Учебный материал / Производственные технологии. А.В.Мовшович.-2006 / Производственные технологии пособие

2.Необходимость конструирования литниковой системы для заливки металла, которая обеспечивает получение плотной структуры металла отливки.

3.Быстрое охлаждение металла – чем сложнее и тоньше форма, тем труднее получить плотные, без внутренних дефектов отливки (без пустот и раковин).

4.Усадка – уменьшение в объеме металла при его затвердевании – образование усадочных раковин. Чтобы компенсировать усадку, необходимо предусмотреть в литейных формах прибыли.

5.80 % всех отливок получают литьем в песчано-глинистые формы, технологический процесс которого создает тяжелые условия труда:

•выбивка отливок из форм – одна из самых тяжелых операций литейного про-

изводства. Она сопровождается выделением большого количества тепла и пыли.

Сущность процесса выбивки заключается в разрушении формы, освобождении отливок от формовочной земли. Стержни выбиваются пневматическими зубилами на вибрационных машинах;

•обрубку литников и выпоров производят с помощью пневматических зубил ленточных и дисковых пил, газовой резки и пр.;

•очистку отливок от пригоревшей земли и окалины, мелких заусениц производят, чтобы уменьшить трудоемкость последующей механической обработки.

Важнейшими задачами, стоящими перед литейным производством, являются повышение размерной точности отливок, снижение припусков на обработку, повышение производительности и улучшение условий труда.

81

ГЛАВА 19. ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА

19.1. Общая характеристика машиностроительного комплекса

Технический прогресс народного хозяйства зависит, главным образом, от уровня развития машиностроения. Различают главные отрасли машиностроения: станкостроение, тяжелое и транспортное машиностроение, химическое и нефтяное машиностроение, тракторное и сельскохозяйственное машиностроение, а также многие группы отраслей машиностроения, производящие оборудование для различных видов промышленности.

Основным видом продукции этих отраслей являются средства производства,

машины и изделия: от уникальных особо крупных машин и оборудования до подшипников, велосипедов и стиральных машин.

Машиностроительная промышленность наиболее сложная и отличается большим разнообразием производственных процессов.

В современном машиностроении машины собираются поточно-массовым способом без дополнительной обработки деталей. Это обеспечивается благодаря принципу взаимозаменяемости, на котором базируется современное машиностроение.

Взаимозаменяемость – это свойство совокупности независимо изготовленных деталей занимать предназначенные им места при сборке или ремонте без дополнительной подгонки, при этом все эксплуатационные показатели машины должны сохраняться. Взаимозаменяемость бывает полная и ограниченная, внешняя и внутренняя.

Неполная взаимозаменяемость – это взаимозаменяемость, при которой для получения требуемой точности сборки применяются дополнительные технологические операции, в том числе доводка и пригонка, так называемая селективная сборка или групповой подбор деталей и др. методы

Внутренняя взаимозаменяемость – взаимозаменяемость всех или некоторых деталей, составляющих сборочные единицы, механизмы, входящие в изделие. Например, в подшипниках качения внутреннюю взаимозаменяемость имеют кольца и тела качения (шарики, ролики).

Внешняя взаимозаменяемость – взаимозаменяемость сборочных единиц, а также кооперируемых и покупных изделий (монтируемых в более сложные изделия) по размерам и форме присоединительных поверхностей, эксплуатационным показателям, параметрам. Например, для подшипников качения – это размеры наружного и внутреннего колец; для электродвигателей – мощность, частота вращения вала, размеры и форма присоединительных поверхностей.

Взаимозаменяемость позволила создать массовое и серийное производство, сделала возможным создание специализированных производств. Она предполагает независимую обработку деталей на всех стадиях изготовления без последующей их пригонки в процессе окончательной сборки машины. При этом взаимозаменяемыми могут быть как отдельные детали, так и их соединения, узлы, машины.

Взаимозаменяемость деталей позволяет:

1)упростить процесс сборки, повысить производительность;

2)точно нормировать сборочный процесс во времени;

82

3)автоматизировать технологические процессы сборки и изготовления изделий;

4)широко применять при сборке машин специализацию и кооперирование производства;

5)упростить ремонт изделий;

6)упростить и удешевить работы по проектированию.

19.2. Системный характер машиностроительного производства

Основное звено машиностроительной отрасли – машиностроительное предприятие – является сложной технологической человеко-машинной системой, из которой можно выделить технологические процессы основного производства.

Основные производственные процессы:

•ЗГ – подсистема изготовления заготовок;

•ОБ – подсистема изготовления деталей;

•СБ – подсистема сборки машин;

•КК – подсистема контроля качества продукции.

		УПР
	МТПП	ИТПП
СКЛ	ЗГ	ОБ	СБ	КК
Рис. 19.1. Схема машиностроительного предприятия

На рис. 19.1 приведена схема машиностроительного предприятия. УПР – подсистема управления предприятием;

МТПП – подсистема материально-технической подготовки производства; ИТПП – подсистема информационнотехнологической подготовки производства; СКЛ – подсистема складирования.

В заготовительных, обрабатывающих и сборочных цехах реализуются основные производственные функции предприятия, а в остальных выполняются вспомогательные и обслуживающие функции, которые необходимы для того, чтобы можно было реализовать рабочие функции.

Заготовительные процессы происходят в литейных, кузнечных и других заготовительных цехах, где из исходных материалов изготавливают заготовки деталей машин: литые, кованные, штампованные, сварные, вырезанные из проката. Вид заготовительного процесса определяет характер технологических операций на следующих стадиях производственного процесса. От выбора рационального типа заготовки зависит себестоимость продукции и величина расхода материалов, поэтому предварительно рассчитываются стоимость получения заготовки и норма расхода материала.

Обрабатывающие процессы предназначены для того, чтобы придать заготовкам нужные форму, точность размеров, шероховатость поверхностей и физико-

83

механические свойства, т. е. сделать из заготовки деталь в соответствии с требованиями чертежа. В обрабатывающее производство входит обработка заготовок на металлорежущих станках, термическая и химико-термическая обработка, окрасочные и др. работы. Эти процессы происходят в механических, термических и гальванических цехах. Часто обработка резанием происходит в два этапа: обработка до операций упрочнения (закалка, улучшение, хромирование) и в заключение абразивная обработка, с помощью которой достигают нужную точность и шероховатость.

Сборочные процессы происходят в сборочных цехах или на участках механосборочных работ, где из деталей машин, изготовленных на предприятии, и

покупных изделий собирают машины. К технологическому процессу относят также контроль качества, очистку, а иногда и транспортировку, которые тесно связаны с процессами обработки и сборки или входят в них составной частью.

К вспомогательным процессам относят:

–материально-техническую подготовку производства;

–информационно-технологическую подготовку производства;

–ремонт технологического оборудования;

–изготовление технологической оснастки, тары и т. д.

К обслуживающим процессам относят:

–энерго- и теплоснабжение;

–транспортировку и складирование.

Центральное место в этой группе отводится информационно-технологической подготовке производства ИТПП, так как от ее своевременности и качества зависят качество управления производством и эффективность технологических процессов.

Технологическая подготовка производства – это комплекс организационных и инженерных работ по разработке технологии, по изготовлению необходимой технологической оснастки, инструмента, по освоению нового вида оборудования и отладке всех операций техпроцесса изготовления нового изделия. В соответствии с ЕСТД (Единая система технологической документации) изготавливается технологическая документация. На основе содержащейся в ней информации строится система технико-экономических и планово-нормативных расчетов, которые способствуют оперативному планированию и материально-техническому снабжению производства. В связи со сложностью и разнообразием технологических процессов машиностроения в технологических службах предприятия существует разделение труда. Технологи отдела главного металлурга занимаются литейным и кузнечным производством, сваркой, термической обработкой и нанесением покрытий. Технологимашиностроители (отдела главного технолога) занимаются механической обработкой и сборкой.

Технологические службы предприятия обеспечивают поток технологической информации, записанной в технологических картах, инструкциях, управляющих программах для технологического оборудования с ЧПУ и отраженной в трудовых и материальных нормативах и чертежах. Цеховые технологи проводят внедрение технологических процессов и оснастки. Контролируют соблюдение технологической дисциплины, проводят анализ причин брака и разрабатывают мероприятия по повышению качества и эффективности технологических процессов.

84

n = N a / 254

19.3.Характеристика основных типов производств

Вмашиностроении выбор того или иного технологического процесса зависит от типа производства, который определяется по уровню специализации рабочих мест. Различают три основных типа производства: единичное, серийное и массовое, которые определяются производственной программой и характером изготовляемой продукции.

Единичное производство характеризуется широкой номенклатурой изготовляемой продукции и малым объёмом выпуска одинаковых машин, повторное изготовление которых не предусматривается. Это производство прокатных станов, тепловых и гидравлических турбин, прессов, ремонт автомобилей, оборудования. Применяемые станки, инструмент, приспособления, как правило, универсальные, что требует применения труда рабочих высокой квалификации. Продукция имеет высокую себестоимость.

Серийное производство обеспечивает изготовление продукции или ремонт изделий периодически повторяющимися партиями или сериями. В зависимости от объема и частоты повторения выпуска партий различают мелкосерийное, серийное и крупносерийное производство. Серийным производством выпускаются машины и изделия ограниченного применения: компрессоры, насосы, металлорежущие станки, тепловозы и электровозы, летательные аппараты, подъемно-транспортные машины. Применяемые станки, инструмент, приспособления, как правило, универсальные и специализированные, что требует применения труда рабочих высокой и средней квалификации. Периодически повторяющиеся операции приводят к специализации рабочих мест. Продукция имеет среднюю себестоимость.

Массовое производство характеризуется большим объёмом выпуска одинаковых машин, непрерывно изготовляемых в течение 5–10 лет. Массовым производством выпускаются машины и изделия широкого применения: автомобили, комбайны, подшипники, велосипеды и т. д. На большинстве рабочих мест выполняется одна

рабочая операция, поэтому используются специальные станки, инструмент, приспособления. Широко применяются станки-автоматы, автоматические линии. Это не требует применения труда рабочих высокой квалификации. Продукция имеет низкую себестоимость.

Тип производства определяет характер технологического процесса и его построение. Производство можно отнести к тому или иному типу по количеству, сложности и качеству обрабатываемых в год деталей и их массе. Такт производства tв определяется из выражения:

tв = Fд/N,

где Fд – фонд времени в планируемый период в час; N – годовой объём выпуска деталей в шт.

Для серийного производства необходимо определять величину партии деталей n:

,

где N – количество деталей одного наименования в шт.; a – периодичность запуска в днях.

Рекомендуется следующая периодичность запуска изделий: крупные детали

– 3 дня; средние детали – 6 дней; мелкие детали – 24 дня. После составления тех-

процесса механической обработки, расчёта режимов резания, нормирования операций и загрузки оборудования, тип производства может быть уточнён по коэффициенту закрепления операций Кзо. Коэффициент закрепления операций является характеристи-

85

кой уровня специализации машиностроительного комплекса, определяется по формуле:

Кзо = О/Р,

где О – общее количество различных технологических операций, подлежащих выполнению в течении месяца;

Р– число рабочих мест.

•Если Кзо = 20÷40 ед., то коэффициент соответствует мелкосерийному произ-

водству.

•Если Кзо = 10÷20 ед., то производство является среднесерийным.

•Если Кзо = 1÷10 ед., то производство является крупносерийным.

•Если Кзо = 1 ед., то производство является массовым.

19.4.Основы технологии и способы обработки металлов резанием

Процесс обработки материалов резанием является распространённым технологическим приёмом производства деталей машин из различных материалов: дерева, металлов и сплавов, пластмасс, стекла, керамики. В результате обработки резанием обеспечиваются заданные чертежами форма, размеры, точность и качество поверхностей деталей. В настоящее время трудоёмкость обработки на металлорежущих станках составляет 30–40 % общей трудоёмкости изготовления машин и приборов. Это объясняется тем, что современное машиностроение предъявляет высокие требования к точности и состоянию поверхностей деталей машин, которые обеспечиваются в основном механической обработкой.

Сущность процесса заключается в том, что с помощью режущего инструмента с заготовки удаляют в определенных местах так называемые припуски и последовательно приближают ее формы и размеры к требуемой детали. Наиболее

распространенными способами обработки металлов резанием являются точение, сверление, строгание, фрезерование, шлифование. На рис. 19.2 представлены основные способы обработки металлов резанием.

Точение является основным способом обработки тел вращения. С помощью точения выполняют операции:

–обтачивание – обработка наружных поверхностей;

–растачивание – обработка внутренних поверхностей;

–подрезание – обработка торцевых поверхностей;

–резка – разрезание заготовок на части;

–резьбонарезание – нарезание резьбы.

Сверление служит для получения и обработки отверстий различными способами. Фрезерование является высокопроизводительным способом обработки

наружных и внутренних фасонных поверхностей.

Строгание применяется при обработке плоских и фасонных линейчатых поверхностей и канавок в условиях мелкосерийного производства.

Основная область применения шлифования – чистовая и отделочная обработка деталей для обеспечения высокой точности размеров и малой шероховатости поверхности.

Для обработки резанием необходимо сочетание двух видов движения: главного движения и движения подачи.

86

При точении заготовке сообщается главное движение, а инструменту – движение подачи. При сверлении оба движения, как правило, сообщаются сверлу. При фрезеровании главное движение осуществляется фрезой, а движение подачи – заготовкой. При строгании на поперечно-строгальных станках главное движение осуществляется резцом, а движение подачи –заготовкой, а на продольно-строгальных станках – наоборот.

При шлифовании главное движение осуществляется шлифовальным кругом. Продольная подача при плоском шлифовании производится обычно заготовкой, а поперечная – заготовкой или шлифовальным кругом.

На рис. 19.2 показаны различные способы обработки металлов резанием.

Рис. 19.2. - Способы обработки металлов резанием:

а– точение; б – фрезерование; в – сверление;

г– строгание; д – шлифование

87

19 5. Технико-экономическое значение припуска на обработку

Припуском называют слой металла, снимаемый с поверхности заготовки в процессе ее обработки для обеспечения форм и размеров, заданных на чертеже.

Припуски подразделяются на общие, т. е. удаляемые в процессе всей обработки детали, и межоперационные – удаляемые при выполнении отдельных операций. Общий припуск на обработку равен сумме межоперационных припусков по всем технологическим операциям. От правильного расчета и выбора припуска зависят себестоимость обработки и качество поверхности детали.

Завышенные припуски увеличивают трудоемкость обработки, что приводит к увеличению станочного парка и перерасходу металлорежущих инструментов, электроэнергии, к увеличению расходов на ремонт и обслуживание оборудования.

Заниженные припуски не обеспечивают возможности удаления дефектных слоев металла, включающих в себя выпуклости, вмятины, раковины, трещины, погрешности формы и размеров. Глубина дефектного слоя зависит от способа изготовления заготовок. Минимально необходимая величина припуска должна обеспечить удаление микро- и макро неровностей дефектного слоя, имеющего отличные от основного металла физико-механические свойства и структуру.

Справочные данные для расчета припусков разрабатывают по отраслям машиностроения в виде нормативных таблиц, при этом учитывают способ обработки, вид заготовки, требуемую точность и другие производственные и технологические факторы.

19.6. Элементы режима резания

При любом способе обработки процесс резания характеризуется элементами режима резания: скоростью, подачей, глубиной, поперечным сечением среза, машинным и штучным временем.

Путь, проходимый режущей кромкой резца относительно обрабатываемой поверхности по направлению главного движения в единицу времени, называется скоростью резания и обозначается V.

V = π D1 n/1000, м/мин,

где D1 – диаметр обрабатываемой поверхности заготовки, мм; n – частота вращения заготовки, об/мин.

Подача sо – поступательное перемещение режущей кромки резца в мм за один оборот обрабатываемой заготовки.

Глубина резания t – толщина стружки, снимаемая резцом за один проход.

t = (D1 – D2) / 2,

где D1, D2 – диаметры до и после обработки.

Поперечное сечение среза f представляет площадь срезаемого слоя и равно произведению глубины резания на подачу:

f = t sо

Время Tо, затраченное непосредственно на процесс отделения стружки, называют основным (технологическим):

Tо = (L I)/(n sо) = (L h)/(n t sо), мин,

где L – путь резца в направлении подачи, мм; i – число проходов резца на данной операции; n, t, sо – элементы режима резания;

88

h – припуск на одну сторону, мм.

По основному технологическому времени рассчитываются нормы выработки на данном виде оборудования.

19.7. Структура и нормирование технологического процесса обработки резанием

Структура технологического процесса обработки резанием определяет орга-

низацию производства. Технологический процесс механической обработки – это часть производственного процесса, связанная с последовательным изменением размеров и формы заготовки до превращения ее в готовую деталь. Для выполнения технологического процесса создаются рабочие места, которые представляют собой часть площади цеха для работы каждого рабочего. На этой площади размещено технологическое оборудование, инструмент, подъемно-транспортные устройства, стеллажи для хранения заготовок и готовых деталей.

Законченная часть технологического процесса, выполненная на одном рабочем месте, называется операцией. Операция является основным элементом производственного планирования и учета. На нее составляют всю учетную и технологическую документацию. Операция называется по виду обработки: токарная, фрезерная и т. д.

Рациональная последовательность выполнения операций, т. е. указание, каким способом и в каком порядке производить обработку, записывается в операционную карту, которая представляет маршрутный технологический процесс.

Структура операции предполагает разделение ее на составные элементы. Это – установ, позиция, переход.

Установ – это часть технологической операции, выполняемая при неизменном закреплении обрабатываемой заготовки. При каждом повторном снятии детали и последующем ее закреплении или повороте для обработки новой поверхности происходит новый установ. Первый установ обозначается буквой А и записывается, например, так: установить деталь в патроне, закрепить. Установленная и закрепленная заготовка может изменять свое положение на станке относительно инструмента под воздействием перемещающих или поворотных устройств, занимая новую позицию.

Позиция – это фиксированное положение, которое занимает неизменно закрепленная заготовка относительно инструмента для выполнения определенной части операции.

Технологический переход – это законченная часть технологической операции, выполняемая одним и тем же режущим инструментом при постоянном технологическом режиме. Переход при обработке может состоять из нескольких рабочих ходов.

Рабочий ход – это законченная часть технологического перехода, состоящая из однократного снятия инструментом слоя стружки. Если припуск снимается за один раз, т. е. глубина резания равна припуску, то количество рабочих ходов, как и количество переходов, равно 1. В общем случае при механической обработке резанием вначале проводят черновую или обдирочную обработку, затем чистовую и в заключение – отделочную обработку, обеспечивающую высокую точность размера и чистоту поверхности.

89

Нормирование технологического процесса

Одной из задач, которая решается при разработке технологического процесса изготовления детали, является определение технически обоснованной нормы времени, т. е. времени, которое необходимо затратить на выполнение той или иной технологической операции.

В основе расчета технически обоснованной нормы на станочные работы лежит определение штучного времени Тшт, т. е. времени, которое необходимо на изготовление одной детали. Это время состоит из следующих составляющих:

Тшт = То + Тв + Тоб +Тл,

где То – основное (технологическое) время, т.е. время непосредственного выполнения операции;

Тв – вспомогательное время, время на различные вспомогательные действия, например, ознакомление с чертежом;

Тоб – время обслуживания рабочего места; Тл, - личное время (на отдых и свои потребности);

Тв + Тоб +Тл составляет 15–20 % от То.

Основное время на операцию определяется, исходя из оптимальных режимов обработки. Это время можно определить аналитически:

То = (L i) / (n s),

где L – длина хода инструмента в направлении подачи. При сверлении i = 1 (т к отверстие сверлится за один раз).

Тогда То = L / (n s),

где L – глубина отверстия.

Зная Тшт, можно определить норму выработки деталей за смену:

Nсм = Фсм / Тшт.,

где Фсм – продолжительность рабочей смены в мин.

Нормы затрат труда имеют большое экономическое и социальное значение, так как определяют потребную численность работающих, их квалификационный и рабочий состав. Кроме того, нормирование труда лежит в основе организации оперативного планирования, в частности, расчета загрузки оборудования, рабочего места, участка и цеха.

19.8. Режущий инструмент

Обработку металлов резанием производят с помощью режущего инструмента. Основными видами токарных резцов являются: проходные (правые или левые), отрезные, подрезные (правые или левые), расточные, резьбонарезные, фасонные. Для выполнения отверстий требуются: сверла, зенкеры, развертки. При фрезеровании пользуются фрезами: дисковыми или цилиндрическими и т. д.

Все инструменты подразделяются на две группы: однолезвийные (например, резцы) и многолезвийные с двумя и более кромками (например, фреза, сверло, шлифовальный круг).

Производительность всякого режущего инструмента, в основном, определяется его материалом, способностью сохранять режущие свойства продолжительное время.

В современном машиностроении применяются следующие виды инструментальных материалов:

90