III. Разработка технологических процессов
3.1. Принципы построения технологических процессов
Технологический процесс должен обеспечивать изготовление машины заданного качества и объема выпуска, удовлетворять требованиям высокой производительности обработки детали, наименьшей себестоимости, безопасности и облегчения условий труда.
Указанные требования отражают современную направленность машиностроительного производства – создание высокопроизводительных машин и оборудования, снижения их материало- и энергоемкости, внедрение малоотходных и безотходных технологий, уменьшение трудоемкости изготовления продукции за счет широкого внедрения различных средств автоматизации и механизации, в том числе робототехники и ГАП.
Построение технологических процессов механической обработки деталей машин основывается на ряде принципов и положений. Основными из них являются:
технический (обеспечение заданного качества изделий);
экономический (наивысшая производительность при полном использовании орудий труда и наименьших затратах).
Технический принцип построения технологических процессов
Сущность технического принципа при разработке технологических процессов заключается в выполнении проектных технических требований при изготовлении машин. Это означает, что должны строго соблюдаться заданные чертежом точность размеров деталей, геометрическая форма, относительное расположение поверхностей, параметры шероховатости поверхности, физико-механические свойства поверхностного слоя и другие регламентируемые технические требования. Надежность обеспечения показателей качества машины в процессе производства должна обусловливаться структурой и содержанием самого технологического процесса, совершенством применяемых методов обработки, оборудования и оснащения. На стадии разработки технологических процессов формируются предпосылки обеспечения требуемой надежности изделий. Для ее повышения при разработке технологических процессов рекомендуется использовать:
технологические методы и режимы обработки, которые, наряду с образованием поверхностей с заданной микро- и макрогеометрией одновременно обеспечивают и упрочнение поверхностных слоев деталей;
специальные операции, основной целью которых является поверхностное и объемное упрочнение деталей;
режимы обработки, при которых не возникают дефекты, снижающие надежность деталей;
контрольные операции для своевременного выявления дефектов обработки и их устранение при черновой обработке деталей по возможности на более ранней стадии технологического процесса.
Высокие показатели качества деталей машин достигаются путем ряда последовательно выполняемых технологических операций.
Рис.
3.1. Структурная схема технологического
процесса
Таким образом, в ходе технологического процесса прослеживается определенная закономерность, заключающаяся в постепенном уменьшении исходных погрешностей заготовки. Необходимо учитывать, что при выполнении каждой технологической операции возникают дополнительные погрешности, присущие этому методу и схеме обработки.
Общая структура технологического процесса представляет собой сложную многомерную систему, вход которой характеризуется совокупностью показателей качества заготовки, а выход – этими же показателями, прошедшими ряд преобразований при выполнении технологических операций и отражающими состояние готовой детали. При обработке партии заготовок показатели качества являются случайными величинами и могут быть описаны средними значениями или другими статистическими характеристиками.
В соответствии со структурной схемой (рис. 3.1) средние значения показателей качества заготовки {Х01, Х02, … Х0n} последовательности изменяются под влиянием технологических факторов {t11, t12, … tip}, действующих на операциях {φ1, φ2, … φi} до тех пор, пока они не примут средних значений {Хi1, Хi2, … Хin}, удовлетворяющих требованиям чертежа.
Из приведенной схемы последовательного формирования свойств детали при обработке вытекают следующие положения, определяющие построение технологического процесса.
Принцип кратчайшего пути, заключающийся в том, что обработка каждой поверхности должна производиться при минимальном числе технологических переходов и операций. Это обычно ведет к увеличению производительности обработки и уменьшению затрат на обработку.
Принцип совместимости последовательно выполняемых технологических переходов или операций по обработке одной и той же поверхности, заключающийся в том, что значения показателей качества на входе каждого последующего перехода (операции) должны быть равны значениям тех же показателей на выходе предыдущего перехода (операции) и соответствовать нормативным условиям выполнения данной обработки. Например, для обработки отверстий Ø 20 мм в сплошном материале с точностью по 7 квалитету рекомендуется следующий набор инструментов: сверло Ø 17,5 мм, получистовой зенкер Ø 19,75 мм, черновая развертка Ø 19,93 мм и чистовая развертка Ø 20 мм. Исключение из этого набора хотя бы одного промежуточного звена не позволит обеспечить требуемые показатели качества детали и приведет к интенсивному изнашиванию или поломке инструмента.
Принцип уточнения заготовки в процессе обработки, заключающийся в том, что каждый последующий метод (операция или переход) должен быть точнее предыдущего, т.е. обеспечить более высокие значения показателей качества деталей.
В соответствии с этим механическая обработка деталей обычно делится на следующие этапы:
черновая обработка, когда удаляется большая часть припуска, что обусловлено наличием дефектов заготовки;
чистовая обработка, когда в основном обеспечивается требуемая точность;
отделочная, когда достигается требуемая шероховатость поверхностей и окончательно обеспечивается точность детали.
Требуемое уточнение по каждому показателю качества определяется по формуле:
ε дет = δ заг / δ дет,
где δ заг, δ дет – допуски на данный показатель качества, соответственно, заготовки и готовой детали.
При выполнении технологического процесса это уточнение можно записать в виде уравнения:
ε дет j = П ε ij,
где ε ij – уточнение j-го показателя качества, обеспечиваемое на i-й операции или на i-м переходе.