ГЛАВА XV
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ОБРАБОТКИ РЕЗАНИЕМ ДЕТАЛЕЙ ЛОКОМОТИВОВ
В локомотивостроении удельный вес обработки на металлорежущих станках хотя и ниже, чем во многих других отраслях, все еще довольно значителен. Так, доля станочной обработки в общей трудоемкости изготовления тепловоза составляет около 20%, в производстве электрического подвижного состава—15... 16%. Поэтому качество разрабатываемых технологических процессов обработки резанием имеет в производстве локомотивов важное значение. Разработка технологических процессов механической обработки резанием является сложной комплексной задачей. Ниже приведены некоторые общие рекомендации по обеспечению рационального решения этой задачи, показан пример разработки и записи операционного технологического процесса, рассмотрены технологические процессы обработки резанием типовых деталей локомотивов.
§ 33. ОБЩИЕ ПРАВИЛА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ОБРАБОТКИ РЕЗАНИЕМ
Разрабатывая технологические процессы обработки деталей на металлорежущих станках, следует руководствоваться следующими общими соображениями технико-экономического характера.
- Основные контуры технологического процесса обработки резанием и расчленение его на этапы обдирочной, черновой, получистовой, чистовой и отделочной (тонкой) обработки зависят, как уже отмечалось в § 13, от точности выполнения заготовки и заданной точности обрабатываемой детали.
Чем ниже точность заготовки и выше требования к точности готовой детали, тем больше объем обработки резанием, сложнее технологический процесс обработки, выше трудоемкость и стоимость станочных работ. И наоборот, с повышением точности заготовки и снижением требований к точности детали станочные работы упрощаются — в ряде случаев представляется возможным ограничиться однократной обработкой; иногда обработку резанием можно вообще исключить.
При использовании неточных заготовок (поковок свободной ковки, а иногда крупных отливок III класса точности) технологический процесс может включать обдирочную обработку резцами. Для заготовок, подвергшихся обдирке, для крупных штампованных поковок и массивных отливок II класса точности используется черновая обработка. При обработке более точных заготовок (отливок и штампованных поковок I класса точности) черновая обработка может быть исключена. Обработку точных заготовок (точное литье, штамповка с последующей чеканкой) можно начинать сразу с чистовых, а в некоторых случаях даже с отделочных операций.
- Технологический процесс может быть построен по принципу концентрации (укрупнения) или дифференциации (разукрупнения) операций, а также комбинированным способом.
В первом случае необходимо, как правило, более сложное технологическое оборудование с достаточно высокой степенью автоматизации; повышаются требования к квалификации рабочего. Достоинствами метода концентрации операций являются упрощение планирования производства, повышение производительности труда, в ряде случаев большая точность обработки и др. Метод концентрации операций используется во всех типах производства, особенно для обработки тяжелых громоздких объектов, таких, как боковины, рамы тележек и главные рамы локомотивов. Возможность рационального совмещения технологических переходов определяется характером взаимного расположения обрабатываемых поверхностей, условиями размещения режущих инструментов, а также жесткостью заготовки.
С применением принципа дифференциации операций упрощаются технологический процесс и необходимые наладочные работы при использовании более простых оборудования и оснастки; снижаются требования к квалификации рабочего. Метод дифференциации операций целесообразно применять в условиях массового и крупносерийного производств при изготовлении небольших по размерам, и массе объектов.
Наибольшее применение при проектировании технологических процессов находит комбинированный способ, когда одни операции строятся по принципу концентрации, а другие — по принципу дифференциации.
- Заданная точность обработки может быть получена различными способами (см. § 5). В единичном производстве она обеспечивается способом индивидуального получения размеров, для которого типичным является построение технологической операции с «одноместной» обработкой. При проектировании технологических процессов серийного и массового производств следует ориентироваться на обеспечение заданной точности обработки способом автоматического получения размеров с применением многоинструментных наладок. Обработка данным способом неточных заготовок на первых операциях (с использованием необработанных технологических баз) затруднена из-за широких допусков на размеры и значительных пространственных отклонений поверхностей заготовки.
- Одним из ответственных этапов проектирования технологических процессов обработки резанием является выбор технологических баз. От уровня решения этой задачи зависят трудоемкость технологического процесса, рациональность конструкции станочных приспособлений, а также точность обработки.
Важное значение для качества обрабатываемой детали имеют первые операции разрабатываемого процесса, при выполнении которых необходимо вскрыть возможные дефекты заготовки, обеспечить правильную взаимную увязку комплекса обрабатываемых и необрабатываемых поверхностей и равномерное распределение припусков между обрабатываемыми поверхностями, подготовить технологические базы для последующей обработки. С обработки этих последних поверхностей (баз) и нужно начинать разрабатываемый технологический процесс (см. п. 6).
Первые операции (как правило, одна, максимум — две) технологического процесса обработки резанием выполняются, по необходимости, при установке заготовки на необработанные поверхности (базы). При выборе этих баз рекомендуется руководствоваться следующими общими соображениями. Если обработке резанием подлежат не все поверхности заготовки и часть их остается в готовой детали необработанной, то эти последние поверхности обычно и принимают в качестве технологических баз на первой операции. В этом случае смещение необрабатываемых поверхностей относительно обрабатываемых будет наименьшим. Если в готовой детали много необрабатываемых поверхностей, то за технологические базы на первых операциях следует принять те из них, к увязке которых с обработанными поверхностями предъявляются наиболее высокие требования. Если все поверхности детали подлежат обработке резанием, в качестве технологических баз на первых операциях принимают поверхности с наименьшими припусками (например, подступичные части у поковок локомотивных осей); в противном случае при обработке этих поверхностей может наблюдаться брак «по черноте».
Необработанные технологические базы должны обеспечить устойчивую, надежную установку заготовки (нельзя, например, принять за базу места расположения прибылей, литников, разъемов опок или штампов). При обработке недостаточно точных заготовок способом автоматического получения размеров использовать в качестве технологической базы необработанную поверхность рекомендуется только один раз (при одном закреплении заготовки); в противном случае возможно значительное нарушение правильности взаимного расположения обрабатываемых поверхностей.
Подлежащие подготовке на первых операциях технологические базы для последующей обработки должны отвечать определенным требованиям. При выборе этих баз необходимо учитывать следующее. Разрабатывая технологический процесс, надо стремиться к наиболее полному соблюдению принципа совмещения измерительной и технологической баз, так как в этом случае погрешности, связанные с базированием, равны нулю. Повышению точности взаимного положения поверхностей обрабатываемой детали способствует следование принципу постоянства технологических баз, когда основная часть операций разрабатываемого технологического процесса выполняется при установке детали на одни и те же обработанные поверхности. При вынужденной смене баз необходимо переходить от менее точной к более точной базе. Обработанные технологические базы должны обеспечить наряду с устойчивой установкой наименьшие деформации детали от усилий зажима и сил резания. При обработке деталей повышенной точности перед заключительным этапом разрабатываемого технологического процесса следует предусмотреть повторную (отделочную) обработку соответствующих технологических баз.
Стремление к наиболее полному удовлетворению перечисленных выше требований к технологическим базам вызывает в ряде случаев необходимость оформления в конструкции обрабатываемой детали искусственных баз (например, центровых гнезд у валов, платиков или бобышек у корпусных и других деталей и т. п.).
- Методы (и маршруты) обработки резанием отдельных поверхностей устанавливаются в соответствии с требованиями чертежа детали, видом заготовки и типом производства с учетом технологических характеристик методов обработки, приведенных, в частности, в § 13. При этом исходят из того, что каждый последующий метод должен обеспечивать более высокую точность по сравнению с предыдущим.
Рис. 103. Схема формирования маршрута обработки сквозного отверстия:
1, 4, 7 — черновое, чистовое и тонкое растачивание; 2, 3 — черновое и чистовое зенкерование; 5 — протягивание; 6 — развертывание
Задача построения маршрута обработки поверхности многовариантна (см., например, схему возможных маршрутов обработки цилиндрического отверстия, полученного в заготовке литьем, по 8-му квалитету точности — рис. 103, а также табл. 4 в § 13). Выбор варианта осуществляется с учетом его эффективности и рентабельности в конкретных условиях производства. Решение данной задачи облегчается использованием типовых планов обработки различных поверхностей деталей машин.
- При установлении общей последовательности операций разрабатываемого технологического процесса можно руководствоваться нижеприведенными рекомендациями.
В начале технологического процесса должны быть обработаны поверхности детали, в дальнейшем принимаемые в качестве технологических баз (см. п. 4). Последующую обработку начинают с поверхностей, к которым не предъявляются высокие требования в отношении точности, а затем обрабатывают более точные поверхности; такая очередность обусловлена тем, что в результате перераспределения внутренних остаточных напряжений возможны деформации обрабатываемой детали. Если деталь подвергается термической обработке, необходимо в ряде случаев в целях устранения возможных короблений предусмотреть повторную обработку отдельных поверхностей. В последнюю очередь окончательна обрабатывают наиболее точную и ответственную поверхность детали.
При обработке неточных заготовок с большими припусками целесообразно черновые и чистовые операции выполнять на разных станках (хотя бы и одного типоразмера). Черновая, а тем более обдирочная обработка, связанная с удалением значительных и неравномерных припусков, вызывает большие переменные нагрузки; в результате станки теряют точность и не могут обеспечить выполнения требований, предъявляемых к чистовой обработке. В ряде случаев, особенно при обработке точных и недостаточно жестких деталей, следует предусматривать между этапами черновой и чистовой обработки операции естественного или искусственного старения для снятия внутренних остаточных технологических напряжений. Отделочные операции в связи с их спецификой обычно отграничиваются от чистовой обработки и выполняются в самом конце технологического процесса.
Вспомогательные операции (обработка резьбовых и прочих мелких отверстий, фрезерование лысок, канавок и т. д.) обычно выполняют на стадии чистовой обработки. Для контроля качества обрабатываемой детали в технологический процесс должны быть включены соответствующие контрольные операции, перед которыми следует предусмотреть очистку и промывку проверяемых деталей, а также удаление с их поверхностей заусенцев.
Рассмотренная последовательность построения технологического маршрута обработки в ряде случаев может быть изменена. Так, для своевременного выявления возможных дефектов материала заготовки в первую очередь обрабатывают те поверхности, на которых дефекты не допускаются; в случае их обнаружения заготовку либо бракуют без излишних затрат труда на обработку, либо, если возможно, своевременно исправляют брак. В целях организации более рационального транспортирования деталей при обработке порядок операций технологического процесса, разрабатываемого для действующих производств с непоточной формой организации, устанавливается с учетом расположения технологического оборудования в цехе, если это не сказывается отрицательно на качестве обрабатываемой детали.
- Определение, выбор и заказ новых средств технологического оснащения осуществляются в зависимости от вида работ, требований, предъявляемых к обрабатываемой детали, типа производства и конкретных производственных условий с учетом возможности максимальной унификации технологических разработок, а также широкого использования имеющихся стандартных средств технологического оснащения.
Тип и модель станка определяются принятым методом обработки, характером выполняемой операции, размерами заготовки, заданной точностью и производительностью обработки. Степень специализации и автоматизации рабочего цикла необходимого станка обусловлена требованиями рентабельности для определенного типа производства. В условиях единичного и мелкосерийного производств применяют универсальные станки. В массовом и крупносерийном (а иногда и в среднесерийном) производствах наряду с универсальным и специализированным для отдельных технологических операций экономически целесообразно использовать специальное (агрегатное) оборудование. В каждом конкретном случае составляется техническое задание на проектирование специального станка.
Выбор типа режущего инструмента связан с методом обработки, а исполнительные размеры таких инструментов,
как сверла, зенкеры, развертки, протяжки, фасонные фрезы и т. п., обусловливаются промежуточными размерами заготовки или размерами готовой детали. Средства контроля устанавливают исходя из необходимой точности измерений, а также трудоемкости и стоимости контроля.
Конструкции станочных приспособлений определяются с учетом соответствующих стандартных и типовых решений на основе габаритных размеров и вида заготовок, схем их базирования и закрепления при обработке, точности технологических баз, характеристики применяемого технологического оборудования, а также в соответствии с типом производства. Вопросы, связанные с выбором и проектированием приспособлений, изложены в третьем разделе.
Выбирая технологическую оснастку, следует использовать соответствующие стандарты и атласы типовых конструкций. При разработке новых конструкций приспособлений и инструментов необходимо составлять соответствующие технические задания с оформлением специальных карт заказа на проектирование и изготовление технологической оснастки.
- Построение технологических процессов обработки резанием деталей различных классификационных групп (валы, втулки, корпусные детали, зубчатые колеса и т. д.) имеет свои особенности. С этими особенностями применительно к деталям общемашиностроительного назначения студент может ознакомиться по учебникам [7, 16 и др.]. Отраслевая специфика построения технологических процессов станочной обработки типовых деталей локомотивов отражена в § 36.
- Проектирование технологического процесса осуществляется в несколько последовательных стадий. Вначале определяют его общие контуры для принятой заготовки, предварительно намечают последовательность и содержание основных технологических операций с выбором технологических баз, методов обработки, типа станков и т. д. Затем технологические разработки уточняют и конкретизируют с учетом соответствующих технологических расчетов (расчет промежуточных размеров заготовки на базе установленных величин промежуточных припусков и технологических допусков, установление режимов резания, нормирование технологической трудоемкости и т. д.).
Технологические разработки, как уже указывалось выше, многовариантны. Из нескольких возможных вариантов технологического процесса обработки одной и той же детали в одних и тех же производственных условиях выбирают Наиболее производительный и рентабельный вариант (см. § 30). При этом для сокращения трудоемкости и длительности технологической подготовки производства сравнение и выбор вариантов технологических разработок целесообразно при необходимости производить на предварительных и промежуточных стадиях проектирования.
Рассмотренные выше общие правила и рекомендации, разумеется, не решают всех вопросов такой сложной, многоплановой задачи, как разработка производительных и рентабельных технологических процессов обработки резанием. Однако следование этим правилам поможет начинающему разработчику технологических процессов избежать досадных ошибок при проектировании.
§ 34. ЭСКИЗЫ ОБРАБОТКИ
Технологические процессы обработки резанием иллюстрируются необходимыми эскизами (эскизы обработки, зачаливания, контроля), которые оформляются на соответствующих бланках технологической документации — картах эскизов.
Эскизы обработки составляются отдельно для каждой операции и установа, а в необходимых случаях — для каждой позиции. Обрабатываемая деталь на эскизе изображается в рабочем, на станке, положении, в соответствующей стадии обработки (после выполнения данной операции, установа или позиции). В отдельных случаях, обычно при многоинструментальных наладках, на эскизе показывают режущие инструменты (в конце рабочего хода).
На эскизах обработки отмечаются технологические базы и места приложения усилий зажима заготовки. Характер установки заготовки отображают с помощью специальных знаков, символизирующих установочные (опоры) и зажимные (зажимы) устройства приспособления. Примеры условных обозначений опор и зажимов в соответствии с ГОСТ 3.1107—73 приведены в табл. 8. На эскизах указываются также промежуточные размеры заготовки1 (или размеры готовой детали — при однократной или финишной обработке) с допусками и шероховатость поверхностей. Все обрабатываемые поверхности (или их размеры) нумеруют арабскими цифрами в направлении движения часовой стрелки. Эти поверхности на эскизе выделяют утолщенными линиями.
Примеры оформления эскизов обработки приведены в табл. 9, 10 и 11, а для случая многоинструментальной наладки — на рис. 104 (черновая обработка, включая отрезание литника, поршня тепловозного дизеля на токарном многорезцовом полуавтомате).
1 Следует помнить, что промежуточным (операционным) называют размер, получаемый после выполнения определенной технологической операции, т. е. размер, за точность которого отвечает исполнитель данной операции.
Таблица 8
Условные обозначения опор и зажимов
Рис. 104. Эскиз обработки поршня