Классификация технологических маршрутов изготовления разнофункциональных изделий из различных материалов. Учебное пособие

сборки или ремонта с указанием переходов, технологических режимов и данных о средствах технологического оснащения, материальных и трудовых затратах.

Понятие «технологический маршрут» близко к термину «ведомость технологических маршрутов (ВТМ)», который в [2] обозначает документ для указания маршрута изготовления или ремонта изделия по подразделениям предприятия (применяют для решения технологических и производственных задач), а также к термину «технологическая ведомость (ТВ)», который согласно тому же источнику обозначает документ, предназначенный для комплексного указания технологической и организационной информации, используемой перед разработкой документов на технологический процесс изготовления конкретного изделия (применяют на первых этапах технологической подготовки производства).

Внастоящем учебном пособии под понятием «технологический маршрут» изготовления изделия будем понимать схематизацию комплексного технологического процесса по последовательности использования процессов (методов) заготовительного производства, обработочного производства и процессов поверхностной обработки материалов при изготовлении изделий.

Внастоящее время тенденция современного машиностроения направлена на получение изделий с высокими показателями конструкционной прочности как совокупности критериев прочности, надежности и долговечности и высокими физико-механическими свойствами поверхности изделий. Такое сочетание свойств может достигаться только при использовании для изготовления разнофункциональных изделий различных по природе методов обработки, что возможно только в рамках комплексных технологических процессов [11].

К основным методам обработки материалов в заготовительном производстве относятся: процессы литейного производства; процессы обработки давлением; процессы сварки.

Вобработочном производстве различают: процессы формообразующие (обработка резанием со снятием стружки; электрофизические

11

и электрохимические методы обработки); процессы размерной обработки (обработка резанием без снятия стружки); процессы термической обработки.

Процессы поверхностной обработки материалов включают в себя отделочную обработку поверхности, модификацию поверхности (внутренние покрытия), нанесение внешних разнофункциональных покрытий.

Разработка технологического маршрута для комплексного технологического процесса является полезным предварительным этапом, позволяющим рационально выстроить последовательность прохождения обработки материала через этапы заготовительного, обработочного производств и этап поверхностной обработки. Кроме того, именно анализ технологического маршрута заготовок и деталей при их обработке позволит рационально выбрать материал по назначению с позиций его конструкционной прочности [15], технологичности и стоимости [16].

Внастоящем учебном пособии предлагается схематизация технологического маршрута изготовления разнофункциональных изделий из различных материалов, а также их классификация.

Воснову классификации положены следующие основные факторы: объем производства изделий (тип производства: единичное, се-

рийное, массовое [1]), точность изготовления изделия (здесь и в дальнейшем под изделием будем понимать единичное изделие – изделие, изготовленное из однородного материала без применения сборочных операций); материал изделия.

Характер типа производства будет существенным образом влиять на структуру технологического маршрута изготовления изделия.

Так, в условиях единичного производства исключаются такие высокопроизводительные процессы заготовительного производства, как литье и обработка давлением и, как правило, используются различные операции обработки резанием с последующим обеспечением заданных макросвойств и свойств поверхности изделий за счет термической обработки и методов поверхностной обработки.

При массовом производстве изделий материал неизбежно проходит обработку в заготовительном цикле производства независимо от формообразующих операций обработочного производства. Кроме

12

того, зачастую имеют место операции размерной и поверхностной обработки. Серийное производство по структуре технологического маршрута ближе к массовому типу производства.

Также существенно на структуру технологического маршрута изготовления изделий будет влиять заданная точность их изготовления. К высокоточным (прецизионным) изделиям относятся изделия по следующим квалитетам точности: калибры – 01–5 классы точности и посадки – 6–12 классы точности. При изготовлении подобных изделий в обязательном порядке следует учитывать вопросы металлургической и технологической наследственности материалов при их обработке различными методами, что потребует включения в технологический маршрут их изготовления дополнительно операций обработки давлением и термической обработки [17].

Различные по природе материалы обладают существенно разным уровнем технологических свойств – способностью обрабатываться различными методами. Наиболее высокой технологичностью обладают металлические материалы. Они в той или иной степени (в зависимости от химического состава) могут обрабатываться практически всеми методами воздействия на материалы, известными сегодня. Технологичность неметаллических материалов существенно уже. Технологии электрофизической и электрохимической обработки, термической обработки, высокие физические технологии для них неприемлемы. Соответственно структура технологического маршрута изготовления изделий из них специфична и будет существенно отличаться от таковой для металлических материалов.

1.4. СТРУКТУРА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО МАРШРУТА КОМПЛЕКСНОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

Для представления структуры технологического маршрута комплексного технологического процесса изготовления разнофункциональных изделий введем следующие обозначения для его структурных элементов [11, 17]:

С – сырье, материалы (литые, деформированные, гранулированные и т. п);

13

Д – деталь-изделие; ОЗП – операции заготовительного производства (литье, обработ-

ка давлением, сварка); ТОЗ – операции термической обработки заготовок;

ООПФ – операции обработочного производства формообразующие (обработка резанием; электрофизические и электрохимические методы обработки и т. п.);

ТО – операции термической обработки; ОРО – операции размерной обработки; ОПО – операции поверхностной обработки.

1.4.1. Операции заготовительного производства

Основные процессы литейного производства:

–получение отливок в песчаных формах;

–получение отливок литьем в оболочковые формы;

–получение отливок литьем по выплавляемым моделям;

–получение отливок литьем в кокиль;

–получение отливок литьем под давлением;

–получение отливок центробежным литьем;

–получение отливок литьем в огнеупорные формы.

Основные процессы обработки давлением.

Металлургический цикл:

–прокатное производство (получение сортового, листового, трубного проката; специальные виды проката);

–прессование (получение прессованных прутков, профилей, труб);

–волочение (получение проволоки, прутков, труб). Машиностроительный цикл:

–ковка (получение универсальных фасонных заготовок);

–объемная штамповка (получение фасонных заготовок в штампах);

–выдавливание (получение полых и фасонных заготовок истечением материала из полости деформирующего инструмента);

–листовая штамповка (получение заготовок из листа);

–специальные процессы (получение специальных профилей);

14

–импульсные процессы обработки давлением (взрывные, пневматические, пневмогидравлические, магнитоимпульсные, ультразвуковые);

–поверхностная пластическая обработка.

Основные процессы сварочного производства.

Сварка плавлением:

–дуговая электрическая сварка;

–газовая сварка;

–термохимическая резка материалов. Сварка давлением:

–контактная сварка (стыковая, точечная, шовная, импульсная);

–газопрессовая сварка;

–диффузионная сварка в вакууме;

–сварка трением;

–сварка токами высокой частоты;

–сварка взрывом.

1.4.2. Операции обработочного производства формообразующие

Основные процессы обработки материалов резанием со снятием стружки:

–обработка заготовок на токарных станках;

–обработка заготовок на сверлильных станках;

–обработка заготовок на расточных станках;

–обработка заготовок на фрезерных станках;

–обработка заготовок на протяжных станках;

–обработка заготовок на зуборезных станках;

–обработка заготовок на шлифовальных станках;

–обработка заготовок на полуавтоматическом и автоматическом металлорежущем оборудовании.

Электрические и физико-химические методы.

Электрофизические методы (электроэрозионная обработка): электроискровая; электроимпульсная; электроконтактная; анодномеханическая обработка.

15

Электрохимические методы: размерная обработка (анодная – механическая обработка).

Физические методы обработки: электронно-лучевая обработка; светолучевая (лазерная) обработка; плазменная обработка.

Химические методы обработки: травление поверхности; химикомеханическая обработка.

1.4.3. Операции термической обработки заготовок и изделий

Основные виды термической обработки:

–отжиг (I и II рода);

–закалка (с непрерывным охлаждением; ступенчатая, изотермическая, поверхностная);

–отпуск (низкотемпературный, среднетемпературный, высокотемпературный);

–химико-термическая обработка (цементация, азотирование, нитроцементация и др.);

–диффузионное насыщение поверхности (хромирование, алитирование, борирование и др.);

–термомеханическая обработка (низкотемпературная, высокотемпературная).

1.4.4. Операции размерной обработки

Обработка без снятия стружки:

–алмазное выглаживание;

–отделка поверхности чистовыми резцами;

–обработка поверхности шлифовальными кругами;

–полирование поверхности;

–хонингование поверхности;

–притирка поверхности;

–суперфинишная отделка поверхности;

–абразивно-жидкостная обработка поверхности;

1.4.5. Операции поверхностной обработки

Насыщение поверхности легирующими компонентами:

– ионная имплантация;

16

–лазерное поверхностное упрочнение;

–электронно-лучевая поверхностная обработка;

–электроэрозионное легирование;

–поверхностное упрочнение физическими полями. Нанесение разнофункциональных покрытий:

–газотермические покрытия;

–электрохимические (гальванические) покрытия;

–химические покрытия;

–физические покрытия (вакуумно-плазменные);

–наплавочные покрытия;

–покрытия из расплавов металлов;

–эмалевые покрытия;

–лакокрасочные покрытия.

В принятых обозначениях общая структура технологического маршрута изготовления разнофункциональных изделий примет следующий вид:

С → ОЗП → ТОЗ → ООПФ → ТО → ОРО → ОПО → Д. (1.1)

При разработке научно обоснованных процессов вида (1.1) необходимо учитывать взаимосвязь каждой предыдущей операции с последующей и их совместное влияние на основные показатели процесса в целом: качество изделия, производительность процесса, себестоимость изделия при регламентированных ресурсах работы оборудования, инструмента и оснастки. При этом качество изделия будет определяться не только последней операцией, но и особенностями всех предыдущих, начиная с получения заготовки. Это потребует осуществлять совместную проработку металлургических, технологических и конструктивных факторов для каждой операции комплексного технологического процесса с учетом перечисленных выше показателей.

При этом операции поверхностной обработки являются, как правило, финишными в технологическом процессе изготовления изделия, а следовательно, основной информационной составляющей в передаче свойств обрабатываемого материала от первой операции к последней

17

и определяются эксплуатационные свойства (хладостойкость, жаропрочность, жаростойкость, коррозионная стойкость, износостойкость, усталостная прочность) изделия в целом. При этом носителями свойств являются собственно материал изделия, а также его поверхность с многообразием параметров, описывающих ее состояние [17].

Контрольные вопросы

1.Понятие «производственный процесс».

2.Общая структура (этапы) производственного процесса.

3.Что обозначает слово «технология»?

4.Понятие «технологический процесс».

5.Основные технологические операции технологического процесса.

6.Вспомогательные технологические операции технологического процесса.

7.Понятие «комплексный технологический процесс».

8.Понятие «технологический маршрут».

9.Общая структура технологического маршрута комплексного технологического процесса.

10.Основные методы обработки в заготовительном производстве.

11.Основные методы формоизменения в обработочном производстве.

12.Основные методы размерной обработки изделия.

13.Основные методы поверхностной обработки изделия.

18

Глава 2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МАРШРУТЫ

ЕДИНИЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА

2.1. ХАРАКТЕРИСТИКА ЕДИНИЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Согласно ГОСТ 14.004-83 единичное производство – производство, характеризуемое малым выпуском одинаковых изделий, повторное изготовление и ремонт которых, как правило, не предусмотрены.

Единичное производство характеризуется следующими основными признаками:

–отсутствие устойчивого технологического процесса, что влечет за собой потребность использования высококвалифицированных рабочих;

–использование универсального оборудования, универсальных приспособлений и инструментов с большим набором технологической оснастки;

–длительный производственный цикл: много времени тратится на наладку при переходе с одной технологической операции на другую;

–высокий процент ручных работ;

–размещение оборудования группами по видам;

–низкая производительность труда;

–высокая себестоимость продукции за счет амортизации оборудования, высокой заработной платы, высоких накладных расходов

изамедленного оборота средств.

Единичное производство характеризуется широкой номенклатурой изготавливаемых или ремонтируемых изделий и малым объемом их выпуска, исчисляемого штуками и десятками штук.

Единичное производство характеризуется большим разнообразием технологических операций, которые повторяются нерегулярно или вообще не повторяются.

На предприятиях единичного производства используется универсальное оборудование, которое располагается по технологическим группам (токарные, сверлильные, фрезерные и т. п.).

19

Специализированный инструмент и приспособления в единичном производстве, как правило, не применяются.

В единичном производстве используются простейшие заготовки (прокат, поковка) с малой точностью и большими припусками.

Технологическая документация – сокращенная и упрощенная, технические нормы отсутствуют и применяется опытно-статистическое нормирование труда.

2.2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МАРШРУТЫ ЕДИНИЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА

2.2.1. Классификация технологических маршрутов единичного производства

В варианте ТМ1, как правило, в качестве формообразующих операций обработочного производства используются только операции резания со снятием стружки (точение, сверление, фрезерование и т. п.). При этом используются металлорежущие станки универсального и широкого применения: токарные, сверлильные, фрезерные и др. [8].

Этот вариант используется для изготовления деталей с точностью от 16 до 11 квалитета и шероховатостью от Ra = 100 мкм до Ra = 0,63 мкм при точении, от 13 до 11 квалитета и от Ra = 6,3 мкм до Ra = 2,5 мкм при сверлении, от Ra = 50 мкм до Ra = 1,25 мкм при фрезеровании. Изделия после ТМ1 имеют низкие показатели прочности и твердости (так называемое «сырое состояние», когда не изменяются механические свойства изделий по сравнению с исходными свойствами исходных заготовок).

ного производства производят упрочнение изделия за счет проведения операций термической обработки.

20