Основы технологии машиностроения

Опорная база - база, лишающая заготовку или изделие одной степени свободы - перемещения вдоль одной координатной оси или поворота вокруг оси.

Рис. 23. Пример технологической базы вала 1 - призма (элемент приспособления к фрезерному станку); 2 - шпоночная фреза; 3 - заготовка вала со шпоночным пазом

Рис. 24. Пример измерительной базы: 1 - индикаторная стойка; 2 - изделие; 3 - индикатор (средство измерения) А - измерительная база детали.

Установочная база - база, лишающая заготовку или изделие трех степеней свободы - перемещения вдоль одной координатной оси и поворота вокруг двух других осей.

Двойная направляющая база - база, лишающая заготовку или изделие четырех степеней свободы - перемещений вдоль двух координатных осей и поворотов вокруг этих осей (рис. 26).

Двойная опорная база - база, лишающая заготовку или изделие двух степеней свободы - перемещений вдоль двух координатных осей (рис. 27).

Рис. 25. Виды баз: I - установочная база заготовки, лишающая ее перемещения вдоль оси Z и поворотов вокруг осей Х и У; II - направляющая база заготовки, лишающая ее перемещения вдоль оси У и поворота вокруг оси Z; III - опорная база заготовки, лишающая ее перемещения вдоль оси X; 1 - заготовка; 2 - опоры приспособления

Рис. 26. Двойная направляющая база: I - двойная направляющая база детали, лишающая ее перемещений вдоль осей Y и Z и поворотов вокруг осей Y и Z.

Рис. 27. Двойная опорная база: I - двойная опорная база заготовки, лишающая ее перемещений вдоль осей X и Y; 1 - заготовка; 2 - элемент приспособления

Скрытая база - база заготовки или изделия в виде воображаемой плоскости, оси или точки (рис. 28).

Явная база - база заготовки или изделия в виде реальной поверхности, разметочной риски или точки пересечения рисок.

Рис. 28. Примеры скрытой и явной базы: I - установочная явная база заготовки; II - направляющая скрытая база заготовки; 1…6 - опорные точки; 7 - заготовка; 8 - губки самоцентрирующих тисков.

4.2 ЧЕРНОВЫЕ И ЧИСТОВЫЕ БАЗЫ

Совокупность базирующих поверхностей, используемых для первой установки детали, называется черновой технологической базой.

При выборе черновой технологической базы руководствуются следующими положениями.

1. В качестве черновой технологической базы должна выбираться поверхность или совокупность поверхностей, относительно которых при первой операции могут быть обработаны все поверхности, используемые в кач6естве базирующих на последующих операциях.

2. Для обеспечения точность ориентировки и надежности закрепления детали в приспособлении черновая база должна иметь:

достаточные размеры;

более высокую степень точности и наименьшую шероховатость поверхности.

3. Черновые базы не должны иметь приливов; прибылей; бобышек; швов, возникающих в местах разъемов штампа, пресс-форм или опок; следов от обрезки облоя, остатков литниковых систем и т. п.

4. Черновая база используется при обработке детали только один раз, при выполнении первой операции. Повторный установ детали на черновые базы не допустим.

5. При выборе черновых баз у деталей, у которых не все поверхности обрабатываются, для того чтобы обеспечить правильность взаимного расположения системы обработанных поверхностей детали относительно необработанных, в качестве черновой технологической базы следует выбирать совокупность поверхностей, не подлежащих (не подвергающихся) обработке.

6. В качестве черновой базы следует принимать поверхность, с которой при обработке должен быть удален минимальный припуск.

Примеры выбора черновых баз показаны на рисунке 29.

После выбора черновых баз производится назначение технологических баз для последующих операций проектируемого технологического процесса - чистовых технологических баз.

Все последующие операции и установки детали должны осуществляться только на обработанных базирующих поверхностях.

При назначении технологических баз для чистовой обработки придерживаются следующих положений.

1. Для обеспечения точность ориентировки и надежности закрепления детали в приспособлении чистовая база должна иметь:

достаточные размеры;

более высокую степень точности и наименьшую шероховатость поверхности.

Рис. 29. Примеры выбора черновых баз

2. Руководствуются принципом единства баз. Принцип единства баз заключается в том, что в качестве технологических баз следует принимать поверхности, которые одновременно являются конструкторскими и измерительными базами детали.

При единстве (совмещении) технологических, конструкторских и измерительных баз на операциях обеспечиваются размеры, проставленные на чертеже детали с использованием всего поля допуска на них.

В том случае, если технологическая база не совпадает с конструкторской или измерительной базой, технолог должен произвести пересчет технологических размеров, проставленных от технологических баз. Это приводит к ужесточению допусков на технологические размеры, а в конечном итоге к повышению технологической себестоимости изделия.

3. Руководствуются принципом постоянства баз. Принцип постоянства баз заключается в том, что при выборе схемы базирования детали на различных операциях технологического процесса стремятся к использованию одних и тех же технологических баз, не допуская без особой необходимости смены технологических баз (не считая смены черновой базы).

Необходимость осуществлять обработку на одной технологической базе объясняется тем, что всякая смена технологических баз увеличивает погрешность взаимного расположения поверхностей, обработанных от различных технологических баз, дополнительно внося в нее погрешность взаимного расположения самих технологических баз, от которых производилась обработка поверхностей.

4. Необходимость в преднамеренной смене одной или нескольких баз возникает в случае невозможности обработки всех поверхностей детали с одного установа или когда приходится обрабатывать деталь на нескольких технологических системах, что вызывает смену баз. Смена баз - замена одних баз другими с сохранением их принадлежности к конструкторским, технологическим или измерительным базам.

5. В качестве технологических баз рекомендуется принимать основные конструкторские базы.

6. Применение вспомогательных конструкторских баз может быть допущено только при обработке поверхностей, имеющих большие допуски.

7. В случае если деталь не имеет поверхностей, удовлетворяющих вышеуказанным требованиям, то используют искусственные технологические базы (рис. 30), которые на последней операции технологического процесса удаляются.

Примеры типовых схем базирования приведены в приложении 4.

Рис. 30. Примеры искусственных чистовых технологических баз

4.3 ПОГРЕШНОСТЬ УСТАНОВКИ ДЕТАЛИ В ПРИСПОСОБЛЕНИИ

Погрешность установки _у - отклонение фактически достигнутого положения заготовки или изделия при установке в приспособлении от требуемого. Погрешность установки _у определяется:

,

где е_б - погрешность базирования;

е_з - погрешность закрепления;

е_пр - погрешность положения заготовки.

Каждая из составляющих погрешности установки _б, е_з и _пр является векторной величиной и представляет собой величину предельного поля рассеивания положений измерительной базы относительно поверхности отсчета (технологической базы) в направлении выдерживаемого размера при данной установке.

При обработке плоских поверхностей призматических деталей и торцевых поверхностей (уступов) тел вращения погрешность базирования, погрешность закрепления и погрешность приспособления являются коллинеарными векторами, лежащими в одной плоскости, и суммируются арифметически:

.

При обработке поверхностей вращения векторы _б, е_з и _пр могут иметь любое угловое взаимное расположение и погрешность установки определяется

Погрешность установки оказывает прямое влияние на пространственные отклонения обрабатываемых деталей, точность выполнения размеров, на точность взаимного положения поверхностей и не влияет на точность формы отдельных поверхностей (в частности диаметральных размеров и размеров, связывающих противоположные элементы, получаемые мерным инструментом, одновременно обрабатываемые одним инструментом или инструментом, находящемся в одной инструментальной наладке).

Погрешность базирования _б - отклонение фактически достигнутого положения заготовки или изделия при базировании от требуемого.

Погрешность базирования е_б определяется расчетным путем, как величина проекции максимального смещения измерительной базы относительно технологической базы на направление выполняемого размера. Расчетные эскизы и формулы для определения погрешности базирования приведены в 25.

Для снижения величины погрешности базирования следует соблюдать принцип единства баз, выбирать рациональные размеры и расположение установочных элементов, устранять или уменьшать зазоры при посадке заготовки на охватывающие или охватываемые установочные элементы (жесткие установочные пальцы, оправки, втулки).

Погрешность базирования _б = 0 в случае, если измерительная база является одновременно технологической и конструкторской базой, то есть соблюдается принцип единства баз при выборе схемы базирования детали.

Погрешность закрепления е_з - отклонение фактически достигнутого положения заготовки или изделия при её закреплении от требуемого.

Погрешность закрепления определяется расчетным путем как величина проекции максимального смещения или осадки измерительной базы на направление выполняемого размера под действием сил зажима при закреплении детали в приспособлении.

Смещение измерительной базы происходит в результате деформации звеньев цепи, через которую передается сила закрепления: заготовка - установочные элементы - корпус приспособления. Наибольшую величину имеют перемещения на стыке заготовка - установочные элементы (рис. 31). Контактные деформации в постоянных сопряжениях приспособлений, деформации сжатия заготовки и деталей приспособления малы, и ими можно пренебречь.

Однако, в связи с колебанием сил зажима (удельных давлений) при переходе к закреплению от одной детали к другой, неоднородностью физико-механических свойств заготовок, волнистостью и погрешностями формы поверхности у деталей, принадлежащих одной партии, и по другим причинам, неизбежны колебания величины осадки установочной базы.

Рис. 31. Смещение детали в приспособлении при приложении сил закрепления

Для партии обрабатываемых деталей можно принимать е_з = 0, если смещение измерительной базы хотя и велико, но постоянно. В этом случае координата середины поля рассеивания получаемых размеров может быть изменена (совмещена с серединой поля допуска) настройкой станка. Это возможно только при применении механизированных приводов приспособлений, когда сила закрепления заготовок постоянна и, следовательно, постоянна величина смещения заготовки под действием этой силы.

Также принимают е_з = 0 если смещение измерительной базы при закреплении заготовки (детали) перпендикулярно направлению выдерживаемого размера (рис. 31). В остальных случаях погрешность закрепления рассчитывается по формулам, которые приведены в 25.

Величина погрешности закрепления зависит от конструкции приспособления, формы рабочих поверхностей установочных элементов размеров, конфигурации заготовки, формы, точности и качества ее базовых поверхностей, от величины сил зажима и других факторов. Поэтому эти составляющие е_з погрешности, за редким исключением, могут определяться только опытным путем для типовых приспособлений (патроны, тиски и т.п.) и приведены в 25.

Величину е_з можно уменьшить, стабилизируя силу закрепления, повышая жесткость стыка опоры приспособления и базовой поверхности заготовки, улучшая качество базовых поверхностей заготовок (деталей), выбирая оптимальную форму установочных элементов, увеличивая жесткость приспособления.

Погрешность приспособления _пр включает в себя погрешности возникающие при изготовлении и сборке установочных элементов приспособления _ус, износе его установочных элементов (опор) _и, ошибке установки приспособления на столе или в шпинделе станка _с:

Составляющая _ус характеризует неточность положения установочных элементов приспособления. При использовании одного приспособления - это систематическая постоянная погрешность, которую частично или полностью устраняют настройкой станка. При использовании нескольких одинаковых приспособлений (приспособлений - дублеров, приспособлений - спутников) эта величина не компенсируется настройкой станка и полностью входит в состав _пр. Технологические возможности изготовления приспособлений обеспечивают _ус в пределах 0…15 мкм, а для прецизионных приспособлений - 0…10 мкм.

Составляющая _и характеризует износ установочных элементов приспособлений. Величина износа зависит от программы выпуска изделий, их конструкции и размеров, материала и массы заготовок, состояния ее базовой поверхности, а также условий установки заготовки в приспособлении.

Больше всего изнашиваются постоянные и регулируемые опоры, у которых контакт с заготовкой осуществляется по малым площадкам (рис. 32, а, б, в). Сильно изнашиваются боковые поверхности призм, контактирующие с заготовкой по узкой площадке (рис. 32, г). Менее интенсивно изнашиваются опорные пластины и круглые пальцы (рис. 32, д, е ,ж).

При контакте с необработанными поверхностями заготовок со следами окалины и формовочного песка опоры приспособлений изнашиваются сильнее, чем при контакте с обработанными поверхностями. Скорость изнашивания возрастает с увеличением массы заготовки и сдвиги по опорам при ее установке в приспособлении.

Изнашивание не равномерно во времени и носит местный характер. Опорные пластины больше изнашиваются в середине и с одного края, а пальцы - со стороны установки заготовки. Эпюры износа различных опор приведены на рис. 32, а-ж (стрелками показано движение заготовки при ее установке в приспособлении). Изнашивание опор с малой поверхностью контакта с заготовкой протекает сначала быстро, а затем замедляется
(кривая I, рис. 33, а). Изнашивание опор с протяженной поверхностью протекает более равномерно (кривая II, рис. 33, а). Величина износа установочных элементов приспособлений определяется, мкм:

для кривой Iu ₁ ⁿ(1)

для кривой IIu ₂ (2)

где N - число контактов заготовки с опорой (объем партии заготовок);

₁, ₂ - постоянные коэффициенты, приведены в табл. П. 5;

n = 0,4…0,6.

Рис. 32. Эпюры износа установочных элементов приспособления:

а), в), г) - неравномерного износа во времени;

б), д), е), ж) - равномерного износа во времени

Рис. 33. Характер износа опор во времени

Большие значения n выбирают для тяжелых условий работы опор по нагрузке, пути сдвига, времени неподвижного контакта и абразивному воздействию заготовки.

Приведенные данные относятся к опорам из стали 20, 20Х, 45. При определении износа опор из стали У8А рассчитанные по формулам (3.4), (3.5) значения уменьшаются на 10…15%, для хромированных опор - в 2…3 раза, для установочных элементов, наплавленных твердым сплавом - 7...10 раз.

За величину _и принимают значение максимального износа u установочных элементов приспособлений при обработке партии деталей, определенного по формулам (1) и (2). Износ опор ограничивается предельно допустимым износом u₁ и контролируется при периодической проверке приспособлений. Если износ достигает предельно допустимой величины, производят смену опор.

Количество смен опор при обработке партии заготовок (деталей) определяется:

Составляющая _с определяет погрешность установки приспособления на станке, обусловленную смешением корпуса приспособления на столе или в шпинделе станка. В массовом производстве при неизменном закреплении приспособления на станке _с доводится выверкой до определенного минимума, и она постоянна во времени, то есть ее можно компенсировать настройкой станка. В серийном производстве производится периодическая смена приспособлений на станках. Величина _с становится при этом некомпенсированной, случайной. Тоже происходит на автоматических линиях при использовании приспособлений-спутников.

На величину _с дополнительно влияет износ поверхностей сопряжения при регулярной смене приспособлений. Смещения приспособлений на станке уменьшают применением направляющих элементов (шпонок для пазов стола, центрирующие пояски, фиксаторы), правильным выбором зазоров в сопряжениях, а также равномерной затяжкой крепежных деталей.

Величина _с составляет 10…20 мкм.

В серийном производстве погрешность приспособления определяют:

Величина _ус рассматривается как постоянная, учитываемая и не компенсируемая настройкой станка.

В массовом производстве _ус и _с компенсируются настройкой станка, поэтому принимают:

При использовании многоместного приспособления:

При использовании приспособлений-спутников на автоматических линиях:

Условие обеспечения заданной точности выполняемого размера (условие работы без брака) определяется неравенством:

где Д_н - погрешность настройки;

Д_обр - погрешность обработки.

Погрешность настройки _н возникает в процессе установки режущего инструмента на размер или регулировки упоров и копиров для автоматического получения точности размеров на станке. Погрешность настройки _н определяется расчетом:

для поверхностей вращения

;

для плоских поверхностей

,

где Д_р - погрешность регулирования положения инструмента (по лимбу, эталону, жесткому упору и т.п.);

Д_изм - погрешность измерения размера детали.

Коэффициенты К_р=1,14…1,73 и К_и=1 учитывают отклонение закона распределения элементарных величин Д_р и Д_изм от нормального закона распределения. Значения погрешностей Д_р и Д_изм приведены в 25.

Погрешность обработки _обр возникает в процессе непосредственной обработки поверхности и вызывается:

геометрической неточностью станка в ненагруженном состоянии;

упругой деформацией технологической системы станок - приспособление - инструмент - деталь под нагрузкой;

износом и температурными деформациями технологической системы станок - приспособление - инструмент - деталь и другими причинами.



5 Технологичность конструкции изделия

5.1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Технологичность конструкции изделия (ТКИ) - совокупность свойств изделия, определяющих приспособленность его конструкции к достижению оптимальных затрат ресурсов при производстве и эксплуатации для заданных показателей качества, объема выпуска и условий выполнения работ.

Обеспечение технологичности конструкции изделия - функция подготовки производства, предусматривающая взаимосвязанное решение конструкторских и технологических задач, направленных на повышение производительности труда, достижение оптимальных трудовых и материальных затрат и сокращение времени на производство, в том числе и монтаж вне предприятия-изготовителя, техническое обслуживание и ремонт изделия.

Обеспечение технологичности конструкции изделия включает:

отработку конструкции изделий на технологичность на всех стадиях разработки изделия, при технологической подготовке производства и, в обоснованных случаях, при изготовлении изделия;

совершенствование условий выполнения работ при производстве, эксплуатации и ремонте изделий и фиксация принятых решений в технологической документации;

количественную оценку технологичности конструкции изделий;

технологический контроль конструкторской документации;

подготовку и внесение изменений в конструкторскую документацию по результатам технологического контроля, обеспечивающих достижение базовых значений показателей технологичности.

При проведении отработки конструкции изделия на технологичность следует учитывать:

вид изделия, степень его новизны и сложности, условия изготовления, технического обслуживания и ремонта, а также монтажа вне предприятия-изготовителя;

перспективность изделия, объем его выпуска;

передовой опыт предприятия-изготовителя и других предприятий с аналогичным производством, новые высокопроизводительные методы и процессы изготовления;

оптимальные условия конкретного производства при рациональном использовании имеющихся средств технологического оснащения и производственных площадей и планомерном внедрении новых передовых технологических методов и средств производства;

связь достигнутых показателей технологичности с другими показателями качества изделия.

Обработка конструкции изделия на технологичность должна обеспечивать решение следующих основных задач:

снижение трудоемкости и себестоимости изготовления изделия и его монтаже вне предприятия-изготовителя;

снижение трудоемкости, стоимости и продолжительности технического обслуживания и ремонта изделия;

снижение важнейших составляющих общей материалоемкости изделия - расхода металла и топливно-энергетических ресурсов при изготовлении, монтаже вне предприятия-изготовителя, техническом обслуживании и ремонте.

Комплекс работ по снижению трудоемкости, стоимости и продолжительности технического обслуживания и ремонта изделия в общем случае включает:

использование конструктивных решений, позволяющих снизить затраты на проведение подготовки к использованию по назначению, технического контроля, технического диагностирования и на транспортирование изделия;

использование конструктивных решений, позволяющих снизить затраты на обеспечение: доступа к составным частям; замены составных частей изделия такими же частями при сохранении установленного качества изделия в целом; установки и съема составных частей изделия; восстановления геометрических характеристик и качества поверхности детали;

повышение требований по унификации и стандартизации составных частей изделия;

ограничение числа сменяемых составных частей изделия, номенклатуры материалов, инструмента, вспомогательного оборудования и приспособлений;

использование конструктивных решений, облегчающих и упрощающих условия технического обслуживания и ремонта для ограничения требований к квалификации персонала, осуществляющего технического обслуживание и ремонт.

Комплекс работ по снижению материалоемкости изделия включает:

применение рациональных сортаментов и марок материалов, рациональных способов получения заготовок, методов и режимов упрочнения деталей;

разработку и применение прогрессивных конструктивных решений, позволяющих повысить ресурс изделия и использовать малоотходные и безотходные технологические процессы;

разработку рациональной компоновки изделия, обеспечивающей сокращение расхода материала при монтаже вне предприятия-изготовителя;

внедрение научно обоснованных запасов прочности металлоконструкций, типовых методов расчетов и испытаний изделия.

Таким образом, основная задача отработки конструкции на технологичность заключается в повышении производительности труда при оптимальном снижении затрат труда, средств, материалов и времени на проектирование, подготовку производства, изготовление, техническое обслуживание и ремонт, обеспечение прочих заданных показателей качества изделия в принятых условиях его производства и эксплуатации.

Для выполнения этой задачи необходимо:

обеспечить обязательность отработки на технологичность конструкции изделия на всех стадиях его проектирования, производства и эксплуатации;

определить показатели, которые могут быть критериями оценки технологичности конструкции;

определить методы расчёта показателей технологичности конструкции;

определить методы отработки конструкции на технологичность различных видов изделий на всех стадиях проектирования;

обеспечить единство терминов и определений, используемых при рассмотрении технологичности конструкций изделия;

разработать методические пособия и руководящие методические документы для конструкторов и технологов по вопросам технологичности конструкций общего характера и соответственно различным видам изделий, обработки, по стадиям проектирования и пр.

Оценка технологичности конструкции изделия согласно 34 проводится в два этапа:

I - качественная оценка ТКИ;

II - количественная оценка ТКИ.

5.2 КАЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ КОНСТРУКЦИИ ДЕТАЛИ ИЗДЕЛИЯ

Обычно, в рабочем чертеже детали заводской разработки учтены технологические требования. Однако при анализе почти любого чертежа могут быть выявлены нетехнологичные элементы. При этом в ряде случаев в конструкцию могут быть внесены целесообразные изменения.

Методически вопросом технологичности конструкции надлежит заниматься на протяжении всего периода изготовления детали (изделия), так как ряд соображений возникает непосредственно при разработке технологического процесса, выборе заготовки, проектировании оснастки и т. д. Тем не менее, в значительной мере эта работа может быть выполнена на основании изучения рабочих чертежей.

Качественная оценка ТКИ должна включать:

1) оценку стандартизации и унификации конструктивных элементов детали;

2) возможность применения стандартных или унифицированных заготовок;

3) оценку геометрических форм поверхностей детали с точки зрения их простоты и возможности применения для обработки высокопроизводительного оборудования и инструмента;

4) оценку простановки размеров в соответствии с размерными связями между конструкторскими и технологическими базами и возможностью их совмещения;

5) оценку возможности непосредственного измерения заданных на чертеже размеров;

6) оценку конструктивной и экономической обоснованности требований к точности и шероховатости поверхностей детали;

7) оценку обрабатываемости материала детали;

8) оценку соответствия механических свойств материала, жесткости детали, ее формы и размеров требованиям технологии изготовления;

9) выявление возможных базовых поверхностей, оценку их точности и шероховатости;

10) оценку возможности применения типовых технологических процессов;

11) выявление необходимости дополнительных технологических операций, вызываемых специфическими требованиями к детали (например, балансировка).

Некоторые частные рекомендации для ряда классификационных групп деталей приведены ниже.

Для корпусных деталей определяют:

допускает ли конструкция обработку плоскостей на проход и что мешает такому виду обработки

можно ли обрабатывать отверстия одновременно на многошпиндельных станках с учётом расстояний между осями этих отверстий

позволяет ли форма отверстий растачивать их на проход с одной или двух сторон

есть ли свободный доступ инструмента к обрабатываемым поверхностям

нужна ли подрезка торцов ступиц с внутренних сторон отливки и можно ли её устранить

есть ли глухие отверстия и можно ли заменить их сквозными

имеются ли обрабатываемые плоскости, расположенные под тупыми и острыми углами, и можно ли заменить их плоскостями, расположенными параллельно или перпендикулярно друг к другу

имеются ли отверстия, расположенные не под прямым углом к плоскости входа и выхода, и возможно ли изменение этих элементов

достаточна ли жёсткость детали, не ограничит ли она режимы резания

имеются ли в конструкции детали достаточные по размерам и расстоянию базовые поверхности, если нет, то каким образом следует выбрать вспомогательные базы

нет ли в конструкции внутренней резьбы большого диаметра и возможно ли заменить её другими конструктивными элементами

насколько прост способ получения заготовки (отливки), правильно ли выбраны элементы конструкции, обусловливающие получение заготовки

Для валов указывают:

можно ли обрабатывать поверхности проходными резцами

убывают ли к концам диаметральные размеры шеек вала

можно ли уменьшить диаметры больших фланцев или буртов или исключить их вообще и как это повлияет на коэффициент использования металла

можно ли заменить закрытые шпоночные канавки открытыми, которые обрабатываются гораздо производительнее дисковыми фрезами

имеют ли поперечные канавки форму и размеры, пригодные для обработки на гидрокопировальных станках

допускает ли жесткость вала получение высокой точности обработки. Жесткость вала считается недостаточной, если для получения точности 7…9 квалитета соотношение его длины к диаметру 10…12. Для валов, изготовляемых по более высоким квалитетам точности, это отношение может быть не более 15. При многорезцовой обработке это отношение должно составлять 10.

Следует помнить, что технология обработки гладких валов в значительной мере отличается от технологии изготовлении ступенчатых валов простотой и экономичностью, поэтому необходимо проанализировать возможность замены ступенчатого вала гладким.

Зубчатые колеса - массовые детали машиностроения, поэтому вопросы технологичности приобретают для них особенно важное значение. При анализе технологичности конструкции зубчатых колес следует определить возможность высокопроизводительных методов формообразования зубчатого венца с применением пластического деформирования в горячем и холодном состоянии.

Конструкция зубчатого колеса должна характеризоваться следующими признаками:

простой формой центрального отверстия, так как сложные отверстия значительно усложняют обработку, вызывая необходимость применение револьверных станков и полуавтоматов

простой конфигурацией наружного контура зубчатого колеса (так как наиболее технологичными являются зубчатые колеса плоской формы без выступающих ступиц)

ступицами, распложенными с одной стороны, так как в противном случае обработки по одной детали на зубофрезерных станках вызывает увеличение количества этих станков на 25…30%

симметричным расположением перемычки между ступицей и венцом для зубчатых колес, подлежащих термической обработке как по отношению к венцу, так и по отношению к ступице: нарушение этого условия приводит к значительным односторонним искажениям при термической обработки

правильной формой и размерами канавок для выхода инструментов

возможностью многорезцовой обработки в зависимости от соотношения диаметров венцов и расстояний между ними.

Подобным образом проводится технологичности и для других деталей, имеющих аналогичные элементы конструкций. Указанные выше замечания дают представление о направлениях в анализе технологичности.

В результате качественной оценки детали (изделия) на технологичность делается вывод о том, что данный вариант конструкторского и технологического решения наиболее полно отражает или нет требования возможности применения прогрессивных технологических процессов производства детали (или сборки изделия). На основании качественной оценки технологичности конструкции разрабатываются, если это целесообразно, предложения по изменению конструкции детали (изделия).

Примеры рациональных и нерациональных конструкций (конфигураций) отливок, поковок, а также конструктивных элементов деталей приведены в приложении табл. П.6.1, П.6.2, П.6.3.

Примеры качественной оценки изделия на технологичность подробно приведены в [1, 2, 4, 18, 20, 27, 30, 31, 32, 33, 34].

5.3 КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ КОНСТРУКЦИИ ДЕТАЛИ ИЗДЕЛИЯ)

Количественная оценка технологичности конструкции основана на системе показателей технологичности, которые являются критериям технологичности.

Оценка технологичности конструкции изделия согласно 34 основана на трёх видах показателей:

базовые показатели технологичности, значения которых регламентированы в обязательном порядке соответствующей директивной документации на изделие при его разработке (например, техническим заданием на изготовление изделия); базовые значения показателей технологичности указываются в техническом задании на разработку изделия, а по отдельным видам изделий, номенклатура которых устанавливается отраслями, - в отраслевых стандартах;

показатели проектируемой конструкции, достигнутые в процессе отработки конструкции на технологичность;

показатели уровня технологичности конструкции изделия, значения которых регламентированы соответствующей директивной документацией, обуславливающей производство (изготовление) изделия (ТУ и пр.)

Уровень технологичности конструкции изделия К_УТ определяется как отношение достигнутого показателя технологичности К_РАСЧ к базовому значению показателя К_Б, заданного в техническом задании

.

Чем больше значение уровня технологичности конструкции детали (изделия), тем выше ее технологичность при изготовлении.

Уровень технологичности может определяться по одному или нескольким частным и комплексным показателям, принятым в качестве критериев оценки технологичности конструкции в техническом задании на изделие.

Данные об уровне технологичности конструкции должны использоваться в процессе оптимизации конструктивных решений на стадиях разработки конструкторской документации, при принятии решения о производстве изделия, анализе технологической подготовки производства, разработке мероприятий по повышению уровня технологичности конструкции изделия и эффективности его производства и эксплуатации, при государственной, отраслевой и заводской аттестации качества изделия и определении технико-экономических показателей производства, эксплуатации и ремонта изделия в порядке, установленном отраслевой нормативно-технической документацией.

Необходимость количественной оценки технологичности конструкции изделий, а также номенклатура показателей и методика их определения устанавливаются в зависимости от вида изделий, типа производства и стадии разработки конструкторской документации отраслевыми стандартами или стандартами предприятия.

Количество показателей должно быть минимальным, но достаточным для оценки технологичности.

Количественная оценка эксплуатационной и ремонтной технологичности конструкции изделия проводится обязательно при затратах на эксплуатацию и ремонт сопоставимых или превышающих затраты на его производство.

Для количественной оценки технологичности конструкции детали
из предусмотренной [34] номенклатуры показателей технологичности рекомендуется применять следующие:

1) Показатель унификации детали, который характеризуется коэффициентом унификации конструктивных элементов

где Е_ун - количество унифицированных и стандартных элементов в конструкции детали;

Е_общ - общее количество элементов детали.

К унифицированным поверхностям относятся стандартные канавки, фаски, центровочные гнезда, зубчатые, шлицевые, шпоночные поверхности; гладкие цилиндрические и плоские поверхности, если их номинальный размер принадлежит одному из рядов номинальных линейных размеров и допуск размера назначен по квалитетам. Базовое значение показателя К_у=0,8.

2) Показатель материалоемкости, который характеризуется коэффициентом использования материала

где М_д - масса детали, кг;

М_з - масса заготовки, кг.

Базовое значение показателя К_им=0,62. Если расчетное значение коэффициента использования материала выше базового, то можно сказать, что выбранным метод получения заготовки и ее конфигурация удовлетворяют требованиям технологичности.

3) Показатели трудоемкости, которые характеризуется следующими коэффициентами:

коэффициентом точности обработки

где n_i - количество поверхностей, обработанных по квалитету А_i.

Соотношение

определяет средний квалитет точности обработки детали. Базовое значение среднего квалитета точности - 14. Базовое значение показателя К_т=0,64.

коэффициентом шероховатости поверхностей

где - класс шероховатости поверхности;

n_i - количество поверхностей, обработанных с шероховатостью Ra_i.

Базовое значение показателя К_т=1.

Сравнивая фактически достигнутые показатели технологичности детали с базовыми, численное значение показателей технологичности позволяет оценить, насколько конструкция детали рациональна и приближается к идеальной.



6 Припуски на механическую обработку

ГОСТ 1.1109-82 устанавливает применяемые в науке, технике и производстве термины и определения основных понятий в области технологических процессов изготовления и ремонта изделий машиностроения и приборостроения [7].

Заготовка - предмет труда, из которого изменением формы, размеров, свойств поверхности и (или) материала изготовляют деталь.

Механическая обработка - обработка давлением или резанием.

Обработка давлением - обработка, заключается в пластическом деформировании или разделении металла. Разделение металла происходит давлением без обработки стружки.

Ковка - обработка металлов давлением местным приложением деформирующих нагрузок с помощью универсального подкладного инструмента или бойков.

Поковка - изделие или заготовка, полученные технологическим методом ковки.

Штамповка - обработка металлов давлением с помощью штампа.

Штамп - технологическая оснастка, посредствам которой заготовка приобретает форму и (или) размеры, соответствующие поверхности или контуры элементов штампа.

Штампованная заготовка - изделие или заготовка, полученные технологическим методом штамповки.

Литьё - изготовление заготовок или изделия из жидкого металла заполнением им полостей заданных форы и размеров с последующим затвердеванием.

Отливка - изделие или заготовка, полученные технологическим методом литья.

Обработка резанием - обработка, заключающаяся в образовании новых поверхностей отделением поверхностных слоев материала с образованием стружки. Образование поверхностей сопровождается деформированием и разрушением поверхностных слоев материала.

Обрабатываемая поверхность - поверхность, подлежащая воздействию в процессе обработки.

Черновая обработка - обработка, в результате которой снимается основная часть припуска.

Чистовая обработка - обработка, в результате которой достигается заданная точность размеров и шероховатость обрабатываемых поверхностей.

Припуск - слой материала, удаляемый поверхности заготовки в целях достижения заданных свойств обрабатываемой поверхности. К свойствам отрабатываемого предмета труда или его поверхности относятся размеры, форма, твердость, шероховатость и т.п.

Операционный припуск - припуск, удаляемый при выполнении одного технологического перехода.

Допуск припуска - разность между наибольшим и наименьшим значениями размера припуска.

Существуют следующие методы назначения припусков на обработку резанием:

1. По справочным таблицам. В соответствии с этим методом припуск на обработку резанием определяется в зависимости от метода получения заготовки (прокат, литье, поковка) и стадии обработки без уточнения метода (черновая, чистовая, отделочная). Справочные таблицы приведены в [2].

Этот метод является наименее точным, но позволяет определить припуск достаточно быстро. Справочные таблицы позволяют назначить припуски независимо от технологического процесса обработки детали и условий его осуществления и поэтому в общем случае являются завышенными. Содержит резервы для снижения расхода материала и трудоемкости изготовления детали.

Применяется в единичном и мелкосерийном производстве.

2. По ГОСТам. В зависимости от метода получения заготовки припуск на обработку резанем и размеры заготовки могут быть определены по ГОСТ. Например, если заготовка получена методом горячей объемной штамповки, то необходимо воспользоваться ГОСТ 7505-89 «Поковки стальные штампованные. Допуски, припуски и кузнечные напуски» [13]. Если заготовка получена свободной ковкой, то применяют ГОСТ 7062 - 90 «Поковки из углеродистой и легированной стали, изготовленные ковкой на прессах. Припуски и допуски» [12]. Если заготовка отливка из черных или цветных металлов - используют ГОСТ 26645-85 «Отливки из металлов и сплавов. Допуски размеров, массы и припуски на механическую обработку» [15] и т.д.

Данный метод является более точным, так как учитывает конкретный метод получения заготовки и его особенности (например, тип оборудования, его точность, точность метода получения заготовки и т.п.), а также учитывает стадии обработки (черновая, чистовая, отделочная).

Применяется в серийном производстве деталей.

3. Расчетно-аналитический метод определения припуска на механическую обработку (РАМОП) [25]. Он базируется на анализе факторов, влияющих на припуски предшествующего и выполняемого переходов технологического процесса обработки поверхности. Значение припуска определяется методом дифференцированного расчета по элементам, составляющим припуск. РАМОП предусматривает расчет припусков по всем последовательно выполняемым технологическим переходам обработки данной поверхности детали (промежуточные припуски), их суммирование для определения общего припуска на обработку поверхности и расчет размеров заготовки. Расчетной величиной является минимальный припуск на обработку, достаточный для устранения на выполняемом переходе погрешностей обработки и дефектов поверхностного слоя, полученных на предшествующем переходе, и компенсации погрешностей, возникающих на выполняемом переходе.

Применение РАМОП сокращает отход металла в стружку по сравнению с табличными значениями, создает единую систему определения припусков на обработку и размеров детали по технологическим переходам и заготовок, способствует повышению технологической культуры производства.

Метод является трудоемким и наиболее точным. Применяется, в основном, в массовом производстве.

Расчетно-аналитический метод определения припуска на обработку позволяет определить минимальный, максимальный и номинальный припуски на обработку резанием.

Минимальный припуск при последовательной обработке противолежащих поверхностей (односторонний припуск) определяется:

Z_{i min}=R z _i-1 +h_i-1+_i-1+_уi

При параллельной обработке противоположных поверхностей (двусторонний припуск):

2Z_{i min}=2(Rz _i-1+h_i-1+_i-1+_уi)

При обработке наружных и внутренних поверхностей (двусторонний припуск):

где Rz _i-1 - высота неровностей профиля, достигнутая на предшествующем переходе;

h_i-1 - глубина дефектного поверхностного слоя, достигнутая на предшествующем переходе;

_i-1 - суммарное отклонение расположения поверхности, достигнутые на предшествующем переходе (отклонения от параллельности, перпендикулярности, соосности, симметричности, пересечения осей, позиционное и в некоторых случаях отклонение формы поверхности - отклонение от плоскостности, прямолинейности);

_уi - погрешность установки заготовки на выполняемом переходе.

Номинальный припуск на обработку поверхностей:

Наружных

Z_i = Z_{i min} +ei_i-1+ei_i(4)

2Z_i = 2(Z_{i min} +ei_i-1+ei_i)(5)

Внутренних

Z_i = Z_{i min} +es_i-1+es_i(6)

2Z_i = 2(Z_{i min} +es_i-1+es_i)(7)

где ei_i-1; es_i-1; ei; es_i - нижние и верхнее отклонения размеров на предшествующем и выполняемом переходах соответственно.

Знать номинальные размеры заготовок необходимо для определения номинальных размеров формообразующих элементов технологической оснастки (штампов, прессформ, моделей, волок, приспособлений).

Максимальный припуск на обработку поверхностей:

Наружных

Z_{i max}= Z_{i min} +TD_i-1+TD_i(8)

2Z_{i max} = 2(Z_{i min} +TD_i-1+TD_i)(9)

внутренних

Z_{i max} = Z_{i min} +Td_i-1+Td_i(10)

2Z_{i max} = 2(Z_{i min} +Td_i-1+Td_i)(11)

где TD_i-1; Td_i-1; TD_i ; Td_i - допуски размеров на предшествующем и выполняемом переходе соответственно.

Максимальные припуски и припуски для технологических целей (уклоны, напуски, упрощающие конфигурацию заготовки, и т.д.) принимают в качестве глубины резания и используют для определения режимов резания (подачи, скорости резания) и выбора оборудования.

Различают общее и местное отклонение оси детали от прямолинейности (кривизну). Их значение определяют исходя из геометрических соотношений параметров детали. Так, при установке в центрах общее отклонение:

_R=_Кl

местное

точно

приближенно

_км=_К(l-l_x)

При консольном закреплении общее отклонение:

точно

приближенно

_к=2_Кl cosarctg (2_Кl)

где _к - отклонение оси детали от прямолинейности, мкм на 1 мм (далее именуемое кривизной);

- расстояние от торца детали до сечения, в котором определяется местная кривизна детали, мм;

l - длина детали, мм.

Суммарное значение двух отклонений расположения определяют как векторную величину

В тех случаях, когда предвидеть направление векторов трудно, их суммируют

Так, суммарное отклонение расположения при обработке сортового проката круглого сечения в центрах

где _к - общее отклонение оси от прямолинейности;

-смещение оси заготовки в результате погрешности центрирования.

где Тd - допуск на диаметральный размер базы заготовки, используемый при центрировании, мм.

Суммарное отклонения расположения при обработке отливок

где _кор - отклонение плоской поверхности отливки от плоскостности (коробление), которое определяется как

_кор=_кl

_см - смещение стержня в горизонтальной или вертикальной плоскости, мм;

l - длина отливки, мм.

Суммарное отклонения расположения при обработке поковок

где _кор - коробление поковок, мм

_см - отклонение от сносности элементов, штампуемых в различных половинках штампа, мм.

_кор=_кl

где _к - кривизна поковок, мкм на 1 мм;

l - длина поковки, мм.

Суммарное отклонение расположения при высадке горизонтально-ковочной машине

где _c - смещение оси фланца относительно оси стержня при высадке, мм;

_н -отклонение от перпендикулярности торца фланца к оси поковки,
мкм на 1 мм радиуса;

R - радиус фланца, мм.

Суммарное отклонение для поковок, получаемых на ковочно-штамповых прессах методом выдавливания (детали типа клапанов)

где - изогнутость оси; =0,6 мкм на 1 мм длины,

l - длина детали, мм;

- смещение оси; =0,12 мм.

При обработке торцев учитывают отклонения расположения торцевых поверхностей

где - отклонение от перпендикулярности, мкм на 1мм длины;

D - диаметр торцевой поверхности, мм.

Для промежуточных торцевых поверхностей ступенчатого вала, изготовленного на ВРКМ, отклонение от перпендикулярности торца

где - отклонение от перпендикулярности;

l -расстояние от середины наибольшего диаметра ступени до торцевой поверхности, для которой определяется отклонение, мм.

При D60 мм=0,05 мкм на 1 мм длины,

при D>60 мм =0,1 мкм на 1 мм длины.

Для поверхности концевых ступеней суммарное отклонение расположения

где - отклонение от перпендикулярности торца, мм;

- дефекты поковки вследствие отрубки, мм.

Остаточное отклонение расположения заготовки после обработки определяются по приближенной формуле

где - коэффициент уточнения;

- суммарное отклонение расположения заготовки, мм.

Расчетные размеры определяются:

для наружных поверхностей

для внутренних поверхностей

...