книги из ГПНТБ / Бауман, Н. Я. Технология производства паровых и газовых турбин

опытно-статистическим данным расчет обычно обеспечивает эко­ номию металла до 15% от веса заготовок, снижение трудоемко­ сти процессов последующей механической обработки и умень­ шение расхода режущего инструмента. Однако расчетно-анали­ тический метод определения припусков отличается большой сложностью и трудоемкостью, вследствие чего его применение становится целесообразным только в массовом производстве, например при изготовлении крупных партий одинаковых дета­ лей из мерного проката. Тогда создается возможность заказа металлургическому заводу партий мерного проката не по стан­ дартным размерам, а по расчетным, что обеспечивает большую экономию металла. При этом следует иметь в виду, что транс­ портная норма заказа мерного проката обычно принимается не меньше 3000 кг.

В мелкосерийном производстве, например в таком, как ста­ ционарное турбиностроение, где имеет место чрезвычайно боль­ шое разнообразие типоразмеров деталей при их малой серийно­ сти, заказ специального мерного проката для отдельных типо­ размеров деталей не представляется возможным. В этом случае применение расчетно-аналитического метода определения при­ пусков становится нерациональным и теряет смысл. Поэтому в стационарном турбиностроении припуски назначаются по таб­ лицам или внутризаводским нормалям соответственно виду об­ работки. Нахождение общего припуска производится по схеме расположения межоперационных допусков и припусков (рис. 1).

Расчет величины припусков рекомендуется производить в следующем порядке:

а) разработать маршрутный технологический процесс, опре­ делить обрабатываемые элементарные поверхности заготовки для каждой технологической операции и каждого перехода в по­ рядке последовательности их выполнения; -составить схему рас­ положения межоперационных припусков и допусков;

б) определить припуски по каждому переходу согласно схеме и соответствующим справочным таблицам;

в) найти общий припуск согласно схеме.

Припуски на обработку заготовки отсчитывают от наимень­ шего предельного размера для наружных поверхностей готовых деталей и от наибольшего предельного размера — для внут­ ренних.

Для наружных поверхностей (рис. 1, а)

где domin и d0 — предельные размеры заготовки;

^ дтш и ^дтах — предельные размеры детали по чертежу;

40

z0 — табличный припуск на механическую обра­ ботку заготовки;

ödn — допуск на размер заготовки.

Расчет общего припуска с учетом межоперационных припус­

веденной схеме с использованием табличных величин общих и межоперационных припусков из технологических справочников дает наивыгоднейшие размеры заготовок.

При заготовках из проката технолог обязан, до записи по­ лученных расчетных размеров в материальную ведомость, све­ рить результаты расчета с внутризаводскими ограничительными таблицами (сортаментом приобретаемого заводом проката) и выбрать из них прокат, наиболее близкий по своим размерам и форме к расчетному. При отсутствии в сортаменте такого прока­ та технолог, составляя расцеховку, назначает поставщиком за­ готовки кузнечный цех завода.

7. Выбор заготовок

Основным направлением современного производства, которое необходимо учитывать конструктору и технологу при выборе заготовок, является максимальное приближение конфигурации и размеров заготовки к конфигурации и размерам готовой детали. Это направление требует непрерывного повышения точности и чистоты поверхности заготовок и позволяет соответственно со­ кратить объем работ по обработке деталей резанием, порой во­ все исключая ее для некоторых поверхностей деталей или огра­ ничивая ее чистовыми, отделочными операциями.

Высокая точность заготовок может быть достигнута путем совершенствования технологических процессов изготовления за­ готовок. Так, например, отливки могут выполняться в песчаные формы, кокили, скорлупчатые формы и с применением выплав­ ляемых моделей. Поковки стальных деталей могут выполняться на ковочных молотах методом свободной ковки и с применением подкладных штампов и т. п. Эти примеры показывают, что вы­ бор заготовки не может ограничиваться только определением вида заготовки, но должен дополниться еще и установлением процесса ее получения. Последнее осуществляется технологами механических цехов совместно с технологами заготовительных цехов.

Основными видами заготовок, применяемых в турбиностроении, являются отливки из черных и цветных металлов; кованые и штампованные заготовки; сварные заготовки из листовой ста­ ли; заготовки из проката. Так, например, для изготовления кор­ пусных деталей турбин в качестве заготовок в основном исполь­ зуются стальные и чугунные отливки; для изготовления выхлоп­ ных частей — сварные заготовки из листовой стали.

41

В качестве заготовок для валов, цельнокованых роторов, дис­ ков и других крупных турбинных деталей применяются поковки из слитков, поставляемые турбинным заводам металлургически­ ми предприятиями по кооперации. Для крупных лопаток приме­ няются штампованные заготовки. Для мелких и средних деталей турбин применяются заготовки из проката или поковки из про­ ката, полученные методом свободной ковки. Последнее относит­ ся к большинству деталей, изготовляемых из легированных ста­ лей. Многие из них можно изготовлять непосредственно из мер­ ного проката, однако ввиду малой серийности турбин обеспечить получение мерного проката для всего многообразия типоразме­ ров деталей не представляется возможным. Турбинным заводам в таких случаях приходится приобретать прокат по размерам наибольших деталей, а для более мелких (с целью уменьшения припусков на механическую обработку) изготовлять поковки своими силами, в основном методом свободной ковки.

Выбор заготовок практически начинается уже в процессе кон­ струирования деталей. В первую очередь это касается корпус­ ных деталей и деталей сложной конфигурации типа рычагов, рукояток, маховиков и зубчатых колес, имеющих поверхности, не поддающиеся обработке резанием, которые исходя из их слу­ жебного назначения могут оставаться в деталях необработан­ ными. Заготовки для указанных деталей могут быть получены различными способами (отливкой, штамповкой, сваркой, комби­ нацией отливки, штамповки и сварки и т. п.). Знание вида заго­ товки, технологии ее изготовления, а также процесса последую­ щей механической обработки детали крайне необходимо конст­ руктору для обеспечения технологичности ее конструкции и наилучшего использования в работающей машине.

При выборе заготовок возможны следующие случаи.

Первый случай, когда заготовки по своим размерам и весу не могут быть изготовлены средствами самого турбинострои­ тельного завода и должны поставляться на завод по кооперации. К таким заготовкам обычно относятся стальные отливки массой свыше 2 т; чугунные — свыше 3 т; поковки весом свыше 250 кг; штампованные заготовки для лопаток и других деталей; слитки. Конструктор турбины в этом случае указывает марку материала и технические условия, определяющие химический состав мате­ риала, твердость и особые требования к механическим свойст­ вам материала заготовки. Размеры же заготовки (в части уста­ новления размеров припусков на обработку) и технологию изго­ товления заготовки обычно определяет поставщик в соответст­ вии со своими технологическими возможностями. Для согласо­ вания с заказчиком, т. е. с турбиностроительным заводом, по­ ставщик разрабатывает рабочий чертеж заготовки (РЧЗ), в котором указывает для поковок из легированных сталей (на­ пример, для валов турбин) размеры черной заготовки, размеры заготовки под термообработку и припуски для проб на механи­

43

ческие испытания; для литых заготовок и штамповок — литей­ ные и штамповочные уклоны и т. п. РЧЗ поставщик рассмат­ ривает и согласовывает с конструкторами и технологами завода-

требующих механической обработки, а заготовки для этих дета­ лей возможно изготовить литыми, сварными или штампованны­ ми на самом турбиностроительном заводе. Вопрос о выборе за­ готовок в таком случае решается конструктором совместно с тех­ нологами заготовительного и механического цехов, после чего, соответственно выбранной заготовке, оформляется чертеж самой детали.

Третий случай, когда все поверхности детали должны меха­ нически обрабатываться, но к ней не предъявляется особых тре­ бований с точки зрения вида заготовки. В этом случае конструк­ тор указывает на чертеже лишь марку материала, термическую обработку и необходимую твердость, но не указывает характера заготовки. Выбор заготовки целиком предоставляется техно­ логам.

Рассмотренные здесь примеры, конечно, не могут охватить всех практически возникающих в процессе проектирования и из­ готовления турбин случаев, поэтому всегда необходимо конкрет­ но рассмотреть как конструктивные требования к деталям, так и технологические особенности изготовления заготовок.

8. Понятие о технологической дисциплине

Технологические процессы разрабатываются с учетом приме­ нения наиболее прогрессивных высокопроизводительных методов обработки, обеспечивающих заданные технические требования

ккачеству изготовляемых машин, при наиболее рациональном использовании оборудования и с применением необходимых приспособлений и инструментов. Отклонение от разработанного и утвержденного технологического процесса, как правило, ведет

кухудшению качества изделий и снижению технико-экономиче­ ских показателей производства.

Недопустимость отклонений от установленных технологиче­ ских процессов станет еще более ясной, если учесть, что ими предусматривается строго определенная последовательность вы­

полнения операций обработки деталей., при которой, на каждой из предыдущих операций заготовке придаются определенные размеры и форма, учитываемые в конструкции специальных приспособлений и инструментов, применяемых при выполнении последующих операций. Отклонение от установленной последо­ вательности, если оно даже и не приведет к полному браку де­ талей, может дезорганизовать производство и исключить воз­

44

можность дальнейшей обработки деталей по разработанной тех­ нологии. Особенно недопустимы неоправданные отклонения от установленных технологических процессов в массовых и крупно­ серийных производствах, где детали изготовляются десятками и сотнями тысяч штук в партии.

Втурбиностроении при исключительно высоких требованиях

ккачеству и точности деталей, особенно крупных (роторов, дис­ ков, цилиндров и т. п.), обработка по установленной технологии является строго обязательной. Иначе говоря, в турбинном произ­ водстве необходимо полное соблюдение технологической дис­ циплины.

С целью контроля систематически производятся проверки со­ блюдения технологии, состояния станков, порядка на рабочих местах, состояния технологического оснащения.

Акты проверки подписывают технолог, контролер ОТК, ма­ стер, рабочий.

Необходимость строгого соблюдения технологической дисцип­ лины ни в коем случае не должна пониматься так, как будто бы установленная однажды технология остается неизменной в те­ чение всего времени производства данных машин. Такое поло­ жение было бы глубоко неправильным, так как оно тормозило бы развитие техники производства. На самом деле, технология непрерывно совершенствуется и изыскиваются новые, более це­ лесообразные и эффективные методы. Это относится как к ос­ новным теоретическим положениям этой науки, так и к каждо­ му практически используемому на предприятиях технологиче­ скому процессу.

Таким образом, понятие о технологической дисциплине со­ стоит не в утверждении абсолютного постоянства определенного процесса, а в том, чтобы все необходимые совершенствования,

верждения их в установленном на предприятии порядке. Утверж­ денный же в таком порядке технологический процесс должен соблюдаться неукоснительно.

Глава IV. ТИПИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Под типизацией технологических процессов понимается раз­ работка типовых технологических процессов на изготовление технологически однородных деталей (например, дисков, диа­ фрагм, валов турбин и т. п.) с учетом новейших достижений науки и техники и передового опыта промышленных предпри­ ятий.

Идея типизации технологических процессов возникла в Со­ ветском Союзе в 1932—1935 гг., когда началось бурное развитие

45

отечественного машиностроения и потребовалось быстро и каче­ ственно разрабатывать технологические процессы для произ­ водства большого количества новых разнообразных машин. Од­ ним из инициаторов типизации технологии был паротурбинный цех ЛМЗ.

Применение типовых технологических процессов позволяет резко сократить сроки и стоимость подготовки производства новых изделий, обеспечивая значительное повышение ее техни­ ко-экономической эффективности.

Первым этапом типизации является классификация деталей по общности методов решения технологических задач их изго­ товления. Классификация является наиболее трудоемкой частью работы. Для проведения классификации выбирается типовая машина — одна из изготовляемых предприятием, с наибольшей серийностью. Все чертежи данной машины группируются по од­ нородности их конструктивных и технологических признаков (на­ пример, в турбине — диски, диафрагмы, рабочие и направляю­ щие лопатки и т. п.).

Как показал опыт машиностроения, наиболее правильным признаком для классификации машин, сборочных единиц и де­ талей является одинаковое или близкое их служебное назначе­ ние. В соответствии с этим, классом можно назвать совокупность изделий (машин, сборочных единиц или деталей), обладающих одинаковым или близким служебным назначением.

Сходство служебного назначения порождает сходство требо­ ваний, которым должна отвечать готовая деталь, сборочная еди­ ница или машина в целом. Это порождает близость кинематиче­ ских схем, конструктивных форм и размеров и других качествен­ ных показателей. Рассмотрим к примеру в турбине детали ро­ тора, детали узлов регулирования, парораспределения, проточ­ ной части. Все эти узлы и детали выполняют сходные функции, работают в сходных условиях окружающей среды (температу­ ра, степень нагружения и т. п.). Это несомненно приводит к не­ обходимости применения для них, в соответствии с назначением, однотипных форм, материалов и т. п. В качестве удачного ре­ шения задачи по классификации деталей можно привести, например, рассмотренную выше классификацию Калужского турбинного завода.

Результатом первого этапа работы по типизации технологии должен явиться классификатор — альбом эскизов типовых де­ талей, расположенных в определенной последовательности. На­ личие классификатора облегчает отнесение деталей по вновь поступающим на разработку чертежам к тому или иному классу.

Работа по классификации деталей сопровождается унифика­ цией и стандартизацией их конструкций, которые должны охва­ тывать не только детали в целом, но и их элементы (галтели, выкружки, канавки и т. п.). Степень унификации и стандартиза­ ции сборочных единиц и деталей машин может в определенной

46

мере и при определенных условиях служить показателем каче­ ства работы конструктора.

Задача технологов — работать в тесном содружестве с кон­ структорами, помогать им в создании более совершенных типо­ вых технологичных и унифицированных конструкций элементов машин. Так, например, на ЛМЗ в 1933—1934 гг., когда впервые приступили к разработке классификации деталей, при изучении чертежей насосов (циркуляционных, питательных, масляных), спроектированных в разное время различными исполнителями, с целью разделения деталей по классам и типам, было найдено много однотипных деталей, которые мало отличались по разме­ рам друг от друга и вполне могли быть унифицированными. После обсуждения предложений технологов по унификации из 60 типоразмеров соединительных муфт, применяемых в насосах разного назначения и мощности, было оставлено только пять ти­ поразмеров, без всякого ущерба для качества изделий. Унифика­ ция и стандартизация деталей и узлов однотипных машин, обес­ печение при этом высокой технологичности конструкций, явля­ ются основной предпосылкой для организации эффективной и высококачественной технологической подготовки производства и совершенствования технологических процессов на базе их типи­ зации. Сокращение числа типоразмеров позволяет укрупнить партии деталей и применить для их обработки методы крупно­ серийного производства даже при единичном производстве ма­ шин в целом, что особенно относится к турбиностроению. Нор­ мализация конструктивных элементов деталей способствует сокращению номенклатуры режущих и измерительных инстру­ ментов.

Следующим этапом является разработка общего технологи­ ческого процесса обработки типовых деталей, при котором уста­ навливаются типовая последовательность операций, типовые ме­ тоды обработки, типовые конструкции технологической оснастки и другие условия.

Типизация технологических процессов особенно эффективна на заводах тяжелого машиностроения в условиях большой но­ менклатуры изделий и длительных сроков подготовки производ­ ства. В настоящее время идея типизации получила большое раз­ витие в трудах С. П. Митрофанова при разработке принципа групповой обработки деталей, который является одним из наи­ более эффективных путей совершенствования технологии маши­ ностроительного производства.

Вот характеристика группового метода, данная автором на­ учного обоснования этого метода — С. П. Митрофановым: «Групповой метод производства есть такой метод унификации технологии производства, при котором для групп однородной по тем или иным конструктивно-технологическим признакам про­ дукции устанавливаются высокопроизводительные методы обра­ ботки с использованием однородных и быстро переналаживае­

47

мых приспособлений и инструментов и при этом обеспечивается быстрота и экономичность производства, его подготовки и пере­ наладки».

Разрабатываемая в настоящее время совместно многими ма­ шиностроительными министерствами Единая система техноло­ гической подготовки производства в машиностроении и приборо­ строении в значительной степени основывается на разработке классификации деталей и типизации технологических процессов их обработки.

Глава V. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТОЧНОСТИ МЕХАНИЧЕСКОЙ о б р а б о тк и д ет а л е й

1. Точность обработки

Точность обработки характеризуется степенью отклонения фактических размеров обработанной детали от номинальных, а также величиной отклонений от установленной геометрической формы и смещений отдельных элементов детали от их правиль­ ного взаимного расположения. Чем больше величина отклонений фактических размеров от номинальных, тем меньше точность обработки деталей.

Практика показывает, что, какие бы специальные меры ни были приняты, при механической обработке партии деталей ока­ зывается невозможным получить абсолютно одинаковые разме­ ры элементов всех деталей партии. Причиной этого является непостоянство условий обработки. Например, при развертывании ряда отверстий одной разверткой условия обработки каждого отверстия будут неодинаковыми. Первое отверстие обрабаты­ вается только что заточенной разверткой, а последующие — уже бывшей в работе. Развертка постепенно изнашивается и каж­ дое последующее отверстие обрабатывается все более притуп­ ленным инструментом. Ясно, что фактические размеры обрабо­ танных отверстий также будут постепенно изменяться по мере притупления инструмента. Вместе с тем будет изменяться и ше­ роховатость обработанных поверхностей отверстий.

Сказанное справедливо как для обработки партии деталей, так и для обработки любой поверхности одной детали. Напри­ мер, при точении наружной поверхности длинного вала по мере износа резца диаметр вала будет постепенно увеличиваться, вследствие чего форма вала окажется не цилиндрической, а ко­ нической (рис. 2, а). То же (рис. 2, г) будет иметь место и при расточке отдельных отверстий.

На точность размеров и формы детали в процессе ее обра­ ботки влияют многие различные причины. Среди них в первую очередь можно указать на следующие: неточность и недостаточ-

48

мая жесткость элементов станка; неточность и нежесткость ре­ жущих инструментов и приспособлений; износ режущих инстру­ ментов и приспособлений; неравномерность припуска и неодно­ родность материала заготовок; неправильно установленные режимы резания и связанные с этим большие силовые и темпе­ ратурные деформации детали и инструмента; колебания и де­ формации упругой системы СПИД (станок — приспособление — инструмент — деталь), вызываемые взаимодействием указан­ ных выше и ряда других причин. На точность изготовления де-

е)

Рис. 2. Наиболее часто встречающиеся погрешности формы при обработке деталей:

а — и — виды погрешностей; Д — отклонения

тали влияют также точность применяемых измерительных средств и самого процесса измерения.

Наиболее часто встречающиеся погрешности формы при об­ работке цилиндрических и плоских деталей показаны на рис. 2, а — и. Если в чертежах нет специальных указаний, вели­ чина погрешностей допускается в пределах всего поля допуска на заданный размер обработанной детали. Более высокие тре­ бования должны быть особо оговорены в чертеже.

Точность формы детали тесно связана с технологией ее обра­ ботки главным образом на отделочных операциях. Различный отжим резца в середине и у концов вала при точении его в цент­ рах (рис. 2, б) приводит к бочкообразности. Нагрев вала в про­ цессе точения приводит к седловидности (рис. 2, д), обнаружи­ ваемой после его остывания. Овальность вала (рис. 2, е) может явиться следствием различного отжима по осям вала из-за не­ равномерного припуска или из-за неоднородности структуры

49