Категории точности используемые при проектировании технологического процесса. Последовательность проектирования. Функции и проблемы технологической подготовки производства
6.2. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ И ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
Для разработки технологических процессов исходными и руководящими
материалами являются: производственная программа; рабочий чертеж детали
и чертеж сборочной единицы, в которую входит деталь; рабочий чертеж
заготовки; технологические условия на материалы и сборочные единицы;
руководящие и справочные материалы (альбомы приспособлений, каталоги и
паспорта оборудования, ГОСТы и нормали на измерительный и режущий
инструмент, нормативы режимов резания и технического нормирования,
операционных припусков и др.).
В начале разработки технологического процесса устанавливают тип производства. Для серийного производства дополнительно определяют размер партии деталей с учетом календарных сроков выпуска готовых изделий, наличия запаса материалов, длительности процессов обработки и др. Затем проводят контроль чертежей и проверку технологичности конструкции деталей, сборочных единиц и всей машины. При обнаружении недостатков или ошибок в чертежах технолог дает конструктору указания для их устранения. После проверки чертежей приступают к проектированию технологического процесса, исходя из общих правил разработки технологических процессов и выбора средств технологического оснащения, предусмотренных ГОСТ 14301-83.
Важным этапом разработки технологического процесса является выбор заготовки. Выбор заготовки зависит от формы детали и ее размеров, исходного материала, вида производства, требований к ее качеству, а также экономических соображений. При выборе заготовки следует стремиться к экономии материала, созданию безотходной и малоотходной технологии и интенсификации технологических процессов.
При выборе заготовки сначала устанавливают вид заготовки (отливка, поковка, штамповка, прокат, сварная конструкция). Затем выбирают метод формообразования заготовки (литье в песчаные, стержневые или металлические формы, ковка в подкладных штампах и т. д.). В первую очередь выбирают такой способ изготовления заготовки, который обеспечивает заданное качество детали. При наличии нескольких способов выбирают способ, при котором будет обеспечена наибольшая производительность и минимальная себестоимость получения заготовки и механической обработки.
Номенклатура машин и аппаратов текстильной промышленности весьма разнообразна, поэтому виды заготовок и способы их изготовления самые различные. Основными видами заготовок в текстильном машиностроении являются: отливки из черных и цветных металлов, поковки и штамповки, заготовки из листового металла, проката, сварные заготовки, заготовки из порошковых и неметаллических материалов.
Литые заготовки, не подвергающиеся ударным нагрузкам, получают из серого и модифицированного чугуна, а работающие в тяжелых условиях и испытывающие большие напряжения, из стали. Заготовки в виде поковок, получаемых свободной ковкой, применяют преимущественно для крупных деталей в единичном и мелкосерийном производстве. При изготовлении поковок стремятся получить конфигурацию заготовок, приближающуюся к упрощенным очертаниям детали.
Заготовки из проката применяют для деталей, по конфигурации приближающихся к какому-либо виду проката, когда отсутствует значительная разница в поперечных сечениях детали и можно при получении окончательной ее формы избежать снятия большого количества материала. Например, гайки выполняют из прутков шестигранного сечения, вкладыши подшипников - из труб, пружины - из
проволоки. Сварные и штампосварные заготовки в основном используют для изготовления стальных деталей сложной конфигурации, когда из одного куска проката невозможно или экономически невыгодно получить заготовку, например, изготовление ступенчатых валов с большой разницей диаметров ступеней.
Заготовки из порошковых материалов получают прессованием смесей из порошков в пресс-формах под давлением 100-600 МПа с последующим спеканием спрессованных деталей. К деталям из порошковых материалов относятся кольца крутильных и прядильных машин, самосмазывающиеся подшипники, узлы без смазочного материала и др. Достоинством порошковой технологии является возможность изготовления деталей, практически не требующих механической обработки.
К заготовкам из неметаллических материалов относят пластические массы, древесину, резину, кожу и др. В текстильном машиностроении используют также листы, прутки, полосы из пластмасс различного вида.
Заготовки характерных деталей чесальных, прядильных и трикотажных машин, ткацких станков, красильно-отделочного оборудования, машин для производства химических волокон рассмотрены в соответствующих главах второго раздела.
Построение и выбор варианта технологического процесса обработки резанием во многом зависят от правильного выбора технологических баз. На первой операции должны быть обработаны те поверхности, которые будут приняты за технологическую базу для последующей операции. На последующих операциях технологические базы должны быть по возможности точными по геометрической форме и шероховатости поверхности, должны выполняться принципы постоянства и совмещения баз.
Составление маршрута обработки детали представляет сложную задачу с большим количеством возможных вариантов решения. Его цель - дать общий план обработки детали, наметить содержание операций технологического процесса и выбрать тип оборудования. Маршрут обработки составляют исходя из требований рабочего чертежа, технических условий и принятой заготовки. При построении маршрута обработки исходят из того, что каждый последующий метод обработки должен быть точнее предыдущего.
Припуски назначают оптимальными с учетом конкретных условий обработки. Рассчитывают операционные припуски, допуски и промежуточные размеры заготовки. Промежуточные размеры указывают в операционном эскизе с учетом припуска на последующую обработку. Операционную технологию разрабатывают с учетом места каждой операции в маршрутной технологии. При проектировании технологических операций выполняют следующие взаимосвязанные работы: выбирают структуру построения операции механической обработки; уточняют содержание технологических переходов в операции; выбирают модель станка; выбирают технологическую оснастку; определяют режим обработки и норму времени; опреде-ляют разряд работы; обосновывают эффективность выполнения операции; оформляется технологическая документация.
Детализация технологического процесса зависит от типа производства. В единичном производстве технологические процессы разрабатываются до уровня составления маршрута операций с указанием их последовательности, требуемого оборудования, приспособлений, режущего и измерительного инструмента и времени на обработку. В массовом и серийном производстве технологические процессы разрабатывают подробно с обоснованием всех принятых решений.
9.1 Задачи при проектировании технологических процессов
9.2 Порядок разработки технологических процессов механической обработки
Проектирование технологических процессов – важный элемент процесса производства. От степени рациональности технологического процесса зависят качество и стоимость продукции.
При проектировании технологических процессов должны быть решены две основные задачи:
– технологический процесс для заданных условий и масштаба производства должен обеспечить надежное (без брака) осуществление всех требований рабочего чертежа и технических условий на изделие:
– технологический процесс должен быть максимально экономичным (с минимальными затратами труда и средств производства).
При проектировании технологических процессов необходимо учитывать современные направления в технологии машиностроения. Для выбора наиболее экономичного варианта технологического процесса часто приходится составлять два-три конкурирующих варианта, которые сравнивают между собой. Обычно предпочтение при прочих равных условиях отдают наиболее экономичному варианту.
Степень проработки технологического процесса . В зависимости от масштаба производства технологический процесс бывает разработан более или менее подробно. В единичном и мелкосерийном производствах технологический разрабатывают не подробно. В этих условиях составляют так называемую маршрутную технологию («технологический маршрут») – перечень операций, и на каждую операцию определяют штучное время и разряд работ. Однако при обработке сложных и дорогих деталей даже в условиях единичного производства технологические процессы разрабатывают более подробно.
В серийном производстве представляют маршрутно-операционное описание технологического процесса. На наиболее сложные операции составляют операционные процессы (с режимами резания), а на простые – технологический маршрут. Для сложных и ответственных деталей (корпуса редукторов, коленчатые валы и др.) разрабатывают операционную технологию (характерную для массового производства).
При крупносерийном и массовом производстве составляют операционную технологию, которая более подробна, чем маршрутно-операционная.
Порядок разработки технологических процессов механической обработки. Проектирование технологических процессов состоит из следующих взаимосвязанных этапов: анализа исходных данных; технологического контроля чертежа детали; выбора типа производства; выбора заготовки; выбора баз; установления маршрута обработки отдельных поверхностей детали; проектирования технологического маршрута изготовления детали с выбором типа оборудования; расчета припусков, расчета промежуточных и исходных размеров заготовки; построения операций и выбора технологической оснастки; расчета режимов обработки; технического нормирования операций; оценки технико-экономических показателей процесса, оформления технологической документации.
Анализ исходных данных . К числу исходных данных для проектирования процесса механической обработки деталей относятся: рабочие чертежи деталей и технические условия на их изготовление; данные о годовой производственной программе; данные о заготовках, из которых должны изготавливаться детали; сведения о специфических условиях данного производства (действующий, реконструируемый, новый завод). Для нового завода можно проектировать технологический процесс с использованием самого новейшего оборудования. Для действующего и реконструируемого завода нужно располагать сведениями об имеющемся оборудовании.
При проектировании технологических процессов необходим также ряд справочных и нормативно-технических материалов (по припускам и допускам, по оборудованию – паспорта, каталоги и др., по режущим, измерительным и вспомогательным инструментам, режимам резания, вспомогательному времени, нормативная документация по технике безопасности, бланки технологической документации (маршрутные карты, технологические карты и карты операционного контроля).
Технологический контроль чертежа детали . Проектирование технологических процессов механической обработки начинается с тщательного изучения чертежа и технических условий на готовую деталь. Во многих случаях требуется также ознакомиться с чертежами узла и изделия, в которые входит обрабатываемая деталь, с условиями работы детали, программой выпуска деталей, а также с производственными условиями, в которых намечено выполнение процесса (оборудование, транспортные средства и др.)
В процессе анализа исходных данных технолог осуществляет технологический контроль чертежа и технических условий. При этом следует выявить пути улучшения технологичности конструкции детали. Это позволит уменьшить трудоемкость изготовления детали, снизить себестоимость ее изготовления (стандартный инструмент, соотношение точности и шероховатости и др.).
Выбор типа производства. Тип производства выбирают, исходя из производственной программы выпуска путем расчета такта выпуска деталей. Размер производственной программы определяют исходя из трудоемкости операций обработки, трудоемкости наладки оборудования на основных операциях, затрат незавершенного производства и других экономических и организационных соображений.
Выбор исходной заготовки . На выбор заготовки и метода ее получения значительное влияние оказывают характеристика материала, из которого должна изготавливаться деталь, ее конструктивные формы и размер, программа выпуска.
Метод получения заготовки должен обеспечить наименьшую себестоимость изготовления заготовки.
Выбор технологических баз является основой построения технологического процесса изготовления детали и имеет большое значение для обеспечения требуемой точности обработки экономичности процесса. Назначая технологические базы для первой и последующих операций обработки, следует руководствоваться следующими общими соображениями:
– установочная и направляющая базы должны иметь необходимую протяженность для обеспечения устойчивого положения заготовки при ее обработке;
– обрабатываемая заготовка должна иметь минимальные деформации от действия силы резания, зажимной силы и от действия собственной массы;
– в качестве технологической базы следует принимать поверхности, обеспечивающие наименьшую погрешность установки и исключающие погрешность базирования.
На первой операции должны быть обработаны те поверхности, которые будут приняты за технологическую базу для последующих операций.
Так как технологической базой на первой операции будут черновые (не обработанные) поверхности, следует выбирать те поверхности, которые допускают по возможности равномерное снятие припусков и достаточно точное взаимное расположение обрабатываемых и не подлежащих обработке поверхностей. Если все поверхности детали подвергают механической обработке, то в качестве базы на первой операции следует выбирать поверхности с наименьшим припуском, чтобы при последующей обработке не получилось брака из-за недостатка припуска.
На второй и последующих операциях технологические базы должны быть возможно точными по геометрической форме и по шероховатости поверхности.
Рекомендуется, если это возможно, соблюдать принцип совмещения баз, т.е. в качестве технологической базы принимать поверхности, которые будут одновременно измерительной базой. Если технологическая база не совпадает с измерительной то возникает погрешность базирования. Следует иметь в виду, что лучшие результаты по точности будут достигнуты в том случае, если технологической и измерительной базой служит конструкторская база.
Необходимо придерживаться принципа постоянства базы на основных операциях обработки, т.е. использовать в качестве технологической базы одни и те же поверхности. С целью соблюдения принципа постоянства баз в ряде случаев на деталях создают искусственные технологические базы, не имеющие конструктивного назначения (центровые гнезда валов, специально обработанные отверстия в корпусных деталях при базировании их на штифты и др.).
Если по условиям обработки не удается выдержать принцип постоянства базы, то в качестве новой базы принимают обработанную поверхность, по возможности наиболее точную и обеспечивающую жесткость установки заготовки.
Установления маршрута обработки отдельных поверхностей детали. На начальной стадии разработки технологического процесса составляют перечень технологических переходов, которые могут быть применены для достижения конечной точности и шероховатости поверхности, проставленных на рабочем чертеже детали. Между рабочим чертежом и технологическим процессом изготовления детали существуют тесные связи. Они обусловлены тем, что каждому методу обработки соответствуют определенные достижимые точность получаемого размера и шероховатость поверхности. Поэтому необходимый метод окончательной обработки поверхности подсказывается рабочим чертежом детали.
Выбор метода окончательной обработки облегчается использованием точностных характеристик различных технологических методов. Так как каждому методу обработки соответствует некоторое оптимальное значение припуска, а общий припуск обычно превышает значение, допускаемое для этого метода, то можно определить и методы предшествующей обработки. Например, при обработке шейки вала до диаметра 50h8 при использовании в качестве заготовки проката последовательность технологических переходов: 1) черновое точение, 2) чистовое точение, 3)шлифование. В данном случае переход чернового точения необходим для приближения формы и размеров заготовки к форме и размерам детали.
Определив первый и окончательный переходы, устанавливают необходимость промежуточных переходов. Например, недопустимо при обработке отверстия по 7-му квалитету точности после первого перехода (чернового растачивания отверстия) сразу применять чистовое развертывание, так как точность и качество поверхности после чернового растачивания не обеспечат качественного выполнения чистового развертывания.
Определение последовательности технологических переходов при обработке отдельных поверхностей позволяет выявить необходимые этапы обработки (черновая, чистовая и отделочная) и является базой для формирования технологического маршрута изготовления деталей и отдельных операций.
Проектирование технологического маршрута изготовления детали с выбором типа оборудования. На этапе разработки технологического маршрута припуски и режимы обработки не рассчитывают, поэтому рациональный маршрут выбирают с использованием справочных данных и руководящих материалов по типовым и групповым методам обработки.
Технологические маршруты весьма разнообразны и зависят от конфигурации детали, ее размеров, требуемой точности, программы выпуска, однако при проектировании маршрута следует руководствоваться некоторыми общими соображениями. С методической точки зрения эта работа может быть представлена следующей примерной схемой.
Сначала выявляют необходимость расчленения процесса изготовления детали на операции черновой, чистовой и отделочной обработки. Эту работу выполняют с использованием разработок по установлению маршрута обработки различных поверхностей данной детали.
Операцию черновой обработки целесообразно отделить от чистовой, чтобы уменьшить влияние деформации заготовки после черновой обработки. Однако если заготовка жесткая, а обрабатываемые поверхности незначительны по длине, то такое расчленение не обязательно.
Отделочная обработка, как правило, выполняется на конечной стадии процесса, Но от этого положения в отдельных случаях приходится отступать.
При формировании операций следует учесть, что определенная группа поверхностей потребует обработки с одной установки. К таким поверхностям относятся соосные поверхности вращения и прилегающие к ним торцовые поверхности, а также плоские поверхности, обрабатываемые в несколько позиций.
В самостоятельные операции выделяются обработка зубьев колес, нарезание шлицев, обработка пазов, сверление отверстий с применением многошпиндельных головок и др.
При формировании операций следует иметь в виду следующее:
– на первой операции необходимо обрабатывать те поверхности, которые будут использованы в качестве установочных баз на второй, а возможно и на последующих операциях механической обработки;
– наличие термической или химико-термической обработки.
При формировании технологического маршрута устанавливается тип применяемого оборудования. Станок выбирают по паспортам, каталогам, по фактическому наличию в соответствии с характером обработки, требованиями к точности и шероховатости поверхности на данной операции, размерами обрабатываемой детали, масштабом производства.
Размеры станка должны соответствовать размерам обрабатываемой детали. Необходимо стремиться к максимально эффективному использованию станка по мощности и времени, а для многопозиционных – позиций и суппортов. При выборе станка важным фактором является его стоимость и себестоимость обработки на нем детали.
В единичном производстве применяют универсальные станки, серийном – специализированные, а в массовом – специальные (автоматы, полуавтоматы, агрегатные и др.)
Выполненная наметка технологического маршрута оформляется в виде операционных эскизов заготовок с указанием схемы их базирования и с выделением жирными линиями обрабатываемых поверхностей.
В маршрут технологического процесса включают опущенные второстепенные операции (обработку крепежных отверстий, снятие фасок, зачистку заусенцев, промывку и др.).
Место термической операции в технологическом маршруте . В процессе изготовления детали операции термической обработки должны быть увязаны с операциями механической обработки. Различают предварительную, промежуточную и окончательную термическую обработку.
Предварительная ТО – осуществляется до выполнения операций механической обработки и заключается в отжиге, нормализации или улучшении заготовок. Поковки из конструкционных материалов, отливки и сварные заготовки подвергают операции отжига, что позволяет резко снизить остаточные напряжения в материале и улучшить его обрабатываемость резанием. Если при изготовлении деталей из среднеуглеродистых сталей окончательная термическая обработка заключается в нормализации или улучшении, то эти операции выполняют перед механической обработкой. Улучшение осуществляют до твердости не выше НRC 40 (НВ 390), так как при более высокой твердости обработка лезвийным инструментом затруднительна. Промежуточная ТО – применяется после чернового резания и заключается в нормализации стальных деталей и в процессе старения отливок. Нормализации подвергают заготовки из малоуглеродистых сталей, в том числе из легированных малоуглеродистых сталей (20Х, 20ХН), с целью обеспечения лучшей обрабатываемости при чистовом резании или при обработке методом пластического деформирования (раскатка отверстий и др.). Окончательная ТО – осуществляется в виде общей закалки детали или поверхностной. Если окончательная термическая обработка заключается в общей закалке детали до твердости выше НRC 40, то эту обработку ведут после чистовой обработки до шлифования. При необходимости цементации с последующей закалкой отдельных поверхностей детали применяют предварительное омеднение тех поверхностей, которые не подлежат цементации. Для предохранения поверхностей, подлежащих цементации от покрытия слоем меди, на эти поверхности наносят диэлектрики, чаще всего лак.
Определение припусков . Общий припуск на обработку равен сумме промежуточных припусков. Общий припуск на обработку зависит от ряда факторов: размеров и конфигурации деталей, материала детали, точности детали, способа изготовления заготовки и др.
Припуски следует назначать оптимальными с учетом конкретных условий обработки. Завышенные припуски приводят к излишнему расходу материала, возрастанию трудоемкости механической обработки, повышению эксплуатационных расходов станочной обработки (расход инструмента, электроэнергии и др.). Недостаточные припуски могут препятствовать исправлению погрешностей от предшествующей обработки и получению необходимой точности и шероховатости обработанной поверхности на выполняемом переходе.
Значения припусков устанавливают по опытно-статистическим данным (нормативным таблицам) или расчетно-аналитическим методом.
Расчетно-аналитический метод определения припусков применим для массового, крупно- и среднесерийного производства. В условиях единичного и мелкосерийного производства припуски устанавливают по нормативным таблицам.
На основе расчета промежуточных припусков возможно определение предельных промежуточных и исходных размеров заготовки. Построение схемы начинают с наименьшего предельного размера после окончательной обработки. Наибольшие предельные размеры заготовок получают прибавлением к наименьшим диаметральным размерам значений технологических допусков (на чистовое точение, черновое точение и допуск на размер исходной заготовки).
Наибольшие припуски получают путем вычитания наибольших предельных размеров заготовки на предшествующем и выполняемом переходам.
Построение операций и выбор технологической оснастки. При проектировании технологической операции выполняют следующие взаимосвязанные работы: выбирают структуру построения операции механической обработки; уточняют содержание технологических переходов в операции; выбирают модель станка; выбирают технологическую оснастку; рассчитывают режимы обработки; рассчитывают норму времени; определяют разряд работы; обосновывают эффективность операции.
Проектирование операции является многовариантной задачей, поэтому оценку возможных вариантов производят на основе технико-экономических расчетов. Проектируя отдельные операции, уточняют технологический маршрут изготовления детали и вносят в него необходимые коррективы.
При разработке структуры операции механической обработки необходимо стремиться к достижению наиболее экономичного варианта. Важным фактором, влияющим на себестоимость продукции, является производительность процесса, оцениваемая трудоемкостью единицы продукции, т.е. штучным временем. Основными составляющими которого являются основное и вспомогательное время.
В связи с эти при формировании операции с целью возможного перекрытия элементов основного и вспомогательного времени рассматривают схемы построения операций, отличающиеся:
– числом одновременно устанавливаемых заготовок (одноместные и многоместные схемы);
– числом участвующих в обработке инструментов – одноинструментная и многоинструментная обработка;
– порядком использования инструментов – последовательная, параллельная, параллельно-последовательная обработка. Выбор определенной схемы построения операции в значительной мере зависит от программы выпуска и размеров детали. При единичном производстве деталей любых размеров наиболее рациональной будет одноместная одноинструментная последовательная обработка, а при серийном и массовом производстве некрупных деталей – многоместная многоинструментная параллельная или параллельно-последовательная обработка.
Рисунок 29 - Примеры одноместной обработки
На рисунке 29 показаны примеры одноинструментной обработки: а – одноинструментная последовательная обточка ступенчатого вала: б – последовательная обработка несколькими инструментами – сверление и зенкерование отверстия; в – параллельная многоинструментная обработка – сверление и одновременно наружное точение; г – параллельно-последовательная обработка – выполнение фрезерно-центровальной операции в две позиции: на 1-й позиции – одновременное фрезерование двух торцов, на 2-й позиции – одновременное центрование торцов.
Выбор технологической оснастки . Одновременно с выбором оборудования выбирают приспособление, режущий и измерительный инструмент. При выборе технологической оснастки следует учитывать тип производства, вид изделия и программу его выпуска, характер намеченной технологии, возможность максимального применения имеющейся стандартной оснастки.
Выбор приспособлений в значительной мере зависит от программы выпуска деталей:
– в единичном и мелкосерийном производстве используют приспособления универсального типа (тиски, кулачковые патроны, делительные головки и др.);
– в серийном – универсальные переналаживаемые приспособления и приспособления для групповой обработки;
В массовом – высокопроизводительные специальные приспособления, позволяющие резко сократить время на установку и закрепление заготовки перед обработкой и на снятие заготовки по окончании выполнения операции.
Выбор режущего инструмента производят с четом метода обработки, материала обрабатываемой детали, ее размера и конфигурации, требуемого качества обрабатываемой поверхности, программы выпуска деталей. При выборе режущегоинструмента в первую очередь ориентируются на применение стандартного инструмента, однако на отдельных операциях, особенно в условиях серийного и массового производства, предусматривают специальный инструмент. Для режущей части инструмента широко используют твердые сплавы, обеспечивающие высокие скорости резания и сверхтвердые. Твердые сплавы: однокарбидные (ВК) – для обработки чугунов и цветных сплавов; двухкарбидные (ТК) – для обработки вязких материалов; трехкарбидные (ТТК) – для скоростного резания, чистовая обработка. При отделочной обработке расширяется применение алмазов (натуральных и синтетических), особенно при обработке цветных металлов и сплавов (бронзы, латуни, алюминиевых сплавов и т.п.), для правки шлифовальных кругов.
Выбор измерительных средств производят с учетом соответствия точностных характеристик инструмента точности выполняемого размера, вида измеряемой поверхности, а также масштаба выпуска деталей. В условиях единичного и мелкосерийного производства применяют в основном универсальные инструменты: штангенциркули, микрометры, нутромеры, универсальные индикаторные приборы и др. С увеличением масштаба выпуска деталей возрастает применение предельных калибров, шаблонов, различных контрольных приспособлений и автоматических средств контроля.
Расчет режимов обработки. Режимы обработки характеризуются глубиной резания, подачей и скоростью резания. В первую очередь назначают глубину резания, затем подачу и в последнюю очередь скорость резания. Методика расчета режимов резания при одноинструментной обработке заключается в следующем.
Прежде всего определяют предельные размеры:
– расчетный диаметр для наружных поверхностей – D p =D пред.опер и для внутренних поверхностей – D p =D послед.опер; при фрезеровании, сверлении и неподвижной детали расчетным диаметром является наружный диаметр инструмента;
– расчетную длину обработки с учетом врезания и перебега инструмента и взятия пробных стружек – L=l 1 +l+l 2 + l пр.
Глубину резания при черновой обработке назначают, исходя из соображений снятия припуска за один рабочий ход; в этом случае глубина резания будет соответствовать промежуточному припуску.
Расчетный припуск на обработку
– наружных поверхностей – ;
– внутренних поверхностей – .
Если припуск превышает допускаемый для данного случая обработки, то назначают два и более рабочих ходов i = 1; 2…, но глубину резания принимают максимально допустимую, чтобы уменьшить число рабочих ходов. При чистовой обработке глубину резания назначают, исходя из условия обеспечения точности получаемого размера и заданной шероховатости поверхности. Глубина резания .
После установления глубины резания выбирается подача. На подачу влияет глубина резания, характер обработки, обрабатываемый материал, сечение державки резца (для токарной обработки). Обычно задается интервал, например, 
мм/об. Подача должна быть максимально технологически допустимая. При черновой обработке подача лимитируется прочностью и жесткостью элементов технологической системы, стараются выбрать наибольшую подачу и принимают ее ближайшее значение для станка мм/об. При чистовой обработке подача выбирается в зависимости от заданной шероховатостью поверхности с учетом обрабатываемого материала, скорости резания и радиуса при вершине резца (для токарной обработки). Выбирают меньшую подачу и корректируют по паспортным данным станка.
Период стойкости режущего инструмента Т выбирают по нормативам (среднее значение) в зависимости от размера и типа режущего инструмента, характеристики материала обрабатываемой детали и условий работы.
После определения глубины подачи и периода стойкости режущего инструмента определяют скорость резания:
,
где Т m – период стойкости инструмента;
С V – постоянная величина, зависящая от материала инструмента, материала детали, вида обработки и характера обработки;
t –глубина резания;
s – подача;
m, х v , у v – показатели степени, определяют по справочнику.
Скорость резания зависит от выбранной глубины резания и подачи, качества обрабатываемого материала, режущих свойств инструмента, геометрических параметров режущего элемента инструмента и других факторов. В повседневной практике скорость резания определяют на основании нормативов режимов и вносят поправки в связи с факторами, не учитываемыми нормативами , м/мин.
По данным скорости резания находят расчетную частоту вращения режущего инструмента или заготовки (n) или расчетное число двойных ходов инструмента в минуту.
К р – поправочный коэффициент, представляет собой произведение из ряда коэффициентов, учитывающих изменения условий резания
К р = К М К φ К γ К λ К r .
Эффективную мощность на резце определяют по формуле N e =P z ·V·10 -3 , кВт. Мощность на приводе станка определяют по формуле N пр = N e /η ст и сравнивают с мощностью станка (N пр должна быть меньше N e).
По найденным значениям режима резания производят проверочный расчет по усилию подачи, допускаемому прочностью механизма подачи станка, по крутящему моменту, допускаемому прочностью привода главного движения, по мощности станка. Если необходимо, корректируют рассчитанные значения подачи и скорости резания.
Проектирование технологических процессов состоит из следующих взаимосвязанных этапов: анализа исходных данных, технологического контроля детали, выбора типа производства, выбора заготовки, выбора баз, установления маршрута обработки отдельных поверхностей, проектирования технологического маршрута изготовления детали с выбором типа оборудования, расчета припусков расчета промежуточных и исходных размеров заготовки; построения операций, расчета режимов обработки, технического нормирования операций, оценки технико-экономических показателей процесса, оформления технологической документации.
Анализ исходных данных и технологический контроль чертежа и технических условий . При анализе исходных данных следует ознакомиться с назначением и конструкцией детали, подлежащей изготовлению, техническими условиями ее изготовления и эксплуатации, программой выпуска деталей, а также с производственными условиями, в которых намечено выполнение процесса (оборудование, транспортные средства и др.). Исходные данные предопределяют принципиальное направление проектируемого процесса с целью обеспечения требуемого качества и эффективности при заданном масштабе выпуска.
В процессе анализа исходных данных технолог осуществляет технологический контроль чертежа и технических условий. При этом следует выявить пути улучшения технологичности конструкции детали, рассмотренные в гл. 4. Это позволит уменьшить трудоемкость изготовления детали, снизить себестоимость ее обработки
Выбор типа производства . Тип производства выбирают, исходя из заданной программы выпуска путем расчета такта выпуска деталей по формуле (1.9). τ = 60 Ф д /N , Ф д – действительный фонд времени в планируемом периоде (месяц, сутки, смена), N – производственная программа на этот период, шт.
Если такт выпуска близок к ориентировочно установленной средней длительности основных операций обработки данной детали, то производство считают массовым . Если же такт выпуска значительно превышает длительность основных операций то детали изготовляют по принципу серийного производства с обработкой их производственными партиями. Размер производственной партии определяют, исходя из трудоемкости операций обработки, трудоемкости наладки оборудования на основных операциях, затрат незавершенного производства и других экономических и организационных соображений.
Размер экономически выгодной партии определяют по формуле
где – сумма подготовительно-заключительного времени по всем операциям, мин; – сумма штучного времени по всем операциям, мин; К – коэффициент, учитывающий1 потери времени на переналадку оборудования (К = 0,04 относится к крупносерийному производству и К = 0,18 – к мелкосерийному).
Выбор исходной заготовки .
На выбор заготовки и метода ее получения значительное влияние оказывают характеристика материала, из которого должна изготовляться деталь, ее конструктивные формы и размер, программа выпуска.
Метод получения заготовки должен обеспечить наименьшую себестоимость изготовления детали……
Следует также иметь в виду, что при малой программе выпуска деталей расходы на изготовление специальной оснастки для заготовительных процессов (проектирование и изготовление штампов, пресс-форми др.) не окупаются.Таким образом, выбор метода получения заготовки должен быть обоснован экономическими расчетами себестоимости изготовления детали с учетом себестоимости получения заготовки и себестоимости механической обработки.
При выборе литых заготовок и поковок помимо назначения припусков на обработку и допусков на размеры указывают также штамповочные или литейные уклоны, радиусы округлений, допустимые дефекты поверхностей, базовые поверхности для первой операции механической обработки и требования, предъявляемые к этим поверхностям, способы термической обработки заготовки и очистки ее поверхностей.
Для заготовок из проката и специальных профилей размеры устанавливают согласно ГОСТ, учитывая необходимые припуски на обработку.
Выбор технологических баз является основой построения технологического процесса изготовления детали и имеет большое значение для обеспечения требуемой точности обработки и экономичности процесса. Назначая технологические базы для первой и последующих операций обработки, следует руководствоваться следующими общими соображениями:
Установочная и направляющая базы должны иметь необходимую протяженность для обеспечения устойчивого положения заготовки при ее обработке;
Обрабатываемая заготовка должна иметь минимальные деформации от действия силы резания, зажимной силы и от действия собственной массы;
В качестве технологической базы следует принимать поверхности, обеспечивающие наименьшую погрешность установки и исключающие погрешность базирования.
На первой операции должны быть обработаны те поверхности, которые будут приняты за технологическую базу для последующей операции.
Так как технологической базой на первой операции будут черные (необработанные) поверхности, следует выбирать те поверхности, которые допускают по возможности равномерное снятие припусков и достаточно точное взаимное расположение обрабатываемых и не подлежащих обработке поверхностей.
Если все поверхности детали подвергают механической обработке, то в качестве базы на первой операции следует выбирать поверхности с наименьшим припуском, чтобы при последующей обработке не получилось брака из-за недостатка припуска.
На второй и последующих операциях технологические базы должны быть возможно точными по геометрической форме и по шероховатости поверхности.
Если технологическая база не совпадает с измерительной, то возникает погрешность базирования (см. выше). Следует иметь в виду, что лучшие результаты по точности будут достигнуты в том случае, если технологической и измерительной базой служит конструкторская база.
Необходимо придерживаться принципа постоянства базы на основных операциях обработки, т. е. использовать в качестве технологической базы одни и те же поверхности. Соблюдение этого принципа особенно важно, если измерительные базы при выполнении различных операций переменны и в связи с этим затруднительно осуществить принцип совмещения баз. С целью соблюдения принципа постоянства баз в ряде случаев на деталях издают искусственные технологические базы , не имеющие конструктивного назначения (центровые гнезда валов, специально обработанные отверстия в корпусных деталях при базировании их на штифты и др.).
Если по условиям обработки не удается выдержать принцип постоянства базы, то в качестве новой базы принимают обработанную поверхность по возможности наиболее точную и обеспечивающую жесткость установки заготовки. Если вновь принятая база не является измерительной, то рассчитывают допуск на получаемый размер с учетом появляющейся погрешности базирования и, если необходимо, ужесточают допуск на размер, определяющий положение новой технологической базы относительно измерительной базы.
При выборе технологических баз следует оценить точность и надежность базирования, увязав их с производительностью технологического процесса.
Установление маршрута обработки отдельных поверхностей. На начальной стадии разработки технологического процесса составляют перечень технологических переходов, которые могут быть применены для достижения конечной точности и шероховатости поверхности, проставленных на рабочем чертеже детали. Между рабочим чертежом и технологическим процессом изготовления детали существуют тесные связи. Они, в частности, обусловлены тем, что каждому методу обработки соответствуют определенные достижимые точность получаемого размера и шероховатость поверхности. Поэтому необходимый метод окончательной обработки поверхности подсказывается рабочим чертежом детали.
Выбор метода окончательной обработки облегчается использованием точностных характеристик различных технологических методов (см. гл. 2). Но так как каждому методу обработки соответствует некоторое оптимальное значение припуска, а общий припуск обычно превышает значение, допускаемое для этого метода, то можно определить и методы предшествующей обработки. Например, при обработке шейки вала до диаметра 50h 8 при использовании в качестве заготовки проката последовательность технологических переходов такова: 1) черновое точение, 2) чистовое точение, 3) шлифование? В данном случае переход чернового точения необходим для приближения формы и размеров заготовки к форме и размерам детали.
Зависимость структуры технологических переходов от вида исходной заготовки может быть показана и на следующем примере: если в исходной заготовке имеется отлитое или штампованное отверстие, то переход сверления исключен и обработка начинается с зенкерования или растачивания отверстия.
Из приведенных выше примеров видно, что конструктивные формы и точность исходной заготовки предопределяют содержание первого технологического перехода.
Определив первый и окончательный технологические переходы, устанавливают необходимость промежуточных переходов. Например, недопустимо при обработке отверстия по 7-му квалитету точности после первого перехода (чернового растачивания отверстия) сразу применять чистовое развертывание, так как точность и качество поверхности после чернового растачивания не обеспечат качественного выполнения чистового развертывания.
Получение конечной точности обрабатываемой поверхности может быть достигнуто путем применения различных технологических переходов. Например, при обработке отверстия с отклонением Н 8 в заготовке из чугуна с предварительно отлитым отверстием конечными переходами могут быть либо развертывание 1 (рис. 6.2, нижний ряд), либо тонкое растачивание 2, либо протягивание 3 . Первыми технологическими переходами могут быть черновое зенкерование 4 , либо черновое растачивание 5, а промежуточными - чистовое зенкерование 6, либо чистовое растачивание 7 . На рис. 6.2 показана схема десяти вариантов обработки данного отверстия. Из приведенного примера видно, что число возможных вариантов обработки данной поверхности может быть значительным, причем все они будут различными по эффективности.
На данном этапе разработки технологического процесса припуски и режимы обработки не рассчитывают. Поэтому при назначении состава технологических переходов следует использовать справочные данные о производительности и точности при различных методах обработки и рекомендуемые типовые технологические маршруты. Значительную помощь при этом может оказать ЭВМ.
При дальнейшей разработке маршрута обработки детали и отдельных операций состав технологических переходов уточняется и корректируется. На последовательность технологических переходов в значительной мере влияет требование обеспечения взаимной координации поверхностей деталей, указанное в рабочем чертеже. Решение этой задачи связано с правильным выбором баз при установке заготовки на первой и последующих операциях, а также с рациональным назначением последовательности технологических переходов, если учесть, что наилучшая взаимная перпендикулярность, параллельность и концентричность поверхностей достигаются при их обработке с одной установки.
Определение последовательности технологических переходов при обработке отдельных поверхностей детали позволяет выявить необходимые этапы обработки (черновая, чистовая и отделочная) и является базой для формирования технологического маршрута изготовления детали и отдельных операций.
Проектирование технологического маршрута изготовления детали . Под технологическим маршрутом изготовления детали понимается последовательность выполнения технологических операций (или уточнение последовательности операций по типовому или групповому технологическому процессу) с выбором типа оборудования. На этапе разработки технологического маршрута припуски и режимы обработки не рассчитывают, поэтому рациональный маршрут выбирают с использованием справочных данных и руководящих материалов по типовым и групповым методам обработки. Значительную помощь при этом может оказать ЭВМ.
Технологические маршруты весьма разнообразны и зависят от конфигурации детали, ее размеров, требований точности, программы выпуска, однако при проектировании маршрута следует руководствоваться некоторыми общими соображениями. С методической точки зрения эта работа может быть представлена следующей примерной схемой.
1. Сначала выявляют необходимость расчленения процесса изготовления детали на операции черновой, чистовой и отделочной обработки. Эту работу выполняют с использованием разработок по установлению маршрута обработки различных поверхностей данной детали.
2. Операцию черновой обработки целесообразно отделить от чистовой, чтобы уменьшить влияние деформации заготовки после черновой обработки. Однако если заготовка жесткая, а обрабатываемые поверхности незначительны по длине, то такое расчленение не обязательно.
3. Отделочная обработка, как правило, выполняется на конечной стадии процесса. Но от этого положения в отдельных случаях приходится отступать. Например, если окончательная обработка поверхности связана с возможным отходом заготовок в брак, то эту операцию не следует выполнять последней, чтобы не иметь лишних затрат труда.
4. При формировании операций следует учесть, что определенная группа поверхностей потребует обработки с одной установки. К таким поверхностям относятся соосные поверхности вращения и прилегающие к ним торцовые поверхности, а также плоские поверхности, обрабатываемые в несколько позиций.
5. В самостоятельные операции выделяются обработка зубьев колес, нарезание шлицев, обработка пазов, сверление отверстий с применением многошпиндельных головок и др.
6. При формировании операций следует иметь в виду следующее: а) на первой операции необходимо обработать те поверхности, которые будут использованы в качестве установочных баз на второй, а возможно и на последующих операциях механической обработки; б) наличие термической или химико-термической обработки.
7. При формировании технологического маршрута устанавливается тип применяемого оборудования (станок токарный, фрезерный, сверлильный и т. д.).
8. Выполненная наметка технологического маршрута оформляется в виде операционных эскизов заготовок с указанием схемы их базирования и с выделением жирными линиями обрабатываемых поверхностей.
9. В маршрут технологического процесса включают опущенные второстепенные операции (обработку крепежных отверстий, снятие фасок, зачистку заусенцев, промывку и др.), а также указывают место контрольных операций.
После оценки принятых решений вносят необходимые коррективы.
Технологические процессы делятся на два вида: единичные (для одного изделия), типовые (для группы различных изделий).
Единичный ТП на каждую деталь (СЕ) разрабатывается таким образом, как будто эта работа выполняется впервые. Нет обобщения опыта, нет гарантии в правильности технологических решений.
Работа по типизации ТП делится на два этапа:
Классификация объектов производства;
Проектирование ТП для каждой классифицированной группы.
Классификация деталей с целью типизации ТП начинается с выделения наиболее крупных классификационных единиц – классов . В один класс попадают детали, имеющие сходные конструкторско-технологические характеристики. В классификаторе выделено два основных класса: тела вращения и корпусные детали. Разбивая детали внутри класса на группы и подгруппы, получают все большее сближение технологических процессов. Разбивку проводят до типа, объединяющего совокупность деталей одинаковой конфигурации, но с различными размерами, которые имеют одинаковый маршрут изготовления, осуществляемый на однородном оборудовании с применением однотипной оснастки.
Работа по классификации деталей обязательно должна сочетаться с унификацией и нормализацией их конструкции. Это дает возможность укрупнить серии деталей, применять при изготовлении более прогрессивную технологию, а также сократить номенклатуру оснастки и измерительных средств.
Типизация ТП не ограничивается только областью обработки деталей. Ее принципы используются и при проектировании ТП сборки, регулировки, контроля и испытаний. Она способствует уменьшению неоправданного разнообразия ТП и оснастки, внедрению новых прогрессивных методов обработки, сокращению сроков и удешевлению ТПП, более широкому применению средств автоматизации.
ОБЩИЕ ПРАВИЛА РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
Проектирование ТП представляет собой сложный комплекс взаимосвязанных работ:
Выбор заготовок;
Выбор технологических баз;
Подбор типового ТП;
Определение последовательности и содержания операций;
Определение, выбор и заказ новых средств технологического оснащения (в том числе средств контроля и испытаний);
Назначение и расчет режимов обработки;
Нормирование ТП;
Определение профессий и квалификации исполнителей;
Оформление рабочей документации на ТП.
При разработке ТП используются следующие виды технико-экономической документации;
Технологический классификатор объектов производства;
Классификатор технологических операций;
Система обозначения технологических документов;
Типовые технологические процессы и операции;
Стандарты и каталоги средств технологического оснащения;
Справочники по нормативам технологических режимов;
Справочники по материальным и трудовым нормативам.
Сущность ТП изготовления детали заключается в последовательном приближении сырья (заготовки) к качественным показателям изготавливаемой детали, требуемым чертежам и ТУ.
В общем случае путь от материала до детали можно разделить на 4 этапа.
1. Получение заготовки (первоначальное формообразование).
2. Черновая обработка.
3. Чистовая обработка.
4. Отделка (получение нужных качеств поверхностного слоя детали).
ВЫБОР ЗАГОТОВКИ.
Большое влияние на маршрут изготовления детали оказывает способ получения заготовки. При этом возможны два принципиально разных подхода:
1. Получение заготовки, наиболее приближающейся по форме и размерам к готовой детали. При этом на заготовительные операции приходится большая часть трудоемкости ТП, а на механообработку меньшая.
Это характерно для массового и крупносерийного производства и обеспечивается применением прогрессивных методов формообразования: литье, горячая и холодная штамповки, специальные виды обработки давлением и др.
2. Получение грубой заготовки с большими припусками. При этом на механообработку приходится большая часть трудоемкости изготовления детали. Это характерно для единичного и мелкосерийного производства.
Наличие различных подходов требует выбора оптимального способа получения заготовки.
ОСНОВНЫЕ СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГОТОВОК.
Сортовые материалы . К ним относятся: прутки круглого, квадратного и шестигранного сечения; трубы; плоский прокат – листы, ленты, полосы; некоторые из этих видов заготовок могут применяться и для неметаллических материалов (винипласт, текстолит, стеклотекстолит и др.). Заготовки из сортового материала следует изготавливать в тех случаях, когда профиль материала близко подходит к профилю детали.
Холодная штамповка . Делится на листовую и объемную. Листовая штамповка используется для формообразования, калибрования и пробивки отверстий с помощью штампов. Объемная холодная штамповка в основном служит для формообразования деталей. Холодная штамповка – один из самых распространенных методов изготовления деталей без снятия стружки. Холодная штамповка относится к ТП обработки давлением, применяемым для получения деталей из материалов, обладающих достаточно высокими пластическими свойствами. Из металлов холодной штамповке подвергаются: стали, алюминий и его сплавы, медь, латунь, некоторые сплавы титана, магниевые сплавы и др. Из неметаллов, подвергаемых холодной штамповке, наиболее распространены текстолит и гетинакс. Детали из этих материалов, в зависимости от толщины, штампуются, как без подогрева, так и с подогревом.
Основной технологической оснасткой, включающей в себя функции инструмента и приспособления, являются штампы, осуществляющие формообразования детали или заготовки. В качестве оборудования применяются механические прессы, главным образом кривошипные (эксцентриковые).
Достоинствами холодной штамповки являются:
Относительно высокая и стабильная точность получаемых размеров при вырубке, пробивке и вытяжке;
Высокая производительность процесса (при использовании штампа, в котором одновременно изготавливается одна деталь, производительность пресса может достигать 30 – 40 тыс. деталей за смену);
Простота выполнения операций и широкие возможности автоматизации процесса.
К недостаткам холодной штамповки относятся:
Высокая стоимость штампов, которая может быть уменьшена при применении нормализованных деталей и отдельных СЕ, а в мелкосерийном производстве – использование групповых методов организации производства, разновидностью которых является штамповка по элементам;
Ограниченность в выборе материала детали (по физико-механическим свойствам и толщине), также формы детали и конструктивного оформления отдельных ее элементов.
Метод холодной штамповки охватывает большое количество различных операций, которые можно разделить по характеру деформации, при которой происходит формообразование изготавливаемых деталей, на две основные группы:
Группу разделительных операций, характеризуемых полным или частичным разделением обрабатываемого материала по замкнутому или незамкнутому контуру; к этой группе относятся отрезка, вырубка, пробивка, обрезка, зачистка, просечка и другие;
Группу формоизменяющих операций, характеризующихся превращением заготовки в деталь заданной формы; к этой группе относятся гибка, правка, вытяжка, формовка, чеканка, отбортовка (отверстия или наружного контура), объемная штамповка и другие.
3. Литье . Литье применяется в основном как метод получения заготовок деталей сложной конфигурации (корпусы, основания, обоймы, постоянные магниты и др.) из алюминиевых, магниевых, цинковых и специальных сплавов, а также из стали, бронзы, латуни и ряда других металлов и сплавов.
Использование процесса литья в качестве заготовительной операции дает возможность максимально приблизить форму и размеры заготовок к форме и размерам готовых деталей, что значительно снижает трудоемкость изготовления этих деталей и их металлоемкость (меньше металла переводится в стружку).
Литье – процесс изготовления деталей и заготовок заливкой расплавленного металла в форму. Литейная форма представляет собой систему элементов, образующих рабочую полость, при заливке которой расплавленным металлом формируется отливка. Формы могут быть разового и многократного применения (постоянные), а также используемые несколько раз (полупостоянные). Способ получения отливок (метод литья) выбирают в зависимости от материала детали, сложности ее конфигурации, толщины стенок, массы материала и объема производства. Конструктивное оформление детали и наиболее целесообразный метод литья тесно связаны друг с другом.
Применяемые в технологии аэрокосмического приборостроения способы литья для получения заготовок приведены в табл. 1.1, причем последовательность расположения различных способов соответствует их распространенности на производстве.
Таблица 1. 1
Литье под давлением является наиболее производительным способом изготовления тонкостенных деталей сложной формы из цинковых, алюминиевых, магниевых и медных сплавов. Процесс литья под давлением заключается в подаче расплавленного металла из камеры прессования литьевой машины под действием поршня через литниковые каналы в полость пресс-формы, затвердевании металла под давлением и образовании отливки. Скорость подачи металла в форму, продолжительность ее заполнения, время выдержки отливки под давлением, давление и температура нагрева пресс-формы – основные параметры процесса, зависящие от вида металла отливки, толщины ее стенок, габаритов, вида оборудования и других факторов.
Точность отливок, получаемых литьем под давлением, зависит от точности изготовления пресс-форм. В крупносерийном и массовом производстве принимается, что все размеры отливок стабильно могут быть получены с точностью, соответствующей 12-му квалитету. Шероховатость поверхности отливок зависит в основном от качества обработки поверхностей пресс-формы. Рабочая полость пресс-формы, обработанная методами чистового шлифования и полирования, обеспечивает параметры шероховатости отливок, соответствующие 7-8 классу. С увеличением числа отливок, полученных в пресс-форме, шероховатость их поверхностей ухудшается. Оптимальная толщина стенок отливок из цинковых сплавов 1,5 – 2 мм, алюминиевых и магниевых 2 – 4 мм, из латуни 3 – 5 мм.
Основные преимущества литья под давлением следующие:
Самая высокая производительность из всех существующих методов литья, достигающая на обычных, применяемых в приборостроении машинах, 250 отливок в час в одногнездовой (рассчитанной на одну деталь) пресс-форме;
Высокая точность размеров и малая шероховатость поверхностей отливок дает возможность максимально приблизить размеры заготовки к размерам готовой детали;
Возможность получения тонкостенных деталей сложной конфигурации, что объясняется хорошей заполняемостью пресс-формы;
Возможность армирования отливок деталями из других более прочных и с иными свойствами материалов – высокопрочных нелитейных металлических сплавов, металлокерамики и др.;
Сокращение по сравнению с другими видами литья количества отходов от самого процесса литья (20 – 25 % от веса детали).
К недостаткам литья под давлением можно отнести следующее:
Сложность изготовления и высокая стоимость пресс-формы; в мелкосерийном производстве литье под давлением может быть рентабельным, если использовать нормализованные (групповые) пресс-формы со сменными элементами (вкладышами), образующими рабочую полость;
Значительное снижение стойкости пресс-форм при отливке деталей из металлов, имеющих высокую температуру плавления (стали, медные сплавы и др.);
Сложность или невозможность получения деталей толстостенных или имеющих в конструкции массивные элементы (то есть значительную неравномерность толщины стенок).
Литье по выплавляемым моделям включает в себя следующие этапы: изготовление моделей из легкоплавкого материала (парафин, стеарин, полиэтилен); нанесение на модель с помощью пульверизатора или методом окунания огнеупорной пленки (порошок марталита и связующий состав типа жидкого стекла или раствор этилселиката); обсыпка пленки кварцевым песком и сушка; формовка в металлических опорах моделей, покрытых огнеупорной пленкой; выплавление моделей в горячей воде или печи (в зависимости от материала модели); заливка металла в неразъемные формы, образуемые огнеупорной пленкой после выплавления модели; разрушение формы и извлечение отливок.
Литье по выплавляемым моделям широко применяется в технологии приборостроения для изготовления отливок сложной конфигурации массой от нескольких грамм до 1 – 15 кг; толщина стенок отливок 0,3 – 20 мм; точность размеров до 9-го квалитета; шероховатость поверхности до 7 – 8 класса. По производительности этот метод литья значительно уступает литью под давлением, так как включает в себя операцию формовки и характеризуется применением одноразовых форм.
Литье в кокиль более производительный процесс, чем литье в землю, так как использование металлических форм исключает необходимость такой трудоемкой операции, как формовка. Кроме того, этот вид литья характеризуется значительно более высоким уровнем механизации, поскольку кокиль может устанавливаться на специальном станке, позволяющем механизировать операции разъема формы и удаления отливки.
Отходы металла при литье в кокиль составляют примерно 30 – 35% от веса деталей. Точность размеров отливок соответствует 12 – 16-му квалитетам; шероховатость поверхности 5-му классу и грубее.
Большая теплопроводность металлической формы способствует более быстрому отвердению жидкого металла по сравнению с литьем в земляные формы. В результате структура металла отливок получается равномерной и мелкозернистой, что обеспечивает улучшение физико-механических свойств деталей за счет высокой однородности материала.
К недостаткам литья в кокиль следует отнести высокую стоимость металлических форм; трудности получения отливок сложной конфигурации и тонкостенных отливок (при толщине стенок менее 5 мм).
Литье в оболочковые формы включает следующие технологические операции: нагрев модели, состоящей из двух частей, вместе с модельной плитой до 200 – 250 0 С, смазку частей модели разделительным составом; обсыпание модели формовочной смесью (кварцевый песок с термореактивной смолой); ссыпание излишков смеси после выдержки на модели в течении 2 – 3 минут, спекание оболочки, образуемой на модели расплавленной смолой с кварцевым песком (температура спекания 250 – 300 0 С); снятие полуформ (оболочек) с частей модели с помощью специальных устройств; склеивание частей формы; их засыпка в специальных контейнерах песком или металлической дробью; заливка; выбивка литья и его очистка.
Литье в оболочковые формы экономически наиболее целесообразно в крупносерийном и массовом производстве, где для изготовления оболочковых полуформ применяются высокопроизводительные автоматизированные установки. В приборостроении этот метод применяется редко.
Заготовка всегда имеет массу больше детали. Происходит это за счет припусков, которые надо удалять при последующей обработке. Величина припуска должна быть оптимальной и его расчет имеет большое значение в процессе проектирования ТП.
4. Механообработка . Металлы обрабатывают резанием на металлорежущих станках при помощи различных режущих инструментов. Заготовками для деталей служат сортовые материалы, а также отливки из стали, цветных металлов и их сплавов.
В процессе обработки резанием различают рабочее движение двух видов: главное движение, определяющее скорость отделения стружки; движение подачи, обеспечивающее врезание режущей кромки инструмента в новые слои металла, причем скорость подачи меньше скорости главного движения.
Наиболее распространенные способы обработки металлов резанием – точение, сверление, фрезерование, строгание, шлифование.
При черновой и чистовой обработке последовательность технологических операций намечают исходя из следующих соображений:
Последующие операции, переходы и проходы должны уменьшать погрешность обработки и улучшать качество поверхности;
Сначала следует обрабатывать поверхность, которая будет служить базой для последующих операций. Для установки детали при первой операции следует выбирать наиболее ровную и имеющую наибольшие размеры поверхность;
После обработки установочной поверхности, заготовка при последующих операциях базируется на нее или связанные с ней поверхности;
Сначала обрабатывают менее точные поверхности;
Операции, при которых вероятность появления брака велика, следует выполнять вначале;
Отверстия обычно сверлят в конце ТП, за исключением тех случаев, когда они служат базой для установки деталей.
5. Изготовление деталей из пластических масс . По объему использования пластических масс на единицу продукции приборостроение занимает одно из первых мест среди других отраслей промышленности. Насыщенность аппаратуры пластмассовыми деталями в ряде случаев достигает 70% по объему и 45% по весу. Это объясняется особенностями свойств пластмасс. По сравнению с металлами пластмассы характеризуются значительно меньшей плотностью, обладают высокими изоляционными свойствами и повышенной износостойкостью, имеют низкий коэффициент трения, хорошо противостоят коррозии, стойки в агрессивных средах, радиопрозрачны и немагнитные. Переработка большинства пластмасс в изделие основывается на использовании высокопроизводительных технологических процессов с почти полным отсутствием механической обработки.
Можно выделить следующие группы деталей, изготавливаемых из пластмасс: детали внешнего оформления (корпусы, крышки, корректоры, лимбы, зажимы и др.); детали изоляционного назначения (клеммные колодки, контактные панели, каркасы, прокладки, втулки); несущие детали (платы, панели, основания); детали светотехнического и отсчетного назначения (линзы, стекла, шкалы); детали декоративного оформления (колпачки, кнопки, ручки переключателей и др.).
Основной составной частью пластмасс являются полимеры – синтетические органические соединения (смолы), некоторые виды пластмасс состоят в основном из полимеров, но чаще пластмасса представляет собой композицию из полимера, который играет роль связывающего, наполнителя и различных добавок (красители, пластификаторы, отвердители, смазывающие вещества). Связующие вещества делают пластмассу пластичной и превращают ее после отвердевания в монолитную деталь. В качестве связующих веществ используют фенолформальдегидные, фенолкрезольные, эпоксидные и другие смолы. Наполнители придают изделиям необходимую прочность, жесткость, теплостойкость и электротехнические свойства. Наполнители могут быть органическими (древесная мука, бумажная крошка, различные ткани, хлопковые очесы) и неорганическими (слюдяная и кварцевая мука, асбест, мел, тальк, стекловолокно). Красители добавляют в пластмассу для придания детали нужного цвета. Отвердители необходимы для ускорения процесса отвердевания связующего вещества при формировании изделий. Пластификаторы (дибутилфтолат и трикрезилфосфат) улучшают пластические свойства пластмассы и повышают ее жидкотекучесть при прессовании. Смазывающие вещества предупреждают прилипание пресс-материалов к стенкам пресс-формы при прессовании. В качестве смазывающих веществ используют, например, олеиновую кислоту, стеарин и касторовое масло.
В зависимости от поведения при нагревании пластмассы делятся на термопластичные (термопласты) и термореактивные (реактопласты).
Термопластичные пластмассы при нагревании приобретают пластические свойства или расплавляются, а при охлаждении возвращаются в твердоупругое состояние.
Термореактивные пластмассы при нагревании необратимо переходят в пластическое состояние с дальнейшим затвердеванием. При повторном нагревании они остаются твердыми или сгорают, не расплавляясь.
Метод переработки пластмасс в изделие в значительной степени связан с характером поставки этих материалов предприятиями химической промышленности. Пластмассы, перерабатываемые в изделия методами прессования или литья под давлением, выпускаются как пресс-порошки или пресс-материалы, последние в виде, удобном для измельчения и дальнейшего прессования (например, пресс-материал – стекловолокнит выпускается в виде ленты, полученной на основе крученых стеклянных нитей и связующего вещества). Кроме пресс-порошков и пресс-материалов в приборостроении применяются термореактивные слоистые пластмассы, поставляемые в виде листов и прутков. К ним относятся текстолит, гетинакс, стеклотекстолит и др.
Из термопластических пластмасс наиболее широко применяются фторопласты, полиамиды, капрон, оргстекло, полиэтилен, полистирол и полихлорвинил.
Основные способы переработки пластмасс в изделия – прессование и литье под давлением. Литые и прессованные детали из пластмасс имеют гладкие поверхности с шероховатостью 7-8 класса, размеры в пределах 11-13 квалитета точности и почти не требуют обработки резанием. Для литья и прессования используется сырье в виде гранулированных термопластов и термореактивных порошков и пресс-материалов. Оба способа рентабельны только в крупносерийном и массовом производстве ввиду высокой стоимости применяемого технологического оснащения.
Изделия из термореактивных порошков и пресс-материалов изготавливают прямым (компрессионным) или литьевым прессованием в металлических пресс-формах на гидравлических прессах.
Для литьевого прессования деталей сложной формы применяются прессы с рабочим цилиндром двойного действия. В этом случае основной плунжер рабочего цилиндра служит для замыкания пресс-формы с большой скоростью, а второй плунжер, находящийся внутри основного – для нагнетания размягченного пресс-материала через литниковый канал в рабочую полость пресс-формы, где образуется деталь.
Автоматические прессы (пресс-автоматы) имеют системы автоматического контроля и регулирования температуры прессования, давления и длительности отдельных операций цикла прессования в целом, кроме того, автоматизируется управление всеми перемещениями подвижных частей пресса. Прессы, как правило, оборудованы устройствами программного управления.
Процесс прямого прессования деталей из термореактивных пластмасс состоит из следующих этапов: подготовка пресс-материалов, дозировка материалов, загрузка в пресс-форму, прессование, удаление деталей из пресс-формы, очистка пресс-формы.
Подготовка материалов включает в себя главным образом их подсушивание и подогрев перед прессованием. Повышенная влажность способствует ухудшению текучести материалов, что может вызвать брак прессуемых деталей. Подогрев материалов перед прессованием способствует удалению влаги и газов, позволяет сократить технологическую выдержку при прессовании, снизить давление в пресс-форме. Что уменьшает ее износ, и сократить цикл прессования в 2 раза и более. Пресс-материал занимает в 2% - 10 раз больший объем, чем изготовленные из него детали. Для уменьшения объема пресс-форм производят таблетирование пресс-материалов. Масса таблеток колеблется от 1,5 до 150 г. Таблетирование не только позволяет сократить объем загрузочных камер пресс-форм, но дает следующие преимущества: уменьшение содержания воздуха в таблетках по сравнению с рыхлыми материалами, способствует улучшению качества прессуемых деталей, улучшает условия прессования, облегчает дозирование и нагрев материалов перед прессованием, сокращает потери материала в производстве. Пресс-материалы таблетируются на гидравлических прессах или специальных таблеточных машинах (эксцентриковых или ротационных) в холодных пресс-формах.
Дозировка материала может быть весовая, объемная или штучная (при наличии таблетирования). Штучный способ дозирования, осуществляемый по числу одинаковых таблеток, может быть легко полностью автоматизирован.
При прессовании или литье под давлением деталей из пластмасс часто до начала прессования требуется разместить в пресс-форме металлическую арматуру, запрессовываемую в пластмассу. Наиболее распространенными видами арматуры являются детали для образования внутренних или наружных резьб, зажимы, штыри, втулки, штифты и др. Арматура используется в качестве электропроводящих элементов, иногда для повышения прочности деталей, а также для удобства сборки и монтажа. Металлические детали перед прессованием устанавливают в тщательно очищенную пресс-форму до загрузки в нее пресс-материала и закрепляют в заданном положении.
Основными параметрами (режимами) процесса прессования пластмасс являются температура, давление и время выдержки.
Нагрев до определенной температуры необходим для перевода пресс-материалов в текучее состояние с дальнейшим отвердением (полимеризацией). Для термореактивных пластмасс температура нагрева пресс-форм при прямом и литьевом прессовании колеблется от 130 до 195 0 С.
Давление в процессе прессования необходимо для уплотнения разогретого пресс-материала, заполнения материалом рабочей полости пресс-формы и предотвращения коробления изделия, вызванного внутренними напряжениями. Величина необходимого давления зависит от текучести материала и конструктивных особенностей изделия. Чем меньше текучесть, тем больше должно быть давление.
При прессовании деталей из термореактивных пластмасс в начале дается небольшое давление на 30 – 40 сек, чтобы материал занял полость формы, затем дается основное давление, при котором происходит полимеризация материала в течение определенного времени выдержки.
Время выдержки зависит от вида пресс-материала, размера и сложности конфигурации детали, а также температуры предварительного нагрева пресс-материала. Чем больше изделие и чем выше требуемая температура нагрева, тем дольше выдержка его под давлением. При недостаточной выдержке происходит коробление детали при охлаждении и снижается механическая прочность. Время выдержки для различных термореактивных пластмасс находится в пределах от 0,5 до 2% мин на 1мм наибольшей толщины изделия. Заданная выдержка обеспечивается при прессовании с помощью реле времени.
После окончания прессования разъем пресс-формы и извлечение детали осуществляется автоматически при наличии соответствующих устройств или вручную с помощью специальных приспособлений. Извлеченные детали направляются на следующую операцию для зачистки от облоя и заусенцев, а также другой механической обработки.
Пресс-форма после извлечения детали тщательно очищается от прилипших остатков пресс-материала с целью устранения брака при последующем прессовании и возможной поломки отдельных деталей пресс-форм.
Метод прямого прессования экономичен и не требует сложных дорогостоящих пресс-форм. Однако он имеет ряд недостатков: давление на материал передается сразу после замыкания пресс-формы, когда пресс-материал, обладающий абразивными свойствами, еще не приобрел достаточной пластичности. Вследствие этого происходит износ оформляющих поверхностей пресс-формы, возможна деформация тонких ее элементов и арматуры; неравномерное отвердение материала по толщине изделия вследствие неравномерного прогревания от стенок пресс-формы приводит к возникновению внутренних напряжений, образованию пустот и других дефектов; по линии разъема пресс-формы на изделиях образуется облой (заусенец), который необходимо удалить механическим путем. Поэтому методом прямого прессования, как правило, изготавливаются детали простой конфигурации, не имеющие элементов пониженной жесткости (например, тонких стенок) и арматуры.
Литьевым прессованием можно получить тонкостенные детали сложной конфигурации с малопрочной сквозной арматурой, с глубокими отверстиями малого диаметра. При этом методе меньше, чем при прямом прессовании изнашиваются оформляющие поверхности пресс-форм, меньше вероятность появления брака на деталях (трещин, пустот и др.), уменьшается облой по плоскости разъема. К недостаткам метода следует отнести сложность, высокую стоимость пресс-форм и большой расход материала, чем при прямом прессовании.
Литье под давлением является характерным процессом изготовления деталей из термопластичных пластмасс без наполнителя (полиэтилен, полистирол, капрон, полиуретан и др.). По сравнению с процессами прямого литьевого прессования реактопластов литье под давлением имеет значительно более высокую производительность (до 300 отливок в час в одноместной пресс-форме). В качестве оборудования для литья под давлением используются автоматические и полуавтоматические литейные машины с поршневой или шнековой подачей материала.
Давление и температура процесса зависят от марки пресс-материала. Температура в камере сжатия для полистирола должна быть не ниже 190 – 215 0 С. Чем ниже температура, тем выше должно быть давление в цилиндре. Части пресс-формы охлаждаются водой до температурой 140 – 60 0 С.
Литьем под давлением можно получить сложные по конфигурации, тонкостенные детали с большим количеством арматуры и повышенной точностью размеров.
При прессовании и литье под давлением деталей из пластмасс основной технологической оснасткой являются пресс-формы. По методу прессования они делятся на компрессионные (для прямого прессования), литьевые и инжекционные. Компрессионные пресс-формы по конструктивным признакам подразделяются на открытые, полузакрытые и закрытые.
Открытые пресс-формы не имеют загрузочной камеры для пресс-материала, который загружается непосредственно в рабочую полость пресс-формы. Излишек пресс-материала вытекает из пресс-формы наружу через зазор между пуансоном и матрицей.
Полузакрытые пресс-формы имеют загрузочные камеры, площадь которых больше площади рабочей полости. На стыке пуансона и матрицы имеется опорная поверхность, ограничивающая ход пуансона, что позволяет получить изделие определенной толщины. Излишек пресс-материала выжимается при прессовании вверх по канавкам или лыскам, имеющимся в пуансоне.
В закрытых пресс-формах загрузочные камеры имеют размеры и конфигурацию такие же, как и рабочие гнезда, являясь как бы их продолжением. Во время прессования давление передается на всю площадь детали, чем обеспечивается ее более высокая плотность. Толщина детали зависит от количества пресс-материала, поэтому при загрузке закрытых пресс-форм требуется точное дозирование материала.
По внешнему виду литьевые пресс-формы отличаются от пресс-форм для компрессионного прессования наличием литьевой камеры и литниковой системы.
Инжекционные пресс-формы применяются для прессования только на литьевых машинах, то есть в процессах литья под давлением.
По характеру эксплуатации пресс-формы разделяются на съемные и стационарные. Съемные пресс-формы без обогрева используются только при прямом прессовании на небольших недостаточно оборудованных предприятиях. Для удаления отпрессованной детали из съемной пресс-формы ее необходимо снять с пресса. При использовании стационарных пресс-форм весь цикл изготовления изделия (загрузка материала, разборка пресс-формы, извлечение изделия) происходит без снятия пресс-формы с пресса.
Кроме процессов прессования и литья под давлением в производстве пластмассовых деталей используются процессы дутьевого (пневматического) и вакуумного формирования, а также процесс экструзии.
Дутьевое и вакуумное формование применяется для изготовления деталей простой формы типа корпусов, баллонов, крышек из листовых термопластичных материалов.
Экструзия (выдавливание через фасонную фильеру) используется для получения деталей в виде стержней (различного сечения) и трубок из термопластических материалов без наполнителя на шнековых экструзионных машинах.
Однако эти процессы в приборостроении применяются редко.