. Поэтому такие станки применяют только в массовом производстве, если будет доказана их экономическая эффективность.

Автоматические станочные линии - это группы автоматических станков, установленных в порядке технологического процесса и связанных между собой транспортирующими устройствами. На транспортер в начале линии устанавливают обрабатываемую заготовку или загружают в бункер сразу много заготовок, а затем они автоматически передаются со станка на станок. Наряду с созданием автоматических линий на базе имеющегося оборудования проектируются и строятся автоматические линии из специальных станков.

При больших программах выпуска деталей широко используют агрегатные станки. Экспериментальный научно-исследовательский институт металлорежущих станков (ЭНИМС) разработал классификатор металлорежущих станков.

1.8.5 Выбор инструмента

Конструкция и размеры для заданной операции предопределяются видом обработки, размерами обрабатываемой поверхности, свойствами материала заготовки, требуемой точностью обработки и шероховатостью обрабатываемой поверхности. Режущие инструменты в основном изготовляют из твердых сплавов ВК8, Т5К10, TI5K6, Т30К4, Т60К6 и др., быстрорежущих сталей Р6М5, P9K10, углеродистых инструментальных сталей У10А, У12А и др. Инструменты; оснащенные пластинками из твердых сплавов ВК8 и ВК6М, применяют при обработке заготовок из чугуна. При грубой обработке стальных заготовок применяют инструмент с пластинками из сплава Т5К10, а при чистовой обработке- инструмент с пластинками из сплава TI5K6. Инструменты из твердых сплавов рекомендуется применять для достижения высокой производительности, наименьшей шероховатости обработанной поверхности и при обработке заготовок из металлов высокой твердости.

Быстрорежущие стали применяют для изготовления инструментов, работающих при относительно высоких скоростях резания, и сложного инструмента

Углеродистые инструментальные стали применяют для изготовления ручных инструментов (метчики, плашки и т.п.).

1.8.6 Правила оформления операционных эскизов

Правила записи технологических операций и переходов обработки резанием установлены ГОСТ 3.1702-79.

Наименование операции обработки резанием должно отражать применяемый вид технологического оборудования и записываться именем прилагательным в именительном падеже, например: зубошлифовальная, хонинговальная, продольно-строгальная, сверлильно-центровальная, шлиценакатная и т.п.

фрезеровать, шлифовать, галтовать, установить, снять, зенковать, хонинговать и т.п.

Пример 1. Полная запись: «Сверлить 8 сквозных отверстий с последующим зенкованием фасок; выдерживая d=12 +0,5 \ d-90±0,08, 90°±30"и 1,6*45°, согласно чертежу».

2. Сокращенная запись: "Сверлить 8 отв., выдерживая размеры 1, 2, 3.

Установление полной или сокращенной записи содержания технологической операции для каждого конкретного случая определяется разработчиком документов. Запись вспомогательных переходов следует выполнять в соответствии с правилами для технологических переходов.

При заполнении документов рукописным способом - вместо условного обозначения d следует применять знак Ǿи не указывать обозначения: длины, ширины, фаски. Например: «Расточить поверхность, выдерживая размеры Ǿ 12.

для технологических переходов - вальцевать, врезаться, галтевamь , гравировать, довести, долбить, закруглить, заточить, зенкеровать, накатать, нарезать, обкатать, отрезать, подрезать, полировать, притирать, приработать, протянуть, развернуть, развальцевать, раскатать, рассверлить, расточить, сверлить, строгать, суперфинишировать, точить, хонинговать, шлифовать, цековать, центровать, фрезеровать;

длявспомогательных переходов - выверить, закрепить,настроить, переустановить, переустановить и закрепить, переместить, поджать, проверить, смазать, снять, установить, установить и выверить, установить и закрепить.

При разработке технологических эскизов на операнда или отдельные технологические переходы необходимо выполнять все требования, предъявляемые к графическим документам.

Технологический эскиз разрабатывается на каждую операцию в серийном и массовом производстве. Технологический эскиз является исходным данным для подробного описания операции по переходам или позициям. На технологическом эскизе указываются все необходимые данные для качественной обработки детали; указываются необходимые размеры обрабатываемых элементов детали с отклонениями, а также необходимыми справочными размерами, которые будут использованы в процессе определения режимов резания и норм времени по технологическим переходам на операцию.

На каждый обрабатываемый элемент заготовки устанавливается шероховатость поверхности и указывается условное обозначение шероховатости в зависимости отметода обработки и степени точности. Одинаковые значения шероховатости поверхности группируют и выносят в правый, верхний угол эскиза.

На технологическом эскизе необходимо указывать условные обозначения опор, зажимов на базовых поверхностях детали согласно ГОСТ 3.1107-81 «Опоры, зажимы и установочные устройства. Графические обозначения».

Необходимое число изображений (видов, разрезов, сечений и выносок) на эскизе устанавливается из условий обеспечения наглядности и ясности изображения обрабатываемых поверхностей детали. Поверхности, подлежащие обработке, на эскизе следует обводить сплошной линией, равной 2S ... 3S по ГОСТ 2.303-68,

Допускается все обрабатываемые поверхности условно нумеровать арабскими цифрами в технологической последовательности и соединять с размерной линией. Номера поверхностей обводят знаком окружности диаметром 6 - 8 мм.

Технологические эскизы на операцию или переходы выполняются без масштаба, однако эскизы следует выполнять аккуратно и четко. Условные обозначения, применяемые на технологических эскизах должны соответствовать установленным стандартам. Нестандартные обозначения необходимо указать в примечаниях к данному эскизу.

Технологические процессы делятся на два вида: единичные (для одного изделия), типовые (для группы различных изделий).

Единичный ТП на каждую деталь (СЕ) разрабатывается таким образом, как будто эта работа выполняется впервые. Нет обобщения опыта, нет гарантии в правильности технологических решений.

Работа по типизации ТП делится на два этапа:

Классификация объектов производства;

Проектирование ТП для каждой классифицированной группы.

Классификация деталей с целью типизации ТП начинается с выделения наиболее крупных классификационных единиц – классов . В один класс попадают детали, имеющие сходные конструкторско-технологические характеристики. В классификаторе выделено два основных класса: тела вращения и корпусные детали. Разбивая детали внутри класса на группы и подгруппы, получают все большее сближение технологических процессов. Разбивку проводят до типа, объединяющего совокупность деталей одинаковой конфигурации, но с различными размерами, которые имеют одинаковый маршрут изготовления, осуществляемый на однородном оборудовании с применением однотипной оснастки.

Работа по классификации деталей обязательно должна сочетаться с унификацией и нормализацией их конструкции. Это дает возможность укрупнить серии деталей, применять при изготовлении более прогрессивную технологию, а также сократить номенклатуру оснастки и измерительных средств.

Типизация ТП не ограничивается только областью обработки деталей. Ее принципы используются и при проектировании ТП сборки, регулировки, контроля и испытаний. Она способствует уменьшению неоправданного разнообразия ТП и оснастки, внедрению новых прогрессивных методов обработки, сокращению сроков и удешевлению ТПП, более широкому применению средств автоматизации.

ОБЩИЕ ПРАВИЛА РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Проектирование ТП представляет собой сложный комплекс взаимосвязанных работ:

Выбор заготовок;

Выбор технологических баз;

Подбор типового ТП;

Определение последовательности и содержания операций;

Определение, выбор и заказ новых средств технологического оснащения (в том числе средств контроля и испытаний);

Назначение и расчет режимов обработки;

Нормирование ТП;

Определение профессий и квалификации исполнителей;

Оформление рабочей документации на ТП.

При разработке ТП используются следующие виды технико-экономической документации;

Технологический классификатор объектов производства;

Классификатор технологических операций;

Система обозначения технологических документов;

Типовые технологические процессы и операции;

Стандарты и каталоги средств технологического оснащения;

Справочники по нормативам технологических режимов;

Справочники по материальным и трудовым нормативам.

Сущность ТП изготовления детали заключается в последовательном приближении сырья (заготовки) к качественным показателям изготавливаемой детали, требуемым чертежам и ТУ.

В общем случае путь от материала до детали можно разделить на 4 этапа.

1. Получение заготовки (первоначальное формообразование).

2. Черновая обработка.

3. Чистовая обработка.

4. Отделка (получение нужных качеств поверхностного слоя детали).

ВЫБОР ЗАГОТОВКИ.

Большое влияние на маршрут изготовления детали оказывает способ получения заготовки. При этом возможны два принципиально разных подхода:

1. Получение заготовки, наиболее приближающейся по форме и размерам к готовой детали. При этом на заготовительные операции приходится большая часть трудоемкости ТП, а на механообработку меньшая.

Это характерно для массового и крупносерийного производства и обеспечивается применением прогрессивных методов формообразования: литье, горячая и холодная штамповки, специальные виды обработки давлением и др.

2. Получение грубой заготовки с большими припусками. При этом на механообработку приходится большая часть трудоемкости изготовления детали. Это характерно для единичного и мелкосерийного производства.

Наличие различных подходов требует выбора оптимального способа получения заготовки.

ОСНОВНЫЕ СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГОТОВОК.

Сортовые материалы . К ним относятся: прутки круглого, квадратного и шестигранного сечения; трубы; плоский прокат – листы, ленты, полосы; некоторые из этих видов заготовок могут применяться и для неметаллических материалов (винипласт, текстолит, стеклотекстолит и др.). Заготовки из сортового материала следует изготавливать в тех случаях, когда профиль материала близко подходит к профилю детали.

Холодная штамповка . Делится на листовую и объемную. Листовая штамповка используется для формообразования, калибрования и пробивки отверстий с помощью штампов. Объемная холодная штамповка в основном служит для формообразования деталей. Холодная штамповка – один из самых распространенных методов изготовления деталей без снятия стружки. Холодная штамповка относится к ТП обработки давлением, применяемым для получения деталей из материалов, обладающих достаточно высокими пластическими свойствами. Из металлов холодной штамповке подвергаются: стали, алюминий и его сплавы, медь, латунь, некоторые сплавы титана, магниевые сплавы и др. Из неметаллов, подвергаемых холодной штамповке, наиболее распространены текстолит и гетинакс. Детали из этих материалов, в зависимости от толщины, штампуются, как без подогрева, так и с подогревом.

Основной технологической оснасткой, включающей в себя функции инструмента и приспособления, являются штампы, осуществляющие формообразования детали или заготовки. В качестве оборудования применяются механические прессы, главным образом кривошипные (эксцентриковые).

Достоинствами холодной штамповки являются:

Относительно высокая и стабильная точность получаемых размеров при вырубке, пробивке и вытяжке;

Высокая производительность процесса (при использовании штампа, в котором одновременно изготавливается одна деталь, производительность пресса может достигать 30 – 40 тыс. деталей за смену);

Простота выполнения операций и широкие возможности автоматизации процесса.

К недостаткам холодной штамповки относятся:

Высокая стоимость штампов, которая может быть уменьшена при применении нормализованных деталей и отдельных СЕ, а в мелкосерийном производстве – использование групповых методов организации производства, разновидностью которых является штамповка по элементам;

Ограниченность в выборе материала детали (по физико-механическим свойствам и толщине), также формы детали и конструктивного оформления отдельных ее элементов.

Метод холодной штамповки охватывает большое количество различных операций, которые можно разделить по характеру деформации, при которой происходит формообразование изготавливаемых деталей, на две основные группы:

Группу разделительных операций, характеризуемых полным или частичным разделением обрабатываемого материала по замкнутому или незамкнутому контуру; к этой группе относятся отрезка, вырубка, пробивка, обрезка, зачистка, просечка и другие;

Группу формоизменяющих операций, характеризующихся превращением заготовки в деталь заданной формы; к этой группе относятся гибка, правка, вытяжка, формовка, чеканка, отбортовка (отверстия или наружного контура), объемная штамповка и другие.

3. Литье . Литье применяется в основном как метод получения заготовок деталей сложной конфигурации (корпусы, основания, обоймы, постоянные магниты и др.) из алюминиевых, магниевых, цинковых и специальных сплавов, а также из стали, бронзы, латуни и ряда других металлов и сплавов.

Использование процесса литья в качестве заготовительной операции дает возможность максимально приблизить форму и размеры заготовок к форме и размерам готовых деталей, что значительно снижает трудоемкость изготовления этих деталей и их металлоемкость (меньше металла переводится в стружку).

Литье – процесс изготовления деталей и заготовок заливкой расплавленного металла в форму. Литейная форма представляет собой систему элементов, образующих рабочую полость, при заливке которой расплавленным металлом формируется отливка. Формы могут быть разового и многократного применения (постоянные), а также используемые несколько раз (полупостоянные). Способ получения отливок (метод литья) выбирают в зависимости от материала детали, сложности ее конфигурации, толщины стенок, массы материала и объема производства. Конструктивное оформление детали и наиболее целесообразный метод литья тесно связаны друг с другом.

Применяемые в технологии аэрокосмического приборостроения способы литья для получения заготовок приведены в табл. 1.1, причем последовательность расположения различных способов соответствует их распространенности на производстве.

Таблица 1. 1

Литье под давлением является наиболее производительным способом изготовления тонкостенных деталей сложной формы из цинковых, алюминиевых, магниевых и медных сплавов. Процесс литья под давлением заключается в подаче расплавленного металла из камеры прессования литьевой машины под действием поршня через литниковые каналы в полость пресс-формы, затвердевании металла под давлением и образовании отливки. Скорость подачи металла в форму, продолжительность ее заполнения, время выдержки отливки под давлением, давление и температура нагрева пресс-формы – основные параметры процесса, зависящие от вида металла отливки, толщины ее стенок, габаритов, вида оборудования и других факторов.

Точность отливок, получаемых литьем под давлением, зависит от точности изготовления пресс-форм. В крупносерийном и массовом производстве принимается, что все размеры отливок стабильно могут быть получены с точностью, соответствующей 12-му квалитету. Шероховатость поверхности отливок зависит в основном от качества обработки поверхностей пресс-формы. Рабочая полость пресс-формы, обработанная методами чистового шлифования и полирования, обеспечивает параметры шероховатости отливок, соответствующие 7-8 классу. С увеличением числа отливок, полученных в пресс-форме, шероховатость их поверхностей ухудшается. Оптимальная толщина стенок отливок из цинковых сплавов 1,5 – 2 мм, алюминиевых и магниевых 2 – 4 мм, из латуни 3 – 5 мм.

Основные преимущества литья под давлением следующие:

Самая высокая производительность из всех существующих методов литья, достигающая на обычных, применяемых в приборостроении машинах, 250 отливок в час в одногнездовой (рассчитанной на одну деталь) пресс-форме;

Высокая точность размеров и малая шероховатость поверхностей отливок дает возможность максимально приблизить размеры заготовки к размерам готовой детали;

Возможность получения тонкостенных деталей сложной конфигурации, что объясняется хорошей заполняемостью пресс-формы;

Возможность армирования отливок деталями из других более прочных и с иными свойствами материалов – высокопрочных нелитейных металлических сплавов, металлокерамики и др.;

Сокращение по сравнению с другими видами литья количества отходов от самого процесса литья (20 – 25 % от веса детали).

К недостаткам литья под давлением можно отнести следующее:

Сложность изготовления и высокая стоимость пресс-формы; в мелкосерийном производстве литье под давлением может быть рентабельным, если использовать нормализованные (групповые) пресс-формы со сменными элементами (вкладышами), образующими рабочую полость;

Значительное снижение стойкости пресс-форм при отливке деталей из металлов, имеющих высокую температуру плавления (стали, медные сплавы и др.);

Сложность или невозможность получения деталей толстостенных или имеющих в конструкции массивные элементы (то есть значительную неравномерность толщины стенок).

Литье по выплавляемым моделям включает в себя следующие этапы: изготовление моделей из легкоплавкого материала (парафин, стеарин, полиэтилен); нанесение на модель с помощью пульверизатора или методом окунания огнеупорной пленки (порошок марталита и связующий состав типа жидкого стекла или раствор этилселиката); обсыпка пленки кварцевым песком и сушка; формовка в металлических опорах моделей, покрытых огнеупорной пленкой; выплавление моделей в горячей воде или печи (в зависимости от материала модели); заливка металла в неразъемные формы, образуемые огнеупорной пленкой после выплавления модели; разрушение формы и извлечение отливок.

Литье по выплавляемым моделям широко применяется в технологии приборостроения для изготовления отливок сложной конфигурации массой от нескольких грамм до 1 – 15 кг; толщина стенок отливок 0,3 – 20 мм; точность размеров до 9-го квалитета; шероховатость поверхности до 7 – 8 класса. По производительности этот метод литья значительно уступает литью под давлением, так как включает в себя операцию формовки и характеризуется применением одноразовых форм.

Литье в кокиль более производительный процесс, чем литье в землю, так как использование металлических форм исключает необходимость такой трудоемкой операции, как формовка. Кроме того, этот вид литья характеризуется значительно более высоким уровнем механизации, поскольку кокиль может устанавливаться на специальном станке, позволяющем механизировать операции разъема формы и удаления отливки.

Отходы металла при литье в кокиль составляют примерно 30 – 35% от веса деталей. Точность размеров отливок соответствует 12 – 16-му квалитетам; шероховатость поверхности 5-му классу и грубее.

Большая теплопроводность металлической формы способствует более быстрому отвердению жидкого металла по сравнению с литьем в земляные формы. В результате структура металла отливок получается равномерной и мелкозернистой, что обеспечивает улучшение физико-механических свойств деталей за счет высокой однородности материала.

К недостаткам литья в кокиль следует отнести высокую стоимость металлических форм; трудности получения отливок сложной конфигурации и тонкостенных отливок (при толщине стенок менее 5 мм).

Литье в оболочковые формы включает следующие технологические операции: нагрев модели, состоящей из двух частей, вместе с модельной плитой до 200 – 250 0 С, смазку частей модели разделительным составом; обсыпание модели формовочной смесью (кварцевый песок с термореактивной смолой); ссыпание излишков смеси после выдержки на модели в течении 2 – 3 минут, спекание оболочки, образуемой на модели расплавленной смолой с кварцевым песком (температура спекания 250 – 300 0 С); снятие полуформ (оболочек) с частей модели с помощью специальных устройств; склеивание частей формы; их засыпка в специальных контейнерах песком или металлической дробью; заливка; выбивка литья и его очистка.

Литье в оболочковые формы экономически наиболее целесообразно в крупносерийном и массовом производстве, где для изготовления оболочковых полуформ применяются высокопроизводительные автоматизированные установки. В приборостроении этот метод применяется редко.

Заготовка всегда имеет массу больше детали. Происходит это за счет припусков, которые надо удалять при последующей обработке. Величина припуска должна быть оптимальной и его расчет имеет большое значение в процессе проектирования ТП.

4. Механообработка . Металлы обрабатывают резанием на металлорежущих станках при помощи различных режущих инструментов. Заготовками для деталей служат сортовые материалы, а также отливки из стали, цветных металлов и их сплавов.

В процессе обработки резанием различают рабочее движение двух видов: главное движение, определяющее скорость отделения стружки; движение подачи, обеспечивающее врезание режущей кромки инструмента в новые слои металла, причем скорость подачи меньше скорости главного движения.

Наиболее распространенные способы обработки металлов резанием – точение, сверление, фрезерование, строгание, шлифование.

При черновой и чистовой обработке последовательность технологических операций намечают исходя из следующих соображений:

Последующие операции, переходы и проходы должны уменьшать погрешность обработки и улучшать качество поверхности;

Сначала следует обрабатывать поверхность, которая будет служить базой для последующих операций. Для установки детали при первой операции следует выбирать наиболее ровную и имеющую наибольшие размеры поверхность;

После обработки установочной поверхности, заготовка при последующих операциях базируется на нее или связанные с ней поверхности;

Сначала обрабатывают менее точные поверхности;

Операции, при которых вероятность появления брака велика, следует выполнять вначале;

Отверстия обычно сверлят в конце ТП, за исключением тех случаев, когда они служат базой для установки деталей.

5. Изготовление деталей из пластических масс . По объему использования пластических масс на единицу продукции приборостроение занимает одно из первых мест среди других отраслей промышленности. Насыщенность аппаратуры пластмассовыми деталями в ряде случаев достигает 70% по объему и 45% по весу. Это объясняется особенностями свойств пластмасс. По сравнению с металлами пластмассы характеризуются значительно меньшей плотностью, обладают высокими изоляционными свойствами и повышенной износостойкостью, имеют низкий коэффициент трения, хорошо противостоят коррозии, стойки в агрессивных средах, радиопрозрачны и немагнитные. Переработка большинства пластмасс в изделие основывается на использовании высокопроизводительных технологических процессов с почти полным отсутствием механической обработки.

Можно выделить следующие группы деталей, изготавливаемых из пластмасс: детали внешнего оформления (корпусы, крышки, корректоры, лимбы, зажимы и др.); детали изоляционного назначения (клеммные колодки, контактные панели, каркасы, прокладки, втулки); несущие детали (платы, панели, основания); детали светотехнического и отсчетного назначения (линзы, стекла, шкалы); детали декоративного оформления (колпачки, кнопки, ручки переключателей и др.).

Основной составной частью пластмасс являются полимеры – синтетические органические соединения (смолы), некоторые виды пластмасс состоят в основном из полимеров, но чаще пластмасса представляет собой композицию из полимера, который играет роль связывающего, наполнителя и различных добавок (красители, пластификаторы, отвердители, смазывающие вещества). Связующие вещества делают пластмассу пластичной и превращают ее после отвердевания в монолитную деталь. В качестве связующих веществ используют фенолформальдегидные, фенолкрезольные, эпоксидные и другие смолы. Наполнители придают изделиям необходимую прочность, жесткость, теплостойкость и электротехнические свойства. Наполнители могут быть органическими (древесная мука, бумажная крошка, различные ткани, хлопковые очесы) и неорганическими (слюдяная и кварцевая мука, асбест, мел, тальк, стекловолокно). Красители добавляют в пластмассу для придания детали нужного цвета. Отвердители необходимы для ускорения процесса отвердевания связующего вещества при формировании изделий. Пластификаторы (дибутилфтолат и трикрезилфосфат) улучшают пластические свойства пластмассы и повышают ее жидкотекучесть при прессовании. Смазывающие вещества предупреждают прилипание пресс-материалов к стенкам пресс-формы при прессовании. В качестве смазывающих веществ используют, например, олеиновую кислоту, стеарин и касторовое масло.

В зависимости от поведения при нагревании пластмассы делятся на термопластичные (термопласты) и термореактивные (реактопласты).

Термопластичные пластмассы при нагревании приобретают пластические свойства или расплавляются, а при охлаждении возвращаются в твердоупругое состояние.

Термореактивные пластмассы при нагревании необратимо переходят в пластическое состояние с дальнейшим затвердеванием. При повторном нагревании они остаются твердыми или сгорают, не расплавляясь.

Метод переработки пластмасс в изделие в значительной степени связан с характером поставки этих материалов предприятиями химической промышленности. Пластмассы, перерабатываемые в изделия методами прессования или литья под давлением, выпускаются как пресс-порошки или пресс-материалы, последние в виде, удобном для измельчения и дальнейшего прессования (например, пресс-материал – стекловолокнит выпускается в виде ленты, полученной на основе крученых стеклянных нитей и связующего вещества). Кроме пресс-порошков и пресс-материалов в приборостроении применяются термореактивные слоистые пластмассы, поставляемые в виде листов и прутков. К ним относятся текстолит, гетинакс, стеклотекстолит и др.

Из термопластических пластмасс наиболее широко применяются фторопласты, полиамиды, капрон, оргстекло, полиэтилен, полистирол и полихлорвинил.

Основные способы переработки пластмасс в изделия – прессование и литье под давлением. Литые и прессованные детали из пластмасс имеют гладкие поверхности с шероховатостью 7-8 класса, размеры в пределах 11-13 квалитета точности и почти не требуют обработки резанием. Для литья и прессования используется сырье в виде гранулированных термопластов и термореактивных порошков и пресс-материалов. Оба способа рентабельны только в крупносерийном и массовом производстве ввиду высокой стоимости применяемого технологического оснащения.

Изделия из термореактивных порошков и пресс-материалов изготавливают прямым (компрессионным) или литьевым прессованием в металлических пресс-формах на гидравлических прессах.

Для литьевого прессования деталей сложной формы применяются прессы с рабочим цилиндром двойного действия. В этом случае основной плунжер рабочего цилиндра служит для замыкания пресс-формы с большой скоростью, а второй плунжер, находящийся внутри основного – для нагнетания размягченного пресс-материала через литниковый канал в рабочую полость пресс-формы, где образуется деталь.

Автоматические прессы (пресс-автоматы) имеют системы автоматического контроля и регулирования температуры прессования, давления и длительности отдельных операций цикла прессования в целом, кроме того, автоматизируется управление всеми перемещениями подвижных частей пресса. Прессы, как правило, оборудованы устройствами программного управления.

Процесс прямого прессования деталей из термореактивных пластмасс состоит из следующих этапов: подготовка пресс-материалов, дозировка материалов, загрузка в пресс-форму, прессование, удаление деталей из пресс-формы, очистка пресс-формы.

Подготовка материалов включает в себя главным образом их подсушивание и подогрев перед прессованием. Повышенная влажность способствует ухудшению текучести материалов, что может вызвать брак прессуемых деталей. Подогрев материалов перед прессованием способствует удалению влаги и газов, позволяет сократить технологическую выдержку при прессовании, снизить давление в пресс-форме. Что уменьшает ее износ, и сократить цикл прессования в 2 раза и более. Пресс-материал занимает в 2% - 10 раз больший объем, чем изготовленные из него детали. Для уменьшения объема пресс-форм производят таблетирование пресс-материалов. Масса таблеток колеблется от 1,5 до 150 г. Таблетирование не только позволяет сократить объем загрузочных камер пресс-форм, но дает следующие преимущества: уменьшение содержания воздуха в таблетках по сравнению с рыхлыми материалами, способствует улучшению качества прессуемых деталей, улучшает условия прессования, облегчает дозирование и нагрев материалов перед прессованием, сокращает потери материала в производстве. Пресс-материалы таблетируются на гидравлических прессах или специальных таблеточных машинах (эксцентриковых или ротационных) в холодных пресс-формах.

Дозировка материала может быть весовая, объемная или штучная (при наличии таблетирования). Штучный способ дозирования, осуществляемый по числу одинаковых таблеток, может быть легко полностью автоматизирован.

При прессовании или литье под давлением деталей из пластмасс часто до начала прессования требуется разместить в пресс-форме металлическую арматуру, запрессовываемую в пластмассу. Наиболее распространенными видами арматуры являются детали для образования внутренних или наружных резьб, зажимы, штыри, втулки, штифты и др. Арматура используется в качестве электропроводящих элементов, иногда для повышения прочности деталей, а также для удобства сборки и монтажа. Металлические детали перед прессованием устанавливают в тщательно очищенную пресс-форму до загрузки в нее пресс-материала и закрепляют в заданном положении.

Основными параметрами (режимами) процесса прессования пластмасс являются температура, давление и время выдержки.

Нагрев до определенной температуры необходим для перевода пресс-материалов в текучее состояние с дальнейшим отвердением (полимеризацией). Для термореактивных пластмасс температура нагрева пресс-форм при прямом и литьевом прессовании колеблется от 130 до 195 0 С.

Давление в процессе прессования необходимо для уплотнения разогретого пресс-материала, заполнения материалом рабочей полости пресс-формы и предотвращения коробления изделия, вызванного внутренними напряжениями. Величина необходимого давления зависит от текучести материала и конструктивных особенностей изделия. Чем меньше текучесть, тем больше должно быть давление.

При прессовании деталей из термореактивных пластмасс в начале дается небольшое давление на 30 – 40 сек, чтобы материал занял полость формы, затем дается основное давление, при котором происходит полимеризация материала в течение определенного времени выдержки.

Время выдержки зависит от вида пресс-материала, размера и сложности конфигурации детали, а также температуры предварительного нагрева пресс-материала. Чем больше изделие и чем выше требуемая температура нагрева, тем дольше выдержка его под давлением. При недостаточной выдержке происходит коробление детали при охлаждении и снижается механическая прочность. Время выдержки для различных термореактивных пластмасс находится в пределах от 0,5 до 2% мин на 1мм наибольшей толщины изделия. Заданная выдержка обеспечивается при прессовании с помощью реле времени.

После окончания прессования разъем пресс-формы и извлечение детали осуществляется автоматически при наличии соответствующих устройств или вручную с помощью специальных приспособлений. Извлеченные детали направляются на следующую операцию для зачистки от облоя и заусенцев, а также другой механической обработки.

Пресс-форма после извлечения детали тщательно очищается от прилипших остатков пресс-материала с целью устранения брака при последующем прессовании и возможной поломки отдельных деталей пресс-форм.

Метод прямого прессования экономичен и не требует сложных дорогостоящих пресс-форм. Однако он имеет ряд недостатков: давление на материал передается сразу после замыкания пресс-формы, когда пресс-материал, обладающий абразивными свойствами, еще не приобрел достаточной пластичности. Вследствие этого происходит износ оформляющих поверхностей пресс-формы, возможна деформация тонких ее элементов и арматуры; неравномерное отвердение материала по толщине изделия вследствие неравномерного прогревания от стенок пресс-формы приводит к возникновению внутренних напряжений, образованию пустот и других дефектов; по линии разъема пресс-формы на изделиях образуется облой (заусенец), который необходимо удалить механическим путем. Поэтому методом прямого прессования, как правило, изготавливаются детали простой конфигурации, не имеющие элементов пониженной жесткости (например, тонких стенок) и арматуры.

Литьевым прессованием можно получить тонкостенные детали сложной конфигурации с малопрочной сквозной арматурой, с глубокими отверстиями малого диаметра. При этом методе меньше, чем при прямом прессовании изнашиваются оформляющие поверхности пресс-форм, меньше вероятность появления брака на деталях (трещин, пустот и др.), уменьшается облой по плоскости разъема. К недостаткам метода следует отнести сложность, высокую стоимость пресс-форм и большой расход материала, чем при прямом прессовании.

Литье под давлением является характерным процессом изготовления деталей из термопластичных пластмасс без наполнителя (полиэтилен, полистирол, капрон, полиуретан и др.). По сравнению с процессами прямого литьевого прессования реактопластов литье под давлением имеет значительно более высокую производительность (до 300 отливок в час в одноместной пресс-форме). В качестве оборудования для литья под давлением используются автоматические и полуавтоматические литейные машины с поршневой или шнековой подачей материала.

Давление и температура процесса зависят от марки пресс-материала. Температура в камере сжатия для полистирола должна быть не ниже 190 – 215 0 С. Чем ниже температура, тем выше должно быть давление в цилиндре. Части пресс-формы охлаждаются водой до температурой 140 – 60 0 С.

Литьем под давлением можно получить сложные по конфигурации, тонкостенные детали с большим количеством арматуры и повышенной точностью размеров.

При прессовании и литье под давлением деталей из пластмасс основной технологической оснасткой являются пресс-формы. По методу прессования они делятся на компрессионные (для прямого прессования), литьевые и инжекционные. Компрессионные пресс-формы по конструктивным признакам подразделяются на открытые, полузакрытые и закрытые.

Открытые пресс-формы не имеют загрузочной камеры для пресс-материала, который загружается непосредственно в рабочую полость пресс-формы. Излишек пресс-материала вытекает из пресс-формы наружу через зазор между пуансоном и матрицей.

Полузакрытые пресс-формы имеют загрузочные камеры, площадь которых больше площади рабочей полости. На стыке пуансона и матрицы имеется опорная поверхность, ограничивающая ход пуансона, что позволяет получить изделие определенной толщины. Излишек пресс-материала выжимается при прессовании вверх по канавкам или лыскам, имеющимся в пуансоне.

В закрытых пресс-формах загрузочные камеры имеют размеры и конфигурацию такие же, как и рабочие гнезда, являясь как бы их продолжением. Во время прессования давление передается на всю площадь детали, чем обеспечивается ее более высокая плотность. Толщина детали зависит от количества пресс-материала, поэтому при загрузке закрытых пресс-форм требуется точное дозирование материала.

По внешнему виду литьевые пресс-формы отличаются от пресс-форм для компрессионного прессования наличием литьевой камеры и литниковой системы.

Инжекционные пресс-формы применяются для прессования только на литьевых машинах, то есть в процессах литья под давлением.

По характеру эксплуатации пресс-формы разделяются на съемные и стационарные. Съемные пресс-формы без обогрева используются только при прямом прессовании на небольших недостаточно оборудованных предприятиях. Для удаления отпрессованной детали из съемной пресс-формы ее необходимо снять с пресса. При использовании стационарных пресс-форм весь цикл изготовления изделия (загрузка материала, разборка пресс-формы, извлечение изделия) происходит без снятия пресс-формы с пресса.

Кроме процессов прессования и литья под давлением в производстве пластмассовых деталей используются процессы дутьевого (пневматического) и вакуумного формирования, а также процесс экструзии.

Дутьевое и вакуумное формование применяется для изготовления деталей простой формы типа корпусов, баллонов, крышек из листовых термопластичных материалов.

Экструзия (выдавливание через фасонную фильеру) используется для получения деталей в виде стержней (различного сечения) и трубок из термопластических материалов без наполнителя на шнековых экструзионных машинах.

Однако эти процессы в приборостроении применяются редко.

32 33 34 35 36 37 38 39 ..

6.2. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ И ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Для разработки технологических процессов исходными и руководящими материалами являются: производственная программа; рабочий чертеж детали и чертеж сборочной единицы, в которую входит деталь; рабочий чертеж заготовки; технологические условия на материалы и сборочные единицы; руководящие и справочные материалы (альбомы приспособлений, каталоги и паспорта оборудования, ГОСТы и нормали на измерительный и режущий инструмент, нормативы режимов резания и технического нормирования, операционных припусков и др.).

В начале разработки технологического процесса устанавливают тип производства. Для серийного производства дополнительно определяют размер партии деталей с учетом календарных сроков выпуска готовых изделий, наличия запаса материалов, длительности процессов обработки и др. Затем проводят контроль чертежей и проверку технологичности конструкции деталей, сборочных единиц и всей машины. При обнаружении недостатков или ошибок в чертежах технолог дает конструктору указания для их устранения. После проверки чертежей приступают к проектированию технологического процесса, исходя из общих правил разработки технологических процессов и выбора средств технологического оснащения, предусмотренных ГОСТ 14301-83.

Важным этапом разработки технологического процесса является выбор заготовки. Выбор заготовки зависит от формы детали и ее размеров, исходного материала, вида производства, требований к ее качеству, а также экономических соображений. При выборе заготовки следует стремиться к экономии материала, созданию безотходной и малоотходной технологии и интенсификации технологических процессов.

При выборе заготовки сначала устанавливают вид заготовки (отливка, поковка, штамповка, прокат, сварная конструкция). Затем выбирают метод формообразования заготовки (литье в песчаные, стержневые или металлические формы, ковка в подкладных штампах и т. д.). В первую очередь выбирают такой способ изготовления заготовки, который обеспечивает заданное качество детали. При наличии нескольких способов выбирают способ, при котором будет обеспечена наибольшая производительность и минимальная себестоимость получения заготовки и механической обработки.

Номенклатура машин и аппаратов текстильной промышленности весьма разнообразна, поэтому виды заготовок и способы их изготовления самые различные. Основными видами заготовок в текстильном машиностроении являются: отливки из черных и цветных металлов, поковки и штамповки, заготовки из листового металла, проката, сварные заготовки, заготовки из порошковых и неметаллических материалов.

Литые заготовки, не подвергающиеся ударным нагрузкам, получают из серого и модифицированного чугуна, а работающие в тяжелых условиях и испытывающие большие напряжения, из стали. Заготовки в виде поковок, получаемых свободной ковкой, применяют преимущественно для крупных деталей в единичном и мелкосерийном производстве. При изготовлении поковок стремятся получить конфигурацию заготовок, приближающуюся к упрощенным очертаниям детали.

Заготовки из проката применяют для деталей, по конфигурации приближающихся к какому-либо виду проката, когда отсутствует значительная разница в поперечных сечениях детали и можно при получении окончательной ее формы избежать снятия большого количества материала. Например, гайки выполняют из прутков шестигранного сечения, вкладыши подшипников - из труб, пружины - из

проволоки. Сварные и штампосварные заготовки в основном используют для изготовления стальных деталей сложной конфигурации, когда из одного куска проката невозможно или экономически невыгодно получить заготовку, например, изготовление ступенчатых валов с большой разницей диаметров ступеней.

Заготовки из порошковых материалов получают прессованием смесей из порошков в пресс-формах под давлением 100-600 МПа с последующим спеканием спрессованных деталей. К деталям из порошковых материалов относятся кольца крутильных и прядильных машин, самосмазывающиеся подшипники, узлы без смазочного материала и др. Достоинством порошковой технологии является возможность изготовления деталей, практически не требующих механической обработки.

К заготовкам из неметаллических материалов относят пластические массы, древесину, резину, кожу и др. В текстильном машиностроении используют также листы, прутки, полосы из пластмасс различного вида.

Заготовки характерных деталей чесальных, прядильных и трикотажных машин, ткацких станков, красильно-отделочного оборудования, машин для производства химических волокон рассмотрены в соответствующих главах второго раздела.

Построение и выбор варианта технологического процесса обработки резанием во многом зависят от правильного выбора технологических баз. На первой операции должны быть обработаны те поверхности, которые будут приняты за технологическую базу для последующей операции. На последующих операциях технологические базы должны быть по возможности точными по геометрической форме и шероховатости поверхности, должны выполняться принципы постоянства и совмещения баз.

Составление маршрута обработки детали представляет сложную задачу с большим количеством возможных вариантов решения. Его цель - дать общий план обработки детали, наметить содержание операций технологического процесса и выбрать тип оборудования. Маршрут обработки составляют исходя из требований рабочего чертежа, технических условий и принятой заготовки. При построении маршрута обработки исходят из того, что каждый последующий метод обработки должен быть точнее предыдущего.

Припуски назначают оптимальными с учетом конкретных условий обработки. Рассчитывают операционные припуски, допуски и промежуточные размеры заготовки. Промежуточные размеры указывают в операционном эскизе с учетом припуска на последующую обработку. Операционную технологию разрабатывают с учетом места каждой операции в маршрутной технологии. При проектировании технологических операций выполняют следующие взаимосвязанные работы: выбирают структуру построения операции механической обработки; уточняют содержание технологических переходов в операции; выбирают модель станка; выбирают технологическую оснастку; определяют режим обработки и норму времени; опреде-ляют разряд работы; обосновывают эффективность выполнения операции; оформляется технологическая документация.

Детализация технологического процесса зависит от типа производства. В единичном производстве технологические процессы разрабатываются до уровня составления маршрута операций с указанием их последовательности, требуемого оборудования, приспособлений, режущего и измерительного инструмента и времени на обработку. В массовом и серийном производстве технологические процессы разрабатывают подробно с обоснованием всех принятых решений.