4. Проектирование детали, обрабатываемой резанием

Цель задания - поиск оптимальных инженерных решений конструкции детали при резании путем взаимной увязки необходимой функциональной и технологически возможной целесообразности ее конструкции,.

Данное задание является завершающим в цикле заданий по технологии материалов и разбито на две последовательные взаимосвязанные части.

В первой части завершается конструкторское оформление рабочего чертежа детали, первоначально разработанной при выполнении предыдущего задания по литью. При необходимости проводится корректировка первоначального чертежа заготовки.

Во второй части разрабатывается маршрут обработки заданных поверхностей детали. В зависимости от характера решаемых технологических проблем конструкция детали может вновь корректироваться для повышения технологичности. Такое построение задания отражает пошаговый (итерационный) характер отработки конструкции детали на технологичность с целью не только достижения требуемого технического уровня детали, но и снижения затрат на ее изготовление (и ремонт).

4.1. Технологичность детали, обрабатываемой резанием

Основные структурные составляющие конструкции детали выбирают с учетом того, что ее конструкцию характеризуют: а) состав и взаимное расположение ее составных объемных частей; б) форма и расположение поверхностей этих частей; в) состояние этих поверхностей, включая шероховатость; г) размеры и их допуски; д) материал детали.

Структурные элементы детали конструктор назначает таким образом, чтобы они обеспечивали: во-первых, ее функциональные (служебные) свойства (например, выполняли функцию корпуса или оправы, или шестерни и т.п.); во-вторых, технологичность принятых конструктивных решений - соответствие этих решений возможности дешевого и быстрого изготовления детали (а также последующей эксплуатации и ремонта) при заданных условиях, включая тип производства с использованием роботов, т.е. в конструкции детали должно быть предусмотрено удобство ориентирования в пространстве и автоматической загрузки в рабочие органы робота, возможность захвата и точной подачи на сопрягаемую деталь и др.

Проектируя деталь, конструктор должен представлять себе, как будет обрабатываться каждая ее поверхность, каким способом, можно ли будет ее при этом надежно установить и получить заданную точность положения и шероховатость поверхности, как деталь потом будет собираться с другими деталями, какие ее размеры повлияют на положение других деталей, оправдана ли точность задаваемых размеров.

В задании ограниченно изучаются минимально необходимые общие признаки технологичности детали с позиции именно обработки резанием, памятуя о том, что как для отдельных типов деталей определенного служебного назначения (корпуса, рычаги, тубусы, шестерни и др.), так и при использовании разных методов обработки резанием (точение, фрезерование, сверление, шлифование и др.), есть свои специфические требования к технологичности конструкции детали [1], изучение которых выходит за рамки данного задания.

Типовые признаки технологичности конструкции детали сводятся к следующим:

1. Назначаемый материал детали должен хорошо обрабатываться резанием. Для этого он не должен быть очень хрупким, очень вязким, очень твердым, нетеплопроводным. У таких материалов затруднено или образование или нормальный сход стружки и, как следствие, получение малой шероховатости на обработанной поверхности и точных размеров.

Особенно важен нормальный процесс стружкообразования при обработке на токарных станках-автоматах, поэтому для "автоматных" деталей разработаны особые сорта сталей типа А10, А12 и др.

Обрабатываемость сталей ухудшается с увеличением содержания углерода и карбидообразующих легирующих элементов. При этом растут силы резания, но повышается возможность получения малой шероховатости на отделочных операциях способами абразивной обработки. Чем больше в стали свободного феррита, тем больше высота образующихся микронеровностей поверхности.

Из цветных сплавов хорошо обрабатываются нестареющие деформируемые сплавы и стареющие, но в отожженном состоянии, а также литейные сплавы с содержанием кремния менее 0.1%.

Плохо обрабатываются титановые сплавы и реактопласты.

2. Конструкция детали должна состоять из стандартных или унифицированных конструктивных элементов.

Размеры должны соответствовать ряду нормальных линейных размеров или размерам стандартных инструментов. Сами элементы должны ограничиваться такими поверхностями, как плоскости, цилиндры, конусы, приемлемы торовые поверхности и сферы и очень нежелательны поверхности с переменной кривизной по двум осям (гиперболоиды, эллипсоиды и т. п.).

3. Конструктор должен знать, каким способом будет получаться каждая поверхность детали, и с учетом этого назначить технологические требования по точности и качеству поверхностей. Следует иметь в виду, что функциональной зависимости между полем допуска (квалитетом) и параметрами шероховатости пока не получено, а есть некоторые практические соотношения. Чем точнее размеры, тем меньше шероховатость, но наоборот это правило не действует. Чем больше размер поверхности, тем большая шероховатость допукается для получения заданного допуска. Так, допуск по IT7 для поверхностей с номинальными размерами до 18 мм получается при параметре R_a = 0,63 мкм, а для размеров от 80 до 120 мм - при R_a = 1,25 мкм. Соответственно, для тех же размерных групп (до 18 мм и 80-120 мм) допуск по IT8 требует значений R_a =1.25 мкм и R_a = 2.5 мкм; допуск по IT9 требует значений R_a = 2.5 мкм и R_z = 20 мкм соответственно. Такие рекомендации есть в справочниках [2].

Параметр R_a = 0.63 мкм может быть получен тонким точением, тонким развертыванием, чистовым шлифованием (для плоских поверхностей дополнительно: тонкое фрезерование); параметр R_a = 1.25 мкм - чистовым или тонким точением, черновым шлифованием, чистовым развертыванием, протягиванием, тонким фрезерованием; параметр R_a = 2.5 мкм - чистовым точением, чистовым зенкерованием и развертыванием, протягиванием, чистовым фрезерованием, черновым (предварительным) шлифованием; параметр R_z = 20 мкм (R_a = 5 мкм) - черновым точением, зенкерованием, сверлением малых отверстий, черновым (предварительным) фрезерованием.

Эти ориентировочные данные должны уточняться по справочным таблицам в зависимости от материала и габаритов обрабатываемой поверхности [2].

Нерабочие поверхности детали следует оформлять так, чтобы их можно было бы изготовить без обработки резанием, т. е. в конструкцию детали следует закладывать минимально необходимый объем обработки резанием.