1.2. Методика разработки технологического процесса

Для деталей, получаемых механической обработкой, при разработке технологического процесса руководствуются следующим:

1.2.1. Технико-экономические принципы проектирования технологических процессов.

В основу разработки технологических процессов положены два принципа - технический и экономический. В соответствии с техническим принципом проектируемый технологический процесс должен полностью обеспечить выполнение всех требований рабочих чертежей и технических условий на изготовление изделия. В соответствии с экономическим принципом изготовление изделия должно вестись с минимальными затратами труда и издержками производства. С точки зрения технологического принципа задача проектирования технологического процесса, как правило, характерна многовариантностью возможных решений, при этом из нескольких возможных вариантов выбирается наиболее рентабельный.

В исключительных случаях (ликвидация узких мест, срочный выпуск особо важной продукции в кратчайшие сроки) может быть выбран не наиболее рентабельный, а наиболее производительный вариант.

1.2.2. Факторы, влияющие на содержание технологического процесса

Технологический процесс изготовления детали определяется в основном следующими факторами:

1) конфигурацией и размерами детали, требованиями к точности обработки и к качеству поверхности, материалом детали, наличием или отсутствием термической обработки в процессе изготовления;

2) объемом производства и размерами партий;

3) наличным составом и состоянием оборудования;

4) возможностями инструментального цеха, изготовляющего приспособления, штампы, прессформы, режущий инструмент и другую технологическую оснастку.

Из указанных выше факторов три последних с деталью непосредственно не связаны, а характеризуют общую производственную обстановку. Поэтому для одной и той же детали в зависимости от изменения трех последних факторов рациональный вариант техпроцесса будет различен, что обуславливает многовариантность техпроцесса для одной и той же детали. Многовариантность техпроцесса возрастает также потому, что при изготовлении детали одних и тех же результатов с точки зрения точности и качества поверхности можно достичь, применяя несколько различных способов обработки. Рациональный вариант техпроцесса определяется путем экономического анализа.

1.2.3. Порядок проектирования технологического процесса

Разработка техпроцесса - важнейший исходный этап подготовки производства новых изделий. После разработки техпроцесса на его основе производится конструирование и изготовление необходимой по техпроцессу оснастки, расчет припусков, расчет режимов резания, нормирование, организация производства. Сама разработка техпроцесса состоит из следующих этапов:

1) Оценка технологичности конструкции.

Задача отработки конструкции деталей, сборок и всего изделия в целом на технологичность решается еще при конструировании изделия, часто конструктором и технологом совместно. Несмотря на это, как правило, перед разработкой техпроцесса производится повторная оценка технологичности и, в случае необходимости, корректировка чертежей, если это возможно с конструктивной точки зрения. Основные требования по технологичности конструкций изложены, например, в [8].

2) Выбор заготовок.

Процесс получения заготовок тесно связан с последующей механической обработкой. Чем точнее заготовка и ближе ее конфигурация к готовой детали, тем меньше объем потребной механической обработки. Однако, получение точных заготовок требует больших затрат на изготовление оснастки (проектирование и изготовление штампов, прессформ и т. д.), которые могут окупиться только при больших программах выпуска. Каждый способ получения заготовки накладывает свои жесткие требования к геометрической форме детали, при отступлении от которых заготовка этим способом получена быть не может. Одновременно, если форма детали удовлетворяет требованиям какого-либо способа получения заготовок, то никакими другими способами она уже получена быть не может. Поэтому для таких способов получения заготовок, как литье, изготовление из пластмасс, штамповка, выбор конкретного способа получения заготовки производится не технологом, а конструктором изделия, который, исходя из предполагаемой программы выпуска, выбирает метод получения заготовки (например, при больших программах выпуска - литье под давлением, а при малых - литье в землю), а затем уже конструирует деталь, геометрия которой удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым выбранным способом получения заготовки.

3) Разработка маршрута обработки детали.

При разработке маршрута намечается план обработки каждой отдельно взятой поверхности, план обработки всех поверхностей в их взаимосвязи, выбирается оборудование и технологическая оснастка - в зависимости от конструкции детали и трех факторов, определяющих общую производственную обстановку - программы выпуска, наличного состава и состояния оборудования и возможностей инструментального цеха.

Составление маршрутного технологического процесса начинают с анализа чертежа детали. При этом определяют поверхности, которые в окончательном виде получают уже при изготовлении заготовки, и поверхности, которые можно получить только механической обработкой.

Следующим этапом разработки маршрутной технологии является определение окончательных отделочных операций для каждой поверхности, подвергающейся механической обработке. Это определение производится, с одной стороны, - на основе учета требований по точности и качеству поверхности согласно чертежу детали, а с другой - на основе таблиц экономической точности обработки (таблица 1.1).

При этом оказывается, что одни и те же точность и качество поверхности, заданные чертежом, можно получить различными методами обработки. Например, отверстие 7 квалитета точности можно получить тонким точением, двукратным развертыванием, чистовым протягиванием, чистовым шлифованием. Выбор одного из указанных методов производится с учетом конкретных условий обработки. Например, тонкое точение можно применять, если на предприятии имеются токарные станки высокой точности. Протягивание целесообразно применять только при больших программах выпуска, т. к. протяжка - дорогой специальный инструмент.

Таблица 1.1

Средняя экономическая точность обработки

№ п/п	Метод обработки	Квалитет	Класс шероховатости	Рекомендуемая предшествую-щая обработка
1	Обтачивание черновое	12 – 14	1 – 3	-
2	Обтачивание получистовое	11 – 12	4 – 5	1
3	Обтачивание чистовое	9 – 10	5 – 6	2
4	Тонкое точение (на станках высокой точности)	6 – 8	7 – 9	3
5	Шлифование черновое	8 – 9	5 – 6	2
6	Шлифование чистовое	7 – 8	6-7	3,5
7	Шлифование тонкое	5-6	8-9	6
8	Притирка черновая	4-5	8-9	4,6
9	Притирка чистовая	3-4	9-10	7,8
10	Притирка тонкая	1-2	11-14	9
11	Суперфиниширование	не ухудш.	8-12	6
12	Полирование	ухудш.	14	4,7
13	Фрезерование черновое	12-14	1-3	-
14	Фрезерование получистовое	11-12	3-4	13
15	Фрезирование чистовое	9-10	5-6	14
16	Фрезирование тонкое	7-8	7-9	15
17	Сверление	11-13	1-3	-
18	Зенкерование	10-11	4-5	17
19	Развёртывание однократное	8-9	6-7	17,18
20	Развёртывание двукратное	6-7	8-9	19
21	Хонингование	5-6	8-10	4,6
22	Протягивание и прошивание черновое	9-10	5-6	17,18
23	Протягивание и прошивание чистовое	7-8	7-8	22

Шлифование применяют при диаметрах отверстий, больших 10 мм. Если деталь закаленная, то при диаметрах, меньших 10мм, окончательной обработкой вместо шлифования является притирка.

Следует также учитывать, что указанные в таблице квалитеты и классы шероховатости являются ориентировочными. В каждом конкретном случае достигаемые точность и качество поверхности определяются состоянием оборудования.

После определения метода окончательной обработки данной поверхности определяют технологию ее обработки, начиная от заготовки и кончая готовой деталью. При этом исходят из того, что при высоких требованиях к точности какой-либо поверхности, наибольшая производительность получается при многооперационной обработке. Точные методы обработки имеют, как правило, невысокую производительность. И если грубую заготовку сразу подвергнуть точной обработке, то такая обработка займет чрезмерно много времени. При многооперационной же обработке на долю каждой последующей более точной операции остаются все меньшие погрешности. Например, если требуется обработать наружную поверхность незакаленного вала по 5 квалитету, а заготовкой является пруток, имеющий точность по 14 квалитету, то можно назначить такую последовательность обработки: 1) черновая обточка (12 кв.), 2) чистовая обточка (9 кв.), 3) чистовое шлифование (7 кв.), 4) тонкое шлифование (5 кв.).

В таблице экономической точности даны рекомендации по назначению последовательности обработки при многооперационной обработке.

После определения маршрута обработки каждой отдельно взятой поверхности разрабатывается маршрут обработки всех поверхностей в их взаимосвязи. При этом руководствуются следующими принципами:

1) Принцип отделения черновых операций от чистовых.

Этот принцип состоит в том, что сначала выполняют все черновые операции для всех поверхностей, затем - все чистовые, затем - все отделочные. На черновых операциях снимается основная часть припуска. При этом начинает происходить перераспределение внутренних напряжений, оставшихся после воздействия на материал при получении заготовки, и деталь деформируется. Так как деформация происходит не мгновенно, то требуется некоторое время пролеживания заготовки, с тем, чтобы до начала чистовой обработки эти деформации полностью произошли. При особо высоких требованиях к точности после черновой обработки детали подвергаются искусственному старению для снятия внутренних напряжений - нагреву и выдержке при повышенной температуре. При черновых операциях, когда силы резания велики, заготовка обычно значительно нагревается, что приводит к увеличению размеров вследствие температурного расширения. Поэтому до начала чистовой операции она должна успеть полностью остыть.

Отделение черновых операций от чистовых позволяет выполнять черновые операции на дешевом неточном оборудовании. Если на дорогом точном станке выполнять и чистовую, и черновую обработку, то под действием значительных сил резания, возникающих при черновой обработке, точный станок быстро потеряет свою точность.

Вынесение отделочных операций на конечную стадию обработки предотвращает повреждение чисто обработанных поверхностей в процессе обработки и транспортировки. На конечную стадию обработки выносят, как правило, и получение таких легко повреждаемых поверхностей, как наружные резьбы.

2) Принцип дифференциации или концентрации операций.

Принцип дифференциации операций состоит в том, что техпроцесс строят из большого числа простых операций, последовательно выполняемых на простых станках. При концентрации операций - наоборот, производят соединение множества простых операций в небольшое количество сложных с обработкой на каждой операции нескольких поверхностей. Достоинствами способа дифференциации операций являются дешевизна и простота потребного оборудования, уменьшение средней потребной квалификации рабочих, сокращение времени изготовления деталей, т. к. все поверхности обрабатываются одновременно. Достоинствами концентрации операций являются сокращение числа установок, закреплений и раскреплений заготовок, потребного количества установочных приспособлений, уменьшение времени управления станком. Но одновременно усложняется конструкция станков и повышается средняя потребная квалификация рабочих.

В настоящее время при различных условиях применяются оба эти принципа. Принцип дифференциации операций часто применяется в крупносерийном и массовом производствах на поточных и автоматических линиях. В серийном и мелкосерийном производстве часто применяют принцип концентрации операций (универсальные станки, станки с ЧПУ).

3) Принцип соответствия последовательности обработки простановке размеров на чертеже.

Обрабатываемая на данной операции поверхность должна быть связана размером с поверхностью, уже полученной на предшествующих операциях механической обработки. Например, при обточке вала, показанного на рис.1.1., сначала должны быть подрезаны торцы 8 и 9 с зацентровкой, затем обточен диаметр 1 с подрезкой торца 2, затем диаметр 3 с подрезкой торца 4, затем диаметр 5 с подрезкой торца 6, после чего деталь переустанавливается и обтачивается диаметр 7 с подрезкой торца 10 и диаметр 11.

Рис. 1.1.

В деталях, заготовки которых получены точными методами литья или штамповки, обрабатываются обычно только сопрягаемые поверхности. При этом все обрабатываемые поверхности связываются размерами только с обрабатываемыми, а необрабатываемые - с необрабатываемыми. Связь между первыми и вторыми допускается только в одном месте. При обработке таких деталей на первой операции обрабатывают именно ту единственную поверхность, которая связана размером с необработанной, а затем деталь устанавливают на полученную на первой операции механической обработкой поверхность и обрабатывают последующие поверхности.

При разработке маршрута обработки одновременно определяются оборудование, приспособления, режущий и измерительный инструмент и выбираются установочные базы для каждой операции. При выборе оборудования и оснастки руководствуются принципом соответствия технологического оснащения производства масштабам выпуска. В индивидуальном производстве применяют универсальное оборудование, приспособления, режущий и измерительный инструмент. Чем больше программа выпуска, тем больше, с целью повышения производительности, производство оснащается специальной оснасткой и тем больше автоматизируется оборудование. В крупносерийном и массовом производстве применяют, как правило, автоматическое оборудование, поточные и автоматические линии, многоместные приспособления, комбинированный инструмент.

При выборе установочных баз следуют следующим положениям:

а) Установочная база должна обеспечивать устойчивость и жесткость заготовки при ее обработке. Иногда для повышения жесткости применяют дополнительные опоры.

б) Всегда, когда это возможно, нужно использовать принцип совмещения измерительной и установочной баз, что исключает появление погрешности базирования.

в) Необходимо, по возможности, соблюдать принцип постоянства базы, т. е. использовать для базирования на всех операциях одну и ту же поверхность детали. При этом появляется возможность на всех операциях использовать одно и то же установочное приспособление. В целях соблюдения этого принципа на деталях иногда создают искусственные установочные поверхности, не имеющие конструктивного значения, например, центровые отверстия валов. Следует, однако, учитывать, что принцип постоянства базы не должен противоречить принципу совмещения измерительной и установочной баз, который является основным.

Рекомендации по конструированию и расчету технологической оснастки для механической обработки приведены, например, в [7].

В настоящее время для большинства типов деталей разработаны так называемые типовые процессы. Если для данной конфигурации детали типовой техпроцесс отсутствует, то техпроцесс следует разрабатывать с учетом типового техпроцесса для детали, наиболее близкой по конфигурации к данной.

Если заготовка получается литьем или прессованием из пластмасс, то первой операцией после получения заготовки является зачистка ее от облоя. Последующие операции механической обработки таких заготовок строятся по описанным выше принципам.