Методология разработки технологических процессов изготовления детали

Размещено на http://www.allbest.ru/

Методология разработки технологических процессов изготовления детали



1. Содержание и последовательность разработки технологических процессов

Основы методологии разработки технологических процессов отражены в стандартах единой системы технологической подготовки производства (ЕСТПП) ГОСТ Р 50995.3.1-96, ГОСТ Р 50995.0.1-96, ГОСТ Р 15.000-94 и единой системы технологической документации (ЕСТД) по ГОСТ 3.1109-82. Процесс технологического проектирования содержит ряд взаимосвязанных и выполняемых в определенной последовательности этапов. Этапы разработки технологического процесса в соответствии с рекомендациями Р50-54-93-88 приведены на рис. 1.

Рис. 1. Этапы разработки технологического процесса

К ним относятся:

- анализ исходных данных;

- технологический контроль чертежа;

- определение типа и организационной формы производства;

- выбор вида исходной заготовки и способа ее получения;

- выбор вида технологического процесса;

- выбор технологических баз и схем базирования заготовки;

- выбор способов обработки поверхностей заготовки;

- проектирование (разработка) маршрута обработки;

- разработка структуры операций;

- выбор средств технологического оснащения (оборудования, приспособлений, вспомогательной оснастки, режущих и измерительных инструментов);

- расчет и назначение режимов обработки;

- расчет и назначение припусков и операционных размеров;

- определение норм времени;

- определение квалификации работы и профессий рабочих;

- составление технологической планировки (по необходимости) и разработка схемы (грузопоток) перемещения деталей и отходов;

- разработка мероприятий по обеспечению требований техники безопасности и производственной санитарии;

- технико-экономическая оценка технологического процесса;

- оформление технологической документации.

Разработку технологического процесса необходимо начинать с анализа рабочего чертежа детали, установления необходимых размеров, требований к точности и шероховатости обработки; требований к погрешности формы и взаимного расположения поверхностей и ее термообработки.

Анализ исходных данных

Технические требования к детали

Прежде всего следует выяснить назначение детали в узле машины и определить степень ее важности для эксплуатации машины. Затем провести подробный анализ технических требований к детали. При необходимости для решения возникающих задач привлекают методы теории размерных цепей. Результатами этого анализа должны быть формулировка основных технологических задач, которые необходимо решать при обработке детали, и корректировка чертежа детали.

Основные технологические задачи включают получение:

- точности размеров: диаметральных, линейных, угловых;

- точности формы: для цилиндрических деталей в продольном и поперечном направлениях (отклонения профиля продольного сечения; отклонения от круглости и цилиндричности), для плоскостных деталей (отклонения от плоскостности и прямолинейности);

- точности взаимного расположения поверхности (отклонения от параллельности, перпендикулярности, соосности, симметричности, пересечения осей);

- качества поверхностного слоя обработанных поверхностей:

- высота микронеровностей профиля (Rz, Ra, tp)

- твердость (HRCЭ, HB);

- численное значение, знак и глубина распространения внутренних

остаточных напряжений.

Кроме того, на чертежах могут быть указаны и специальные технические требования: покрытия, термическая обработка, окраска, подгонка массы и т. п.

По всем группам технологических задач необходимо подробно изучить технические требования на изготовление с перечислением наиболее ответственных.

В результате формулируются основные технологические задачи, определяющие структуру технологического процесса, применяемое оборудование, средства технологического оснащения, квалификацию исполнителя, контрольные операции и др.

При технологическом контроле чертежей проверяют, содержит ли чертеж все сведения о детали: необходимые проекции, разрезы и сечения, размеры с допусками, требования к точности формы и взаимного расположения, требования к качеству поверхности.

Отработку конструкции детали на технологичность проводят в соответствии с общими правилами, установленными ГОСТ 14.201-83.

Анализ технологичности конструкции изделия направлен на повышение производительности труда, снижения затрат и сокращение времени на технологическую подготовку производства (ТПП). Конструкция изделия может быть признана технологичной, если она обеспечивает простое и экономичное изготовление детали и удовлетворяет следующим требованиям:

- конфигурация деталей и их материал позволяют применять наиболее прогрессивные заготовки, сокращающие объем механической обработки;

- при конструировании изделий используются простые геометрические формы, позволяющие применять высокопроизводительные методы производства.. Предусмотрена удобная и надежная технологическая база в процессе обработки;

- обоснованы заданные требования к точности размеров и формы детали;

- использована стандартизация и унификация деталей и их элементов;

- для уменьшения объема механической обработки предусмотрены допуски только по размерам посадочных поверхностей;

- обеспечена достаточная жесткость детали;

- предусмотрена возможность удобного подвода жесткого и высокопроизводительного инструмента к зоне обработки детали;

- обеспечен свободный вход и выход инструмента из зоны обработки;

- учтена возможность одновременной установки нескольких деталей.

Конструкция изделия в значительной степени определяет содержание технологического процесса, его построение (маршрут), структуру операций, применяемые методы обработки, оборудования, оснастку и инструменты.

Общие требования к технологичности формы детали

1. Конструкция детали должна состоять из стандартных и унифицированных конструктивных элементов или быть стандартной в целом.

2. Детали должны изготовляться из стандартных или унифицированных заготовок. Формы заготовки должны приближаться к форме и размерам готовой детали.

3. Заготовки должны быть получены рациональным способом и возможность использования в конструкции детали необрабатываемых поверхностей и минимальных припусков на обработку.

4. 4. Размеры и поверхности детали должны иметь соответственно оптимальные и обоснованные точность и шероховатость поверхностей. Оптимальными считаются точность и шероховатость поверхности экономически и конструктивно обоснованные.

5. Базовые поверхности детали должны иметь точность и шероховатость, обеспечивающие надежность и точность установки, обработки и контроля.

6. Возможность одновременной обработки нескольких деталей.

7. Конструкция детали должна обеспечивать возможность применения типовых, стандартных и групповых технологических процессов.

8. Свойства материала детали: физико-химические, механические, жесткость детали, ее форма и размеры должны соответствовать требованиям технологии изготовления (включая процессы упрочения, коррозийной защиты и пр.), хранения и транспортирования.

9. Не использовать материалы, плохо обрабатываемые резанием.

10. Доступность по всем обрабатываемым поверхностям для обработки и измерения.

11. Протяженность обрабатываемых поверхностей должна быть наименьшей.

12. Поверхности отверстий также должны соответствовать по форме стандартному инструменту, например, глухие отверстия следует проектировать с коническим дном, образуемым режущей кромкой сверла (угол затоки сверла 2ц = 118 - 120о). Отверстия должны соответствовать по размерам стандартным сверлам (ГОСТ 886-77), не следует предусматривать сквозные отверстия с отношением длины к диаметру более 10 (l:d > 10), т. к. требуются специальные сверла.

13. Глубина глухих отверстий не должна превышать шести диаметров; для глухих отверстий, подвергаемых чистовой обработке следует указать ее длину, т. к. по всей длине трудно достичь шероховатости.

14. Глубина резьбы в глухих отверстиях должна быть согласована с размерами рабочей части метчика, не рекомендуется назначать резьбы длиной более 3-х диаметров, т. к. при этом затрудняется свинчиваемость деталей.

15. Конструкции деталей должны обеспечивать минимальную деформацию при термообработке.

16. Детали, обрабатываемые на станках токарной группы должны иметь максимальное число поверхностей вращения и минимальное число изменений диаметра сечения.

17. Детали, обрабатываемые на протяжных станках, должны иметь равномерную жесткость по длине и достаточную прочность.

18. При обработке на станках с ЧПУ к конструкции обрабатываемых деталей предъявляют менее жесткие требования (например, сложные, фасонные, контурные и объемные поверхности можно получить без особых трудностей).

Технологичность валов

Конструктивные особенности. В механизмах транспортных и технологических машин, колесных и гусеничных машинах применяют валы различной конструктивной формы: бесступенчатые (гладкие), ступенчатые с прямой геометрической осью, коленчатые, эксцентриковые (кулачковые), кривошипы, поворотные кулаки и др.

Наибольшее распространение в этих машинах (60 - 70 % общего количества) получили ступенчатые валы средних размеров (диаметром 25…125 мм, длиной до 250 мм) - шлицевые с глухим или сквозным центральным отверстием. Шлицевые валы изготавливают в основном с закрытыми шлицами прямобочного или эвольвентного профиля.

Несмотря на разнообразие форм и размеров валов необходимо учитывать следующие требования, обуславливающие их технологичность.

1. Достаточная жесткость. Конструкция вала считается жесткой при отношении длины к диаметру (l/d) не более 10…12. В противном случае токарная обработка вала требует применения дополнительных опор - люнетов, что увеличивает трудоемкость. В зависимости от отношения длины к диаметру валы закрепляются при обработке в патроне (l:d 5), в центрах (l:d 10) или в центрах с люнетом (l/d > 10...12).

2. Наличие постоянных технологических баз (центровые отверстия). Это позволяет повысить точность и сократить трудоемкость обработки соосных ступенчатых поверхностей. Форма и размеры центровых отверстий должны соответствовать ГОСТ 14034-74 (табл. 2).

3. Предусматривать стандартные канавки для выхода шлифовального круга. Форма и размеры канавок должны соответствовать ГОСТ 8820-69 (табл. 3).

4. Для сокращения числа типоразмеров канавочных резцов канавки выполнять по возможности одинаковыми.

5. Ступени должны быть с минимальными перепадами диаметров, убывающие или возрастающие. Желательна симметричность.

6. Ступени по возможности должны иметь одинаковую или кратную длину для обеспечения возможности многоинструментальной обработки. Конические переходы между ступенями вала и фаски следует назначать под обработку с учетом стандартных токарных проходных резцов с главным уклоном в плане равным 30, 45, 60 и 90°. При больших перепадах применять высадку головок или составные конструкции для уменьшения объема обработки резанием и расхода металла.

7. У гладких длинных валов вместо ступени при необходимости упорных уступов, буртов устанавливать разжимные пружинные кольца. В этом случае бурт заменяется канавкой.



Таблица 1 Формы и размеры центровых отверстий (из ГОСТ 14034-74)

Форма А	Форма В	Форма Т
1. В изделиях после обработки которых необходимость в центровых отверстиях отпадает. 2. В изделиях, которые подвергаются термообработке до твердости, гарантирующей сохранность центровых отверстий в процессе эксплуатации.	В изделиях, в которых центровые отверстия являются базой для повторного и многократного использования, а также в случаях, когда центровые отверстия сохраняться в готовых изделиях.	Для оправок и калибр-пробок
Размеры центровых отверстий, мм
D	d	d1	d2	l, не менее	l1	l2
до 6	1,6	3,35	5,0	2,0	1,52	1,99
6 - 10	2,0	4,25	6,3	2,5	1,95	2,54
10 - 14	2,5	5,30	8,0	3,1	2,42	3,20
14 - 20	3,15	6,70	10,0	3,9	3,07	4,03
20 - 30	4,0	8,50	12,5	5,0	3,90	5,06
30 - 40	5,0	10,60	16,0	6,3	4,85	6,41
40 - 60	6,3	13,20	18,0	8,0	5,98	7,36
60 - 80	8,0	17,00	22,4	10,1	7,79	9,35
80 - 100	10,0	21,20	28,0	12,8	9,70	11,66
100 - 120	12,0	25,40	33,0	14,6	11,60	13,80
120 - 160	16,0	33,90	42,5	19,2	15,50	18,00
Условное обозначение отверстия для вала Ш 30 мм (диаметр центровочного отверстия Ш 4 мм)
Отв. 4 А ГОСТ 14034-74	Отв. 4 В ГОСТ 14034-74	Отв. 4 Т ГОСТ 14034-74
8. У длинных нежестких валов предусматривать резьбовое отверстие для обеспечения транспортировки, термообработки и хранения в подвешенном состоянии. 9. Крупные валы необходимо выполнять полыми. 10. Целесообразная простановка продольных размеров облегчает наладку» станка и сокращает трудоемкость обработки. 11. Наличие радиусов закруглений между ступенями повышает стойкость инструмента. 12. Форма и размеры выхода внутренних и наружных резьб должны соответствовать ГОСТ 10549-80 (недорез резьбы ? 3Р; сбег резьбы ? 2,5Р; проточка канавки под выход инструмента ? 5Р, где Р - шаг резьбы). Продолжение таб. 2
Форма F	Форма H
Метрическая резьба без предохранительного конуса	Метрическая резьба с предохранительным конусом
В изделиях типа валов с креплением деталей по центру вниз для монтажных работ, транспортирования, хранения и термообработки деталей в вертикальном положении.
D для форм	d	d1	d2	d3	l, не более	l1	l2, не более	l3
F	H
8	-	М3	3,2	5,0	-	2,8	1,56	-	-
10	16	М4	4,3	6,5	8,2	3,5	1,90	4,0	2,4
12,5	20	М5	5,3	8,0	11,4	4,5	2,30	5,5	3,3
16	25	М6	6,4	10,0	13,3	5,5	3,00	6,5	4,0
20	32	М8	8,4	12,5	16,0	7,0	3,50	8,0	4,5
25	40	М10	11,0	15,6	19,8	9,0	4,00	10,2	5,2
32	50	М12	13,0	18,0	22,0	10,0	4,30	11,2	5,5
40	63	М16	17,0	22,8	28,7	11,0	5,00	12,5	6,5
63	80	М20	21,0	28,0	33,0	12,5	6,00	14,0	7,5
100	М24	25,0	36,0	43,0	14,0	9,50	16,0	11,5
160	М30	31,0	44,8	51,8	18,0	12,00	20,0	14,0
Условное обозначение отверстия для вала Ш 32 мм (диаметр центровочного отверстия М 12)
Отв. М 12 F ГОСТ 14034-74	Отв. М 12 Н ГОСТ 14034-74
Основные размеры временных «ложных» центровых отверстий, мм
Диаметр заготовки D	Диаметр d уступа под центровое отверстие	l	l1	b	d1
от 2 - 3,5	2,0	2-2.5	3.5-4.0	1.5	-
3,5 - 5,0	3.5	3.0-4.0	5.0-5.5	1.5	2.5
5,0 - 6,5	4	4.0-5.5	6.0-5.5	2.0	2.5
6,5 - 10,0	6.5	5.0-5.5	7.0-75	2.0	2.5
10 - 18	8	6.0-7.5	8.0-9.0	2.0	5.0
18 - 30	10	8.0-9.0	11.0-12.0	3.0	5.0
30 - 50	12	10.0-11.0	14.0-15.0	4.0	7.0
50 - 80	15	12.0-13.0	16.0-17.0	4.0	10.0
80 - 120	20	15.0-16.0	19.0-20.0	4.0	12.0
120 - 180	25	18.0-19.0	22.0-23.0	4.0	15.0

Таблица 2 Форма и размеры канавок для выхода шлифовального круга(из ГОСТ 8820-69)

Наружное шлифование
Цилиндрической поверхности	Торца	Цилиндрической поверхности и торца
Исполнение 1 Исполнение 2		Исполнение 1 Исполнение 2	Исполнение 3 Исполнение 4
Внутреннее шлифование
Цилиндрической поверхности	Торца	Цилиндрической поверхности и торца
Размеры канавок для выхода шлифовального круга, мм
Диаметр	Ширина канавки (b) для исполнений	Глубина канавки (h)	Радиус закругления
общий (ориентировочный (d )	при наружном шлифовании (d1)	при внутреннем шлифовании (d2)	1	2	3		r	r1
до 10	d - 0,3	d + 0,3	1,0	1,0	-	0,2	0,3	0,2
			1,6	1,6	-		0,5	0,3
10 - 50	d - 0,5	d + 0,5	2,0	2,0	-	0,3	0,5	0,3
			3,0	3,0	1,5		1,0	0,5
50 - 100	d - 1,0	d + 1,0	5,0	5,0	2,25	0,5	1,6	0,5
			8,0	8,0	2,8		2,0	1,0
более 100			10,0	10,0	5,0		3,0	1,0
Исполнение 4	d1	b	h	b1	c	r1
до 10	d - 0,2	1,1	0,1	0,5	0,8	0,2
10 - 50	d - 0,4	2,2	0,2	1,0	1,5	0,4
50 - 100	d - 0,6	4,3	0,3	1,5	3,3	0,6
более 100	d - 0,8	6,4	0,4	2,3	5,0	1,0

13. Непрерывность шлифуемых поверхностей (постоянная длина образующей). Это обеспечивает более высокую точность формы, так как площадь контакта детали, а, следовательно, давления шлифовального круга - постоянны.

14. Наличие фасок в деталях (особенно из хрупких материалов). Это предотвращает выкрашивание кромок шлифовального круга при шлифовании.

15. Заменять переходные поверхности фасками.

16. Не рекомендуются кольцевые канавки на торцах, особенно со стороны стержня, так как они трудоемки в работе.

17. При наличии нескольких шпоночных пазов на разных ступенях выполнять их на одной линии с одинаковой шириной.

18. Глубина и ширина шпоночных канавок должна соответствовать размерам стандартных шпоночных фрез. Предпочтительны шпоночные канавки, обрабатываемые дисковыми, а не концевыми фрезами.



Таблица 3 Форма и размеры канавок для выхода шлифовального круга при плоском шлифовании (из ГОСТ 8820-69)

Исполнение 1	b1	h1	Исполнение 2	r2
	2,0	1,6		0,5
	3,0	2,0		1,0
	5,0	3,0		1,6

Технологичность втулок и цилиндров

Конструктивные особенности. С конструктивной точки зрения втулки и цилиндры характеризуются наличием нескольких концентрично расположенных внутренних и наружных поверхностей. Эти детали можно условно разделить на три группы.

К первой группе относятся втулки, имеющие ряд концентричных внутренних и наружных поверхностей (кондукторные, направляющие и упорные втулки; упорные втулки ступицы заднего колеса, втулки балансиров, цапф, гусеничных траков, конусы синхронизаторов и др.). Наиболее распространены втулки с отношением L/D ? 2 (здесь L - длина; D - внешний наибольший диаметр).

Ко второй группе можно отнести гидроцилиндры, цилиндры гидроамортизаторов, телескопические цилиндры и плунжеры опрокидывающих механизмов, и другие, как правило, тонкостенные, длина которых значительно превышает диаметр.

К третьей группе можно отнести втулки и цилиндры имеющие сложную наружную поверхность, например цилиндры тормозной системы автомобиля.

При конструктивном оформлении втулок и цилиндров необходимо учитывать следующие требования, обуславливающих их технологичность.

1. Простая конфигурация и достаточная жесткость.

2. С целью обеспечения соосности основных цилиндрических поверхностей конструкция втулок должна быть такой, чтобы обработка всех их внутренних поверхностей производилась с одной стороны при неизменном закреплении заготовки.

3. Нежелательны выточки на обрабатываемых с высокой точностью внутренних поверхностях втулки. Предпочтение следует отдавать втулкам, имеющим сквозные отверстия.

4. Если ступенчатые отверстия или наружные поверхности втулки должны выполняться с высокой точностью, то для выхода инструмента следует предусматривать канавки (ГОСТ 8820-69) (см. табл. 3, 4).

5. Конструкция отверстия с резьбой должна давать возможность работать резьбовым инструментом на проход. Поэтому они должны иметь канавки для выхода инструмента. Это обеспечивает улучшение условий работы инструмента и повышение качества резьбы.

6. Образование шлицев и пазов в глухих отверстиях затруднено, поэтому отверстия с пазами и шлифами желательно выполнять сквозными, что позволяет использовать высокопроизводительное протягивание.

7. При невозможности применения втулок со сквозными шлицами или пазами следует предусматривать канавки для выхода долбяка или резца в соответствии с ГОСТ 14775-81 (табл. 5).

8. С целью упрощения конструкции режущего инструмента и повышения его стойкости, упрощения процесса обработки следует избегать глубоких шлицевых отверстий и пазов.

Таблица 4 Размеры канавок для выхода долбяка, мм (из ГОСТ 14775-81)

Ширина зубчатого венца, b	А, не менее	а, не менее	r, не менее
		зубчатые колеса	шлицевые венцы	зубчатые колеса	шлицевые венцы
До 10	1,0	0,5	0,25	0,40	0,20
10 - 15	1,5
15 - 20	2,0
20 - 25	2,5
25 - 30
30 - 35
35 - 40	3,0	1,0	1,0	1,0	1,0
40 - 45	3,5
45 - 50	4,0
50 - 55	4,5	2,0
55 - 60	5,0
60 - 65	5,5	2,0	1,0	1,0	1,0
65 - 70
70 - 75
75 - 80	6,0
80 - 90	7,0	3,0	1,6	1,6	1,6
90 - 100	8,0

Технологичность дисков и барабанов

Конструктивные особенности. Характерной особенностью деталей, относящихся к дискам, является малая высота по сравнению с диаметром: h=0,5D (здесь D-диаметр наружной поверхности детали).

В технологических и транспортных машинах типичными представителями таких деталей являются: ведущие и направляющие колеса, опорные и поддерживающие катки, тормозные барабаны фрикционных механизмов, кольца включения фрикционных дисковых тормозов, диски фрикционов, уплотнительные кольца, кольца опорных и поворотных подшипников и др.

Детали, относящиеся к группе барабаны (ступицы), характеризуются большей высотой h = (0,5 - 1,0)D. К этим деталям относятся ступицы колес колесных машин, направляющие (поддерживающие) катки и ролики гусеничных машин и др.

Технологичность зубчатых колес

Конструктивные особенности. Зубчатые колеса транспортных и технологических машин работают в весьма тяжелых условиях переменных и ударных нагрузок. Силовые трансмиссии агрегатов передают значительные крутящие моменты, создавая нагрузки до 1000 Н на 1 мм длины зуба. Окружные скорости зубчатых колес достигают 25 м/с и более, что требует высокой точности их изготовления. Зубчатые колеса являются ответственными деталями машин, определяющими их надежность и долговечность, поэтому к их конструкции, материалу и процессу изготовления предъявляются жесткие требования.

Наиболее часто встречающиеся разновидности зубчатых колес можно разделить на ряд типов.

Цилиндрические одновенцовые зубчатые колеса диаметром до 300 мм: с отверстием без выточки и плоскими обработанными торцами; с выточками в отверстиях или в торцах; со ступицей.

Цилиндрические многовенцовые с выточками в отверстиях, многовенцовые блочные.

Конические зубчатые колеса бывают со ступицей и венцовые.

Червячные зубчатые колеса выполняют цельными (для малых диаметров червячных пар) и в виде венцов.

При конструктивном оформлении зубчатых колес необходимо учитывать следующие требования, обуславливающие их технологичность.

1. Простая конфигурация. Это обеспечивает многоместную обработку при зубонарезании (типа плоских дисков).

2. Многовенцовые колеса должны иметь достаточное расстояние между венцами для обеспечения выхода фрез и шлифовальных кругов. При невозможности обеспечения этого требования желательно многовенцовые зубчатые колеса делать составными с целью применения высокопроизводительных методов обработки с заданной точностью.

3. Конструкция одновенцовых колес должна предусматривать смещение венца к одному торцу, что обеспечивает минимальную металлоемкость и возможность одновременного нарезания зубьев у двух колес.

4. Конфигурация колеса должна предусматривать минимальную деформацию при термообработке.

5. Предусматривать канавки для выхода долбяков, гребенок и червячных фрез при нарезании шевронных колес (см. табл. 4).

6. Точность базирующих поверхностей (торцы, отверстия, шейки) должна соответствовать точности зубчатых венцов.

7. Длина шлицевых отверстий должна соответствовать геометрическим параметрам протяжек.

Технологичность корпусных деталей

Конструктивные особенности. Корпусные детали транспортных и технологических машин служат для размещения отдельных узлов, механизмов и др. Наиболее распространенной группой деталей в машинах являются корпуса средних размеров сложной коробчатой формы.

Для корпусных деталей характерно наличие систем точно расположенных основных отверстий, координированных между собой и относительно плоскостей, систем крепежных и других мелких отверстий. Для корпусных деталей коробчатого типа характерно наличие развитых плоских поверхностей и основных отверстий в нескольких осях. Эти детали часто выполняются разъемными в диаметральной плоскости основных отверстий (например, корпуса коробок передач гусеничных машин) или с отъемной крышкой, на которой монтируют вторую опору вала (например, корпуса раздаточных коробок колесных машин). У деталей фланцевого типа плоские поверхности обычно являются торцевыми поверхностями основных отверстий и имеют выточки или выступы.

При конструировании корпусных деталей должны быть обеспечена их технологичность.

1. Жесткость и виброустойчивость конструкции при обработке.

2. Наличие надежных технологических баз и мест для закрепления.

3. Обрабатываемые плоскости располагать на одном уровне с одинаковой точностью и шероховатостью.

4. Ширину обрабатываемых поверхностей увязывать с нормальным рядом диаметров торцевых или длин цилиндрических фрез.

5. Четкое разграничение обрабатываемых и необрабатываемых поверхностей.

6. Предпочтительна обработка плоскостей на проход. Для этого обрабатываемые поверхности располагать выше примыкающих элементов.

7. Унификация радиусов сопряжения элементов детали для сокращения числа типоразмеров и смен инструмента.

8. Размещать поверхности, подвергаемые обработке, с одной стороны детали для сокращения трудоемкости обработки за счет уменьшения числа установов детали.

9. Простановка размеров от одной технологической базы для обеспечения возможности обработки поверхностей детали с одного установа и упрощения настройки станка.

10. Перпендикулярность отверстий к плоскости общего торца для снижения поверхностей.

11. Унификация радиусов сопряжения элементов детали для сокращения числа типоразмеров и смен инструмента.

12. Крепежные отверстия располагать на расстоянии, достаточном для использования кондукторов и многошпиндельных головок.

13. Перепад размеров у отверстий в стенках, лежащих на одной линии, и их расположение должны обеспечить возможность многоинструментальной обработки.

14. Предусматривать элементы при обработке отверстий, не допускающие входа и выхода инструмента под углом.

15. Избегать отверстий с плоским дном.

16. Избегать глухих отверстий (гладких и резьбовых). Конфигурация глухих отверстий должна быть увязана с конструкцией применяемого инструмента (зенкера, развертки), имеющего коническую заборную часть.

17. У глухих резьбовых отверстий предусматривать запас длины на сбег резьбы размещение метчиков и стружки.

18. В резьбовых отверстиях предусматривать заходную фаску.

19. Избегать глубоких отверстий (отношение длины к диаметру более пяти).

20. Избегать применение резьб малого диаметра (до 6 мм) в крупных деталях из-за возможности поломки метчиков и их быстрого изнашивания.

21. В отверстиях, расположенных в стенках, вместо ступеней устанавливать пружинные разрезные кольца. При этом вместо ступени выполняется канавка, что уменьшает трудоемкость обработки.

22. Избегать глухих отверстий, пересекающихся с внутренними полостями. Заменять их сквозными отверстиями с заглушкой.

23. У дна точных глухих отверстий предусматривать канавку выхода инструмента.

24. У длинных точных отверстий для сокращения обработки вместо выточек, получаемых резанием, выполнять литые выемки.

2. Особенности технологичности конструкций деталей, подвергаемых термической и химико-термической обработке

1. Простые геометрические формы и симметричная конфигурация без острых граней, тонких перемычек и резких переходов в сечениях.

2. Перед термообработкой на деталях нежелательно иметь прорезы, отверстия и канавки, в зоне которых могут возникнуть напряжения и трещины.

3. Шероховатость поверхностей деталей, подвергаемых закалке, должна быть не ниже Ra = 10 мкм, так как при большей шероховатости возможно образование трещин и разрушение детали.

4. В деталях, закаливаемых с помощью ТВЧ, толщина закаленного слоя должна быть больше глубины имеющихся кольцевых выточек, иначе предел выносливости деталей снижается, и они могут разрушиться по выточке.

5. Избегать выхода закаленного слоя в нагруженную зону детали, так как при этом суммируются напряжения, возникающие при работе детали, с напряжениями в закаленном слое.

6. Для предупреждения оплавления кромок на торцах деталей и в отверстиях следует предусматривать фаски.

7. Резьбы на деталях, подвергаемых химико-термической обработке, не калить, так как они получаются хрупкими с повышенной твердостью.

8. В опасных зонах (тонкие стенки и перегородки) следует назначать местную химико-термическую обработку для предупреждения трещин при закалке.

9. Детали, склонные к короблению, выполнять из легированных сталей, закаливающихся в масле или на воздухе.

Пример технологического анализа чертежа детали

Деталь - Вал-шестерня (рис. 2), изготовляется из легированной стали 18ХГТ ГОСТ 4543-71 (С=0,17…0,23%; Si=0,17…0,37 %; Mn=0,80…1,10%; Cr=1,00…1,30 %; Тi=0,03…0,09 %, S=0,035 %; Р=0,035 %; Ni=0,30%; НВ 157-207) и проходит термическую обработку. Термическая обработка сталей с процентным содержанием углерода менее 0,25 % требует химико-термической обработки. В связи с тем, что поверхностная твердость по длине детали различна, то наряду с цементацией и непрерывной закалкой необходимо осуществить поверхностную закалку с нагревом токами высокой частоты (ТВЧ).

Деталь правильной геометрической формы с габаритными размерами Ш 105 х 267 и односторонним расположением ступеней Ш 51, Ш 60, Ш 65 k6, Ш 80 k6, Ш 105; имеет центральное отверстие Ш 48 х 70 , Ш 58 Н7 х 25.

В соответствии с технологическим классификатором рассматриваемая деталь Вал-шестерня относится к классу валов с фланцами [31].

Деталь обладает достаточной жесткостью, что позволяет назначить рекомендуемые в справочной литературе режимы резания.

Рис. 2. Вал - шестерня

Деталь вал-шестерня имеет зубчатый венец (m=3,5 мм; Z=28), на Ш 60 шлицы (m=4,5 мм; Z=12), на Ш 80 шлицы (m=5 мм; Z=14), которые соответствуют размерам, предусмотренные ГОСТ 6033-80.

Технические требования:

- радиальное биение Ш 80 k6, Ш 58 Н7 относительно общей оси не более 0,05 мм; это обеспечивается обработкой с одной установочной базы, которой будут являться центровые отверстия;

- твердость поверхности детали HRCЭ 52-62 обеспечивается цементацией с последующей непрерывной закалкой в печи и закалкой зубчатых венцов ТВЧ до твердости HRCЭ 56-62;

- твердость поверхности торца А на диаметре 90 мм и трех отверстий М 12 (вид К) в состоянии поставки обеспечивается построением технологического процесса обработки отверстий после цементации перед закалкой, оставлением припуска на глубину цементации (1,8…2,4 мм) на диаметре 90 мм и последующего его снятия после цементации перед закалкой;

- шероховатость поверхностей: наименьшая Ra=1,25 на Ш 80k6 и Ш 65k6 обеспечивается после закалки - только наружным круглым шлифованием (HRC >40); шероховатость Ra = 2,5 на Ш 51 и Ш 58 Н7 обеспечивается шлифованием; внутренний диаметр шлицевой поверхности (сечение Б-Б - Ш 70) с параметрами шероховатости Ra=1,25 обеспечивается шлифованием.

Деталь имеет две шлицевые поверхности (m = 4,5; z= 12 и m = 5; z = 14) и зубчатый венец (m = 3,5; z = 28) срезанными через один зуб и зубозакруглением R7 (вид В). Шлицевые поверхности могут быть обработаны дисковыми модульными или червячными фрезами диаметром не более 80 мм (R 40 max).

Центральное отверстие ступенчатое: отверстие Ш 48 х 70 и Ш 58Н7 х 25 мм; для выхода инструмента (шлифовального круга) предусмотрена канавка b=5. Механическая обработка ее затруднительна, так как эта поверхность расположена внутри детали и, следовательно, нет свободного доступа и выхода инструмента. Остальные обрабатываемые поверхности с точки зрения точности и шероховатости не представляют значительных технологических трудностей, имеют хорошие базовые поверхности для первоначальных операций и довольно просты по конструкции. Поверхности вращения могут быть обработаны на многорезцовых или револьверных станках.

Типовой технологический процесс изготовления деталей класса валов с фланцами рекомендует следующий маршрут обработки: вначале обрабатывают поверхности принятые за установочные базы - обработка отверстия и фаски с углом 30о, зацентровка второго торца. Токарная (черновая и чистовая) обработка за два установа в центрах. Сверление отверстия и нарезание резьбы. Шлице- и зубообработка. Химико-термическая обработка. Шлифование и окончательная обработка шлицев и зубьев.



3. Выбор заготовок и способов их изготовления

Способ получения заготовок деталей машин определяется назначением и конструкцией детали, её материалом, техническими требованиями, объемом выпуска продукции и типом производства, а также экономичностью изготовления [3, 5, 12, 29].

При выборе заготовки необходимо решать следующие задачи:

- установить способ получения заготовки;

- рассчитать припуски на обработку каждой поверхности;

- рассчитать размеры и указать допуски на заготовку;

- разработать чертеж заготовки.

Выбор заготовки можно достаточно достоверно оценить по:

- коэффициенту использования материала, как отношение массы детали к массе заготовки (K=GД/GЗ). При этом учитываются следующие рекомендации: в массовом производстве К ? 0,85; в серийном производстве К ? 0,5 - 0,6;

- минимальной величине приведенных затрат на изготовление детали по следующей формуле:

где GЗ - масса заготовки, кг;

ЦЗ - цена заготовки, руб./кг, определяется по прейскурантам [17, 18, 19, 20, 21] с учетом индекса цен [27].

В учебных целях при курсовом проектировании можно принять на 01.01.05 индекс цен на прокат 68,5 [27, табл. 23.21];

GО - масса реализуемых отходов, образующихся при механической обработке (стружка), кг, определяется как разность между массами заготовки и детали



GО = GЗ - GД;

Цо- цена реализуемых отходов, руб./кг, определяется по прейскуранту [21, 22] с учетом индекса цен [27];

В учебных целях при курсовом \проектировании можно принять:

- если деталь изготавливается литьем, то стоимость одной тонны стальной отливки равна 25560, а чугунной 27530 руб.;

- если деталь изготавливается из штампованной заготовки, то стоимость одной тонны поковки принимается: для поковок, получаемых на штамповочном молоте или механическом прессе, 20280 руб.; для поковок, получаемых на горизонтально-ковочной машине, 16370 руб.;

- заготовительные цены на одну тонну стружки, руб. (табл. 6)

Таблица 6 Заготовительные цены на одну тонну стружки черных и цветных металлов, руб.

Тип отходов	Цена, руб.
Стружка стальная и чугунная	410,0
Лом и отходы легированной стали	800,0
Лом и отходы алюминиевых сплавов (стружка)	2100,0
Стружка цветных металлов на основе меди	5600,0
Лом и отходы оловяннистой бронзы	6400,0

Если сопоставляемые варианты по технологической себестоимости оказываются равноценными, то предпочтение следует отдать варианту, имеющему более высокие основные показатели (коэффициент использования металла; трудоемкость изготовления заготовки; коэффициент использования оборудования и производственных площадей) [14, 30].

Выбор способа получения заготовок

Факторы, влияющие на выбор вида и способа получения заготовок

Выбрать заготовку - значить установить способ ее получения, рассчитать размеры, назначить припуски на обработку каждой поверхности и указать допуски на неточность изготовления.

На выбор способа получения заготовок влияют следующие факторы:

- технологическая характеристика материала, его свойства, определяющие возможность применения литья, пластической деформации, порошковой металлургии, сварки;

- конструктивная форма поверхностей и размеры детали, ее масса;

- наличие технологического оборудования, технические возможности заготовительных цехов предприятия или возможность получения прогрессивных заготовок от специализированных предприятий;

- социальные условия, т.е. безопасность работы, экологические факторы;

- суммарная себестоимость изготовления заготовки, изготовления из нее детали, сборки, транспортировки и эксплуатации изделия.

Методы и способы получения заготовок

Основными видами черных заготовок в зависимости от назначения деталей являются:

- отливки из черных и цветных металлов;

- кованные и штампованные заготовки;

- заготовки, штампованные из листового проката;

- заготовки из сортового и профильного проката;

- заготовки получаемые комбинированными способами;

- заготовки получаемые специальными способами;

- заготовки из неметаллических материалов.

Получение заготовок литьем. Литье является одним из наиболее распространенных методов формообразования. По сравнению с другими способами получения заготовок литье обладает рядом преимуществ:

- высокие коэффициенты использования металла и весовой точности;

- практически неограниченные габариты и масса отливок;

- возможность использования сплавов, не поддающихся пластическому деформированию.

Приблизительное соотношение материалов, применяемых для литья составляет:

- чугун - 80%;

- сталь - 15%;

- цветные сплавы - 5 %.

Для изготовления отливок из чугуна предусмотрены следующие марки чугунов:

серый чугун (ГОСТ 1412-85): СЧ 12; СЧ 15; СЧ 18; СЧ 21; СЧ 24; СЧ 28; СЧ 32; СЧ35; СЧ 38;

ковкий чугун (ГОСТ 1215-79): КЧ 30-6; КЧ 33-8; КЧ 35-10; КЧ 37-12; КЧ 45-6; КЧ 50-4; КЧ 56-4; КЧ 60-3; КЧ 63-2;

высокопрочный чугун (ГОСТ 7293-85) ВЧ 45-0; ВЧ 50-1,5; ВЧ 60-2; ВЧ 45-5; ВЧ 40-10;

антифрикционный чугун (ГОСТ 1585-85) АСЧ-1; АСЧ-2; АСЧ-3; АВЧ-1; АВЧ-2; АКЧ-1; АКЧ-2.

Для изготовления отливок из стали предусмотрены следующие марки сталей (ГОСТ 977-88):

конструкционные нелегированные: 15Л; 20Л; 25Л; 30Л; 35Л; 40Л; 45Л; 50Л.

конструкционные легированные: 20ГЛ; 35ГЛ; 20ГСЛ; 30ГСЛ; 20ФЛ; 20Г1ФЛ; 30ХГСФЛ; 45ФЛ; 32Х06Л; 40ХЛ; 20ХМЛ; 20ХМФЛ; 35ХМЛ; 30ХНМЛ; 35ХГСЛ; 35НГМЛ; 20ДХЛ

легированные со специальными свойствами: 20Х13Л; 15Х13Л; 15Х25ТЛ; 20Х5МЛ; 20Х8ВЛ.

Для изготовления отливок из цветных металлов предусмотрены следующие марки:

алюминиевые литейные сплавы: АЛ1; АЛ2; АЛ3; АЛ3В; АЛ4; АЛ4В; АЛ5; АЛ6; Л7; АЛ7В; АЛ8; АЛ9; АЛ9В; АЛ10; АЛ10В; АЛ11; АЛ12; АЛ13; АЛ15В; АЛ16В; АЛ17В; АЛ18В

магниевые литейные: Мл1; Мл2; Мл3; Мл4; Мл5; Мл6

медно-цинковые сплавы (латуни) ЛА67-2,5; ЛАЖМц66-6-3-2; ЛАЖ60-1-1Л; ЛК80-3Л; ЛКС80-3-3; ЛМцС58-2-2; ЛМцОС58-2-22; ЛМцЖ55-3-1; ЛМцЖ52-4-1; ЛС59-1Л

бронзы: Бр.ОЦСН 3-7-5-1; Бр.ОЦС 3-12-5; Бр.ОЦС 5-5-5; Бр.ОЦС 6-6-3; Бр.ОЦС 4-4-17; Бр.ОЦС 3,5-6-5

Отливки из черных и цветных металлов можно получить в песчаных, оболочковых и металлических формах, центробежным литьем, по выплавляемым и выжигаемым моделям и литьем под давлением. Точность литых заготовок находится в пределах 12 - 19-го квалитетов точности по ГОСТ 25347-82 и зависит от способа литья, формы и размеров отливок.

Способ получения заготовок литьем в песчано-глинистые формы вследствие своей универсальности применяется во всех типах производства. Этим способом производится около 80...85 % литых заготовок. Могут быть получены самые сложные отливки, практически неограниченных размеров. Отливки имеют равномерную структуру и характеризуются хорошей обрабатываемостью резанием. Литейные уклоны составляют: 1…3° - для деревянных моделей, 1…2° - для металлических моделей при ручной формовке, при машинной - 0,5…1°. Минимальная толщина стенок отливки зависит от ее размеров и материала. Для чугунных отливок, имеющих габаритный размер до 250 мм, толщина стенок составляет 3 - 5 мм, а для стальных отливок - 5 - 8 мм.

Способом литья в оболочковые формы изготавливают сложные, повышенной точности заготовки из чугуна, стали и цветных металлов весом до 25…30 кг. Этот способ дает возможность получать стальные литые заготовки с толщиной стенок 3 - 5 мм и с литыми отверстиями диаметром до 8 мм и глубиной до 20 мм.

Мелкие и средние заготовки в единичном и мелкосерийном производстве отливают в формы, выполненные вручную в опоках по моделям и шаблонам.

Машинную формовку применяют в серийном и массовом производстве. При отливке небольшой партии заготовок (50 - 100 шт.) используют деревянные модели, а в значительной - металлические модели.

К недостаткам этого способа относятся: большой расход металла и формовочных материалов, большие припуски на механическую обработку, большие производственные площади, большие капитальные затраты для создания нормальных условий труда, значительное количество брака.

Литье в металлические формы (кокиль) применяется для получения заготовок из черных и цветных металлов массой: чугунных от 10 г до 10 т, стальных от 0,5 кг до 4 т, из цветных металлов и сплавов - от 5 г до 500 кг.

Этот вид литья отличается высокими механическими свойствами и равномерным мелкозернистым строением, а также большой точностью размеров и форм заготовки (12 - 15 квалитет); шероховатость поверхности их соответствует Ra 20…25 мкм. Часто получают отливки, не требующие дальнейшей очистки и обработки.

Центробежное литье. Принцип получения этих заготовок состоит в том, что жидкий металл заливают в быстровращающуюся форму. Под действием центробежных сил металл отбрасывается к поверхности формы и затвердевает, принимая ее очертания. Полученные отливки обладают мелкозернистой структурой и повышенными механическими свойствами. Этим способом чаще всего изготавливают заготовки, имеющие форму тел вращения. Путем центробежного литья можно изготавливать биметаллические заготовки как заливкой жидкого металла на твердую поверхность, так и последовательной заливкой жидких металлов.

Точность стальных и чугунных заготовок соответствует 11 - 14 квалитетам точности, шероховатость поверхности Ra 40…25 мкм. Формы изложницы, изготовленные из легированных сталей, позволяют получать до 2000 - 3000 отливок.

Способом литья по выплавляемым моделям (прецизионное, или точное) получают точные отливки сложной формы из труднообрабатываемых резанием материалов весом от 1 г до 500 кг, с толщиной стенок от 0,15 мм и длиною до 1 м и более. Минимально допустимый диаметр литого отверстия составляет 0,8 мм. Точность заготовок, полученных по выплавляемым моделям, соответствует 11 - 13 квалитетам, а шероховатость Ra 10…2,5 мкм. Этот способ целесообразно применять главным образом в условиях крупносерийного производства.

Способом литья под давлением получают точные заготовки из цинковых, алюминиевых, магниевых и латунных сплавов. Последующая механическая обработка таких заготовок либо совершенно исключается, либо сводится к выполнению отделочных операций. Литье под давлением используется и для получения деталей сложной конфигурации из жаропрочных и нержавеющих сталей. Точность заготовок соответствует 8 - 12 квалитетам точности, шероховатость поверхности Ra 5,0…0,63. Так как стойкость форм для литья под давлением весьма высокая, этот способ целесообразно применять только в массовом и крупносерийном производстве.

Характеристики рассмотренных способов получения заготовок отливкой приведены в табл. 7.

Получение заготовок давлением. К обработке металлов давлением относят: прокатку, прессование, волочение, свободную ковку, горячую и холодную объемную штамповку, листовую штамповку. Прокатку, прессование и волочение обычно осуществляют на металлургических заводах.

Свободной ковкой на ковочных молотах и гидравлических ковочных прессах получают поковки различных форм и размеров в условиях единичного и мелкосерийного производства. Поковки обычно имеют большие припуски и приблизительную форму заготовки. В мелкосерийном производстве при изготовлении заготовок применяют подкладные штампы и кольца, позволяющие уменьшить припуски и приблизить форму заготовки к форме детали. Исходным материалом для фасонных поковок весом до 40 кг служит сортовой прокат, а весом до 300 кг - крупный прокат или ...