Тема 1 Вступ 1.1 Історія та етапи розвитку автомобільної та

Тема 1 Вступ
1.1 Історія та етапи розвитку автомобільної та тракторної промисловості у СНД та за
кордоном.
1.2 Задачі автомобільної промисловості на найближче майбутнє.
1.3 Технологічні особливості виробництва автомобілів та тракторів.
Тема 2 Основні поняття про виробничі і технологічні процеси.
2.1 Структура технологічного процесу: операція, позиція, установ, перехід.
2.2 Характеристики технологічного процесу: такт випуску, верстатоємність,
трудоємність.
2.3 Методи і типи виробництва та їх технологічні ознаки.
2.4 Характерні типи виробництва автомобільної промисловості.
Тема 3 Технологічність конструкції машин та їх деталей.
3.1 Поняття технологічності конструкції.
3.2 Кількісна та якісна оцінка технологічності конструкції.
3.3 Кількісна та якісна оцінка технологічності.
3.4 Відпрацювання конструкції виробу на технологічність.
Розробка нового виробу – складна конструкторська задача, пов'язана не тільки з
досягненням необхідного технічного рівня цього виробу, але і з максимально можливим
зниженням витрат праці, матеріалів і енергії на його розробку, виготовлення, технічне
обслуговування і ремонт. Розв’язання цієї задачі визначається діловою творчою співдружністю
створювачів нової техніки – конструкторів і технологів, їх взаємодією на етапах розробки
конструкції виробу з його виготовлювачами і споживачами.
Однією з найважливіших характеристик, що впливають на якість і собівартість виробу, є
технологічність конструкції. Характеристики технологічності конструкції вносяться до
документів, що регламентують або фіксують якість продукції: технічне завдання на розробку
виробу; карту технічного рівня і якості продукції.
Під технологічністю конструкції виробу розуміють сукупність властивостей виробу, що
виявляються в можливості оптимальних витрат праці, засобів, матеріалів і часу; мають місце
при технічній підготовці виробництва, виготовленні, експлуатації та ремонті виробу.
Конструкція може вважатися технологічною, якщо вона, цілком задовольняючи вимоги, дає
можливість застосовувати високопродуктивні засоби виготовлення при мінімальних
витратах робочої сили і найбільш низької її кваліфікації, дозволяє раціонально використовувати
устаткування, матеріали і не потребує складної підготовки виробництва.
Питання технологічності є конструкторсько-підприємницькими задачами. Конструктор
повинен прагнути забезпечити найкращу технологічність на всіх стадіях проектування, щоб
створити технологічні деталі, вузли і вироби в цілому. Для досягнення зазначеної мети він
повинен бути добре ознайомлений із загальним станом технології, знати переваги і недоліки
окремих засобів обробки і складання.
Для своєчасного відпрацьовування конструкції на технологічність, скорочення термінів
проектування, а також для одержання вихідних даних для підготовки виробництва в розробці
конструкції виробу на всіх стадіях проектування повинен брати участь і технолог.
Технолог оцінює також технологічність уже розробленого виробу і його окремих елементів
із метою виявлення реальних можливостей найбільш продуктивного та економічного
виготовлення виробу. Він зобов'язаний знати можливості та особливості свого підприємства,
оцінити складність і доцільність переходу на інший, більш прогресивний технологічний
процес, щоб шляхом аналізу й оцінки технологічності вибрати і призначити ті технологічні
процеси, що забезпечили б найменшу трудомісткість і технологічну собівартість, що є
відповідним до ГОСТу 14201-83 за основними показниками технологічності. Так, наприклад,
виявивши типові деталі в конструкції виробу, технолог може відразу судити про можливості
широти використання типових технологічних процесів, що є найбільш прогресивними.
Технологічність конструкції являє собою комплексну характеристику, що не може бути
оцінена будь-яким одним критерієм. Про технологічність не можна говорити без урахування типу
виробництва. Конструкція виробу, технологічна для одного типу виробництва, може бути
цілком нетехнологічна для іншого.
При використанні поняття технологічності конструктор і технолог повинні пам’ятати, що
за тими самими критеріями не можна оцінити принципово відмінні конструкції, наприклад,
легковий автомобіль і автомобіль великої вантажності. З розвитком принципів конструювання і
технології змінюються вимоги до технологічності й з'являються нові критерії.
Технологічність конструкції є відносним поняттям, тому що ступінь технологічності
нового виробу можна оцінити лише при порівнянні з конструкцією виробу, що вже є у виробництві,
при порівнянні відповідних техпроцесів. Проте цей метод дуже трудомісткий і для оцінки
технологічності доводиться обмежуватися визначенням трудомісткості виготовлення Т В , технологічної
собівартості виготовлення СТ ,і ряду кількісних додаткових показників технологічності.
Найбільш суттєвими показниками технологічності конструкції виробу є такі.
1. Коефіцієнт уніфікації виробу КУ :
КУ 
ЕУ  DУ
,
ED
(1.1)
де ЕУ – число уніфікованих складальних одиниць у виробі;
DУ – число уніфікованих деталей, що є складовими частинами виробу і не входять до
складу складальних одиниць;
Е – спільне число складальних одиниць у виробі;
D – спільне число деталей у виробі.
ЕУ  ЕУ .З .  ЕУ .П .  ЕСТ ;
(1.2)
DУ  DУ .З ,  DУ .П .  DСТ ;
Е  ЕУ  ЕОР ;
D  DУ  DОР .
(1.3)
(1.4)
(1.5)
Тут ЕУ .З . – число уніфікованих запозичених складальних одиниць;
ЕУ .П . – число уніфікованих купованих складальних одиниць;
ЕСТ – число стандартних складальних одиниць;
ЕОР – число оригінальних складальних одиниць у виробі;
DУ .З . – число уніфікованих запозичених деталей;
DУ .П . – число уніфікованих купованих деталей;
DСТ – число стандартних деталей (стандартні кріпильні деталі не враховуються);
DОР – число оригінальних деталей у виробі.
Деталь – виріб, виготовлений з однорідного за найменуванням і маркою матеріалу без
застосування складальних операцій.
Складальна одиниця – виріб, складові частини якого підлягають з’єднанню між собою
на підприємстві-виготовлювачі складальними операціями – згвинчуванням, склеюванням,
зварюванням, паянням, опресуванням, розвальцюванням та ін.
Виріб – предмет або сукупність предметів виробництва, що підлягають виготовленню
на підприємстві.
Оригінальна деталь (складальна одиниця) – уперше розроблена деталь (складальна
одиниця), застосована в конструкторській документації одного виробу.
Уніфікований виріб – виріб, застосований у конструкторській документації декількох
(різних) виробів.
Стандартна деталь (складальна одиниця) – деталь (складальна одиниця), застосована за
стандартом, цілком і однозначно визначає її конструкцію, показники якості, методи контролю,
правила приймання і постачання.
Купований виріб – виріб (складова частина виробу), одержуваний підприємством у
готовому вигляді й виготовлений за конструкторською документацією підприємства
постачальника.
Коефіцієнт уніфікації характеризує конструктивну спадкоємність проектованої конструкції.
2. Коефіцієнт стандартизації виробу К СТ :
КСТ 
ЕСТ  DСТ
.
ED
(1.6)
Q
,
ED
(1.7)
3. Коефіцієнт повторюваності К ПОВ :
К ПОВ  1 
де Q – число найменувань складових частин;
E  D – спільне число складових одиниць.
4. Коефіцієнт збірності К ЗБ :
К ЗБ 
5. Коефіцієнт точності КТЧ :
Е
.
ED
КТЧ  1 
1
,
АСР
(1.8)
(1.9)
де АСР – середній квалітет.
n
де Аi – і-й квалітет;
 Ai nip
,
АСР  i 1
n
 ip
(1.10)
nip – число розмірів і-го квалітету.
Припустимо nip визначати як число деталей, для яких даний квалітет є найточнішим.
6. Коефіцієнт шорсткості поверхні К Ш :
1
КШ  1 
,
(1.11)
БСР
де БСР – середня шорсткість поверхні.
n
 Бiniш
,
БСР  i 1
n
 iш
(1.12)
де Бi – і-та шорсткість поверхні;
niш – число поверхонь і-ої шорсткості.
Припустимо niш визначати як число деталей, для яких дана шорсткість є найменшою.
Як параметр шорсткості доцільно використовувати
параметр Ra , як кращий
відповідно до ГОСТ 2789 – 73. У випадку застосування на кресленні параметра шорсткості
Rz його необхідно перевести в параметр Ra , використовуючи залежність Rz  4 Ra .
7. Коефіцієнт уніфікації конструктивних елементів КУ .Е . :
КУ .Е . 
QУ .Е .
,
QЕ
(1.13)
де QУ .Е . – число уніфікованих типорозмірів конструктивних елементів;
QЕ – число типорозмірів конструктивних елементів у виробі.
Прикладами конструктивних елементів є отвори, різі, фаски, галтелі, канавки і т.д.
Крім кількісної оцінки технологічності, проведеної за показниками, здійснюють якісну
оцінку технологічності.
Якісна оцінка технологічності окремих деталей здійснюється на підставі таких ознак:
 раціональний
вибір
конструкторських
баз,
що
забезпечує
можливість
їх використання як технологічних баз, що дозволяє підвищити виготовлення за рахунок
винятку похибки базування;
 вибір однотипних форм оброблюваних поверхонь, різнотипність форм оброблюваних
поверхонь в одній деталі викликає збільшення необхідних операцій, переходів і устаткування для
обробки;
 вибір раціонального типу заготовки та її конфігурації, що допускають
використання
в
конструкції
деталі
неопрацьованих
поверхонь
і
мінімальних припусків на обробку;
 правильне проставляння розмірів, що забезпечує необхідну точність функціональних
параметрів і методів їх забезпечення;
 забезпечення
можливості
застосування
високопродуктивних
методів
обробки;
 забезпечення чіткої приналежності конструкції деталі до визначеної класифікаційної
групи, на представника якої складений типовий технологічний процес;
 забезпечення можливості групової обробки деталей при виготовленні.
Тема 4 Виробничі погрішності та їх аналіз, точність і стабільність технологічних
процесів, статистичне регулювання технологічних процесів і статистичний контроль
якості продукції.
4.1 Поняття про точність обробки
і виробничих погрішностей, систематичні
погрішності та причини, що їх визивають
4.2 Випадкові і систематичні погрішності.
4.3 Побудова кривих розподілу. Полігони та гістограми . Закон нормального розподілу.
4.4 Поняття про точність і стабільність технологічних процесів. Правила статистичного
регулювання.
4.5 Поняття про якість продукції .
4.6 Види виробничого контролю, якості продукції при її виробництві: вихідний
операційний, приймальний, інспекційний, суспільний, періодичний, руйнівний, неруйнівний.
Тема 5 Якість оброблювальних поверхонь.
5.1 Параметри, які характеризують якість поверхонь: геометричні та фізико-механічні.
5.2 Шорсткість поверхні та критерії її оцінки, структура поверхневого шару.
5.3 Глибина і ступінь наклепу. Остаткові напруги розтягування і списку в
поверхневому шарі.
5.4 Вплив параметрів якості поверхні на експлуатаційні показники роботи виробу.
5.5 Технологічні заходи, які забезпечують задані параметри якості поверхні: вид
обробки, режим різання, методи зміцнюючої обробки.
КАЧЕСТВО ПОВЕРХНОСТИ
Качество
поверхности
деталей
машин
определяется
геометрическими
характеристиками поверхности и физико-механическими свойствами поверхностного слоя.
ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОВЕРХНОСТИ
К геометрическим характеристикам обработанной поверхности относятся ее
шероховатость, форма, волнистость и направление неровностей при обработке резанием.
Шероховатость и форма поверхности характеризуют строение ее в продольном и
поперечном направлениях. Разделение на шероховатость и форму вызвано различием причин
их появления, а также удобствами их измерения. Волнистость поверхности занимает
промежуточное положение между шероховатостью и отклонениями ее формы.
Рассмотрим схему реальной поверхности схема. Ее шероховатость характеризуется
отношением L3/h3 < 50, волнистость – отношением L2/h2 = 50 – 1000 и отклонения формы
(овальность, конусность, бочкообразность и др.) – отношением L1/h1 > 1000. Высота
неровностей шероховатости и волнистости поверхности изменяется от долей микрометра до
1 мм и более. При оценке шероховатости учитывают не только высоту и форму неровностей,
но и их направление.
Шероховатость поверхности. Реальная поверхность всегда шероховата, она имеет
неровности независимо от способа ее получения. Это объясняется, во-первых, самой
природой физической поверхности, обусловливаемой дискретным, атомно-молекулярным
строением твердого тела. Характер молекулярной шероховатости определяется формой и
взаимным расположением атомов. Во-вторых, после механической обработки резанием на
поверхности всегда остаются следы воздействия режущей кромки инструмента в виде
выступов и впадин различной формы и размеров.
Шероховатость может возникать в направлении как главного рабочего движения,
осуществляющего резание, так и движения подачи. В результате создаются поперечная и
продольная шероховатости. Поперечная шероховатость характеризуется неровностями в направлении подачи, а продольная – в направлении скорости резания. Форма, размер и
расположение неровностей зависят от способа обработки резанием. Применяя тот или иной
способ обработки, можно изменять характер и направление неровностей. Оценка
шероховатости производится в направлении ее наибольшего значения; обычно поперечная
шероховатость в 2 – 3 раза превышает продольную.
На шероховатость поверхности влияют упругая и пластическая деформации в
поверхностном слое, режимы резания, жесткость технологической упругой системы СПИД,
форма и состояние режущей части инструмента, трение инструмента по обработанной
поверхности и свойства обрабатываемого материала.
Сильно влияют на шероховатость скорость резания и величина подачи, причем влияние
скорости резания проявляется наиболее сложно.
Зависимости шероховатости от скорости резания разные для различных материалов.
При обработке сталей с ростом скорости резания шероховатость, как правило снижается.
При обработке легкоплавких материалов с ростом скорости резания шероховатость сразу
снижается, а затем начинает возрастать. Это объясняется тем, что при достижении некоторой
скорости резания температура повышается настолько, что обрабатываемый материал сильно
размягчается и даже оплавляется. Поэтому шероховатость обработанной поверхности с
дальнейшим повышением скорости резания увеличивается. При обработке на высоких
скоростях хрупких материалов (например, чугуна) снижение шероховатости поверхности
объясняется уменьшением откалывания части металла при образовании элемента стружки.
С увеличением подачи шероховатость поверхности увеличивается. При малых подачах
(s = 0,01 – 0,1 мм/об) оказывает влияние заторможенный слой, образующийся на передней
поверхности инструмента. С уменьшением подачи до s < 0,01 мм/об шероховатость не
уменьшается и даже увеличивается, что объясняется упругими отжатиями.
Влияние глубины резания на шероховатость незначительно; практически оно может не
учитываться и задаваться исходя из припуска.
Геометрические параметры режущего инструмента оказывают влияние на
шероховатость. Изменение переднего угла  от 0 до + 20° в небольшой степени влияет на
шероховатость обработанной поверхности, так как величина его на переходной режущей
кромке при этом изменяется мало. Задний угол  оказывает более значительное влияние на
шероховатость, так как по мере износа инструмента усиливается трение задней поверхности
инструмента по обработанной поверхности. Так, при точении шероховатость поверхности
повышается на 50%, при развертывании отверстий – на 20%. Главный угол в плане  влияет
на высоту остаточных выступов профиля, определяемых расчетом. Эти выступы возрастают
с увеличением угла  , особенно в зоне больших подач. Радиус при вершине режущего
инструмента влияет на высоту и форму шероховатости. Увеличение радиуса при вершине
уменьшает высоту шероховатости.
При шлифовании образование шероховатости поверхности зависит от тех же факторов,
что и при обработке металлическим инструментом. При режимах шлифования, когда
образование шероховатости происходит без значительных тепловых явлений и пластических
деформаций в поверхностном слое, преобладающим фактором в формировании
шероховатости может быть зернистость абразивного круга. Зерно прорезает канавку, и
геометрия шероховатости поверхности непосредственно связана с формой и размером зерна.
Другим важным фактором в формировании шероховатости поверхности является
подача, с увеличением которой шероховатость повышается. Оказывает влияние на
шероховатость и глубина шлифования. В диапазоне глубин 0,005—0,02 мм наблюдается
интенсивный рост шероховатости; при средних и больших глубинах (более 0,02 мм)
происходит сравнительно медленный рост шероховатости.
Существенное влияние на шероховатость обработанной поверхности и на волнистость
оказывает жесткость технологической упругой системы СПИД.
При резании возникают силы резания и силы трения, под действием которых режущая
кромка инструмента периодически изменяет свое положение по нормали к обрабатываемой
поверхности. Эти перемещения вызываются вначале зазорами в стыках, а затем деформацией
детали, входящей в систему СПИД. Если устанавливается равновесие между силами резания
и их моментами с одной стороны и силами сопротивления и создаваемыми ими моментами –
с другой, то указанные перемещения прекращаются. При плавном изменении их с малой
частотой процесс резания устойчив, а шероховатость и волнистость не выходят за
допустимые пределы. При высокой частоте колебаний сил резко изменяются форма и
размеры шероховатости, при относительно невысокой частоте колебаний на обработанной
поверхности появляется волнистость.
Шероховатость поверхности, как одна из основных характеристик качества последней,
оценивается по ГОСТ 2789 – 73, который основан на параметрах шероховатости (рис. 5.5):
среднем арифметическом отклонении профиля Ra, высоте неровностей профиля по десяти
точкам Rz, наибольшей высоте неровностей Rmax, среднем шаге неровностей Sm по
вершинам и относительной опорной длине профиля tp (р — значение уровня сечения профиля). Для оценки шероховатости может быть выбран один или несколько параметров,
обычно Ra или Rz, в зависимости от базовой длины l. За базовую длину l принята длина
базовой линии, используемой для выделения неровностей, характеризующих шероховатость
поверхности, и для количественного определения параметров.
Ниже даны определения некоторых параметров шероховатости поверхности.
Среднее арифметическое отклонение профиля Ra – среднее арифметическое
абсолютных значений отклонений профиля в пределах базовой длины:
l
1
Ra    y  x dx,
l 0
где l – базовая длина.
Высота неровностей профиля Rz – сумма средних арифметических отклонений точек
пяти наибольших минимумов (Hi min) и пяти наибольших максимумов (Ht max) профиля в
пределах базовой длины:
5
1 5

Rz    H i max    H i min  .
5  i 1
i 1

Наибольшая высота неровностей профиля Rmax – расстояние между линией выступов и
линией впадин профиля в пределах базовой длины.
Средний шаг неровностей Sm – среднее арифметическое значение шага неровностей
профиля в пределах базовой длины.
Средний шaг неровностей по вершинам S – среднее арифметическое значение шага
неровностей профиля по вершинам в пределах базовой длины.
Средняя линия профиля т – базовая линия, имеющая форму номинального профиля и
проведенная так, что в пределах базовой длины среднеквадратичное отклонение профиля по
этой линии минимально.
ГОСТ 2.309 – 73 регламентирует обозначения направления неровности поверхности. За
направление неровностей принят условный рисунок, образованный нормальными
проекциями экстремальных точек неровностей поверхности на среднюю поверхность.
Предусмотрено шесть типов направлений неровностей с их условным обозначением.
Эти обозначения указывают на рабочем чертеже при необходимости. Наиболее часто
встречается на практике произвольное направление неровностей. Шероховатость
поверхности оценивают качественно или количественно. Качественную оценку производят
сравнением с образцами шероховатости. Этот способ прост и удобен в цеховых условиях.
Образцы изготовляют их тех же материалов, что и контролируемые детали, и обрабатывают
теми же методами. Образцами могут быть и продукционные детали. Глазомерная оценка
шероховатости субъективна и может привести к значительным погрешностям, поэтому для
сравнительной (качественной) оценки шероховатости применяют пневматические приборы
сравнения. Они основаны на измерении расхода воздуха, проходящего по каналам вдоль
поверхности. Наконечник прибора прижимают к проверяемой поверхности и по расходу
воздуха (по шкале манометра прибора) судят о величине шероховатости. Применяют также
рефлектометры, действие которых основано на использовании отражательной способности
проверяемой поверхности. Лучи от источника, отраженные от проверяемой поверхности,
падают на фотоэлемент, в котором возникает микроток. Последний усиливается в усилителе
и направляется на измерительное устройство – гальванометр.
Количественная оценка шероховатости поверхности состоит в определении высоты
шероховатости по одному из параметров – Ra или Rz при помощи приборов. Приборы
разделяются на контактные и бесконтактные (оптические).
Контактные приборы для определения шероховатости разделяются на профилографы и
профилометры.
Профилограмма играет важную роль при оценке опорной длины профиля. В
соответствии с ГОСТ 2789—73 за опорную длину профиля  p принята сумма длин отрезков
в пределах базовой длины l, отсекаемых на заданном уровне в материале выступов профиля
bi линией, эквидистантной средней линии профиля т (см. рис. 5.5). Относительная опорная
длина профиля tp – отношение опорной длины профиля к базовой длине.
Опорная длина профиля предопределяет износостойкость поверхности и,
следовательно, работоспособность детали. Построение опорной длины профиля через
определенные промежутки времени работы детали позволяет установить связь между
шероховатостью ее поверхности на финишной операции и шероховатостью, образующейся в
процессе эксплуатации. На этой основе можно установить величину и форму
технологической шероховатости поверхности с максимальным приближением ее к
эксплуатационной.
Опорную длину профиля строят следующим образом. Проводят ряд линий,
параллельных средней линии профиля т. Сумма длин отрезков bi отсекаемых по этим
линиям в материале выступов, представляет собой опорную длину профиля. Если по оси
абсцисс откладывать эти отрезки, а по оси ординат глубину, то получим координаты,
определяющие положение опорной длины профиля. Соединение этих точек даст опорную
кривую профиля.
По опорной кривой профиля поверхности можно судить об износостойкости
последней. Износостойкость поверхности определяется в основном верхней частью ее
профиля. В начальный период работы детали происходит интенсивное смятие и разрушение
неровностей профиля поверхности по вершинам, в результате чего опорная длина профиля
увеличивается и износостойкость поверхности повышается. Опорная кривая профиля при
этом будет иметь меньший наклон к горизонтальной оси.
Профилометры, предназначенные для количественной оценки шероховатости
поверхности, представляют собой электродинамические или индуктивные приборы.
Наиболее современной конструкцией профилометра является модель 283, выпускаемая заводом «Калибр». Завод «Калибр» выпускает также точный профилограф-профилометр
«Калибр-201». Колебания алмазной иглы прибора преобразуются индуктивным методом в
измеряемое напряжение электрического тока. Прибор имеет шкалу, тарированную по
критерию Ra, а также устройство для записи профилограмм на специальной бумаге.
Измерение шероховатости поверхности бесконтактным способом производят с
помощью оптических приборов акад. В. П. Линника. Одним из основных приборов для
количественного определения шероховатости поверхности является двойной микроскоп
МИС – 11. Он предназначен для измерения шероховатости в пределах от Rz = 80 мкм до Ra =
0,32 мкм по ГОСТ 2789—73. Для оценки шероховатости Ra = 0,16 – 0,01 мкм используют
интерференционные микроскопы.
Форма поверхности. В отличие от шероховатости, которая рассматривалась как
погрешность формы малых участков поверхности, отклонения формы поверхности являются
единичными на протяжении всей рассматриваемой поверхности. Большие погрешности
формы могут свести на нет все преимущества финишной обработки сопрягаемых
поверхностей, поэтому допустимые отклонения формы регламентируются в чертежах. Если
в чертеже указания отсутствуют, то погрешность формы поверхности не должна превышать
0,5 допуска на размер.
Причинами, вызывающими отклонение формы от заданной, являются погрешности
станка, деформация технологической системы СПИД, копирование погрешностей,
полученных на предшествующей обработке, форма и размер режущего инструмента.
К погрешностям станка относят торцовое и радиальное биения шпинделя,
непрямолинейность направляющих станины, неравномерный износ направляющих,
неперпендикулярность оси шпинделя к плоскости стола станка и непараллельность ее. Такие
погрешности вызывают конусность, бочкообразность, эллиптичность, овальность детали в
продольном и поперечном направлениях.
Деформации упругой системы СПИД могут вызвать значительные погрешности
формы, которые составляют до 90% общей погрешности формы обрабатываемых деталей. В
результате могут иметь место бочкообразность, седлообразность, овальность и другие
погрешности формы детали. Отклонения формы, обусловливаемые деформациями системы
СПИД, можно определять расчетным путем.
Обычный способ измерения погрешностей формы в двух взаимно перпендикулярных
сечениях не дает полного представления о форме детали. Поэтому применяют специальные
приборы, которые позволяют исследовать и оценить состояние формы поверхности. При
помощи приборов производится непрерывная запись формы поверхности в прямоугольных
или в полярных координатах. Запись в прямоугольных координатах осуществляется в
диаметральном сечении и по образующей.
Волнистость поверхности. Волнистость характеризуется высотой и шагом волны,
которые обычно постоянны. Наиболее сильно влияет на эксплуатационные свойства деталей
высота волны, поэтому она оценивается при большом увеличении (в 1000 – 3000 раз и
более). Для измерения высоты и шага волны используют профилографы со специальной
пластинкой вместо опорного шарика и с удлинением трассы до 125 мм или с удлиненной
трассой вместо обычной, а также интерференционные приборы.
Волнистость вызывается вибрациями, возникающими в процессе обработки на станках
при определенных условиях.
Направление неровностей после механической обработки резанием. Высота, форма
и угол наклона неровностей не определяют полностью геометрию поверхности. Важной
геометрической характеристикой является направление неровностей после обработки
резанием, которая сильно и по-разному влияет на износ при одном и том же значении
шероховатости поверхности.
Исследованиями установлена необходимость выбора оптимальной направленности
неровностей поверхности для определенных условий эксплуатации. Так, при хорошей смазке
и легких условиях работы рациональнее выбирать на обеих рабочих поверхностях
направление неровностей, совпадающее с направлением рабочего движения. В этом случае,
несмотря на большую фактическую площадь соприкосновения, задиры поверхностей
отсутствуют, так как обильная смазка предохраняет их от схватывания.
При тяжелых условиях работы деталей, при отсутствии смазки и большом давлении
направления неровностей их поверхностей должны пересекаться, так как при параллельном
направлении неровностей легко происходит заедание.
Если неровности расположены под углом или перпендикулярно к направлению
рабочего движения, то износ увеличивается. Характерно, что чем неоднороднее по высоте
неровности на более твердой трущейся поверхности, тем больше износ мягкой составляющей пары трения.
ФОРМИРОВАНИЕ И СТРОЕНИЕ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ
Обработка резанием сопровождается значительными силой резания и нагревом,
вызывающими пластическую деформацию тонких поверхностных слоев, расположенных под
обработанной поверхностью. Процессы, происходящие в поверхностных слоях, связаны с
наклепом и разупрочнением, и с повышением микротвердости и образованием остаточных
напряжений и оказывают решающее влияние на эксплуатационные свойства деталей.
Наклеп поверхностного слоя характеризуется степенью наклепа и глубиной
наклепанного слоя. Степень наклепа представляет собой отношение поверхностной
твердости к твердости исходного металла. Поверхностная твердость при механической
обработке в результате наклепа может повышаться в 2 раза и более. Глубина наклепанного
слоя в зависимости от метода обработки может изменяться от нескольких микрон до 1,0 мм и
выше. Так, при точении глубина этого слоя составляет 0,1 – 1,0 мм, при протягивании – 0,01
– 0,05 мм и т. д. Склонность металла к наклепу зависит от его исходного состояния и
свойств, вязкие и пластичные металлы получают при обработке резанием наибольший по
глубине наклеп. С повышением твердости обрабатываемого металла уменьшается объем
металла, охваченного пластической деформацией.
Скорость резания влияет на температуру пластической деформации и силу резания.
При высоких температурах наряду с наклепом происходит разупрочнение, которое может
частично или полностью снять образовавшийся наклеп за счет восстановления
кристаллической решетки. Увеличение скорости резания повышает температуру резания и
ускоряет процесс разупрочнения, но при этом уменьшается объем, охваченный пластической
деформацией, и сокращается ее продолжительность. Следовательно, при очень высоких
скоростях резания разупрочнение в значительно меньшей степени снимает наклеп, чем при
средних скоростях.
Степень и глубина наклепа поверхностного слоя являются критериями качественной
оценки пластической деформации. Существует ряд методов для определения глубины и
степени наклепа: косых срезов, химического травления и электрополирования,
рентгеноскопии и др.
Метод косых срезов состоит в том, что исследуемую поверхность срезают под очень
малым углом (приблизительно 1° – 2° 30'), параллельно направлению штрихов обработки
или перпендикулярно к ним. Пересекая поверхностные слои металла на большом
протяжении, плоскость косого сечения позволяет значительно (в 30 – 50 раз) растянуть
глубину наклепанного слоя. Чтобы замерить микротвердость, косой срез доводят и травят.
Определение глубины наклепа химическим травлением или электрополированием
заключается в постепенном удалении поверхностных слоев и периодическом измерении
твердости поверхностей до выявления твердости исходного металла. Точность этого метода
не выше точности метода косых срезов, так как трудно измерить точно высоту удаленного
слоя в связи с неравномерностью его стравливания и микротвердость поверхности после
травления.
Более точным является метод рентгеноструктурного анализа.
Микротвердость, характеризующая наклеп, может быть определена вдавливанием или
царапанием. Широкое применение нашел метод вдавливания с помощью прибора ПМТ – 3,
при котором вдавливается алмазный наконечник с ромбическим основанием, с углами между
ребрами при вершине 130° и 172° 30'. Давление на исследуемую поверхность составляет 0,2
– 5 Н в зависимости от контролируемого металла.
В поверхностном слое возникают остаточные напряжения, характер и распределение
которых зависят от ряда факторов: скорости резания и подачи, геометрии и затупления
режущего инструмента, а также от свойств обрабатываемого материала. Наиболее сильно
влияет на характер и величину остаточных напряжений скорость резания. Установлено, что
при обработке металлическим инструментом с малыми скоростями резания в поверхностном
слое действуют сжимающие напряжения, при обработке с большими скоростями напряжения
в разных слоях поверхностного слоя имеют различный характер.
ВЛИЯНИЕ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТИ НА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ
СВОЙСТВА ДЕТАЛЕЙ
Эксплуатационные свойства деталей находятся в прямой связи с геометрическими
характеристиками поверхности и свойствами поверхностного слоя. Износ деталей в
значительной степени зависит от высоты и формы неровностей поверхности. Износоустойчивость детали определяется главным образом верхней частью профиля шероховатости.
В начальный период работы в местах контакта развиваются напряжения, часто
превышающие напряжения предела текучести. В результате происходит упругая и
пластическая деформации сжатия и сдвига вершин неровностей, приводящие к
интенсивному изнашиванию в период приработки и в некоторых случаях к схватыванию
трущихся поверхностей. Таким образом, в процессе приработки шероховатость поверхности
после механической обработки (технологическая) деформируется и разрушается, образуется
новая (рабочая) шероховатость, отличающаяся по форме и размерам от технологической.
Направление неровностей профиля приближается к направлению скольжения.
Окончание приработки характеризуется наступлением постоянства скорости
изнашивания, а установившаяся при этом шероховатость является оптимальной в течение
дальнейшего периода работы. При изменении условий работы деталей (увеличение
давления, скорости и др.) происходит дополнительная приработка; перевод в облегченные
условия не сопровождается такой приработкой.
Условия трения и изнашивания определяют характер разрушения шероховатости
поверхности. Исследования зависимости износа от шероховатости поверхности при очень
больших удельных давлениях и без смазки показали, что износ мало зависит от
шероховатости, имеется даже тенденция к увеличению износа более гладких поверхностей.
По мере облегчения условий работы деталей износ все более начинает зависеть от
шероховатости, увеличиваясь при более грубо обработанных поверхностях.
В различных условиях работы деталей (изменение скорости, давления и др.)
шероховатость ее поверхности изменяется по-разному.
Погрешности формы и волнистость поверхности также увеличивают износ деталей.
Изнашивание на отдельных участках поверхности протекает неравномерно: при
бочкообразности сначала изнашиваются средние участки, при вогнутости – крайние участки
и т. д.
В случае волнистости с увеличением высоты волны НВ износ увеличивается. Шаг
волны LB мало влияет на износ. Очевидно, что наиболее строго надо регламентировать
высоту волны НВ.
Направление неровностей и шероховатость поверхности по-разному влияют на износ
при различных видах трения. При сухом трении износ увеличивается во всех случаях с
увеличением шероховатости, но наибольший износ имеет место при направлении
неровностей, перпендикулярном направлению рабочего движения. При граничном
(полужидкостном) трении и малой шероховатости поверхности наибольший износ
наблюдается при параллельности неровностей направлению рабочего движения, С
увеличением шероховатости поверхности износ увеличивается при перпендикулярности
направления неровностей направлению рабочего движения. При жидкостном трении
отсутствует непосредственный контакт поверхностей, поэтому влияние шероховатости
сказывается лишь на толщине несущего слоя. Однако при большой высоте неровностей
поверхности износ увеличивается при перпендикулярности направления неровностей
направлению рабочего движения. Следовательно, особенно важно регламентировать
направление неровностей при сухом и граничном трении.
Необходимо выбирать такой метод обработки резанием, который дает наиболее
благоприятное с позиций износа направление неровностей. Так, коленчатые валы,
работающие при обильной смазке, должны иметь направление неровностей поверхности,
параллельное рабочему движению. Таким образом, отделочные операции для трущихся
поверхностей следует назначать исходя из условий эксплуатации, а не только из удобств
обработки резанием.
Относительное направление неровностей на сопряженных поверхностях влияет на
коэффициент трения. Поверхности, у которых направления неровностей совпадают, имеют
наибольший коэффициент трения (например, шлифованная шейка и вкладыш, обработанный
тонким растачиванием). Наименьший коэффициент трения достигается при расположении
направления неровностей на сопряженных поверхностях под углом или произвольно
(притирка, хонингование и др.).
Образование в поверхностном слое детали наклепа препятствует росту имеющихся и
возникновению новых усталостных трещин. Этим можно объяснить заметное повышение
усталостной прочности деталей, подвергнутых дробеструйной обработке, наклепыванию
шариком, обкатке роликами и другим операциям, создающим в поверхностном слое
благоприятно направленные остаточные напряжения. Наклеп снижает пластичность
трущихся поверхностей, уменьшает схватывание металлов, что также способствует
уменьшению износа. Однако при большой степени наклепа износ может увеличиться.
Влияние наклепа на износ сильнее проявляется у металлов, склонных к наклепу.
Управляя процессом резания, можно получить такое сочетание остаточных напряжений
и напряжений, возникающих в процессе эксплуатации, которое благоприятно отразится на
усталостной прочности.
Тема 6 Поняття про бази і вибір баз.
6.1 Класифікація поверхонь оброблюваної деталі. Різновидності баз.
6.2 Засоби встановлення деталі при обробці. Правило 6-ти точок.
6.3. Вибір баз та погрішності базування. Вихідна база і лазневий розмір.
6.4 Розрахунок погрішностей базування.
6.5 Принцип постійності та суміщення баз.
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Выбор баз при конструировании и изготовлении деталей сборочных единиц
существенно влияет на точность механизма или машины, для которой они предназначены.
Конструктор рассматривает все поверхности детали, связанные размерами и участвующие в
работе механизма, исходя из чего устанавливает требования к точности размеров и
взаимного положения поверхностей. Технолог рассматривает деталь в процессе ее
изготовления, когда изменение формы и размеров заготовки на каждой технологической
операции и переходе может сопровождаться изменением ее точности.
При обработке заготовки на станках возникает ряд погрешностей, одной из которых
является погрешность установки. С этих позиций поверхности подразделяются на: 1)
обрабатываемые; 2) поверхности, с помощью которых ориентируют заготовку на станке
относительно инструмента, настроенного на размер обработки; 3) поверхности, от которых
ведут отсчет размера обработки; 4) свободные.
Поверхности заготовки или сборочной единицы, ориентирующие ее при установке для
обработки (сборки) на станке, называют базами, а придаваемое заготовке (сборочной
единице) положение, определяемое базами, называют базированием. Согласно ГОСТ 21495 –
76 под базированием следует понимать придание заготовке или сборочной единице
требуемого положения относительно выбранной системы координат.
Теория базирования является общей и распространяется на все твердые тела, в том
числе на изделия машиностроения как в сборе, так и на всех стадиях производственного
процесса (механической обработки, транспортирования, измерения, сборки и т. д.). Известно,
что всякое твердое тело имеет в пространстве шесть степеней свободы относительно
выбранной системы координат: поступательные движения по координатным осям и
вращательные движения около каждой из них. Для обеспечения неподвижности заготовки в
избранной системе координат на нее необходимо наложить шесть двусторонних
геометрических связей, для создания которых необходим комплект баз. Если же заготовка
должна иметь определенное число степеней свободы, то соответствующее число связей
снимается. Например, при обточке вала на станке необходимо его закрепить, обеспечив в то
же время его вращение. Следовательно, при базировании вал будет лишен только пяти
степеней свободы, а шестая степень свободы – вращение вокруг собственной оси (что
соответствует вращению вокруг одной из координатных осей) – у него остается.
Согласно ГОСТу базой называется поверхность или выполняющее ту же функцию
сочетание поверхностей, ось, точка, принадлежащая заготовке и используемая для
базирования. Для придания заготовке соответствующего положения в выбранной системе
координат следует использовать комплект баз, образующих систему координат заготовки. В
этой связи вводится понятие — опорная точка, которая символизирует одну из связей
заготовки с избранной системой координат. Для лишения шести степеней свободы заготовки
требуется шесть неподвижных опорных точек, расположенных в трех перпендикулярных
плоскостях.
Следует учитывать, что точность базирования заготовки зависит от выбранной схемы
базирования, т. е. схемы расположения опорных точек на базах заготовки. Опорные точки на
схеме базирования изображают условными знаками и нумеруют порядковыми номерами,
начиная с базы, на которой располагается наибольшее количество опорных точек (рис. 3.2). В
этом случае число проекций заготовки на схеме базирования должно быть достаточным для
четкого представления о размещении опорных точек.
2. РАЗНОВИДНОСТИ БАЗ
Как указывалось, базирование необходимо на всех стадиях создания изделия
(конструирование, изготовление, измерение), а также для изделия в сборе. Исходя из этого,
базы разделяют по назначению на конструкторские, технологические и измерительные.
Конструкторская база используется для определения положения детали или сборочной
единицы в изделии. Имеются основная и вспомогательная базы. Под основной
конструкторской базой понимают базу, принадлежащую данной детали или сборочной
единице и используемую для определения её положения в изделии. Вспомогательная
конструкторская база, принадлежащая данной детали или сборочной единице, используется
для определения (фиксирования) положения присоединяемого к ней изделия. Например,
поверхности коренных шеек коленчатого вала являются основной базой, так как с их
помощью фиксируется положение коленчатого вала в двигателе, а поверхности шатунных
шеек являются вспомогательной базой, поскольку с их помощью определяется положение
шатунов, присоединяемых к коленчатому валу.
Технологическая база используется для определения положения заготовки в процессе
изготовления или ремонта. Базы бывают основные и вспомогательные. Основной
технологической базой называется такая база, которая совпадает с конструкторской или
измерительной. Например, при обработке шатунных шеек коленчатого вала за
технологическую базу принимают поверхности коренных шеек, являющиеся в то же время и
конструкторской базой. Вспомогательной технологической базой называется специально
созданная поверхность у заготовки для базирования при обработке, которая не участвует в
выполнении служебного назначения заготовки. Например, конические поверхности центровых
отверстий у коленчатого вала являются вспомогательной технологической базой, так как они
созданы только для базирования вала при его обработке и не участвуют в выполнении
коленчатым валом своего назначения.
Измерительной базой называется поверхность, используемая для определения
относительного положения заготовки и средств измерения. От измерительной базы ведется
отсчет размера обработки.
Из сказанного следует, что базирование связано с частичным или полным лишением
степеней свободы заготовки в выбранной системе координат. В этой связи установлена
следующая разновидность баз: установочная, направляющая, двойная направляющая,
опорная, двойная опорная.
Под установочной подразумевается база, лишающая заготовку трех степеней свободы
перемещения вдоль одной координатной оси и поворотов вокруг двух других осей.
Направляющая база лишает заготовку двух степеней свободы: перемещения вдоль
одной координатной оси и поворота вокруг другой оси.
Опорная база лишает заготовку одной степени свободы – перемещения вдоль одной
координатной оси или вращения вокруг нее.
Двойная направляющая база лишает заготовку четырех степеней свободы: перемещений вдоль двух координатных осей и поворотов вокруг этих осей.
Двойная опорная база лишает заготовку двух степеней свободы – перемещений вдоль
двух координатных осей.
При базировании встречаются явные и скрытые базы. Явные базы представляют собой
реальные поверхности, разметочные риски или точки пересечения рисок у заготовки.
Скрытые базы представляют собой воображаемую плоскость, ось или точку у заготовки,
например геометрическую ось или ось вращения вала, зубчатого колеса и др.
Закон базирования является общим для всех стадий создания изделия. Поэтому
независимо от назначения базы могут различаться лишь по степеням свободы, отнимаемым
от базируемых заготовки, детали или сборочной единицы, и по характеру проявления.
3. ВЫБОР БАЗ И ПОГРЕШНОСТИ БАЗИРОВАНИЯ
Для обеспечения точности изделия конструктор должен проставить размеры детали по
кратчайшим размерным цепям механизма, т. е. стремиться к тому, чтобы отсчет размеров
детали производился от ее конструкторских баз. В действительности точность детали во
многом зависит от расположения поверхностей, принятых за технологические базы.
Следовательно, фактическая точность размеров будет наивысшей при простановке размеров
от поверхностей, выбранных в качестве технологических баз. Таким образом, при разработке
конструкции
детали необходимо предусматривать
возможность использования
конструкторской базы в качестве технологической. Лучших результатов по достижению
точности обработки достигают совмещением технологической, измерительной и
конструкторской баз. Такое решение может быть осуществлено на основе глубокого
изучения конструкции, служебного назначения и технологии изготовления детали.
На рис. 1 приведен пример совмещения технологической и измерительной баз при
обработке заготовки на токарном станке. В рассматриваемом примере требуется произвести
обработку поверхности d с подрезкой торцов по размерам А и Г, заданных от поверхности В.
Обрабатываемая заготовка закрепляется в цанговом патроне по поверхности d1 с упором на
торец В. Принятая схема базирования заготовки обеспечивает совмещение технологической
(опорной) базы с измерительной базой В, что повышает точность обработки.
При несовпадении технологической и измерительной баз точность обработки
снижается. Так, у призматической заготовки с размером по высоте В (рис. 2) требуется
обработать паз на заданную глубину а при отсчете размера а ± δ от поверхности А,
являющейся измерительной базой. Если при обработке этого паза заготовка будет
установлена на столе фрезерного станка поверхностью Б, а настройка фрезы будет
выполнена по размеру Н, то можно составить уравнение размерной цепи а = В – Н, где а
является замыкающим звеном. В этом случае допуск замыкающего звена будет равен
алгебраической сумме допусков составляющих звеньев δ = δ1 + δ2. Это указывает на
снижение точности обработки, так как на допуск размера а кроме погрешности настройки
также оказывает влияние колебание размера В, связывающего установочную и
измерительную базы.
При
проектировании
технологических
процессов
правильное
назначение
технологических баз способствует повышению точности обработки или сборки. Поверхность
заготовки или сборочной единицы, принятая за технологическую базу, должна быть обработана с надлежащей точностью и шероховатостью. При обработке такой поверхности
заготовку базируют по ее черновым базам, т. е. по необработанным поверхностям, которые
могут быть обработаны на последующих операциях или остаются необработанными. При
обработке заготовок сложной конструкции (например, блока цилиндров двигателя) черновые
базы подвергаются предварительной механической зачистке; они должны быть гладкими и
не иметь литейных и штамповочных дефектов. Выбирают черновую базу с учетом
обеспечения равномерного снятия припуска у заготовки при ее обработке резанием на
последующих операциях. Черновая база имеет разовое использование в технологическом
процессе. За черновые базы лучше принимать поверхности, расположенные параллельно,
перпендикулярно или концентрично технологической базе: это упрощает процесс
базирования и повышает точность обработки технологической базы.
За технологическую установочную базу принимается по возможности большая (по
длине и ширине) поверхность заготовки или сборочной единицы; это позволяет дальше
разнести три опорные точки, что повышает устойчивость заготовки или сборочной единицы
при их базировании.
За направляющую и двойную направляющую технологические базы принимается по
возможности большая по длине и меньшая по ширине поверхность заготовки или сборочной
единицы: это позволяет максимально разнести точки, определяющие направление
(расположенные по одной прямой), и повысить этим точность базирования. Если у заготовки
не окажется поверхности, достаточной по размерам для обеспечения надежного базирования,
то допускается искусственное увеличение базовых поверхностей в виде приливов, надставок
и т. п., которые после окончания обработки отрезаются от заготовки. В условиях единичного
и мелкосерийного производства за технологическую базу может быть принята разметочная
риска, по которой определяется положение заготовки на станке.
При проектировании технологических процессов обработки точных деталей сложной
конструкции с большим количеством обрабатываемых поверхностей следует стремиться к
соблюдению единства технологических баз. Это условие заключается в использовании одних
и тех же технологических баз при выполнении всех основных операций по обработке точных
поверхностей.
Как было показано выше, выбор технологических баз влияет на точность обработки. Из
рассмотрения схемы базирования на рис. 2 можно установить, что обеспечение заданной
точности обработки размера а потребует повышения точности настройки инструмента на
размер Н, а это повысит стоимость изготовления детали.
Погрешность базирования представляет собой отклонение фактически достигнутого
положения заготовки при базировании от требуемого. Если технологическая база совпадает с
измерительной, погрешность базирования равна нулю, поскольку отсчет размеров
производится от измерительной базы.
На рис. 3 приведены примеры возникновения погрешности базирования при различных
вариантах установки заготовки по наружной цилиндрической поверхности. Разработав схему
базирования обрабатываемой заготовки или сборочной единицы, можно произвести расчет
погрешности базирования. Рассмотрим пример установки цилиндрической заготовки на
призме для обработки фрезерованием наружной поверхности этой заготовки (рис. 3, а). Здесь
погрешность базирования возникает за счет того, что различные заготовки одной партии
имеют отклонения по размеру диаметра D в пределах установленного допуска. Увеличением
угла призмы можно, уменьшить эту погрешность.
При базировании цилиндрической заготовки на угольнике для обработки шпоночного
паза фрезой (рис. 3, б) погрешности базирования по размерам l и т будут равны нулю. В
случае базирования цилиндрической заготовки в самоцентрирующих призмах или в
цанговом патроне (рис. 3.6, в) погрешность базирования при выполнении размера d равна
нулю.
Погрешность базирования будет равна нулю для всех размеров, определяющих
взаимное положение поверхностей, обработанных при одной установке заготовки. Она также
равна нулю для размеров тех поверхностей, которые в процессе их обработки одновременно
служат направляющими технологическими базами для инструмента (заготовки). Например,
при развертывании, протягивании, притирке отверстий поверхность, подвергающаяся обработке, является направляющей для инструмента. То же имеет место при бесцентровом
шлифовании, обкатке и других подобных видах обработки.
На рис. 4 показана установка заготовки отверстием на цилиндрическую жесткую
оправку для обработки фрезой на размер А. В этом случае погрешность базирования
À 
D
,
2
где Δ величина предельного изменения зазора.
Если жесткую оправку заменить разжимной, то погрешность базирования при
выполнении размера А будет равна половине допуска на диаметр заготовки  D .
2
Погрешность установки  y наряду с другими погрешностями влияет на точность
обрабатываемого размера. В погрешность установки входят следующие составляющие:
погрешность базирования  Á , погрешность закрепления  Á и погрешность положения
заготовки, вызываемая неточностью приспособления,  ïð . При анализе погрешности
базирования следует учитывать также и влияние на нее погрешности формы
технологической базы заготовки.
Погрешность закрепления представляет собой разность предельных расстояний от
измерительной базы до установленного на размер инструмента, в результате смещения
обрабатываемых заготовок под действием сил закрепления. Сила закрепления должна быть
направлена против опорных элементов приспособления и прижимать заготовку к ним.
Погрешность положения заготовки возникает в силу неточности изготовления самого
приспособления, износа его опорных элементов и неточности установки на станке.
Учитывая изложенные положения, погрешность установки можно выразить
зависимостью
 ó   Á2   Ç2   ïð2
Таким образом, использование постоянных баз для различных операций обработки
снижает погрешности базирования, так как каждая смена установочной базы вносит новые
погрешности, зависящие от неточностей взаимного расположения баз.
Тема 7 Пристрої та їх елементи.
7.1 Види пристроїв та їх призначення.
7.2 Класифікація пристроїв для механічної обробки, складання та їх характерні
особливості.
7.3 Основні елементи пристроїв: встановлювальні, затискні, направляючі, допоміжні.
7.4 Силові приводи для затиску заголовок в пристрої.
7.5 Загальні принципи компоновки пристроїв.
7.6 Стандартизація елементів пристроїв.
1. НАЗНАЧЕНИЕ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ
Приспособления предназначены для установки обрабатываемой заготовки при
выполнении технологической операции.
Применение приспособлений обеспечивает:
а) устранение разметки заготовок перед обработкой резанием и их выверки на станке;
б) повышение производительности труда за счет сокращения вспомогательного времени,
связанного с установкой заготовки и выверкой ее положения на станке, а также за счет увеличения числа одновременно обрабатываемых заготовок или одновременно работающих
режущих инструментов; в) повышение точности обработки в результате автоматического
придания необходимого положения обрабатываемой заготовке и правильного расположения
режущего инструмента; г) частичную или полную автоматизацию станка и,
следовательно, организацию многостаночного обслуживания; д) снижение затрат на
контроль; е) облегчение труда рабочих-станочников и возможность использования рабочих
более низкой квалификации.
Приспособления, применяемые в процессе изготовления деталей, делятся на три
основные группы: универсальные, специальные и вспомогательные.
Универсальные приспособления используют для установки и закрепления разных по
форме и габаритным размерам заготовок, обрабатываемых на различных металлорежущих
станках. К этой группе приспособлений относятся станочные тиски, поворотные столы,
делительные устройства, люнеты, патроны. Их изготовляют централизованно и поставляют в
готовом виде.
Специальные
приспособления
применяют
для
выполнения
определенных
технологических операций обработки резанием заготовок деталей одного типоразмера. Эти
приспособления предназначены для одноцелевого применения, когда технологические операции закреплены постоянно на рабочих местах.
Освоение и выпуск новых машин требуют проектирования и изготовления новых
специальных приспособлений.
В автоматических линиях находят применение приспособления-спутники.
Использование спутников несколько снижает точность обработки из-за появления
дополнительных погрешностей установки. Необходимость использования спутников вместо
стационарных приспособлений предопределяется конструктивными особенностями детали,
например невозможностью перемещения обрабатываемой заготовки транспортером и обеспечения надежности установки и закрепления ее на рабочих позициях линии в стационарных
приспособлениях.
Вспомогательные приспособления служат для установки режущего инструмента на
технологическом оборудовании (станке).
Выбор приспособления зависит от вида и масштаба производства, формы заготовок,
точности их размеров и технических условий на изготовление деталей. В единичном и
мелкосерийном производстве характерно применение универсальных приспособлений,
расширяющих технологические возможности металлорежущего оборудования. В массовом и
крупносерийном производстве используют специальные приспособления. Они обеспечивают
стабильно заданную точность обработки, способствуют быстрой и надежной установке
заготовки на обработку и строгой регламентации длительности отдельных приемов,
связанных с выполнением технологических операций.
Приспособления, предназначенные для установки и закрепления
обрабатываемой
заготовки, относятся к технологическим.
2. ЭЛЕМЕНТЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ
Основными элементами и устройствами технологических приспособлений являются
опоры (установочные элементы), зажимные устройства, силовые приводы, корпусы,
вспомогательные детали и делительные устройства, элементы для направления режущего
инструмента.
Опоры (установочные элементы) служат для придания правильного положения
обрабатываемой заготовке в приспособлении. Это достигается контактом базовых
поверхностей заготовки с опорами приспособления и последующим ее закреплением
зажимным устройством. При этом выполняются условия неотрывности базовых
поверхностей заготовки от опор приспособления, исключающие смещение заготовки
относительно трех координатных осей (сдвиг и вращение), т. е. лишение ее всех степеней
свободы.
Количество и расположение опор должны быть согласованы со схемой базирования,
принятой в технологическом процессе (операции). Если установка заготовок производится по
не обработанным резанием поверхностям шероховатостью до Rz = 80 мкм, то используют
опоры с ограниченной контактной поверхностью, что снижает погрешность установки. При
установке заготовок по обработанным резанием поверхностям, не подлежащим повторной
обработке, следует использовать опоры с большей контактной поверхностью. Во всех
случаях опоры должны иметь высокую жесткость.
Изготовляют
опоры
из
стали Ст 8 или
20
твердостью HRC 55 – 60;
шероховатость несущей поверхности Ra = 0,63 мкм. В отдельных случаях поверхности
опор, контактируемые с обрабатываемой заготовкой, хромируют или наплавляют твердым
сплавом.
Основными установочными элементами являются постоянные опоры, жестко связанные
с корпусом приспособления. Их выполняют в виде опорных штырей и опорных пластин.
Опорные штыри со сферической и насеченной головками применяют для установки
заготовок в приспособлении необработанными поверхностями. Это делает контакт опоры с
установочной поверхностью заготовки близким к точечному и придает большую
устойчивость установке. Установка заготовки в приспособлении обработанными резанием
поверхностями должна осуществляться на опорные штыри с плоской головкой.
Использовать опорные штыри со сферической головкой в этом случае не рекомендуется, так
как точечный контакт опоры с поверхностью заготовки приводит к быстрому износу головки
опорного штыря, что снижает точность обработки резанием и оставляет вмятины на
установочной поверхности. Можно устанавливать опорные штыри в стальные закаленные
втулки, запрессованные в корпус приспособления. Корпуса с переходными втулками
позволяют быстро заменять износившиеся опорные штыри без обработки отверстия корпуса
под новый опорный штырь. На штыри устанавливают заготовки небольших и средних
размеров.
Опорные пластины применяют двух видов: плоские и с наклонными пазами. На
пластины устанавливают заготовки относительно тяжелых и больших размеров с обработанными резанием установочными поверхностями или при обработке со значительными
усилиями резания. Крепят пластины к корпусу приспособления винтами с утопленной
головкой.
Таким образом, выбор типа основных (постоянных) опор предопределяется
габаритными размерами и видом установочных поверхностей обрабатываемых заготовок.
При установке заготовок в приспособлении по необработанным поверхностям
применяют в качестве основных также регулируемые винтовые опоры. Большая жесткость и
устойчивость обрабатываемой заготовки в приспособлении достигается применением вместе с
основными опорами вспомогательных опор – самоустанавливающихся и подводимых.
При обработке заготовок корпусных деталей малых и средних размеров часто
устанавливают их в приспособлении плоскостью и двумя цилиндрическими отверстиями (с
параллельными осями, перпендикулярными этой плоскости) на два установочных пальца
приспособления. Если устанавливают заготовки тяжелых деталей, то пальцы изготовляют
выдвижными. Их вводят в базовые отверстия обрабатываемой заготовки после установки ее
на плоскость в приспособлении. Один из пальцев выполняется цилиндрической, а другой
ромбической формы. Применение ромбического пальца снижает влияние допуска
межосевого расстояния отверстий заготовки на точность ее установки в приспособлении.
Такая схема установки заготовки обеспечивает свободный подход режущего инструмента к
обрабатываемой поверхности. Сила зажима направлена перпендикулярно к установочной
поверхности заготовки, что конструктивно упрощает зажимное устройство приспособления.
При этом размеры установочной поверхности заготовки должны превышать её высоту или
быть сопоставимы с ней, что необходимо для обеспечения устойчивости заготовки.
Установочную поверхность обрабатывают по Rz = 40 – 2,5 мкм, а отверстия развертывают по
7 – 8-му квалитету точности.
Установку заготовок по наружным цилиндрическим поверхностям производят в
призмах. Обработанные резанием поверхности устанавливают на широкие призмы, а
черновые поверхности – на узкие призмы. Применение узких призм уменьшает влияние
погрешностей формы базовых поверхностей, повышая этим устойчивость и точность
установки заготовок. Рабочие (боковые) поверхности призм располагают обычно под углом
90°. В некоторых случаях предусматривают самоустанавливающиеся и подводимые призмы
как дополнительные опоры. Призмы крепят к корпусу приспособления винтами и фиксируют
контрольными штифтами. Материалом для призм служит сталь 20, цементируемая на
глубину 0,8 – 1,2 мм. Твердость боковых поверхностей HRC 50 – 55.
Тонкостенные заготовки (колец, втулок и т. д.) устанавливают в самоцентрирующих
патронах с двумя или тремя кулачками.
При установке заготовок по отверстиям применяют оправки и пальцы. Дополнительной
базой является торец заготовки, определяющий ее положение по длине. Угловая ориентация
заготовки производится обычно по шпоночным канавкам или радиальным отверстиям.
Зажимные устройства приспособлений служат для зажима заготовок и разжима после
их обработки. Эти устройства обеспечивают при зажиме заданное положение заготовки,
приданное ей при установке в приспособлении, и не допускают ее сдвиг, поворот или
вибрации при резании; они работают в основном от механизированных приводов. Часто для
правильной установки и центрирования заготовки используют устройства, которые называют установочно-зажимными (цанговые зажимы, самоцентрирующие патроны и др.).
Зажимные устройства бывают простые и сложные. Простые устройства, называемые
зажимами, состоят из одного элементарного механизма. К ним относят винтовые, клиновые,
эксцентриковые и другие зажимы (цанги, разжимные оправки, мембранные патроны).
Следует отметить зажимные устройства для много местных приспособлений. Простейшим
устройством является оправка, на которую устанавливается пакет заготовок, закрепляемый
по торцовым плоскостям затяжкой гаек. Такие оправки применяют при обработке резанием
зубчатых колес – дисков, поршневых колец. Передача зажимных сил в этом случае осуществляется последовательно. Сложные зажимные устройства состоят из нескольких простых
устройств, соединенных вместе. К ним можно отнести зажимные устройства для станков
непрерывного действия и автоматические. Первые применяют на вертикально-фрезерных,
вертикально-шлифовальных и других многошпиндельных станках, когда установку и снятие
обработанной детали производят при вращении барабана или стола. Тип зажимного
устройства определяется соотношением вспомогательного времени к основному. Если
вспомогательное время перекрывается основным, то можно применять устройства
различного типа.
Автоматические зажимные устройства устраняют ручной труд при закреплении
заготовок в приспособлении. Они приводятся в действие механизмами подачи станка или
силами резания. Например, на многошпиндельных сверлильных станках — пружинные
зажимы, на гидрокопировальных токарных полуавтоматах — поводковый патрон с двумя
эксцентриковыми кулачками. Автоматизация зажимных устройств с силовыми узлами
пневматического, гидравлического, электрического и другого действия исключает участие
рабочего в обслуживании пусковых и выключающих механизмов. Эти функции выполняют
автоматические краны, золотники, путевые и конечные выключатели, связанные с механизмами подачи станка, а в автоматах и полуавтоматах – распределительные механизмы. В
автоматических приспособлениях, помимо закрепления заготовки на обработку и
открепления ее, автоматизируются также установка и снятие заготовки после обработки.
К зажимным устройствам предъявляется ряд требований: надежность в работе,
простота конструкции и удобство в обслуживании, минимальная затрата сил и времени при
закреплении и откреплении заготовок, равномерность закрепления заготовки без смещения и
порчи ее поверхностей. Силы резания в основном должны восприниматься опорными
элементами приспособления, которые должны быть более жесткими, чем зажимные
устройства.
Поэтому точки приложения сил зажима должны быть расположены так, чтобы
исключить возможность появления опрокидывающих сил и изгибающих моментов,
обеспечивать наибольшую жесткость и устойчивость крепления при минимальной деформации заготовки; от постоянства сил зажима зависит точность обработки.
Расчет сил зажима. Силы зажима определяют при проектировании новых
специальных приспособлений или при использовании универсальных приспособлений с
зажимными устройствами, действующими с определенной силой. При проектировании
специальных приспособлений расчет состоит в определении величины сил, их направления и
места приложения к обрабатываемой заготовке. Величину и направление сил зажима определяют по усилиям резания и их моментам, действующим на обрабатываемую заготовку при
принятой схеме ее установки и закрепления; расположение точек приложения сил зажима
выбирают таким образом, чтобы не возникало опрокидывающих сил и изгибающих
моментов. При закреплении нежестких заготовок точки приложения сил зажима располагают
под опорами или близко к ним; при закреплении жестких заготовок эти точки располагают
между опорами.
При обработке резанием на заготовку действуют силы резания, определяющие силы
зажима и реакции опор. Задача решается из условий равновесия заготовки под действием
приложенных к ней сил и моментов. Силы зажима должны быть достаточными, чтобы
исключить возможность смещения заготовки в приспособлении. При использовании
универсальных приспособлений расчет сил зажима носит поверочный характер.
При расчете сил зажима учитывают упругие деформации. В самотормозящихся
зажимных устройствах (винтовых, клиновых, эксцентриковых) независимо от вида привода
(ручной, пневматический, гидравлический) упругие деформации прямо пропорциональны
приложенным зажимным усилиям. В других зажимных устройствах, к которым относятся
пневматические, гидравлические и пневмогидравлические механизмы, осуществляется
прямое действие: при приложении нарастающей силы к зажимающему элементу этих
устройств, например к штоку пневмоцилиндра, шток перемещается только тогда, когда приложенная сила превысит давление сжатого воздуха или масла в гидроцилиндре на поршень,
т. е. противодействующую силу.
Существуют следующие виды зажимов: винтовые, клиновые и эксцентриковые.
В и н т о в ы е з а ж и м ы широко используют в приспособлениях с ручным
закреплением заготовок, в приспособлениях механизированного типа и в приспособленияхспутниках на автоматических линиях.
К л и н о в ы е з а ж и м ы часто используют в качестве промежуточного звена в
сложных зажимных механизмах. Их отличает простота, компактность и легкость размещения
в приспособлении. Клиновый зажим должен обладать самоторможением, что обеспечивает
надежность закрепления обрабатываемой заготовки. Благодаря односкосному клину
увеличивается исходная сила механизированного привода приспособления. Шток привода,
перемещаясь, нажимает на клин и создает на наклонной плоскости его вертикальную силу
зажима.
Э к с ц е н т р и к о в ы е з а ж и м ы относятся к быстродействующим. Эксцентрики
могут иметь рабочий профиль в виде окружности, логарифмической или архимедовой
спирали. Наиболее простыми являются круглые эксцентрики в виде валиков или дисков. При
закреплении заготовки в приспособлении круглый эксцентрик поворачивают на
определенный угол вокруг оси, смещенной на величину эксцентриситета, который должен
быть самотормозящим.
Силовые приводы для зажима заготовок в приспособлении. В технологических
приспособлениях ручные зажимы все чаще заменяют механизированными (силовыми),
которые повышают производительность труда, сокращая время установки и снятия
обработанной заготовки и облегчают условия труда. Кроме того, применение
механизированных силовых приводов устраняет нестабильность зажима заготовок.
Пневматические
приводы
нашли широкое применение в виде
пневмоцилиндров или пневмокамер. Пневмоцилиндры имеют диаметры от 50 до 300 мм и
бывают одно- и двустороннего действия. При одностороннем действии возврат поршня в
исходное положение производится пружиной. Используют такие цилиндры в тех случаях,
когда открепление обработанной заготовки не требует больших усилий. При этом экономия
сжатого воздуха составляет до 30%. В пневмоцилиндрах двустороннего действия обратный
ход поршня осуществляется, как и рабочий ход, сжатым воздухом.
Пневмоцилиндры выполняют неподвижными, вращающимися и качающимися.
Неподвижные или стационарные цилиндры устанавливают на столах станков – фрезерных,
сверлильных и др.; вращающиеся цилиндры – на токарных и револьверных станках.
Диафрагменный силовой привод изготовляют в виде пневмокамеры одностороннего
действия. Она состоит из двух стальных штампованных или литых чугунных чашек
(тарелок) с сжатой между ними диафрагмой из многослойной ткани (бельтинга),
пропитанной и покрытой маслостойкой резиной. По сравнению с пневмоцилиндрами камеры
проще конструктивно и дешевле в изготовлении, исключают утечку сжатого воздуха и
выдерживают очень большое число включений. Так, манжеты пневмоцилиндров
выдерживают не более 50 тыс. включений, пневмокамеры – до 500 тыс. включений.
Недостатком пневмокамер с плоской диафрагмой является небольшой ход штока и
нестабильность усилия на штоке при его перемещении.
Г и д р а в л и ч е с к и е с и л о в ы е п р и в о д ы . Преимуществами гидравлических
силовых приводов по сравнению с пневмоприводами являются высокое давление рабочей
жидкости, что создает большую силу зажима; обеспечение смазывания трущихся деталей
гидроцилиндра; меньшие масса и габаритные размеры. Из недостатков следует указать сложность установки и большую стоимость гидроприводов.
Гидравлический силовой привод является самостоятельной установкой, состоящей из
электродвигателя, рабочего гидроцилиндра, насоса, бака, аппаратуры управления и
регулирования и трубопроводов. Он может быть индивидуальным (для одного станка) или
групповым (для нескольких станков).
П н е в м о г и д р а в л и ч е с к и е с и л о в ы е п р и в о д ы применяют в тех случаях,
когда нужно развить большие усилия зажима, не создавая громоздких силовых устройств.
Иногда их называют пневмоприводами с гидроусилителем.
Принцип действия пневмогидравлических силовых приводов следующий. Из
воздушной сети цеха воздух поступает в бесштоковую полость пневмоцилиндра, и поршень
со штоком-плунжером перемещается влево. Шток-плунжер давит на масло в гидроцилиндре;
с увеличением давления масла поршень со штоком перемещается влево, и шток посредством
промежуточных звеньев оказывает воздействие на зажимные устройства приспособления.
Давление масла в гидроцилиндре во столько раз превышает давление воздуха в
пневмоцилиндре, во сколько раз площадь поршня пневмоцилиндра больше площади штокаплунжера. Коэффициентом усиления принимается равным 16 – 26.
Корпусы, вспомогательные детали и делительные устройства. На корпусе монтируют
все остальные элементы приспособления, поэтому он является основной базовой деталью
любого приспособления. Расположение этих элементов в корпусе и их конструкция
предопределяются формой и габаритными размерами обрабатываемых деталей и
выполняемой обработкой. Как и другие элементы приспособления, корпус должен быть
простым и дешевым в изготовлении. Кроме того, он должен быть жестким, прочным и
устойчивым. Силы зажима и резания через обрабатываемую деталь передаются корпусу. Он
не должен деформироваться и вибрировать при ее обработке, должен обеспечивать быструю
установку и снятие обрабатываемых деталей, иметь хороший доступ для очистки от стружки,
быть удобным для установки на станке и для обслуживания.
Заготовки для корпусов приспособлений могут быть литыми из серого чугуна;
сварными из стальных плит, листов и сортовых профильных материалов (угольников,
швеллеров и др.); коваными из стали; сварно-литыми; сборными из отдельных стандартизованных или нормализованных деталей, собранных при помощи винтов, В автомобильной
и тракторной промышленности корпусы приспособлений средних и крупных размеров
изготовляют обычно литыми или сварными. Литьем можно получить сложные корпусы с
большой жесткостью. К сварным корпусам для повышения жесткости приваривают ребра.
В приспособлениях для обработки небольших деталей простой формы используют
стальные кованые корпусы.
Наиболее распространенными вспомогательными деталями приспособлений являются
ручки, опорные ножки корпусов, шпонки для ускорения установки приспособления на
станке, выталкиватели обработанных деталей, установы (упоры), применяемые при наладке
станка. На эти вспомогательные детали имеются стандарты и нормали, согласно которым
они должны конструироваться.
Для фиксации в определенном положении поворотной части приспособления, в
которой закреплена обрабатываемая деталь, используются делительные устройства,
состоящие из делительного диска, закрепленного на поворотной части приспособления, и
фиксатора. Конструкции фиксаторов различны, но наиболее распространены
быстродействующие фиксаторы, заскакивающие в гнездо под действием пружины.
Элементы для направления режущего инструмента. При обработке отверстий сверлами,
развертками, зенкерами, а также при растачивании отверстий резцами, установленными в
борштанге, или резцовыми головками применяют приспособления с направляющими,
называемые кондукторами. Втулки кондукторов бывают постоянными, сменными,
быстросменными и специальными.
Постоянные кондукторные втулки запрессовывают в корпус приспособлениякондуктора и применяют обычно для направления сверл и зенкеров.
Сменные втулки вставляются в запрессованные в корпус приспособления постоянные
втулки и закрепляются винтом.
При обработке одного и того же отверстия в детали при одном ее закреплении иногда
применяют разные инструменты (например, зенкер и развертку). В этом случае используют
быстросменные кондукторные втулки.
3. МЕТОДИКА КОНСТРУИРОВАНИЯ СПЕЦИАЛЬНЫХ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ
Принципиальные схемы конструкций специальных приспособлений намечают при
проектировании технологического процесса. В чертеже наладки на операцию деталь
размещают соответственно ее положению в приспособлении при обработке на станке.
Конструирование станочного приспособления целесообразно начинать с изучения рабочих
чертежей детали и заготовки, технологического процесса и чертежа наладки на операцию,
для которой проектируется приспособление станка, после чего определяют тип и размер
установочных элементов, их количество и взаимное положение. Затем устанавливают место
приложения сил зажима и определяют величину их по силам резания, которые известны из
технологического процесса.
Исходя из времени на зажим и разжим заготовки, ее конфигурации и точности, а также
места приложения и величины силы зажима, устанавливаются тип зажимного устройства и
его основные размеры. После этого выбирают тип и размеры деталей для направления и
контроля положения режущего инструмента, а также выявляют необходимые
вспомогательные устройства. При конструировании приспособления и выборе отдельных его
элементов максимально используют имеющиеся нормали и стандарты.
Проектирование приспособления начинается с нанесения на лист контуров заготовки,
которые показывают условными линиями. В зависимости от сложности схемы
приспособления вычерчивают несколько проекций заготовки.
Проектирование
общего
вида
приспособления
осуществляют
методом
последовательного нанесения отдельных его элементов вокруг контура заготовки:
установочных элементов (опор), зажимных устройств, деталей для направления инструмента
и вспомогательных устройств. Затем определяют контуры корпуса приспособления.
Общий вид приспособлений вычерчивают в масштабе 1 : 1 с проставлением нумерации
деталей, а в спецификации указывают ГОСТы, нормали, материал, количество деталей и
термообработку. При конструировании приспособления рассчитывают силы зажима (в
зависимости от силы резания), погрешность установки, а для механизированных приводов –
основные размеры силового привода. На общем виде спроектированного приспособления
проставляют его габаритные размеры, размеры определяющие точность приспособления и
размеры являющиеся основными при его сборке и контроле. Для кондукторов основными
размерами будут диаметры кондукторных втулок и расстояния между их осями, расстояния
от этих осей до базовых поверхностей обрабатываемой заготовки, посадки основных
сопрягаемых деталей кондуктора.
Тема 8 Заготовки деталей в автотракторобудуванні і засоби їх виготовлення.
8.1 Види заготовок. Класифікація заголовок і їх характеристика.
8.2 Вплив об’єму виробництва, матеріалу та конструктивних особливостей деталі на
вибір способу виготовлення заготовки.
8.3 Виготовлення заготовок методом лиття.
8.4 Лиття у земляні форми.
8.5 Лиття у стрижневі форми; відцентрове лиття; лиття у кокіль; лиття під тиском;
лиття у оболонкові форми; лиття за виплавлюваними формами.
8.6 Заготовки, отримані методом пластичної деформації.
8.7 Гаряча і холодна об’ємна листова штамповка. Виготовлення деталей з пластмаси.
8.8 Виготовлення заготовок методом порошкової металургії.
8.9 Штампозварні заготовки.
8.10 Техніко-економічні умови виробу заготовок.
8.11 Задачі охорони навколишнього середовища і умов праці під час виготовлення
заготовок.
ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ЗАГОТОВКАМ
При изготовлении первичных заготовок деталей машин требуется максимально
снижать их трудоемкость, объем механической обработки и расход материала. Если
заготовку обрабатывают на станках с применением приспособлений и предварительно
настроенных инструментов, то она должна обладать стабильной точностью и иметь ярко
выраженные технологические базы. Несоблюдение этих требований может вызвать
значительные погрешности при установке заготовки на станках и привести к повреждению
настроенных инструментов.
Заготовки изготовляются различными технологическими методами: отливкой, ковкой,
горячей объемной штамповкой, холодной штамповкой из листа, штампосваркой,
формообразованием из порошковых материалов, отливкой и штамповкой из пластмасс,
изготовлением из проката (стандартного и специального) и др. Разные методы получения
заготовок могут обеспечивать одинаковую точность, но экономичность этих методов при
одном и том же выпуске может быть весьма различной. Оптимальный вариант получения
заготовки следует определять по стоимости изготовления детали, т. е. включая стоимость
заготовки и ее обработки.
В условиях крупносерийного и массового производства первичная заготовка по форме
и размерам должна максимально приближаться к форме и размерам готовой детали. В этом
случае припуски на обработку и число операций механической обработки будут
минимальными, а коэффициент использования металла весьма высоким, доходя до 0,9 – 0,95.
Этот коэффициент определяется из соотношения К = МД/МЗ, где МД – масса готовой детали;
М3 — масса заготовки.
ХАРАКТЕРИСТИКА ОСНОВНЫХ
МЕТОДОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
ЗАГОТОВОК
АВТОТРАКТОРНЫХ ДЕТАЛЕЙ
Значительную часть заготовок деталей автомобилей и тракторов изготовляют литьем.
Одним из показателей технологических возможностей литья в земляные формы является
минимальная толщина стенки отливаемой заготовки (из различных металлов). В среднем она
составляет (в мм): для чугуна серого 5, ковкого 4, для стали 7, для бронзы 3. Возможность
получения минимальной толщины стенки отливки зависит от качества формы, свойств
материала отливки и способа заполнения формы жидким металлом. Отверстия заготовок,
отливаемых в земляные формы, образуются использованием (вставкой) соответствующих
стержней.
Для отливки заготовок в землю применяют чугуны (серый, ковкий и
модифицированный), сталь, цветные и специальные сплавы. Хотя литье в земляные формы
имеет сравнительно невысокую точность и значительные припуски на обработку, оно широко распространено, поскольку позволяет получать детали сложной формы при
значительной экономии металла и дешевизне литых заготовок.
При литье в стержневые формы стержни изготовляют с применением в качестве
связующего материала жидкого стекла, после чего их собирают, образуя требуемую форму,
и заполняют жидким металлом. Этот вид литья позволяет уменьшить припуски на 25 – 30% и
трудоемкость обработки резанием на 20 – 25% в сравнении с обычным литьем в земляные
формы. Центробежное литье применяют в основном для изготовления заготовок типа тел
вращения: гильз, колец, шестерен и др. Этим способом можно получать двухслойные
заготовки: чугун – бронза, сталь – чугун. Отливки, полученные центробежным литьем, имеют
высокую плотность по наружной поверхности и более точный профиль, их внутренняя
(свободная) поверхность более грубая и с менее плотным металлом. Этот вид литья позволяет
повысить качество заготовки, снизить расход металла и припуски на обработку резанием.
Центробежное литье производят в металлической вращающейся форме, а в некоторых
случаях в комбинированных формах с нанесением на их металлическую поверхность формовочных материалов.
Литье в кокиль применяют для изготовления заготовок из цветных сплавов и реже из
чугуна или стали, так как более высокая температура плавления черных металлов вызывает
интенсивное изнашивание дорогостоящего кокиля. Кокиль представляет собой постоянную
металлическую разъемную форму, сложность которой зависит от сложности и габаритов
отливки. Перед заполнением жидким металлом кокиль подогревают до температуры 200 –
400° С, а на рабочие поверхности наносят пульверизатором огнеупорную краску, которая
является разделительным слоем.
Этот способ эффективен при отливке заготовок сложной формы, где за счет уменьшения
припусков можно значительно сократить механическую обработку (например, поршней и
головок блоков двигателей, картеров сцепления и др.). Заготовки, изготовленные в кокиле,
имеют повышенное качество, так как у них нет неметаллических включений. Минимальная
толщина стенок отливок из цветных сплавов 3 мм, а из черных металлов 5 – 7 мм. Кроме
того, кокильное литье повышает производительность и требует меньших производственных
площадей.
Литье под давлением применяют в основном для получения заготовок из цветных
сплавов (магниевых, алюминиевых, цинковых, свинцовистых и медных), имеющих
температуру плавления ниже, чем у черных металлов, что удлиняет срок службы дорогостоящих пресс-форм. Этим способом получают большую номенклатуру точных, чистых с
тонкими стенками заготовок сложной формы, например для деталей приборов и арматуры,
блоков цилиндров автомобильных двигателей и др. Заготовки, отлитые в пресс-формы,
имеют незначительные припуски на механическую обработку, большинство поверхностей у
них не нуждается в такой обработке. Этот способ литья позволяет получать в заготовках
отверстия и щели весьма малых сечений (1 мм и менее). Точные отверстия имеют припуск
только на последующую обработку развертыванием. Этим способом возможно также
образование резьбовых поверхностей.
Литье под давлением – высокопроизводительный процесс (200 – 400 отливок в час) и
выполняется на специальных машинах с применением сложной оснастки. Жидкий металл
подается в пресс-форму под давлением 12 МПа. Стойкость пресс-форм составляет для
цинкового литья 150 тыс., а для медного – 5 тыс. отливок.
Литье в оболочковые формы применяют для изготовления заготовок из черных
металлов и цветных сплавов. Изготовление оболочковой формы основано на свойствах
термореактивных смол, которые при подогреве до температуры 120 – 150 °С переходят из
твердого в жидкое состояние, а при дальнейшем подогреве до температуры 250 – 300 °С – в
необратимое твердое состояние. Материалом для формы служит чистый речной песок с
добавкой 5 – 10 % термореактивной (фенолоформальдегидной) смолы. Форму изготовляют из
двух или более частей. На металлическую полумодель, подогретую до 150° С, наносят
песчано-смоляную смесь, которая под действием тепла образует на поверхности полумодели
размягченную тестообразную оболочку. Последнюю наращивают до толщины 5 – 10 мм и
более в зависимости от массы отливки. Образовавшуюся оболочку вместе с модельной
оснасткой передают в зону с температурой 250 – 300° С, где она затвердевает; после этого ее
снимают с металлической полумодели. Таким же способом изготовляют и другую часть
формы. Затем обе части собирают и заполняют жидким металлом.
Точно изготовленная форма обеспечивает получение точной заготовки. Минимальный
диаметр отверстий у отливок достигает 10 мм, а минимальная толщина стенок 1,5 – 2,0 мм
для алюминиевых сплавов и 3 – 5 мм для черных металлов. Этот способ позволяет снизить
объем механической обработки на 30 – 50%, расход формовочных материалов примерно в 10
раз по сравнению с литьем в земляные формы и сокращает потребность в производственных
площадях. Процесс изготовления оболочковых форм легко автоматизируется. Стоимость
оболочкового лить литья примерно в 2 раза выше земляного.
Литьё по выплавляемым моделям применяют для изготовления точных заготовок из
высоколегированной стали и труднообрабатываемых сплавов. Основная цель применения
такого литья – максимальное сокращение механической обработки заготовок. Большинство
поверхностей таких заготовок не требует механической обработки, а часть поверхностей
подвергается только чистовой или финишной обработке. Особенно эффективен этот способ
при изготовлении заготовок сложной формы, например лопаток турбинных роторов,
зубчатых колес, челноков швейных машин, лопастных колес вихревых насосов и т. п.
Специфика этого способа литья заключается в изготовлении высокоточной
огнеупорной формы и заполнении ее жидким металлом. Модель изготовляют из
легкоплавкого материала (например, из парафина) путем запрессовки его в расплавленном
состоянии в специальную пресс-форму, изготовленную по чертежам требуемой детали с
учетом усадки материала и припуска на механическую обработку. После затвердевания
модель извлекают из пресс-формы, окунают в жидкую огнеупорную массу и обсыпают
промытым кварцевым песком. На поверхности модели образуется слой из жидкой
огнеупорной массы и прилипшего песка. Этот слой просушивают, затем модель снова
окунают огнеупорную массу, обсыпают песком и сушат. Операцию повторяют до получения
требуемой толщины стенки огнеупорной формы, после чего из нее с помощью подогретого
воздуха или подогретой воды выплавляют легкоплавкую модель. Полученную форму,
представляющую собой сосуд с горлышком, заформовывают в металлическом ящике или
опоке и подвергают обжигу при температуре около 940 °С, в процессе которого стенки
формы твердеют. После этого горячую форму заполняют жидким металлом.
Такой способ литья обеспечивает высокую точность заготовки и хорошее заполнение
формы металлом. Минимально возможная толщина стенки у отливки достигает 0,5 мм
протяженностью до 200 мм. Операции по изготовлению выплавляемых моделей подвергаются
механизации и автоматизации. Учитывая сложность и высокую стоимость этого способа,
применение его должно иметь технико-экономические обоснования.
На заводах автотракторной промышленности широко используют заготовки,
полученные методом пластического деформирования металла.
Свободной ковкой изготовляют заготовки на молотах и гидравлических прессах без
применения штампов, с подогревом заготовок до температуры пластического
деформирования (для углеродистых сталей 1100 – 1250° С). Заготовки делают из всех
пластичных металлов и сплавов, массой от нескольких килограммов до сотен тонн.
Полученные заготовки имеют большие припуски и напуски для обработки резанием,
точность их низкая (1,5 – 25 мм), а дефектный слой весьма значительный. Этот способ
пластического деформирования грубый, но универсальный и дешевый.
Заготовка, выполненная свободной ковкой, может быть улучшена по форме и размерам
путем обжатия ее на подкладном штампе. Ковка с подкладными штампами используется как
дополнительная операция, повышающая точность и производительность свободной ковки
при изготовлении мелких и средних заготовок. Применение подкладных штампов становится
рентабельным при минимальных партиях заготовок 50 – 200 шт.
Штамповка может выполняться на открытых и закрытых штампах на молотах или
штамповочных прессах с подогревом металла до температуры пластического деформирования. Размеры штампуемых заготовок ограничиваются размерами оборудования, а
их масса – возможностью извлечения из штампа (100 – 200 кг).
Горячая штамповка в открытых штампах на прессах более производительна, чем на
молотах, поскольку на прессе заготовка штампуется за один ход пресса, а на молоте – за
несколько ударов. При штамповке на молотах для свободного извлечения заготовки из
штампа выполняются штамповочные уклоны в пределах 5 – 7°, а при штамповке на прессах
– всего 3 – 4°, так как съем заготовки со штампа здесь осуществляется жесткими выталкивателями. Эта особенность штамповки на прессах способствует повышению точности
заготовки и снижению припусков на 25 – 30 %. Тот или другой вариант штамповки
выбирают исходя из технико-экономического сравнения.
Штамповкой в закрытых штампах изготовляют преимущественно заготовки, имеющие
форму тел вращения (симметричные) или близкие к ней.
Штамповка
на
горизонтально-ковочных
машинах
(ГКМ)
является
высокопроизводительным способом изготовления заготовок, преимущественно имеющих
форму тел вращения (стержней с утолщением, колец, шестерен, втулок). Исходным
материалом для изготовления таких заготовок служит прокат круглого сечения и трубы
диаметром 30 – 250 мм и длиной до 3,0 – 3,5 м. Масса заготовок, изготовляемых на ГКМ – от
0,1 до 100 кг. Потери металла составляют всего 1 – 3% массы заготовки. При одном нагреве
исходного металла можно получить несколько заготовок. Минимальная толщина стенки
заготовки 2,5 мм.
Конструктивные формы заготовок, изготовляемых на ГКМ, должны допускать
разделение штампов на три части. Стойкость штампов составляет 10 – 20 тыс. заготовок.
Вальцовка на ковочных вальцах применяется для предварительного или
окончательного обжатия заготовок деталей, изготовляемых из прутка или полосы (шатуны,
фасонные тонкие стержни, гаечные ключи, вилки, рычаги и др.). Ковочные вальцы имеют
два валика, на которых закрепляются половины секторного штампа валики вращаются
синхронно и при замыкании образуют профиль заготовки. Заготовка вводится между
половинами
штампа
и
подвергается обжатию. Ковочные вальцы обжимают заготовку с вытяжкой и значительным (в
6 – 8 раз) перераспределением объемов металла.
Процесс вальцовки длится 4 – 5 с поэтому после вальцовки можно выполнять
последующую штамповку заготовки без дополнительного подогрева. Так, при изготовлении
заготовки шатуна из прямоугольной полосы ее предварительно обжимают на ковочных
вальцах, а окончательно оформляют заготовку в ручьевом штампе. Такое сочетание
повышает производительность, снижает расход металла (на 10 – 15%) и обеспечивает более
благоприятное расположение волокон материала.
Поперечно-винтовая прокатка применяется для изготовления заготовок с
поверхностями тел вращения, таких, как ступенчатые валики, полуоси автомобилей, валы
электродвигателей и др. Заготовка обжимается тремя валками, вращение и радиальное
перемещение которых придают заготовке требуемую форму и размеры. Радиальное
перемещение валков осуществляется с помощью трех поршневых гидроприводов,
движениями которых управляет щуп, скользящий по копиру. Осевое перемещение обрабатываемой заготовки относительно валков осуществляется механической рукояткой и
поршневым гидроприводом. Прокатка заготовки производится с предварительным
подогревом исходного прутка высокочастотным индуктором, помещенным перед обрабатывающими валиками.
Рассмотренный способ обеспечивает точность заготовок выше, чем при штамповке; он
легко автоматизируется. Отклонение диаметральных размеров не превышает 1%, а по
размерам длины – 1,5 мм. Заготовки имеют более высокие механические свойства за счет
более выгодного расположения волокон металла. Экономия металла составляет 20 – 30%.
Этот процесс протекает непрерывно, при скорости осевого перемещения заготовки до 10
м/мин. Его эффективно используют для предварительного формирования заготовок под
последующую их обработку на ГКМ или в ручьевых штампах (например, полуосей
автомобиля, шатунов и др.). Такое сочетание повышает качество заготовок и производительность.
Редуцирование на ротационно-ковочных машинах применяют для изготовления точных
заготовок (ступенчатых валиков, осей и др.) из прутка или трубы, чаще – в холодном
состоянии, но в некоторых случаях с подогревом. Наряду с высокой точностью, этот способ
обеспечивает высокий коэффициент использования металла (0,85 – 0,95). Способ позволяет
исключать черновую, а в некоторых случаях и получистовую обработку заготовки резанием.
Холодная высадка на автоматах широко применяется в автотракторостроении для
изготовления деталей крепежа: болтов, гаек, шпилек, шурупов, заклепок. Кроме того,
холодной высадкой изготовляют детали стержневого типа с утолщениями, выемками и
полые детали с гладкими и ступенчатыми отверстиями (колпачковые гайки, колесные
шпильки, шаровые пальцы и др.). Материал для холодной высадки – сталь конструкционная
малоуглеродистая, малолегированная, автоматная; прутки холоднотянутые калиброванные;
проволока горячетянутая калиброванная и холоднотянутая (08кп, 20кп, 20, 30, 45, 20Х и др.).
Этот способ является высокопроизводительным с высоким коэффициентом
использования металла (0,92 – 0,95). Высадочные автоматы в 2 – 3 раза снижают
трудоемкость и в 8 – 9 раз машинное время по сравнению с обработкой на прутковых
автоматах. Холодная высадка выполняется в сочетании с некоторыми доделочными
операциями, например с образованием резьбовых поверхностей, шлицев и др. В таких
случаях высадочные автоматы встраивают в автоматическую линию. При изготовлении
заготовок этим способом повышаются их механические свойства за счет расположения
волокон металла и упрочнения. Однако способ имеет некоторые ограничения: 1)
экономически не оправдывается высадка болтов диаметром свыше 25 мм; 2) затруднена
высадка деталей с резкими переходами по толщине стенок, с отверстиями малых диаметров и
большой длины (более 150 мм); 3) неэкономична высадка легированной стали и стали с
содержанием углерода выше 0,4 %; 4) рентабельность имеет место только при большом
выпуске изделий – 10 – 50 тыс. и более.
Штамповка холодным выдавливанием является сравнительно новым процессом и
широко внедряется в автотракторное производство. Она представляет собой пластическое
деформирование, при котором металл течет в отверстие матрицы или в зазор между пуансоном и матрицей, чем обеспечивается получение тонкостенных заготовок сложной формы.
Этим способом изготовляют заготовки из алюминия, меди, латуни, цинка, мягкой стали
марок 08, 10, 15, 20, 25. Выдавливанием из цветных сплавов изготовляют колпачки, трубки,
втулки с фланцами и без фланцев. Минимальная толщина стенок у заготовок доходит до 0,1
мм, а максимальная длина – до 50 диаметров. Из стали изготовляют заготовки типа втулок с
утолщениями и ступенчатыми отверстиями, колпачковые гайки, поршневые пальцы. У таких
заготовок толщина стенок достигает 1,5 – 5 мм.
Холодным выдавливанием обеспечиваются незначительные припуски и только для
операций отделочной обработки. Коэффициент использования металла составляет 0,9 – 0,98.
Существуют три разновидности холодного выдавливания: прямое, обратное и
комбинированное. При прямом выдавливании металл заготовки течет через отверстие
матрицы в направлении движения пуансона со скоростью, большей скорости пуансона.
Прямое выдавливание рекомендуется для изготовления тонкостенных трубчатых и
стержневых изделий. При обратном выдавливании металл под давлением пуансона течет в
направлении, обратном движению последнего, заполняя пространство между пуансоном и
матрицей; форма пространства соответствует форме заготовки. Обратным выдавливанием
изготовляют преимущественно полые детали симметричной формы с закрытым дном, с
цилиндрическими, конусными или ступенчатыми отверстиями. Комбинированное
выдавливание применяется для изготовления более сложных фасонных заготовок и осуществляется двумя пуансонами, один из которых неподвижный.
Холодное выдавливание производится с высокой степенью деформации металла при
давлении в пределах 50 – 70 % допустимого. Для изготовления стальных заготовок
используют механические и гидравлические прессы повышенной жесткости с давлением 400
– 500 ГПа. Основные преимущества холодного выдавливания: низкие расход металла и
трудоемкость процесса, высокие производительность способа и качество заготовки. Холодная
штамповка из листа широко применяется в автотракторной промышленности при серийном
и массовом производстве для изготовления заготовок или готовых деталей. Она включает
следующие виды обработки: резку, гибку, вытяжку, комбинированную штамповку и др. В
автотракторостроении наиболее распространены вырубка, вытяжка и комбинированная
штамповка. Кроме того, этот метод используется для изготовления штампосварных
конструкций, например кузова или кабины автомобилей и тракторов.
Вырубкой по замкнутому контуру изготовляют плоские детали типа шайб, рычагов,
крышек, прокладок. Вытяжкой изготовляют пространственные детали облицовки
автомобиля или трактора, колпаки, диски колес, бензобаки, масляные картеры. Исходным
материалом для листовой штамповки служит малоуглеродистая сталь, медь, алюминиевые и
магниевые сплавы, молибден, кобальт, титан. Штампуют изделия и из неметаллических
материалов: кожи, картона, бумаги, фибры, текстолита, резины, эбонита.
Штамповку вырубкой можно выполнять из любого листового материала. Штамповку
пространственных заготовок, особенно с глубокой вытяжкой, требующих тонкой
декоративной отделки поверхности, производят из холодно- и горячекатаной высокопластичной стали с содержанием углерода 0,05 – 0,15 %, имеющей мелкозернистое строение.
Такая сталь поставляется в виде листа, полосы или ленты с шероховатостью поверхности до
Ra = 1,25 мкм, а полированная — до Ra = 0,63 – 0,32 мкм. Точность штамповки
обеспечивается до 9-го квалитета, а свободные размеры выполняются по 14-му квалитету.
Шероховатость поверхности заготовки в большей степени зависит от состояния поверхности
штампуемого металла.
Стойкость штампов составляет 7 – 130 тыс. ударов в зависимости от свойств металла и
от выполняемой операции. Преимущества холодной листовой штамповки: малая масса
детали при обеспечении требуемой прочности и жесткости, возможность изготовления
деталей без применения обработки резанием, значительная экономия металла, малая
трудоемкость.
Заготовки из проката используют для изготовления деталей автомобилей и тракторов.
Исходным материалом служат прутки (стальные, из цветных металлов и их сплавов), полоса,
лист, труба, проволока, специальный прокат.
Заготовки из стального нормального горячекатаного прутка применяют для
изготовления гладких и ступенчатых валов с незначительным перепадом в размерах
диаметров ступеней. Заготовки из стального калиброванного прутка 7 – 9-го квалитета
точности используют для изготовления заготовок, у которых поверхность по наружному диаметру не подвергается обработке или обрабатывается только финишными методами с
высокой точностью и малой шероховатостью. Заготовки из стальных калиброванных
прутков 12 – 14-го квалитета точности используют для изготовления заготовок, наружная
поверхность которых подвергается обработке.
Заготовки для деталей типа колец и втулок получают из стальных бесшовных труб.
Изготовление заготовок из стального проката резко сокращает расход металла и объем
механической обработки.
Изготовление металлокерамических заготовок представляет собой холодное
прессование порошков с последующим их спеканием при температуре ниже точки плавления
основного компонента. Порошки получают измельчением материалов в шаровых или
вихревых мельницах, а также распылением легкоплавких металлов в жидком виде до
размера фракции 0,02 – 0,10 мм. Прессование ведется в пресс-формах на гидравлических и
кривошипных прессах при давлении 100 – 600 МПа, а спекание — в защитной среде в
зависимости от свойств компонентов.
Основным преимуществом этого метода является возможность изготовления заготовок,
получение которых другими методами исключается. Заготовки получают: из тугоплавких
металлов и сплавов; компонентов, имеющих значительную разницу в температуре плавления
(железо – свинец, вольфрам – медь и др.); из сочетаний металлов и неметаллов (медь –
графит, железо – пластмасса, металл – алмаз и др.); из пористых материалов (подшипники,
фильтры, втулки).
Заготовки, изготовленные этим методом, по точности размеров (12 – 13-го квалитета) и
шероховатости поверхности в некоторых случаях не требуют дальнейшей механической
обработки. Для деталей, работающих в условиях трения, металлокерамические заготовки
рекомендуется изготовлять с пористостью 8 – 10%, с последующей пропиткой маслом.
Предел прочности заготовок достигает 300 – 320 МПа.
Заготовки, изготовленные отливкой, ковкой, горячей штамповкой и другими
тепловыми методами, подвергают термообработке (отжигу, нормализации) для снятия
остаточных напряжений, а также очищают от окалины, пригоревшей формовочной земли,
коррозии и др. Точные заготовки подвергают чеканке, калибровке, правке. Очистка
заготовки может быть дробеструйная, гидравлическая, химическая (травлением),
механическая.
Применение пластмасс позволяет получать заготовки сложной формы и малой массы.
Для нагруженных деталей такие заготовки изготовляют с арматурой. Механическая
обработка заготовок из пластмасс либо полностью исключается, либо сводится к минимуму.
Замена черных и цветных металлов пластмассами в условиях крупносерийного и массового
производства снижает себестоимость для черных металлов в 1,5 – 3,5 раза, а для цветных в 5
– 10 раз.
Пластмассы представляют собой неметаллические материалы, созданные на основе
природных или синтетических полимеров. Пластмасса состоит из двух основных
компонентов: наполнителя (порошок или гранулы) и связующего вещества (смола), к
которым добавляются смазывающее вещество для лучшего отделения заготовки от прессформы и краситель. Пластмассы разделяются на термопластичные (термопласты) и
термореактивные (реактопласты). К термопластичным относятся полиэтилен, полистирол,
полипропилен, поливинилхлорид и др.
К термореактивным относятся:
1) порошковые: фенопласты, аминопласты, фторопласты и др.;
2) волокнистые (композиции на основе кремнийорганических смол с минеральным
наполнителем): фаолит, волокнит, стекловолокнит и др.;
3) слоистые с наполнителями: хлопчатобумажными (текстолит), бумажным (гетинакс),
древесным (древесносмольный пластик), асбестовым (асботекстолит), стеклянным
(стеклопласт) и др.
В автотракторостроении в основном применяют прессование и литье пластмасс под
давлением.
Для термореактивных и термопластичных пластмасс прессование производится с
помощью пара под давлением 0,6 – 1,0 МПа при температуре 180 – 200 °С. Можно
прессовать и на прессах с подогревом ТВЧ. Термореактивные пластмассы при прессовании
требуют определенного давления и одновременного нагрева до состояния текучести, что
обеспечивает получение нужной формы заготовки (детали). Термопластичные пластмассы
требуют не только нагрева под давлением, но и охлаждения под давлением.
При литьевом прессовании материал проталкивается в матрицу через узкую щель (0,1 –
0,5 мм) со скоростью потока 20 – 50 м/с и под давлением до 100 МПа.
Литье пластмасс под давлением имеет широкую область применения и выполняется в
разъемных пресс-формах под давлением 80 – 200 МПа (800 – 2000 кгс/см2) на специальных
машинах – термопластавтоматах. Подбором компонентов пластмассы обеспечивают
требуемые свойства заготовки. Из пластмасс со слоистыми наполнителями (текстолит)
изготовляют листы, уголки, кольца, трубки, втулки; из пластмасс на основе стеклоткани и
хлопчатобумажной ткани изготовляют зубчатые колеса, втулки, вкладыши подшипников.
Детали сложной формы чаще изготовляют из пластмасс с волокнистым наполнителем.
Предел прочности на разрыв у эпоксидных смол около 100 МПа, а у пластмасс с листовым
наполнителем — 300 – 950 МПа. Пластмассовые заготовки могут подвергаться обработке
резанием, сваркой и склеиванием
Тема 9 Припуски на обробку деталей.
9.1 Поняття про припуск. Види припусків.
9.2 Фактори впливу на розмір припуску. Залежність розміру від засобу виготовлення
заготовки.
9.3 Методи визначення припусків: дослідно-статичний та розрахунково-аналітичний.
9.4 Техніко-економічні показники розміру припуску: вихід матеріалу, вартість обробки
деталі.
Понятие о припуске
Заданные точность и качество поверхностей детали обеспечиваются при обработке
резанием последовательным удалением с ее заготовки слоя металла, называемого
п р и п у с к о м на обраб о т к у . В ряде случаев при обработке резанием заготовок деталей
до 50 % их массы удаляется в стружку, не считая потерь металла в заготовительных цехах. На
автомобильных и тракторных заводах отход металла в стружку составляет в среднем 20%
для литых и 30% для кованых деталей.
Увеличенные припуски вызывают дополнительную обработку заготовок, повышают
трудоемкость их изготовления, расход режущего инструмента и металла, себестоимость
деталей. Внедрение обоснованных припусков на обработку резанием сокращает отходы
металла в стружку и снижает трудоемкость обработки. Уменьшение припусков на обработку
достигается применением методов получения точных заготовок, например, литья по
выплавляемым моделям, штамповки в закрытых штампах, горячего и холодного
накатывания зубьев колес и др. Недостаточные припуски также нежелательны. Они не
обеспечивают при обработке резанием удаления дефектного поверхностного слоя, получения
необходимой точности и качества обработанных поверхностей, увеличивают вероятность
брака при обработке.
Следовательно, установление оптимальных припусков на обработку резанием является
важной технико-экономической задачей. Оптимальным будем называть такой припуск,
который обеспечивает получение высококачественной продукции с наименьшей
себестоимостью.
При проектировании технологических процессов изготовления деталей определяют
промежуточные и общие припуски на обработку резанием. Промежуточным припуском
называют слой металла, удаляемый при выполнении технологического перехода обработки
резанием. Он измеряется по нормали к обработанной поверхности и равен разности
размеров, полученных после предшествующего и после выполняемого переходов. Слой
металла, удаляемый при выполнении технологической операции, называют операционным
припуском. Он представляет собой сумму припусков на отдельные переходы или проходы
при обработке резанием поверхности на данной операции. Общим припуском называется
слой металла, удаляемый в процессе обработки резанием с рассматриваемой поверхности
заготовки для получения готовой детали. Определяется общий припуск разностью размеров
исходной заготовки и готовой детали (по какому-либо размеру).
Если обрабатываются наружные и внутренние цилиндрические (и конические)
поверхности вращения или одновременно противолежащие поверхности заготовки с
одинаковыми припусками на каждую поверхность, то такой припуск называется
симметричным. При обработке противолежащих поверхностей независимо друг от друга
припуск называется асимметричным. Если одна из противолежащих поверхностей не обрабатывается, то одностороннее расположение припуска является частным случаем
асимметричного припуска.
Для случаев симметричного припуска можно записать
z í  d1  d 2  / 2 ;
z â  d 2  d1  / 2
z  l1  l2  / 2
Для случая асимметричного припуска
z1  l1  l2 ; z 2  l 2  l3
где 2 z í , 2 z â , 2 z , z1 , z 2 – припуски на выполняемые технологические переходы; d1 , l1
– размеры, полученные на смежных предшествующих технологических переходах; d 2 , l 2 , l 3
– размеры, получаемые на выполняемых технологических переходах.
Общий припуск z î
на обработку резанием определяется суммированием
промежуточных припусков всех технологических переходов процесса от исходной заготовки
до готовой детали
n
zî   zi ,
i 1
где n – число технологических переходов.
На припуск задают допуск. Весьма важным мероприятием построения
технологического процесса является установление допусков на промежуточные
(операционные) размеры. Малый допуск удорожает обработку резанием и может привести к
браку из-за оставшегося на обработанной поверхности дефектного слоя. Большие допуски на
операционные размеры усложняют наладку станка на размер и работу на нем, так как в этом
случае значительно изменяется глубина резания, что приводит к большим колебаниям
размеров обработанных деталей.
Методы определения припусков
Припуск на обработку резанием определяется опытно-статистическим
и
расчетно-
аналитическим методами.
Опытно-статистический метод широко используется в машиностроении. Припуск по
этому методу устанавливается суммарно, на полную обработку резанием поверхности
заготовки, без учета составляющих его элементов, с использованием опытных данных
припусков на обработку аналогичных деталей. В поточно-автоматизированном производстве
нормативные таблицы припусков используют при проектировании цехов и заводов. В
остальных случаях припуски определяют расчетом.
Расчетно-аналитический метод основан
1. На анализе погрешностей обработки резанием, присущих каждому способу
обработки.
2. На устранении погрешностей предшествующей обработки и знании законов
суммирования производственных погрешностей.
Анализ погрешностей способов обработки дает возможность определить припуск,
обеспечивающий высокое качество обработки. Знание закономерности уменьшения
погрешностей предшествующей обработки позволяет рассчитать погрешности в каждом
технологическом переходе и величину припуска для последующего перехода.
Погрешности предшествующей обработки резанием устраняют путём снятия с
обрабатываемой поверхности слоя металла, включающего погрешности размера, формы и
взаимного расположения элементарных поверхностей, а также дефектный поверхностный
слой. Глубина резания, при которой удаляются указанные погрешности и дефектный слой,
обеспечивает более устойчивый процесс резания и высокое качество обработки.
На основе изучения причин, вызывающих появление производственных погрешностей
обработки резанием, устанавливаются законы их суммирования. Определение
действительной суммарной погрешности дает возможность установить для последующей
обработки резанием припуск (слой металла), величина которого позволяет устранить эти
погрешности.
Точность заготовок характеризуется погрешностью их размеров и формы, высотой
неровностей поверхности, глубиной дефектного слоя и отклонением от заданного положения
обрабатываемой поверхности. Отклонение от заданного размера должно находиться в
пределах поля допуска на размер. Погрешности формы (эллиптичность, конусность,
вогнутость, выпуклость и др.) должны быть также в пределах поля допуска на размер или
составлять часть допуска на размер, что оговаривается в чертеже детали. Таким образом,
отклонение от заданного размера и погрешность формы компенсируются допуском  à на
заданный размер предшествующего технологического перехода. Неровности поверхности
заготовки высотой Í à которая принимается равной высоте неровностей профиля Rz i 1 и
дефектный слой глубиной Ti 1 полученные на предшествующем технологическом переходе,
должны быть удалены на выполняемом переходе и, таким образом, являются составляющими
припуска на выполняемый технологический переход.
При обработке резанием заготовок деталей из серого чугуна лезвийным инструментом
на первом технологическом переходе дефектный поверхностный слой (корка) удаляется
полностью, что повышает стойкость инструмента. С заготовок-поковок обезуглероженный
слой удаляется также на первом технологическом переходе обработки резанием.
Поверхностный слой после обработки характеризуется наклепом (упрочнением), который на
последующем переходе полностью удалять не следует. Удаляется лишь верхняя часть с
нарушенной структурой.
Приведём схему поверхностного слоя наружной поверхности после обработки
резанием.
Удаляемая часть дефектного поверхностного слоя обозначена А, а неудаляемая его
часть – Б (наклеп и переходная зона); слой В — исходная структура; Rz i 1 – высота
неровностей поверхности и Ti 1 дефектный поверхностный слой после предшествующей
обработки. Величины Rz i 1 и Ti 1 известны, при расчете припусков их выбирают из таблиц
справочников.
Пространственные отклонения – непараллельность, неперпенди-кулярность,
несоосность наружных и внутренних поверхностей и др. – имеют самостоятельное значение
и не связаны с допуском на размер элементарной поверхности. При расчете припусков на
обработку эти отклонения учитываются в виде слагаемого. Например, при растачивании
отверстия
во
втулке, установленной в трехкулачковом патроне наружной поверхностью, последняя
является базой. Предварительно образованное отверстие диаметром
d 0 будет иметь
смещение относительно наружной поверхности втулки  à . Диаметр отверстия после
растачивания d1 с учётом компенсации указанной погрешности будет равен
d1  d 0  2  a .
Таким образом, составляющая припуска на выполняемый технологический переход –
растачивание отверстия, компенсирующая отклонение обрабатываемой внутренней
поверхности относительно базовой наружной поверхности, составляет 2  a . При
определении промежуточного припуска на
обработку резанием
учитывают также
погрешность установа  ó на выполняемом технологическом переходе, которая слагается из
погрешностей базирования  á и погрешности закрепления  ç . Погрешность установа характеризуется смещением обрабатываемой поверхности от номинального положения. Погрешность базирования при расчете припуска определяется суммарным смещением
обрабатываемой поверхности вследствие несовпадения установочной и измерительной баз и
наличия зазоров между установочной базой и установочными элементами приспособления.
Рассмотрим на примере обработки наружной поверхности заготовки при базировании
ее с зазором на жесткой оправке с закреплением по торцу.
Погрешность базирования представляет собой разность между наибольшим и
наименьшим предельными отклонениями поверхности на данном технологическом переходе
обработанной партии заготовок на налаженном станке. На схеме смещение 2 max заготовки
показано в одну сторону; погрешность базирования (зазор)
2 á  2 max или  á   min 
o
2

 îï
2
,
где  min – гарантированный наименьший зазор;  î – верхнее предельное отклонение
отверстия заготовки;  îï – нижнее предельное отклонение диаметра оправки.
Для компенсации погрешности базирования  á необходимо удалить слой металла,
равный удвоенной величине наибольшего зазора:
2 á  2 min   î   îï
Погрешность закрепления  ç определяется расчетным путем и зависит от схемы
установки и силы зажима.
Пространственные отклонения  à и погрешность установа  ó являются векторными
величинами и выбираются также по таблицам из справочников. Таким образом можно
определить минимальные промежуточные припуски по технологическим переходам от
готовой детали до исходной заготовки.
Припуск на диаметр для поверхностей вращения.
Тема 10 Проектування технологічних процесів механічної обробки, технічна
підготовка виробництва та її види.
10.1 Визначення маршруту обробки окремих поверхонь і деталі в цілому.
10.2 Побудова операцій технологічного процесу, вибір обладнання та інструментів,
розрахунок режимів різання та норм часу при проектуванні технологічного процесу.
10.3 Особливості нормування при багатоверстатній і багато-інструментній роботі.
10.4 Розрахунок необхідної кількості обладнання і визначення кількості робітників.
10.5 Маршрутні, операційні, маршрутно-операційні, технологічні процеси та їх
особливості.
10.6 Одиничний і типовий технологічні процеси, групова обробка.
10.7 Концентрація і диференціація технологічних операцій.
10.8 Основні види технологічної документації згідно ЄСТД і вимоги щодо її
оформлення.
10.9 Техніко-економічний аналіз варіантів технологічних процесів.
Разработка технологического процесса обработки резанием заготовок является
комплексной задачей, для решения которой в конкретных условиях нужно найти
оптимальный вариант превращения заготовки в готовую деталь, обеспечив при этом
заданное качество и точность согласно техническим условиям. Для разработки
технологического процесса обработки резанием заготовок необходимы следующие
исходные данные и материалы: рабочий чертеж детали и чертеж сборочной единицы, в
которую входит деталь; рабочий чертеж заготовки; программа выпуска деталей; условия
осуществления разработанного технологического процесса (действующее производство,
перспективный процесс и др.); ГОСТы и нормали на режущий и измерительный
инструменты; нормали и альбомы приспособлений; типовые процессы изготовления
деталей; технологические характеристики оборудования; руководящие материалы,
нормативы и справочная литература (по расчету припусков, выбору режимов резания и
др.).
Разработка технологического процесса изготовления детали осуществляется в
определенной последовательности. Ее начинают с изучения и критического анализа
рабочего чертежа детали и сборочного чертежа сборочной единицы, в которую входит данная деталь. Изучаются служебное назначение детали и условия ее работы в сборочной
единице. В случае выявления ошибок (неправильная простановка размеров и их точности,
ошибочные требования к шероховатости, поверхности, форме и т. п.) они должны быть
исправлены.
Метод получения заготовки, предопределяемый материалом детали и программой
выпуска, выбирается технологом заготовительного цеха (литейного, кузнечного и др.).
Построение и выбор варианта технологии механической обработки зависят от вида
заготовки.
Технологический процесс расчленяется на черновые, чистовые и отделочные
операции. Операция формируется таким образом, чтобы трудоемкость каждой из них была
равной или кратной такту выпуска изделия (промежутку времени, через который периодически происходит выпуск изделия). С целью повышения коэффициента использования
оборудования следует стремиться к тому, чтобы станкоемкость операции (фактическая или
расчетная занятость станка) была равна или кратна такту.
Технологический процесс включает одно-, многопереходные и многопозиционные
операции. Для однопереходной операции характерна обработка одной поверхности у одной
или нескольких деталей одним или несколькими одинаковыми режущими инструментами
(например, сверление отверстия одновременно с двух сторон, обтачивание
цилиндрической поверхности вала несколькими резцами, фрезерование торца валиков в
многоместном приспособлении и др.).
Многопереходная операция характеризуется обработкой нескольких поверхностей у
одной или нескольких деталей одним или несколькими инструментами либо нескольких
деталей разными инструментами (обработка на токарно-револьверных станках,
обтачивание на гидрокопировальных полуавтоматах и т. п.). Сюда же можно отнести
многопозиционные операции, базирующиеся на использовании многопозиционных или
агрегатных станков. При формировании операции важно учитывать возможности
многостаночного обслуживания или совмещения профессий. Следует выбирать
высокопроизводительное оборудование (полуавтоматы, автоматы, автоматические линии),
которое дает возможность вести обработку с максимальной концентрацией операций и
совмещать во времени выполнение позиций и переходов. Для черновых операций,
связанных со снятием наибольших припусков на обработку, следует использовать
станки, не отличающиеся высокой точностью, но обеспечивающие высокую производительность. Для чистовых операций используют станки, обладающие более высокой точностью,
а для отделочных — прецизионные станки.
Существенное влияние на структуру технологического процесса оказывают условия
его использования на действующем производстве и на вновь проектируемом заводе. В
условиях действующего производства при разработке технологического процесса
учитывается наличие свободного оборудования и загрузка действующего. В этом случае
проектирование процесса на увеличенный выпуск деталей должно происходить не простым
умножением числа единиц оборудования на коэффициент увеличения выпуска, а путем
технологических и организационных решений, обеспечивающих увеличенный выпуск
деталей. При разработке технологического процесса для нового завода оборудование выбирают из условий наиболее экономичного изготовления деталей.
Таким образом, при проектировании технологической операции необходимо иметь
следующие данные: маршрут обработки заготовки, схему ее базирования и закрепления,
точность обработки и шероховатость поверхностей, получаемых на рассматриваемой
технологической операции, точность и шероховатость поверхностей, обработанных на
предшествующих операциях, припуск на обработку. Если технологическая операция
проектируется на обработку в поточной линии, то необходимо, кроме того, знать темп
работы. Намеченная ранее операция (маршрутом) уточняется по содержанию:
устанавливают последовательность и возможность совмещения переходов, окончательно
выбирают оборудование и технологическую оснастку, рассчитывают режимы резания и
нормы времени, устанавливают наладочные размеры и составляют схему наладки.
Возможные варианты технологической операции (два-три варианта) сравнивают по
производительности и себестоимости с соблюдением технико-экономического принципа
проектирования. При проектировании технологической операции следует стремиться к
сокращению штучного времени. При использовании поточной линии штучное время
необходимо увязать с ее производительностью.
Сокращение нормы времени достигается совмещением нескольких технологических
переходов. Основное время снижается за счет использования высокопроизводительных и
комбинированных режущих инструментов, повышения режимов резания и уменьшения
припусков на обработку, а также за счет уменьшения числа технологических переходов и
рабочих ходов при обработке поверхностей. Вспомогательное время сокращается в
результате уменьшения времени на установку и снятие обработанных заготовок за счет
использования
быстродействующих
приспособлений,
уменьшения
времени
вспомогательных ходов.
Проектирование технологической операции должно сопровождаться расчетами
режимов резания, ожидаемой точности обработки резанием с учетом жесткости системы
СПИД, величин рабочих и вспомогательных ходов и т. п.
Режимы резания существенно влияют на точность и качество обработанной
поверхности, производительность и себестоимость обработки. Для одноинструментной
обработки резанием характерен следующий порядок назначения режимов резания: сначала
определяют глубину резания, затем подачу и после нее скорость резания. Глубина резания
определяется припуском на обработку и возможностью удаления его за один рабочий ход.
Если обработку производят на предварительно налаженном станке, то глубина резания
предопределяется ранее рассчитанным припуском на обработку данной поверхности. При
обработке за несколько рабочих ходов глубину резания устанавливают наибольшей с соответствующим уменьшением числа рабочих ходов. При этом для обеспечения заданной
точности и шероховатости поверхности глубину резания на последних рабочих ходах
уменьшают.
Подачу назначают
максимально
допустимой.
При
черновой
обработке
ограничивающим фактором является прочность слабого звена технологической системы
(обрабатываемая заготовка, режущий инструмент, отдельный элемент станка). При
чистовой и отделочной обработке резанием подачу устанавливают в зависимости от
точности обработки и шероховатости поверхности. Ее рассчитывают или выбирают по
нормативам, но с обязательным согласованием с паспортными данными станка.
По принятым глубине и подаче резания определяют тангенциальную составляющую
силы резания и момент резания, а затем рассчитывают силу зажима заготовки (необходимую
для конструирования приспособления), мощность и расходуемую энергию. В расчетах
силы закрепления принимают максимальную глубину резания, а при расчете расходуемой
энергии – глубину резания, подсчитанную по среднему промежуточному припуску (при
обработке партии заготовок это значение будет наиболее вероятным).
Скорость резания определяют по формулам или выбирают по нормативным
данным, исходя из условий выполнения данного технологического перехода. Обычно расчет
скорости резания производят в зависимости от стойкости режущего инструмента
C
v v m,
T
где Cv – постоянная для данных условий обработки с учетом глубины резания, подачи
и материала, заготовки;
T – стойкость режущего инструмента, мин;
m – показатель относительной стойкости ( m < 1).
Подсчитав скорость резания, определяют частоту вращения шпинделя (или число
двойных ходов стола или ползуна). Полученные значения согласовывают с паспортными
данными станка и при необходимости вносят коррективы в расчеты.
Особенность назначения режимов резания для многоинструментной обработки состоит
в обеспечении согласованной работы режущих инструментов, применяемых в данной
технологической операции. При этом необходимо учитывать особенности оборудования для
выполнения этой операции. Например, на токарно-револьверных станках, многорезцовых
токарных полуавтоматах, расточных станках характерна обработка комплектом режущих
инструментов, закрепленным в одном или нескольких блоках (суппортах или державках),
имеющих в каждом блоке одинаковую подачу на один оборот шпинделя, но разную скорость
резания в зависимости от размеров обрабатываемой заготовки. Глубину резания и подачу в
этом случае назначают, как и для одноинструментной обработки.
Для блока режущих инструментов выбирают наименьшую подачу (лимитирующую),
допускаемую механизмом подачи станка или жесткостью обрабатываемой заготовки. В
случае чистовой обработки подача регламентируется шероховатостью обработанной
поверхности. Лимитирующими режущими инструментами являются инструменты,
обрабатывающие участки с наибольшим диаметром и наибольшей длины. Выбранную
подачу по нормативам согласовывают с паспортными данными станка. Для лимитирующих
инструментов определяют коэффициент времени резания
l
  рез l ,
р .х .
где l рез - путь резания данного инструмента;
l р .х . - путь рабочего хода инструментного блока.
Стойкость каждого инструмента наладки, на которую ведется расчет скорости резания,
T  Tм   ,
где Т м – условно-экономическая стойкость лимитирующих режущих инструментов
данной наладки при их равномерной загрузке, мин.
Условно-экономическую стойкость выбирают по нормативным таблицам. В них
учитываются материалы обрабатываемой заготовки и режущего инструмента, число
инструментов в наладке, их тип и размер.
По стойкости предположительно лимитирующих режущих инструментов определяют
по нормативным данным скорости резания v ; наименьшая из них соответствует
лимитирующему инструменту. По этой скорости рассчитывают частоту вращения шпинделя n и корректируют по паспортным данным станка. Затем определяют суммарные
момент и мощность резания. Их сопоставляют также с паспортными данными станка при
установленной частоте вращения шпинделя и при необходимости корректируют,
соответственно изменив подачу и скорость резания.
На многошпиндельных сверлильных, расточных, продольно-фрезерных станках
комплект режущих инструментов, закрепленных в блоке или головке, работает с
разными скоростями, но с единой минутной подачей. Продолжительность работы каждого
инструмента может быть различной в зависимости от размеров обрабатываемых
поверхностей. В этом случае глубину резания назначают для каждого режущего
инструмента наладки, после чего по нормативам выбирают подачу на один оборот шпинделя
s0 . Далее выявляют лимитирующие по скорости резания инструменты и по ним условноэкономическую стойкость T фактически лимитирующего режущего инструмента. Используя
нормативы по условно-экономической стойкости, находят скорость резания v для всех
инструментов наладки. Для мерных чистовых инструментов (например, разверток) скорость
резания устанавливают не по стойкости, а по заданной точности обработки и шероховатости
обработанной поверхности. Затем определяют частоту вращения инструментных шпинделей
nи и минутную подачу режущего инструмента
s м  s0  nи .
Наименьшую величину s м принимают для многошпиндельной головки, после чего
корректируют частоту вращения инструментных шпинделей
s
nик  м .
s0
По nик рассчитывают фактические скорости резания
  d  nик
vф 
.
1000
Установленные режимы резания позволяют определить суммарные осевую силу,
момент и мощность резания. По этим величинам окончательно корректируют режимы
резания в соответствии с паспортными данными станка.
Для автоматических линий и агрегатных станков скорость резания обычно назначают
из условий, чтобы стойкость режущих инструментов была равна не менее половины рабочей
смены. Затупившиеся инструменты меняют в обеденный перерыв и между сменами без
простоя оборудования, малонагруженные инструменты меняют между рабочими
сменами или через несколько смен. Замена инструмента – принудительная, независимо от
его износа.
Разработанный
технологический
процесс
оформляется
технологической
документацией. В единой системе технологической документации (ЕСТД) предусмотрен
комплект технологических документов; основные из них – маршрутная карта и карта технологического процесса. Маршрутная карта – технологический документ, содержащий
описание технологического процесса изготовления или ремонта изделия (включая контроль
и перемещения) по всем операциям в технологической последовательности с указанием
данных об оборудовании, оснастке, материальных и трудовых нормативах в соответствии с
установленными формами. Карта технологического процесса – технологический документ,
содержащий описание технологического процесса изготовления или ремонта изделия
(включая контроль и перемещения) по операциям одного вида работ, выполняемых в одном
цехе в технологической последовательности с указанием данных о средствах
технологического оснащения, материальных и трудовых нормативах.
В комплект технологических документов входят также операционная карта, карта
эскизов, технологическая инструкция, ведомость деталей (сборочных единиц) и другие
документы. Операционная карта – технологический документ, содержащий описание
технологической операции с указанием переходов, режимов обработки и данных о
средствах технологического оснащения. Эти карты выполняют по всем операциям в
условиях серийного и массового производства и дополняют маршрутной картой. При выполнении операций на станках с программным управлением составляют расчетнотехнологическую карту с необходимыми данными по траектории движения режущего
инструмента и элементам работы, на основе которой разрабатывают управляющую
программу станка.
Карта эскизов – технологический документ, содержащий эскизы, схемы и таблицы,
необходимые для выполнения технологического процесса, операции или перехода
изготовления или ремонта. Для обработки резанием эти карты выполняют в виде эскизов
наладок (схемы установа заготовок с указанием полученных размеров с допусками и
шероховатостью
обработанных поверхностей). Таблицы и схемы размещают на
свободном поле карты эскиза справа от изображения или под ним.
Комплектовочная карта – технологический документ, содержащий данные о деталях,
сборочных единицах и материалах, входящих в комплект собираемого изделия.
Технологическая инструкция – технологический документ, содержащий описание приемов
работы или технологических процессов изготовления (включая контроль), правил
эксплуатации средств технического оснащения и др.
Строгое выполнение указаний технологической документации обеспечивает
технологическую дисциплину на предприятиях и выпуск высококачественных изделий.
Проектирование технологического процесса сопровождается разработкой технического
задания на конструирование специального оборудования, рабочих и контрольных
приспособлений, режущего и измерительного инструмента.
Технико-экономический анализ вариантов технологического процесса
Технологический процесс обработки резанием может быть разработан в двух – трех
вариантах. Выбор наиболее эффективного варианта производится по техникоэкономическому сравнительному анализу.
Операция технологического процесса является его основным расчетным элементом.
Время, затрачиваемое на выполнение операции, называемое нормой времени, служит
критерием целесообразности построения операции для конкретных условий. Норма времени
t шт определяется по формуле
t шт  t о .т  t в  t об  t п ,
где t о .т - основное технологическое время; t в - вспомогательное время; t об - время
технического и организационного обслуживания рабочего места; t п - время перерывов на
отдых рабочего. Основное технологическое время
Lp  i
t о .т 
,
s
где Lp – расчетная длина обработки; s – подача, мм/мин; i – число проходов.
Время технического и организационного обслуживания рабочего места (смазка и
чистка станка, удаление стружки со станка и т. п.) нормируется в процентном отношении
к оперативному времени
t оп  t о .т  t в
Время перерывов на отдых берется также в процентах от оперативного времени.
Тогда формула для нормы времени
t t
t шт  ( t о .т  t в )( 1  об п )
100
Величина, обратная норме времени, называется нормой выработки (в шт. в единицу
времени):
1
Q
t шт
Сменная норма выработки
60  Т см
Qсм 
t шт
где Тсм – продолжительность рабочей смены, ч.
Норма времени и норма выработки являются основными критериями оценки станочной
операции и характеризуют производительность труда. Определив штучное время для разных
вариантов операции, можно сопоставить их по производительности.
В условиях обработки деталей партиями (крупносерийное производство с
периодически повторяющимися операциями, обработка на переналаживаемых групповых
станочных линиях) нужно учитывать затраты подготовительно-заключительного времени
Т п .з (ознакомление рабочего с работой и чертежом, подготовка и наладка оборудования и т.
п.). Норма времени Тпарт на заданную партию
Т парт  t шт  n  Tп .з ,
где tшт – норма времени; п – число деталей в партии; Т п .з - подготовительнозаключительное время (не зависит от размера партии).
По норме времени можно определить коэффициент основного времени
t
  от .
t шт
Коэффициент основного времени может служить сравнительной характеристикой
вариантов аналогичных операций. Для оценки различных методов он неприменим.
Например, протягивание является высокопроизводительным методом, а коэффициент ОВ
при протягивании отверстий ниже, чем при развертывании. Это объясняется малой величиной
основного времени при протягивании.
Для характеристики процесса изготовления детали в целом с учетом метода
получения заготовки можно применить коэффициент использования материала
р
м  ,
Р
где р — масса готовой детали; Р — масса заготовки.
Приведем некоторые практические данные о коэффициентах использования
металла. Чугунное литье в земляные формы при машинной формовкепо металлическим
 м = 0,8 – 0,9; втулок и гильз  м = 0,5 – 0,6; небольших
шкивов и маховиков  м = 0,7 – 0,9. Штамповка на молотах стальных рычагов и вилок  м =
0,8 – 0,95; валов с фланцами и ступенчатых валов  м = 0,7 – 0,85; зубчатых колес с
обрабатываемым зубом  м = 0,35 – 0,55; гладких валиков с центральными отверстиями  м =
моделям: корпусных деталей
0,35 – 0,55.
Показателем правильного
Коэффициент загрузки
выбора
оборудования
является
его
загрузка.
з 
О р .з
Оп .с .
Где О р .с . и Оп .с . - расчетное и принятое число станков на операции.
Расчетное число станков определяется отношением
t
О р .с .  шт
л
где t шт норма времени на выполнение операции;  л  F
темп работы линии; F –
N
годовой фонд времени работы оборудования; N – годовой выпуск деталей. Тогда
коэффициент загрузки
t N
 з  шт
F  Оп .с .
Коэффициент загрузки линии
1 т
 з . л   з ,
т 1
где т — число станков в линии.
Таким образом,  з . л является средним значением коэффициентов загрузки отдельных
станков линии. Коэффициент загрузки поточной линии должен быть в пределах 0,75 – 0,85.
Важным показателем при сопоставлении вариантов разработанного технологического
процесса механической обработки деталей является трудоемкость, которая определяется
как сумма штучных времен всех операций процесса:
т0
Т   t шт
1
где т0 - число операций в технологическом процессе.
Трудоемкость характеризует затраты живого труда в каждом варианте
технологического процесса, но не учитывает овеществленный труд в материалах и средствах
производства. Характеристикой сопоставляемых вариантов технологического процесса по
суммарным затратам живого и овеществленного труда служит себестоимость детали. Для
сравнительного анализа можно пользоваться цеховой себестоимостью детали.
Заработную плату станочника и цеховые накладные расходы при определении
себестоимости детали относят только к механической обработке. Поэтому заработная плата
Р з в себестоимости детали определяется суммированием заработных плат по операциям
т0
Р з   t шт  Зi ,
1
где t шт - штучное время (разное по операциям); Зі - заработная плата в единицу
времени (разная по операциям).
Определение цеховых накладных расходов, отнесенных к изготовленной детали,
осложняется необходимостью калькуляции цеховых расходов, связанных с определенными
станками, на которых выполняются варианты технологического процесса.
Себестоимость детали, как основной критерий в совокупности с другими техникоэкономическими показателями, позволяет выбрать оптимальный вариант технологического
процесса механической обработки.
Типизация технологических процессов
Применение различных технологических процессов изготовления одинаковых или
близких по конфигурации и размерам деталей на разных автомобильных и тракторных
заводах приводит к тому, что трудоемкость этих деталей существенно различна. Использование различного оборудования и технологической оснастки для изготовления одинаковых
деталей при их различном выпуске вызывает различие в трудоемкости изготовления
деталей.
Разработка и обоснование общих принципов проектирования технологических
процессов и разработка на базе классификации деталей типовых процессов позволяют
сократить разнообразие последних и создавать оптимальные их варианты для различных
условий производства.
Общесоюзным классификатором все машиностроительные детали разбиты на два
класса. К первому классу отнесены детали типа тел вращения (валы, втулки, диски,
цилиндры и др.), ко второму – детали – не тела вращения (корпусные детали, рычаги, плиты
и др.). Каждый класс разделен на подклассы, затем на группы и подгруппы с учетом
конструктивных особенностей деталей.
Под типизацией технологических процессов понимают создание процессов,
охватывающих изготовление всех деталей данного класса и служащих базой для разработки
оптимального технологического процесса изготовления любой детали в различных производственных условиях.
На технологический процесс обработки детали влияет ряд факторов: конструктивная
особенность детали (размеры, форма, точность обработки), величина выпуска и метод
получения заготовки.
Размеры детали существенно влияют на характеристику оборудования для ее
изготовления и на характер самого технологического процесса. Детали одинаковой формы,
но имеющие значительную разницу в размерах, изготовляют по несходным технологическим
процессам (например, коленчатый вал двигателя и коленчатый вал компрессора). Коренные и
шатунные шейки коленчатого вала двигателя обтачивают на крупных специальных или
специализированных токарных станках, обработка тех же поверхностей коленчатого вала
компрессора производится на простых токарных или многорезцовых станках, оснащенных
приспособлениями. Корпусные детали (например, блок цилиндров и корпус водяного
насоса) также изготовляют на разном оборудовании.
В условиях поточного производства различные поточные линии (индивидуальные,
спаренные, групповые) должны создаваться для деталей одинаковых размеров и одного
класса, имеющих сходные технологические процессы обработки.
Форма детали во многом предопределяет процесс ее изготовления. Однако в некоторых
случаях детали различной формы изготовляют по сходным технологическим процессам.
Например, ступенчатый вал и крестовина различаются по внешней форме, но имеют
сходные технологические процессы обработки. Сходные технологические процессы имеют
корпусные детали, кронштейны, стойки, хотя все они различаются внешней формой.
Точность обработки оказывает влияние на технологический процесс изготовления
Детали. Высокая точность поверхностей детали обеспечивается введением в
технологический процесс обработки без изменения последовательности основных операций
дополнительных отделочных операций. Это, в свою очередь, вызывает необходимость в
станках высокой точности. В результате повышается трудоемкость механической
обработки.
Объем выпуска деталей предопределяет выбор оборудования и в определенной
степени влияет на технологический процесс. Большой выпуск деталей обеспечивается за
счет применения высокопроизводительного оборудования, специальных автоматизированных приспособлений и устройств и специального режущего и измерительного
инструмента.
Метод получения заготовки зависит от конструктивных особенностей детали и объема
выпуска и оказывает решающее влияние на процесс обработки резанием. При разработке
типовых технологических процессов для массового и крупносерийного производства не
следует использовать методы получения грубых заготовок (свободная ковка, ручная
формовка и т. д.). Обработка резанием заготовок с большими припусками резко повышает
трудоемкость и стоимость изготовления детали, расход металла на деталь увеличивается в
2 – 3 раза.
Автоматизация проектирования технологических процессов
Применение электронных вычислительных машин (ЭВМ) позволяет решать большие
технологические задачи: проектировать типовые технологические процессы изготовления
стандартных деталей, разрабатывать нормативы для технологического проектирования. С
помощью ЭВМ можно выбрать метод получения заготовки, рассчитать припуск на
обработку и точность обработки, режимы резания и нормы времени и т. д. Поэтому
проектирование технологических процессов обработки резанием и сборки с помощью ЭВМ
является одной из основных технологических задач. ЭВМ можно использовать и как
средство автоматического управления комплексом технологического оборудования.
Проектированию технологического процесса на ЭВМ предшествует разработка
математической модели проектируемого процесса в виде аналитических или
экспериментальных зависимостей, таблиц. Следует учитывать, что сложные явления
невозможно описать точными математическими формулами, поэтому их представляют
приближенными (аппроксимирующими) выражениями.
Наиболее сложной задачей является предварительная разработка алгоритма
технологического проектирования и составления программы ЭВМ. Алгоритмом называют
систему операций, выполняемых в определенном порядке для решения поставленной задачи.
Программа представляет собой описание алгоритма на определенном языке. Программы
перед вводом в ЭВМ кодируются на языке машины и записываются на носитель информации.
После этого программа представляет собой совокупность команд, преобразуемых в ЭВМ в
управляющие сигналы.
Технологические маршруты обработки заготовок деталей разрабатывают на основе
типовых технологических процессов. Исходными данными являются конструкция детали и
технические условия на ее изготовление, вид заготовки, объем выпуска, данные об
оборудовании и технологической оснастке. При этом деталь относят к классу, группе или
подгруппе в соответствии с общесоюзным классификатором. Сначала кодируют исходную
информацию, а затем записывают ее на перфоленту, которая вводится в приемное
устройство ЭВМ. При кодировании операций указывают их код, характеризующий
операцию и выполняемые работы.
Использование ЭВМ при проектировании технологических процессов обработки
резанием обеспечивает снижение трудоемкости в 10 – 15 раз и себестоимости, по сравнению
с обычными методами проектирования, в 2 – 4 раза. Себестоимость детали в целом
снижается на 50 – 70%.
АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ОБРАБОТКИ
РЕЗАНИЕМ
Механизация технологических процессов – частичная или полная замена ручного
труда машинным той части технологического процесса, которая связана с изменением
формы и качества объекта при непосредственном участии рабочего в управлении
оборудованием и контроле за работой.
Автоматизацией технологических процессов называют комплекс мероприятий по
управлению и контролю технологических процессов или технологического оборудования,
осуществляющий рабочие и вспомогательные процессы без участия рабочего.
Автоматизация станков, заключающаяся в оснащении их загрузочными и
разгрузочными устройствами, приспособлениями и механизмами, упрощающими и
ускоряющими некоторые действия рабочего, называется малой автоматизацией.
Развитие и внедрение автоматизации обеспечивает повышение производительности
труда и качества выпускаемых изделий, сокращение числа производственных рабочих по
сравнению с этими показателями при неавтоматизированном производстве. Вместе с тем
повышается стоимость, ремонтосложность, усложняется наладка и обслуживание
оборудования. Однако экономический эффект от внедрения автоматизации обеспечивает
окупаемость затрат на нее.
Важнейшим фактором успешного внедрения автоматизации
является надежность автоматизированного оборудования.
и механизации
Этапы автоматизации технологических процессов
На первом этапе автоматизация технологических процессов охватила лишь отдельные
операции обработки. Сборку, контроль и упаковку изделий производили вручную или при
помощи средств механизации. На этом этапе решалась задача автоматизации рабочего цикла
и создание автоматов и полуавтоматов. Под рабочим циклом оборудования подразумевают
время выполнения полных рабочих и холостых ходов при обработке заготовки
Тц  t р  tх ,
где tp – время рабочих ходов; tx – время холостых ходов.
При выполнении технологической операции рабочие ходы (перемещения)
осуществляются непосредственно при обработке резанием (изменение состояния, формы и
качества обрабатываемой заготовки). Холостые ходы (вспомогательные перемещения) служат для подготовки рабочих ходов, но непосредственно не связаны с обработкой.
Например, подвод и отвод инструмента, загрузка и закрепление заготовки на обработку,
открепление обработанной заготовки и т. д. Рабочий и холостой ходы могут
совмещаться.
Любой станок самостоятельно выполняет рабочие ходы, если он выполняет еще и
холостые ходы, то такой станок является автоматом. Автоматом называют
самоуправляющийся станок, который при выполнении технологического процесса
производит все рабочие и холостые ходы цикла обработки, кроме наладки и
подналадки.
По степени автоматизации станки можно разделить на несколько групп:
Универсальные станки с ручным управлением имеют ту особенность, что часть
технологической операции, связанная с изменением состояния, формы и качества
обрабатываемой заготовки, выполняется станком, а холостые ходы и управление
последовательностью элементов рабочего цикла – рабочим с помощью кнопок, рукояток,
маховиков, штурвалов и т. д.
Универсальные автоматы и полуавтоматы в отличие от станков с ручным
управлением характеризуются высокой производительностью и значительными возможностями многостаночного обслуживания. Высокая производительность обеспечивается
благодаря использованию принципов совмещения отдельных рабочих и холостых ходов.
В случае переналадки автоматов и полуавтоматов (которая занимает несколько
часов) производительность их снижается, так как мобильность их значительно ниже, чем
неавтоматизированных станков. По этой причине универсальные автоматы и полуавтоматы
типичны для крупносерийного и массового производства.
Специализированные и специальные автоматы и полуавтоматы используются
только в массовом производстве при изготовлении деталей, которые длительное время
остаются неизменными. Специализированными называют станки, которые можно
переналадить на обработку узкой группы однотипных деталей, специальными — станки,
предназначенные для изготовления конкретной детали. Конструктивно эта группа станков
значительно проще универсального оборудования. Кроме того, возможно применять
оптимальные схемы обработки, а благодаря высокой жесткости — повышать режимы
резания. Все это обеспечивает дальнейшее повышение производительности труда.
Специализированные и специальные автоматы и полуавтоматы в большинстве не
могут быть использованы при смене объекта производства, хотя по состоянию они
пригодны к работе.
Агрегатные станки. Отличительная особенность этих станков состоит в том, что они
компонуются из типовых механизмов и узлов. Станкостроительные заводы могут,
комбинируя унифицированные узлы, создавать агрегатные станки различного
технологического назначения. Наиболее распространены станки для обработки резанием
заготовок корпусных деталей. На агрегатных станках выполняют сверление,
растачивание, нарезание резьбы, фрезерование и другие технологические операции.
Большинство узлов станков сохраняет свое назначение и может применяться при обработке
заготовок других деталей. Нормализованные детали в агрегатном станке составляют
обычно 70 – 80%. Наличие унифицированных узлов и механизмов дает возможность
создавать разнообразные компоновки станков и автоматических линий с малым количеством
оригинальных элементов.
Станки с числовым программным управлением. Принципиальной особенностью
станков с ЧПУ является высокая мобильность и повышение степени автоматизации. Если в
автоматах и полуавтоматах программоносителями являются кулачки, копиры или упоры, то
в станках с ЧПУ программа задается с помощью кодированной информации на магнитном
или оптическом носителе, считывается и преобразуется электронной системой.
Наиболее характерными являются многооперационные станки с ЧПУ и
автоматической заменой режущих инструментов, получившие название обрабатывающих
центров.
Высшей формой поточно-автоматизированного производства на первом этапе
автоматизации является создание поточных линий из автоматов и полуавтоматов.
Характерный для них признак – автоматический рабочий цикл. Межста-ночное
транспортирование, накопление заделов, удаление стружки и т. д. выполняются
вручную. В поточных линиях из полуавтоматов вручную выполняется, кроме того, загрузка
заготовок на обработку и снятие обработанной заготовки.
Второй этап автоматизации характеризуется созданием автоматических линий, на
которых выполняются разнообразные операции обработки резанием, контроля, сборки и т.
д. Автоматическая линия представляет собой систему станков, расположенных по
технологическому процессу последовательно, и объединенных средствами транспортировки и
управления, автоматически выполняющих технологические операции, кроме наладки и
подналадки.
По принципу работы автоматические линии разделяют на синхронные — жесткие и
несинхронные — гибкие. В синхронной автоматической линии
обрабатываемые
заготовки во время обработки передаются от станка к станку (с позиции на позицию) без
транспортирования в магазины-накопители или бункера. Станки в линии связаны
жестким транспортом, и образуют прямоточную линию. В несинхронных автоматических
линиях каждый станок имеет бункер или магазин-накопитель для хранения
обрабатываемых заготовок и автоматическое загрузочно-разгрузочное устройство.
Благодаря гибкой связи станки в линии могут работать независимо.
По типу применяемого металлорежущего оборудования автоматические линии бывают
из универсальных, агрегатных, специализированных и специальных станков.
Автоматические линии из универсальных станков-автоматов и полуавтоматов
находят относительно большое применение в машиностроении и преимущественно для
обработки заготовок деталей типа тел вращения. Такие линии создаются на базе поточных
линий оснащением их автооператорами (загрузка и выгрузка заготовок), транспортерами
(межстаночное транспортирование), подъемниками, накопителями и другими целевыми
механизмами, а основные механизмы остаются неизменными. К преимуществам такой
автоматизации относятся небольшие сроки проектирования, сравнительная простота и
низкая стоимость. Поскольку линию создают на базе действующего оборудования, многие
механизмы которого опробованы и проверены в работе, то этим обеспечивается ее высокая
надежность.
Широкое применение автоматические линии из универсального оборудования
получили в подшипниковой промышленности (обработка подшипниковых колец), а
также используются при изготовлении деталей типа зубчатых колес.
Автоматические линии из агрегатных станков получили широкое применение в
крупносерийном и массовом производстве. На них обрабатывают заготовки деталей
различных размеров и формы. Линии собирают из унифицированных узлов и механизмов
(агрегатов), что значительно сокращает время на проектирование и монтаж линии. В линиях
унифицированы шаговые транспортеры, транспортеры отвода стружки, поворотные столы,
кантователи, пульты управления.
Автоматические линии из специализированных станков применяют также в
крупносерийном и массовом производстве. Эти линии состоят обычно из станков,
выпускаемых серийно. Станки могут работать отдельно в поточных линиях, но
конструктивно предусмотрена возможность встраивания их в автоматические линии. Они
предназначены для обработки нескольких однотипных заготовок деталей и поэтому
спроектированы как специализированные.
Автоматические линии из специализированных станков применяют для обработки
заготовок деталей типа тел вращения, которые невозможно обработать на агрегатных
станках (заготовки с большим припуском, с фасонными поверхностями).
Автоматические линии из специальных станков используют при изготовлении
деталей, конструкции которых стабильны в течение длительного времени. Отличительная
черта большинства автоматических линий из специальных станков состоит в том, что они
являются комплексными: охватывают обработку резанием, контроль, сборку, смазку и
упаковку. Недостатком комплексных автоматических линий из специальных станков
являются их высокая стоимость и длительные сроки проектирования и освоения. Поэтому
они эффективны при массо-вом производстве однотипных изделий.
Производительность и надёжность автоматических линий.
Производительность автоматической линии, как и любого автоматизированного
оборудования, определяется количеством годных деталей, изготовленных в единицу
времени. Если бы отсутствовали затраты времени на холостые ходы инструментов tx, зажим и
разжим заготовок и межстаночное транспортирование их tтр, то производительность линии
определялась бы только длительностью рабочих ходов tp. Такую производительность
называют технологической. Она означает количество деталей, обрабатываемых на линии
(автомате) в единицу времени при условии бесперебойной работы (например, автоматические
линии из бесцентрово-шлифовальных станков, работающих на проход; автоматы
непрерывного протягивания и т. д.). Технологическая производительность (шт/ч)
Qт  60 / t р .
При полном отсутствии простоев, когда работа автоматической линии состоит в
периодическом повторении рабочих и холостых ходов в заданной последовательности, т. е. в
периодическом повторении рабочего цикла Тц, производительность линии называют
цикловой (теоретической). Длительность рабочего цикла
Т ц  t р  t х  t тр
определяет цикловую производительность автоматической линии
Qц  60 / Tц  60 / t р  t х  t тр
При непрерывном действии автоматической линии и автомата tx = 0, и цикловая
производительность равна технологической; в остальных случаях она меньше.
После определенного времени непрерывной (безотказной) работы автоматической
линии ее останавливают для выполнения ремонтных или профилактических работ, связанных
с
обслуживанием
инструментов или механизмов станков. Таким образом,
производительность ее будет снижаться за счет этих остановок, которые называются
внецикловыми простоями времени автоматической линии и автомата. К внецикловым
простоям относятся: смена, регулирование и подналадка инструмента  t c.и. ; ремонт и
регулирование механизмов, замена изношенных деталей и узлов  t об . Возможны простои
по организационным причинам, например, когда линия и автомат работоспособны, но
отсутствуют заготовки, электроэнергия и т. д.
При проектировании автоматических линий и станков-автоматов учитывают в первую
очередь простои (внецикловые), связанные с обслуживанием инструмента и механизмов.
Производительность Qp с учетом внецикловых потерь называют расчётной
Q р  60 /(Tц   t с.и   t об ) .
Производительность, подсчитанная с учетом всех простоев, в том числе по
различным организационным причинам называется фактической
Q р  60 /(Tц   t с.и   t об   t орг ) , шт/час
Эффективное использование автоматических линий обеспечивается всемерным
сокращением внецикловых простоев. Влияние их на производительность оценивается с
помощью коэффициентов. Отношение Q р / Qц   т.и называют коэффициентом технического
использования линии. Он зависит от продолжительности внецикловых простоев по
техническим причинам (  t c.и. и  t об ). Отношение Qф / Qц   ол называют коэффициентом
общего использования линии; он показывает, какую часть фонда времени работает линия.
Коэффициент технического использования Q р / Qц   т.и зависит от надежности линии в
целом (от числа сборочных единиц и элементов, входящих в линию, их надежности,
структуры и компоновки линии).
Под надежностью автоматических линий следует понимать свойство линий
выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных
пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования. Надежность
линий предопределяется их долговечностью, безотказностью и ремонтопригодностью.
Долговечность линий — важнейший фактор их надежности. Надежность
характеризуется свойством линии сохранять работоспособность до наступления
предельного состояния при определенных режимах работы и условиях эксплуатации. При
предельном состоянии линии дальнейшая ее эксплуатация экономически нецелесообразна.
Безотказность — свойство линии непрерывно сохранять работоспособность в
определенных режимах и условиях эксплуатации. Количественно безотказность оценивается
интенсивностью отказов, наработкой на отказ и другими показателями. Наработка на отказ — среднее значение времени работы линии между двумя последовательно возникшими
отказами (остановами).
Ремонтопригодность — приспособленность линии к восстановлению исправности и
поддержанию технического ресурса (предупреждение, обнаружение и устранение
неисправностей и отказов).
Важнейшим критерием оценки долговечности принят технический ресурс, равный
суммарной наработке за весь срок службы.
Комплексными показателями надежности служат собственные внецикловые простои
(  t c.и. +  t об ) и коэффициент технического использования  т.и . Они являются также
важнейшими параметрами теории производительности.
Промышленные роботы.
Транспортно-загрузочные механизмы автоматических линий с жесткой связью
строятся с использованием шаговых транспортеров, загружателей и перегружателей и
поворотных устройств. В автоматических линиях с гибкой связью типовыми транспортнозагрузочными
механизмами
являются
транспортеры-подъемники,
транспортерыраспределители, автооператоры для загрузки заготовок на обработку и съема обработанных,
отводящие транспортеры. Характерной особенностью всех этих устройств и механизмов,
особенно автоматической загрузки и съема, являются их встраиваемость и
специализация. Они работают в едином цикле с технологическим оборудованием и, следовательно, конструктивно с ним связаны. Такая узкая специализация транспортнозагрузочных механизмов обусловливает не более двух-трех степеней свободы с
простейшими движениями.
В настоящее время находят применение транспортно-загрузочные устройства с
большим числом степеней свободы (до шести и более), конструктивно не связанные с
технологическим оборудованием (невстраиваемые) и автоматически управляемые по
заданной программе. Эти устройства получили название промышленных роботов.
По сравнению со специализированными автоматическими устройствами автоматизация
с применением роботов не требует длительных сроков ее внедрения и больших затрат при
переводе робота на другую работу (благодаря его универсальности). Кроме того, затраты
на отладку роботов меньше, чем на отладку и регулировку специализированных
автоматических устройств, так как отладка роботов производится не при внедрении, а при
изготовлении их на заводе; требуется лишь ручная наладка на заданную программу.
Таким образом, промышленный робот представляет собой многоцелевое устройство,
характеризующееся гибкостью и универсальностью выполнения различных операций.
Робот состоит из следующих основных элементов: манипуляционных устройств
(манипуляторов), приводных устройств, системы управления, чувствительных элементов и
средств передвижения.
Манипуляционные устройства (манипуляторы) являются исполнительными органами
(«руками») робота, имеющими много степеней подвижности (на практике — от четырех до
семи).
Приводные устройства управляют движениями механической руки робота. Сигналы
на управляемое движение в определенном шарнире руки формируются в системе
управления. Приводные устройства для управления движением руки часто помещают
непосредственно в шарнирах или на звеньях руки, около каждого шарнира. Применяется
также компоновка всех приводов и моторном блоке.
Система управления может быть с ЭВМ или без нее и иметь несколько уровней при
выполнении различных ручных операций. Каждый уровень системы управления робота
имеет обратные связи, по которым передается информация о состоянии и действии
нижних уровней, а также свои внутренние обратные связи, формирующиеся
соответствующими датчиками информации и устройствами ее обработки.
Чувствительные
элементы
робота
являются
важными
факторами
функционирования системы управления. Они представляют собой соответствующие
датчики информации, играющие роль органов чувств и источников обратной связи системы управления. Датчики дают информацию о состоянии и изменении среды, в
которой действует рука (руки) робота, о положении и движении захвата руки и ее
звеньев и т. д. Таким образом, чувствительные элементы действуют подобно органам
чувств человека и дают необходимые сигналы в систему управления.
Средства передвижения робота различны. Часто используют рельсовую или
безрельсовую тележку с автоматическим управлением либо телеуправлением, установку
робота на подвеску, передвигающуюся на роликах по потолочному или настенному рельсу.
Управление технологическим процессом от ЭВМ
Внедрение в производство станков с программным управлением позволяет использовать
ЭВМ не только для подготовки программ, но и для управления станками. Применение
числового управления технологическим оборудованием вызвало глубокие изменения в
технологии и конструкции самих станков.
ЭВМ используются и как средства автоматического управления несколькими
станками. Для этого разработаны специальные ЭВМ; от одной ЭВМ может управляться до
250 станков (в зависимости от ее мощности). Для управления таким количеством станков
одна центральная ЭВМ связана с ними через ряд промежуточных линий ЭВМ, каждая из
которых управляет небольшой группой станков. Функции управления разделены между
центральной и промежуточной ЭВМ.
Система управления станками от одной центральной электронной вычислительной
машины накапливает программы в центральной памяти, которые распределяются по
системам программного управления через промежуточные ЭВМ, минуя считывающие
устройства и передаются на станки. Станки можно расположить в разных местах, но
каждая группа станков должна образовывать единое целое. Следовательно, можно
управлять группой станков, производящих обработку резанием всех деталей одной
сборочной единицы.
Основным преимуществом такой системы следует считать использование ЦЭВМ,
позволяющей сочетать программное управление станками с общим управлением
производством, что дает возможность оперативно управлять станками в соответствии с поступающими заказами и, следовательно, осуществлять коррекцию программы. Это снижает
время, затрачиваемое на проверку программ, их коррекцию и оптимизацию, в результате чего
снижается производственный цикл при запуске нового изделия.
Применяют два способа управления станками от ЭВМ: прямое управление и
система ЭВМ – ЧПУ – способ, при котором ЭВМ связана со станками с ЧПУ. В системе
прямого управления станками имеется отдельное устройство — связующее звено между
центральной ЭВМ и станком.
ЭВМ в системах управления автоматизированными технологическими комплексами
управляют циклом, производят сбор данных о состоянии и работе отдельных агрегатов и
линий и осуществляют контроль за их работой. Благодаря ЭВМ перестройка логической
системы сводится к замене программы ЭВМ.
Тема 11 Основні види обробки типових поверхонь та виготовлення типових
деталей автомобілів і тракторів.
11.1 Види поверхонь деталей автотракторної техніки: зовнішні і внутрішні поверхні
обертання, площини, різьбові та шліцьові поверхні.
11.2 Обробка зовнішніх поверхонь оберту.
11.3 Особливості обробки на багато-різцевих верстатах, револьверних верстатах і
верстатах-автоматах.
11.4 Обточування, обробка абразивними інструментами: кругле шліфування
з
повздовжньою та поперечною подачею суперфінішування, притирання, полірування.
11.5 Обробка без зняття стружки.
11.6 Обробка отворів.
11.7 Свердління. розточування, зенкерування, розвертання.
11.8 Протягування отворів.
11.9 Особливості обробки глибоких і глухих отворів.
11.10 Обробка отворів абразивними інструментами: шліфування, обробка, пластичним
шліфуванням (розкатка).
11.11 Обробка деталей типу круглих стрижнів та дисків: фланців, валів, зубчастих
коліс. Загальна схема побудови технологічного процесу обробки деталей даного типу.
11.12 Обробка площин: стругання, фрезування, протягування, шліфування, притирання.
11.13 Виготовлення корпусних деталей: методи виготовлення заготовок, базування,
закріплення при обробці типова послідовність операцій обробки, забезпечення точної
координації взаємопов’язаних поверхонь.
11.14 Виготовлення деталей типу порожніх циліндрів.
11.15 Виготовлення деталей типу не круглих стрижнів.
11.16 Обробка різьби. Нарізання різцями, гребінками, плашками, різьбонарізними
головками.
11.17 Обробка різьбових отворів мітчиками, різцями, різьбонарізними головками.
11.20 Основні етапи технологічного процесу виготовлення кузовів: холодна штамповка,
складання, зварювання, підготовка для фарбування, опоряджувальні роботи фарбованих
поверхонь.
11.21 Особливості проектування сучасних процесів складання кузовів та кабін в
автотракторобудуванні. Вимоги до конструкцій кузовів та кабін для умов автоматизованого
виробництва.
Изготовление корпусных деталей
Общие конструктивные и технологические особенности корпусных деталей.
Корпусные детали автомобилей и тракторов служат для размещения в них отдельных
сборочных единиц и деталей. Детали этого класса характеризуются сложной формой. У них
нет простых и надежных поверхностей, которые могли бы служить базами при установке их в
станочных приспособлениях для обработки, и поэтому обработка и транспортирование
корпусных деталей от станка к станку происходят, как правило, в специальном приспособлении-спутнике.
Технологическими базами при обработке часто используют плоскость и два точных
отверстия. Базы остаются неизменными па протяжении всего технологического процесса
обработки заготовки, что обеспечивает высокую точность обработки и позволяет
использовать на всех операциях приспособления однообразной конструкции. Если базовые
поверхности корпусной детали не имеют достаточной протяженности или на ней отсутствуют
базовые отверстия, то создают дополнительные (технологические) площадки с отверстиями
на них и деталь обрабатывают от этих баз.
Для обработки корпусных деталей широко используют автоматические линии, на
которых выполняются разнообразные механические операции резанием – фрезерование,
протягивание, сверление, нарезание резьбы, растачивание, хонингование и др. Кроме
обработки резанием на автоматических линиях выполняют отдельные сборочные операции
(запрессовку втулок, затягивание болтов), промывку, испытание и контроль.
Корпусные детали изготовляют главным образом в виде отливок из серого и ковкого
чугуна или из алюминиевых сплавов. Находят применение также стальные штампосварные
корпусные детали (картер заднего моста малолитражного автомобиля, корпус ведущего
переднего моста грузового автомобиля, картер двигателя ЗИЛ-131 и др.). Габаритные
размеры и масса литых корпусных деталей, материал и способ получения заготовки
являются важными характеристиками, предопределяющими толщину стенок деталей.
Штампосварные детали по сравнению с отливками из чугуна имеют меньшие
габаритные размеры и массу, а также компактнее. Отдельные части штампосварной детали
могут быть изготовлены из различных конструкционных материалов: наиболее нагруженные
по условиям работы – из высокопрочных легированных сталей, менее нагруженные – из
малолегированных или углеродистых сталей. В качестве частей штампосварных деталей
могут быть использованы сортовой и фасонный прокат, штампованные части и отливки.
Конструктивные формы и размеры корпусных деталей автомобилей и тракторов весьма
разнообразны. Поэтому технологические процессы их изготовления также различны. В
качестве примера рассмотрим изготовление некоторых деталей этого класса: картера заднего
моста и картера коробки передач малолитражного автомобиля.
Конструктивные и технологические особенности картеров задних мостов автомобилей
и тракторов. Картеры задних мостов являются сильно нагруженными узлами, соединенными
из разнообразных по материалу и форме деталей сваркой, прессовыми посадками и т. п. В
неразборных соединениях с литыми корпусами и штампованными кожухами используют,
например, трубы, цапфы, кронштейны и другие детали. Перед сборкой картера заготовки
этих деталей обычно обрабатывают на металлорежущих станках, а затем картер в сборе
обрабатывают окончательно. В картере заднего моста размещены ведущая и ведомая
конические зубчатые колеса главной передачи, дифференциал и полуоси, на цапфах картера
установлены ступицы колес, а на кожухах полуосей – диски тормозов, опоры подвески и
другие детали. Поэтому картер должен иметь достаточную жесткость и изготовляться с
высокой точностью.
В конструктивном решении картеры задних мостов бывают цельнолитыми,
штампосварными и комбинированными.
Цельнолитые картеры характеризуются высокой жесткостью большими массой и
габаритами. Такую конструкцию картера применяют в автомобилях большой
грузоподъемности, мощных тягачах, колесных и гусеничных тракторах. Картеры
автомобилей большой грузоподъемности изготовляют из литейных сталей, а кожухи
полуосей – из стальных труб; картеры автомобилей небольшой грузоподъемности и малых
тракторов – из ковких чугунов.
Заготовки цельнолитых картеров изготовляют литьем в сырые песчаные формы,
полученные машинной формовкой по металлическим моделям. Обработка резанием таких
заготовок требует значительных затрат из-за больших припусков и громоздкости
конструкции. Картеры задних мостов колесных тракторов изготовляют двух видов: картер
для механизмов заднего моста и коробки передач с внутренней поперечной перегородкой и
картер только для механизмов заднего моста. Последний более технологичен: имеет
меньшие габариты и массу, лучшую доступность к обрабатываемым поверхностям.
Штампосварные картеры широко применяют в автомобилях средней и малой
грузоподъемности, а также в легковых малолитражных автомобилях. Эта конструкция
выгодно отличается от цельнолитых картеров малыми габаритами и массой, а также более
высоким коэффициентом использования металла. Основными конструктивными
недостатками их являются относительно малая жесткость, более высокие трудоемкость
изготовления и стоимость исходного материала. Повышают жесткость штампосварного картера приваркой к нагруженным частям его ребер или дисков жесткости, косынок и др.
Штампосварной картер заднего моста автомобиля состоит из двух отштампованных из
листовой стали половин – балок корытообразной формы, составляющих основу картера –
кожух. Толщина кожуха зависит от грузоподъемности автомобиля и находится в пределах 3,5
– 9,5 мм.
Комбинированные картеры используют в легковых автомобилях среднего класса и
грузовых автомобилях средней и большой грузоподъемности. Центральной частью этой
конструкции картера является корпус главной передачи. Его изготовляют обычно в виде
отливки из ковкого чугуна, Для автомобилей и тягачей, работающих в тяжелых условиях,
литой корпус главной передачи выполняют из стали, а также цельнолитым со штампованной
отъемной крышкой или из двух половин, несущих подшипники коробки дифференциала, с
плоскостями разъема, перпендикулярными осям полуосей. Обе конструкции картеров имеют
рукава, в которые запрессованы трубы кожухов полуосей.
Колесные тракторы имеют цельнолитой картер заднего моста с привернутыми к нему
литыми кожухами полуосей.
Отливки корпусов главной передачи до сборки с кожухами полуосей проходят полную
обработку резанием. Кожухи изготовляют из стальной трубы, наружные концы осаживают
на меньший диаметр под сварку с цапфами. Цапфы выполняют или заодно с фланцем
тормозного диска, или же в виде дискообразных фланцев, которые насаживают на
предварительно обработанные шейки кожухов полуосей и закрепляют сваркой. После
приварки к кожухам полуосей опорных деталей подвески их обрабатывают резанием
окончательно.
Преимуществами комбинированных картеров являются компактность конструкции и
возможность использования для отдельных частей его разных конструкционных материалов.
К недостатку следует отнести сравнительно малую жесткость из-за многочисленных
соединений его частей, что приводит к необходимости увеличивать толщину стенок и
протяженность посадочных поверхностей.
Изготовление картеров задних мостов малолитражных автомобилей. Получение
заготовок и механическая обработка резанием штампосварных картеров осуществляются по
сходным технологическим схемам. Отличие состоит в комплексности процессов.
Штампосварной картер автомобиля состоит из верхней и нижней половин, полученных
методом холодной штамповки из рулонной горячекатаной листовой стали 15КП (НВ 143) и
сваренных между собой двумя продольными швами. К концам картера, имеющим форму
труб (кожухи), приварены два стальных кованых фланца из стали 30 (НВ 179), в которых
обработаны гнезда для установки подшипников полуосей, сальников и четыре отверстия под
болты для пластин крепления подшипников полуосей и щитов тормозов. Средняя часть
картера расширена и имеет большое отверстие с, отбортованным фланцем (привалочной
плоскостью) для крепления картера главной передачи. С внутренней стороны фланец усилен
двумя приваренными к нему полукольцевыми накладками, в которых имеется восемь и более
резьбовых отверстий. Сзади центральное отверстие закрыто крышкой с маслоналивным
отверстием, закрываемым пробкой с самоуплотняющейся конической резьбой. Маслосливное
отверстие, расположенное в нижней части среднего расширения картера, также закрыто
пробкой, а в верхней части имеет сапун.
К консольным частям верхней половины картера приварены две подушки для
установки пружин подвески, кронштейны для крепления верхних штанг подвески, скоба
крепления трубопровода гидравлического привода тормоза, кронштейн для рычага привода
регулятора давления задних тормозов и некоторые другие детали. В консольных частях
нижней половины картера приварены кронштейны крепления нижних штанг и
амортизаторов задней подвески.
Изготовление картера заднего моста начинают штамповкой верхней и нижней
половинок. Затем следует сварка половин картера с двух сторон. После сварки заготовки
передаются на автоматическую линию, на которой производят: подрезание торцов,
растачивание отверстий и снятие фасок с двух сторон; зачистку продольного сварочного шва
на вертикально-фрезерном агрегатном станке; маркирование; растачивание отверстия в
средней части заготовки картера и снятие фаски (вертикальный расточный агрегатный
станок).
Далее на другой автоматической линии осуществляют соединение двух фланцев с
картером (кожухами полуосей), двух кронштейнов крепления нижних штанг и
амортизаторов задней подвески и других деталей и их сварку под слоем флюса.
На следующей автоматизированной линии с подвесными сварочными машинами
производят доварку сварочных швов, стыков и внутреннюю дуговую сварку усилителейполуколец в месте крепления картера главной передачи (редуктора заднего моста).
Испытание на герметичность производится автоматической пневматической установкой,
после чего заготовки транспортируются на линии очистки и окраски, а затем подаются на
гидравлические прессы для продольной и поперечной правки.
Полная обработка резанием заготовки картера заднего моста. Основными
поверхностями картера заднего моста являются опорная плоскость крепления картера
редуктора заднего моста; отверстия под болты крепления редуктора заднего моста; отверстия
для крепления щитов задних тормозов; отверстия под подшипники и сальники; опорные
плоскости под подшипники и щиты задних тормозов.
Полная обработка резанием заготовки картера в сборе (с приваренными фланцами,
крышкой и усилителями) производится на автоматической линии, состоящей из вертикальных и горизонтальных двусторонних агрегатных станков. Она осуществляется в
следующей последовательности.
1 – подрезание опорного торца; 2 – сверление восьми отверстий под резьбу; 3 –
зенкование фасок в отверстиях; 4 – нарезание резьбы в отверстиях; 5 – контроль; 6 –
сверление четырех отверстий на проход в малом (квадратном) фланце; 7 – сверление
четырех глухих отверстий в большом (круглом) фланце; 8 – контроль наличия отверстий; 9 –
зенкование фасок в четырех отверстиях в квадратном фланце; 10 – сверление четырех
отверстий на проход в круглом фланце; 11 – зенкерование четырех отверстий в квадратном
фланце; 12 – зенкование фасок в четырех отверстиях в малом фланце с внутренней стороны
торца квадратного фланца; 13 – зенкерование четырех отверстий в круглом фланце;
зенкование фасок в четырех отверстиях с внутренней стороны торца круглого фланца; 14 –
получистовое растачивание отверстий под сальник и под подшипник в квадратном фланце; 15
– получистовое растачивание отверстий под сальник под подшипник в круглом фланце; 16 –
предварительное подрезание торца квадратного фланца, снятие фасок в отверстиях под
подшипник и сальник в квадратном фланце; 17 – предварительное подрезание торца
круглого фланца, снятие фасок в отверстиях под подшипник и сальник в круглом фланце. 18
– чистовое подрезание торца квадратного фланца; 19 – подрезание опорного торца под
подшипник 20 – протачивание кольцевой канавки в квадратном фланце; 21 – окончательное
снятие фаски в отверстии под подшипник в квадратном фланце; 22 – тонкое растачивание
отверстия под подшипник в квадратном фланце с применением автоматической подналадки
резца; 23 – тонкое растачивание отверстия под сальник в квадратном фланце; 24 –
окончательное подрезание торца; 25 – подрезание опорного торца под подшипник и
протачивание кольцевой канавки в круглом фланце; 25 – окончательное снятие фаски в
отверстии под подшипник в круглом фланце; 26 – Тонкое растачивание отверстий под
подшипник и под сальник в круглом фланце; 27 – продувание сжатым воздухом отверстий
под подшипник и сальник с двух сторон; 28 – поворот обработанной детали на 180°;
вытряхивание стружки и поворот в первоначальное положение.
Свободные позиции в автоматической линии вызваны различным временем обработки
двух соседних рабочих позиций.
После полной обработки резанием и контроля картеры задних мостов
транспортируются на сборочный участок.
Изготовление картеров коробок передач
Конструктивные и технологические особенности картеров коробок передач. Коробка
передач (КП) служит для изменения частоты вращения ведущих колес автомобиля в
процессе движения при неизменной частоте вращения двигателя. Базовой деталью КП
является ее картер. Он относится к конструктивно сложным корпусным деталям. Сложная
коробчатая форма и отсутствие Надежных баз для установки заготовок картеров в станочных
приспособлениях и транспортирования от станка к станку вызывают необходимость
обрабатывать их в приспособлениях-спутниках.
В переднем торце картера КП (со стороны картера сцепления) Имеются два отверстия
под подшипники первичного вала и блока зубчатых колес промежуточного вала и отверстие
под шток вилки переключения передач. На фланце торца предусмотрены резьбовые
отверстия под шпильки, для крепления коробки передач к картеру сцепления. Имеются
также два отверстия под полые штифты для фиксации взаимного положения картеров KП и
сцепления.
В заднем торце картера КП (со стороны задней крышки) предусмотрены два отверстия
для установки среднего подшипника вторичного вала и заднего подшипника блока зубчатых
колес промежуточного вала и три цилиндрических отверстия под штоки вилок переключения
передач. Резьбовых отверстия в его фланце предназначены для крепления задней крышки.
Имеются два отверстия под полые штифты для центрирования крышки с картером.
На фланце нижней части картера предусмотрены десять резьбовых отверстий под
шпильки крепления стальной штампованной крышки и сливное резьбовое отверстие для
пробки. С правой боковой стороны картера расположен фланец с тремя отверстиями под
втулки шариковых фиксаторов штоков переключения передач и двумя резьбовыми
отверстиями под шпильки крепления крышки, закрывающей три отверстия. Во внутренней
полости картера размещены, кроме валов с зубчатыми колесами, вилки переключения
передач и штоки. Для установки штоков предусмотрен развитый прилив, в котором
обработаны три отверстия.
Заготовки картера КП изготовляют из алюминиевого сплава литьем под давлением. С
целью увеличения жесткости картера снаружи имеются ребра жесткости.
Механическая обработка резанием картера коробки передач – самостоятельно.
ОБРАБОТКА ДЕТАЛЕЙ ТИПА КРУГЛЫХ СТЕРЖНЕЙ
Исходя из конструктивного подобия деталей типа круглых стержней, общая схема
построения технологического процесса обработки заготовок этих деталей может быть
представлена следующим образом: а) изготовление первичной заготовки из прутка или
трубы – горячая штамповка или литье; б) базирование заготовок при обработке резанием по
центровым отверстиям или по поверхностям шеек; в) токарная обработка с поворотом
заготовки; г) при обработке длинных валов предварительное обтачивание или шлифование
шеек под люнеты; д) обработка фасонных поверхностей; е) обработка второстепенных
поверхностей; ж) при необходимости – термообработка; з) шлифование после термообработки; и) балансировка; к) доводочная обработка.
Очевидно, предложенная схема построения технологического процесса не полностью
отражает конкретные процессы изготовления отдельных деталей рассматриваемого класса,
однако имеющиеся отклонения носят частный характер и не нарушают общей схемы. Так,
при обработке заготовок коленчатых, эксцентриковых или кулачковых валов приходится
смещать ось вращения заготовки при обработке шатунных шеек, кулачков или эксцентриков.
При изготовлении пустотелых валов технологический процесс дополняется операциями,
связанными с обработкой внутренней полости вала и т. д.
Особенности изготовления ступенчатых валов.
Ступенчатые валы в основном изготовляют из конструкционных и легированных
сталей, так как к ним предъявляются высокие требования по механической прочности,
обрабатываемости, малой чувствительности к концентрации внутренних напряжений. Ступенчатые валы, как правило, подвергают термообработке с целью повышения их
износоустойчивости. Исходя из технических требований, предъявляемых к ступенчатым
валам, их изготовляют из сталей 35, 40, 45, 40Г, 50Г, 40Х и др.
Ступенчатые валы имеют несколько конструктивных разновидностей; к ним относятся
валы без шлицев и зубчатых колес, валы со шлицами, валы-шестерни без шлицев, валышестерни цилиндрические со шлицами, валы-шестерни конические со шлицами.
Заготовки ступенчатых валов получают отрезкой от горячекатаных или
холоднотянутых нормальных прутков. Такие заготовки применяют в основном в
мелкосерийном и единичном производстве, а также при изготовлении валов с небольшим
перепадом в размерах ступеней по диаметру. В условиях крупносерийного и массового
производства, а также при изготовлении валов сложной конфигурации, имеющих большое
число ступеней со значительным перепадом по диаметру, заготовку целесообразно
изготовлять ковкой, горячей штамповкой, из периодического проката, обжатием на
ротационно-ковочных машинах, электровысадкой н др. Эти методы позволяют получать
заготовки ступенчатых валов, по форме и размерам приближающиеся к готовой детали, что
снижает расход металла и трудоемкость механической обработки.
В крупносерийном и массовом производстве преобладают методы изготовления
заготовок ступенчатых валов с коэффициентом использования металла 0,7 и выше. Штучная
заготовка из прутка может быть успешно заменена поковкой или штамповкой, если
коэффициент использования металла повышается больше чем на 5 % (необходимо учитывать
и другие экономические показатели).
В зависимости от конструкции вала и масштаба производства технологический процесс
механической обработки может быть различен. Приведем маршрут технологического
процесса механической обработки для крупносерийного производства ступенчатых валов со
шлицами.
Во многих случаях за основные базы принимают поверхности опорных шеек вала.
Однако использовать их в качестве технологических баз для обработки наружных
поверхностей трудно. Поэтому для значительного количества операций за технологические
базы принимают поверхности центровых отверстий, что позволяет обрабатывать почти все
наружные поверхности вала на единых базах с установкой его в центрах.
Наружные поверхности ступенчатых валов обтачивают на токарных, токарнокопировальных, горизонтальных многорезцовых станках и на вертикальных одно- и
многошпиндельных автоматах.
В условиях серийного и массового производства широкое распространение имеет
точение наружных поверхностей ступенчатых валов на токарных станках с
гидрокопировальным устройством.
В условиях серийного производства имеют распространение многорезцовые и токарнокопировальные станки, полуавтоматы и автоматы. Однопроходные копировальная и
многорезцовая обработки жестких валов обеспечивают точность по 9 – 11-му квалитету.
Многорезцовая обработка может оказаться эффективнее копировальной для валов, имеющих
большую длину и диаметры и большие перепады ступеней, так как в продольном суппорте
можно установить большое число резцов.
Токарную обработку наружных поверхностей вала можно выполнять по двум
вариантам: 1) без разделения на черновую и чистовую операции, за один проход (при
точных заготовках с малыми припусками); 2) с разделением на черновую и чистовую
операции. Чрезмерное увеличение сил резания может принести к деформации обрабатываемого вала, а это вынуждает снижать подачу при многорезцовой обработке по сравнению с
подачей при обработке на гидрокопировальном станке. Кроме того, применение большого
количества резцов при обточке вала вызывает повышение времени технического обслуживания. Поэтому в каждом конкретном случае окончательный выбор метода обработки наружной
поверхности ступенчатого вала должен основываться на результатах расчетов точности и
экономической целесообразности обработки.
Особенности изготовления кулачковых валов.
Кулачковые валы имеют широкое распространение в машиностроении, где они
используются в механизмах распределения и управления процессами. Распределительный
вал двигателя внутреннего сгорания приводит в движение толкатели клапанов, клапаны,
масляный насос, распределитель зажигания и топливный насос. Соответственно
выполняемой функции в механизме газораспределения конструкции распределительных
валов имеют кулачки сложного профиля, зубчатый венец, эксцентрик, опорные шейки
малого диаметра и сравнительно большую длину вала. Распределительные валы
автотракторных двигателей являются нежесткими деталями с соотношением длины к
диаметру от 15 до 35.
Точность и качество изготовления распределительных валов могут быть
охарактеризованы некоторыми параметрами.
1. Опорные шейки обрабатывают по 6-му квалитету точности с шероховатостью
поверхности Ra = 0,63…0,32 мкм. Овальность и конусность шеек достигает 0,01 мм;
относительное биение опорных шеек не должно превышать 0,015…0,02 мм.
2. Допустимая неперпендикулярность упорного торца шейки к образующей не выше
0,02…0,03 мм, шероховатость его поверхности Ra = 1,25…0,8 мкм.
3. Шероховатость рабочих поверхностей кулачков не выше Ra 0,63…0,32 мкм.
4. Отклонение оси симметрии кулачков относительно шпоночной канавки ведомой
распределительной шестерни ±(30'…1°30'), отклонение профиля кулачка в пределах
±(1…2°).
5. Шероховатость поверхностей зубьев венца колеса масляного Насоса и
распределителя Ra = 1,25…0,8 мкм.
Распределительные валы автотракторных двигателей могут быть разделены по их длине
на три группы: до 500 мм, 500 – 1000 мм и 1000—1500 мм. Валы изготовляют из углеродистой
и легированной стали, легированного чугуна. Методы изготовления заготовок – горячая
штамповка и литье в земляные или оболочковые формы. Отштампованные
распределительные валы отжигают или нормализуют с целью снятия остаточных
напряжений. В процессе механической обработки стальные валы подвергают
термообработке (закалке и отпуску) до твердости HRC 52…62 на глубину 5 мм, а на
вершинах кулачков – на глубину до 10 мм. Распределительные валы, отлитые из
глобулярного чугуна, в процессе механической обработки подвергают термообработке до
твердости HRC 52…58.
Изготовление заготовок распределительных валов из глобулярного чугуна литьем в
оболочковые формы является прогрессивиым направлением в машиностроении.
Литые распределительные валы имеют массу на 10…15% меньше массы кованых
валов. У распределительных валов обычно обрабатывают торцы и центровые отверстия,
опорные шейки и фланец, отверстия во фланце и шпоночную канавку, кулачки, отделывают
шейки и кулачки, контролируют качество обработки.
Одной из особенностей обработки распределительных валов на металлорежущих
станках является недостаточная жесткость заготовок валов. Под влиянием усилий резания
заготовка деформируется, что вызывает биение или закручивание отдельных ее
поверхностей. В качестве мероприятий по повышению жесткости при обработке нежестких
валов могут быть установка дополнительных опор, использование двусторонних приводов на
станках, увеличение количества операций и т. д.
Обработка торцов, центровых отверстий, опорных шеек и фланца вала в
крупносерийном и массовом производстве выполняется на автоматизированных станках и
автоматических линиях.
Кулачки штампованных валов до термообработки обрабатывают на специальных
копировально-токарных и копировально-шлифовальных станках. После термообработки
кулачки шлифуют и полируют. Кулачки литых валов до термообработки дважды шлифуют, а
затем полируют.
Шлифование кулачков производится на копировальных станках, работающих по
полуавтоматическому циклу. Время шлифования зависит в значительной степени от
величины припусков. Припуск на шлифование кулачков после термообработки дается в
пределах 0,25…0,5 мм. При шлифовании кулачков вал устанавливают в цанговые зажимы
шлифованными крайними опорными шейками, средние опорные шейки устанавливают в
гидрофицированные люнеты. В угловом положении вал фиксируют по шпоночному пазу или
отверстию во фланце. Профиль кулачка шлифуется с поперечной подачей и в некоторых
случаях производится автоматическая запись осевого перемещения шлифовального круга.
Шлифование после термообработки осложняется возможностью появления прижогов и
трещин на рабочей поверхности кулачка. Чтобы избежать подобных явлений, следует
снижать припуск на чистовое шлифование.
Кулачки полируют абразивной лентой на станках с несколькими полировальными
головками, число которых обычно равно числу кулачков. Полированием снимается слой
металла 6…8 мкм при вращении вала со скоростью 10…15 м/мин. На полировальных станках
деталь устанавливают в центрах с угловой фиксацией по шпоночному пазу.
Профиль и расположение кулачков контролируют с помощью компаратора сравнения
проверяемой детали с эталонным валом.
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ ТИПА ПОЛЫХ ЦИЛИНДРОВ И ДЕТАЛЕЙ ТИПА
ДИСКОВ
Детали типа полых цилиндров.
К данному типу относятся детали, конструктивной особенностью которых является
концентричное расположение цилиндрических поверхностей. Детали имеют форму не
только полого цилиндра, но также цилиндрических тел вращения со сложной наружной или
внутренней поверхностью (тормозные барабаны, опорные катки тракторов, чашки
сателлитов дифференциала и др.). Для заготовок таких деталей характерна обработка только
основных сопрягаемых поверхностей – цилиндрических наружных и внутренних. Обработка
производится обычно при вращающейся заготовке, однако иногда обработку основных
поверхностей выполняют вращающимся инструментом при неподвижной заготовке
(например, растачивание отверстий в катке опорном трактора).
Установочными базами при обработке служат один из торцов заготовки и ее
внутренняя или наружная цилиндрическая поверхность. Заготовки сложных деталей
базируют в некоторых случаях по фасонной наружной поверхности. При последующей
обработке в качестве постоянных баз используют обработанные поверхности (торец и
цилиндрическую поверхность). Угловая фиксация заготовки обеспечивается одним из ее
выступов или отверстием в торце.
Принципиальная технологическая схема обработки полых цилиндров (кроме мелких
деталей — втулок и вкладышей) может иметь следующую последовательность: 1) черновое
обтачивание наружных и растачивание внутренних поверхностей и их торцов с одной
стороны; 2) то же с другой стороны; 3) получистовое и чистовое обтачивание наружных и
растачивание внутренних поверхностей и их торцов с одной стороны; 4) то же с другой
стороны; 5) фрезерование небольших плоскостей на выступе; 6) сверление, цекование,
развёртывание, нарезание резьбы в мелких отверстиях, в выступах и фланцах; 7) тонкая
обработка цилиндрических, фасонных и конических наружных и внутренних поверхностей.
Детали типа дисков.
Детали типа дисков находят широкое применение в автомобиле- и тракторостроении. К
ним относятся маховики, тормозные барабаны, диски сцепления, цилиндрические и
конические зубчатые колеса, диски с гладким или шлицевым отверстием и другие детали.
Конструктивная особенность деталей этого типа состоит и том, что все они имеют форму
тела вращения, у которого диаметр превышает высоту (длину). Детали имеют центральное
отверстие (цилиндрическое, коническое или шлицевое); у многих деталей предусмотрены
отверстия для крепления, расположенные по окружности, концентричной центральному
(посадочному) отверстию.
Для обработки резанием заготовок рассматриваемых деталей применяют одинаковые
технологические схемы, причем основные операции выполняются при вращении заготовки.
Поскольку детали имеют конструктивное различие, в типовую технологическую схему
вносят изменения. Например, нарезание (или накатывание) и отделку зубьев при обработке
зубчатых колес. Количество чистовых и отделочных технологических операций зависит от
метода получения заготовок детали и технических условий на и изготовление детали.
Заготовки деталей типа дисков получают в виде поковок, отливок из чугуна, стали и
цветных сплавов, а также холодной штамповкой из листа. В отдельных случаях штучные
заготовки получают из труб и прутков.
Технологическая схема обработки резанием заготовок деталей типа дисков во многом
сходна со схемой обработки заготовок деталей типа полых цилиндров. Различие состоит в
том, что первые имеют малую длину, и главными обрабатываемыми поверхностями у них
являются торцы, а также короткие цилиндрические и конические поверхности. На операциях
обработки резанием технологическими базами служат сначала один торец и наружная или
внутренняя цилиндрическая поверхность заготовки, а в последующем – поверхности,
обработанные на первой операции. Если требуется угловая ориентация заготовки, то
используют ее выступающие бобышки, а при отсутствии их — отверстие, обработанное на
первых операциях.
Наиболее массовыми и характерными деталями типа дисков являются зубчатые колеса.
С повышением требований к надежности и долговечности автомобилей и тракторов
возрастают и требования к качеству зубчатых колес. По ряду геометрических параметров их
изготовляют с высокой точностью (6 – 5 степень) и шероховатостью обработанной
поверхности профиля зубьев Rа < 0,32 мкм. Критерием качества колес являются также
нормы шума пары в зацеплении и контактная прочность их зубьев. Материалом для
изготовления зубчатых колес автомобилей и тракторов служат стали 45, 18ХГТ, 12Х2Н4А,
38ХС и др.
Заготовки большинства зубчатых колес получают в виде поковок на кривошипных
горячештамповочных прессах, многопозиционных горячештамповочных автоматах,
горизонтально-ковочных машинах и молотах. На первом переходе исходные заготовки
обычно осаживают, а на последующих штампуют в закрытых штампах. После отжига или
нормализации заготовки подвергаются контролю по основным размерам, положению
внешних поверхностей относительно центрального отверстия и твердости.
Цилиндрические
колеса. В автомобиле- и тракторостроении используются
различные методы нарезания и отделки эвольвентных зубьев цилиндрических колёс.
Фрезерование зубьев червячными фрезами является универсальным методом,
обеспечивающим высокие точность и производительность. Одной и той же фрезой могут
быть нарезаны цилиндрические колёса одного модуля с различным числом прямых и
винтовых зубьев. При нарезании прямых зубьев суппорт станка с закреплённой червячной
фрезой должен быть повёрнут так, чтобы ось фрезы была наклонена под углом винтовой
линии. При фрезеровании колес с винтовыми зубьями червячную фрезу устанавливают с
учетом угла наклона винтовых линий витков фрезы и зуба колеса.
Червячные фрезы изготовляют одно- и двухзаходные. С увеличением заходности фрезы
точность зубофрезерования снижается. Однозаходные чистовые
фрезы изготовляют
четырех классов: АА – для колес 7-й степени точности, А – для колес 8-й степени точности,
В – для колес 9-й степени точности и С – 10 для колес 10-й степени точности.
Нарезание зубчатых колес средних модулей фрезами классов АА и А обеспечивает
шероховатость поверхностей боковых сторон зубьев от Rа = 2,5 мкм до Rz = 20 мкм.
Нарезание зубьев долбяками. Долбяк представляет собой колесо с эвольвентными
профилями зубьев того же модуля, что и нарезаемое колесо. Долбяки применяют для
нарезания колес с прямыми и винтовыми наружными и внутренними зубьями.. При
нарезании прямых зубьев используют прямозубые долбяки; для нарезания колес с
винтовыми зубьями применяют косозубый долбяк.
Чистовые долбяки изготовляют трех клессов: АА – для колес 6-й степени точности, А –
для колес 7-й степени точности и В – для колес 8-й степени точности.
Зубчатые колеса средних модулей 8-й степени точности обычно нарезают в две
операции – черновым и чистовым нарезанием зубьев на разных станках. В серийном
производстве нарезание зубьев такой же степени точности производят за одну операцию.
Нешевингуемые колеса 7-й степени точности нарезают долбяком также в две операции, но
чистовое нарезание зубьев производят в два прохода. Под шевингование зубья нарезают в
один проход — за один оборот заготовки в процессе нарезания. Шероховатость поверхности
боковых сторон зубьев от Rz = 20 мкм до Rа = 1,25 мкм. Зубодолбление производительнее
зубофрезерования, если обработка производится за один проход.
На практике часто зубчатые колеса 7 – 8-й степени точности изготовляют в две
операции – черновым нарезанием червячными фрезами и чистовым нарезанием
долбяками.
Зубчатые колеса с внутренним зацеплением, колеса-блоки с венцами, расположенными
друг от друга на расстоянии 3 – 5 мм, что недостаточно для выхода червячной .фрезы,
обрабатываются только долбяками.
Шевингование применяется для чистовой
обработки зубьев
цилиндрических
колес,
твердость
которых
допускает использование металлического или
металлокерамического инструмента.
Широкое распространение получили дисковые
шеверы которые изготовляют трех классов: А – для колес 6-й степени точности, В – для
колес 7-й степени точности и С – для колес 8-й степени точности.
Шевер представляет собой закаленное зубчатое колесо, на боковых поверхностях
зубьев которого расположены режущие кромки.
Шлифование зубьев колес применяют при их высокой поверхностной твердости, когда
исключается использование металлического инструмента. Основным недостатком этого
метода является низкая производительность. Шлифование зубьев производится
копированием или обкаткой. Более точным, но менее производительным следует признать
способ обкатки. Способ копирования (профиль шлифовального круга соответствует впадине
зубьев) обычно применяют для прямозубых зубчатых колес. Заготовка колеса, установленная
на оправке, после каждого двойного хода шлифовального круга автоматически поворачивается на один или несколько шагов зубьев, и цикл повторяется. Припуск на сторону зуба
0,1—0,12 мм удаляется за 3 – 4 прохода круга по каждой впадине. Точность шлифованных
зубьев соответствует 6-й степени, а шероховатость боковых поверхностей зубьев Ra = 1,25
мкм. Время шлифования одного зуба колеса среднего модуля составляет 6 – 12 с. Колеса,
шлифованные способом обкатки, имеют 5-ю степень точности и шероховатость боковых
поверхностей зубьев Rа = 0,63 мкм.
Более производительным для колес средних и мелких модулей является шлифование
боковых сторон зубьев абразивным червячным кругом. Шлифование происходит в несколько
проходов и по кинематике аналогично процессу нарезания зубьев червячной фрезой. При
каждом проходе заготовка перемещается навстречу вращающемуся шлифовальному кругу.
Шлифованные боковые поверхности зубьев имеют точность 7 – 6-й степени.
Конические колеса. Нарезание конических колес с прямыми зубьями 7 – 8-й степени
точности производят в две операции: черновое нарезание дисковыми модульными фрезами и
чистовое нарезание зубострогальными резцами. В одну операцию процесс осуществляют
круговой протяжкой.
В условиях массового и крупносерийного производства черновое нарезание зубьев
колес производят на специальных зубофрезерных полуавтоматах обычными дисковыми
модульными фрезами или одной сборной фрезой большого диаметра одновременно на трех
заготовках. Фрезерование производится методом копи-ронания. Чистовое нарезание
зубострогальными резцами происходит на зубострогальных полуавтоматах методом обката
(огибания). Чистовое зубострогание обеспечивает 7-ю степень точности и шероховатость
поверхности боковых сторон зубьев Rz = 20…2,5 мкм.
Основным методом нарезания колес с прямыми зубьями в автотракторостроении
является протягивание круговой протяжкой. За один оборот протяжка обрабатывает одну
впадину зуба заготовки. Режущие зубчатые блоки расположены на периферии диска-корпуса
последовательно для чернового и чистового нарезания зубьев. Б о к о в ы е режущие кромки
блоков выполнены по дуге окружности одного радиуса, но имеют разные высоту и толщину.
В процессе обработки одной впадины заготовка остается неподвижной: поворот ее на один
зуб для обработки следующей впадины происходит во время подхода свободного от
режущих блоков сектора протяжки. Отвод колеса производится после нарезания всех зубьев.
Время нарезания зуба 1,6 – 4 с.
Высокопроизводительным методом является также нарезание зубьев двумя дисковыми
фрезами с торцовыми режущими кромками методом обката. Производительность метода
несколько ниже кругового протягивания, но в 3 – 5 раз выше зубострогания благодаря
высокой скорости и отсутствию холостых ходов.
Конические колеса с винтовым зубом. В авто- и тракторостроении нарезание
винтовых зубьев колес производят на специальных полуавтоматах методами копирования
и обката резцовыми головками.
Отделка винтовых зубьев производится шлифованием, прикаткой и притиркой.
Шлифование зубьев производят на зубошлифовальных полуавтоматах чашечным
кругом. Окружная скорость круга, форма боковых рабочих поверхностей которого
тождественна форме боковых сторон зубьев воображаемого колеса, лежит в пределах 25 – 35
м/с. Припуск под шлифование составляет 0,25—0,35 мм: на обе стороны зуба.
Прикатка зубьев применяется для незакаленных колес с малым числом зубьев (5…15)
после чистового зубонарезания перед термической обработкой. Прикатывание
осуществляется подпружиненным закаленным зубчатым колесом. Основное время прикатки
0,7 – 1,0 мин.
Притирка винтовых зубьев более распространена, так как она производительнее
шлифования. Каждая боковая сторона зуба притирается отдельно. Абразивной жидкостью
является смесь из порошка карбида кремния (или синтетического алмаза) и густого масла.
Основное время притирки одной стороны зуба 1 – 3 мин.
Обработка шлицевых соединений.
В автотракторостроении шлицевые соединения получили широкое применение. В
зависимости от способа центрирования (по наружному или внутреннему диаметру, по
боковым сторонам шлицев) и формы шлицев (прямоугольные, эвольвентные и треугольные)
их изготовляют фрезерованием, долблением., накатыванием, а при высокой точности, кроме
того, шлифуют.
Шлицевые отверстия во втулках обычно получают протягиванием; при повышенной
точности их дополнительно обрабатывают зубодолблением (зубчатые колеса внутреннего
зацепления). При протягивании шлицевых отверстий часто применяют комбинированную и
прогрессивную схемы резания.
Шлицы на валах, помимо фрезерования червячными шлицевыми фрезами на
зубофрезерных станках, получают также холодным накатыванием. Процесс выполняют
методом ударного пластического деформирования двумя роликами при непрерывном
делении заготовки и ее прямолинейном поступательном перемещении. Вращающиеся
головки со свободно вращающимися в них роликами расположены под углом 180° с углом
наклона 30° относительно оси вращения заготовки. Шероховатость поверхности шлицев
соответствует ^а = 1,25-^-0,63 мкм. Производительность
процесса
выше
производительности шлиценарезания в 4 – 5 раз.
При центрировании по внутреннему диаметру шлицев вала обычно шлифуют дно
впадины между шлицами и боковые их стороны на шлицешлифовальных станках.
Шлифование выполняется за одну или две операции. Шлифование фасонным кругом за одну
операцию производительнее, но правка круга требует сложного устройства; шлифование за
две операции по производительности ниже, но точность его выше. Припуск на шлифование
на две стороны шлица составляет 0,15 – 0,20 мм.
Окончательный контроль шлицевых соединений осуществляют калибрами, которые
можно разделить на две основные группы: 1) элементные проходные и непроходные
калибры-пробки и скобы, служащие для контроля элементов шлицевого профиля; 2)
комплексные шлицевые проходные калибры-пробки (для шлицевых отверстий) и кольца (для
шлицев на валах), с помощью которых проверяют расположение элементов профиля шлицев.
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ ТИПА НЕКРУГЛЫХ СТЕРЖНЕЙ
(РЫЧАГИ)
Конструирование и технологические особенности рычагов.
К этому типу деталей относят прямые и кривые стержни с некруглым поперечным
сечением и длиной, превышающей размер поперечного сечения более чем в 2 раза (балки
передней оси, шатуны двигателей, вилки переключения коробок передач, коромысла,
поворотные кулачки и др.).
Конструктивные формы рычагов разнообразны, и технологические процессы
изготовления отдельных типов их имеют свои особенности, однако для всех деталей этого
типа обрабатываемыми поверхностями обычно являются площадки на концах стержня и
отверстия на этих площадках. В некоторых случаях, когда при получении заготовки не
обеспечиваются необходимые размеры, производят обработку резанием стержня. Обработка
рычагов с точными параллельными отверстиями (например, шатунов) наиболее трудоемка.
Черновыми технологическими базами при обработке заготовок рычагов обычно служат
торцы основных отверстий и наружные контуры бобышек этих отверстий. При дальнейшей
обработке основные отверстия и их торцы используют в качестве постоянных
технологических баз. Обработка резанием осуществляется при неподвижной заготовке.
Наиболее типичными деталями типа рычагов являются балки переднего моста
грузового автомобиля, поворотный кулак, шатун двигателя.
Изготовление балки переднего моста автомобиля.
Управляемый передний мост грузового автомобиля имеет стальную балку
двутаврового сечения, жестко скрепленную с передними рессорами. На концах балки,
выполненных в виде бобышек, шарнирно установлены при помощи шкворней поворотные
кулаки. Шкворни закреплены в балке клиновидными штифтами.
В процессе эксплуатации балка переднего моста подвергается большим нагрузкам: она
несет на себе массу автомобиля, приходящуюся на передние колеса. Двутавровое сечение
балки обеспечивает высокое сопротивление изгибающим и ударным нагрузкам при малой
металлоемкости. Средняя часть балки занижена относительно бобышек, чтобы опустить
раму и понизить центр тяжести автомобиля. Балки изготовляют из стали 45, 30Х и др.
Основными обрабатываемыми резанием поверхностями являются торцы двух бобышек,
наклоненных под некоторым углом к вертикальной оси детали, два цилиндрических
отверстия для стопорных штифтов шкворня, два конических отверстия для пальцев
телескопических амортизаторов, две площадки под рессоры, два отверстия под шкворни,
сквозные глухие отверстия в площадках под рессоры. При этом должны быть выполнены
следующие технические условия: 1) точность диаметра отверстия под шкворень по 7-му
квалитету, шероховатость поверхности Rа = 1,25 мкм, 2) неперпендикулярность осей
отверстия под шкворень и отверстия под штифт 0,07 мм; 3) точность по высоте бобышки по 7
– 9-му квалитету, шероховатость поверхности Rz = 20 мкм; 4) неперпендикулярность торцов
бобышки к оси отверстия под шкворень не более 0,12 мм; 5) точность диаметра отверстия
под штифт по 11-му квалитету, шероховатость поверхности Rz = 20 мкм; 6) отклонение угла
наклона осей отверстий под шкворень в пределах ±15'.
Получение заготовок. Заготовку балки переднего моста получают из штанги
прямоугольного сечения периодическим прокатом на 3 – 5 заготовок, последующей резкой
на штучные заготовки и штамповкой каждой на горячештамповочном молоте. При
значительной длине заготовки обрабатывают в такой последовательности: сначала нагретую
заготовку с одного конца штампуют в трехручьевом штампе (обжим, гибка и окончательная
штамповка), затем на прессе обрубают заусенцы, после этого заготовку нагревают с другого
конца, штампуют ее другую половину и обрубают заусенцы. Потом заготовки сортируют по
длине при помощи шаблона и при необходимости производят растяжку или посадку, для
чего заготовку перед этим нагревают в средней части до температуры 900 – 1000° С.
Затем заготовки проходят 100%-ный контроль, подвергаются нормализации и холодной
правке, после этого их закаливают при температуре 830 – 840° С, проверяют твердость и
вторично правят. Травление заготовок для выявления дефектов производят в травильном
агрегате. Обнаруженные дефекты вырубают и запиливают.
Заготовки балок для грузовых автомобилей средней и малой грузоподъемности
штампуют целиком, а опорные площадки под рессоры чеканят.
Полученная поковка должна удовлетворять следующим основным техническим
условиям: 1) твердость по Бринеллю НВ 240 – 285; 2) заусенцы на головках допускаются в
пределах до 1 мм, на переходе от бобышек до подрессорной площадки – до 3 мм и в
остальных местах – до 2 мм; скрученность бобышек не более 1 мм на 100 мм длины; 3)
трещины, волосовины и зажимы на обрабатываемых и необрабатываемых местах
допускаются глубиной не более 1,5 мм; 4) перекос опорных площадок под рессоры в
горизонтальной плоскости не должен превышать 2 мм.
Обработка резанием. Заготовки балки переднего моста обрабатывают на
автоматических линиях. На первом станке, имеющем две фрезерные бабки, фрезеруются
площадки под рессоры. Обрабатываемая заготовка закрепляется в приспособлении, которое
установлено на подвижном столе, перемещающемся перпендикулярно оси линии. На втором
станке производится сверление сквозных и глухих отверстий в площадках под рессоры,
сверление двух отверстий для стопорных штифтов шкворней и двух отверстий для пальцев
телескопических амортизаторов. На третьем станке производится черновое фрезерование
торцов обеих бобышек. Компоновка третьего станка аналогична компоновке станка второго.
На четвёртом станке происходит цекование отверстий в площадках с развертыванием двух
базовых отверстий под стопорные штифты шкворней и отверстий под пальцы
амортизаторов. Зенкерование отверстий под стопорные штифты шкворней и под пальцы
амортизаторов осуществляется на пятом станке станке, а их развертывание – на шестом. На
этом заканчивается обработка на первом участке линии.
На втором участке линии обработка начинается сверлением отверстий под шкворни
(седьмой станок). После сверления следует зенкерование (восьмой станок) и развертывание
отверстий (девятый станок). Заготовки устанавливаются по обработанным поверхностям
площадок под рессоры и двум установочным отверстиям. на каждой позиции этих станков
обрабатываются одновременно по две заготовки.
На третьем участке после продувки и контроля отверстий под шкворни производится
цекование площадок (десятый станок) и чистовое фрезерование торцов бобышек
(одиннадцатый станок). На 11-ом станке на вертикальных гранях его боковых станин
установлены под необходимым углом к горизонтали направляющие плиты, по которым
перемещаются специальные фрезерные головки с набором торцовых фрез на оправках.
Обработка на линии осуществляется с охлаждением, смазывающе-охлаждающая
жидкость (СОЖ) поступает от центробежного насоса подачей 30 м3/ч. На седьмом станке
(сверление отверстий под шкворни) для лучшего охлаждения инструмента и удаления
стружки СОЖ подается через инструмент под повышенным давлением
посредством
дополнительного шестеренного насоса.
Удаление стружки с линии производится транспортерами стружки.
Изготовление поворотных кулаков грузовых автомобилей.
Поворотные кулаки (левый и правый) являются связующими звеньями передних колес
автомобиля с балкой переднего моста. При движении автомобиля кулаки несут большую
динамическую нагрузку. Кулак имеет хвостовик с двумя цилиндрическими шейками под
подшипники ступицы переднего колеса, шейку под втулку сальника ступицы и массивный
фланец с буртиком для центрирования щита тормоза. К фланцу прикреплен щит тормоза
переднего колеса. Сверху и снизу фланец переходит в две массивные головки с
цилиндрическими отверстиями для прохода шкворня и коническими отверстиями для
крепления рычагов рулевых тяг. В отверстия запрессованы бронзовые втулки, в которых
вращаются поворотные кулаки относительно шкворней. Для смазки бронзовых втулок
предусмотрены два отверстия с конической резьбой под масленки.
Получение заготовок. Заготовки кулаков получают штамповкой (способом
выдавливания) на кривошипных горячештамповочных прессах, материалом служит сталь 30Х
и 40Х. Последовательность получения поковок такая: отрезка штучной заготовки; нагрев до
температуры ковки; штамповка в три перехода (осадка, предварительная штамповка с
выдавливанием хвостовика вниз и двух головок наклонно вверх, окончательная штамповка);
обрезка заусенцев в горячем состоянии; горячая правка па кривошипном чеканочном прессе;
подрезание концов хвостовика в холодном состоянии заготовки. Затем заготовки проходят
термическую обработку. Твердость поковок НВ 240 – 280.
Обработка резанием. Заготовки поворотных кулаков обрабатывают на автоматических
линиях. Специфическим требованием к обработке резанием, обусловленным конструктивной
особенностью кулаков, является обеспечение точного угла наклона оси хвостовика к оси
отверстий под шкворень (9°±8'). Обработка резанием заготовок включает обработку
хвостовика, головок, отверстий под шкворень и обработку мелких отверстий. Вне
автоматических линий фрезеруют торец хвостовика, центрируют торец (сверху) и фланец
(снизу) на вертикально-фрезерно-центровочном четырехпозиционном двустороннем
шестишпин-дельном с поворотным столом полуавтомате. В качестве баз принимают
необработанные шейки под подшипники и торец фланца.
Полученные центровые гнезда служат базами при обработке хвостовика заготовки на
токарном и шлифовальном участках автоматической линии. При последующей обработке на
автоматических линиях базами являются шлифованные шейки хвостовика под подшипники
и торец фланца; угловая ориентация заготовки происходит по одному из отверстий во
фланце.
Обработкой резанием должны быть обеспечены: 1) перпендикулярность торца фланца к
оси хвостовика; 2) точность диаметров шеек под подшипники по 6-му квалитету;
шероховатость поверхности На = 1,25 мкм; 3) концентричность цилиндрических
поверхностей шеек в пределах 0,01 мм; 4) соосность отверстий под шкворень; отклонение
угла наклона оси отверстий допускается в пределах ±15'.
Для последовательной обработки отверстий в головках левого и правого кулаков
применяют комплекс из двух автоматических линий. Их компоновка одинаковая: на
загрузочной позиции обрабатываемые заготовки по две устанавливают в каждый спутник и
закрепляют в нем с помощью электромеханических ключей. В конце линии расположена
разгрузочная позиция, также оснащенная электромеханическими ключами. К началу линии
спутники возвращаются по обводному транспортеру,
расположенному
параллельно
линии.
Обработка осуществляется в такой последовательности: сверление отверстий под
шкворни на 1/3 длины (первый станок); сверление отверстий под шкворни на 2/3 длины
(второй станок); сверление отверстий под шкворни на всю длину (третий станок). При
сверлении отверстий на станках № 1, 2, 3 применяются цилиндрические сверла разных
диаметров в сторону уменьшения, поэтому после обработки на первых трех станках линии
отверстия будут ступенчатыми. Далее следует черновое зенкерование отверстий под
шкворни (четвёртый станок); чистовое зенкерование отверстий под шкворни со снятием
наружных фасок (пятый станок); снятие внутренних фасок (шестой станок); фрезерование
поверхностей ушков (7-ой станок); мойка заготовок (моечная станция); контроль диаметра
отверстий под шкворни (контрольно-измерительный автомат); запрессовывание бронзовых
втулок в отверстия под шкворни (8-ой станок); раскатывание отверстий в бронзовых втулках
(9-й станок); чистовое растачивание отверстий в бронзовых втулках (10-й станок); тонкое
растачивание отверстий в бронзовых втулках (11-й станок); мойка заготовок (моечная
станция); контроль окончательно обработанных отверстий под шкворни (контрольноизмерительный автомат); прошивание отверстий под шкворни (12-й станок).
Свободные спутники возвращаются по обводному транспортеру к началу линии, на
загрузочную позицию, а заготовки передаются на следующую автоматическую линию для
дальнейшей их обработки. Управление линией производится с центрального пульта
управления.
На второй автоматической лини обрабатываются два конических отверстия для
крепления рычагов рулевых тяг и два отверстия с конической резьбой под масленки.
Отверстия для рычагов сверлятся на второй линии также на трех станках № 1 – 3. Затем
отверстия на станках № 4 – 6 дважды зенкеруются (черновое и чистовое зенкерование) и развертываются на конус. После этого обрабатываются отверстия под масленки – сверление
(станок № 7), зенкерование (станок № 8), цекование со снятием фаски (станок № 9) и
нарезание резьбы (станок № 10). Пройдя мойку (моечная станция), заготовки поступают на
станок № 11, где раскатываются конические отверстия для крепления рычагов рулевых
тяг.
Заготовки устанавливают в спутник обработанными фланцами на опоры а шейками
хвостовиков — во втулки и фиксируют в угловом положении по отверстию во фланце
штифтом.
Тема 12 Основи технології складання автомобілів та тракторів.
12.1 Вплив якості складання на експлуатаційні особливості машин.
12.2 Види складальних розмірних ланцюгів. Приклади розрахунку складальних
розмірних ланцюгів.
12.3 Складання різноманітних типів з’єднань характерних для автотракторної
промисловості.
12.4 Засоби і методи слюсарно-пригоночних робіт. Види і методи складання.
12.5 Організаційні форми складання. Вузлове і загальне складання.
12.6 Особливості поточного складання. механізація і автоматизація складання.
12.7 Види транспортуючих пристроїв складальних цехів.
12.8 Основні принципи проектування технологічних процесів складання.
12.9 Технологічні схеми складання і їх побудова.
12.10 Методи контролю складання.
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ СБОРКИ АВТОМОБИЛЕЙ И ТРАКТОРОВ
Изделием называется любой предмет или набор предметов производства, подлежащих
изготовлению на предприятии.
Устанавливаются следующие виды изделий:
а)
детали:
б)
сборочные единицы (узлы);
в)
комплексы;
г)комплекты.
Деталь является изделием, изготовленным из однородного материала, без применения
сборочных операций, например валик, винт, литой корпус и др.
Сборочной единицей (узлом) – называется изделие, составные части которого подлежат
соединению между собой на предприятии-изготовителе сборочными операциями
(свинчиванием, клепкой, пайкой, опрессовкой и т. п.).
Комплексом называется два и более специфицированных изделия, не соединенных на
предприятии-изготовителе сборочными операциями, но предназначенных для выполнения
взаимосвязанных эксплуатационных функций.
В комплекс кроме изделий, выполняющих основные функции, могут входить детали,
сборочные единицы и комплекты, предназначенные для выполнения вспомогательных
функций, например детали и сборочные единицы, предназначенные для монтажа комплекса
на месте его эксплуатации.
Комплект представляет два и более изделия, не соединенных на предприятии-изготовителе
сборочными операциями и представляющих набор изделий, имеющих общее эксплуатационное
назначение вспомогательного характера, например комплект запасных частей, комплект
инструмента и т. п.
Сборка – образование разъемных или неразъемных соединений составных частей детали
или изделия.
Узловая сборка – сборка, объектом которой является составная часть изделия –
сборочная единица (узел).
Общая сборка – сборка, объектом которой является изделие в целом.
Сборочный комплект – группа составных частей изделия, которые необходимо подать
на рабочее место для сборки изделия или его составной части.
Сборочные работы являются заключительным этапом в производственном процессе, на
котором из отдельных деталей и узлов собирают готовые изделия. Качество сборочных работ
значительно влияет на эксплуатационные качества машины, на ее надежность и
долговечность.
Собранное изделие при недостаточно точном соединении отдельных деталей, даже если
они изготовлены с заданной точностью, не будет обладать необходимыми эксплуатационными
качествами и надежно работать. Поэтому в производстве сборочные работы имеют
первостепенное значение. К этому следует добавить, что и объем сборочных работ весьма
значителен; так, например, трудоемкость сборочных работ в сельскохозяйственном
машиностроении составляет 20 – 30% общей трудоемкости изделия, а по некоторым машинам
трудоемкость сборочных работ доходит до 40 – 60% общей трудоемкости.
Сборочные работы выполняются в сборочных отделениях и цехах завода. Место и
организация выполнения сборочных работ определяются характером выпускаемых изделий,
технологическим процессом, объемом производства. В единичном, мелкосерийном и серийном
производстве сборка производится в сборочных цехах или сборочных отделениях
механосборочных цехов. В крупносерийном и массовом производстве сборка изделий
производится в конце поточных линий или в тех отделениях механического цеха, где
обрабатываются детали данных узлов.
В этом случае осуществляется принцип законченного цикла производства данного узла,
включающего механическую обработку деталей и сборку узла; общая сборка машины
выполняется в сборочном цехе.
Соотношение времени, затрачиваемого на сборочные работы и механическую обработку
деталей, а также времени, затрачиваемого на отдельные стадии сборочного процесса, зависит
от вида производства и методов сборки. Время на сборочные работы в процентах от времени
на механическую обработку в среднем примерно составляет: В единичном и мелкосерийном
производстве 40 – 50% в среднесерийном производстве 30 – 35% в крупносерийном
производстве 20 – 25%; в массовом производстве – менее 20%.
Необходимо путем использования механизированного инструмента добиваться
уменьшения времени на ручные работы, которые применяются в значительных размерах в
единичном и мелкосерийном производстве и которых не всегда удается избежать в серийном
производстве.
Необходимо также шире применять предварительную узловую сборку и подавать на
общую сборку возможно меньшее количество отдельных деталей с целью сокращения времени
на общую сборку. Примерное соотношение затрачиваемого времени на отдельные стадии
сборочного процесса при серийном производстве машин средних размеров следующее: ручная
слесарная обработка деталей – до 10%; сборка сборочных единиц
50 – 60%; общая сборка
на стенде 40 – 30%
В автотракторостроении изделием может быть автомобиль, трактор и отдельные их
части. Изделие состоит из сборочных единиц, собираемых самостоятельно друг от друга.
При проектировании технологических процессов сборки сборочные единицы разделяют
по их сложности на единицы первого порядка, второго порядка и т. д. Более сложные
сборочные единицы состоят из нескольких простых сборочных единиц, собранных при
помощи соединительных деталей. Простые сборочные единицы состоят из соединенных
отдельных деталей. Часть изделия, входящая непосредственно в него, называется сборочной
единицей; входящая в изделие в составе сборочной единицы – сборочной единицей первого
порядка; входящая непосредственно в последнюю – сборочной единицей второго порядка.
Сборкой обеспечивается необходимая взаимосвязь отдельных деталей и сборочных
единиц.
Операция сборки охватывает все действия рабочего (или нескольких рабочих) и
оборудования над одной сборочной единицей. Так, напрессовку на вал двух подшипников,
расположенных на его концах, можно производить в одну или в две операции. Напрессовка
подшипников с одной и с другой стороны вала последовательно будет означать одну
операцию, выполненную в два перехода. Если же в партии валов сначала напрессовать
подшипники с одной стороны всех валов, а затем — с другой, то будем иметь две операции
сборки, каждая из которых состоит из одного перехода. Приемы при сборке выполняются
часто одновременно. Например, завертывание колесных гаек многошпиндельными гайковертами.
Виды сборочных соединений
Соединения деталей при сборке могут быть неподвижными и подвижными; они
выполняются разъемными и неразъемными. Разъемные соединения разбираются без
повреждений деталей и без особых затруднений, неразъемные соединения не могут быть
разобраны без повреждений сопряженных элементов, разрушений скрепляющего шва или
крепежных деталей.
К неподвижным разъемным соединениям относятся резьбовые, шпоночные и
шлицевые, выполненные с переходными посадками и посадками на конус, а также
штифтовые соединения.
В резьбовых соединениях обычно используются шпильки, болты и винты. Шпильки
применяют при непосредственном соединении плоских поверхностей. Этому предшествует
ввертывание шпилек в базовую деталь. При завинчивании шпилек обеспечивают
перпендикулярность их осей к плоскости сопряжения и необходимую высоту выступающей
над этой плоскостью части шпильки. На 1 мм длины выступающей части до пускается
отклонение от перпендикулярности не более 2 мкм.
Болты применяют в случае, когда отверстия в сопрягаемых деталях сквозные.
Соединения винтами необходимы тогда, когда винтовое соединение в процессе
эксплуатации часто разбирается. Поэтому резьба для винтовых соединений выполняется
мене плотной, чем в резьбовых соединениях шпильками.
При выполнении болтовых и винтовых соединений широко используются переносные
электро- и пневмогайковерты, подвешиваемые к пружинным противовесам (блокам).
Применение механизации значительно повышает производительность труда при сборке и
качество резьбового соединения за счет равномерной затяжки.
Электрогайковерты бывают одно- и многошпиндельными с числом шпинделей до 20.
Многошпиндельные гайковерты позволяют завертывать одновременно несколько гаек
(например, при установке колес), однако они имеют большую массу. Величину крутящего
момента при затяжке болтов, шпилек и винтов проверяют тарированным инструментом или
ключами с динамометром.
В шпоночных соединениях используются клиновые, призматические и сегментные
шпонки.
В соединениях с призматическими или сегментными шпонками сборка шпонки с валом
производится с натягом, шпонка запрессовывается в паз вала при помощи пресса или
винтовыми струбцинами.
Неподвижные шлицевые соединения выполняют с различными посадками
центрирующих элементов и бывают туго- и легкоразъемными. Тугоразъемное шлицевое
соединение выполняют с нагревом охватывающей детали до 80 – 120° С. Нагрев уменьшает
усилие напрессовки и, следовательно, обеспечивает более правильную посадку. Напрессовка
на вал производится в специальном приспособлении; после напрессовки охватывающая
деталь проверяется на биение. При сборке легкоразъемных шлицевых соединений больших
усилий напрессовки не требуется.
Штифтовые соединения выполняются при помощи конических и цилиндрических
штифтов. Кроме соединения, штифты используются также для обеспечения необходимого
взаимного положения собираемых деталей.
При сборке деталей с сопрягаемыми коническими поверхностями отверстия под штифт
должны обрабатываться в сборе с охватывающей деталью. В самой детали это отверстие
может быть выполнено до сборки.
К неподвижным неразъемным соединениям относятся соединения с гарантированным
натягом, развальцовывание, клепка, сварка, пайка, склеивание и холодная штамповка.
Соединения с гарантированным натягом выполняют с применением прессовых
посадок или теплового воздействия на собираемые детали. Детали, изготовленные по
допускам прессовых посадок, собирают под давлением на прессе. Охватывающая деталь
напрессовывается своим отверстием на вал, или, наоборот, охватываемая деталь запрессовывается в отверстие охватывающей детали (например, запрессовка втулки в отверстие поршня
двигателя). В результате такого соединения деталей на их сопряженных поверхностях
возникают значительные нормальные давления. При запрессовке используются специальные
приспособления в виде стационарных и переносных прессов, домкратов, струбцин и
различного типа скоб, обеспечивающие правильную установку и устраняющие перекосы
сопрягаемых деталей.
Если условия работы сопрягаемых деталей тяжелые, то сборку осуществляют путем
теплового воздействия на них. Прочность посадки при этом в 2 раза превышает прочность
обычных прессовых посадок. При осуществлении посадки тепловым воздействием на
сопрягаемые детали микронеровности сцепляются, а не сглаживаются, как это имеет место
при обычных соединениях.. Тепловые посадки целесообразно применять также при больших
диаметрах и малых длинах сопрягаемых деталей, так как при соединении таких деталей под
прессом могут возникнуть перекосы. Примером тепловой посадки для такого типа деталей
является соединение заготовок зубчатого венца и маховика двигателя.
Развальцовывание применяется в том случае, когда требуется обеспечить плотное и
герметичное соединение деталей. Оно выполняется специальным инструментом путем
пластического деформирования одной из сопрягаемых деталей. В этой связи важен
правильный выбор материалов деталей, от которого зависит качество соединения.
Развальцовывание осуществляется на сверлильных станках и специальных установках.
В автомобильной промышленности этот вид соединения применяется в трубопроводах
тормозной системы и смазки двигателя.
Клепаные
соединения
используются в конструкциях,
которые подвергаются
воздействию высоких температур и коррозии, а также в конструкциях, испытывающих
ударные и вибрационные нагрузки. Процесс клепки механизирован; применяются пневмо- и
электроклепальные молотки, полуавтоматические и автоматические прессы (машины). При
клепке с использованием полуавтоматов заклепки вставляются подающим устройством. В
автоматах выполняется автоматически
весь
процесс: пробивка отверстий, вставка
заклепок и обжатие замыкающих головок.
Сварные соединения находят все более широкое применение при сборке машин,
сокращая использование заклепочных соединений. Применение сварки экономит материал и
снижает трудоемкость изготовления. Технологическая особенность процесса сварки
позволяет вводить электросварочные машины непосредственно в поточные линии сборки (и
механической обработки). Наиболее широко применяется электродуговая автоматическая и
полуавтоматическая сварка.
Пайка в автомобилестроении используется для устранения обнаруженных дефектов
(например, течи в трубках радиатора).
Подвижные разъемные и неразъемные соединения. Для получения подвижных
соединений сопрягаемые детали изготовляют по допускам посадок, обеспечивающих
подвижность соединения (зазор). К таким посадкам относятся посадки скольжения, движения, ходовая, легкоходовая и широкоходовая.
Величина зазора соединения устанавливается конструктором при проектировании узла.
Технолог обязан разработать такой технологический процесс, выполнение которого
обеспечит соблюдение установленных допусков на размеры, формы и пространственных
отклонений. В подавляющем большинстве случаев подвижные соединения выполняются
разъемными.
Организационные формы сборки.
В машиностроении применяют следующие организационные формы сборки машин:
стационарную, осуществляемую без пооперационного разделения сборочного процесса при
неподвижном собираемом объекте, и поточную, характеризующуюся разделением
технологического процесса на операции и осуществляемую как при неподвижном
собираемом объекте, так и с его перемещением. Выбор организационной формы сборки
обусловлен главным образом количеством собираемых машин.
В автомобильной и тракторной промышленности узловая и общая сборка
осуществляется поточным методом с перемещением собираемого объекта (сборка на
конвейере). Собираемый объект при поточной сборке передается от одного сборочного места
к другому при помощи транспортирующих устройств, которые предназначены только для
межоперационного перемещения объекта.
При использовании конвейера с периодическим перемещением сборочной единицы или
машины сборка производится в периоды остановки конвейера. Применяются пластинчатые и
тележечные конвейеры. При каждом перемещении собираемого объекта на сборочное место
(пост) с последнего места конвейера сходит сборочная единица (изделие).
При сборке на непрерывно движущемся конвейере собираемый объект перемещается с
одного сборочного места на другое с заданной скоростью, которая позволяет выполнить
сборочные операции на протяжении каждого сборочного места.
Поточную сборку характеризует действительный темп сборки, который определяет
период времени равномерного выпуска собранных изделий.
Технологические процессы сборки и их проектирование
Предварительно, до начала разработки технологического процесса сборки, необходимо
изучить конструкцию собираемой машины, условия ее работы и технические условия ее
приемки и испытания.
На основе изучения конструкций собираемых сборочных единиц и целой машины
составляется схема сборки соединений, определяющая взаимную связь и последовательность
соединений отдельных элементов, сборочных единиц агрегатов (механизмов) и целого изделия.
Технологический процесс сборки заключается в соединении деталей в узлы и узлов и
отдельных деталей – в механизмы (агрегаты) и в целую машину. В связи с этим все работы
сборочного процесса разбиваются на отдельные последовательные стадии (сборка узлов,
сборка агрегатов, механизмов, общая сборка), которые далее расчленяются на отдельные
последовательные операции, переходы, приемы. Операция может выполняться при
нескольких установках.
Под операцией в сборочном процессе понимают часть сборочного процесса,
осуществляемую по какому-либо узлу или машине одним или несколькими рабочими на
одном рабочем месте.
Операция состоит из переходов.
Под переходом понимают часть операции, которая вполне закончена, не может быть
расчленена на другие переходы и выполняется без смены инструментов одним или
несколькими рабочими одновременно.
Переход состоит из приемов.
Приемом называется часть перехода, состоящая из ряда простейших рабочих
движений выполняемых одним рабочим.
Под установкой понимается придание определенного положения собираемым деталям
и соединениям.
При разработке технологического процесса поточной сборки необходимо определить
вначале такт сборочных работ, так как расчленение технологического процесса на отдельные
операции зависит от такта сборки; затрата времени на отдельные операции (трудоемкость)
должна быть равной или кратной величине такта.
Если по характеру производства для придания деталям, прошедшим механическую
обработку, нужных размеров и формы требуется окончательная доделка ручным способом, то
такие работы должны предшествовать сборке.
При разборке технологического процесса сборки для каждой операции, перехода и других
частей сборочного процесса должно быть дано описание характера работ и способов их
выполнения; должен быть указан необходимый инструмент и приспособления, определены
потребное количество времени, число рабочих и их квалификация. Время, потребное на
выполнение отдельных операций сборки узлов (агрегатов, механизмов), и сроки подачи их
вместе с деталями к местам общей сборки должны быть установлены так, чтобы обеспечить
бесперебойный ход сборочного процесса. Таким образом, технологический процесс сборки
определяет длительность сборки изделия, количество рабочих, потребное на отдельные
операции и на всю сборку, время на сборочные работы, выполняемые всеми рабочими, сроки
комплексной подачи деталей, узлов и агрегатов (механизмов).
При проектировании технологического процесса сборки
необходимо разделять
сложные сборочные единицы (собранные из простых сборочных единиц) на более простые,
состоящие обычно из отдельных деталей. Для разработки технологического процесса ,
сборки необходимы следующие исходные данные: 1) описание служебного назначения
изделия и технические условия на его приемку; 2) сборочные чертежи изделия и
сборочных единиц; 3) данные о программе выпуска изделия.
Разработка технологического процесса сборки начинается с изучения служебного
назначения и конструкции изделия, условий работы и технических условий его приемки.
При изучении конструкции производится технологический анализ сборочных чертежей
(правильность простановки размеров, необходимых для сборки, обоснованность
регламентации точности и т. д.). Помимо этого, технолог должен ознакомиться с рабочими
чертежами деталей, входящих в рассматриваемый сборочный чертеж, чтобы уяснить
характер сборочных работ. В результате изучения сборочных чертежей возможны
предложения отделу главного конструктора по изменению конструкции с целью упрощения
технологического процесса сборки с учетом служебного назначения изделия. Изменения
вносятся отделом главного конструктора.
Глубина разработки технологического процесса сборки предопределяется типом
производства и программой выпуска. При малых выпусках изделий разработка процесса
представляет собой лишь общую наметку сборочных операций. При большом выпуске
процесс
сборки
разрабатывается детально, с возможно полной дифференциацией
сборочных операций. Технологу необходимо знать условия, в которых будет выполняться
разработанный технологичский процесс сборки. Последний может осуществляться на вновь
проектируемом заводе и на действующем предприятии. Если в первом случае выбор и
разработка варианта технологического процесса свободные, то в условиях действующего
предприятия они зависят от ряда факторов: наличия оборудования и его загрузки,
перспектив получения нового оборудования, производственных
возможностей
инструментального цеха и цеха приспособлений и т. д.
На основании изучения исходных данных составляется технологическая схема общей
сборки и сборки сборочных единиц. Эта работа значительно облегчается, если имеется
образец, пробная разработка которого упрощает составление последовательности сборки.
Элементы, демонтируемые в неразобранном виде, представляют собой технологические
сборочные единицы, на которые должны быть составлены технологические схемы сборки
Последние определяют взаимную связь сборочных элементов изделия или сборочной
единицы, показывают порядок комплектования их, упрощают разработку процессов сборки,
а также позволяют произвести технологическую оценку конструкции. Таким образом,
технологические схемы сборки являются отправными для разработки технологических
процессов сборки.
Для сложных изделий на основании технологических схем сборки разрабатывают
технологические процессы сборки отдельных групп и подгрупп, а затем процесс общей
сборки.
Тема 13 Технологія виробництва кузовів і кабін автомобілів та тракторів.
13.1 Вимоги до кузовів, які виходять з умов їх експлуатації: міцність, довговічність
надійність, антикорозійна стійкість, зовнішній вигляд, комфортабельність основні матеріали
, які використовуються для виготовлення кузовів і внутрішніх елементів капоту, багажника і
дверей.
13.2 Основні етапи технологічного процесу виготовлення кузовів: холодна штамповка,
складання, зварювання, підготовка для фарбування, опоряджувальні роботи фарбованих
поверхонь.
13.3 Особливості проектування сучасних процесів складання кузовів та кабін в
автотракторобудуванні.
13.4 Вимоги до конструкцій кузовів та кабін для умов автоматизованого виробництва.
ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА КУЗОВОВ
И КАБИН АВТОМОБИЛЕЙ И ТРАКТОРОВ
Общие требования к деталям и материалам для их изготовления.
Детали и сборочные единицы оперения, агрегаты системы охлаждения, агрегаты для
очистки воздуха, масла и ряд других ответственных конструкций изготовляются холодной
штамповкой из листового проката или же штамповкой с последующим соединением деталей
в сборочные единицы.
Холодноштампованные детали имеют ряд преимуществ по сравнению с деталями,
изготовленными другими методами: малую массу при высокой прочности и жесткости,
низкую трудоемкость изготовления и высокий коэффициент использования металла. При
холодной штамповке применяют листовой прокат из черных и цветных металлов и их
сплавов. Штамповка плоских деталей (без вытяжки) выполняется почти из любого
материала, но изготовление деталей глубокой вытяжкой возможно только из металлов с
высокой пластичностью.
Установлено, что хорошие результаты глубокой вытяжки дает сталь с содержанием
углерода 0,05 – 0,15%. Однако не всякая низкоуглеродистая сталь обеспечивает
качественную штамповку заготовки с глубокой вытяжкой, деталей, требующих высококачественной декоративной отделки. На качество поверхности штампованной детали влияет
величина зерна исходного металла. Стали, обеспечивающие высокое качество штамповки,
имеют мелкозернистое строение. Определены оптимальные значения зернистости для этой
группы сталей: для листа толщиной 0,8 – 2,0 мм размер зерна 26 – 37 мкм, для листа 2,0 – 5,0
мм – 37 – 52 мкм и для листа 5,0 – 6,0 мм – 70 – 80 мкм. Стали с более мелким зерном имеют
более низкую пластичность и повышенную жёсткость. Детали, изготовленные глубокой
вытяжкой из сталей с крупнозернистым строением, имеют шероховатую поверхность,
непригодную для тонкой декоративной отделки.
Качественная конструкционная тонколистовая сталь (холодно- и горячекатаная) имеет
три группы: ВГ – для весьма глубокой вытяжки, Г – для глубокой вытяжки и Н – для
нормальной вытяжки. Группа ВГ включает марки стали от Ст 0,5 до 20; группа Г – от Ст 08
до 35; группа Н – от Ст 08 до 50. Холоднокатаная сталь имеет большее относительное
удлинение, чем горячекатаная. Холоднокатаная листовая сталь, употребляемая для
изготовления облицовочных автомобильных деталей, имеет жесткие допуски по толщине
листа и высококачественную отделку поверхности. По состоянию поверхности штампуемая
сталь разделяется на четыре группы: 1 – особо высокая отделка поверхности; 2 – высокая
отделка поверхности; 3 – повышенная отделка поверхности; 4 – нормальная отделка
поверхности.
Холоднокатаные листы стали 1-й группы на лицевой стороне не могут иметь
поверхностных дефектов; на стороне, противоположной лицевой, допускаются
незначительные дефекты в виде рябин или легких царапин в пределах 1/4 допуска на
толщину листа. На лицевой стороне холоднокатаных листов из стали 2-й группы
допускаются незначительные дефекты в виде рябин и легких царапин в пределах 1/2 допуска
на толщину листа. На стороне, противоположной лицевой, допускается легкая рябизна,
мелкие поры и раковины, легкие царапины и отпечатки от валков в пределах 1/2 допуска на
толщину листа. Холодно- и горячекатаные листы из стали 3-й группы на лицевой стороне
могут иметь рябины, мелкие царапины, мелкие риски, отпечатки от валков в пределах 1/2
допуска на толщину листа. На стороне, противоположной лицевой, допускаются рябины,
мелкие царапины, мелкие риски, мелкие поры и раковины, отпечатки валков в пределах
допуска на толщину листа. Горячекатаные листы из стали 4-й группы на обеих сторонах
могут иметь дефекты, аналогичные дефектам листов 3-й группы, в пределах допуска на толщину листа. Кроме того, на стороне, противоположной лицевой, допускаются вдавлины
размером в тех же пределах.
Шероховатость поверхности холоднокатаной неполированной листовой стали
достигает Rа = 1,25 мкм, а полированной Rа = 0,32 мкм. Если при нормальных условиях
штамповки из листовой стали происходит разрыв листа или образуются трещины, то эти
явления могут иметь место по следующим причинам: слишком крупнозернистая структура
стали за счет неправильного режима отжига; коррозия металла на поверхности, вызывающая
значительное трение, ведущее к разрыву листа; наличие в стали пленок, волосовин и
посторонних включений, резко снижающих прочность листа; наличие остаточных
напряжений; неравномерная толщина листа и др.
Конструирование деталей большого габарита, изготовляемых глубокой вытяжкой,
целесообразно при установившемся производстве, когда его масштаб позволяет производить
затраты на изготовление дорогостоящей технологической оснастки. При малых масштабах
производства крупногабаритные детали глубокой вытяжки целесообразно расчленить на
более мелкие, которые можно затем соединить в сборочные единицы сваркой или клепкой.
При малых масштабах выпуска штамповку целесообразно выполнять на упрощенных и
универсальных штампах.
В условиях поточно-массового производства существенную роль играет снижение
трудоемкости и металлоемкости конструкции. Снижение трудоемкости, помимо
рациональной формы детали, достигается совмещением операций, применением многорядной штамповки, механизацией и автоматизацией процесса, а также организацией
поточных и автоматических линий штамповки. Например, внедрение автоматических линий
для резки заготовок из рулонной листовой стали толщиной до 2,5 мм заменяет тяжелые
операции по резке листовой стали на гильотинных ножницах и повышает точность
получаемых заготовок.
Совмещение нескольких операций в одном штампе повышает точность, сокращает
трудоемкость штамповки и длительность технологического цикла, уменьшает количество
штампов и число единиц оборудования для изготовления детали, что, в свою очередь,
сокращает внутрицеховую транспортировку и упрощает технологическое планирование.
Механизация и автоматизация процессов штамповки осуществляется применением прессавтоматов, штампов-автоматов, специальных устройств, автоматизирующих подачу
материала в зону обработки и удаление деталей со штампа, а также созданием
автоматизированных и автоматических линий.
По сложности штамповки цилиндрические детали являются наиболее простыми; более
сложны ступенчатые детали в виде тел вращения и детали коробчатой формы и весьма
сложны полые детали пространственной формы, как, например, детали облицовки
автомобиля.
Отштампованные облицовочные детали кузова и кабины автомобиля должны иметь
высокое качество поверхности, так как на них наносятся тонкие декоративные покрытия.
Поэтому на поверхностях этих деталей не допускаются волны, складки, вмятины, царапины
и другие дефекты. Деталям с глубокой вытяжкой следует придавать по возможности
упрощенную форму. Глубину отдельных элементов конструкции следует назначать из
условий формообразования детали. Необходимо правильно установить радиусы сопряжений
на переходах между различными сечениями, пользуясь нормативными данными.
Штамповка деталей облицовки автомобиля.
Рассмотрим технологический процесс штамповки наружной панели двери автомобиля
ЗИЛ-130. Изготовление этой детали относится к массовому производству. Наружная панель
штампуется из стали Ст08 толщиной 0,9 мм.
1. Разрезка листа на карточки размером 950*1500 мм
2. Вытяжка с обрезкой угла и технологической надрезкой в оконном проеме.
3. Обрезание по контуру с вырезкой оконного проема и пробивкой фасонного отверстия
диаметром 35 мм, одного отверстия диаметром 7 мм, двух отверстий диаметром 6 мм.
4. Отбортовка оконного проема и кромки наружного контура
5. Расфланцевание оконного проема.
6. Пробивка отверстийц диаметром 6 мм и четыре отверстия 6*10 мм во фланце
оконного проема
7. Контроль: а) внешним осмотром; б) формы и размеров детали согласно чертежу.
Сварка деталей автотракторных сборочных единиц.
При сборке отдельных деталей в сборочные единицы широко применяется сварка, так
как по сравнению с клепкой она ускоряет процесс сборки деталей в сборочные единицы, дает
экономию металла за счет устранения заклепок, накладок и других деталей, необходимых
при клепке. Применение сварки способствует облегчению конструкции за счет снижения
толщины стенок соединяемых деталей, применения специальных прокатных профилей.
Использование сварных конструкций при проектировании машин дает экономию металла по
сравнению с клепаными до 20%, а по сравнению с литыми – до 50%. Применение
штампосварных конструкций упрощает процесс производства и снижает припуски на
механическую обработку.
В условиях массового производства автомобилей и тракторов применяют наиболее
прогрессивные методы сварки. В автомобильной промышленности применяется большое
количество листовых материалов при изготовлении деталей, что способствует использованию
наиболее производительной контактной сварки. При этом применяются сварочные машины,
которые сваривают за один цикл более 100 точек. Машины работают в полуавтоматическом и
автоматическом циклах; в условиях массового производства возможно применение
автоматических сварочных линий.
Для повышения производительности сварочные машины оборудуют всевозможными
гидравлическими,
пневматическими,
электрическими
силовыми
устройствами,
механизирующими и автоматизирующими процесс сварки. Автоматизируется также
управление всеми действиями машины за счет применения электронной аппаратуры.
Автоматизация сварки наряду с повышением производительности резко повышает качество за
счет устранения влияния субъективных особенностей сварщика. На автоматических линиях
сварки отдельных сборочных единиц и кузова в целом широко используются промышленные
роботы.
В условиях серийного производства частые переналадки ограничивают внедрение
автоматизированной и автоматической сварки, поэтому при малых сериях используются
универсальные сварочные машины, которые требуют меньше времени на переналадку.
Достигнут также высокий уровень автоматизации дуговой сварки, особенно при
производстве грузовых автомобилей и тракторов.
Автомобильные детали, подлежащие сварке, в большинстве случаев изготовляют из
листового материала штамповкой и редко литьем или горячей штамповкой. При выборе
материала для изготовления деталей, подлежащих сварке, учитывают эксплуатационные
требования к детали, требования штамповки и сварки. Лучшие результаты дает сварка
однородных металлов; сварка разнородных металлов более затруднительна. Качество
сварных соединений зависит от свариваемости соединяемых металлов, состава металла и
состояния свариваемых поверхностей (загрязнения, микронеровности, пленки, раковины и т.
д.). Если сталь содержит более 0,3% углерода, то ее сварочные свойства понижены и при
сварке возможно образование закалочной структуры. Если сталь имеет повышенное
содержание углерода (0,4 – 0,5%), то ее следует сваривать с предварительным подогревом
деталей и медленным их охлаждением по окончании сварки во избежание образования
закалочных структур и трещин. Содержание марганца в металле до 0,3 – 0,8% положительно
влияет на качество сварки, а повышение его содержания повышает закаливаемость.
Сварка вызывает появление напряжений и деформаций в зоне сварочного шва.
Высокий концентрированный нагрев в этом месте приводит к большому перепаду
температур в теле детали. Если деталь имеет простую конструкцию и сваривается при равномерном нагреве в свободном (незакрепленном) состоянии, то после сварки у этой детали
могут отсутствовать остаточные напряжения, так как в этом случае отсутствует
механическое торможение при остывании детали. Если сварка деталей производится в
приспособлениях без предварительного подогрева с большой концентрацией тепла,
вызывающего значительные температурные перепады, то в этом случае детали коробятся
ввиду объемных превращений и значительных остаточных напряжений, что может вызвать
появление трещин.
Остаточные напряжения можно снизить за счет конструктивных и технологических
мероприятий. Конструктивные мероприятия должны быть направлены на рассредоточение
сварных швов в сборочной единице, введение гибких элементов конструкции,
обеспечивающих свободную деформацию, на подбор материалов, обеспечивающих
качественную сварку. Технологические мероприятия направляются на устранение излишнего
усилия закрепления деталей при сварке, на обеспечение равномерного остывания их после
нее, выбор рационального порядка наложения сварочных швов, обеспечивающего свободное
перемещение при усадочных явлениях, повышение теплоотвода из зоны сварки и т. д.
Следует также учитывать габаритные размеры детали, которые могут ограничить
использование некоторых высокопроизводительных сварочных машин. Рациональность
применения газовой сварки зависит от толщины свариваемого материала. Этот вид сварки
целесообразно применять при толщине свариваемой стали не более 2 мм; при толщине стали
более 6 мм сварку следует производить с разделкой свариваемых кромок.
Сборка двери кабины автомобиля.
Дверь кабины автомобиля состоит из отдельных частей, которые в основном соединены
сваркой. Основание двери выполняется в виде наружной и внутренней штампованных
панелей. На внутренней панели размещается вся арматура: замок двери, механизм
стеклоподъемника, направляющие желоба стекла, петли для навески двери, усилитель
оконного проема и др. Рассмотрим технологический процесс сборки наружной панели и
общей сборки двери.
Сборка наружной панели.
1. Наружная панель двери устанавливается в приспособление.
2. На панель по упорам устанавливается верхняя пластина и зажимами прижимается
нижняя пластина.
3. Пластины привариваются точечной электросваркой к панели двери в трех точках.
4. Контроль: а) внешним осмотром; б) качества сварки согласно требованиям
инструкции.
Сборка двери без окраски и обивки выполняется на двух автоматических линиях.
1. Установка в сборочное приспособление наружной панели двери в сборе; сборка
внутренней панели двери в сборе с наружной панелью в приспособлении.
2. Автоматическая подача собранной сборочной единицы к прессу для забортовки
кромки наружной панели двери.
3. Сварка наружной панели двери с внутренней панелью и последующий
автоматический сброс изделия на ленточный транспортер
4. Снятие сборочной единицы с транспортера и правка проема окна под стекло.
5. Подвеска сборочной единицы на подвесной конвейер.
6. Контроль качества сварки и размеров.
7. Закрепление на двери в сборе верхней и нижней петель навески двери четырьмя
болтами; подвешивание сборочной единицы на подвесной конвейер
8. Контроль качества монтажа навесок
Таким образом на автоматической линии производится забортовка внутренней и
наружной панелей двери и сварка по контуру забортовки. Каждую линию обслуживает один
оператор. При установке собранных панелей в специальное автоматизированное сборочное
приспособление фиксируется относительное положение панелей. Уложенные панели автоматически подаются на рабочую позицию гидравлического пресса, где забортовка
осуществляется последовательно за две операции.
Сварку по периметру забортовки осуществляют в 32 точках и выполняют на
специальной многоэлектродной многотрансформаторной сварочной машине. Чтобы избежать
следов электродов на наружной поверхности двери, при сварке выполняют шов из
бесследных точек. Такой шов получают, применяя «мягкие» электроды щеточного типа из
многожильного кабеля, которые под усилием сварочной машины плотно прилегают к
профилю поверхности наружной панели, копируя ее. Стойкость таких электродов составляет
100 – 150 рабочих смен. Сварка «мягкими» электродами позволяет исключить абразивную
зачистку мест сварки перед окраской. Совершенствование электрических режимов сварки
обеспечивает резкое снижение выплесков металла, что позволяет исключить зачистку
поверхности изделия после сварки под окраску.
Производительность каждой линии общей сборки составляет 80 дверей кабины в
час.
Особенности производства кабины автомобиля.
Схема технологического процесса изготовления кабины может быть представлена
следующими этапами: изготовление деталей (в основном штамповкой из листа), сборка и
сварка, подготовка к окраске и окраска, транспортирование готовых кабин на общую сборку
автомобиля.
При изготовлении штампованных деталей больших габаритов имеют место
значительные отклонения их по размерам, форме и пространственному расположению. Эти
отклонения зависят от точности и качества исходного листового металла, точности раскроя
листа на заготовки, износа штампов, условий штамповки и др.
В свою очередь внедрение автоматических линий сборки и сварки в условиях
массового производства может быть осуществлено на основе взаимозаменяемых штамповок,
т. е. штамповки должны иметь стабильную заданную точность и требуемое качество. В
соответствии с этим при изготовлении кабин автомобилей для резки заготовок крупных
деталей примененяют автоматические линии, выполняющие поперечную резку и вырубку
заготовок из рулонного листового металла. На этих линиях установлены четырехстоечные
вырубные прессы, которые за счет конструкции штампов обеспечивают получение за один
ход двух заготовок.
Штамповка крупных деталей кабины производится на универсальном четырехстоечном
прессе с выдвижным столом.
При сборке кабины имеют место существенные отклонения от заданных размеров,
возникающие по следующим причинам: деформация кабины в связи с невозможностью
осуществить одновременную ее сварку по всему контуру; различная величина остаточных
напряжений у соединяемых деталей, возникших при штамповке и сборке прихваткой в
отдельных точках, и др. Кроме того, имеют место отклонения за счет фиксации кабины на
сварочном столе и за счет погрешности расположения сварочных пистолетов в рабочей зоне
сварки. Суммарное отклонение свариваемых кромок кабины достигает ±3,0 мм. Чтобы
избежать влияния этих отклонений на качество сварки кабины, применены
самоустанавливающиеся сварочные инструменты относительно кромок под сварку.
Учитывая недостаточную жесткость пола кабины и отсутствие надежных
технологических баз, выполнение операций сварки на пяти производится с применением
приспособлений-спутников. Спутник представляет собой сварную раму, изготовленную из
швеллеров, на которой установлено сварочное приспособление.
Собранный и сваренный пол кабины снимается со спутника механической рукой и
передается на поперечный транспортер, с которого поступает на подвесной конвейер
толкающего типа линии общей сборки кабины. Приспособление-спутник после съема изделия
гидроподъемником опускается в нижнее положение и перемещается шаговым конвейером
обратно к начальной позиции сборочной линии.
Общая сборка кабины затруднительна ввиду малой жесткости ее частей и деталей, что
вызывает повышенные требования к точности сборки этих частей на отдельных кондукторах.
Конструктивные особенности кабины затрудняют автоматизацию ее сварки, так как многие
места сварки имеют сложный контур, а к отдельным участкам затруднен доступ сварочных
инструментов. Для осуществления сборки кабина разбита на шесть частей. Сборка
выполняется с помощью специальных приспособлений, оснащенных пневматическими
зажимами, которые обеспечивают надежное относительное фиксирование свариваемых
частей и предотвращают деформацию в процессе сварки.
Сборку кабины выполняют на двух параллельных линиях с использованием подвесных
сварочных машин, а окончательную сварку ведут на одной автоматической линии, которую
обслуживает тележечно-шаговый конвейер. На рабочих местах линии установлены
подъемные столы, которые ходом вверх снимают кабины с транспортного конвейера и
устанавливают их для выполнения операции сварки. При этом обеспечивается постоянство
технологических баз на всех операциях сборки кабины, начиная с линии сварки пола. После
того как сварка на всех рабочих местах линии закончена, все столы движением вниз
передают кабины на транспортный конвейер, который перемещает их на один шаг, и каждая
кабина попадает на следующее рабочее место для дальнейшей сварки. С последней операции
сварки кабины поступают на дальнейшую сборку, а транспортный конвейер, освободившийся
от кабины, по холостой ветви конвейера возвращается в исходное положение.
Тема 14 Перспектива розвитку технології автотракторобудування.
14.1 Підвищення показників технологічності конструкції виробів.
14.2 Розвиток прогресивних технологічних процесів і підвищення ступеню
безперервності виробничого циклу.
14.3 Автоматизація процесів.
14.4 Підвищення рівня концентрації операцій утворення гнучких автоматизованих
виробництв та робото-технічних комплексів.
14.5 Широке використання електронно-обчислювальної техніки для проектування
конструкцій виробів, технологічних процесів виготовлення і керування виробництва.
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
1.
Гурин Ф.В., Клепиков В.Д., Рейн В.В. Технология автотракторостроения. - М.:
Машиностроение, 1981.
2.
Егоров М.Е. и др.. Технология машиностроения. – М.: Высшая школа, 1976.
3.
Ходоревский М.Г. Изготовление деталей и сборка автотракторной техники.
Киев: УМК ВО, 1992.
4.
Новиков М.П. Основы технологи сборки машин и механизмов. – М.:
Машиностроение, 1980.
5.
Степашкин С.М. и др.. Прогрессивные технологические процессы в
автотракторостроении. – М.: Машиностроение, 1980.
6.
Лавриненко М.З. Технология машиностроения и технологические основы
автоматизации. – Киев: Высшая школа, 1985.
7.
Справочник технолога-машиностроителя: В 2-х томах Под ред.. А.Г.
Касиловой и Р.К. Мещерякова, 1988.
8.
Обработка металлов резанием. Справочник технолога. Под ред.. А.А. Панова,
М.: Машиностроение, 1989.
9.
Технология автотракторостроения: Типовая программа, методические указания
и контрольне задания. Харьков, 1989.
10.
Методические указания к выполнению курсового проекта по технологи
автотракторостроения для студентов специальности 0513 Автомобили и тракторы. –
Харьков: ХПИ, 1983.
11.
Ходоревский
М.Г.
Технология
автотракторостроения.
Курсовое
проектирование, - Харьков: Основа, 1992.
12.
Горбацевич А.Ф., Шкред В.А. Курсовое проектирование по технологи
машиностроения. – Минск: Высшая школа, 1983.
13.
Солонин И.С. Математическая статистика в технологи машиностроения. – М.:
Машиностроение, 1992.
14.
ГОСТ 16504-81 «Испытания и контроль качества продукции. Основные
термины и определения».
15.
ГОСТ 15895-77 «Статические методы управления качеством продукции.
Термины и определения».
16.
ГОСТ 16493-70 «Качество продукции. Статистический приемочный контроль
по альтернативному признаку»