close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Popov Osnovy tehnol pr-va

код для вставкиСкачать
А. В. Попов
А. В. Попов

Основы технологии производства и ремонта транспортных
и транспортно-технологических машин и комплексов
ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА
И РЕМОНТА ТРАНСПОРТНЫХ
И ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
МАШИН И КОМПЛЕКСОВ
Министерство образования и науки
Российской Федерации
Санкт-Петербургский государственный
архитектурно-строительный университет
А. В. Попов
ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА
И РЕМОНТА ТРАНСПОРТНЫХ
И ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
МАШИН И КОМПЛЕКСОВ
Часть 1
ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА
Учебное пособие
Санкт-Петербург
2017
УДК 629.3
Рецензенты: канд. техн. наук Д. В. Брусянин (СПбУГПС МЧС РФ);
канд. техн. наук, профессор В. Г. Назаркин (СПбГАСУ)
Попов, А. В.
Основы технологии производства и ремонта транспортных
и транспортно-технологических машин и комплексов: в 2 ч. Ч. 1.
Основы технологии производства / А. В. Попов; СПбГАСУ. – СПб.,
2017. – 243 с.
ISBN 978-5-9227-0734-3
Содержатся основные сведения о технологии производства ремонта
деталей транспортных машин и их шасси.
Изложены новейшие технологии и средства технологического оснащения при производстве основных конструкционных деталей в автомобилестроительной отрасли.
Приведены описания технологий производства механической обработки автомобильных деталей (корпусные; полые цилиндры; круглые
стержни; диски; некруглые стержни и крепеж). Это позволит студентам ориентироваться при выборе деталей и их применении в различных
по оснащенности предприятиях автомобилестроительной отрасли, эксплуатирующих и ремонтирующих автомобильный транспорт.
Предназначено для студентов высших технических учебных заведений, обучающихся по специальности ТТмиК, ТТМиО.
Табл. 15. Ил. 153. Библиогр.: 48 назв.
Рекомендовано Редакционно-издательским советом СПбГАСУ в качестве учебного пособия.
ISBN 978-5-9227-0734-3
© А. В. Попов, 2017
© Санкт-Петербургский государственный
архитектурно-строительный университет, 2017
ВВЕДЕНИЕ
Машиностроение как отрасль существует более двухсот
лет. По числу занятых и по стоимости выпускаемой продукции оно занимает первое место среди всех отраслей мировой
промышленности. Уровень развития машиностроения является
одним из важных показателей уровня развития любого государства. Машиностроение определяет отраслевую и территориальную структуру промышленности мира, обеспечивает машинами
и оборудованием все отрасли экономики, производит разнообразные предметы потребления. В зависимости от выпускаемой
продукции машиностроение делится на энергетическое, производство технологического оборудования для многих отраслей
промышленности, станкостроение, транспортное, сельскохозяйственное и др.
Машиностроение, таким образом, представляет собой катализатор научно-технического прогресса, на основе которого
осуществляется техническое перевооружение всех отраслей народного хозяйства. Поэтому основное экономическое назначение продукции машиностроения – облегчить труд и повысить
его производительность путем насыщения всех отраслей народного хозяйства основными фондами высокого технического уровня.
Отечественное машиностроение включает три основных сегмента, находящиеся сегодня в совершенно разном положении
как по экономическим показателям, так и по уровню информатизации. Это электронная, транспортная и тяжелая про­
мышленность.
Транспортное машиностроение объединяет довольно разнородные по сути направления − аэрокосмическую промышленность, автомобилестроение, судостроение. В целом данный сегмент является одним из самых благополучных.
3
Введение
Без внедрения в любую отрасль достижений науки и техники
и их совмещения, т. е. технологий, невозможно эффективно развивать и поддерживать отдельные структуры любой отрасли.
Изучение основ, анализ направлений и уровня развития технологий производства и ремонта техники транспорта охватывает заключительные стадии машиностроительного производства – превращение заготовок в готовые детали и сборку, т. е. изготовление
машин, а с другой стороны, превращение машин в предмет труда.
Дисциплина «Основы технологии производства и ремонта транспортных и транспортно-технологических машин и комплексов» по предмету и методу познания относится к группе технических наук. Технические науки – область знания, в которой
описываются и изучаются закономерности «второй природы»,
т. е. технического мира. Знания технических наук оцениваются
с точки зрения не только истинности, но и эффективности, поскольку создаются специально для использования в технике и инженерной деятельности.
Огромный вклад в науку о производстве машин и оборудования внесли отечественные ученые: Б. С. Балакшин, А. П. Соколовский, П. Е. Дьяченко, И. В. Крагельский, А. А. Маталин,
И. С. Амосов, Г. К. Горанский, Н. М. Капустин, С. П. Митрофанов и др.
В области ремонта машин: доктора технических наук В. В. Ефремов, К. Т. Кошкин, Л. В. Дехтеринский, В. П. Апсин, В. И. Карагодин. Большой вклад в развитие науки о ремонте деталей
машин внесли отечественные ученые и практики: М. В. Авдеев,
С. И. Бабусенко, Е. Л. Воловик, В. И. Казарцев, В. Е. Канарчук,
Л. И. Карпов, В. М. Кряжков, В. В. Курчаткин, A. A. Малышко,
М. А. Масино, Н. В. Молодык, Г. В. Мотовилин, Т. О. Муравьев,
В. М. Оробинский, А. И. Таратута, Н. Ф. Тельнов, С. С. Черепанов, В. И. Черноиванов, В. А. Шадричев и др.
История
Иоганн Бекман (1739–1811) ввел в научное употребление термин
«технология», которым он назвал научную дисциплину, читавшуюся им
в германском университете в Геттингене с 1772 г. В 1777 г. он опубликовал работу «Введение в технологию», где писал: «Обзор изобретений,
4
Введение
их развития и успехов в искусствах и ремеслах может называться историей технических искусств; технология, которая объясняет в целом, методически и определенно все виды труда с их последствиями и причинами, являет собой гораздо большее». Позже в пятитомном труде «Очерки по истории изобретений» (1780–1805 гг.) он развил это понятие [Salomon J. What is Technology? The Issue of its origins and definitions // Historiy of technology. 1984. Vol. 1. 113–156].
В России впервые сформулировал положение о технологии и определил, что «технология – наука о ремеслах и заводах», в 1804 г. академик В. М. Севергин. А в 1817 г. впервые был изложен опыт производства профессором Московского университета И. А. Двигубским в книге
«Начальные основания технологии, или краткое описание работ, на заводах и фабриках производимых».
Технология в общем понятии – объем знаний, которые можно
использовать для производства товаров и услуг из экономических
ресурсов. Технология в более узком смысле – способ преобразования вещества, энергии, информации в процессе изготовления
продукции, обработки и переработки материалов, сборки готовых
изделий, контроля качества, управления. Технология включает
в себя методы, приемы, режим работы, последовательность операций и процедур, она тесно связана с применяемыми средствами
технологического оборудования, используемыми материалами.
Техноло́гия (от греч. techne – искусство и logos – учение) –
совокупность наук, сведений о способах переработки того или
иного сырья в фабрикат, в готовое изделие.
Особенностью данного издания является классический подход к содержанию предмета и его междисциплинарная связь,
а также отражение новейших технологий и средств технологического оснащения при производстве конструкционных деталей
в автомобилестроительной отрасли.
Учебное пособие предназначено для академического и прикладного бакалавриата.
В результате изучения дисциплины студенты должны:
• знать:
предмет, цели и задачи дисциплины;
положения и теоретические основы производства заготовок,
деталей основных агрегатов автомобильной техники;
5
Введение
положения и теоретические основы потери работоспособности и ресурса базовых деталей основных агрегатов автомобильной техники;
положения и теоретические основы методов и способов восстановления работоспособности и ресурса базовых деталей основных агрегатов автомобильной техники;
особенности и отличительные признаки деталей различных
конструкционно-технологических классов;
особенности и отличительные признаки дефектов деталей
разных конструкционно-технологических классов;
понятийный и категориальный аппарат точности изготовления
или восстановления деталей;
понятийный и категориальный аппарат оценки качества поверхности изготовленных или восстановленных деталей;
методологические принципы проектирования технологических процессов изготовления или восстановления автомобильных деталей;
профессиональные требования к уровню подготовки производственников на авторемонтных предприятиях;
взгляды и подходы на развитие отрасли;
современные представления о направлениях ресурсосбережения в отрасли;
историю, логику и тенденции развития мирового автопрома;
• уметь:
обобщать и систематизировать информацию о применении современных технологий в области машиностроения, диагностики
и дефектации;
идентифицировать и классифицировать отказы изделий автомобильной техники;
анализировать и интерпретировать отклонения точности и качества изготовляемых и восстанавливаемых деталей от требований нормативно-технической документации;
разрабатывать требования и осуществлять контроль за соблюдением технологической дисциплины;
решать задачи, связанные с технической подготовкой производства;
6
Введение
применять теоретические знания к ситуациям реального производства и ремонта автомобилей;
использовать полученные знания о технологиях производства
и ремонта изделий автомобильной техники;
грамотно ориентироваться в разнообразной информации для
выработки рациональных предложений;
выбирать необходимые методы и способы для реализации поставленных задач;
давать самостоятельную оценку уровню производственных
и технологических процессов;
• владеть:
методами проектирования технологических процессов для изготовления и ремонта деталей основных классов;
современными технологиями обработки заготовок и восстановления деталей;
спецификой изменения формы и качества поверхностей отдельных деталей в сопряжениях автомобильных агрегатов;
навыками системного анализа при выборе методов ремонта
или восстановления деталей автомобильной техники;
навыками поиска информации из параллельных областей знаний или достижений в смежных отраслях техники, необходимой
для разработки технологических процессов изготовления или ремонта автомобильных деталей;
навыками работы с учебной и научной литературой о применении новых приемов обработки материалов и их ремонта (восстановления);
навыками разрешения проблем, возникающих в ходе разработки новых или модернизации устаревших технологических
процессов при изготовлении или восстановлении деталей основных классов.
Автор выражает благодарность ученым, преподавателям, оказавшим существенную научную, методическую, организационную и иную помощь в ходе написания работы.
7
Глава 1. ИЗДЕЛИЕ И ЕГО СОСТАВНЫЕ
ЧАСТИ. ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ
И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕССЫ
1.1. Изделие и его составные части
В машиностроении изделием называется предмет производства, подлежащий изготовлению. В качестве изделия выступают
машина, устройство, механизм, инструмент и т. п. и их составные
части: деталь, сборочная единица, комплект, комплекс. Для классификации изделий используют ГОСТ 2.101–68 «Единая система
конструкторской документации. Виды изделий».
Деталь – это изделие, изготовленное из однородного по наименованию и марке материала без применения сборочных операций, например: валик из одного куска металла; литой корпус;
пластина из биметаллического листа; печатная плата; маховичок
из пластмассы (без арматуры).
Сборочная единица – изделие, составные части которого подлежат соединению между собой на предприятии-изготовителе
сборочными операциями (свинчиванием, сочленением, клепкой,
сваркой, пайкой, опрессовкой, развальцовкой, склеиванием, сшивкой, укладкой и т. п.), например: автомобиль, станок, микромодуль, редуктор, сварной корпус, маховичок из пластмассы с металлической арматурой.
Комплект – два и более изделия, не соединенных на предприятии-изготовителе сборочными операциями и представляющих собой набор изделий, имеющих общее эксплуатационное
назначение вспомогательного характера, например: комплект
запасных частей, комплект инструмента и принадлежностей,
комплект измерительной аппаратуры, комплект упаковочной
тары и т. п.
Комплекс включает в себя два и более изделия, не соединенных
сборочными операциями, но предназначенных для выполнения
8
1.2. Производственный и технологический процессы...
взаимосвязанных эксплуатационных функций, например цехавтомат, бурильная установка и др.
Каждое из этих специфицированных изделий, входящих в комплекс, служит для выполнения одной или нескольких основных
функций, установленных для всего комплекса.
К покупным относятся изделия, не изготовляемые на данном
предприятии, а получаемые им в готовом виде, кроме получаемых в порядке кооперирования.
Виды изделия представлены на рис. 1.1.
Изделия
Детали
Сборочные
единицы
Комплексы
Комплекты
Комплексы
Сборочные
единицы
Сборочные
единицы
Сборочные
единицы
Детали
Детали
Детали
Комплекты
Комплекты
Комплекты
Рис. 1.1. Виды изделия
1.2. Производственный и технологический процессы.
Элементы технологического процесса
Производственный процесс – это совокупность всех действий
людей и орудий труда, необходимых на данном предприятии для
изготовления и ремонта продукции.
В машиностроении производственный процесс представляет собой часть общего производственного процесса и состоит
из трех этапов:
9
Глава 1. Изделие и его составные части...
• получение заготовки;
• преобразование заготовки в деталь;
• сборка и испытание изделия.
Производственный процесс состоит из следующих процессов (рис. 1.2):
основные – это технологические процессы, в ходе которых
происходят изменения геометрических форм, размеров и физикохимических свойств продукции;
вспомогательные – это процессы, которые обеспечивают бесперебойное протекание основных процессов (изготовление и ремонт инструментов и оснастки; ремонт оборудования; обеспечение всеми видами энергий (электроэнергией, теплом, паром,
водой, сжатым воздухом и т. д.));
обслуживающие – это процессы, связанные с обслуживанием как основных, так и вспомогательных процессов и не создающие продукцию (хранение, транспортировка, тех. контроль и т. д.).
Производственный процесс основывается на принципах построения. Принципы – это исходные положения, на основе которых осуществляются построение, функционирование и развитие
(табл. 1.1).
Таблица 1.1
Основные принципы организации
производственного процесса
№
п/п
Принципы
Основные положения
1 Принцип пропор- Пропорциональная производительность в едициональности
ницу времени всех производственных подразделений предприятия (цехов, участков) и отдельных рабочих мест
2 Принцип диффе- Разделение производственного процесса изгоренциации
товления одноименных изделий между отдельными подразделениями предприятия (например, создание производственных участков или
цехов по технологическому или предметному
признаку)
10
1.2. Производственный и технологический процессы...
Продолжение табл. 1.1
№
п/п
Принципы
3 Принцип комбинирования
4 Принцип концентрации
5 Принцип специализации
6 Принцип универсализации
7 Принцип стандартизации
8 Принцип параллельности
9 Принцип прямоточности
10 Принцип непрерывности
11 Принцип ритмичности
Основные положения
Объединение всех или части разнохарактерных процессов по изготовлению определенного вида изделия в пределах одного участка,
цеха, производства
Сосредоточение выполнения определенных
производственных операций по изготовлению технологически однородной продукции
или выполнению функционально однородных
работ на отдельных участках, рабочих местах,
в цехах и производствах предприятия
Формы разделения труда на предприятии,
в цехе. Закрепление за каждым подразделением предприятия ограниченной номенклатуры
работ, операций деталей или изделий
Противоположен принципу специализации.
Каждое рабочее место или производственное
подразделение занято изготовлением изделий
и деталей широкого ассортимента или выполнением различных производственных операций
Под принципом стандартизации в организации производственного процесса понимают
разработку, установление и применение однообразных условий, обеспечивающих наилучшее его протекание
Одновременное выполнение технологического процесса на всех или некоторых его операциях. Реализация принципа существенно сокращает производственный цикл изготовления изделия
Требование прямолинейного движения предметов труда по ходу технологического процесса, то есть по кратчайшему пути прохождения
изделием всех фаз производственного процесса без возвратов в его движении
Сведение к минимуму всех перерывов в процессе производства конкретного изделия
Выпуск в равные промежутки времени равного количества изделий
11
Глава 1. Изделие и его составные части...
Окончание табл. 1.1
№
п/п
Принципы
12 Принцип автоматичности
13 Принцип соответствия форм производственного процесса его техникоэкономическому
содержанию
Основные положения
Максимально возможное и экономически целесообразное освобождение рабочего от затрат ручного труда на основе применения автоматического оборудования
Формирование производственной структуры
предприятия с учетом особенностей производства и условий его протекания, дающей наилучшие экономические показатели
Рис. 1.2. Структура производственных процессов
Технологический процесс (ГОСТ 3.1109–82 «Единая система
технологической документации. Термины и определения основных понятий») – это часть производственного процесса, содержащая целенаправленные действия по изменению и (или) определению состояния предмета труда. К предметам труда относят
заготовки и изделия.
12
1.2. Производственный и технологический процессы...
Под изменением состояния предмета труда понимается изменение его физических, химических, механических свойств, геометрии, внешнего вида.
Кроме того, в технологический процесс включены дополнительные действия, непосредственно связанные или сопутствующие качественному изменению объекта производства; к ним относят контроль качества.
Для осуществления технологического процесса необходимы
средства технологического оснащения и рабочее место.
Технологические процессы, в свою очередь делятся на фазы.
Фаза – комплекс работ, выполнение которых характеризует завершение определенной части технологического процесса и связано с переходом предмета труда из одного качественного состояния в другое.
В машиностроении технологические процессы в основном делятся на три фазы:
• заготовительная;
• обрабатывающая;
• сборочная.
Фазная структура технологических процессов представлена
на рис. 1.3.
Рис. 1.3. Фазная структура технологических процессов
13
Глава 1. Изделие и его составные части...
Элементы технологического процесса
Технологический процесс состоит из последовательно выполняемых над данным предметом труда технологических действий – операций (рис. 1.4).
Рис. 1.4. Схема токарной обработки конуса за два прохода
14
1.3. Типы производств и их технико-экономическая характеристика
Операцией называется законченная часть технологического
процесса обработки одной или нескольких деталей, которая выполняется на одном станке одним рабочим.
Новая операция начинается тогда, когда станочник, закончив
часть обработки у всей партии деталей, приступает к дальнейшей обработке той же партии деталей либо переходит к обработке новых деталей.
В большинстве случаев операцией считается обработка заготовок на одном виде оборудования, например токарная, когда получение всех возможных форм изделия осуществляется только на
токарном станке.
Технологический процесс, построенный таким образом, состоит из одной операции.
Операция состоит из одной или нескольких установок.
Установкой называется часть операции, которая выполняется в период между закреплением заготовки и ее раскреплением.
Операция может состоять из одного или нескольких переходов.
Переходом называется часть операции, выполняемая над поверхностями детали при неизменной установке инструментов
и неизменных режимах резания. Следующий переход начинается тогда, когда изменятся: поверхность обработки, режущий инструмент, режимы резания.
Переходы делятся на проходы.
Проходом называется часть перехода, которая охватывает все
действия, связанные со снятием одного слоя металла. Если припуск на обработку требует его снятия одним и тем же инструментом за два приема, то в этом случае переход состоит из двух
проходов. Например, нарезание резьбы резцом производится
за несколько проходов.
1.3. Типы производств и их технико-экономическая
характеристика
Тип производства – совокупность его организационных, технических и экономических особенностей.
Тип производства предприятия определяется типом производства ведущего цеха, а тип производства цеха – характеристикой
15
Глава 1. Изделие и его составные части...
участка, где выполняются наиболее ответственные операции
и сосредоточена основная часть производственных фондов. Типовая структура предприятия представлена на рис. 1.5.
Рис. 1.5. Типовая структура предприятия
Тип производства определяется следующими факторами:
• номенклатурой выпускаемых изделий;
• объемом выпуска;
• степенью постоянства номенклатуры выпускаемых изделий;
• загрузкой рабочих мест и полнотой цикла.
В зависимости от уровня концентрации и специализации различают три типа производств:
• единичное;
• серийное;
• массовое.
Единичное производство характеризуется широкой номенклатурой изготовляемых изделий, малым объемом их выпуска, выполнением на каждом рабочем месте большого количества разнообразных операций.
16
1.3. Типы производств и их технико-экономическая характеристика
В серийном производстве изготовляется относительно ограниченная номенклатура изделий (партиями). За одним рабочим
местом закреплены несколько операций.
Массовое производство характеризуется узкой номенклатурой и большим объемом выпуска изделий, непрерывно изготовляемых в течение продолжительного времени на узкоспециализированных рабочих постах (табл. 1.2).
Таблица 1.2
Типы предприятий
Производство
Крупные изделия
(тяжелые
машины), шт.
Изделия
средних
размеров, шт.
Мелкие изделия
(легкие
машины), шт.
Единичное
Мелкосерийное
Среднесерийное
Крупносерийное
Массовое
До 5
5–100
100–300
300–1000
Свыше 1000
До 10
10–200
200–500
500–5000
Свыше 5000
До 100
100–500
500–5000
5000–50 000
Свыше 50 000
Тип производства также определяется комплексной характеристикой технических, организационных и экономических особенностей производства. Основным показателем, характеризующим тип производства, является коэффициент закрепления
операций Kз:
∑ K опi ,
Kз =
K р.м
где Kопi – число операций, выполняемых на i-м рабочем месте;
Kр.м – количество рабочих мест на участке или в цехе.
В соответствии с ГОСТ 3.1121–84 «ЕСТД. Общие требования
к комплектности и оформлению комплектов документов на типовые и групповые технологические процессы (операции)» коэффициент закрепления операций может составить:
• для единичного производства – больше 40;
• для мелкосерийного производства – 20–40;
• для среднесерийного производства – 10–20;
17
Глава 1. Изделие и его составные части...
• для крупносерийного производства – 1–10;
• для массового производства – не больше 1.
Сборочные предприятия по полноте цикла различаются:
• на машинокомплектные;
• крупноузловые;
• полнокомплектные;
• унитарные.
18
Глава 2. РАЗМЕРНЫЙ АНАЛИЗ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
Перед тем как изделие будет направлено для изготовления на
производство и дальнейшую эксплуатацию, должен быть выполнен
большой объем подготовительных работ, связанных с технологической подготовкой производства. Технологическая подготовка производства включает размерный анализ. Размерный анализ – это совокупность расчетно-аналитических процедур, осуществляемых при
разработке и анализе конструкций и технологических процессов.
Цель размерного анализа:
• обеспечить качество и технологичность изделий, их элементов, заготовок;
• получить размеры и предельные отклонения, необходимые
для заполнения технологических карт, эскизов наладок, управляющих программ, расчета режимов резания, норм времени.
В конечном итоге – минимизация издержек производства.
Размерный анализ – это большой комплекс работ, который
включает в себя:
• построение специальных размерных схем технологических процессов;
• выявление и фиксацию взаимосвязей всех размерных
параметров;
• выявление размерных цепей;
• установление рациональных способов простановки размеров в чертежах;
• назначение необходимого числа технических требований;
• назначение обоснованных допусков, минимально необходимых припусков;
• проверочный расчет возможности обеспечения чертежных
размеров и технических требований;
• расчет средних и минимальных припусков;
19
Глава 2. Размерный анализ технологического процесса
• определение номинальных значений межоперационных
и операционных размеров;
• определение толщины покрытий, глубины поверхностных
химико-термических или термических обработок и других характеристик.
С общих позиций размерный анализ – это основа минимизации затрат при обеспечении качества в жизненном цикле изделий
машиностроения, поскольку размерный анализ связан (рис. 2.1)
с исследованием рабочих процессов, формулированием служебного назначения машины, аналитическими и проектировочными расчетами, получением чертежа машины и чертежа заготовки,
детали, всей технологической документации, обеспечением размеров на производстве, анализом поведения машины в процессе
эксплуатации. Все эти проблемы опираются на размерный анализ, который в свою очередь связан:
• во-первых, с требованиями точности, контролем точности – с метрологией;
• во-вторых, с обеспечением размеров и точности с минимизацией всех затрат – с технологией.
Рис. 2.1. Взаимосвязь размерного анализа
с жизненным циклом изделия
20
2.1. Методы обеспечения припусков на обработку
Если разрабатывается новый технологический процесс, то известны конструкторские размеры детали. Следовательно, в ряде
технологических размерных цепей известен конструкторский
размер со всеми его параметрами. Этот размер и будет замыкающим (исходным) звеном в таких размерных цепях.
Для решения этих задач наиболее часто применяются два метода расчета размерных цепей: метод максимума-минимума
(max-min) и вероятностный. Первый метод иногда называют методом полной взаимозаменяемости, а второй – методом неполной
взаимозаменяемости.
По мнению многих авторов, для расчета технологических размерных цепей следует использовать метод максимума-минимума.
Это обосновывается еще и тем, что число составляющих звеньев
в технологических размерных цепях обычно не превышает 4–5.
Один из первоначальных вариантов технологического процесса формируется на основе разработанной структуры технологического процесса. В нем назначаются первоначально только величины допусков на технологические размеры и минимальные
припуски, снимаемые при выполнении технологических переходов. Таким образом, в отличие от проверочной задачи, здесь
необходимо определить номинальные размеры и предельные отклонения операционных размеров для всех технологических переходов. Задачи такого типа называют смешанными.
2.1. Методы обеспечения припусков на обработку
Существуют три метода обеспечения припусков на обработку:
• экспериментальный;
• отраслевой;
• вероятностно-статистический метод (ГОСТ 26645–85 «Отливки из металлов и сплавов. Допуски размеров, массы и припуски на механическую обработку», в котором указаны значения
средних припусков).
Минимальный операционный припуск на обработку поверхности можно определить как сумму:
Z i min = R zi −1 + hi −1 + П i −1 + Ф i −1 + У i ,
21
Глава 2. Размерный анализ технологического процесса
где Rzi–1, hi–1 – соответственно высота микронеровностей поверхности и глубина дефектного слоя, полученные на предыдущей
(i–1) операции (переходе); Пi–1, Фi–1 – соответственно погрешности расположения и геометрической формы поверхности,
полученные на предшествующей операции (переходе); Уi – погрешность установки заготовки на выполняемой операции.
Составляющие Пi–1 и Фi–1 в справочниках для расчета регламентированы одной случайной величиной Si–1 – как суммарные
отклонения расположения поверхности, а погрешность установки представлена как векторная величина.
Минимальный припуск Zi min определяется по формулам:
• при последовательной обработке поверхностей:
Z i min = Rzi −1 + hi −1 + Si −1 + Si ;
• при параллельной обработке противоположных поверх­
ностей:
Z i min = 2( Rzi −1 + hi −1 + Si −1 + Si );
• при обработке наружных и внутренних поверхностей
вращения:
Z i min = 2( Rzi −1 + hi −1 ) + 2,
где Rzi–1 – высота неровностей поверхности; hi–1 – глубина дефектного слоя; Si–1 – суммарные отклонения расположения поверхности; Уi – погрешность установки заготовки, определяемая как
проекция вектора У на нормаль к поверхности.
В формулах индекс i относится к выполняемому переходу,
а i–1 – к предшествующему переходу.
В табл. 2.1 представлен пример расчета операционных размеров обрабатываемой заготовки.
Таблица 2.1
Пример расчета операционных размеров обрабатываемой заготовки
Маршрут обработки
поверхности
Квалитет
Обработка поверхности ступени вала
Операционный
размер, мм
∅50к6
22
Припуск на
сторону, мм
2.2. Размерные схемы технологических процессов
Окончание табл. 2.1
Маршрут обработки
поверхности
Квалитет
Операционный
размер, мм
Припуск на
сторону, мм
Заготовка – поковка штампованная, сталь 45
Точение черновое
13
∅56 +−12,,24
3,0
10
∅52,5 h10–0,1
1,75
Точение чистовое
8
∅50,5 h8–0,039
1,0
Шлифование черновое
7
∅50,1 h7–0,025
0,2
2.2. Размерные схемы технологических процессов
Конструкторские размеры по одной координате могут быть
представлены в виде размерной цепи. Рассмотрим размерную
цепь.
Введем обозначения:
20–0,2 – L; 10+0,1 – L1; Lзам.
Размер, который не проставлен конструктором в размерной
цепи, называется замыкающим.
10+ 0,1
20–0,2
Lзам
Один из размеров размерной цепи всегда разорван. Такой размер и называется замыкающим.
Замыкающий размер в процессе изготовления детали получается последним, а допуск на него рассчитывается по составляющим размерам.
23
Глава 2. Размерный анализ технологического процесса
Пример
max Lзам = max L – minL1. Тогда: 20 – 10 = 10.
min Lзам = min L – maxL1. 19,8 – 10,1 = 9,7.
Таким образом, получили значение размера Lзам = 10 – 0,3.
Отсюда и правило: допуск замыкающего звена равен сумме
допусков составляющих звеньев:
n
δ зам = ∑ δL.
1
2.3. Надежность технологических систем
Надежность технологических систем складывается из многих
показателей, основным из которых является показатель технологической точности обрабатывающего оборудования как технологических систем (ТС). В качестве этого показателя применяется коэффициент точности (по контролируемому параметру):
ω
,
δ
где w – поле рассеяния, или разность максимального и минимального значений контролируемого параметра за установленную наработку ТС, определяемые с доверительной вероятностью g;
δ – допуск на контролируемый размер детали для заданного
квалитета.
При контроле точности ТС по количественному признаку
с использованием коэффициента точности должно соблюдаться
условие:
K т = K т.о < 1,
Kт =
где Kт.о – нормативное (предельное технически обоснованное)
значение Kт.
Анализ надежности ТС проводится по методике, изложенной в ГОСТ Р 51901.5–2005 (МЭК 60300-3-1:2003) «Менедж­мент
риска. Руководство по применению методов анализа надежности».
Анализ системы на основе методов надежности и соответствующих данных эффективности разбит на последовательные
этапы:
24
2.4. Станочные приспособления
1. Качественный анализ:
• анализ функциональной структуры системы;
• определение режимов неисправностей системы и компонентов, механизмов отказов, причин и последствий отказов;
• определение механизма деградации, который может привести к отказу;
• анализ путей отказа (неисправности);
• анализ ремонтопригодности с учетом времени, метода изоляции и метода восстановления;
• определение адекватности методов диагностики неис­
правностей;
• анализ возможностей предотвращения неисправностей;
• определение стратегий технического обслуживания
и ремонта.
2. Количественный анализ:
• разработка моделей надежности и/или эксплуатационной
готовности;
• определение необходимых числовых данных;
• определение числовых оценок показателей надежности;
• проведение необходимого анализа критичности и чувствительности.
Для решения общих задач анализа надежности рекомендованы методы, приведенные в табл. 2.2.
2.4. Станочные приспособления
Станочные приспособления – дополнительные устройства
к станкам, предназначенные для закрепления обрабатываемых
деталей и инструмента.
Одной из классификаций приспособлений является классификация по признакам.
По целевому назначению приспособления делят на пять
групп:
1) станочные приспособления для установки и закрепления
обрабатываемых заготовок на станках. В зависимости от вида обработки различают токарные, фрезерные, сверлильные, расточные, шлифовальные и другие приспособления;
25
Распределение
требований/целей
надежности
1
2
Прогнозирова- Применим для
ние интенсив- последовательности отказов ных систем без
резервирования
Анализ дереПрименим, если
ва неисправно- поведение систестей
мы зависит от времени или последовательности событий
Анализ дерева Возможен
событий
Анализ струк- Применим для
турной схемы систем, у котонадежности
рых можно выделить независимые блоки
Марковский
Возможен
анализ
Метод
26
Вычисление интенсивностей отказов системы
Вычисление показателей безотказности и комплексных показателей
надежности системы
Анализ последовательности отказов
Анализ путей работоспособности
Пункт
Применим
Применим
Анализ дерева
событий
Анализ структурной схемы надежности
Приме- Анализ дерева
ним
неисправностей
5
6
ПодПрогнозировадержка ние интенсивности отказов
Рекомендации
Анализ последова- Вычисление интенсив- Приме- Марковский анательности отказов ностей отказов системы ним
лиз
4
Вычисление интенсивностей отказов и MTTF
для электронных компонентов и оборудования
Вычисление показателей безотказности работоспособности и относительного вклада подсистем в системы
количественный
3
Возможно применение для анализа
стратегии технического обслуживания
Анализ комбинации неисправностей
качественный
Анализ
Использование методов для решения общих задач анализа надежности
Таблица 2.2
Глава 2. Размерный анализ технологического процесса
27
Поддержка
Анализ человеческого фактора
Статистические методы
надежности
Возможен
Таблица истин- Не применим
ности (анализ
функциональной структуры)
Не применим
Применим для
систем с преобладанием единичных отказов
Поддержка
Анализ режимов и последствий отказов
FME(C)A
Исследование
HAZOP
Анализ прочности и напряжений
Применим
Анализ сети
Петри
Вычисление вероятностей ошибок человека
Не применим
Вычисление показателей безотказности для
электромеханических
компонентов
Вычисление показателей безотказности
и комплексных показателей надежности системы
Анализ воздейОпределение количествия неисправно- ственных оценок покастей
зателей безотказности
с неопределенностью
Анализ причин
и последствий отклонений
Анализ воздействия эффективности человека на работу системы
Применим как
средство для предотвращения неисправности
Возможен
Анализ последова- Подготовка описания
тельности отказов системы для Марковского анализа
Анализ воздейВычисление интенсивствия отказов
ностей отказов (и критичности) системы
ПодСтатистические
держка методы оценки
вероятности безотказной работы
ПодТаблица истиндержка ности
ПодАнализ прочнодержка сти и напряжений
ПодИсследование
держка опасности и работоспособности
ПодАнализ надежнодержка сти человеческого фактора
Приме- Анализ видов
ним
и последствий
отказов
Приме- Анализ сети
ним
Петри
2.4. Станочные приспособления
Глава 2. Размерный анализ технологического процесса
2) приспособления для крепления режущего инструмента. Они характеризуются большим числом нормализованных
конструкций;
3) сборочные приспособления, требующие большой точности
сборки и приложения больших усилий;
4) контрольно-измерительные приспособления. Контрольные приспособления служат для установки мерительного
инструмента;
5) приспособления для захвата, перемещения и кантования
обрабатываемых заготовок, а также отдельных деталей и узлов
при сборке.
По степени специализации приспособления делятся:
• на универсальные,
• универсально-наладочные,
• специальные.
К установочным деталям и механизмам относятся:
• опорные штыри и пластины;
• регулируемые опоры;
• подвижные (плавающие, самоустанавливающиеся) опоры;
• упорные пластины;
• установочные пальцы; призмы (рис. 2.2, 2.3).
Установки заготовки при помощи упорных пластин и установочных пальцев представлены на рис. 2.4.
Различные типы зажимных устройств представлены на
рис. 2.5–2.8.
а)
б)
в)
Рис. 2.2. Опорные штыри
28
2.4. Станочные приспособления
а)
1
2
б)
а)
б)
1
2
Рис. 2.3. Самоустанавливающаяся опора и подводящаяся опора:
1 – регулирующая часть опоры; 2 – фиксирующая гайка
Рис. 2.4. Схема установки заготовки при помощи упорных
пластин и установочных пальцев
Механизмы привода служат для создания усилий зажима заготовок. Из механизированных устройств для зажима заготовок
широко применяют различные устройства:
• пневмоприводы (рис. 2.9–2.10);
• призматические центрирующие механизмы;
• зажимные приспособления с гидропластом;
• патроны (трехкулачковые, цанговые, мембранные), рис. 2.11,
а также
• обычные центры.
29
Глава 2. Размерный анализ технологического процесса
Рис. 2.5. Конструкция призмы
Рис. 2.7. Винтовой захват
а)
Рис. 2.6. Конструкция захвата
Рис. 2.8. Зажим с круглым эксцентриком
б)
D
D
1
2
5
3
4
Рис. 2.9. Схема диафрагменного пневматического привода:
а – однокамерный и б – двухкамерный привод; 1 – крышка; 2 – корпус;
3 – диафрагма; 4 – опорное седло; 5 – пружина
30
2.4. Станочные приспособления
1
D1
Q1
d
D
Q
3
2
Рис. 2.10. Схема пневмогидравлической камеры: 1 – поршень;
2 – шток; 3 – исполнительный поршень; D1 – диаметр пневматического
цилиндра; D2 – гидравлического цилиндра; Q1 – усилие на
пневматическом поршне; Q – на гидравлическом; d – диаметр штока
Специальные приспособления включают несколько групп:
универсально-сборные приспособления (УСП); сборно-разборные приспособления (СРП); необратимые специальные приспособления (НСП).
Универсально-сборные приспособления применяют в условиях единичного и мелкосерийного производств. УСП представляют собой набор разнообразных стандартных деталей и крепежных элементов, из которых могут быть собраны различные
приспособления.
4
6
3
1
2
7
9
6
8
5
Рис. 2.11. Цанговый центрирующий механизм для зажима валов:
1 – цанга; 2 – корпус; 3 – фиксатор; 4 – патрон; 5 – корпус воротка;
6 – ручки воротка; 7 – стопор; 8 – шайба; 9 – фиксатор ручки
31
Глава 2. Размерный анализ технологического процесса
Этот набор включает: детали базовые (плиты квадратные, прямоугольные, круглые и др.), опорные (подкладки, призмы, кольца, штыри), установочные (шпонки, пальцы, штыри, фиксаторы),
направляющие (кондукторные планки и втулки), крепежные и др.
Детали, входящие в комплект УСП, изготовлены из стали, цементированы и закалены до твердости HRC 60...64. В комплект УСП
может входить от 10 до 20 000 деталей (рис. 2.12).
Одной из основных причин, вызывающих погрешности обработки, является погрешность установки εy, возникающая при установке заготовки в приспособление, т. е. отклонение фактически
достигнутого положения заготовки от требуемого, возникающее
в результате наличия погрешностей базирования εб и закрепления εз заготовки, а также вследствие погрешности изготовления
поверхностей приспособления и установки его на станке εпр:
2
ε y = ε 2б + ε 2з + ε пр
.
а)
б)
в)
Рис. 2.12. Детали комплекта УСП (а) и собранные из них
приспособления: б – приспособления для сверления;
в – токарное приспособление
32
2.4. Станочные приспособления
Все составляющие погрешности установки являются полем
рассеяния (допуска) случайных величин и суммируются по правилу квадратного корня. Необходимо отметить, что погрешность
установки εy возникает при установке заготовки в приспособление до обработки, т. е. до включения станка.
Общие требования к точности изготовления приспособлений
и их безопасности изложены в ГОСТ 12.2.029–88 ССБТ «Приспособления станочные. Требования безопасности».
33
Глава 3. МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГОТОВОК
3.1. Основные требования к конструкции заготовок
Заготовкой, согласно ГОСТ 3.1109–82, называется предмет
труда, из которого изменением формы, размеров, свойств поверхности и (или) материала изготавливают деталь.
Различают три основных вида заготовок:
• машиностроительные профили;
• штучные;
• комбинированные.
Машиностроительные профили по длине изготавливают постоянного сечения (например, круглого, шестигранного или
трубы) или переменного. В крупносерийном и массовом производстве применяют также специальный прокат.
Штучные заготовки получают литьем, ковкой, штамповкой,
сваркой.
Комбинированные заготовки – это сложные по конструкции
заготовки, получаемые соединением (например, сваркой) отдельных более простых элементов. В этом случае можно снизить
массу заготовки, а для более нагруженных элементов использовать наиболее подходящие материалы.
Заготовки характеризуются конфигурацией и размерами, точностью полученных размеров, состоянием поверхности и т. д.
Формы и размеры заготовки в значительной степени определяют технологии ее изготовления и обработки.
Точность размеров заготовки является важнейшим фактором,
влияющим на стоимость как самой заготовки, так и изготовления
детали. Форма и размеры заготовки, а также качество поверхности (наличие зон отбела чугунных отливок, слой окалины на поковках и др.) могут существенно влиять на последующую обработку резанием. Поэтому для большинства заготовок необходима
первичная термообработка и придача им такого состояния или
34
3.1. Основные требования к конструкции заготовок
вида, при котором можно производить механическую обработку
на металлорежущем оборудовании. К операциям предварительной обработки относят зачистку, правку, обдирку, разрезание,
центрование, а иногда и обработку технологических баз.
При выборе заготовки для заданной детали назначают метод ее
получения, определяют конфигурацию, размеры, допуски, припуски на обработку и формируют технические условия на изготовление. По мере усложнения конфигурации заготовки, уменьшения напусков и припусков, повышения точности размеров
и параметров расположения поверхностей усложняется и удорожается технологическая оснастка заготовительного цеха и возрастает себестоимость заготовки, но при этом снижается трудоемкость и себестоимость последующей механической обработки
заготовки, повышается коэффициент использования материала.
Заготовки простой конфигурации дешевле, так как не требуют
при изготовлении сложной и дорогой технологической оснастки,
однако такие заготовки требуют последующей трудоемкой обработки и повышенного расхода материала.
Главным при выборе заготовки является обеспечение заданного качества будущей детали при ее минимальной себестоимости. Себестоимость детали определяется суммированием
себестоимости заготовки и себестоимости ее последующей обработки. Выбор заготовки связан с конкретным технико-экономическим расчетом себестоимости готовой детали, выполняемым
для заданного объема выпуска с учетом других условий производства. При проектировании технологического процесса механической обработки для конструктивно сложных деталей важно
иметь сведения о конфигурации и размерах заготовки, о наличии
в заготовке отверстий, полостей, углублений, выступов.
Технологические процессы получения заготовок в основном
определяются технологическими свойствами материала, конструктивными формами и размерами детали и программой выпуска, прогрессивными тенденциями развития технологии машиностроения. Для этого необходимо в конструкции заготовки
и технологии ее изготовления предусмотреть возможность экономии труда и материалов путем применения штампованных,
штампосварных, штамполитых заготовок (рис. 3.1), а также
35
Глава 3. Методы получения заготовок
применения автоматизированных технологических процессов:
литья профилей, проката заготовок (рис. 3.2), сварки.
Рис. 3.1. Сварно-литая конструкция ротора
Рис. 3.2. Отдельные виды сортового проката
Применять сварно-литые конструкции наиболее целесообразно, когда при изготовлении цельнолитой заготовки наблюдается
большой литейный брак из-за низкой технологичности конструкции, а также тогда, когда лишь отдельные части или поверхности
заготовки, работающие в особо трудных условиях, требуют применения более дорогих металлов или сложной обработки.
Сварные заготовки следует применять при конструкции детали с выступающими частями, когда для ее изготовления требуются крупногабаритная форма, много формовочных материалов
и большие затраты рабочего времени в литейном цехе.
При больших массах и габаритах для транспортирования заготовку делят на несколько частей.
Особенно важно правильно выбрать заготовку и назначить оптимальные условия ее изготовления в автоматизированном производстве, когда обработка ведется на станках-автоматах, автоматизированных гибких и автоматических линиях, управляемых
ЧПУ, микропроцессорами и микро-ЭВМ.
36
3.1. Основные требования к конструкции заготовок
Поступающие на обработку заготовки должны соответствовать утвержденным техническим условиям. Проверке подлежат
химический состав и механические свойства материала, структура, наличие внутренних дефектов, размеры, масса заготовки.
Поверхности отливок должны быть чистыми и не должны
иметь пригаров, спаев, ужимин, пленов, намывов и механических повреждений. Заготовка должна быть очищена или обрублена, места подвода литниковой системы, заливы, заусенцы и другие дефекты должны быть зачищены, удалена окалина. Особо
тщательной очистке должны подвергаться полости отливок. Необрабатываемые наружные поверхности заготовок при проверке по линейке не должны иметь отклонения от прямолинейности
больше заданного (не более 0,5 мм на 1 мм длины). Заготовки,
у которых отклонение от прямолинейности оси (кривизна) влияет
на качество и точность работы машины, подлежат обязательному
естественному или искусственному старению по технологическому процессу, обеспечивающему снятие внутренних напряжений, и правке.
Отмеченные на чертеже заготовки базы для механической обработки должны служить исходными базами при изготовлении
и проверке технологической оснастки (моделей, стержней). Они
должны быть чистыми и гладкими, без заусенцев, остатков литников, прибылей, выпоров и литейных и штамповочных уклонов.
Базы должны образовываться по возможности моделью и находиться в одной опоке, чтобы исключить влияние смещения и перекоса опок и стержней. Если за базу принимают отверстие, получаемое с помощью стержня, то должны быть приняты дополнительные
меры для обеспечения точности расположения оси отверстия.
Перед отправкой потребителю на большие расстояния отливки грунтуют с целью защиты их поверхности от коррозии. Продолжительность защитного действия грунтовки зависит от условий хранения отливок и колеблется от 25–30 дней (хранение
в помещении склада) до 5–15 дней (хранение на открытых площадках). Заготовки должны иметь клеймо ОТК, номер плавки
и марку материала.
Заготовки ответственных деталей сопровождаются сертификатом, удостоверяющим соответствие их качества требованиям
37
Глава 3. Методы получения заготовок
действующих стандартов, а в случае их отсутствия – требованиям технических условий.
3.2. Понятие о припуске и напуске на обработку
В конструкции заготовок предусмотрены припуски – слои материала, подлежащие удалению с поверхности заготовки в процессе обработки для получения заданной точности и шероховатости.
Материал, оставленный в выемках, пазах и отверстиях отливок и поковок, образует напуск, также удаляемый при обработке.
Напуском является также слой материала проката, превышающий размеры заготовки с учетом припуска на обработку.
Напуск удаляют, как правило, в два прохода (60…70 % – первый; 40…30 % – второй).
Размер припуска определяют разностью между размером заготовки и размером детали по рабочему чертежу; припуск задается на сторону.
Припуски, аналогично допускам, подразделяют на общие
и межоперационные, удаляемые при выполнении отдельных
операций.
Общий припуск на обработку равен сумме межоперационных
припусков по всем технологическим операциям – от заготовки
до размера, рис. 3.3.
Рис. 3.3. Виды припусков на обработку
38
3.2. Понятие о припуске и напуске на обработку
Межоперационный припуск равен сумме припусков, отведенных на черновой, получистовой и чистовой проходы на данной
операции, рис. 3.4.
Рис. 3.4. Межоперационный припуск
Понятие двухстороннего припуска чаще всего относится к обработке цилиндрических поверхностей. Для этих деталей он равнозначен понятию припуска на диаметр. Численные значения
припуска прямо связаны с режимами резания при обработке (глубиной резания). Поэтому более удобными для практического использования считают припуски на сторону.
Назначение припусков на механическую обработку представляет собой важную задачу, поскольку от их численных значений
зависит эффективность технологического процесса и качество обрабатываемых поверхностей. При проектировании ТП надо стремиться к тому, чтобы назначенные припуски были минимально
необходимыми и достаточными. Из первого условия следует, что
припуски не должны быть чрезмерно большими, для того чтобы
не удорожать обработку. По второму условию припуски должны
обеспечить качественное изготовление деталей по всем параметрам точности и качества поверхностности.
В технологии машиностроения различают два подхода к назначению припусков на механическую обработку: опытно-статистический и расчетно-аналитический.
39
Глава 3. Методы получения заготовок
Существуют нормативные данные, суммируя которые, можно
получить величину минимального припуска.
Применяются и рекомендации стандартов: ГОСТ 26645–85
«Отливки из металлов и сплавов. Допуски размеров, массы и припуски на механическую обработку», ГОСТ 7062–79 «Поковки из
углеродистой и легированной стали, изготовляемые ковкой на
прессах. Припуски и допуски», ГОСТ 7505–89 «Поковки стальные штампованные. Допуски, припуски и кузнечные напуски»
на значения общих припусков на обработку отливок и поковок.
При оценке величины общего припуска учитываются:
1) размер и конструктивные формы;
2) материал и способ получения заготовки;
3) величина дефектного слоя;
4) погрешность установки;
5) степень деформации.
Главное, чтобы припуски на обработку были возможно меньшими в целях экономии металла, времени и т. д.
Чтобы ограничить значения промежуточных припусков, назначают технологические допуски на отдельные переходы.
Обычно технологические промежуточные допуски на охватываемую поверхность (шейка вала) назначают в минус, а на охватывающую (отверстия) – в плюс. В любом случае промежуточный допуск направлен в тело металла.
Минимальный припуск – минимальная необходимая толщина
слоя материала для выполнения данной операции. Он является
исходной величиной при расчете припусков.
Расчетно-аналитический метод предполагает, что промежуточный припуск должен быть таким, чтобы при его снятии устранялись погрешности обработки и дефекты поверхностного слоя,
полученные на предшествующем переходе, а также погрешности
установки на данном переходе.
Основа метода – определение Zmin.
Оптимальный припуск зависит от материала, размеров и конфигурации заготовки, вида заготовки, деформации заготовки
при ее изготовлении, толщины дефектного поверхностного слоя
и других факторов. Так, например, чугунные отливки имеют дефектный поверхностный слой, содержащий раковины, песчаные
40
3.3. Технико-экономический анализ выбора заготовок
включения; поковки, полученные ковкой, имеют окалину; поковки, полученные горячей штамповкой, имеют обезуглероженный
поверхностный слой.
Действительный слой металла, удаляемый на первой операции, должен быть в пределах, учитывающих операционный припуск и напуск. В процессе превращения заготовки в готовую деталь ее размеры приобретают ряд промежуточных значений,
которые называются операционными размерами. На рис. 3.5 на
деталях различных классов показаны припуски, напуски и операционные размеры. Размеры деталей обычно проставляют с отклонениями: для валов – в минус, для отверстий – в плюс.
3.3. Технико-экономический анализ
выбора заготовок
Выбору оптимального размера, формы и технологии получения заготовки предшествуют последовательные этапы.
На первом этапе тщательно анализируются детальные и сборочные чертежи изделия, взаимосвязи элементов конструкции
при сборке, эксплуатации и ремонте. Анализ сопровождается
критической оценкой чертежей с точки зрения технологичности
и обоснованности технических требований. Все выявленные недостатки исправляются совместно с разработчиком конструкции.
На втором этапе, исходя из заданного объема выпуска продукции, конфигурации и размеров основных деталей и узлов,
а также производственных возможностей предприятия, устанавливается тип и характер будущего производственного процесса
(единичное, серийное или массовое; групповое или поточное).
На третьем этапе в соответствии с конструкцией детали
и предъявляемыми техническими требованиями устанавливают
основные факторы, определяющие выбор вида заготовки и технологии ее изготовления. Факторы желательно располагать в порядке убывания их значимости.
Анализируя степень влияния рассмотренных факторов, выбирают один или несколько технологических процессов, обеспечивающих получение заготовок требуемого качества. Одновременно проверяют возможность использования комбинированных заготовок.
41
Глава 3. Методы получения заготовок
Рис. 3.5. Припуски, напуски и размеры корпуса подшипника (а),
пробки (б) и вала (в): Aзаг, Бзаг, Взаг, Dзаг, D′заг, D″заг – исходные размеры
заготовки; Адет, Бдет, Вдет, D′дет, D″дет – размеры готовой детали;
D1, D2, D′1, D″1 – операционные размеры заготовки
42
3.3. Технико-экономический анализ выбора заготовок
После выбора нескольких вариантов получения заготовок для
каждого из них конкретизируют: последовательность выполняемых операций, применяемое оборудование, основные и вспомогательные материалы. Если ни у одного из отобранных способов
получения заготовок нет преимуществ, укрупненно проектируют
несколько наилучших способов получения заготовок и технологических процессов их производства.
Норму расхода материала в кг на единицу продукции можно
рассчитать по формуле
H = Gд + Gт.о + Gз.о ,
где Gд – масса готовой детали; Gт.о – масса технологического отхода; Gз.о – масса заготовительного отхода.
Массу готовой детали Gд можно рассчитать по формулам
на основании данных чертежа или непосредственного обмера,
а в случае особо сложной конфигурации детали – контрольным
взвешиванием образца.
Масса технологического отхода Gт.о представляет собой неизбежные для данного производства потери материала, которые
можно рассчитать так:
Gт.о = Gт.п.з + Gт.п.м ,
где Gт.п.з – технологические потери материала на угар, облой, прибыли, литниковую систему; Gт.п.м – технологические потери материала в виде припусков и напусков.
Технологический отход находится в прямой зависимости от
типа производства.
Масса заготовительного отхода Gз.о определяется условиями
поставки металла или материала. Например, отход прутка из-за
некратности его длины длине заготовки, полосовой отход при холодной вырубке деталей из листа и т. д.
Масса технологического и заготовительного отходов уменьшается по мере совершенствования технологических процессов
и применения прогрессивных методов обработки. Особенно актуальна эта задача в условиях массового производства. Именно в массовом производстве родились безотходные методы производства изделий (например, производство болтов и винтов
из прутка методом холодной высадки).
43
Глава 3. Методы получения заготовок
Масса, с которой заготовка поступает на предварительную механическую обработку, называется массой заготовки. Масса заготовки в кг рассчитывается по формуле
Gs = Gд + Gт.п.м .
44
Глава 4. ТОЧНОСТЬ ОБРАБОТКИ И КАЧЕСТВО
ПОВЕРХНОСТИ ДЕТАЛЕЙ
4.1. Понятие точности обработки
Под точностью обработки понимают степень соответствия обработанной детали требованиям чертежа и ТУ.
Точность детали складывается из точности выполнения размеров, формы, относительного положения поверхностей детали
и шероховатости поверхностей.
Под точностью формы поверхности понимают степень приближения ее к геометрической форме.
Для проектирования технологического процесса необходимо
учитывать погрешности, возникающие при обработке.
Основными причинами погрешностей обработки на металлорежущем оборудовании являются:
1. Собственная неточность станка, например непрямолинейность направляющих станины и суппортов, непараллельность
или неперпендикулярность направляющих станины к оси шпинделя, неточности изготовления шпинделя и его опор и т. д.
2. Деформация узлов и деталей станка под действием сил резания и нагрева.
3. Неточность изготовления режущих инструментов и приспособлений и их износ.
4. Деформация инструментов и приспособлений под действием сил резания и нагрева в процессе обработки.
5. Погрешности установки заготовки на станке.
6. Деформация обрабатываемой заготовки под действием сил
резания и зажима, нагрева в процессе обработки и перераспределения внутренних напряжений.
7. Погрешности, возникающие при установке инструментов
и их настройке на размер.
45
Глава 4. Точность обработки и качество поверхности деталей
8. Погрешности в процессе измерения, вызываемые неточностью измерительных инструментов и приборов, их износом и деформациями, а также ошибками рабочих в оценке показаний измерительных устройств.
Собственная точность станков, т. е. точность их в ненагруженном состоянии, установлена ГОСТом для всех основных типов
станков (ГОСТ 8–82 «Станки металлорежущие. Общие требования к испытаниям на точность»).
По мере износа собственная точность станка уменьшается.
Особое значение имеет износ подшипников и шеек шпинделей,
а также направляющих станин. Биение шпинделя приводит к получению овальности у обрабатываемой заготовки. Вследствие
износа направляющих у токарного станка возникает непрямолинейное движение суппорта, что приводит к искажению формы
обтачиваемой цилиндрической заготовки.
Под жесткостью применительно к станкам и их узлам понимается способность узла сопротивляться появлению упругих отжатий.
Жесткость узла измеряется отношением приращения нагрузки к получаемому при этом приращению упругого отжатия:
Δa = Δc,
где Δa – приращение упругого отжатия, мм; Δc – приращение нагрузки, кгс.
Жесткость узлов определяется экспериментальным путем.
На точность обработки влияет изменение линейных размеров частей станка при нагреве их под действием трения в опорах.
При обработке заготовок почти вся работа резания превращается в тепло. Температура в системе «станок – приспособление – инструмент – деталь» (СПИД) повышается. Это приводит
к температурным деформациям, вызывающим соответствующие
погрешности обработки.
Температурные деформации. Теплота, образующаяся в зоне
резания, распределяется между стружкой, обрабатываемой деталью, инструментом и частично рассеивается в окружающую
среду. Например, при токарной обработке в стружку отходит
50…90 % теплоты, в резец – 10…40 %, в заготовку – 3…9 %,
в окружающую среду – около 1 %.
46
4.1. Понятие точности обработки
Нагрев инструмента (проходного резца средней величины) на 20 °С приводит к увеличению его длины на 0,01 мм,
что вызывает уменьшение диаметра обрабатываемой заготовки
на 0,02 мм.
Инструмент изготовляется с определенными погрешностями размеров, формы и взаимного положения его отдельных элементов. Такие погрешности инструментов – зенкеров, разверток,
протяжек, фасонных резцов, фрез и т. д. – влияют на точность размера или формы обработанной поверхности.
При настройке станка на обработку партии заготовок режущий инструмент устанавливают в определенном положении
и при этом возникают погрешности обработки из-за неточности
установки инструмента.
Обрабатываемая заготовка (деталь) в процессе резания может
нагреваться неравномерно, в этом случае изменяются не только
размеры заготовки, но и форма. Тонкостенные заготовки нагреваются при обработке в большей степени, чем массивные, и больше деформируются.
Нежесткие заготовки при обработке под действием сил резания деформируются. Длинный вал, обрабатываемый в центрах на
токарном станке, прогибается, в результате чего на концах будет
иметь меньший диаметр, чем в середине.
Неточность изготовления и износ отдельных элементов приспособления приводят к неправильной установке заготовки
в приспособлении и являются источниками погрешностей при
обработке.
Суммарная технологическая погрешность Δт зависит от большого числа погрешностей, прежде всего от колебания усадки,
колебаний технологических параметров процесса формования,
приводящих к изменению усадки и ее рассеянию, неточности изготовления и износа оснастки и инструмента; колебаний параметров окружающей среды и т. д.
Суммарную технологическую погрешность определяют, учитывая в каждом конкретном варианте характер влияния погрешностей (случайный или систематический), применяя формулу
∆ т = ∑сист +
47
∑ ∆2случ .
Глава 4. Точность обработки и качество поверхности деталей
Суммарная технологическая погрешность может быть нормирована с точки зрения экономически достижимой точности,
на базе существующего технологического уровня.
Для этого существует понятие технологического допуска
T ≥ Δт, т. е. допуска, определяемого пределами рассеяния размерных параметров изделий при их изготовлении.
Если неравенство не может быть обеспечено только формованием, то возможно использовать размерную разбраковку изделий, другие мероприятия, включая механическую обработку изделий; тогда суммарная технологическая погрешность получает
новое значение Δ′т, и потребуется, чтобы T ≥ Δ′т < Δт (рис. 4.1).
Рис. 4.1. Типы размеров изделий из пластмасс, изготавливаемых
в замкнутых формах литьем под давлением и прессованием
Наиболее высокую точность (см. рис. 4.1) приобретают внешние размеры A1, определяемые размерами формующих элементов
(матрицы, пуансона). По размерам A1 предпочтительно собирать
изделия друг с другом, т. е. образовывать сопряжения. К размерам
типа A1 относятся диаметры отверстий и валов. Наименее точными являются размеры A3, определяемые взаимным расположением формующих деталей в направлении смыкания формы, зависящие от облоя. Размеры A2 занимают промежуточное положение.
48
4.1. Понятие точности обработки
Они определяются взаимным расположением формующих элементов в направлении, перпендикулярном смыканию формы (например, толщина боковых стенок изделий).
Методы обеспечения заданной точности
размеров изделий
Методы обеспечения заданной точности размеров изделий
приведены в табл. 4.1 и подразделяются:
• на конструкционные;
• технологические;
• метрологические;
• организационно-технические;
• механическую доработку;
• организационно-метрологические:
– отбраковка перед сборкой;
– селективная сборка.
Таблица 4.1
Методы обеспечения заданной точности размеров изделий
Существующая общая погрешность ΔΣ
Заданная точность (конструкторский допуск Тк)
Методы
обеспечения
заданной
точности
конструкционные, технологические, метрологические и организационно-технические
механическая доработка
Δук T
Δкон
Δx
Δук Т′т
Δкон
Δx
Тд
Δкон
Δx
Тк
организационотбраковка перед Δук Т″т
но-метрологиче- сборкой
ские
селективная
Δук Т1
сборка
Т2
Примечание. Δук – погрешность от технологического уклона; Т – существующий технологический допуск; Тд – технологический допуск на механическую
доработку; Т′т – технологический допуск после применения конструкционных,
технологических и метрологических мероприятий; Т″т – технологический допуск с использованием отбраковки перед сборкой; Т1 и Т2 – групповые технологические допуски при селективной сборке; Δкон – погрешность контроля размеров изделий; Δx – погрешность, возникающая при хранении изделий.
49
Глава 4. Точность обработки и качество поверхности деталей
Соответствие параметров реальной и заданной конструктором
деталей определяется следующими параметрами:
1) точностью формы детали или ее рабочих поверхностей, характеризуемой обычно овальностью, конусностью, прямолинейностью и т. п., например овальностью и конусностью цилиндров,
шеек коленчатых валов и др.;
2) точностью размеров детали, определяемой отклонением
размеров от номинальных;
3) точностью взаимного расположения поверхностей, задаваемой параллельностью, перпендикулярностью, концентричностью, например параллельностью осей шатунных и коренных
шеек коленчатых валов, перпендикулярностью осей отверстий
под поршневой палец в поршне к его оси и т. д.;
4) качеством поверхности, определяемым шероховатостью
и физико-механическими свойствами (материалом, термообработкой, поверхностной твердостью и др.).
Точность формы и взаимного расположения поверхностей
обычно задается в более узких пределах по сравнению с точностью размеров.
Точность обработки деталей может быть обеспечена двумя
методами:
• установкой инструмента на размер;
• автоматическим получением размеров.
Установка инструмента на заданный размер достигается способом пробных проходов и промеров. Способ пробных
проходов и размеров требует высокой квалификации станочника и большей трудоемкости и ограничивается индивидуальным
и мелкосерийным производством.
В массовом и крупносерийном производстве получение заданных размеров достигается автоматически, предварительной
настройкой станка. Точность обработки в процессе выполнения
операций также достигается автоматически, контролем и подналадкой инструмента или станка при выходе размера деталей
из поля допуска.
В определенной степени отклонения формы деталей возникают от чрезмерного или недостаточного усилия затяжки заготовки в приспособлении, осуществляемой вручную (рис. 4.2).
50
4.1. Понятие точности обработки
Рис. 4.2. Чрезмерное или недостаточное усилие затяжки заготовки
в приспособлении: а – заготовка до установки на станке; б – после
закрепления в трехкулачковом патроне; в – после обработки; г – после
снятия со станка; д – при недостаточной жесткости закрепления
длинной заготовки
Экономическая точность обработки – понятие теоретическое, определяющее возможность выбора способа обработки деталей с необходимой точностью при минимальных затратах времени и труда (рис. 4.3).
Рис. 4.3. Зависимость стоимости обработки детали
от точности ее изготовления
Достижимая точность – максимальная точность, которая
может быть достигнута при обработке детали рабочим высокой
51
Глава 4. Точность обработки и качество поверхности деталей
квалификации в условиях конкретного производства. Сравнением экономической и достижимой точности определяют совершенство технологического процесса обработки детали.
Классы точности
В зависимости от требований, предъявляемых к тому или другому механизму, узлу, машине, их детали изготовляются с различной степенью точности.
Государственным стандартом в системе допусков и посадок
для машиностроения предусмотрено 10 классов точности (для
размеров от 1 до 500 мм).
Пять из них – 1, 2, 2а, 3, 3а – более точные, имеющие наименьшие допуски;
два класса – 4 и 5 – менее точные;
остальные три – 7, 8 и 9 (6-й класс в системе отсутствует) –
имеют наибольшие допуски и предназначаются для несопрягаемых размеров (табл. 4.2).
Для обозначения класса точности посадки у ее условного обозначения проставляется в виде индекса соответствующая цифра.
Например, глухая посадка первого класса точности обозначается
Г1; ходовая четвертого класса точности – Х4; прессовая 2-я третьего класса – Пр2з и т. д.
Только посадки второго класса точности не имеют цифрового обозначения; например: обозначение Пр указывает на прессовую посадку второго класса точности; обозначение Т – на
тугую и т. д. Но посадки класса точности 2а, как и других классов, имеют условное обозначение и цифру; например, тугая посадка класса точности 2а обозначается Т2а.
Виды погрешности обработки
Под отклонением от правильной геометрической формы или
расположения поверхности понимают отклонение реальной детали от номинальной, заданной чертежом:
∆ = А изм − А треб .
В основу нормирования положен принцип прилегающих прямых, окружностей, плоскостей, поверхностей и т. д.
52
4.1. Понятие точности обработки
Само отклонение оценивается наибольшим расстоянием от
прилегающей поверхности до реальной по перпендикуляру.
Для различных отклонений формы причинами могут быть:
1) овальность – износ посадочных поверхностей подшипников;
2) огранка – бесцентровое шлифование;
3) конусность – износ инструмента;
4) бочкообразность – при обработке длинных тонких валов;
5) седлообразность – при обработке коротких толстых валов
(рис. 4.4).
а)
б)
в)
Рис. 4.4. Отклонения формы: а – бочкообразность;
б – седлообразность; в – конусность
Условные обозначения на чертежах
Отклонения допуска формы:
Отклонения допуска расположения:
53
2а
Класс
точности
В ответственных сопряжениях весьма высокой точности
(подшипники качения, шарики и ролики подшипников, детали точных измерительных
машин и приборов).
В машинах и механизмах, работающих на больших скоростях (детали станков, тракторных, автомобильных и авиационных двигателей, электромашин и т. д.).
То же для малоответственных
деталей автомобилей, тракторов, сельскохозяйственной
техники
Применение
Калибровка и доводка малых отверстий, хонингование, тонкая расточка, притирка и доводка больших отверстий.
Чистовое развертывание, точное чистовое шлифование,
протягивание, прошивание и хонингование.
Развертывание, протягивание, шлифование.
Расточка чистовым
резцом, развертывание, шлифование
отверстий
Тонкое шлифование, притирка, доводка, полирование.
Точное чистовое шлифование, чистовая
обточка.
Чистовое
шлифование
и обточка.
Чистовая обточка
валов
Способы обработки
Прессовая
1-я, 2-я, глухая, тугая, плотная, напряженная, скользящая
и движения.
Все посадки,
кроме прессовок
1-й и прессовой.
Глухая, тугая,
напряжения, плотная
и скользящая.
Прессовая 1-я,
2-я, 3-я, скользящая, ходовая
и широкоходовая
Посадки
Способы обработки деталей в зависимости от классов точности
Высший
из классов,
применяемых в машиностроении.
Наиболее
распространенный в машиностроении класс
точности 2
Примечание
Таблица 4.2
Глава 4. Точность обработки и качество поверхности деталей
54
Для малоответственных деталей автомобилей, тракторов,
сельскохозяйственных, текстильных машин и т. п.
Расточка резцом,
черновое развертывание, шлифование
Чистовая об- Скользящая
точка валов
больших диаметров и шлифование
малых диаметров
4
В сельскохозяйственном маТочное сверление
Чистовая об- Прессовая
шиностроении, паровозоодним сверлом по
точка
скользящая, хои вагоностроении, в сопряже- кондуктору, двумя
довая, широкониях штампованных деталей сверлами, зенкероходовая, легкои т. д.
вание
ходовая
5
То же
То же
То же
Скользящая
и ходовая
7, 8, 9 Для сопрягаемых деталей не Горячая штамповка, Ковка, штам- Не имеют
применяют.
отливка в землю
повка, прокатПрименяют только при изгока, обдирка,
товлении деталей с допускаеотливка, отмыми грубыми отклонениями
резка
от номинальных размеров
3а
По этим
классам
устанавливают допуски
на свободные (несопрягаемые)
размеры
4.1. Понятие точности обработки
55
Глава 4. Точность обработки и качество поверхности деталей
Примеры
Отклонения формы цилиндрических поверхностей, их нормирование и примеры обозначения на чертежах допусков формы
цилиндрических поверхностей представлены ниже (рис. 4.5).
Поперечное сечение:
Овальность
Огранка
Продольное сечение:
Конусообразность
Бочкообразность
Некруглость
Седлообразность
Рис. 4.5. Качество поверхности детали
4.2. Отклонение формы в поперечном
и продольном сечениях
При обработке металлов резанием на обработанной поверхности от инструмента остаются мелкие неровности – шероховатость.
56
4.2. Отклонение формы в поперечном и продольном сечениях
При черновой обработке эти неровности хорошо видны невооруженным глазом.
Высота этих неровностей может достигать 100 мкм и более.
При чистовой обработке высота неровностей уменьшается
до 5…10 мкм (0,005…0,010 мм).
От шероховатости поверхности зависят трение и износ деталей машин. Любая пара взаимно сопряженных деталей соприкасается друг с другом своими поверхностями, на которых имеются неровности в виде выступов и впадин. Неровности затрудняют
взаимное перемещение деталей, так как увеличивается трение
между ними. При работе машин большая часть энергии расходуется на преодоление сил трения.
В тех случаях, когда нагрузка на детали очень велика, выгоднее применять более шероховатые поверхности. Например, тяжелый вал, работающий в подшипниках скольжения, при остановке
выжимает смазку из зазора, образуя сухой контакт с поверхностью подшипника. При этом могут возникнуть молекулярные
связи (схватывание) деталей. Когда вал начнет вращаться, в первый момент происходит трение без смазки, при котором подшипник и вал быстро изнашиваются, на них образуются задиры. Поэтому небольшая шероховатость на обработанной поверхности
служит как бы микрорезервуарами для смазки, которые позволят смазывать вал в первый момент его трогании с места. При
дальнейшем вращении вал увлекает в зазор новые порции смазки
и масляная пленка постепенно восстанавливается.
Исследованиями установлено, что для разных условий износа
существуют соответствующие этим условиям оптимальные значения шероховатости, при которых износ сопрягаемых деталей
наименьший. Эта шероховатость и заносится в чертежи деталей.
Необоснованное повышение требований к шероховатости
резко увеличивает стоимость изготовления детали. Например, себестоимость чистовой обработки, при которой достигается величина неровностей на поверхности в 1…2 мкм, в 3…5 раз превышает себестоимость чистовой обработки, обеспечивающей
высоту неровностей в 10…15 мкм.
Для выбора и обоснования высоты шероховатости используют стандарты ГОСТ 2789–73 «Шероховатость поверхности,
57
Глава 4. Точность обработки и качество поверхности деталей
параметры и характеристики» и ГОСТ 2.309–73 «Обозначения
шероховатости поверхности».
На чертежах все поверхности представлены ровными, геометрически правильной формы (поверхность, цилиндр, конус и т. д.)
линиями, без учета допускаемых отклонений. Такая поверхность
называется номинальной (1 на рис. 4.6, а). В поперечном сечении 3 виден реальный неровный профиль поверхности. Характер
реальной поверхности можно определить, если измерить ряд неровностей профиля на какой-то длине (базовой длине), достаточной для оценки данной поверхности.
В соответствии с этим в ГОСТ 2789–73 принято следующее
определение: шероховатость поверхности – совокупность неровностей поверхности с относительно малыми шагами St на базовой длине.
Рис. 4.6. Элементы обработанной поверхности
Для оценки неровности профиля используют базовую
линию (поверхность). В качестве базовой используют среднюю линию профиля. В этом случае профиль поверхности
разбивают средней линией профиля так, чтобы сумма площадей профиля над средней линией (ограниченная выступами профиля) была примерно равна сумме площадей профиля
под средней линией (т. е. сумме площадей участков, заключенных между средней линией и впадинами профиля). Упрощенно
58
4.2. Отклонение формы в поперечном и продольном сечениях
средняя линия профиля разделяет профиль по высоте пополам
(4 на рис. 4.6, а).
Среднее арифметическое отклонение профиля Ra на базовой
длине можно определить по формуле
Ra =
Y1 + Y2 + Y3 + ... + Yn
,
n
где n – число измерений.
Другое, более реальное представление о шероховатости поверхности, чем параметр Ra, дает параметр Rz – высота неровностей профиля по десяти точкам (сумма средних арифметических
абсолютных отклонений точек пяти наибольших минимумов и пяти наибольших максимумов профиля в пределах базовой длины). Для плоских поверхностей средняя линия профиля
имеет форму прямой линии и вычисляется по формуле
5

1 5
Rz =  ∑ hmax − ∑ hmin ,
5  i =1

i =1
а эту формулу можно преобразовать в наиболее приемлемый вид:
Rz =
(h1max + h2 max + ... + h5 max ) − (h1min + h2 min + ... + h5 min ) ,
5
где Rz – расстояния от пяти высших hmах и пяти низших hmin точек
профиля до линии, параллельной средней линии профиля.
Разность hmах – hmin характеризует полную высоту неровностей, a Rz можно представить как среднюю высоту неровностей
на всей базовой длине.
Параметр Rz дает более реальное представление о шероховатости поверхности, чем параметр Ra. Rz – это неровности средней
высоты на поверхности.
Для большого количества видов механической обработки заготовок достаточно оценивать шероховатость поверхности одним
из двух параметров: Ra или Rz.
Для особо ответственных поверхностей деталей машин
в ГОСТ введен еще один высотный параметр, ограничивающий размеры отдельных наиболее значительных неровностей
поверхности: Rmax – наибольшая высота неровностей профиля
59
Глава 4. Точность обработки и качество поверхности деталей
(расстояние между линией выступов профиля и линией впадин
профиля в пределах базовой длины, рис. 4.6, б).
Остальные параметры, указанные в ГОСТ, используют главным образом для обозначения требований к обработке наиболее
ответственных поверхностей деталей.
Sm – средний шаг неровностей (среднее арифметическое значение шага неровностей профиля в пределах базовой длины).
S – средний шаг неровностей по вершинам – среднее арифметическое значение шага неровностей профиля по вершинам
в пределах базовой длины. На рис. 4.6, б даны обозначения (для
примера) только двух шагов неровностей по вершинам 5t, но
этого достаточно, чтобы понять различие между Sm и S.
Наиболее сложным для понимания существа понятия является последний параметр tp – относительная опорная длина профиля.
На рис. 4.6 показана обработанная поверхность. При работе детали в сопряжении выступы неровностей контактирующих поверхностей будут постепенно изнашиваться. Первоначально детали
соприкасаются по вершинам выступов, и в местах контакта возникают большие давления. Происходит интенсивный износ выступов.
По мере износа опорная площадь увеличивается, а удельные давления уменьшаются. При этом замедляется износ поверхностей.
Относительная опорная длина профиля tp – это отношение
опорной длины профиля к базовой длине. Значение tp определяют по следующей методике. Задаются значением уровня сечения
профиля р:
P
p=
100 %,
Rmax
где Р – расстояние от линии выступов до выбранного сечения
профиля, мкм.
Тогда
n
tp =
∑ bi
i =1
bi1 + bi2 + ... + bin
100 %.
l
Шероховатость поверхности обозначают одним из знаков,
приведенных на рис. 4.7.
l
100 % =
60
4.2. Отклонение формы в поперечном и продольном сечениях
Для поверхности, вид обработки которой не установлен, применяют обозначение, показанное на рис. 4.7, а; если с поверхности удаляется слой материала – на рис. 4.7, б; для поверхности
заготовок, полученных литьем, ковкой, прокатом и другими способами, – на рис. 4.7, в. Такое же обозначение применяют для поверхностей, не обрабатываемых по данному чертежу.
Рис. 4.7. Обозначение на чертеже шероховатости поверхности
Над знаком шероховатости указывают значения параметров
шероховатости, одного или нескольких. Значения параметра
Ra записывают без символа (рис. 4.7, г), значения параметра Rz
и других параметров – соответствующим символом (рис. 4.7, д).
Числовое значение параметров может быть наибольшим допускаемым (см. рис. 4.7, д), номинальным с допускаемыми отклонениями в процентах (обозначение относительной опорной
длины профиля tp = 80 % при уровне сечения профиля р = 50 %
на рис. 4.7, е) или задано в виде диапазона значений (обозначение
допускаемого диапазона Sm от 0,063 до 0,040 мкм на рис. 4.7, е).
При необходимости в обозначение шероховатости поверхности включают и другие дополнительные требования. Одно из
них – указание о заданном направлении неровностей поверхности по отношению к линии, изображающей на чертеже эту поверхность (рис. 4.7, л).
Типы направлений неровностей и их обозначения приведены
в табл. 4.3.
61
Глава 4. Точность обработки и качество поверхности деталей
Если заданная шероховатость поверхности может быть достигнута только единственным способом, применяют знак с «полкой», над которой помещают название этого способа (рис. 4.7, ж).
Под полкой записывают еще и заданную базовую длину, если она
отличается от требуемой, а также тип направления неровностей
поверхностей (рис. 4.7, е).
Оценку шероховатости обработанной поверхности производят сравнением и измерением. Для оценки методом сравнения используют эталоны (образцы) и образцовые детали.
Таблица 4.3
Типы и условное обозначение на чертежах направлений
неровностей поверхности (ГОСТ 2789–73)
62
4.2. Отклонение формы в поперечном и продольном сечениях
Эталоны шероховатости обычно представляют собой небольшие рамки с закрепленными в них образцами в виде плиток или
полуцилиндров (рис. 4.8). Сравнивая на глаз или с помощью оптического прибора поверхность обработанной детали с эталонной, можно оценить ее шероховатость. Поверхности, обработанные разными способами, могут отличаться по внешнему виду.
Так, например, чисто шлифованная и фрезерованная поверхности
при одинаковой шероховатости внешне различны, поэтому для
правильной оценки фрезерованной детали нужно иметь эталоны,
также обработанные фрезой, причем для торцового и цилиндрического фрезерования эталоны должны быть разными. На эталонах делают надписи, указывающие, каким способом и с какой шероховатостью они обработаны.
Рис. 4.8. Набор образцов шероховатости сравнения
Эталоны позволяют определить на глаз шероховатость поверхности не ниже Rz = 10 мкм (или V6), а при соответствующем
63
Глава 4. Точность обработки и качество поверхности деталей
навыке до Rz = 5,0–2,5 мкм (V7–V8). Кроме специальных эталонов, одинаковых для различных предприятий, на заводах иногда
используют образцовые детали. Образцовая деталь – это точно
обработанная по чертежу деталь. Преимущество образцовых деталей по сравнению с эталонами в том, что их изготовляют из
того же материала, на том же оборудовании и тем же инструментом, что и контролируемые серийные детали. Благодаря этому
точность оценки шероховатости повышается.
Методы измерения шероховатости поверхности делятся на
бесконтактные и контактные. Для бесконтактных измерений применяют различные оптические приборы, предназначенные для
оценки шероховатости по параметру Rz. Среди них наибольшее
распространение получил двойной микроскоп Линника. Действие
двойного микроскопа основано на принципе светового сечения
поверхности. Для определения размера Н выступа на обработанной детали (рис. 4.9, а) на контролируемую поверхность с помощью осветительного тубуса 3 направляют узкую полоску света.
Для этого внутри тубуса имеется лампочка, от которой лучи света
через линзы направляются в щелевую диафрагму, а оттуда в виде
узкой полоски через оптическую систему падают на контролируемую поверхность. Если она неровная, световая полоска, попадая
на нее, изгибается, обрисовывая контуры неровностей.
Рис. 4.9. Схемы измерения шероховатости поверхности:
1 – стол; 2 – тубус; 3 – винт настройки резкости
64
4.2. Отклонение формы в поперечном и продольном сечениях
Микроскоп имеет два тубуса: наблюдательный 2 и осветительный 7 (рис. 4.10). Контролируемую деталь помещают на координатный столик 8, который можно перемещать в двух взаимно
перпендикулярных направлениях микрометрическими винтами,
а также поворачивать относительно вертикальной оси.
Это необходимо для того, чтобы быстро и точно расположить
деталь в нужном положении по отношению к тубусам микроскопа, а затем перемещать ее для отсчета высот нескольких неровностей и определения значения Rz. Отсчет высот выполняют окулярным микрометром 3. Для регулирования положения тубусов по
высоте служат механизмы грубой 5 и тонкой 4 настройки. Тубусы
микроскопа можно также поднимать и опускать вместе с кронштейном 6. Так как осветительный тубус наклонен под углом
45º к поверхности детали, то освещенные неровности выглядят
в «световом сечении» увеличенными. Световое сечение рассматривают через наблюдательный тубус 2 под углом 90° к этому сечению. Оптическая система наблюдательного тубуса позволяет
видеть это сечение сильно увеличенным.
5
6
4
3
7
2
1
8
Рис. 4.10. Микроскоп МИС-11
65
Глава 4. Точность обработки и качество поверхности деталей
Фактическую высоту неровности можно определить из прямоугольного треугольника А1БВ (см. рис. 4.9), где угол BAА1
равен 45°, так как сторона А1Б находится в плоскости светового сечения, расположенного под таким же углом к контролируемой поверхности.
На предприятиях широко применяется двойной микроскоп
модели МИС-11 (см. рис. 4.10) и его усовершенствованная модель ПСС-2 (прибор светового сечения, модель 2). Последний
имеет объективы с полем зрения, соответствующим стандартным
базовым длинам, и снабжен фотокамерой для фотографирования
контролируемой поверхности.
Двойные микроскопы позволяют контролировать поверхности с шероховатостью Rz = 60–2 мкм (V3–V8), т. е. поверхности,
характерные для многих видов обработки.
Среди последних наиболее совершенным является прибор
МИИ-14, позволяющий контролировать поверхности с шероховатостью Rz = 0,6–0,025 мкм (V10–V14) (рис. 4.11).
1
2
3
4
4
6 5
Рис. 4.11. Схема ощупывающей головки прибора МИИ-14:
1 – якорь; 2 – сердечник; 3 – крепление сердечника;
4 – опоры; 5 – мембрана; 6 – ультразвуковой луч
Таким образом, бесконтактные оптические приборы позволяют контролировать поверхности, полученные любым способом
обработки резанием.
66
4.2. Отклонение формы в поперечном и продольном сечениях
Измерение шероховатости поверхности образцов производятся и на профилографе-профилометре модели 252 (рис. 4.12), который предназначен для измерения в лабораторных условиях шероховатости и волнистости поверхности изделий, сечение которых
в плоскости измерения представляет прямую линию. На стойке 1 размещен электропривод 2, на котором закреплен датчик 3
(или 4). На стол стойки устанавливается предметный стол 5, позволяющий перемещать измеряемую деталь в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Для установки датчика на измеряемую поверхность мотопривод с помощью ходового винта
перемещается по направляющим стойки. Усиление и преобразование электрических сигналов с датчика, а также управление работой прибора осуществляется блоком питания 6 и измерительным блоком 7. Эти блоки связаны соединительными шлангами 8
с электроприводом, счетно-решающим блоком 9, предназначенным для обработки электрических сигналов и выдачи результатов
измерений на цифровое отсчетное устройство, и с записывающим
прибором 10, который служит для записи на диаграммную ленту
результатов измерения неровностей исследуемой поверхности.
Рис. 4.12. Профилограф-профилометр модели 252
На современном этапе вперед выходят портативные цифровые
профилометры (рис. 4.13).
Цифровой профилометр поверхности имеет версии со встроенным и с выносными датчиками.
67
Глава 4. Точность обработки и качество поверхности деталей
Рис. 4.13. Цифровой профилометр поверхности
Отдельные профилометры позволяют передавать информацию
непосредственно на персональный компьютер (ПК) (рис. 4.14).
Рис. 4.14. Профилометр с интерфейсом
4.3. Качество поверхностного слоя и его влияние
на эксплуатационные свойства детали
Качество поверхностного слоя любой детали определяют следующие параметры:
• шероховатость;
• наклеп;
• остаточные напряжения;
• «текстура» металла и др.
68
4.3. Качество поверхностного слоя...
Для улучшения эксплуатационных свойств рабочих поверхностей деталей техники, в основном износостойкости, коррозионной и эрозионной стойкости, применяют различные методы.
В последнее время для повышения надежности деталей машин
широко применяют физические методы – наплавку на рабочие
поверхности деталей из металла материалов с высокими эксплуатационными свойствами, металлизацию напылением, ионную
имплантацию, лазерное термоупрочнение.
Для улучшения износостойкости рабочих поверхностей деталей, коррозионной и эрозионной стойкости применяют различные способы нанесения металлических и неметаллических
покрытий:
• гальваническое хромирование;
• электролитическое хромирование;
• электролитическое борирование;
• глубокое оксидирование и др.
Большинство этих методов и способов в то же время являются
экологически небезопасными.
В связи с этим представляет интерес исследование технологических возможностей экологически безопасных методов механической обработки, используемых на окончательной стадии
формирования поверхностного слоя деталей, к которым следует отнести отделочно-упрочняющую обработку поверхностным
пластическим деформированием, а также на основе инструментов из сверхтвердых материалов.
69
Глава 5. ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ
КОНСТРУКЦИИ ИЗДЕЛИЯ
5.1. Классификация показателей технологичности
В соответствии с ГОСТ 14.205–83 «Технологичность конструкции изделий. Термины и определения» технологичность
конструкции изделия – совокупность свойств конструкции изделия, проявляемых в возможности оптимизации затрат труда,
средств, материалов и времени при технической подготовке производства, изготовлении, эксплуатации и ремонте изделий в определенных организационно-технических условиях.
Под организационно-техническими условиями понимаются
тип производства, объем выпуска, производственная структура
предприятия и характер используемого оборудования.
ГОСТ 14.004–83 «Технологическая подготовка производства. Термины и определения основных понятий» дает такие
определения понятий, входящих в организационно-технические
условия.
Отработка конструкций на технологичность ведется по чертежам и предшествует разработке технологических процессов,
представляет собой часть работ по обеспечению технологичности на этапах разработки конструкции изделия и постановке ее на
производство. Отработка конструкций на технологичность производится совместно конструкторами, технологами и производственниками.
Отработка конструкции на технологичность производится на
всех стадиях разработки конструкции, при технологическом оснащении производства и изготовлении изделия.
Основными этапами работ по разработке конструкции на технологичность являются:
1) техническое задание; определение базовых показателей;
70
5.1. Классификация показателей технологичности
2) техническое предложение; анализ вариантов схем;
3) эскизный проект; анализ выбранной компоновки;
4) технический проект; отработка технологичности сборочных единиц;
5) рабочий проект; отработка технологичности деталей.
Последовательность работы технологов над технологичностью конструкции изделия в общем случае следующая:
1. Определяется вид изделия – деталь или сборочная единица. Для детали – одни требования технологичности, для сборки –
другие.
2. Определяется тип производства, в условиях которого будет
изготовляться конструкция.
3. Устанавливается вид технологичности. Технологичность подразделяют на производственную, эксплуатационную
и утилизации.
Производственная технологичность заключается в сокращении затрат, средств и времени:
• на конструкторскую подготовку производства;
• технологическую подготовку производства;
• изготовление изделия.
Эксплуатационная технологичность проявляется в сокращении затрат средств и времени:
• на техническое обслуживание изделия;
• ремонт изделия.
Технологичность утилизации проявляется в безопасной утилизации, утвержденной директивой Европейского союза 2000/53/
ЕС «Транспортные средства, вышедшие из эксплуатации». Это
требование с каждым годом повышается, так как число отработавших свой ресурс машин растет, а существующие автосвалки
переполнены и отравляют атмосферу.
Утилизационную технологичность необходимо оценивать
еще на стадии конструкторской подготовки производства нового
изделия (автомобиля, трактора, их узлов).
4. Определяется вид оценки технологичности конструкции.
Технологичность можно оценить качественно и количественно (табл. 5.1).
71
Глава 5. Технологичность конструкции изделия
Таблица 5.1
Приоритетность применения крепежных соединений
автотракторных компонентов
Порядковый
номер
приоритета
1
2
3
Тип соединения
Наименование крепежных элементов
Быстро­
разъем­ные
со­единения
Разъемные
соединения
Магнитное, «липучка», защелка, зажим,
крепеж в ј или Ѕ оборота, «кнопка», застежка, клипсы, штифт
Винт, болт, гайка с удобными головками одного типоразмера под инструмент и доступностью для электро/пневмоинструмента. Адгезионные соединения (склеивания),
позволяющие быстро разделить детали без
применения инструмента.
Винт, болт, гайка с головками нескольких
типоразмеров, требующие замены инструмента с доступностью для электро/пневмоинструмента.
Винт, болт, гайка с головками нескольких
типоразмеров с затрудненной доступностью
для электро/пневмоинструмента
Неразъемные Заклепка, пайка, сварка, склеивание, вспесоединения нивание, термопосадка
Качественная оценка предшествует количественной и определяется на основе опыта терминами «хорошо», «плохо»,
«лучше» и т. п.
Производственная технологичность оценивается в первую
очередь качественно за счет:
• повышения серийности при изготовлении (обработке,
сборке, испытаниях и т. п.) как следствия создания единообразных конструкций путем:
а) унификации изделий, сборочных единиц и деталей приведением нескольких разных конструкций к одной за счет использования из других изделий наилучших деталей и сборочных единиц;
72
5.2. Технологичность деталей в производстве
б) создания типоразмерных рядов на основе базовой кон­струкции;
в) стандартизации изделий, сборочных единиц, деталей и их
элементов (резьбовых элементов, диаметров отверстий, галтелей и т. п.);
• рационального назначения материалов и снижения его расходов за счет:
а) выбора наиболее дешевого материала без потери качества
изделия;
б) выбора наиболее дешевого способа производства заготовок: прокат, литье, штамповка и др.;
в) наиболее экономного расходования материалов путем изменения конструкции, назначения припусков и др.;
г) выбора наиболее легко обрабатываемого материала;
д) сокращения объема видов механической обработки;
е) снижения массы деталей и изделия в целом;
• выбора рациональных по форме и элементам конструкций
деталей, обеспечивающих:
а) прочность конструкции;
б) взаимозаменяемость;
в) удобство и низкую стоимость изготовления деталей за счет
правильной расстановки размеров.
5. Изучение условий производства, где будет изготавливаться изделие:
а) наличие оборудования, оснастки, унифицированных технологических процессов, традиций производства, наличие квалифицированных кадров;
б) применение прогрессивных технологических процессов;
в) применение средств механизации и автоматизации производственных процессов и др.
Слепое копирование технологии производства однотипных
деталей может стать нетехнологичным в конкретных условиях.
5.2. Технологичность деталей в производстве
Комплекс мероприятий по обеспечению технологичности
проводится на каждом этапе проектирования изделия и включает следующие работы:
73
Глава 5. Технологичность конструкции изделия
• отработку конструкции изделия на технологичность на
всех стадиях разработки изделия при технологической подготовке производства и особых условиях при изготовлении изделия;
• совершенствование условий выполнения работ при производстве, эксплуатации, ремонте и утилизации изделий;
• количественную оценку технологичности конструкции изделия (ТКИ);
• технологический контроль конструкторской документации;
• подготовку и внесение изменений в конструкторскую документацию по результатам технического контроля, обеспечение
достижения базовых значений показателей технологичности.
Отработка конструкции изделия на технологичность осуществляется непосредственным воздействием на ее техническую сущность путем придания конструкции комплекса свойств, обеспечивающих ее технологическую рациональность и преемственность.
Следствием этого воздействия является изменение трудоемкости, материалоемкости, энергоемкости или других возможных
видов ресурсоемкости изделия.
Для объективного разрешения различных противоречий
между конструкторами и технологами существует квалиметрическая оценка качества проектного решения по критерию технологичности, учитывающему следующие параметры:
• трудоемкость;
• себестоимость;
• унификацию конструкции.
Требования к технологичности конструкции
деталей класса «валы»
1. Достаточная жесткость. Конструкция вала считается жесткой при отношении длины к диаметру не более 10…12.
2. Наличие постоянных технологических баз, например центровых отверстий. Это позволяет повысить точность и сократить
трудоемкость обработки соосных ступенчатых поверхностей.
Форма и размеры центровых отверстий должны соответствовать
ГОСТ 14034–74 «Отверстия центровые. Размеры».
3. Необходимо предусматривать стандартные канавки для выхода шлифовального круга. Форма и размеры канавок должны
74
5.2. Технологичность деталей в производстве
соответствовать ГОСТ 8820–69 «Канавки для выхода шлифовального круга. Форма и размеры».
4. Ступени должны быть с минимальными перепадами диаметров, убывающие или возрастающие (рис. 5.1). Желательна
симметричность (по условиям балансировки). Ступени по возможности должны иметь одинаковую или кратную длину для
обеспечения возможности многоинструментальной обработки.
Рис. 5.1. Оценка технологичности валов: верхние рисунки – конструкция
нетехнологична; нижние рисунки – конструкция более технологична
5. У гладких длинных валов вместо ступени (при необходимости упорных уступов) бурт заменять канавкой.
6. Точность базирующих поверхностей (торцы, отверстия,
шейки) должна соответствовать точности зубчатых венцов.
7. Длина шлицевых отверстий должна соответствовать геометрическим параметрам протяжек.
Исходным этапом для отработки конструкции изделия на технологичность является выбор базовых показателей технологичности. Отработка конструкции изделий на технологичность
позволяет снизить на 15…25 % трудоемкость и на 5…10 % себестоимость изделий.
Конструкторская и технологическая преемственность является одним из главных принципов подготовки производства. В некоторых случаях при конструировании новых изделий машиностроения до 80 % конструктивных решений переходит от изделия
к изделию.
75
Глава 5. Технологичность конструкции изделия
Выбор технологического процесса
Для выполнения главных технологических задач при изготовлении детали следует рассмотреть несколько вариантов технологического процесса. Наивыгоднейший маршрутный технологический процесс изготовления детали разрабатывается с учетом
таких факторов, как:
• форма и размеры детали;
• тип производства;
• вид заготовки;
• требования к точности, качеству поверхностей детали;
• оптимальной экономичности изготовления и др.
В ряде случаев маршрут технологического процесса может быть
разработан с привязкой к конкретным условиям действующего производства исходя из наличия конкретного оборудования и оснастки.
В ряде случаев в качестве базовых маршрутных технологических
процессов используются типовые технологические процессы из каталогов изготовления изделий различных предприятий и отраслей.
5.3. Оценка технологичности конструкции изделия
В условиях значительного многообразия показателей ТКИ их
классификация и состав в соответствии с ГОСТ 14.202–73 ЕСТПП
«Правила выбора показателей технологической конструкции изделия» приведены соответственно в табл. 5.2 и на рис. 5.2.
Таблица 5.2
Номенклатура показателей технологичности конструкции изделий
Вид и группа
показателей
1
Основные
Наименование показателей
2
Трудоемкость изготовления изделия
Уровень технологичности конструкции по трудоемкости изготовления
Технологическая обеспеченность изделия
Уровень технологичности конструкции по технической себестоимости
76
5.3. Оценка технологичности конструкции изделия
Продолжение табл. 5.2
1
Дополнительно
технико-экономические
показатели:
а) трудоемкости
2
Относительная трудоемкость заготовительных
работ
Относительная трудоемкость процесса изготовления по видам работ
Относительная трудоемкость подготовки изделия
к функционированию
Относительная трудоемкость профилактического
обслуживания функционирующего изделия
Относительная трудоемкость ремонтов изделия
Удельная трудоемкость изготовления изделия
Удельная трудоемкость подготовки изделия
к функционированию
Удельная трудоемкость профилактического обслуживания функционирующего изделия
Удельная трудоемкость ремонтов
Коэффициент эффективности взаимозаменяемости
б) себестоимости Относительная себестоимость подготовки изделия
к функционированию
Относительная себестоимость профилактического
обслуживания функционирующего изделия
Относительная себестоимость ремонтов изделия
Удельная технологическая себестоимость изделия
Удельная себестоимость подготовки изделия
к функционированию
Удельная себестоимость профилактического обслуживания функционирующего изделия
Удельная технологическая себестоимость изготовления изделия
Удельная стоимость ремонтов
77
Глава 5. Технологичность конструкции изделия
Окончание табл. 5.2
1
Дополнительные
технические
показатели:
а) унификации
конструкции
б) унификации
применяемых
технологических
процессов
в) расхода материала
г) обработки
д) состава конструкции
2
Коэффициент унификации изделия
Коэффициент унификации конструктивных элементов
Коэффициент стандартизации изделия
Коэффициент повторяемости
Коэффициент применения типовых технологических процессов
Масса изделия
Удельная материалоемкость изделия
Коэффициент использования материала
Коэффициент применяемости материала
Коэффициент точности обработки
Коэффициент шероховатости поверхности
Коэффициент сборности
Коэффициент перспективного использования
в других изделиях
Основные показатели ТКИ измеряются в натуральных единицах, соответственно применительно к трудоемкости в нормо-часах, к себестоимости – в рублях.
Относительные показатели измеряются в долевых единицах
через отношение абсолютного значения соответствующей величины (трудоемкости, себестоимости) к его значению у сравниваемого варианта, а удельные показатели определяются как отношение соответствующей величины основного расходного показателя
к величине главного показателя назначения (см. рис. 5.2). Например, удельная мощность двигателя (отношение его мощности на единицу массы), себестоимость изготовления на единицу размера и др. Удельные показатели могут отражаться и в виде
структуры трудоемкости изделия по видам работ или структуры
78
5.3. Оценка технологичности конструкции изделия
себестоимости по ее элементам. Технологическая себестоимость
включает затраты на материалы и технологические операции при
изготовлении изделия.
Показатели технологичности конструкции
По значимости
По области проявления
производственные
основные
эксплуатационные
дополнительные
По количеству
характеризуемых признаков
По области анализа
технические
частные
технико-экономические
комплексные
По системе оценки
По способу выражения
базовые
разрабатываемой
конструкции
уровень
технологичности
абсолютные
относительные
Рис. 5.2. Классификация показателей технологичности
конструкции изделий
Показатели технологичности проектируемой конструкции
определяют в следующих случаях:
• для сравнительной оценки вариантов конструкции в процессе проектирования изделия;
• определения уровня ТКИ;
• накопления статистических данных по изделиям-представителям в целях последующего использования при определении
базовых показателей и в процессе разработки изделий;
• построения математических моделей с целью прогнозирования технического развития изделий;
79
Глава 5. Технологичность конструкции изделия
• прогнозирования качества изделий при их разработке и комплексной оценке качества в составе всей совокупности показателей.
Номенклатуру показателей ТКИ выбирают в зависимости от
вида изделия, специфики и сложности производства и его типа.
Расчет значений показателей ТКИ производится на основании
статистических данных по типовым представителям конструкций с экономически целесообразной точностью.
Количественная оценка технологичности выражается численным показателем:
0 < К y < 1.
Количественная оценка дается на специфицированные изделия.
Уровень технологичности определяется:
А
Кy = ,
Б
где Б – базовый показатель, устанавливаемый при разработке задания на конструкцию по одному из параметров; А – достигнутый
показатель технологичности конструкции по тому же параметру.
Уровень технологичности может быть как относительным, так
и абсолютным.
Основные показатели технологичности
Уровень технологичности конструкции по трудоемкости изготовления определяется:
Т
К у.т = и ,
Т б.и
где Ти – трудоемкость изготовления изделия без учета покупных
изделий; Тб.и – трудоемкость изготовления базового изделия; Ку.т –
уровень технологичности по технологической себестоимости.
Уровень технологичности конструкции по себестоимости изготовления:
С
К у.т = т ,
С т.и
где Ст – себестоимость изготовления изделия без учета покупных
изделий, руб.
80
5.3. Оценка технологичности конструкции изделия
Дополнительные показатели технологичности:
• относительная трудоемкость заготовительных работ;
• относительная трудоемкость процесса изготовления по
видам работ;
• относительная трудоемкость обслуживания функционирующего изделия;
• относительная трудоемкость ремонтов изделия;
• удельная трудоемкость изготовления изделия на единицу
параметра (мощности, силы);
• удельная технологическая себестоимость изделия и др.
Показатели, характеризующие
конструкцию изделия
Коэффициент унификации изделия:
К ун =
Д ун + СЕ ун
,
Д + СЕ
где Д – сумма всех деталей по спецификации; СЕ – сумма всех
сборочных единиц по спецификации; Дун, СЕун – сумма деталей
и сборочных единиц, унифицированных по спецификации, соответственно.
Унифицированные детали представляют собой сумму деталей: стандартизованных и заимствованных. Аналогично определяются коэффициенты: стандартизации, повторяемости и др.
Коэффициент использования материалов определяется:
Ми
,
Мз
где Ми – масса изделия; Мз – масса заготовки.
Коэффициент сборности:
СЕ
К сб =
.
Д + СЕ
К и.м =
На основании приведенных расчетов определяется нормативный комплексный показатель Кн:
К н = К а ⋅ К сл ⋅ К т.у ⋅ К о.п ⋅ К о.т ⋅ К п ,
81
Глава 5. Технологичность конструкции изделия
где Ка – комплексный показатель изделия-аналога; Ксл – коэффициент сложности нового изделия по сравнению с изделием-аналогом; Кт.у – коэффициент, учитывающий изменение технического
уровня основного производства завода-изготовителя нового изделия по сравнению с заводом-изготовителем аналога; Ко.п и Ко.т –
коэффициенты, учитывающие изменение уровня организации
производства и труда завода-изготовителя нового изделия по
сравнению с заводом-изготовителем аналога; Кп – коэффициент,
учитывающий изменение типа производства.
Уровень технологичности определяется:
К
> 1,
Кн
где Кн – базовый показатель технологичности; К – достигнутый
на стадии разработки изготовления или эксплуатации.
82
Глава 6. ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
6.1. Виды технологических процессов
Согласно ЕСТД ГОСТ 3.1109–82 различают три вида технологических процессов (ТП):
• единичный;
• типовой;
• групповой.
Каждый ТП разрабатывают при подготовке производства изделий, конструкции которых отработаны на технологичность.
Технологические процессы разрабатывают для изготовления нового изделия или совершенствования выпускаемого.
Единичный ТП – это ТП изготовления или ремонта изделия
одного наименования, типоразмера и исполнения независимо от
типа производства. Единичные ТП разрабатывают для изготовления оригинальных изделий (деталей, сборочных единиц), не имеющих общих конструктивных и технологических признаков с изделиями, ранее изготовленными на предприятии.
Типовой ТП – это ТП изготовления группы изделий с общими
конструктивными и технологическими признаками, характеризующийся общностью содержания и последовательности выполнения операций и переходов. Типовой ТП используют как информационную основу при создании рабочих ТП и как рабочий ТП
при наличии всей необходимой информации для производства
изделий. На базе этих ТП разрабатывают стандарты предприятий
(СТП) для типовых технологических процессов.
Групповой ТП – это ТП изготовления группы изделий с разными конструктивными, но общими технологическими признаками; это процесс обработки заготовок различной конфигурации, состоящий из комплекса групповых технологических
операций, выполняемых на специализированных рабочих местах
83
Глава 6. Основы проектирования технологических процессов
в последовательности технологического маршрута изготовления
определенной группы изделий. Групповые ТП разрабатывают
для всех типов производств только на уровне предприятия.
Типовые и групповые ТП являются унифицированными ТП, относящимися к группе изделий с общими конструктивными и (или)
технологическими признаками. Эти ТП широко применяют в мелкосерийном, серийном и реже в крупносерийном производствах.
По классификации ЕСТД каждый из рассмотренных ТП может
быть перспективным или рабочим.
Перспективным называют технологический процесс, соответствующий современным достижениям науки и техники, методы
и средства которого полностью или частично предстоит освоить
на предприятии.
Рабочий ТП – это ТП, выполняемый по рабочей технологической и (или) конструкторской документации. Их разрабатывают
на предприятиях для изготовления различных изделий. Рабочие
ТП могут быть проектными, стандартными и временными.
Проектный ТП – это ТП, выполняемый по предварительному
проекту технологической документации.
Стандартный ТП – это установленный стандартом ТП, который выполняют по рабочей технологической и (или) конструкторской документации, оформленной стандартом (ОСТ, СТП)
и относящейся к конкретным оборудованию, режимам обработки и технологической оснастке.
Временный ТП – это ТП, применяемый на предприятии в течение ограниченного периода времени из-за отсутствия необходимого оборудования или в связи с аварией до замены на более современный и экономичный.
Разрабатываемый ТП, помимо всех основных требований,
должен соответствовать требованиям техники безопасности
и промышленной санитарии, установленным системой стандартов безопасности труда (ССБТ), инструкциями и другими нормативными документами.
Последовательность технологического проектирования
Разработка технологического процесса изготовления детали
делится на ряд этапов:
84
6.1. Виды технологических процессов
• подготовительный;
• расчетный;
• проектный.
На подготовительном этапе начинается сбор и изучение исходных данных (чертежей, описаний, технических условий и прочей конструкторской документации), а также задания на выпуск
изделия. По этим материалам знакомятся с назначением и конструкцией изделия, его техническими характеристиками, требованиями к качеству, сроками его изготовления и условиями эксплуатации, ресурсом и характером профилактических воздействий.
Расчетный этап характеризуется выполнением анализа на
технологичность.
1. Анализируется возможность изготовления детали с заданными допусками на размеры и отклонениями от формы.
2. Выбор заготовки и рационального метода ее получения.
3. Подбор технологических баз.
4. Определение последовательности и содержания технологических операций.
5. Возможность дополнения средств технологического оснащения (СТО).
При выборе СТО в большинстве случаев используют имеющиеся оборудование, приспособления, режущий и мерительный
инструмент (рис. 6.1).
6. Расчет режимов резания.
Режим резания – совокупность значений скорости резания V,
подачи s и глубины резания t.
Режим резания оказывает влияние на целый ряд производственных показателей, основными среди которых являются точность, технологичность, эффективность.
Расчет режимов резания сводится к определению рациональных параметров обработки, главное назначение которых – получение качественной детали (рис. 6.2).
Эта рациональность заключается в оптимизации сочетаний
элементов резания (t, s, n, V) с параметрами системы СПИЗ (станок, приспособление, инструмент, заготовка).
Расчет начинают с анализа заготовки:
• материал (марка, предел прочности, твердость);
85
Рис. 6.1. Структурная схема подбора СТО для техпроцесса изготовления вала
Глава 6. Основы проектирования технологических процессов
86
Рис. 6.2. Структурная схема расчета режима резания
6.1. Виды технологических процессов
87
Глава 6. Основы проектирования технологических процессов
• вид заготовки (поковка, штамповка, отливка, пруток, предварительно обработана);
• точность размеров и шероховатость обработанных поверхностей.
Затем определяют:
• модели станков с учетом жесткости технологической системы;
• номера группы заготовки по обрабатываемости резанием;
• типы инструмента, конструкции лезвия и направления подачи, материала режущей части, геометрических параметров;
• глубины резания t на проходах;
• величину подачи Sт (по паспорту станка);
• значение скорости резания Vт;
• значение частоты вращения шпинделя nр; задают nст (по паспорту станка);
• основное технологическое время То, которое является показателем производительности обработки. При черновой обработке стремятся к минимальному значению То.
От правильного выбора режима резания зависят качество
детали, период стойкости режущего инструмента (РИ) (рис. 6.3)
и износ станка.
Рис. 6.3. Зависимость стойкости режущего
инструмента от различных факторов
88
Рис. 6.4. Вариант типового технологического процесса для деталей класса «вал»
6.1. Виды технологических процессов
89
Глава 6. Основы проектирования технологических процессов
Проектный этап характеризуется (по возможности) запуском
производства опытной партии деталей по нескольким вариантам,
выбором оптимального и отладкой технологических операций. Заканчивается этап отработкой комплекта технологической документации в соответствии с назначенным объемом производства и требованиями единой системы технологической документации (ЕСТД).
Для деталей класса «вал» на рис. 6.4 представлен типовой технологический процесс.
В процессе разработки технологических процессов для конкретных деталей объем всего комплекса работ и содержание отдельных этапов могут уточняться и изменяться.
6.2. Виды технологических документов
В соответствии с ГОСТ 3.1102–81 «Единая система технологической документации. Стадии разработки и виды документов»
в зависимости от назначения технологические документы подразделяют на основные и вспомогательные.
К основным относят документы:
• содержащие сводную информацию, необходимую для решения одной или комплекса инженерно-технических, плановоэкономических и организационных задач;
• полностью и однозначно определяющие технологический
процесс (операцию) изготовления или ремонта изделия (составных частей изделия).
К вспомогательным относят документы, применяемые при разработке, внедрении и функционировании технологических процессов и операций, например карту заказа на проектирование технологической оснастки, акт внедрения технологического процесса и др.
К основным технологическим документам, как правило, относятся:
• маршрутная карта (МК);
• карта технологического процесса (КТП);
• карта типового (группового) технологического процесса
(КТТП);
• операционная карта (ОК);
• карта типовой (групповой) операции (КТО);
90
6.3. Технологическая дисциплина
• карта технологической информации (КТИ);
• комплектовочная карта (КК);
• технико-нормировочная карта (ТНК).
6.3. Технологическая дисциплина
В соответствии с ГОСТ 14.004–83 «Технологическая подготовка производства. Термины и определения основных понятий»
под технологической дисциплиной понимается соблюдение точного соответствия технологического процесса изготовления или
ремонта изделия требованиям технологической и конструкторской документации.
Соблюдение технологической дисциплины является важнейшим условием, обеспечивающим успех производства: выпуск
высококачественной продукции, большую производительность
труда, уменьшение брака и снижение стоимости изделий. Соблюдение технологической дисциплины требует от всех производственников соблюдения и обеспечения точного выполнения операций технологического процесса и выпуска продукции согласно
требованиям технических условий и государственных стандартов.
Тем не менее соблюдение технологической дисциплины не является чем-то незыблемым. Технологический процесс должен непрерывно изменяться и совершенствоваться.
Соблюдение технологической дисциплины не должно противоречить проявлению творчества, применению наиболее рациональных приемов труда и передовой технологии, которые организационно внедряются в производство.
Контроль за соблюдением стандартов и руководящих документов ЕСТПП возлагается на назначенных работников по нормоконтролю, которые проверяют и подписывают всю проектную
документацию.
6.4. Нормирование труда при выполнении
технологических операций
Нормирование технологического процесса состоит в определении величины штучного времени Тш для каждой операции
91
Глава 6. Основы проектирования технологических процессов
(при массовом производстве) и штучно-калькуляционного времени Тшк (при серийном производстве). В последнем случае расчет начинается с определения подготовительно-заключительного времени Тпз.
Величины Тпз и Тшк определяют по формулам
Т пз = Т о + Т в + Т об + Т д ;
Т шк = Т ш +
Т пз
,
n
где То – основное технологическое время, мин; Тв – вспомогательное время, мин; Тоб – время обслуживания рабочего места, мин;
Тд – время перерывов на отдых и личные надобности, мин; Тпз –
подготовительно-заключительное время, мин; n – количество деталей в партии.
Основное (технологическое) время затрачивается непосредственно на изменение форм и размеров детали.
Вспомогательное время расходуется на установку и снятие
детали, управление станком (прессом) и изменение размеров
детали.
Сумма основного и вспомогательного времени называется
оперативным временем.
Время обслуживания рабочего места складывается из времени технического обслуживания (смена инструмента, подналадка
станка) и времени на организационное обслуживание рабочего
места (подготовка рабочего места, смазка станка и т. д.).
Подготовительно-заключительное время нормируется на партию деталей (на смену). Оно расходуется на ознакомление с работой, настройку оборудования, консультации с технологом и т. д.
6.5. Особенности автоматизированного
проектирования технологических процессов
В соответствии с ГОСТ 23501.0–85 «Системы автоматизированного проектирования. Основные положения» САПР определяется как организационно-техническая система, состоящая из комплекса средств автоматизации проектирования.
92
6.5. Особенности автоматизированного проектирования...
Эта система представляет собой инструментарий проектировщика, включающий технические средства, математическое,
программное, информационное и организационное обеспечение, который предназначен для автоматизации проектирования
на всех этапах от выдачи технического задания до передачи технической документации предприятию-изготовителю.
Объект автоматизации проектирования – вся совокупность действий проектировщиков, разрабатывающих изделие или технологический процесс и оформляющих результаты разработок в виде конструкторской, технологической и эксплуатационной документации.
Результатами проектирования являются распечатки технологической документации в виде:
• маршрутной и операционной карты (ГОСТ 3.1118–82);
• ведомости оснастки (ГОСТ 3.1105–84);
• карты технического контроля (ГОСТ 3.1502–85);
• карты технологических процессов (ГОСТ 3.1118–82).
Схема алгоритма САПР технологических процессов приведена на рис. 6.5, а. При разработке алгоритмов и программ, а также
в процессе эксплуатации автоматизированной системы проектирования технологических процессов механической обработки необходимо иметь данные, указанные на рис. 6.5, б.
Структурная модель САПР технологических процессов представлена на рис. 6.6.
Источниками экономической эффективности САПР являются:
• рост производительности труда проектировщиков (конструкторов и технологов);
• повышение качества проектирования;
• экономия производственных ресурсов, таких как живой
труд, сырье, материалы, топливо, электроэнергия, капитальные
вложения в производство.
Рост производительности труда обеспечивается за счет унификации и стандартизации методов проектирования, оптимизации проектных и технологических решений, автоматизации
выполнения чертежно-графических работ и формирования текстовой документации, сокращения объема технологических работ
и снижения трудоемкости технологических операций в сфере изготовления и ремонта изделий и объектов и др.
93
Глава 6. Основы проектирования технологических процессов
Начало
Ввод входной оперативной информации
Описание бланка
исходных данных
Таблица операций
Таблица
оборудования
Таблица
постоянной
технологической
информации
Выбор и формирование
групповых (типовых) операций, переходов
Расчет припусков
Определение допусков, посадок,
классов точности или квалитетов
Определение оснастки и инструмента
для каждого перехода.
Создание массивов оснастки и инструмента
Оперативные
исходные данные
на деталь
Таблица
переходов
(по операциям)
Таблица
переходов
общего
назначения
Руководящие
технологические
материалы
Совокупность
таблиц
вспомогательного,
мерительного,
режущего
инструмента
Вспомогательные
технологические
сведения
Проектирование переходов и операций
Проектирование карт технического контроля
Проектирование ведомости оснастки
Проектирование маршрутной карты
Печать
Файл строк
технологических
документов
Конец
Рис. 6.5. Схема алгоритма САПР (а) и внешняя организация данных
САПР (б) технологических процессов
Повышение качества ТПП в результате применения САПР
обу­словлено:
• использованием математических моделей расчета;
• обеспечением технологичности, высоких эксплуатационных качеств и надежности проектируемых изделий;
• повышением качества разработки проектной, конструкторской и технологической документации, точности расчетов;
• автоматизированной подготовкой и контролем управляющих программ для оборудования с числовым программным
управлением;
• снижением влияния субъективных факторов и др.
Применение ЭВМ и графических программ в процессе технологической подготовки производства существенно облегчает
труд, но предъявляет повышенные требования к квалификации
проектировщиков, конструкторов и технологов.
94
6.5. Особенности автоматизированного проектирования...
Рис. 6.6. Структурная модель САПР технологических процессов
95
Глава 6. Основы проектирования технологических процессов
Из представленной на рис. 6.6 схемы разработка процесса
автоматизированного проектирования требует тесного сотрудничества ученых и инженеров разных специальностей – конструкторов, математиков, специалистов по автоматизированной
обработке информации, программистов, электронщиков и организаторов производства (рис. 6.7).
Оптимальная схема разработки и функционирования процесса автоматизированного проектирования представлена
на рис. 6.8.
Рис. 6.7. Ввод в действие САПР
96
6.5. Особенности автоматизированного проектирования...
Рис. 6.8. Оптимальная схема разработки и функционирования
процесса автоматизированного проектирования
Системы автоматизированного проектирования,
CAD/CAM-системы
CAD/CAM-системами называют то, что раньше называлось
аббревиатурой САПР, то есть системы автоматизированного проектирования.
97
Глава 6. Основы проектирования технологических процессов
Впервые термин СAD появился в конце 50-х гг. прошлого века
в Массачусетском технологическом институте в США. Распространение эта аббревиатура получила уже в 70-х гг. как международное обозначение технологии конструкторских работ.
С началом применения вычислительной техники под словом
CAD подразумевалась обработка данных средствами машинной
графики. Аббревиатуру CAD можно расшифровывать как computer aided design или computer aided drafting (проектирование и конструирование с помощью ЭВМ или черчение с помощью ЭВМ).
Понятия «конструирование» и «черчение с помощью ЭВМ» –
всего лишь малая доля работ, выполняемых САПР. Многие из систем выполняют существенно больше функций, чем просто черчение и конструирование:
САЕ – computer aided engineering (инженерные расчеты с помощью ЭВМ, исключая автоматизирование чертежных работ).
Иногда этот термин использовался как понятие более высокого
уровня – для обозначения всех видов деятельности, которую инженер может выполнять с помощью компьютера.
CAM – computer aided manufacturing. Программирование
устройств ЧПУ станков с помощью CAD-систем отождествляют
с понятием CAM (так называемые CAD/CAM-системы). В иных
случаях под САМ понимают применение ЭВМ в управлении производством и движением материалов.
CAQ – computer aided quality assurance. Определяет поддерживаемое компьютером обеспечение качества, прежде всего программирование измерительных машин.
САР – computer aided planning – автономное проектирование технологических процессов, например, при подготовке производства.
CIM – computer integrated manufacturing – взаимодействие
всех названных отдельных сфер деятельности производственного предприятия, поддерживаемого ЭВМ.
Использование систем автоматизированного проектирования
и изготовления оснастки позволяет значительно снизить трудоемкость, временные и материальные затраты, в том числе и оформление большей части документооборота.
Общая структура технического обеспечения САПР представлена в табл. 6.1.
98
6.5. Особенности автоматизированного проектирования...
Таблица 6.1
Состав технического обеспечения САПР
Компьютерное моделирование некоторых технологических
процессов реализуется в областях:
• механообработки на станках с ЧПУ – система N-See;
• литья металлов – система Poligon;
• литья пластмасс – система MoldFlow/Flow-E;
• горячей объемной штамповки в 2D – система FORM-2D.
Поскольку в настоящее время наиболее актуальной для большинства предприятий является недорогая платформа на персональном компьютере, на рис. 6.9 приводится рекомендуемый
99
Рис. 6.9. Примерная схема функциональной связи систем
SolidWorks, AlphaCAM, N-See, Poligon, MoldFlow, Form-2D
Глава 6. Основы проектирования технологических процессов
100
6.5. Особенности автоматизированного проектирования...
комплект для наиболее типичных задач конструкторской и технологической практики, который максимально отвечает требованиям хорошей функциональности при предельно сжатых ценах.
Для машиностроительных, приборостроительных, конструкторских бюро и других предприятий большое значение имеет задача снижения издержек на стадии конструкторско-технологической подготовки производства (КТПП). Для решения этой задачи
используются системы класса PDM (product data management),
или «системы управления данными об изделии».
Использование PDM-систем позволяет организовать взаимодействие конструкторов и технологов в процессе КТПП. Это
приводит к уменьшению времени согласования, снижению количества возвратов разработанных решений для дополнительной
доработки, а также к переходу от последовательного выполнения
этапов КТПП к параллельному.
Конструкторско-технологическая подготовка
производства с помощью «1С:Предприятие 8»
Для автоматизации КТПП на платформе «1С:Предприятие 8»
был разработан программный продукт «1С:Предприятие 8. PDM
Управление инженерными данными».
Основные подсистемы программного продукта представлены
на рис. 6.10.
Рис. 6.10. Основные подсистемы программного продукта
101
Глава 6. Основы проектирования технологических процессов
На настоящий момент около 4000 предприятий в качестве ERP-системы используют программный продукт
«1С:Управление производственным предприятием 8» на платформе «1С:Предприятие 8».
102
Глава 7. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
ДЕТАЛЕЙ АВТОМОБИЛЯ
7.1. Классификация автомобильных деталей по их
конструктивно-технологическим признакам
Сокращение числа технологических процессов и разработка
общих принципов их проектирования могут быть осуществлены
на основе типизации технологических процессов, базирующейся на классификации деталей по конструктивно-технологической
однородности.
Применительно к машинам среднего размера известна классификация Ф. С. Демьянюка, состоящая из шести классов:
1) корпусные детали,
2) круглые стержни,
3) полые цилиндры,
4) диски,
5) некруглые стержни,
6) крепежные детали.
Пять первых классов по размерам детали разделяются на четыре группы:
а) крупные,
6) средние,
в) небольшие,
г) мелкие.
Шестой класс состоит из одной группы.
Общая характеристика деталей классов
Первый класс – корпусные детали: блоки цилиндров, картеры
коробок передач, задних мостов, корпуса масляных насосов, крышки блоков, подшипников, коробок передач, стойки, кронштейны.
Второй класс – круглые стержни (валы): валы гладкие, ступенчатые, пустотелые, коленчатые и кулачковые, валы с фланцами,
103
Глава 7. Технология изготовления деталей автомобиля
шестернями, фасонными поверхностями, коленчатые и распределительные валы двигателей, крестовины карданных валов, валы
с шестеренными венцами, тормозные кулаки, поворотные кулаки и др.
Третий класс – полые цилиндры (втулки): ступицы колес,
чашки сателлитов, гильзы, втулки, вкладыши подшипников.
Четвертый класс – диски: шкивы, маховики, колеса, диски
сцепления, тормозные барабаны, кольца ролико- и шарикоподшипников, фланцы, плоские цилиндрические и конические
шестерни.
Пятый класс – некруглые стержни (рычаги): лонжероны
рам, балки передних осей, шатуны двигателей, рычаги всех
видов, вилки переключения коробок передач, тормозные колодки и др.
Шестой класс – крепежные детали: гайки, болты, шпильки,
шпонки, шайбы и др.
7.2. Особенности базирования
и механической обработки
В соответствии с ГОСТ 21495–76 «Базирование и базы в машиностроении. Термины и определения» под базированием понимают придание заготовке или изделию требуемого положения
относительно выбранной системы координат.
Базами называют поверхности, линии или точки, используемые при базировании.
При механической обработке на станках базированием принято считать придание заготовке или детали требуемого положения
относительно элементов станка, которые определяют траекторию
движения подачи используемого инструмента.
Известно, что для полного исключения подвижности твердого
тела в пространстве необходимо лишить его шести степеней свободы: трех поступательных перемещений вдоль осей координат
и трех вращений вокруг этих осей, рис. 7.1.
Все задачи, связанные с расчетом точности при базировании
и установке, можно решать теоретически посредством наложения связей.
104
7.2. Особенности базирования и механической обработки
Рис. 7.1. Шесть степеней свободы твердого тела в пространстве
Под связями подразумеваются ограничения позиционного
(гео­метрического) или кинематического характера, накладываемые на движение точек рассматриваемого тела (заготовки или
детали).
В технологии машиностроения связи предполагаются двухсторонними, т. е. лишающими тело возможности перемещения
в обе стороны в направлении действия связи.
Эти связи считаются стационарными и позиционными.
При установке заготовки на опорные точки приспособлений
каждая из них реализует только одну одностороннюю связь.
Под опорной точкой подразумевается идеальная точка контакта поверхностей заготовки и приспособления, лишающая заготовку одной степени свободы, делая невозможным ее перемещение в направлении, перпендикулярном опорной поверхности.
Классификация баз
По назначению и области применения базы подразделяются:
• на конструкторские;
• технологические;
• сборочные и измерительные.
По месту в технологическом процессе их условно разделяют:
• на черновые;
• получистовые и чистовые.
105
Глава 7. Технология изготовления деталей автомобиля
Конструкторская база – база, используемая для определения
положения детали или сборочной единицы в изделии. Они подразделяются на основные и вспомогательные (рис. 7.2).
Рис. 7.2. Конструкторские базы
Основная база – конструкторская база детали или сборочной
единицы, используемая для определения их положения в изделии.
Вспомогательная база – конструкторская база детали или сборочной единицы, используемая для определения присоединяемого к ним изделия.
Технологические базы определяют при проектировании технологии изготовления изделий и непосредственно в процессе их
производства (рис. 7.3).
Технологическая база – база, используемая для определения
положения заготовки или изделия при изготовлении и ремонте.
Измерительные базы определяют для контроля размеров, точности формы и расположения поверхностей (рис. 7.4). Измерительная база – база, используемая для определения относительного положения заготовки или изделия и средств измерения.
В машиностроении существует четыре вида поверхностей деталей и изделий:
• исполнительные поверхности – для функционирования детали в сопряжениях;
106
7.2. Особенности базирования и механической обработки
• основные поверхности – для определения положения детали в изделии;
• вспомогательные поверхности – для определения положения присоединяемых деталей относительно данной;
• свободные поверхности – не соприкасаются с поверхностями других деталей.
Рис. 7.3. Технологические базы
Рис. 7.4. Измерительные базы
107
Глава 7. Технология изготовления деталей автомобиля
Базирование необходимо на всех стадиях создания изделия:
конструирования, изготовления и измерения.
В некоторых видах технической литературы и в производстве
можно встретить понятие «настроечная технологическая база».
Настроечная технологическая база – база, относительно которой
базируется инструмент при настройке и по отношению к которой
с помощью инструмента формируются обрабатываемые поверхности, связанные с настроечной базой непосредственными размерами требуемого положения (рис. 7.5).
При разработке технологической документации необходимо
соблюдать принцип единства баз, конструкторских и технологических. Это обеспечивает сокращение размерных цепей и соответственно позволяет повысить точность изготовления изделий.
Рис. 7.5. Настроечная технологическая база
Неотъемлемым элементом технологического процесса изготовления или ремонта изделий являются контрольно-измерительные
операции. Измерения составляют неразрывную часть технологических операций изготовления изделий и реализуются на одном
рабочем месте при обработке заготовок, наладке или сборке.
108
7.2. Особенности базирования и механической обработки
В качестве примера можно привести базирование инструментальных блоков или рабочих органов оборудования с числовым программным управлением относительно выбранной системы координат станка
(изделия) или заготовки. С помощью средств измерений осуществляются проверка, выверка и придание требуемых положений элементам изделий или технологических систем, включая заготовки и изделия технологической оснастки.
Существуют и проверочные технологические базы.
Проверочные технологические базы используются для базирования и проверки требуемого положения при изготовлении изделия. Их можно определить и как измерительные, поскольку положение этих баз проверяется визуально или с помощью средств
измерения. Базируя инструмент при наладке, фактическую погрешность базирования относят к погрешности настройки.
Кроме этих баз, в технической литературе и производственной практике различают также искусственные, черновые и чистовые технологические базы (рис. 7.6).
Рис. 7.6. Искусственные технологические базы
109
Глава 7. Технология изготовления деталей автомобиля
Искусственная технологическая база – база, которая как конструктивный элемент не требуется для готового изделия, а также
база, которая в целях повышения точности базирования обрабатывается с более высокой точностью, чем требуется по служебному назначению. (Лучший пример искусственных баз – центровые
отверстия вала, их используют для установки при изготовлении
изделия и измерения.)
В зависимости от характеристики размеров, формы, шероховатости и точности конструктивных элементов на разных стадиях производства различают базы из черновых (необработанных)
элементов заготовки и из чистовых (обработанных) элементов
заготовки.
Черновой технологической базой называют базу, используемую
при выполнении первого установа после получения заготовки. Поскольку точность необработанных баз всегда ниже точности обработанных (чистовых) баз, то черновые базы при обработке заготовки используются, как правило, только один раз – при выполнении
первого установа или при изготовлении изделия с одной установки. В дальнейшем необходимо использовать чистовые базы.
Выбор технологических баз
Основными рекомендациями при выборе баз для обработки
заготовок могут быть следующие:
1. Использовать принцип единства баз, т. е. в качестве технологических баз выбирать поверхности, являющиеся одновременно конструкторскими и измерительными базами.
2. Соблюдать принцип постоянства баз, и в ходе обработки на
всех основных операциях техпроцесса использовать одни и те же
поверхности.
3. Выбранные технологические базы должны обеспечивать
достаточную устойчивость и жесткость установки заготовки
в приспособлении.
4. Для полной фиксации заготовки в приспособлении количество и расположение установочных элементов должно быть
таким, чтобы заготовка не могла иметь сдвига и вращения относительно трех координатных осей. При выполнении этого условия заготовка лишается всех степеней свободы.
110
7.2. Особенности базирования и механической обработки
В зависимости от условий выполнения операций технологического процесса применяют схему полного или частичного базирования.
При базировании заготовки с плоскими поверхностями для
лишения перемещения относительно одной координатной оси
достаточно лишить ее трех степеней свободы (рис. 7.7, а).
У детали, изображенной на рис. 7.7, положение обрабатываемого уступа определяется двумя размерами: х и z (необходимо
выдержать размер относительно двух координат). Заготовку необходимо лишить пяти степеней свободы.
Если необходимо выдержать размер в трех направлениях
(рис. 7.7, в), то для базирования заготовки необходим комплект из
трех поверхностей; каждому направлению размеров должна соответствовать своя базирующая поверхность. В этом случае заготовку необходимо лишить шести степеней свободы.
Рис. 7.7. Схемы полного и упрощенного базирования
Цилиндрическую деталь можно лишить пяти степеней свободы.
При установке заготовок на черновые базы применяют установочные элементы в виде точечных опор. При установке на точечные и чисто обработанные поверхности во избежание вмятин
используют опорные пластины или другие элементы с развитой
опорной поверхностью.
111
Глава 7. Технология изготовления деталей автомобиля
При обработке нежестких заготовок или в случае недостаточной их устойчивости ввиду небольшой протяженности базовых поверхностей может возникнуть необходимость увеличить количество опорных точек (сверх шести). Дополнительные
опоры делают регулируемыми или самоустанавливающимися.
Графическое обозначение опор зажимных и установочных
устройств приведено в табл. 7.1.
Таблица 7.1
Графическое обозначение опор зажимных
и установочных устройств
Наименование
Обозначение на видах (спереди)
1
Опора неподвижная, люнеты
2
Опора подвижная, люнеты
Опора призматическая
Оправка цилиндрическая
112
7.2. Особенности базирования и механической обработки
Продолжение табл. 7.1
1
Оправка шлицевая, резьбовая
2
Зажим одиночный
Зажим двойной
Патрон цанговый
Центр неподвижный
Патрон поводковый
113
Глава 7. Технология изготовления деталей автомобиля
Окончание табл. 7.1
1
Центр плавающий
2
7.3. Типовые способы обработки деталей
Наиболее общие и часто применяемые схемы базирования типовых деталей представлены в табл. 7.2.
Таблица 7.2
Наиболее общие и часто применяемые схемы
базирования типовых деталей
Тип
деталей
Эскиз
База
Зажим
Валы
Центровые
отверстия
Втулки
Торец и на- В трехружная по- кулачковом
верхность патроне
Диски
ВнутренНа оправке
няя поверхность
Корпусные детали
Три взаим- В приспоноперпен- соблении
дикулярные
плоскости
114
В центрах
7.3. Типовые способы обработки деталей
1-й класс – корпусные детали.
1. Заготовка – отливка из серого, ковкого чугуна и цветных
металлов.
Технологические процессы должны обеспечить:
• точность размеров:
− точность диаметров основных отверстий под подшипник
по 7-му квалитету с шероховатостью Ra = 1,6…0,4 мкм, реже –
по 6-му квалитету Ra = 0,4…0,1 мкм;
− точность межосевых расстояний отверстий для цилиндрических зубчатых передач с межцентровыми расстояниями
50…800 мм от ±25 до ±280 мкм;
− точность расстояний от осей отверстий до установочных плоскостей колеблется в широких пределах, от 6-го до 11-го квалитетов;
• точность формы:
− для отверстий, предназначенных для подшипников качения,
допуск круглости и допуск профиля сечения не должны превышать (0,25…0,5) поля допуска на диаметр в зависимости от типа
и точности подшипника;
− допуск прямолинейности поверхностей прилегания задается в пределах 0,05…0,20 мм на всей длине;
− допуск плоскостности поверхностей скольжения 0,05 мм на
длине 1 м;
• точность взаимного расположения поверхностей:
− допуск соосности отверстий под подшипники в пределах
половины поля допуска на диаметр меньшего отверстия;
− допуск параллельности осей отверстий в пределах
0,02…0,05 мм на 100 мм длины;
− допуск перпендикулярности торцовых поверхностей к осям
отверстий в пределах 0,01…0,1 мм на 100 мм радиуса;
− несовпадение осей отверстий с плоскостью разъема у разъемных корпусов в пределах 0,05…0,3 мм в зависимости от диаметра отверстий;
• качество поверхностного слоя:
− шероховатость поверхностей отверстий Ra = 1,6…0,4 мкм
(для 7-го квалитета); Ra = 0,4…0,1 мкм (для 6-го квалитета); поверхностей прилегания Ra = 6,3…1,6 мкм, поверхностей скольжения Ra = 0,8…0,2 мкм, торцовых поверхностей Ra = 6,3…1,6 мкм;
115
Глава 7. Технология изготовления деталей автомобиля
− твердость поверхностных слоев регламентируется редко
и для особо ответственных корпусов.
2. Базирование – по основной плоскости и двум отверстиям.
Корпусные детали базируют, выдерживая принципы единства
и совмещения баз. При изготовлении корпусных деталей наиболее часто используют два способа базирования:
• по трем плоскостям, образующим координатный угол;
• по плоскости и двум отверстиям, обработанным по квалитету Н7 с посадкой на два установочных пальца станочного приспособления.
На первой операции заготовку устанавливают на необработанные поверхности для обеспечения возможности обработки
как можно большего количества поверхностей, предназначенных для использования в качестве технологических баз для других операций.
В качестве технологической базы может быть использовано
конструкторское отверстие достаточного диаметра. В некоторых
случаях основные установочные базы обрабатываются с использованием технологических баз в виде предварительно обработанных платиков (блоки цилиндров).
Для базирования корпусных деталей в серийном и массовом
производстве часто используются самоцентрирующиеся оправки
или специальные приспособления.
На рис. 7.8, а, б показано базирование заготовок корпусных
деталей по трем плоскостям.
1
2
4
1
5
2
3
6
Рис. 7.8. Базирование корпусной заготовки по трем плоскостям:
1 – поверхность внешней опорной базы;
2–6 – поверхность внутренней опорной базы
116
7.3. Типовые способы обработки деталей
3. Черновая и чистовая обработки плоскостей.
4. Черновое и чистовое растачивание основных отверстий.
5. Обработка небольших плоскостей, сверление и нарезание
резьбы в мелких отверстиях (второстепенные операции).
6. Гидравлическое испытание.
7. Доводка основных плоскостей и отверстий.
2-й класс – круглые стержни (валы).
1. Заготовка – отливка из серого, ковкого чугуна и цветных
металлов, из конструкционных и легированных сталей, поковки.
2. Базирование. Основными базами подавляющего большинства валов являются поверхности его опорных шеек. Однако это
затрудняет обработку наружных поверхностей. Поэтому в большинстве случаев за технологические базы принимают поверхности центровых отверстий с обоих торцов заготовки, что позволяет обрабатывать почти все наружные поверхности вала на
постоянных базах с установкой его в центрах. Размеры и форма
отверстий стандартизованы (рис. 7.9–7.12).
Рис. 7.9. Установка вала
в патроне (L/D < 4)
Рис. 7.10. Установка вала
в патроне c поджимом задним
центром (4 < L/D < 7)
Рис. 7.11. Установка вала
в центрах (7 < L/D < 10)
Рис. 7.12. Установка вала
в центрах с люнетом (L/D > 10)
117
Глава 7. Технология изготовления деталей автомобиля
3. Черновая и чистовая обточки одной, затем второй стороны. Для длинных валов предварительная обточка и шлифование
шейки под люнет. Обработка фасонных поверхностей.
4. Обработка второстепенных поверхностей.
5. Термообработка. Для увеличения износостойкости валов
повышают твердость их рабочих поверхностей путем закалки токами высокой частоты на небольшую величину, обеспечивающей
твердость HRС 48...55. Поверхности валов из малоуглеродистых
марок стали предварительно подвергают цементации на глубину 0,7...1,5 мм с последующей закалкой и отпуском. Таким способом можно достичь твердости НRС 55...60. В отдельных случаях
поверхности валов подвергают химико-термической обработке
(ХТО) – азотированию.
6. Шлифование шеек, отверстий.
7. Балансировка.
8. Доводка основных поверхностей.
3-й класс – полые цилиндры (втулки).
1. Заготовка – отливка, штамповка, из трубы, листа или ленты.
Наиболее сложной задачей является обеспечение концентричности наружных поверхностей с отверстием и перпендикулярности торцов к оси отверстия.
Технологические процессы должны обеспечить:
• точность размеров:
− диаметры наружных поверхностей выполняют по h6, h7;
− отверстия по Н7, реже по Н8, для ответственных сопряжений по Н6.
• точность формы:
− погрешность формы не должна превышать определенной
части поля допуска на размер;
• точность взаимного расположения:
− концентричность наружных поверхностей относительно
внутренних поверхностей 0,015...0,075 мм;
− разностенность не более 0,03...0,15 мм;
− перпендикулярность торцовых поверхностей к оси отверстия 0,2 мм на радиусе 100 мм;
118
7.3. Типовые способы обработки деталей
• качество поверхностного слоя:
− шероховатость внутренних и наружных поверхностей вращения соответствует Ra = 1,6...3,2 мкм, торцов Ra = 1,6...6,3 мкм,
а при осевой нагрузке Ra = 1,6...3,2 мкм;
− твердость поверхностей втулок выполняется НRС 40...60;
− точность размеров основных поверхностей втулок в пределах IТ7;
− точность формы для отверстия Ж85 задана допуском круглости и допуском профиля продольного сечения (0,008 мкм),
а для остальных поверхностей погрешности формы должны находиться в пределах части допуска и допуска на размер;
− точность взаимного расположения определяется величиной
радиального биения отверстия (не более 0,025 мм) и торцового
биения торца втулки (не более 0,016 мм) относительно оси наружной цилиндрической поверхности;
− позиционные допуски расположения осей крепежных отверстий (0,12 мм);
− шероховатость ответственных цилиндрических поверхностей, наружных и внутренних, Rа = 1,6 мкм.
2. Базирование – по отверстию.
3. Черновая и чистовая обработки наружной и внутренней
поверхностей и торцов с одной, затем со второй стороны.
4. Выполнение второстепенных операций.
5. Окончательная обработка внутренней, затем наружной поверхностей.
6. Доводка точных размеров.
4-й класс – диски.
1. Заготовка – литье, горячая и холодная штамповки, заготовка из прутка или трубы.
Технологические процессы должны обеспечить:
• точность размеров:
− отверстие по 7-му квалитету, если нет особых требований.
• точность взаимных расположений:
− несоосность начальной окружности для зубчатого колеса
относительно посадочных поверхностей допускается не более
0,05...0,1 мм;
119
Глава 7. Технология изготовления деталей автомобиля
− неперпендикулярность торцов к оси отверстия или вала
(биение торцов) – не более 0,01...0,015 мм на 100 мм диаметра;
− поверхностная твердость зубьев цементируемых зубчатых
колес должна быть в пределах НRС 45…60 при глубине слоя цементации 1…2 мм. При цианировании твердость НRС 42...53,
глубина слоя должна быть в пределах 0,5...0,8 мм. Твердость
незакаливаемых поверхностей обычно находится в пределах
НВ 180...270;
− посадочное отверстие выполняется по 7-му квалитету;
− точность формы не задается;
− точность взаимного расположения ограничена величиной
торцового биения плоских поверхностей относительно оси отверстия не более 0,016 мм;
− несимметричность шпоночного паза относительно оси отверстия не более 0,02 мм;
− шероховатость поверхности зубчатого венца Rа = 0,63 мкм,
отверстия и торцов – 1,25 мкм.
2. Базирование.
Для колес со ступицей с достаточной длиной центрального базового отверстия (L/D > 1) в качестве технологических баз используют двойную направляющую поверхность отверстия и опорную
базу в осевом направлении – поверхность торца.
Для колес типа дисков (L/D < 1) после обработки отверстия
и торца установочной базой служит торец, а поверхность отверстия – двойной опорной базой.
Для валов-шестерен в качестве технологических баз используют, как правило, поверхности центровых отверстий.
Колеса с нарезанием зубьев после упрочняющей термообработки при шлифовании отверстия и торца (исправление технологических баз) базируют по эвольвентной боковой поверхности
зубьев для обеспечения наибольшей соосности начальной окружности и посадочного отверстия.
Для первоначальной обработки штампованных и литых заготовок на токарных станках за одну установку заготовку крепят за
черную поверхность ступицы или черную внутреннюю поверхность обода; для обработки за две установки – за черную поверхность обода и обрабатывают отверстие, а при второй установке
120
7.3. Типовые способы обработки деталей
заготовки на оправку обрабатывают поверхность обода и другие
поверхности колеса.
3. Обработка торца и части внутренней и наружной цилиндрических поверхностей с одной, затем со второй стороны начерно и начисто.
4. Обработка фасонных поверхностей.
5. Выполнение второстепенных операций.
6. Термообработка. Зубчатый венец закаливается ТВЧ до
НRС 45...50 на глубину 1...2 мм.
7. Отделка точных торцовых и внутренних поверхностей.
8. Отделка фасонных поверхностей.
5-й класс – некруглые стержни (рычаги).
1. Заготовка – литье, горячая штамповка, штамповка из листа.
Технологические процессы должны обеспечить:
• точность размеров:
− точность расстояний между параллельными исполнительными поверхностями вилок переключения по IТ10...IТ12;
− расстояния между осями отверстий основных и вспомогательных баз рычагов должны соответствовать расчетным;
− допускаемые отклонения в зависимости от требуемой точности колеблются от ±0,025 до +0,1 мм.
• точность формы:
− погрешность формы не должна превышать допуск на размер или не должна превышать от 40 до 60 % от поля допуска
на соответствующий размер;
• точность взаимного расположения:
− непараллельность оси поверхностей отверстий – вспомогательных баз рычагов и осей поверхностей отверстий – основных
баз не более (0,05...0,3)/100 мм;
− неперпендикулярность осей отверстий относительно плоских обработанных поверхностей не более (0,1...0,3)/100;
• качество поверхностного слоя:
− шероховатость поверхности отверстий у рычагов и вилок
назначают Rа = 0,8...3,2 мкм;
− шероховатость исполнительных поверхностей у рычагов
Rа = 0,63...3,1, у вилок переключения 0,8...3,2 мкм.
121
Глава 7. Технология изготовления деталей автомобиля
2. Базирование.
При фрезеровании торцов втулок за технологическую базу
принимают поверхности стержня рычага или противоположные
торцы втулок.
При шлифовании за технологическую базу принимают противоположные торцы втулок.
При обработке основных отверстий в качестве технологической базы выбирают обработанные торцы втулок и их наружные
поверхности, что обеспечивает равностенность втулок.
3. Черновая и чистовая обработки части плоскостей.
4. Сверление, растачивание основных поверхностей.
5. Выполнение второстепенных мелких операций и обработка
нерабочего профиля.
6. Отделка основных отверстий и их торцов.
6-й класс – крепежные детали.
1. Точение или высадка на автомате.
2. Доделочные операции на резьбонарезных, резьбонакатных,
фрезерных и сверлильных станках.
122
Глава 8. ОСОБЕННОСТИ МЕХАНИЧЕСКОЙ
ОБРАБОТКИ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ
ОСНОВНЫХ КЛАССОВ
8.1. Особенности механической обработки
деталей класса «корпусные»
Корпусные детали служат для расположения в них механизмов, узлов и деталей и являются сложными и трудоемкими в изготовлении. В конструктивном отношении корпусные детали характеризуются наличием плоских поверхностей, служащих для
стыка с другими деталями, точно обработанных и точно расположенных по отношению к этим плоскостям и между собой отверстий, а также большого числа отверстий для крепления.
Обычно в качестве установочных баз служат плоскости, обеспечивающие устойчивое положение при обработке детали, и два
точно обработанных отверстия. При обработке блока цилиндров используется нижняя плоскость для крепления масляного
картера, а при обработке картера коробки передач – плоскость
для крепления крышки.
Наличие в корпусных деталях плоских и внутренних цилиндрических поверхностей, строго координированных между
собой, вызывает необходимость разбивки технологического процесса на большое число операций или большое число позиций
в случае обработки на автоматических линиях.
Обработка плоскостей ведется на карусельно-фрезерных или
барабанно-фрезерных станках торцовыми фрезами либо на горизонтально-протяжных станках, точных отверстий – на многошпиндельных расточных и хонинговальных станках или алмазно-расточных станках, а отверстий под резьбу – на агрегатных
станках с многошпиндельными головками и поворотными
столами.
123
Глава 6. Основы проектирования технологических процессов
При обработке корпусных деталей на автоматических линиях кроме типовых механических операций дополнительно производят ряд сборочных операций, крепление некоторых нормалей,
очистку, испытание, контроль.
Механическая обработка корпуса (картера) с плоским разъемом и основным отверстием с осью, параллельной разъему, заключается в выполнении следующих последовательных
операций.
1. Заготовительная.
Заготовки корпусов из серого чугуна отливают в земляные, металлические (кокиль) или оболочковые формы, из стали – в земляные формы, кокиль или по выплавляемым моделям. Заготовки
из алюминиевых сплавов отливают в кокиль, литьем под давлением и центробежным. В единичном и мелкосерийном производствах применяют сварные корпуса из стали. Заготовки корпусных
деталей перед механической обработкой проходят ряд подготовительных операций.
2. Фрезерная (протяжная).
Технологическая база – необработанная плоскость, параллельная обрабатываемой поверхности, платики и два диагональных отверстия на нижней плоскости.
Фрезеровать, или протянуть плоскость основания начерно
и начисто или с припуском под плоское шлифование (при необходимости).
Оборудование:
• в единичном и мелкосерийном производствах – вертикально-фрезерный и строгальный станки;
• в серийном – продольно-фрезерный или продольно-строгальный станки;
• в крупносерийном и массовом – барабанно- и карусельнофрезерные, плоскопротяжные, агрегатно-фрезерные станки.
3. Сверлильная.
Технологическая база – обработанная плоскость основания.
Сверлить и зенковать (при необходимости) отверстия в плоскости основания. Развернуть два отверстия.
Оборудование: радиально-сверлильный станок или сверлильный с ЧПУ;
124
8.1. Особенности механической обработки деталей класса «корпусные»
• в массовом и крупносерийном производствах – многошпиндельный сверлильный станок или агрегатный станок.
4. Фрезерная.
Технологическая база – плоскость основания.
Обработка плоскостей, параллельных базовой (при их
наличии).
Оборудование – см. операцию 2.
5. Фрезерная.
Технологическая база – плоскость основания и два точных
отверстия.
Обработка плоскостей, перпендикулярных базовой (торцы основных отверстий).
Оборудование – горизонтально-фрезерный или горизонтально-расточной станок.
6. Расточная.
Технологическая база – та же (см. операцию 5).
Растачивание основных отверстий (черновое и чистовое, или
с припуском под точное растачивание).
Оборудование:
• единичное производство – универсальный горизонтальнорасточной станок;
• мелкосерийное и среднесерийное – станки с ЧПУ расточно-фрезерной группы и многооперационные станки;
• крупносерийное и массовое – агрегатные многошпиндельные станки.
7. Сверлильная.
Технологическая база – та же.
Сверлить (зенковать при необходимости), нарезать резьбу
в крепежных отверстиях.
Оборудование – радиально-сверлильный, сверлильный с ЧПУ,
многооперационный, сверлильный многошпиндельный и агрегатный станки (в зависимости от типа производства).
8. Плоскошлифовальная.
Технологическая база – поверхность основного отверстия или
обработанная плоскость, параллельная базовой (в зависимости от
требуемой точности расстояния от базовой плоскости до оси основного отверстия).
125
Глава 8. Особенности механической обработки автомобильных деталей...
Шлифовать (при необходимости) плоскость основания.
Оборудование – плоскошлифовальный станок с прямоугольным или круглым столом.
9. Алмазно-расточная.
Технологическая база – базовая плоскость и два отверстия.
Тонкое растачивание основного (основных) отверстия.
Оборудование – алмазно-расточной станок.
В маршрут обработки разъемных корпусов дополнительно
включают операции:
• обработку поверхности разъема у основания (фрезерная);
• обработку поверхности разъема у крыши (фрезерная);
• обработку крепежных отверстий на поверхности разъема
основания (сверлильная);
• обработку крепежных отверстий на поверхности разъема
крышки (сверлильная);
• сборку корпуса промежуточную (слесарно-сборочная
операция);
• обработку двух точных отверстий (обычно сверлением
и развертыванием) под цилиндрические или конические штифты
в плоскости разъема собранного корпуса.
10. Хонинговальная.
Технологическая база – базовая плоскость и два отверстия.
Хонингование основного (основных) отверстия.
Оборудование – хонинговальный станок.
11. Расточная.
Технологическая база – базовая плоскость и два отверстия.
Расточка основного (основных) отверстий под валы.
Оборудование – горизонтально-расточный станок.
12. Хонинговальная.
Технологическая база – торцовая поверхность и два отверстия.
Хонингование основного (основных) отверстий под валы.
Оборудование – хонинговальный станок.
13. Контрольная.
Технологическая база – базовая плоскость.
Проверка герметичности изделия.
Оборудование – специальный стенд.
126
8.1. Особенности механической обработки деталей класса «корпусные»
При серийном и массовом производстве такой сложной детали, как блок цилиндров, применяются технологии обработки
с использованием оборудования гибких автоматизированных
линий (ГАЛ). На рис. 8.1 представлена система ГАЛ для обработки блока цилиндров двигателя. Данная система при необходимости может переналаживаться на обработку двух типоразмеров блоков автомобиля «Жигули» двух-трех моделей. При этом
на тех рабочих позициях, где это необходимо по условиям процесса обработки данного блока, заменяются режущий инструмент и отдельные измерительные средства. Управление циклом
работы линии осуществляется с помощью программируемого
командоаппарата. Общее время переналадки линии 2…2,5 ч.
На рис. 8.1, а показана компоновка одной из линий этой системы, на которой обрабатываются верхняя и нижняя плоскости
блока, а также постели крышки коренных подшипников блока
цилиндров. Линия состоит из двух загрузочно-разгрузочных,
четырех рабочих и восьми холостых позиций. При этом загрузочно-разгрузочные позиции оснащены устройствами контроля
наличия обрабатываемых деталей и кантователями. Обрабатываемые блоки с позиции на позицию перемещаются по направляющим планкам конвейера при помощи транспортных штанг.
Детали, поступающие с загрузочного конвейера на кантователь 1 деталей, поворачиваются им на 90° для установки на направляющие планки конвейера, а затем перемещаются сначала на
холостую позицию 2, потом при следующем ходе конвейера – на
позицию 3 для черновой обработки поверхности крепления масляного картера и постели крышек коренных подшипников. На холостой позиции 4 оператором может быть проведен контроль
размеров обрабатываемого блока. Пройдя по конвейеру через холостые позиции (7, 9 и 10), блок цилиндров поступает на рабочие позиции (6, 8 и 11), где производятся черновое фрезерование
поверхности крепления головки цилиндров, чистовая обработка
поверхности ее крепления, чистовая обработка поверхности крепления масляного картера, а также получистовое и чистовое фрезерование постели крышек коренных подшипников. Далее через
холостые позиции 12, 13 и 14 блоки попадают на разгрузочную
позицию, где кантователем 15 они поворачиваются на 90°.
127
Глава 8. Особенности механической обработки автомобильных деталей...
Рис. 8.1. Система ГАЛ для выполнения операций обработки блока
цилиндров: а – чернового фрезерования; б – чистового фрезерования;
в – сверления отверстий на торцовых поверхностях; г и д – сверления
отверстий на боковых поверхностях; е – растачивания;
1, 15 – кантователи деталей; 2, 4, 7, 9, 10, 12…14 – холостые позиции;
3, 6, 8, 11 – рабочие позиции; 5, 16…19 – фрезерные головки;
20, 23 – сверлильные и резьбонарезные головки; 21 – контрольные
головки; 22 – сверлильные головки; 24 – расточные головки
128
8.1. Особенности механической обработки деталей класса «корпусные»
Отверстия под установку вспомогательных механизмов (масляных насосов, привода распределителя зажигания) обрабатывают на специальных сверлильных и расточных станках. Обработка
поверхностей гнезд в блоках и крышках коренных подшипников,
а также их торцов и фиксирующих выступов может производиться фрезерованием и протягиванием с последующим растачиванием и хонингованием гнезд. Протягивание обеспечивает большую
точность и производительность. Используются автоматические
линии, объединяющие группы протяжных станков. В качестве
оборудования используют агрегатные многосторонние сверлильные, расточные и резьбонарезные станки (рис. 8.2–8.3).
Рис. 8.2. Примеры компоновок агрегатных станков:
а – вертикальный односторонний однопозиционный;
б – наклонный однопозиционный; в – четырехсторонний
однопозиционный смешанной компоновки; г – вертикальный
Механическая обработка (МО) V-образных блоков двигателей
производится обычно на последовательно расположенных автоматических линиях. Обработка начинается в литейном цехе, где
фрезеруются на многошпиндельном станке поверхности пяти
угловых платиков. Заготовка V-образного блока цилиндров базируется по нижним плоскостям 1 и двум установочным отверстиям 5 (рис. 8.4).
129
Глава 8. Особенности механической обработки автомобильных деталей...
Рис. 8.3. Станки сверлильно-расточной группы: а – вертикальносверлильный; б – радиально-сверлильный; в – горизонтальносверлильный; г – координатно-расточной; 1 – станина;
2, 3 – гидросистема подачи СОЖ; 4 – верхняя бабка; 5 – вороток;
6 – шпиндель; 7 – рабочий стол; 8 – ручная подача стола
Рис. 8.4. Базирующие поверхности блока цилиндров
130
8.1. Особенности механической обработки деталей класса «корпусные»
Базирующие поверхности обрабатывают на автоматической
линии, где в качестве баз используют плоскости технологических
приливов 2 и поверхности гнезд коренных подшипников 3 и 4.
При этом V-образный блок также устанавливается в приспособление по рабочим поверхностям крайних опор коренных подшипников, с прижимом сверху.
Основные этапы технологического процесса МО V-образных
блоков двигателей, осуществляемые на пяти последовательно
расположенных автоматических линиях:
• фрезерование установочных плоскостей на пяти специальных платиках (производится в литейном цехе);
• предварительное и окончательное фрезерование нижней
плоскости;
• фрезерование технологических платиков с двух сторон блока,
сверление и зенкерование трех технологических отверстий в нижней плоскости, развертывание двух из них (переднего и заднего);
• предельное и окончательное фрезерование верхней плоскости блока, то же торцевых плоскостей;
• предварительное и чистовое фрезерование двух верхних
наклонных плоскостей под головки цилиндров;
• предварительное протягивание поверхностей под вкладыши в блоке и крышках коренных подшипников;
• предварительное и окончательное фрезерование торцов
под крышки коренных подшипников и замков под вкладыши;
• черновое и чистовое фрезерование площадок под масляный насос и привод распределителя;
• черновое и чистовое растачивание выточек под гильзы
цилиндров;
• сверление, зенкерование, цекование отверстий масляных
каналов, под штангу привода топливного насоса, под масляный
насос и других отверстий;
• сверление отверстий под резьбу болтов и шпилек крепления нижнего картера, головки блоков и других, зенкерование отверстий, нарезка резьбы;
• сборка блоков с крышками коренных подшипников, растачивание отверстий под вкладыши коренных подшипников и втулки распределительного вала;
131
Глава 8. Особенности механической обработки автомобильных деталей...
• запрессовка втулок распределительного вала; окончательное растачивание отверстий под вкладыши коренных подшипников и рабочих поверхностей втулок распределительного вала;
• хонингование отверстий под вкладыши коренных под­
шипников;
• окончательное фрезерование двух наклонных площадок
под головки блока цилиндров;
• окончательное фрезерование площадок под привод распределения зажигания и масляный насос;
• чистовое растачивание и развертывание отверстий под указанные выше механизмы;
• окончательное растачивание выточки и направляющих отверстий под гильзы цилиндров;
• растачивание и развертывание отверстий под толкатели
клапанов;
• установка картера сцепления; растачивание центрального
отверстия в картере сцепления и подрезание плоскости картера.
Участок поточной линии обработки блоков цилиндров и сборки на заводе КамАЗ представлен на рис. 8.5.
Рис. 8.5. Участок поточной линии обработки
блоков цилиндров и сборки на заводе КамАЗ
132
8.2. Технология производства деталей класса «круглые стержни»
8.2. Технология производства деталей
класса «круглые стержни»
Особенности механической обработки коленчатых валов
Коленчатые валы изготовляют из углеродистых, хромомарганцевых, хромоникельмолибденовых и других сталей, а также из
специальных высокопрочных чугунов. Набольшее применение
находят стали марок 45, 45Х, 45Г2, 50Г, а для тяжело нагруженных коленчатых валов дизелей – 40ХНМА, 18ХНВА и др.
Заготовки стальных коленчатых валов средних размеров
в крупносерийном и массовом производстве изготовляют ковкой
в закрытых штампах на молотах или прессах, при этом процесс
получения заготовки проходит несколько операций. После предварительной и окончательной ковки коленчатого вала в штампах
производят обрезку облоя на обрезном прессе и горячую правку
в штампе под молотом.
Процесс формирования поверхностей вала в штампе состоит
из четырех операций:
• Вальцовка, 1-й переход (рис. 8.6):
исходные данные: вращательное оборудование, отсутствие
смазки, материал заготовки – сталь 45, температура заготовки – 1200 °С, температура инструментов – 200° С, охлаждение
на воздухе – 3 с, охлаждение в инструменте – 2 с.
Рис. 8.6. Вид заготовки: а – после 1-го перехода вальцовки;
б – после 2-го перехода вальцовки
• Вальцовка, 2-й переход:
исходные данные: вращательное оборудование, отсутствие смазки, температура инструментов – 200° С, охлаждение на воздухе –
2 с, охлаждение в инструменте – 2 с.
133
Глава 8. Особенности механической обработки автомобильных деталей...
Так как основное распределение волокон происходит в предварительном ручье (в окончательном выполняется доштамповка
детали, которая не влияет на распределение волокон), исследуем
волокнистое строение в области шатунных шеек после моделирования подкатки и предварительной штамповки (рис. 8.7).
Рис. 8.7. Волокнистое строение в области шатунных шеек после
моделирования подкатки и предварительной штамповки
• Предварительная штамповка:
исходные данные: оборудование – механический пресс номинальной силой 80 МН, предварительный ручей (рис. 8.8), графитовая
смазка (gw-st-h), температура инструментов – 200 °С, охлаждение
на воздухе – 3 с, охлаждение в инструменте – 2 с.
Деталь после предварительной штамповки показана на рис. 8.9.
• Окончательная штамповка:
исходные данные: оборудование – механический пресс номинальной силой 80 МН, ручей № 2 (рис. 8.10), графитовая смазка
(gw-st-h), температура инструментов – 200 °С, охлаждение на воздухе – 3 с, охлаждение в инструменте – 2 с.
Общий вид поковки коленчатого вала представлен на рис. 8.11.
Литые заготовки коленчатых валов изготовляют обычно из
высокопрочного чугуна, модифицированного магнием. Полученные методом прецизионного литья (в оболочковых формах) валы по сравнению со штампованными имеют ряд преимуществ, в том числе высокий коэффициент использования
металла. В литых заготовках можно получить ряд внутренних
полостей при отливке.
134
8.2. Технология производства деталей класса «круглые стержни»
Коленчатые валы отливают в оболочковые формы в горизонтальном положении. Если в одной форме отливают два вала, заливку металла производят через общий литник.
Рис. 8.8. Трехмерная модель предварительного ручья
Рис. 8.9. Деталь после первой штамповки
Правку валов производят после нормализации в горячем состоянии в штампе на прессе после выемки заготовки из печи без
дополнительного подогрева.
Основными базами коленчатого вала являются опорные поверхности коренных шеек и поверхности центровых отверстий.
При обработке в центрах в качестве дополнительных технологических баз используют наружные поверхности предварительно обработанных средних шеек.
135
Глава 8. Особенности механической обработки автомобильных деталей...
Рис. 8.10. Ручей № 2
Рис. 8.11. Общий вид поковки коленчатого вала
При обработке шатунных шеек опорной технологической
базой являются специально фрезерованные площадки на щеках.
Типовой технологический маршрут обработки штампованных
стальных коленчатых валов типа V8 представляет следующую
последовательность операций:
1) фрезерование торцов;
2) сверление центровых отверстий;
3) фрезерование технологических опорных баз на щеках;
4) обтачивание концов вала и коренных шеек;
5) предварительное шлифование коренных шеек;
6) обтачивание противовесов и щек;
7) обтачивание шатунных шеек;
8) обработка поверхностей камер грязесборников, смазочных
каналов и шпоночных пазов;
9) термическая обработка – закалка коренных и шатунных шеек;
136
8.2. Технология производства деталей класса «круглые стержни»
10) окончательное шлифование конца вала, коренных шеек
и фланца;
11) окончательное шлифование шатунных шеек;
12) обработка отверстий во фланце и на концах вала;
13) растачивание поверхности посадочного отверстия под
подшипник со стороны фланца;
14) отделочная операция поверхности коренных и шатунных
шеек.
Технология механической обработка
зубчатых колес класса «вал»
Механическую обработку зубчатых колес класса «вал» обычно производят в центрах, и только в некоторых операциях, чтобы
повысить надежность и жесткость крепления детали, ее закреп­
ляют, используя другие поверхности.
• Первая операция – подрезание торцов и зацентровывание
заготовки.
• Со второй по пятую – предварительная и получистовая токарная обработка с установкой заготовки на центры станка.
• Седьмая и восьмая – сверление и нарезание резьб в двух
отверстиях в торце.
• Девятая операция – предварительное нарезание зубьев.
Черновое нарезание зубьев на зубофрезерном станке с оставлением припуска 0,1…0,2 мм.
• Десятая операция – шевингование.
Обработка производится специальным инструментом – шевер-шестерней на специальных станках. Особенность процесса заключается в том, что режущая кромка шевера соскабливает очень тонкую стружку с зубьев шестерен. Шевер в шпинделе
станка вращается со скоростью 130 м/мин и приводит во вращение обрабатываемую шестерню. Стол станка имеет возвратно-поступательное движение в направлении оси шестерни. При
шевинговании для охлаждения применяют веретенное масло.
Шевингование очень экономичный процесс обработки. До переточки шевер-шестерня может обработать до 3000 шестерен и выдерживает 5–10 переточек. Шевингование зубчатых колес показано на рис. 8.12–8.13.
137
Глава 8. Особенности механической обработки автомобильных деталей...
а)
б)
1
1
2
2
Рис. 8.12. Шевингование зубчатых колес дисковым шевером (а)
и схема работы зуба шевера (б): 1 – шевер; 2 – заготовка колеса
Рис. 8.13. Расположение канавок на зубе шевера
• Одиннадцатая – четырнадцатая операции вспомогательные.
• Пятнадцатая операция – цементация и закалка шестерни.
После термической обработки производится зачистка или
шлифование центров.
• Восемнадцатая и девятнадцатая – шлифование цилиндрических шеек и торца.
• Следующие – фрезерование шлицев и нарезание резьбы на
хвостовике.
138
8.3. Особенности механической обработки деталей класса...
8.3. Особенности механической обработки деталей
класса «некруглые стержни» (рычаги)
К данному классу деталей относятся рычаги различной
формы, балки передней оси автомобиля, тяги, серьги, вилки переключения передач, коромысла (рис. 8.14), особую группу занимают шатуны (рис. 8.15).
Рис. 8.14. Коромысло
Рис. 8.15. Шатуны
Заготовки – тяжелонагруженные рычаги из кованых и штампованных заготовок – в условиях единичного производства получают свободной ковкой.
Плоские рычаги штампуются из листового проката, холодной
штамповкой. При ковке и штамповке применяют многочисленные правки.
Перспективным методом является метод горячего прессования порошковых материалов.
Технологические базы
При обработке торцевых поверхностей основных отверстий
за базу принимают торцы и наружные поверхности бобышек.
При обработке основных отверстий за базу берут обработанные торцы и наружные необработанные поверхности головок,
благодаря чему обеспечивают равностенность головок.
Для обработки шпоночных и шлицевых канавок рычаги базируют по обработанной поверхности одного из основных отверстий и торцев.
139
Глава 8. Особенности механической обработки автомобильных деталей...
Для угловой ориентации используют либо второе отверстие,
либо необработанную поверхность стержня, либо вторую бобышку рычага.
При обработке отверстий в большой и малой головках шатуна в качестве базы используют обработанные торцы, две технологические лыски на малой головке и одну лыску на большой головке рычага.
При построении маршрута обработки рычагов должен быть
выдержан принцип постоянства базы.
Основные этапы технологического процесса изготовления
рычагов:
1) обработка торцевых поверхностей;
2) обработка основных отверстий:
а) сверление;
б) зенкерование;
в) одно- и двукратное развертывание;
3) обработка шпоночных и шлицевых канавок;
4) обработка поверхностей стержня рычага, прорезей, пазов,
фасонных исполнительных поверхностей рычагов и вилок;
5) обработка вспомогательных отверстий и нарезание резьбы;
6) термическая обработка отдельных поверхностей;
7) окончательная отделка отверстий.
Выбор оборудования и оснастки определяется объемом выпуска, типом производства, конструктивными и технологическими
особенностями деталей.
В условиях мелкосерийного производства рычаги обрабатывают на универсальных станках или станках с ЧПУ с применением
универсально-наладочных приспособлений (УНП) и универсально-сборочных приспособлений (УСП).
В условиях серийного производства наибольшее использование находят групповые методы обработки с применением многоместных групповых приспособлений с широким использованием станков с ЧПУ.
В крупносерийном и массовом типах производства рычаги обрабатывают на специализированных многопозиционных станках
и автоматических линиях.
140
8.3. Особенности механической обработки деталей класса...
Особенности изготовления шатунов
К шатунам применяются те же требования, что и к рычагам, но
на класс выше – IT5. Обработанные шатуны подгоняются по массе.
Шатуны изготавливаются в основном на автоматических линиях, с использованием приспособлений-спутников.
В верхних головках рычагов применяются бронзовые втулки
(БРАЖ 3–4; БРОЦ 2).
В зависимости от уровня производства, форсированности двигателя шатуны обрабатываются по двум различным технологиям:
• резка;
• крекинг.
Резка
При обработке резкой шатун сначала подвергается первичной обработке, затем крышка шатуна отрезается от нижней головки шатуна. Для окончательной обработки обе детали соединяются болтами.
Технологический процесс включает следующие основные
операции.
1. Обработка торцовых плоскостей обеих головок шатуна производится фрезерованием на многошпиндельных продольно- или
карусельно-фрезерных станках (рис. 8.16). Эти плоскости используют в дальнейшем как установочные базы.
Рис. 8.16. Станок карусельно-фрезерный
141
Глава 8. Особенности механической обработки автомобильных деталей...
2. Черновую обработку отверстия в верхней головке выполняют зенкерованием и развертыванием на сверлильных одно- и многошпиндельных станках (рис. 8.17, б, з). Заготовки шатунов устанавливают в специальном приспособлении с базированием по
предварительно обработанным торцовым плоскостям и наружному
контуру головки.
3. Обработка боковых установочных площадок, используемых
в последующих операциях как базовые поверхности, в основном
производится протягиванием, реже фрезерованием (рис. 8.17, в).
В качестве базы используется контур тела стержня шатуна и верхняя головка.
4. Отрезку крышки цельнокованых шатунов производят на горизонтально- или продольно-фрезерных станках дисковой (прорезной) фрезой (рис. 8.17, г). На этой же операции одновременно
фрезеруют плоскости под головки и гайки шатунных болтов. Базовые поверхности – отверстие в поршневой головке и торцовая
поверхность шатуна.
5. Шлифование плоскостей разъема крышки и шатуна выполняют на плоскошлифовальном станке. Как правило, обе детали
обрабатывают совместно, с одной установки, чем обеспечивается комплектность деталей на тех же операциях, где они обрабатываются совместно.
6. Обработка отверстий под шатунные болты производится
в два этапа (рис. 8.17, е) совместно в шатуне и крышке.
На первом этапе (предварительная обработка) шатун устанавливают в приспособлении, в котором он ориентируется по боковым плоскостям кривошипной головки и отверстию в поршневой
головке. Затем производится сверление и зенкерование на многопозиционных многошпиндельных станках (первая позиция).
7. Сборка крышки с шатуном. Производят сборку крышки
с шатуном болтами и гайками (рис. 8.17, ж) для дальнейшей совместной обработки. Обычно для этого применяют технологические болты и гайки, которые удаляют при разборке шатуна по
окончании совместной обработки. Усилие затяжки (крутящий момент) контролируют. Крышки шатунов не взаимозаменяемы как
между собой, так и сторонами на шатуне.
8. Растачивание отверстий (черновое и получистовое) под
втулку в верхней головке и вкладыш в кривошипной головке
142
8.3. Особенности механической обработки деталей класса...
одновременно (рис. 8.17, з). Базирование шатуна осуществляется
по торцам головок и по установочным плоскостям с боков кривошипной и поршневой головок.
Рис. 8.17 (начало). Эскизы к технологическому процессу изготовления
шатуна: а – обработка торцевых поверхностей; б – черновая обработка
отверстий в верхней и в нижней головках; в – обработка боковых
установочных площадок; г – отрезка крышки; д – фрезерование
плоскостей под головки и гайки шатунных болтов; е – обработка
отверстий под шатунные болты; ж – сборка крышки с шатуном;
з – растачивание отверстий в обеих головках; и – растачивание
втулки в верхней головке; к – окончательная обработка отверстий;
л – окончательная обработка торцевых поверхностей
143
Глава 8. Особенности механической обработки автомобильных деталей...
9. Растачивание втулки верхней головки (предварительно запрессованной) (рис. 8.17, и) на одно- и многошпиндельных алмазно-расточных станках. Для получения поверхности головки с меньшей шероховатостью применяют раскатывание или развертывание.
10. Хонингование отверстий в верхней и нижней головках на
вертикально-хонинговальных станках (рис. 8.17, к). Устанавливают одновременно по два-четыре шатуна. В станочном приспособлении шатуны базируются по установочным площадкам и опираются на торцы головок. При хонинговании применяют методы
активного контроля.
11. Окончательное шлифование обеих торцовых плоскостей
шатуна в заданный чертежом размер на двухкруговом плоскошлифовальном станке (рис. 8.17, л).
12. Подгонка шатуна по массе. Для получения конструктивно предусмотренной уравновешенности двигателя кривошипная
и поршневая головки шатуна должны иметь массы в заданных
пределах. Шатуны в одном двигателе могут различаться по массе
в среднем на 1 % (от массы шатуна). При превышении массы шатуна на его головках с бобышек удаляют часть металла. Для подгонки массы кривошипной и шатунной головок используют специализированные станки, оснащенные весами и фрезерными
шпинделями. Допустимое колебание массы каждой головки не
должно превышать 5…10 г (рис. 8.18).
Рис. 8.18. Технологические приливы для снятия части
металла при подгонке веса шатунов одного двигателя
144
8.3. Особенности механической обработки деталей класса...
13. Контроль качества изготовления. Для контроля используют индикаторные и пневматические устройства (рис. 8.19). При
обработке шатунов на автоматических линиях точность изготовления обеспечивают средства активного контроля в процессе выполнения отдельных операций.
2
2
3
3
4
5
7
6
1
5
5
9
8
10
1
Рис. 8.19. Схемы контроля рычагов и шатунов: а – установка
индикаторов; б – установка разжимной оправки; е – проверка
шатуна на изгиб; г – проверка шатуна на скрученность; 1 – оправка;
2 и 5 – индикаторы; 3 – плита; 4 – упор; 6 – разжимная оправка;
7 – призма; 8 и 10 – конусы оправки; 9 – разжимная втулка оправки
Крекинг нижней головки шатуна
При использовании технологии крекинга (разлома) шатун обрабатывается как целая деталь. На нижней головке шатуна лазерным лучом или резцом прорезается линия разлома для процесса крекинга. Иногда применяют специальный инструмент
(рис. 8.20). После этого крышка шатуна отламывается от головки с достаточно большим усилием, прикладываемым специальным инструментом.
145
Глава 8. Особенности механической обработки автомобильных деталей...
Рис. 8.20. Технология крекинга крышки шатуна
146
8.4. Особенности механической обработки деталей класса...
Преимущества такого метода в следующем. Предварительно
прорезанная линия разлома позволяет получить точно совпадающие поверхности разлома.
Крышка устанавливается только в одном положении и только на соответствующую шейку шатуна. Производство экономичнее и имеется возможность уменьшить массу шатуна. Надежное
соединение по шероховатой поверхности разлома и высокая точность сборки гарантируют большую надежность соединения по
сравнению с традиционным методом. Не требуется дополнительных приспособлений для центрирования.
Специалисты компании BMW используют свои технологии.
Нижняя головка шатуна делится в результате разлома. При этом
заданное место разлома намечается черчением протяжкой или
с помощью лазера. Затем головка шатуна зажимается на специальной оправке из двух частей и разделяется запрессовкой клина.
Компания BMW использует и инновационную технологию микровдавливания. Крышка коренного подшипника, изготовленная
из серого чугуна, имеет клиновидный выступ, который при сборке двигателя вдавливается в несколько более мягкий алюминий
и образует тем самым соединение с силовым замыканием.
Перенимая опыт ведущих компаний мира, необходимо тщательно анализировать сочетания способов производства и обработки для деталей с различными материалами. Так, например,
для изготовления шатунов применяются различные марки сталей:
в ОАО «АвтоВАЗ» – это микролегированная АЦ40ХГАФБ без
термообработки, в «Форд» используют 35Г2, на Federal Mogul –
сталь А70, с разломом вместо разрезки. Сейчас совместно
с «Рено» на ОАО « АвтоВАЗ» изучают два варианта изготовления
шатунов: штамповка шатуна и крышки отдельно либо штамповка
шатуна вместе с крышкой из стали типа АЦ40ХГАФБ.
8.4. Особенности механической обработки деталей
класса «полые цилиндры (втулки)»
К деталям класса втулок относятся втулки, гильзы, стаканы, вкладыши, т. е. детали, образованные наружными и внутренними поверхностями вращения, имеющие общую прямолинейную ось (рис. 8.21).
147
Глава 8. Особенности механической обработки автомобильных деталей...
Рис. 8.21. Разновидности деталей типа «втулка»
Некоторые основные виды подшипниковых втулок служат как
опоры вращающихся валов. Наиболее часто применяют втулки
с L/D ≥ 3.
Отличительной технологической задачей является обеспечение концентричности наружных поверхностей с отверстием
и перпендикулярности торцов к оси отверстия.
Материалы и заготовки для втулок
В качестве материалов для втулок служат: сталь, латунь, бронза, серый и ковкий антифрикционный чугун, специальные сплавы, металлокерамика, пластмассы.
Заготовками для втулок с диаметром отверстия до 20 мм служат калиброванные или горячекатаные прутки, а также литые
стержни. При диаметре отверстия больше 20 мм применяются цельнотянутые трубы или полые заготовки, отлитые в песчаные или металлические формы, используют также центробежное
литье и литье под давлением.
Базирование – по отверстию.
При обработке за один установ рекомендуется следующий
технологический процесс:
1. Подрезка торца у прутка, выставление прутка до размера,
зацентровка торца под сверление, сверление отверстия и обтачивание наружной поверхности, растачивание и зенкерование отверстия и обтачивание наружной поверхности со снятием фасок
на свободном торце, предварительное развертывание, окончательное развертывание, отрезка. Эта первая операция выполняется на токарно-револьверном станке, одношпиндельном или многошпиндельном токарном автомате (рис. 8.22).
2. Снятие фасок с противоположного торца втулки на вертикально-сверлильном или токарном станке:
• сверление смазочного отверстия;
148
8.4. Особенности механической обработки деталей класса...
• нарезание смазочных канавок на специальном станке.
При обработке втулки из трубы вместо сверления производят
зенкерование или растачивание отверстия. Остальная часть технологического процесса сохраняется.
6
1
7
3–5
8
2
Рис. 8.22. Схема обработки на токарно-револьверном станке: 1 – резец
проходной; 2–6 – положение зенкера; 7 – зенкер; 8 – резец отрезной
При обработке втулки больших размеров с базированием по
внутренней поверхности назначается следующий технологический процесс:
• зенкерование отверстия втулки и снятие фаски в отверстии
на вертикально-сверлильном станке (технологическая база – наружная поверхность);
• протягивание отверстия на горизонтально-протяжном станке;
• предварительное обтачивание наружной поверхности
(в зависимости от точности заготовки), подрезка торцов и снятие
наружных (а часто и внутренних) фасок на токарно-многорезцовом полуавтомате. Базирование осуществляется по внутренней
поверхности на разжимную оправку;
• чистовое обтачивание наружной поверхности, чистовая
подрезка торца.
Методы обработки внутренних
цилиндрических поверхностей
Внутренние цилиндрические поверхности (отверстия) встречаются у большинства деталей – как тел вращения, так и полученных другими способами. Обработка отверстий в деталях
149
Глава 8. Особенности механической обработки автомобильных деталей...
различных типов производится путем сверления, зенкерования,
фрезерования на станках с ЧПУ, растачивания резцами, развертывания, шлифования (внутреннего), протягивания, хонингования,
раскатывания шариками и роликами, продавливания, притирки,
полирования, суперфиниширования.
Обработку отверстий диаметром до 25...40 мм осуществляют
спиральными сверлами за один проход (рис. 8.23, а), при обработке отверстий больших диаметров (до 80 мм) – за два и более прохода сверлением и рассверливанием или другими методами.
Для сверления отверстий диаметром свыше 80 мм применяют сверла или сверлильные головки специальных конструкций.
На многих корпусных деталях, фланцах, крышках имеется
большое число отверстий для крепежных болтов, шпилек, точность и шероховатость которых определяется точностью, выполняемой сверлением. Такие отверстия обрабатывают на станках
с применением кондукторов. При этом достигаемая точность диаметральных размеров – IT11... IТ10.
Рис. 8.23. Схемы обработки отверстий сверлами: а – спиральным;
б – полукруглым; в – ружейным одностороннего резания с внешним
отводом СОЖ; г – трепанирующим (кольцевым); д – ружейным
с внутренним отводом СОЖ
Зенкерование отверстий – предварительная обработка литых,
штампованных или просверленных отверстий под последующее развертывание, растачивание или протягивание. При обработке отверстий по 13–11-му квалитету зенкерование может быть
150
8.4. Особенности механической обработки деталей класса...
окончательной операцией. Зенкерованием обрабатывают цилиндрические углубления (под головки винтов, гнезда под клапаны и др.), торцовые и другие поверхности.
Режущим инструментом при зенкеровании является зенкер. Зенкерование повышает точность предварительно обработанных отверстий, частично исправляет искривление оси после
сверления.
Развертывание отверстий – чистовая обработка отверстий
с точностью до 7-го квалитета. Развертыванием обрабатывают
отверстия тех же диаметров, что и при зенкеровании. Развертки
рассчитаны на снятие малого припуска. Они отличаются от зенкеров большим числом (6...14) зубьев. Развертыванием достигается высокая точность диаметральных размеров и формы, а также
малая шероховатость поверхности. Развертки обычно не применяют для развертывания больших по диаметру, коротких, глухих
и прерывистых отверстий.
В настоящее время для повышения производительности труда
при обработке отверстий применяют:
• комбинированные режущие инструменты (рис. 8.24);
• специальные приспособления (кондукторы) и многошпиндельные сверлильные головки для сверлильных, расточных
и агрегатных станков.
Рис. 8.24. Сверло-развертка (а) и сверло-зенкер-развертка (б)
151
Глава 8. Особенности механической обработки автомобильных деталей...
Рис. 8.25. Обработка вспомогательных элементов в отверстиях:
а – зенковками; б – цековками; в – цековками в виде специальных пластин
Фаски в отверстиях обрабатываются зенковками (рис. 8.25, а).
Цилиндрические углубления и торцевые поверхности под головки болтов и гаек выполняются на сверлильных станках цековками в виде насадных головок с четырьмя зубьями (рис. 8.25, б) или
в виде специальных пластин (рис. 8.25, в) с направляющей цапфой,
служащей для получения соосности с обработанными отверстиями.
Растачивание отверстий на горизонтально-расточных или
вертикально-расточных станках осуществляется:
• консольными оправками (рис. 8.26);
• борштангами-скалками с использованием опоры задней
стойки (рис. 8.26, б);
• растачиванием в кондукторах при шарнирном соединении
расточных оправок со шпинделем станка.
3
n
d
n
3
t
S
1
1
2
1
S
3
S
S
n
2
S
2
Рис. 8.26. Схемы растачивания отверстий на горизонтальнорасточных станках: а – консольными оправками;
б – борштангами с опорой на заднюю стойку;
в – борштангами, установленными в кондукторе
152
8.4. Особенности механической обработки деталей класса...
Протягивание по сравнению с развертыванием производительнее в 8–9 раз и выше. Протягивание осуществляется многолезвийным инструментом – протяжкой, которая протягивается
через обрабатываемое отверстие (рис. 8.27).
Рис. 8.27. Протяжка: 1 – хвостовик; 2 – шейка; 3 – переходный конус,
передняя направляющая часть; 4 – режущая часть; 5 – калибрующая
часть; 6, 7 – опорная цапфа и задний хвостовик
Внутренним протягиванием обрабатывают различные отверстия: круглые (цилиндрические), шлицевые, многогранные и др.
Прошиванием называют аналогичную протягиванию обработку более коротким инструментом – прошивкой кузнечными операциями, называемыми прошивкой и пробивкой (рис. 8.28).
Для обработки отверстий применяют внутреннее шлифование, хонингование, притирку (рис. 8.29).
3
2
4
5
1
7
4
8
2
6
Рис. 8.28. Прошивка отверстий: а – прошивка при ручной ковке;
б – прошивка при машинной ковке: 1 – наковальня; 2 – подкладное
кольцо; 3 – пробойник; 4 – заготовка; 5 – выдра; 6 – нижний боек;
7 – верхний боек; 8 – прошивень
153
Глава 8. Особенности механической обработки автомобильных деталей...
Внутреннее шлифование применяют для окончательной обработки отверстий закаленных деталей или в тех случаях, когда
невозможно применить другие, более производительные методы
обработки (см. рис. 8.29).
а)
в)
б)
Рис. 8.29. Виды внутреннего шлифования: а – во вращающейся
заготовке; б – планетарное; в – бесцентровое
Хонингование является одним из методов отделочной обработки отверстий большой протяженности. Процесс осуществляется с помощью хонинговальных головок (хонов) со вставными
абразивными брусками. Хонингование выполняется на специальных станках: вертикально-хонинговальных и горизонтально-хонинговальных. Хонинговальная головка совершает совмещенное
движение: вращательное и возвратно-поступательное при постоянном давлении абразивных брусков на обрабатываемую поверхность в среде смазочно-охлаждающей жидкости (рис. 8.30),
снимая как микронеровности, оставшиеся после предыдущей
операции, так и некоторую часть основного металла, устраняя конусообразность, овальность, бочкообразность.
Притирка (доводка внутренних поверхностей). Этот метод
аналогичен притирке наружных цилиндрических поверхностей. Притирка и хонингование, в отличие от внутреннего шлифования, не исправляют погрешностей расположения, так как
обрабатывающий инструмент базируется по обрабатываемой
поверхности.
154
8.4. Особенности механической обработки деталей класса...
а)
4
8
1
7
2
б)
lбр
lп
3
lх
l
5
7
lп
6
Рис. 8.30. Хонингование: а – схема хонинговальной головки:
1 – корпус; 2 – колодки; 3 – абразивные круги; 4 – стержень;
5 – нажимная шайба; 6 – конус; 7 – круговые пружины; 8 – палец;
б – схема вертикального перемещения брусков хонинговальной
головки: lбр – длина бруска; l – длина отверстия заготовки; lп – перебег
брусков; lх – длина рабочего хода брусков
Обработку гильзы цилиндра (цилиндра в блоке) как типичной
детали класса «полые цилиндры» начинают с обработки внутренней поверхности.
Маршрут обработки гильзы включает следующие группы
операций:
1) обработка базовых поверхностей;
2) предварительная, чистовая и окончательная обработка основных поверхностей;
3) обработка второстепенных поверхностей;
4) отделочная обработка «зеркала» цилиндра;
5) крацевание.
155
Глава 8. Особенности механической обработки автомобильных деталей...
Технология производства гильз двигателя
на Камском моторном заводе
1. Первичная токарная обработка (рис. 8.31).
2. Закалка внутренней рабочей поверхности гильзы токами
высокой частоты. Глубина закаливания – до 2,5 мм. Твердость
42…45 HRC рабочей поверхности гильзы увеличивает ресурс работы двигателя.
Рис. 8.31. Первичная токарная (ЧПУ) обработка гильзы двигателя
3. Финишная обработка гильз. Гильза двигателя обрабатывается на станках с ЧПУ за одну установку заготовки (рис. 8.32).
Рис. 8.32. Финишная обработка гильзы двигателя на станках с ЧПУ
156
8.4. Особенности механической обработки деталей класса...
Гильзы двигателя приобретают необходимую геометрию и высокий класс обработки рабочей поверхности.
Плосковершинное хонингование внутренней поверхности
гильзы:
• специальный подбор алмазных резцов обеспечивает идеальную микрогеометрию поверхности гильзы;
• обеспечивает гильзам КМЗ оптимальную маслоемкость
рабочей поверхности. По показателю «маслоемкость рабочей поверхности» гильзы двигателя Камского моторного завода полностью соответствуют требованиям ведущих западных производителей. За счет снижения потерь на трение рабочий ресурс
двигателя повышается в 1,5 раза.
Фосфатирование гильз двигателя:
• повышает износостойкость и коррозионную стойкость;
• ускоряет процесс приработки и придает поверхности гильзы высокие противозадирные, антикоррозионные качества.
Контроль микропрофиля гильзы двигателя:
• предварительный – проверяется на профилометрической
компьютерной системе (рис. 8.33);
• заключительный – контроль всех геометрических размеров
гильз: линейных, угловых, некруглость, цилиндричность – с помощью пневмоэлектронных приборов.
Результаты измерений автоматически фиксируются промышленным компьютером ADVANTECH (Германия). На основе компьютерного анализа дается заключение о годности гильзы к эксплуатации.
Технология обеспечивает оперативный контроль и корректировку параметров профиля гильз.
На каждую выпущенную гильзу КМЗ составляется электронная карта, которая заносится в базу данных (рис. 8.34). Карта
может быть выдана заказчику по запросу.
Маркировка гильз двигателя производится иглоударным методом (рис. 8.35) на аппарате TELESIS PINSTAMP (США). Маркировка гильзы не изнашивается и не истирается.
Упаковка гильз двигателей КМЗ обеспечивает сохранность
всех параметров гильзы при транспортировке.
157
Глава 8. Особенности механической обработки автомобильных деталей...
Рис. 8.33. Показания профилографа-профилометра
(снимок с монитора компьютера)
Рис. 8.34. Электронная карта, заносимая в базу данных
158
8.4. Особенности механической обработки деталей класса...
Рис. 8.35. Маркировка гильз двигателя
Технология производства поршней
Поршни двигателей изготавливаются литейным способом
с последующей обработкой на поточных линиях.
Процесс изготовления поршней 240-1004015 для двигателя с воспламенением от сжатия Д-240 и поршня 21124-1004015
для двигателя с искровым зажиганием ВАЗ-2112 представлен
в табл. 8.1.
Таблица 8.1
Технология изготовления поршня 21124-1004015
При производстве поршней ОАО «АВТРАМАТ» использует сплавы собственного изготовления.
Поршень 21124-1004015 производится из
сплава АК12М2МгН с содержанием:
магния – 0,8…1,3 %;
кремния – 11…13 %;
марганца – 0,3…0,6 %;
меди – 1,5…3,0 %;
никеля – 0,8…1,3 %;
титана – 0,05…0,2 %;
железа – 0,8 %;
цинка – не более 0,5 %;
селена – не более 0,02 %;
свинца – не более 0,1 %;
хрома – не более 0,2 %;
алюминий – остальное (78,98…83,93 %)
159
Глава 8. Особенности механической обработки автомобильных деталей...
Продолжение табл. 8.1
Отливка поршня 21124-1004015 методом
гравитационного литья в кокиль
Литниковая система удаляется вручную,
а облой – на токарных станках
Для улучшения структуры материала
и придания необходимых механических
свойств заготовку подвергают термообработке (искусственному старению) в камерных печах
После термообработки проводится черновая токарная обработка заготовки поршня: по наружным боковым поверхностям;
днище поршня. Операция выполняется на
токарных станках с ЧПУ
Предварительная расточка отверстия под
поршневой палец на отделочно-расточных
станках
160
8.4. Особенности механической обработки деталей класса...
Продолжение табл. 8.1
Окончательная обработка овально-бочкообразного профиля поршня с нанесением
микропрофиля:
проточка канавок под поршневые кольца;
окончательная обработка днища поршня.
Операции производятся на токарных станках с ЧПУ
Заключительные операции:
расточка канавок под стопорные кольца;
упрочнение отверстия под поршневой
палец путем импульсной раскатки. Выполняется на специализированных станках-полуавтоматах
Бочкообразность, овальность профиля, взаимное расположение бочки и отверстия
под поршневой палец контролируются при
помощи специального прибора и компьютерной программы фирмы Kolbentechno
(Германия). Результаты замеров выводятся в графическом и табличном виде. Результаты измерений автоматически фиксируются промышленным компьютером
ADVANTECH (Германия).
Компьютерный контроль полностью исключает ошибку измерений.
Пневмоэлектронной системой фирмы
ADVANTECH в каждом поршне контролируются углы канавок, отверстие под палец.
Приборы контролируют геометрические
размеры с точностью до 0,0001 мм и до
1/60 градуса
Контроль микропрофиля поршня.
Для контроля уровня шероховатости используются профилограф-профилометр
с программой компьютерного контроля.
Контролируются эталонные уровни шероховатости:
поверхность бочки (микрорельеф) –
Ra 3,2…4,8;
отверстие под палец – Ra 0,63;
чистота канавок – Ra 0,8
161
Глава 8. Особенности механической обработки автомобильных деталей...
Окончание табл. 8.1
На днище поршня ударно-точечным способом наносится маркировка:
знак ОТК;
размерная группа наружного диаметра;
размерная группа отверстия под поршневой палец
Заключительный этап изготовления
поршня:
заворачивание в специальную антикоррозионную бумагу, обеспечивающую гарантийный срок хранения поршня;
упаковка в коробку из микрогофрокартона
Фосфатирование поверхностей поршней к двигателям
КамАЗ и ЯМЗ-840 защищает поршни от коррозии. Пленка, кроме
того, обеспечивает отличную прирабатываемость поршня.
Специальные технологии для повышения прирабатываемости
представлены в табл. 8.2.
Molykote® D10 (США) – сухая смазка на основе графита с высокой устойчивостью к маслам, смазкам и растворителям.
Molykote® D10 обеспечивает поршням Камского моторного завода:
• повышенную защиту от коррозии;
• защитные свойства при температурной деформации
поршня;
• сохраняет антизадирные свойства при высоких нагрузках.
162
8.5. Особенности механической обработки деталей класса «диски»
Таблица 8.2
Специальные технологии для повышения прирабатываемости
Лужение юбки поршня создает слой
олова в поверхностной оксидной пленке
поршня. Используются химпрепараты из
Германии. Повышается прирабатываемость и антизадирные свойства поршня.
Слой олова однородный, без подтеков.
Толщина пленки олова 0,002…0,006 мм.
На поршни к двигателям а/м КамАЗ производства Камского моторного завода наносится антифрикционное покрытие Molykote® D10 (США), которое обеспечивает еще более длительную защиту
поршней от износа
8.5. Особенности механической обработки
деталей класса «диски»
Обработка цилиндрических зубчатых колес
К особенностям технологии относятся:
а) обеспечение концентричности цилиндрической посадочной поверхности и наружных поверхностей;
б) обеспечение перпендикулярности посадочной поверхности и хотя бы одного базового торца, а в зубчатых колесах, нарезаемых в пакете, – двух базовых торцов. При этом должна быть
обеспечена перпендикулярность посадочной поверхности и конструктивного опорного торца.
Технологическая база при нарезании зубчатого колеса – отверстия в заготовке, а в готовом зубчатом колесе – основная, измерительная и сборочная базы.
В табл. 8.3 представлена технологическая схема изготовления
зубчатого колеса (класс «полый цилиндр»).
• Первая операция – сверление и развертывание центрального отверстия и подрезание с той же установки одного из торцов
ступицы.
• Вторая операция – протягивание – выполняется от созданной торцевой базы и сводится к образованию профиля отверстия,
163
Глава 8. Особенности механической обработки автомобильных деталей...
например, шлицевого. Базой для дальнейшей обработки будут являться посадочная поверхность отверстия (шлицев) и торец.
• Третья и четвертая операции являются заключительными
для первого этапа и сводятся к чистовой обработке зубчатого колеса под нарезание зубьев; выполняются они с базированием по элементам шлицевого соединения или другого профиля отверстия.
• Пятая операция – предварительное и чистовое нарезание
зубьев – выполняется на зубофрезерном станке. Базой для этой
операции являются посадочный диаметр отверстия и один из торцов зубчатого венца.
• Шестая, седьмая и двенадцатая операции относятся к отделочным видам обработки. Здесь базой являются те же
поверхности.
Таблица 8.3
Технологическая схема изготовления зубчатого колеса
класса «полые цилиндры»
Операции
Содержание
операции
1
Сверление центрального отверстия, зенкование
торца и снятие
фаски
Вертикальносверлильный
станок
2
Протягивание отверстия
Протяжной станок
3
Предварительная токарная обработка
Многорезцовый
токарный станок
Эскиз
164
Оборудование
8.5. Особенности механической обработки деталей класса «диски»
Окончание табл. 8.3
Операции
Содержание
операции
Эскиз
Оборудование
4
Чистовая токарная обработка
То же
5
Нарезание зубьев
Зубофрезерный
станок
6
Закругление зубьев
Зубозакругляющий станок
7
Шевингование
зубьев
Шевинговальный станок
12
Притирка зубьев
Зубопритирочный станок
165
Глава 8. Особенности механической обработки автомобильных деталей...
• Восьмая операция – сверление и нарезание резьб в двух отверстиях в торце – завершает первый этап изготовления детали.
• Девятая операция – предварительное нарезание зубьев –
выполняется зубофрезерованием с установкой детали в центрах.
• Десятая операция – шевингование – производится с базированием на центры.
• Пятнадцатая операция – цементация и закалка шестерни.
• После термической обработки производится зачистка или
шлифование центров. Эта операция является обязательной.
• Восемнадцатой и девятнадцатой операциями – шлифованием цилиндрических шеек и торца – заканчивается процесс отделочной обработки.
• Двадцатая операция – фрезерование шлицев.
• Двадцать первая операция – нарезание резьбы на хвостовике.
Механическая обработка зубчатых колес класса «валы»
Механическую обработку зубчатых колес класса «валы» производят в центрах и иногда, для повышения надежности и жесткости
крепления детали, ее закрепляют, используя другие поверхности.
Особенности технологии изготовления поршневых колец
В конце 40-х годов ХХ века получил развитие способ индивидуальной отливки поршневых колец некруглой формы со снятием минимального количества материала для получения твердой
и износостойкой поверхности. Разрез под замок производился
в определенном месте, отмеченном рисками при отливке. Этот
способ – самый дешевый при массовом производстве, полученные им детали обладают наивыгоднейшей структурой, наивысшими механическими свойствами и удовлетворяют требованиям
формы и упругости. Кольца индивидуальной отливки могут обтачиваться обычным способом – после вырезки замка – или более
совершенным способом Бенета – по копиру до вырезки замка.
Существует способ формообразования поршневого кольца
термической обработкой – «термофиксацией», когда изготовленное из трубы или индивидуально отлитое цилиндрическое кольцо после механической обработки подвергается нагреву с вставленной в замок распоркой; при этом устраняются возникшие при
166
8.5. Особенности механической обработки деталей класса «диски»
деформации напряжения и закрепляется форма кольца с расширенным замком.
Материал для изготовления поршневых колец
Верхнее компрессионное кольцо нагревается сильнее и его
чаше всего изготавливают из легированной стали. Поверхность
верхнего кольца хромируют для износостойкости. Нижнее кольцо часто делают из чугуна.
Применяется и ковкий чугун. Он сочетается с чугуном, используемым в блоках цилиндров, а его пористая структура позволяет
ему удерживать масло, уменьшая износ.
Поршневые кольца, выполненные из нержавеющей стали, являются модификацией хромированных чугунных колец. Нержавеющая сталь также имеет способность противостоять высокой
температуре, превосходящей таковую у хромированного чугуна.
Маршрут обработки поршневых колец:
• обработка до разрезания колец;
• обтачивание наружной цилиндрической поверхности;
• подрезание торца;
• растачивание технологической базы;
• обработка колец после разрезания: прорезание замка, термическая обработка кольца, шлифование торцов и наружных поверхностей колец.
На первых операциях производится многократное шлифование торцовых поверхностей кольца, которые впоследствии
используются как базовые. Одну шлифовальную операцию
выполняют в начале технологического процесса, затем три шлифовальные операции после термической обработки колец.
Шлифовальные операции выполняют на торцешлифовальных
станках СА-ЗМ, на которых одновременно шлифуют оба торца.
В этих операциях достигается требуемая параллельность обоих
торцов и плоскостность.
Затем обрабатывают наружные поверхности колец на центровой оправке, фрезеруют замок на горизонтально-фрезерном станке, двукратно калибруют замок и затем обрабатывают остальные
поверхности поршневого кольца.
Кроме этого, применяются и другие методы производства
поршневых колец:
167
Глава 8. Особенности механической обработки автомобильных деталей...
• технология гильзовой отливки с тепловым формированием замка;
• технология индивидуальной отливки с фасонным точением.
Для улучшения приработки кольца подвергаются оксидированию, лужению, фосфатированию. Твердые покрытия, например молибденирование, хромомолибденирование, хромирование,
применяют для увеличения ресурса колец.
8.6. Особенности базирования и механической
обработки деталей класса «крепеж»
В машиностроении широко применяют различные виды со­
единений:
• разъемные;
• неразъемные.
Разъемные соединения выполняются в основном с помощью
резьбовых крепежных изделий – болтов, винтов, шпилек и гаек.
Неразъемные соединения выполняются с помощью различных видов заклепок, сваркой, пайкой, склеиванием.
На резьбовые и клепаные соединения приходится до 35 % общей
трудоемкости сборочных работ. Номенклатура применяемых крепежных изделий имеет тенденцию к росту. Это обусловлено тем,
что создание новых прогрессивных изделий, как правило, более дорогостоящих, не исключает возможности использования в простых
малонагруженных узлах традиционных дешевых крепежных изделий (болтов, винтов, гаек, заклепок, шайб), гарантирующих требуемые потребительские качества машин. Например, промышленность США производит более двух миллионов типов крепежных
изделий, в том числе стандартных (по терминологии США) более
50 тыс., на общую сумму в несколько миллиардов долларов в год.
Классификатор государственных стандартов крепежные изделия общемашиностроительного применения относит к группе Г3
следующие классы:
• Г31 – болты;
• Г32 – винты, шпильки;
• Г33 – гайки;
• Г34 – заклепки;
168
8.6. Особенности базирования и механической обработки деталей...
• Г36 – шайбы, шплинты;
• Г37 – штифты;
• Г38 – прочие промышленные метизы.
Все крепежные изделия можно разделить на пять групп:
• крепежные изделия массового применения;
• высокопрочные резьбовые крепежные изделия;
• крепежные изделия для односторонней постановки и безударной клепки;
• крепежные изделия для высокоресурсных и герметичных
соединений;
• крепежные изделия для соединения полимерных композиционных материалов.
В соответствии с ГОСТ 27017–86 «Изделия крепежные. Термины и определения для крепежных изделий и их конструктивных элементов» определены виды крепежных деталей.
Болты
Болт – это крепежное изделие в форме стержня с наружной
резьбой на одном конце и с головкой на другом, образующее соединение при помощи гайки. Как правило, болт имеет шестигранную головку, реже внутренний шестигранник под ключ.
Существуют болты с Т-образной, полукруглой и потайной головками, а также откидные, костыльковые и анкерные болты. Некоторые болты имеют шип или ус на опорной поверхности головки, которые служат для предотвращения проворачивания.
Используются для болтового соединения, то есть при отсутствии
внутренней резьбы в соединяемых деталях и необходимости неоднократной сборки и разборки.
Винты
Винт – это крепежное изделие для образования соединения
или фиксации, выполненное в форме стержня с наружной резьбой на одном конце и конструктивным элементом для передачи
крутящего момента на другом. Конструктивный элемент для соединения с инструментом – шлиц.
Шлиц – это углубление специальной формы в торце головки
болта, винта или шурупа.
169
Глава 8. Особенности механической обработки автомобильных деталей...
Шлицевое соединение образуют выступы (зубья) на валу
(рис. 8.36, а, б, в), входящие в соответствующие впадины (шлицы)
в ступице.
Рабочими поверхностями являются боковые стороны выступов. Выступы на валу выполняют фрезерованием, строганием
или накатыванием в холодном состоянии профильными роликами по методу продольной накатки. Впадины в отверстии ступицы
изготовляют протягиванием или долблением.
Рис. 8.36. Некоторые виды шлицевых соединений: а – шлиц прямого
профиля; б – эвольвентного профиля; в – треугольного профиля
Основное назначение шлицевых соединений – передача вращающего момента между валом и ступицей. При этом ступица
может быть закреплена на колесе, фланце, шкиве, ролике или
другом валу (карданный вал). Шлицевые соединения стандартизованы и широко распространены в машиностроении.
Самый простой шлиц имеет форму прямой сквозной или несквозной прорези. Кроме того, распространен крестообразный
шлиц (в том числе варианты Philips и Pozidrive). Также существует шестиконечный шлиц Тоrх. Внутренний шестигранник также
по определению является шлицем. Кроме того, винт может быть
оборудован шестигранной головкой. Головка винта бывает по
форме цилиндрической, цилиндрической скругленной, полукруглой, потайной, полупотайной или линзообразной. Существуют
самонарезающие винты (с острым или плоским концом), которые
в процессе завинчивания выполняют резьбу в соединяемом материале. Винтовые соединения применяются при наличии внутренней резьбы в соединяемых материалах без использования гайки
и не предполагают множественной сборки и разборки.
170
8.6. Особенности базирования и механической обработки деталей...
Шпильки
Шпилька – крепежное изделие в форме цилиндрического
стержня с наружной резьбой на обоих концах или на всей длине
стержня. Шпилечное соединение применяется при наличии резьбы в одном из соединяемых материалов. Фиксация производится
с помощью гайки (при необходимости добавляется шайба).
Шуруп
Шуруп – крепежное изделие в форме стержня со специальной
наружной резьбой, резьбовым коническим концом и головкой на
другом конце, образующее резьбу в отверстии соединяемого деревянного или пластмассового изделия. При этом специальная
резьба имеет заостренный треугольный профиль и большую ширину впадины по сравнению с шириной зуба.
Гайки
Гайка – это крепежное изделие с резьбовым отверстием и конструктивным элементом для передачи крутящего момента. Применяется в болтовых и шпилечных соединениях, часто в сочетании
с шайбой. Кроме обыкновенной используются несколько особых разновидностей гаек. Колпачковая гайка (элемент со сферической и плоской торцевыми поверхностями и глухим резьбовым
отверстием) применяется в качестве декоративной. Гайка-барашек
имеет плоские выступающие элементы для передачи крутящего
момента и затягивается вручную. Самоконтрящаяся гайка имеет
нейлоновый вкладыш, который предохраняет от самопроизвольного отвинчивания. Подобная деталь применяется при повышенных
вибронагрузках. Кроме этого, следует упомянуть гайку с фланцем,
корончатую, удлиненную, прорезную и приварную гайки.
Шайбы
Шайба – это крепежное изделие с отверстием, подкладываемое под гайку или головку болта либо винта для увеличения
опорной поверхности и (или) предотвращения их самоотвинчивания. Различается несколько видов шайб. Плоская шайба имеет
плоскую опорную поверхность. Шайба, служащая для предотвращения самоотвинчивания крепежных изделий при помощи
171
Глава 8. Особенности механической обработки автомобильных деталей...
конструктивных элементов, называется стопорной. Пружинная шайба (также называемая гровером) – это разрезная круглая
шайба, концы которой расположены в разных плоскостях, служащая для предотвращения самоотвинчивания крепежных изделий
посредством ее упругой деформации под нагрузкой. Изготавливается из пружинной стали, как и контрящая шайба (по виду напоминает гровер, но не имеет разреза).
Заклепки
Заклепка это крепежное изделие в форме гладкого цилиндрического стержня с головкой на одном конце, служащее для получения неразъемного соединения за счет образования головки на
другом конце стержня пластической деформацией.
Дюбели и анкеры
Анкерное (дюбельное) крепление состоит из двух элементов.
Во-первых, это гильза, которая устанавливается в предварительно
высверленное отверстие. Между гильзой и материалом основания
возникает сила трения. Это происходит за счет механического расширения гильзы в отверстии, что может достигаться разными способами. В гильзу вставляется крепежная деталь – болт, винт, шпилька,
шуруп, специальный гвоздь. Кроме этого, анкеровка может происходить за счет внешнего или внутреннего упора. Анкеры предназначены для восприятия высоких нагрузок и поэтому выполняются из
металла. Дюбели рассчитаны на меньшие нагрузки и изготавливаются из пластика (нейлон, полиэтилен). Из областей практического
применения анкеров следует упомянуть монтаж дверных коробок,
специальные дюбели используются для установки оконных пакетов.
Современные технологии изготовления крепежа
Гаечно-болтовое (или просто болтовое) соединение является
одним из наиболее распространенных в машиностроении. Крепеж играет важную роль в технике (рис. 8.37). Так, например,
в автопогрузчике с вилочным захватом – 940, крытом грузовом
железнодорожном вагоне – 1200, токарно-револьверном станке –
1650, автомобиле – 3500, реактивном самолете – 1,5 млн крепежных деталей.
172
8.6. Особенности базирования и механической обработки деталей...
-
Рис. 8.37. Основные виды крепежа
Наиболее сложным процессом при изготовлении крепежа является нарезание резьбы.
173
Глава 8. Особенности механической обработки автомобильных деталей...
Способ нарезания резьбы резцами характеризуется относительно невысокой производительностью, поэтому в настоящее
время он применяется в основном в мелкосерийном и индивидуальном производстве, а также при создании точных винтов, ходовых винтов и т. д. Достоинства этого способа – простота режущего инструмента и сравнительно высокая точность получаемой
резьбы. Схематически он заключается в следующем (рис. 8.38):
при одновременном вращательном движении детали, на которой
нарезается резьба, и поступательном движении резца (на токарном станке – II) последний снимает (вырезает) часть поверхности
детали в виде винтовой линии (I).
Рис. 8.38. Способ нарезания резьбы резцами
Нарезание резьбы плашками и метчиками. На рис. 8.39 показаны плашки, которые по своим конструктивным особенностям делятся на круглые – I и II (лерки) и раздвижные –
III (клупповые).
Круглые плашки, имеющие применение на монтажных, заготовительных и других работах, предназначены для нарезания наружной резьбы диаметром до 52 мм в один проход. Для более
крупной резьбы применяют плашки особой конструкции, которые фактически служат лишь для зачистки резьбы после предварительной нарезки ее другими инструментами.
Раздвижные плашки состоят из двух половин, вставляющихся
в клупп и постепенно сближающихся в процессе резания.
174
8.6. Особенности базирования и механической обработки деталей...
а)
б)
Рис. 8.39. Нарезание резьбы плашками и метчиками:
I – установка плашки в плашкодержатель; II – фиксация плашки
в плашкодержателе; III – разборная плашка
При нарезании резьбы на металлорежущих станках плашка
устанавливается и закрепляется в специальном патроне или приспособлении (рис. 8.39, а, б). Деталь подается в калибрующую
часть плашки.
Внутреннюю резьбу в большинстве случаев нарезают
метчиками.
Метчик (рис. 8.40) представляет собой стальной стержень
с резьбой, разделенный продольными прямыми или винтовыми
канавками, образующими режущие кромки. Эти же канавки служат для отвода стружки. По конструкции метчики делятся на ручные и машинные.
Для нарезания метрической резьбы с крупным шагом и дюймовой резьбы необходим комплект из трех метчиков, для метрической резьбы с мелким шагом и трубной резьбы – из двух.
175
Глава 8. Особенности механической обработки автомобильных деталей...
Рис. 8.40. Метчик
Последовательность получения резьбы в глухих отверстиях
(блоках цилиндров, картерах, рис. 8.41):
• высверливание колодца. Диаметр сверла должен быть выбран из таблицы рекомендуемых стандартом ГОСТ 9150–81
«Резьба метрическая. Профиль» величин.
• последовательное нарезание резьбы комплектом из двух
или трех метчиков (первого, второго, третьего, по числу колец на
хвостовике инструмента) в зависимости от размера резьбы.
Рис. 8.41. Последовательность получения резьбы в глухих отверстиях
176
8.6. Особенности базирования и механической обработки деталей...
Накатывание резьбы. Основной промышленный метод изготовления резьбы – накатка на специальных резьбонакатных
станках, имеющих корпус трехроликовой головки 1, роликодержатель 2 и накатной ролик 3 (рис. 8.42). Деталь 4 зажимается в тисках суппорта. В этом случае при большой производительности
обеспечивается получение высокого качества изделия (формы,
размеров и шероховатости поверхности).
Рис. 8.42. Накатывание резьбы (см. обозначения в тексте)
Процесс накатывания резьбы кардинально отличается от
предшествующих способов создания резьбы тем, что образование резьбы на поверхности детали происходит без снятия
стружки – за счет пластической деформации поверхности обрабатываемой детали. Деталь просто прокатывают между двумя
плоскими плашками (рис. 8.43, I) или цилиндрическими роликами (рис. 8.43, II, III), имеющими резьбовой профиль, и на
стержне выдавливается резьба такого же профиля. Наибольший
диаметр накатываемой резьбы 25 мм, наименьший 1 мм; длина
накатываемой резьбы 60…80 мм.
177
Глава 8. Особенности механической обработки автомобильных деталей...
Рис. 8.43. Накатывание резьбы
Фрезерование резьбы. Фрезерование наружной и внутренней
резьбы производится на специальных резьбофрезерных станках.
В этом случае вращающаяся гребенчатая фреза при радиальной
подаче врезается в тело детали и фрезерует резьбу на ее поверхности. Периодически происходит осевое перемещение детали
или фрезы от специального копира на величину, равную шагу
резьбы за время одного оборота детали (рис. 8.44).
Рис. 8.44. Фрезерование резьбы
178
8.6. Особенности базирования и механической обработки деталей...
Шлифование точной резьбы. Шлифование как способ создания резьбы применяется главным образом для получения точной
резьбы на сравнительно коротких резьбовых деталях, например
резьбовых пробках – калибрах, резьбовых роликах и т. д.
Сущность процесса заключается в том, что шлифовальный круг, расположенный к детали под углом подъема резьбы, при быстром вращении и при одновременном медленном
вращении детали с подачей вдоль оси на величину шага резьбы за один оборот вырезает (вышлифовывает) часть поверхности детали. В зависимости от конструкции станка и ряда других факторов резьба шлифуется за два-четыре и более прохода
(рис. 8.45).
Рис. 8.45. Шлифование точной резьбы
В конце XIX в. массовое производство крепежных деталей
от станочной обработки прутковых заготовок перешло на холодный способ непрерывного формообразования из проволоки или
прутка (рис. 8.46). Схема процесса накатки резьбы представлена на рис. 8.47.
Процесс изготовления болта холодной штамповкой
(см. рис. 8.46) начинается с подачи стального прутка с бобины 1
на правúльную машину и фильеру, а затем пруток режется на
части 2. Полученные заготовки подаются в штамповочную машину, где производится их предварительная формовка, штамповка круглой головки, которой придается многогранная форма 3.
Затем на торцевой части заготовки болта делается фаска 4 и с помощью двух плашек нарезается резьба 5.
179
Глава 8. Особенности механической обработки автомобильных деталей...
Рис. 8.46. Холодный способ непрерывного формообразования
из проволоки или прутка
180
8.6. Особенности базирования и механической обработки деталей...
Рис. 8.47. Схема процесса накатки резьбы
Стандартная система метрической резьбы, разработанная
Международной организацией по стандартизации (ISO), была
принята в 1964 г. Она получила распространение в странах, использующих метрическую систему мер. Оптимальная метрическая система крепежных изделий, предложенная Институтом
промышленных крепежных изделий в 1971 г. как усовершенствованный вариант стандарта ISO, легла в основу системы Американского национального института стандартов (ANSI/ISO) и стала
международным стандартом метрической резьбы (рис. 8.48).
Важным и эффективным средством модернизации и оптимизации крепежных соединений в автомобильной технике следует
считать унификацию применяемых конструкций болтов и винтов,
в том числе за счет использования единых стандартов, гармонизированных со стандартами ISO. Одним из возможных вариантов предлагается повсеместное применение крепежных деталей
со звездообразными (волнистыми) элементами для передачи крутящего момента (приводами) типа torx.
В отечественном автомобилестроении крепеж со звездообразным приводом применяется на автомобилях ГАЗ и ВАЗ, двигателях ЗМЗ, их компонентах.
Применение звездообразного привода выгодно с технической и экономической сторон: сокращается расход металла и вес крепежных деталей, уменьшаются габариты соединяемых деталей. Такой привод надежнее передает крутящий момент
181
Глава 8. Особенности механической обработки автомобильных деталей...
от инструмента за счет большей площади контакта с ним. Хорошие перспективы имеются по унификации самонарезающих винтов, гаек и других крепежных деталей.
Рис. 8.48. Профили стандартных резьб
На рис. 8.49–8.52 показаны возможные варианты унификации
винтов и болтов, сокращения массогабаритных размеров.
182
8.6. Особенности базирования и механической обработки деталей...
ВИНТЫ с
полукруглой,
цилиндрической,
ВИНТЫ с
цилиндрической
головкой и
волнистым
углублением
ШАЙБЫ
плоской
головками
ВИНТЫ с
фасонной
головкой и
фланёцем, с
волнистым
углублением
ВИНТЫ с
цилиндрической
головкой и
шестигранным
углублением
БОЛТЫ с
шестигранной
уменьшенной
головкой
БОЛТЫ с
шестигранной
головкой
Рис. 8.49. Схема перехода на винты с внутренним волнистым приводом
БОЛТЫ с
наружным
волнистым
приводом
ВИНТЫ с
цилиндрической
головкой и
шестигранным
углублением
ШАЙБЫ
БОЛТЫ с
шестигранной
уменьшенной
головкой
БОЛТЫ с
наружным
волнистым
приводом
и фланцем
БОЛТЫ с
шестигранной
головкой
БОЛТЫ с
шестигранной
уменьшенной головкой
и фланцем
БОЛТЫ с
шестигранной головкой
и фланцем
Рис. 8.50. Схема перехода на болты с наружным волнистым приводом
183
Глава 8. Особенности механической обработки автомобильных деталей...
Рис. 8.51. Эффективность применения головок болтов с волнистым
приводом
Рис. 8.52. Пример сокращения массогабаритных размеров
Современное автоматизированное оборудование для производства болтов представлено на рис. 8.53.
184
8.6. Особенности базирования и механической обработки деталей...
Рис. 8.53. Оборудование для холодной высадки болтов
185
Глава 9. МЕХАНИЗАЦИЯ И АВТОМАТИЗАЦИЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
В МАШИНОСТРОЕНИИ
Механизация и автоматизация производственных процессов –
это комплекс мероприятий, предусматривающих замену ручных
операций машинами и механизмами, внедрение автоматических
станков, отдельных линий и производств.
Структура, этапы и содержание этих процессов содержатся
в ГОСТ 23004–78 «Механизация и автоматизация технологических процессов в машиностроении и приборостроении. Основные термины, определения и обозначения».
По видам механизация (автоматизация) технологических процессов разделяется:
• на частичную;
• полную;
• комплексную.
Частичная механизация (автоматизация) технологических
процессов или их систем заключается в замене части затрат энергии людей затратами энергии неживой природы, исключая (включая) управление.
Полная механизация (автоматизация) технологических процессов или их систем заключается в полной замене затрат энергии людей затратами энергии неживой природы, исключая (включая) управление.
Комплексная механизация (автоматизация) технологических
процессов заключается в механизации (автоматизации) двух или
более первичных составных частей технологического процесса
или системы технологических процессов, исключая (включая)
управление.
В первую очередь замена энергии неживой природы происходит в средствах технологического оснащения (СТО) при механизации (автоматизации) технологического процесса. Под
186
Глава 9. Механизация и автоматизация технологических процессов...
средствами технологического оснащения при механизации (автоматизации) технологического процесса понимается техническое устройство, функционирующее и управляемое при участии
людей, без использования энергии неживой природы. К ним относятся:
• ручное техническое устройство;
• механизированно-ручное (автоматизированно-ручное);
• механизированное (автоматизированное) техническое
ус­т ройство;
• автоматическое техническое устройство.
К техническим устройствам относят машины, инструменты,
приспособления и т. д.
Ручное техническое устройство – это техническое устройство,
изделие машиностроения или приборостроения для преобразования, добычи, перемещения, контроля объектов или управления ими.
Механизированно-ручное (автоматизированно-ручное) техническое устройство – это техническое устройство, функционирующее при одновременном применении энергии людей и неживой
природы, которое управляется людьми без использования (с частичным использованием) энергии неживой природы.
Механизированное (автоматизированное) техническое устройство – это техническое устройство, функционирующее при последовательном применении энергии людей и неживой природы,
которое управляется людьми без использования (с частичным использованием) энергии неживой природы.
Автоматическое техническое устройство – это техническое
устройство, функционирующее и управляемое по заданному алгоритму с использованием энергии неживой природы, без непосредственного участия людей.
По роду применяемой энергии неживой природы СТО делятся:
• на электрические машины;
• пневматические машины;
• гидравлические машины.
СТО по удобству пользования делятся на ручные (РМ), передвижные (ПМ) и стационарные (СМ).
Электрические машины (инструменты) по сравнению с пневматическими обеспечивают более стабильное значение крутящего
187
Глава 9. Механизация и автоматизация технологических процессов...
момента на шпинделе привода, меньший шум, больший КПД,
меньшую стоимость эксплуатации, но не допускают значительных и длительных перегрузок.
Примеры электрического инструмента – различные электродрели, электрические приводы и др. (рис. 9.1).
Рис. 9.1. Основные виды электроинструмента
По направлению вращения машины изготовляют с односторонним направлением вращения и реверсивные.
По исполнению сверлильные машины делят на прямые и угловые, используемые для работы в труднодоступных местах.
Сверлильные машины иногда выполняют с несколькими скоростями вращения шпинделя или с плавным регулированием его
частоты вращения.
Для работы таких инструментов необходимо прикладывать
осевую силу от 50 до 5000 Н, при этом возникают крутящие моменты до 50 Нм.
Пневматические
механизированные
ручные
машины (инструменты) по сравнению с электрическими более
188
Глава 9. Механизация и автоматизация технологических процессов...
надежны и долговечны, так как не боятся перегрузок и не требуют устройств, ограничивающих крутящий момент, более просты и менее трудоемки в обслуживании, но обладают меньшим
КПД, большим шумом (до 75 дБ) и требуют применения дополнительных устройств фильтро-влагоотделения, маслораспылителя, регулятора давления.
Регулирование давления (крутящего момента) осуществляется с помощью редукционных клапанов или дросселей.
Для сборки резьбовых соединений, требующих момент затяжки более 5 кг ∙ м, применяют ударно-импульсные пневматические гайковерты, имеющие двигатели меньшей массы и мощности (рис. 9.2). Энергоемкость их и КПД в несколько раз выше по
сравнению с гайковертами вращательного движения, но при работе ударно-импульсных машин наблюдается повышенный уровень шума и вибрации.
Основу конструкции данного вида оборудования составляет пневматический двигатель, к которому компрессор подает
сжатый воздух, далее приводящий в действие механизм вращения, нагнетания или же удара – в зависимости от типа инструмента.
Пневматические сверлильные ручные машины выпускают
прямыми и угловыми. Прямые сверлильные (рис. 9.3) имеют
корпус, в который встроен одно- или двухступенчатый планетарный редуктор. У угловых машин планетарный редуктор работает совместно с конической или цилиндрической передачей. Шпиндель прямых сверлильных ручных машин (РМ)
имеет внешний или внутренний конус Морзе, шпиндель угловых – только внутренний конус Морзе. Вращение шпинделю сообщается через одноступенчатый планетарный редуктор 3 от
встроенного в корпус 2 нереверсивного ротационного пневмодвигателя 4. Сжатый воздух поступает к двигателю через пусковое устройство по каналу 5 в рукоятке 8.
Пневматические сверлильные РМ способны сверлить отверстия диаметром до 32 мм (по стали), имеют частоту вращения
шпинделя (на холостом ходу) 6,6…33 с–1, мощность двигателя
0,4…1,8 кВт, массу 1,7…8 кг.
189
Глава 9. Механизация и автоматизация технологических процессов...
Рис. 9.2. Пневматические машины
190
Глава 9. Механизация и автоматизация технологических процессов...
Рис. 9.3. Схема пневматической сверильной машины
Шлифовальные пневмомашины выполняют прямыми, угловыми и торцовыми. Торцовую шлифовальную машину (рис. 9.4) применяют в основном для шлифования или полирования металлических и неметаллических поверхностей. Шлифовальный круг 9
крепится к валу ротора пневмодвигателя 3 с помощью спецприспособления и защищен кожухом 8. Постоянная частота вращения
круга на холостом ходу обеспечивается центробежным шариковым регулятором 4. Корпус 2 машины имеет основную 6 и дополнительную рукоятки.
4
6
5
3
2
8
7
1
9
Рис. 9.4. Пневматическая торцовая шлифовальная машина
191
Глава 9. Механизация и автоматизация технологических процессов...
Прямые машины могут работать с кругами диаметром
63…150 мм, торцовые и угловые – с чашечными кругами диаметром 125… 180 мм. Частота вращения шпинделя пневмошлифовальных машин 75…200 с–1.
Пневматические гайковерты делятся на частоударные с частотой ударов 15…20 с–1 и редкоударные с частотой ударов 2…3 с–1.
Они различаются между собой в основном конструкцией и принципом действия ударно-вращательного механизма. Пневматический гайковерт состоит из корпуса, реверсивного ротационного
пневматического двигателя с глушителем, ударно-вращательного
механизма, рукоятки с пусковым устройством и механизмом реверса с переключателем.
Гайковерты выпускают прямыми и угловыми, а редкоударные – только прямыми. Прямые гайковерты выполнены по безредукторной схеме, в конструкцию угловых машин включен одноступенчатый цилиндрический редуктор.
Частоударные пневмогайковерты обеспечивают сборку резьбовых соединений диаметром 14…36 мм за 4…10 с и развивают
наибольший момент затяжки 100…1600 Нм.
Редкоударные пневмогайковерты предназначены для тарированной затяжки ответственных резьбовых соединений диаметром 20…60 мм и развивают энергию удара 25…160 Дж.
Ударный механизм пневматического гайковерта (рис. 9.5) помещен в металлический корпус 15, а пневмодвигатель 11 с механизмом реверса 14 и пусковым устройством 13 – в пластмассовой
рукоятке 12. Ударно-вращательный механизм включает составной
ударник и синхронизирующее устройство. Ударник состоит из ведущей части 10, соединенной с выходным валом пневмодвигателя, и ведомой 8 с кулачками 6 для передачи крутящего момента на
шпиндель 2 с ключом и кулачками 5 с помощью синхронизирующего устройства. Устройство состоит из синхронизирующей втулки 16, закрепленной на валике 7, центробежных грузов 9, силовой 4 и возвратной 3 пружин. При поступлении сжатого воздуха
в пневмодвигатель приводятся во вращение элементы ударно-вращательного механизма. По достижении ударником определенной
угловой скорости грузы 9 под действием центробежной силы смещаются к периферии в радиальном направлении по наклонным
192
Глава 9. Механизация и автоматизация технологических процессов...
поверхностям ведомой части ударника и, сжимая пружину 4, перемещают ведомую часть ударника в осевом направлении до зацепления с синхронизирующей втулкой 16.
4
1
2
5
6 7 8
9 10
11
3
16 15
12
14
13
Рис. 9.5. Пневматический редкоударный гайковерт
По мере увеличения угловой скорости ведомая часть ударника, толкаемая центробежными грузами, продолжает осевое перемещение вместе с синхронизирующей втулкой в сторону шпинделя, преодолевая сопротивление пружин 3 и 4 до тех пор, пока
не будет обеспечено зацепление кулачков 5 и 6 на полную высоту. Происходит удар, при котором кинетическая энергия вращающегося ударника передается шпинделю и закрепленному на
нем ключу. После удара скорость ведомой части ударника резко
снижается и она под действием пружины 4 возвращается в исходное положение, размыкая кулачки 5 и 6, после чего цикл затяжки повторяется. Процесс затяжки осуществляется 5…15 ударами
за 4…10 с.
193
Глава 9. Механизация и автоматизация технологических процессов...
Пневматические ножницы (рис. 9.6) предназначены для резки
листового металла и проката при максимальной толщине разрезаемого металла 1,6…2,5 мм. По типу режущего инструмента они
разделяются на ножевые и вырубные.
а)
б)
Рис. 9.6. Пневматические ножницы
Составными частями пневматических ножниц являются ротационный пневмодвигатель 12, пусковое устройство 13, планетарный одноступенчатый редуктор 9, эксцентриковый механизм,
рабочий инструмент, пластмассовые корпуса 8, 11 и 14 соответственно головки, пневмодвигателя и рукоятки. Пневмодвигатель
с планетарным редуктором встроены в рукоятку, которая служит
также глушителем шума. На выступающем конце водила 7 редуктора имеется эксцентрик, вращательное движение которого
преобразуется в возвратно-поступательное движение ползуна 6.
У ножевых ножниц (рис. 9.6, а) к ползуну крепится держатель 4
с подвижным ножом 3, а неподвижный нож 2 закреплен на улитке 3, жестко соединенной с корпусом головки.
Подвод сжатого воздуха в двигатель осуществляется рукояткой 14 и вызывает вращение вала 10 ротора. Вращательное движение ротора преобразуется в возвратно-поступательное движение ползуна с ножом, производящих резание листового металла.
194
Глава 9. Механизация и автоматизация технологических процессов...
Гидравлические машины (инструменты) применяются для
выполнения технологических операций, требующих применения
больших усилий (более 10 кг ∙ м).
Их основной недостаток – большая масса инструмента и ограниченная мобильность.
Примером гидравлических машин являются гидравлические
системы различных стендов, подъемников, манипуляторов, домкратов, силовых отрезных и гибочных машин, многошпиндельных гайковертов (рис. 9.7).
В соответствии с ГОСТ 23004–78 «Механизация и автоматизация технологических процессов в машиностроении и приборостроении. Основные термины, определения и обозначения» под
механизацией технологического процесса понимается применение энергии неживой природы в технологическом процессе или
его составных частях, полностью управляемых людьми, осуществляемое в целях сокращения трудовых затрат, улучшения условий
производства, повышения объема выпуска и качества продукции.
Под автоматизацией технологического процесса понимается
применение энергии неживой природы в технологическом процессе или его составных частях для их выполнения и управления ими без непосредственного участия людей, осуществляемое
в целях сокращения трудовых затрат, улучшения условий производства, повышения объема выпуска и качества продукции.
Состояние механизации (автоматизации) технологического процесса на предприятии или в цехе – это качество механизации (автоматизации) технологического процесса, определяемое в некоторый
момент времени совокупностью значений характеристик, установленных в нормативно-технической или технической документации.
Показатели, характеризующие технический уровень
производства на предприятии
Между техническим уровнем производства и конечными результатами деятельности предприятия существует прямая связь.
Наиболее объективно технический уровень производства отражают следующие показатели:
• уровень механизации и автоматизации производства продукции (работ);
195
Глава 9. Механизация и автоматизация технологических процессов...
Рис. 9.7. Гидравлические машины
196
Глава 9. Механизация и автоматизация технологических процессов...
• уровень механизации и автоматизации труда;
• доля продукции, произведенной по прогрессивной
технологии;
• доля продукции, отправляемой на экспорт;
• доля продукции, соответствующая мировым стандартам;
• уровень морального износа активной части основных производственных фондов;
• уровень физического износа активной части основных
производственных фондов;
• доля морально изношенного оборудования в общей его
массе.
Механизация производства непрерывно развивается, совершенствуется, переходя от низших к более высоким формам: от
ручного труда к частичной, малой и комплексной механизации
и далее к высшей форме механизации – автоматизации.
К основным показателям, характеризующим уровень механизации и автоматизации, относятся:
1) коэффициент механизации (автоматизации) производства работ Kм(а):
Vм (а )
K м (а ) =
,
Vобщ
где Vм(а) – объем продукции (работ), произведенной с помощью
машин и механизмов (автоматов и автоматических линий) в стоимостном или натуральном исчислении; Vобщ – общий объем продукции (работ), произведенной на предприятии, в стоимостном
или натуральном исчислении;
2) коэффициент механизации (автоматизации) труда Kмат:
K мат =
N м (а )
N м (а ) + N р
,
где Nм(a) – количество рабочих, занятых на механизированных (автоматизированных) работах, чел.; Nр – количество рабочих, выполняющих ручные операции.
Уровень автоматизации производства (Уа) на практике довольно часто определяют из выражения
197
Глава 9. Механизация и автоматизация технологических процессов...
Ка
,
Ка + К
где Ка – количество автоматизированного оборудования в штуках
или его стоимость в рублях; К – количество или стоимость неавтоматизированного оборудования.
В определенной мере уровень механизации производства характеризует и такой показатель, как техническая вооруженность
труда (Kт.в):
Ф
K т.в = а ,
N
где Фа – среднегодовая стоимость активной части основных производственных фондов; N – среднесписочная численность работников предприятия или рабочих.
Уа =
Уровни автоматизации производства
Уровень и способы автоматизации зависят от серийности
производства и оснащенности его техническими средствами.
Первый уровень автоматизации – автоматизация цикла обработки. Она заключается в управлении последовательностью
и характером движений рабочего инструмента в целях получения заданной формы, размеров и качества поверхности на
обрабатываемой детали. Наиболее полное воплощение автоматизация этого уровня получила в станках с числовым программным управлением (ЧПУ) (рис. 9.8). Производительность
труда возрастает в 2–4 раза по сравнению со станками, имеющими ручное управление.
Числовое программное управление (ЧПУ) – компьютеризованная система управления, управляющая приводами металлообрабатывающего оборудования, оборудования для резки листовых
заготовок, для обработки давлением и т. д.
Системы типа NC (англ. numerical control), появившиеся первыми, предусматривали использование жестко заданных схем
управления обработкой – например, задание программы с помощью штекеров или переключателей, хранение программ на внешних носителях. Каких-либо устройств оперативного хранения
данных, управляющих процессоров не предусматривалось.
198
Глава 9. Механизация и автоматизация технологических процессов...
Рис. 9.8. Станок с числовым программным управлением (ЧПУ)
Более современные системы ЧПУ, называемые CNC (англ. com­
puter numerical control), основаны на системе управления,
построенной:
• на микроконтроллере;
• программируемом логическом контроллере;
• управляющем компьютере на базе микропроцессора.
Второй уровень автоматизации – автоматизация загрузки
(постановки и снятия деталей со станка).
Наибольшей универсальностью и быстротой переналадки обладают промышленные роботы (ПР), используемые в качестве загрузочных устройств (рис. 9.9).
Второй уровень автоматизации все чаще обеспечивается созданием роботизированных технологических комплексов (РТК)
(рис. 9.10), в которых робот обслуживает одну единицу или группу оборудования (ГОСТ 12.2.072–98 «Роботы промышленные»).
Роботизированный технологический комплекс – это автоматизированная система управления производственными процессами при помощи одного или нескольких промышленных роботов,
которые выполняют повторяющиеся технологические операции
и могут интегрироваться с дополнительным оборудованием.
199
Глава 9. Механизация и автоматизация технологических процессов...
Рис. 9.9. Промышленный робот (ПР)
Рис. 9.10. Роботизированный технологический комплекс (РТК)
200
Глава 9. Механизация и автоматизация технологических процессов...
По своему назначению роботизированные комплексы делятся
на следующие категории.
По видам производства:
• РТК механообработки;
• роботизированные сварочные комплексы (рис. 9.12).
По наименованию операций:
• РТК токарной обработки;
• РТК фрезерной обработки;
• РТК плазменной обработки;
• РТК дуговой обработки.
По виду предметов труда:
• РТК тел вращения;
• РТК корпусных деталей;
• РТК плат.
Второй уровень автоматизации обеспечивается созданием
адаптивных роботизированных технологических комплексов,
а также единичных гибких производственных модулей (ГПМ),
представляющих собой комплект, состоящий из многооперационного станка (обрабатывающего центра), устройств приема и перемещения спутников (полет), ПР (или автооператоров), устройств
контроля, диагностирования, подналадки и других вспомогательных механизмов и устройств, управляемый от общего устройства
управления (рис. 9.11, 9.12).
Рис. 9.11. Схема ГПМ на базе многоцелевого
станка с ЧПУ и промышленного робота
201
Глава 9. Механизация и автоматизация технологических процессов...
ГПМ для фрезерно-сверлильно-расточных операций, разработанный на базе многоцелевого станка ИР-320ПМФ и робота
РМ-04 (см. рис. 9.11), включает станок 1, загрузочный робот 6,
кронштейн 4, накопитель заготовок и деталей 5, зажимное
устройство с автономным приводом 3, четыре зажимных приспособления 2, закрепленные по одному на каждом сменном
приспособ­лении-спутнике поворотного загрузочного стола станка, автоматизированную систему управления 7.
Рис. 9.12. Роботизированный сварочный комплекс
Третий уровень автоматизации – автоматизация контроля:
• за состоянием инструмента и своевременной его заменой
(контроль за фактическим ресурсом каждого инструмента и размерный контроль положения режущих кромок);
• качества обрабатываемых деталей (размеров, а в необходимых случаях и обрабатываемой поверхности);
• за состоянием станка и удалением стружки, а также контроль и подналадка технологического процесса (адаптивное
управление).
Но на вершине контрольно-измерительной техники находятся
контрольно-измерительные машины (КИМ) (рис. 9.13).
202
Глава 9. Механизация и автоматизация технологических процессов...
Рис. 9.13. Автоматический контроль щупом измерительной машины
При соприкосновении с поверхностью детали измерительная головка фиксирует координаты и перемещается к следующей
точке. Все точки касания фиксируются в памяти компьютера,
и затем распечатывается дефектовочный лист. Как и на большинстве станков, программирование контрольно-измерительной машины производится или в ручном, или в автоматическом режиме. В ручном режиме оператор джойстиком подводит на большой
скорости щуп к детали, останавливает его, отмечает точку и направляет щуп к детали на малой скорости.
Во многих отраслях, включая автомобильную и авиакосмическую промышленность, необходимо осуществлять точные трехмерные измерения крупногабаритных объектов. Все большую
популярность приобретает способ измерений лазерными контрольно-измерительными машинами, впервые появившимися
в конце 1980-х годов (рис. 9.14).
Некоторые контрольно-измерительные машины измеряют характеристики объектов вблизи и на расстоянии 60 метров. Некоторые имеют типичную одноточечную погрешность около
0,001 дюйма (25 микрометров) на дальностях, достигающих нескольких метров.
203
Глава 9. Механизация и автоматизация технологических процессов...
Рис. 9.14. Лазерная контрольно-измерительная машина
Четвертый уровень автоматизации – автоматическая переналадка оборудования (рис. 9.15).
Рис. 9.15. Структурные компоновки автоматических линий:
а – однопоточная последовательного действия; б – однопоточная
параллельного действия; в – многопоточная; г – смешанная (с ветвящимся
потоком); 1 – рабочие агрегаты; 2 – распределительные устройства
204
Глава 9. Механизация и автоматизация технологических процессов...
В серийном производстве автоматическая переналадка оборудования должна обладать универсальностью и обеспечивать возможность быстрой переналадки для изготовления различной однотипной продукции.
Оборудование с автоматической переналадкой экономически
выгодно при обработке любых партий деталей и пригодно к выпуску сборочных комплектов деталей, необходимых для обеспечения ритмичной работы сборочных цехов. Оно позволяет существенно сократить объемы незавершенного производства, свести
к минимуму производственный цикл изготовления изделий.
Высокая стоимость всех средств автоматизации, технические
трудности, стоящие на пути создания высоконадежного оборудования и средств контроля и управления, пока сдерживают широкое использование в машиностроении этой наиболее высокой
ступени автоматизации.
Пятый уровень автоматизации – гибкие производственные
системы (ГПС) (рис. 9.16).
Гибкая производственная система (ГПС) – отдельная единица технологического оборудования или совокупность таких единиц, а также систем обеспечения их функционирования в автоматическом режиме. Гибкая производственная система обладает
свойством автоматизированной переналадки при выпуске изделий
производственной номенклатуры в пределах технических возможностей технологического оборудования. ГПС обеспечивают автоматическое производство деталей различными партиями. При
этом себестоимость продукции и производительность ГПС близки к достигаемым в современном массовом производстве при изготовлении деталей одного наименования.
Разные изделия при своем производстве проходят ряд технологических процессов, которые объединены по пространству и времени в различные организационно-технологические структуры.
По организационной структуре производства гибкие производственные системы подразделяются на пять уровней.
Первый уровень – гибкие производственные модули (ГПМ), являющиеся основой гибкого производства. Это ГПС, состоящая
из единицы технологического оборудования, оснащенная автоматизированным устройством программного управления на базе
205
Рис. 9.16. ГПС производства зубчатых колес
Глава 9. Механизация и автоматизация технологических процессов...
206
Глава 9. Механизация и автоматизация технологических процессов...
микропроцессора микро- или мини-ЭВМ, а также средствами автоматизации технологического процесса, автономно функционирующая и имеющая возможность встраиваться в систему более
высокого уровня (рис. 9.17).
Рис. 9.17. Гибкий производственный модуль
с портальным манипулятором
ГПМ предназначен для автоматической комплексной обработки деталей типа валов и фланцев.
В состав гибкого производственного модуля входят:
• токарный многофункциональный станок с ЧПУ;
• портальный манипулятор;
• стол-паллета для укладки заготовок и обработанных деталей.
На рис. 9.17 ГПМ имеет следующие характеристики: грузоподъемность робота – 70 кг; захват робота – двойной; число управляемых осей – 6; скорость быстрых перемещений – 2000 мм/c.
Манипулятор забирает с паллеты заготовку и устанавливает
в патрон токарного станка. После обработки заготовки с одной
стороны манипулятор переворачивает ее, а после полной обработки – вынимает из станка и укладывает на ту же паллету, а с другой – устанавливает в патрон следующую заготовку.
207
Глава 9. Механизация и автоматизация технологических процессов...
Второй уровень – гибкая автоматизированная линия (ГАЛ).
Гибкая автоматизированная линия (ГАЛ) – ГПС, состоящая из нескольких гибких производственных модулей, объединенных автоматизированной системой управления, в которой технологическое оборудование расположено в принятой последовательности
технологических операций.
ГАЛ для обработки головки блока двигателя автомобиля производства «Группа ГАЗ» представлена на рис. 9.18.
Рис. 9.18. Гибкая автоматическая линия для обработки головки блока
двигателя автомобиля производства «Группа ГАЗ»
Классификация автоматических линий (АЛ)
Структура и конструктивное выполнение АЛ определяются ее
назначением, принятым оборудованием и конкретными условиями эксплуатации. АЛ классифицируют по различным признакам:
По типу технологического оборудования АЛ делят на следующие группы:
• из агрегатных станков;
• из модернизированных универсальных станков, полуавтоматов и автоматов общего назначения (для обработки валов, дисков, зубчатых колес и т. д.);
208
Глава 9. Механизация и автоматизация технологических процессов...
• из специализированных и специальных станков, изготовленных только для данной АЛ;
• из станков с ЧПУ и транспортной системы с программным управлением (ПУ), которыми управляет единая управляющая программа (УП).
По виду транспортных систем и способу передачи обрабатываемых заготовок со станка на станок различают АЛ:
1. Со сквозным транспортированием через рабочую зону
(рис. 9.19, б–г). Используются в основном для обработки корпусных заготовок.
2. С верхним транспортированием (рис. 9.19, в). Применяются для обработки заготовок шестерен, фланцев, валов и других
деталей.
3. С боковым (фронтальным) транспортированием
(рис. 9.19, б). Используются при обработке заготовок коленчатых
и распределительных валов, гильз, крупных колес.
4. С комбинированным транспортированием (рис. 9.19, з).
5. С роторным транспортированием, применяемым в роторных АЛ, в которых процессы обработки и транспортирования заготовок частично или полностью совмещены во времени.
По типу расположения оборудования различают замкнутые
(рис. 9.19, з) и незамкнутые (рис. 9.19, а–ж) АЛ. В замкнутых
АЛ загрузка заготовок и съем готовых деталей осуществляются в одном месте, что удобно, но доступ к агрегатам затруднен.
Поэтому наиболее распространены незамкнутые АЛ с прямолинейным, Г-образным, П-образным и другим расположением
обо­рудования.
По структурному построению различают АЛ:
1) с последовательным расположением оборудования
(рис. 9.19, а);
2) с
параллельно-последовательным
расположением
(рис. 9.19, д), когда в участках АЛ работают по несколько станков, выполняющих параллельно одну и ту же операцию, а участки в АЛ расположены последовательно.
По виду обрабатываемых заготовок различают АЛ для обработки корпусных заготовок, заготовок тел вращения и т. д.
209
Глава 9. Механизация и автоматизация технологических процессов...
а)
б)
в)
г)
д)
е)
ж)
з)
Рис. 9.19. Структурное построение автоматических линий
По возможности переналадки АЛ делят на переналаживаемые и непереналаживаемые. На первых периодически выполняется переналадка оборудования с обработки заготовки одного
типа на другой, незначительно отличающихся по размерам и геометрической форме.
Третий уровень – гибкий автоматизированный участок (ГАУ).
Это гибкая производственная система, состоящая из нескольких гибких производственных модулей, объединенных АСУ,
210
Глава 9. Механизация и автоматизация технологических процессов...
функционирующая по технологическому маршруту и предусматривающая возможность изменения последовательности использования технологического оборудования.
По технологическому назначению ГАУ из станков с ЧПУ подразделяют на три группы:
1) для обработки заготовок тел вращения (фланцы, втулки,
валы и т. д.) – участки типа АСВ;
2) для обработки заготовок корпусов (основания, станины,
корпуса коробок скоростей, подач и т. д.) – участки типа АСК;
3) для обработки плоских заготовок (панели, крышки, планки и т. д.) – участки типа АСП.
По компоновке различают ГАУ:
1) с линейной одно- или многорядной компоновкой (станки
расположены в один или несколько рядов, а транспортно-накопительные системы параллельно им);
2) с круговой компоновкой (станки расположены вокруг центрального склада-накопителя);
3) с модульным принципом компоновки.
Из операционных ГАУ комплектуются предметные и узловые
ГАУ (рис. 9.20).
На рис. 9.21 показана схема ГАУ для изготовления деталей
и сборки гидравлических обратных клапанов, включающего механический и сборочный участки.
В механический участок входят многоцелевой обрабатывающий центр (ОЦ) 3 и токарный 1 станки, ПР 2 с шестью степенями
подвижности, оснащенный сменными захватными устройствами
для загрузки заготовок и выгрузки готовых изделий.
После обработки на ОЦ детали очищают от стружки и устанавливают на приспособление-спутник. Затем приспособление-спутник с обработанными деталями поступает в многоярусный склад 6.
Обслуживание склада осуществляется штабелером 5 с ЧПУ.
Сборка изделия производится портальным ПР 7 на двух позициях 8 и 9. Комплектующие детали устанавливают на приспособление-спутник вместе с деталями, прошедшими механическую
обработку. ПР захватывает предварительно ориентированный
крепеж, завинчивает их, окончательно соединяя два узла клапана, и устанавливает клапан на приспособление-спутник.
211
Глава 9. Механизация и автоматизация технологических процессов...
Рис. 9.20. Классификация ГПС (ГАУ)
по функциональному назначению
Между механическим и сборочным участками курсирует тележка 4 с индуктивным управлением, которая перемещается
по трассе 10.
212
Глава 9. Механизация и автоматизация технологических процессов...
6
7
5
3
8
4
9
10
2
1
Рис. 9.21. Гибкий автоматизированный участок
Всей системой управляют несколько микро-ЭВМ, связанные
с общей ЭВМ цеха.
В ГАУ применяют как конвейерные системы, так и автономно управляемые тележки. При увеличении серийности производства стремятся использовать конвейерные системы, а при уменьшении – автономные тележки.
Четвертый уровень – гибкий автоматизированный цех
(ГАЦ). Это гибкая производственная система в виде совокупности гибких автоматизированных линий или участков, предназначенная для изготовления изделий заданной номенклатуры
(ГОСТ 26228–90 «Системы производственные гибкие. Термины
и определения, номенклатура показателей»). На рис. 9.22 показана организационная структура ГПС на уровне ГАЦ.
Пятый уровень – гибкий автоматизированный завод (ГАЗ).
Это гибкая производственная система, представляющая собой совокупность гибких автоматизированных цехов и предназначенная
для выпуска готовых изделий.
Гибкий автоматизированный завод может иметь в своем составе отдельно функционирующие неавтоматизированные участки и цехи (рис. 9.23).
213
Глава 9. Механизация и автоматизация технологических процессов...
Рис. 9.22. Организационная структура ГПС на уровне ГАЦ
214
Глава 9. Механизация и автоматизация технологических процессов...
Рис. 9.23. Организационная структура ГАЗ
Высшим уровнем ГАЗ является гибкое автоматизированное производство (ГАП) – гибкая производственная система, состоящая
из одного или нескольких ГАУ или ГАЦ, объединенных АСУ производством и автоматизированной транспортно-складской системой (АТСС), производящая автоматизированный переход на
изготовление новых изделий при помощи системы автоматизированного проектирования (САПР), автоматизированной системы научных исследований (АСНИ), автоматизированной системы технологической подготовки производства (АСТПП).
Гибкие производственные системы (ГПС) позволяют сократить
время производственного цикла в 30 раз. Коэффициент сменности
оборудования повышается до 2,5–2,7. Экономия производственных площадей достигает 30…40 %.
При модульной структуре производства в ГПС, помимо обрабатывающей составляющей технологического оборудования, входит
ряд других гибких модулей, включая АТСС.
Структура и функции АТСС
Нормальное функционирование ГПС во многом определяется наличием необходимого количества заготовок, режущего
и вспомогательного инструмента и технологической оснастки.
Они должны ограничиваться в соответствующих местах, в требуемом количестве и подаваться по мере необходимости к технологическому оборудованию в необходимые моменты времени. Транспортирование заготовки и оснастки к рабочим местам
215
Глава 9. Механизация и автоматизация технологических процессов...
и загрузочно-погрузочные операции выполняются оборудованием автоматизированных транспортно-складских систем. Пример межцехового и внутрицехового транспорта (при организации
ГАП) приведен на рис. 9.24.
Рис. 9.24. Примеры разновидностей транспортных систем:
а и б – межцеховый и внутрицеховый транспорт
К техническим средствам АТСС относятся:
• краны-шлагбаумы;
• стеллажи для хранения грузов;
• производственная тара;
• устройства, обеспечивающие перегрузку деталей;
• конвейеры;
• транспортные работы (электророботы);
• средства доставки СОЖ;
• средства удаления стружки;
216
Глава 9. Механизация и автоматизация технологических процессов...
• погрузочно-разгрузочное оборудование;
• ПР;
• система управления и специальное оборудование.
Включение в состав ТС АТСС всех транспортных роботов приводит к двукратному увеличению использования машинного времени
оборудования, особенно при обработке деталей малыми партиями.
Расходы на АТСС составляют до 40 % стоимости ГПС. В составе ГПС автоматизированные склады выполняют две основные
функции: оперативную и накопительную.
Оперативная функция состоит в хранении и доставке на рабочие места заготовок и полуфабрикатов, проставлении межоперационных заделов, а также доставке компонентов технологической оснастки, подготовленной для текущих операций.
Накопительная функция состоит в хранении запасов заготовок, а также готовых деталей, предназначенных для комплектации и подачи на сборку в виде узла – машинных комплектов.
Система управления координирует и управляет работой оборудования АТСС в режиме реального времени.
Транспортно-накопительная подсистема
Совокупность транспортных средств и устойчивость хранения элементов материального потока представляет собой транспортно-накопительную подсистему (ТНПС).
Операционные транспортные устройства предназначены
для перемещения заготовки, полуфабриката, готовых изделий,
средств оснащения, стружки и СОЖ в пределах технических операционных единиц, таких как ГПМ, позиции контроля КМ, комплектации (КМ), кантования (КВ).
Общая классификация транспортирующих машин представлена на рис. 9.25.
Транспортные роботы и самодвижущиеся тележки
В автоматизированных транспортных системах используются самоходные транспортные тележки (рис. 9.26), которые могут
иметь различные нагрузки, транспортировать различные детали
от технологического оборудования к складам и обратно.
217
Рис. 9.25. Классификация транспортирующих машин
Глава 9. Механизация и автоматизация технологических процессов...
218
Глава 9. Механизация и автоматизация технологических процессов...
Основные преимущества самоходных тележек:
• небольшие габаритные размеры;
• возможность легкого переадресования;
• создание новых маршрутов;
• возможность оснащения технологическими погрузочноразгрузочными устройствами.
Рис. 9.26. Транспортная тележка
Тележки могут быть рельсовые – для деталей больших размеров – и безрельсовые, управляемые от ЭВМ, перемещающиеся по
заданному маршруту (по магнитоэлектропроводу и т. д.).
Тележка состоит из основания 1 с колесами 6, 9, расположенными по схеме треугольник или ромб, что служит для повышения маневренности тележки и упрощает устройство разворота.
С торцов основания смонтированы выдвижные буферы 5 для автоматического торможения и остановки в случае возникновения
препятствия.
Тележка перемещается на колесах 9 с помощью приводов,
состоящих из редукторов 8, электродвигателей 7 с питанием от
аккумуляторных батарей. На основании монтируется грузовая
платформа 2 для транспортирования и загрузки-выгрузки столовспутников 3 с заготовками 4.
Тележки не только способны обслуживать оборудование в пределах заранее проложенной трассы, но и могут съезжать с пути,
чтобы объехать препятствие или в случае изменения технологического маршрута (рис. 9.27).
219
Глава 9. Механизация и автоматизация технологических процессов...
Рис. 9.27. Классификация способов маршрутослежения
транспортных тележек
Тележки могут быть с различным исполнением грузовых
платформ (рис. 9.28).
Рис. 9.28. Классификация транспортных
автоматических тележек
220
Глава 9. Механизация и автоматизация технологических процессов...
Транспортные роботы (ТР) относятся к ПР и в зависимости от
выполняемых функций подразделяются на напольные и подвесные (рис. 9.29) и имеют типовые конструкции (рис. 9.30).
Транспортные роботы
Напольные
Рельсовые
Подвесные
Безрельсовые
Тянущие
(буксирные)
Монорельсовые
Консольнокрановые
Портальные
Грузонесущие
автоматические тележки
Рис. 9.29. Классификация транспортных роботов
Рис. 9.30. Типовые конструкции промышленных роботов:
а – напольные поворотные; б – напольные с манипулятором;
в – тележечные; г – портальные; д – клещевые;
е – пневмопривод манипулятора; 1 – захват;
2 – возвратно-поступательный узел; 3 – рама
221
Глава 9. Механизация и автоматизация технологических процессов...
Конвейеры
Для непрерывного перемещения различных грузов используют транспортные устройства, которые называют конвейеры.
Конвейеры могут быть с магнитным, цельным, канатным тяговым органом и без тягового органа.
По виду грузонесущего органа конвейеры могут быть ленточными, пластинчатыми, скребковыми, ковшовыми и др.
Перемещение грузовых конвейеров может быть от машинного
привода (электрические или пневматические) или под действием
собственного веса.
Производительность конвейера при перемещении штучных
грузов зависит от массы груза, скорости конвейера, расстояний
между грузами на конвейере, но не зависит от расстояния, на которое транспортируется груз.
Загрузочные устройства
Загрузочные устройства предназначены для снабжения различного оборудования штучными заготовками. Они включают
в себя следующие устройства и механизмы: магазины, бункера,
лотки-питатели, отсекатели, ворошители, делители, толкатели, адресователи и т. д.
Загрузочные устройства делят на автоматические и полуавто­
матические.
Полуавтоматические загрузочные устройства обеспечивают
ориентацию детали только во времени, а ориентацию в пространстве осуществляют вручную. Характерный элемент загрузочного
устройства – магазин загрузочного устройства.
Магазин – емкость для размещения однородных штучных предметов или набор однотипных элементов, объединенных в одном
корпусе. Магазинное загрузочное устройство состоит из накопителя, куда ориентированную деталь рабочий загружает вручную, отсекателя, питателя, отправляющего деталь в рабочую зону.
Автоматические загрузочные устройства обеспечивают ориентацию детали как в пространстве, так и во времени. Характерная особенность таких устройств – наличие бункера того или
иного типа.
222
Глава 9. Механизация и автоматизация технологических процессов...
В связи с многообразием форм заготовок для установки заготовок все большее применение находят приспособления-спутники (ПС) (рис. 9.31) с устройством для автоматической их смены
(рис. 9.32).
Рис. 9.31. Приспособление-спутник
Приспособление-спутник 11 (см. рис. 9.32) устанавливают на
платформу 7 (вместимостью два ПС), на которой смонтированы
гидроцилиндры 10 и 13, штоки которых имеют Т-образные захваты 14 и 6.
При установке на платформу (перемещение по стрелке Б) ПС
своим фигурным вырезом 12 входит в зацепление с захватом 14
штока.
На платформе ПС базируется на роликах 9 и центрируется (по боковым сторонам) роликами 8 (исходное положение ПС
в позиции ожидания).
Перемещение штока гидроцилиндра 10 обусловливает качение (по роликам) ПС.
При выдвижении штока гидроцилиндра 13 захват 6 перемещается (по направляющей штанге) и перемещает ПС по роликам 9
и 10 (в направлении стрелки А) на поворотный стол станка, где
ПС автоматически опускается на фиксаторы.
В результате захват 6 выйдет из зацепления с ПС, и стол станка (с закрепленным на нем ПС) на быстрой подаче переместится
в зону обработки.
223
Глава 9. Механизация и автоматизация технологических процессов...
Рис. 9.32. Устройство для автоматической смены ПС
Заготовку закрепляют на ПС во время обработки предыдущей
заготовки (когда ПС находится в позиции ожидания) или заранее
вне станка.
После того как заготовка будет обработана, стол станка автоматически (на быстрой подаче) передвигается вправо к устройству для смены ПС и останавливается в положении, когда фигурный паз ПС окажется под захватом 6.
Чтобы поменять ПС местами, платформа поворачивается
на 180° (на стойке 15) зубчатым колесом 3, сопряженным с рейкой 4, приводимой в движение гидроцилиндрами 5 и 16.
Платформу 7 точно выверяют относительно поворотного
стола станка с помощью регулировочных болтов 2 и 17, ввернутых в выступы базовой плиты 1, неподвижно закрепленной
на фундаменте.
224
Глава 9. Механизация и автоматизация технологических процессов...
На рис. 9.33 показаны наиболее широко применяемые схемы
загрузочных устройств.
1
2
3
4 3
3
1
2 3 4
3
1
2
4
Рис. 9.33. Схемы компоновок загрузочных устройств: а – поворотное;
б – с раздельной платформой; в – с одной стороны стола
В поворотном загрузочном устройстве (рис. 9.33, а) для смены
столов-спутников 3 стол 2 станка 1 перемещается по одной или
двум координатам в позицию смены заготовок, в которой он стыкуется с загрузчиком 4, после чего на свободную платформу загрузчика со станка перемещается спутник с обработанной деталью. Затем загрузчик 4 поворачивается на 180° и с другой его
платформы на станок перемещается спутник с новой заготовкой.
Загрузочные устройства с раздельными платформами 4, расположенными с двух противоположных сторон от стола станка
(рис. 9.33, б), обычно применяются в достаточно крупных ГПМ
с шириной столов-спутников не менее 1000 мм.
Широко распространено загрузочное устройство с платформами 4, расположенными с одной стороны стола и установленными на подвижном или неподвижном основании (рис. 9.33, в).
На ГПМ для обработки деталей типа тел вращения в качестве
загрузочного устройства используются промышленные роботы,
которые одним захватом могут переносить заготовки различного диаметра.
Бункером называется саморазгружающаяся емкость для бестарного хранения сыпучих и кусковых материалов. Для самотечной разгрузки часто нижнюю часть бункера выполняют с наклонными стенками. В нижней части бункера расположены затворы
и питатели для регулирования выпуска материала. Емкость бункера бывает сферической, цилиндрической и конической формы.
225
Глава 9. Механизация и автоматизация технологических процессов...
Накопители
Как правило, транспортные устройства в ГПС работают в комплексе с накопительными устройствами, которые обеспечивают
ритмичность автоматизированного производства.
Накопительные системы подразделяют:
• на межцеховые;
• цеховые;
• локальные.
Кассетные магазины предназначены для хранения главным
образом крупных деталей (гильз, поршней, колец и пр.), перемещаемых на торцах (рис. 9.34).
Рис. 9.34. Система накопителей заготовок в поддонах
Особенностью такого магазина (см. рис. 9.34) является наличие съемной кассеты 2, что позволяет (для увеличения общей
вместимости магазина) складировать кассеты с деталями вне магазина и выдавать из этого запаса детали 1 через магазин.
Магазин, работая в режиме выдачи, автоматически выгружает детали 1 из кассеты 2, а в режиме приема – загружает детали
с конвейера 3 в кассету 2.
Накопители в виде поддонов. При обработке различных деталей средних размеров типа вал в ГПС для межоперационного
226
Глава 9. Механизация и автоматизация технологических процессов...
накопления применяют накопители в виде поддонов 2, собранных в штабеля 8, 9.
Особенностью накопления заготовок 3 и обработанных деталей 1 в поддонах является возможность тесного складирования,
что предопределяет получение наибольшей вместимости по сравнению с вместимостью других конструкций накопителей.
Работа ГПС с использованием системы поддонов для накопления, с управлением ЧПУ происходит в следующей последовательности: в зависимости от вида обработки выбирается требуемый штабель 9 поддонов с заготовками.
С помощью выдвижного (подъемного) стола 10 самоходной
тележки 11 штабель 9 устанавливают на приемную позицию, которая находится в зоне обслуживания портальным автооператором (штабелеукладчиком) 7. Рука 4 автооператора забирает крайнюю по порядку заготовку 3, а на ее место рука 5 устанавливает
обработанную деталь 1 (см. рис. 9.34).
После этого автооператор 6 перемещается к станку для снятия рукой 5 обработанной детали и загрузки станка рукой 4 новой
заготовки.
Для улучшения использования многоцелевых станков с ЧПУ
их оснащают магазинами-накопителями и загрузочными устройствами для возможности их «безлюдной» технологии.
Все большее применение находят гибкие производственные
модули (ГПМ) с накопителем в виде тактовых столов для обработки деталей типа тел вращения (рис. 9.35).
7
4
6
1
2
3
4
5
Рис. 9.35. Схема работы транспортно-накопительной системы токарного
ГПМ: тактовый стол 1 перемещает заготовки 2, 3 – по команде
системы управления в позицию 5, из которой они переносятся на
станок 7 транспортно-загрузочным устройством ПР 6 и захватываются
автоматическим зажимом 4 станка
227
Глава 9. Механизация и автоматизация технологических процессов...
Устройства для транспортирования
отходов производства
Проблема автотранспортирования, сборки и удаления стружки является одной из важнейших при создании автоматизированных линий, так как без ее решения практически невозможна работа станков в условиях отсутствия обслуживающего
персонала.
Стремление облегчить отвод стружки и СОЖ из зоны резания
в стружкоотводящие устройства привело к тому, что при компоновке ГПМ стали предусматривать свободное пространство под
зоной резания и обрабатываемой заготовкой.
В настоящее время используются в основном два способа отвода стружки: с помощью пневмоотсоса и путем смыва (ссыпанием) непосредственно в тару или на механические спусководящие устройства.
Стружкоотводящие устройства в виде пневмоотсоса используются при образовании стружки в виде мелкой крошки и пыли
без СОЖ, например в ГПМ для сверления печатных плат, для лазерной обработки и т. д.
Удаление стружки из рабочих зон станков может выполняться с помощью конвейеров различных типов. Так, для транспортирования сыпучей стружки, которая образуется при обработке
хрупких материалов (чугун, бронза и др.), применяют ленточные, скребковые, цепные конвейеры. Для транспортировки стальной стружки, которая имеет большой объем при малой плотности, используются шнековые конвейеры.
Возможны три системы отвода и транспортирования стружки
от станков, входящих в ГПС:
• в контейнерах, когда у определенных станков ГПС стружка
собирается в специальную тару (ящик, тележки);
• на конвейерах, проходящих вне станков ГПС и имеющих
отводящие конвейеры того или иного типа от отдельных станков;
• на конвейерах, проходящих под станками ГПС в специальных тоннелях; при такой системе транспортирования
исключается необходимость иметь на каждом станке ГПС
устройства, отводящие стружку на общий конвейер, так как
228
Глава 9. Механизация и автоматизация технологических процессов...
последний располагается непосредственно под зонами обработки станков.
Пластинчатые транспортеры (конвейеры) являются наиболее универсальными конвейерами. Главным образом они предназначены для транспортировки длинной стружки (например, от
токарных станков), но их можно использовать также для транспортировки мелких деталей (рис. 9.36).
Рис. 9.36. Пластинчатый транспортер (конвейер)
Скребковые транспортеры (конвейеры) предназначены для
транспортировки мелкой стружки и всех видов сыпучих материалов. Они применяются к фрезерным, ленточно-пильным и другим станкам, производящим мелкую стружку. Эти конвейеры непригодны для транспортировки длинной спиральной стружки
(рис. 9.37).
Для очистки стружки от СОЖ применяют различные сепараторы (рис. 9.38).
Магнитный сепаратор предназначен для очистки СОЖ от ферромагнитных загрязнений. Конструкция магнитного сепаратора
обеспечивает непрерывную очистку СОЖ от ферромагнитных
загрязнений.
Ленточный фильтр предназначен для тонкой очистки СОЖ.
Степень очистки зависит от типа применяемой фильтрационной
ткани. Конструкция ленточного фильтра обеспечивает непрерывный фильтрационный процесс (рис. 9.39).
229
Глава 9. Механизация и автоматизация технологических процессов...
Рис. 9.37. Скребковый конвейер
Рис. 9.38. Магнитный сепаратор
Рис. 9.39. Ленточный фильтр
230
Глава 9. Механизация и автоматизация технологических процессов...
Применяются и комбинированные устройства – станции.
Станция фильтрации (рис. 9.40) является комбинацией ленточного фильтра, магнитного сепаратора и накопительного бака
СОЖ, или ленточного фильтра и накопительного бака СОЖ, или
магнитного сепаратора и накопительного бака СОЖ, или ленточного фильтра и магнитного сепаратора.
Рис. 9.40. Станция фильтрации
231
Глава 10. ИСПЫТАНИЕ АВТОМОБИЛЬНОЙ
ТЕХНИКИ
Требования к качеству каждого собранного автомобиля определяют по двум типам документов. Первый документ – ГОСТ.
Например, ГОСТ 21398–75 «Автомобили грузовые. Общие технические требования», ГОСТ 20774–75 «Автобусы. Общие технические требования» и другие. Второй документ – технические
условия на каждую выпускаемую модель.
Кроме того, существуют отраслевые стандарты (ОСТ), регламентирующие обкатку и испытания образцов автомобильной техники, например ОСТ 37.001.509–73 «Испытания опытных образцов и изделий серийного производства».
Цель испытаний – проверка соответствия автомобиля утвержденной характеристике, действующим стандартам и техническим
условиям, а также контроль качества изготовления и сборки автомобиля. Так, контрольным испытаниям должно быть подвергнуто не менее одного автомобиля в квартал, а длительным – два
автомобиля в год, испытываемых одновременно. Отбор автомобилей для испытания должен проводиться из готовой продукции
завода, принятой отделом технического контроля (ОТК), представителями организации, проводящей данные испытания.
В основу испытания принимается типовая программа, входящая в состав документации, регламентирующей объем (программу) и методы приемочных испытаний. В настоящее время такими документами являются рекомендации Совета экономической
взаимопомощи (СЭВ) PC 1685–69 «Автомобили и автопоезда.
Методы испытаний» и «Типовые программы-методики приемочных испытаний» различных видов автомобилей (легковых, грузовых и автобусов), утверждаемые Министерством автомобильной промышленности.
По методам, условиям и месту проведения испытания делятся на:
232
Глава 10. Испытание автомобильной техники
• стендовые (лабораторные);
• полигонные с использованием разных видов дорог, бассейнов, ванн, подъемов, неровностей и т. д.;
• дорожные с регламентацией качества дорог общего поль­
зования;
• эксплуатационные в экспериментально-производственных
и опорных автомобильных хозяйствах и испытания в северных,
тропических, высокогорных и других особых условиях.
По продолжительности проведения испытания разделяют на
нормальные и ускоренные.
Нормальные испытания – это испытания автомобиля, методы
и условия проведения которых обеспечивают получение необходимого объема информации в такой же срок, как и в предусмотренных условиях и режимах эксплуатации.
При ускоренных испытаниях необходимую информацию получают в более короткий срок.
Ускоренные испытания по степени интенсификации разделяют на форсированные и сокращенные соответственно с интенсификацией и без интенсификации процессов, вызывающих отказы
или повреждения.
Форсированные испытания проводят при увеличенных нагрузках (температурах, давлениях, скоростях и т. д.).
При сокращенных испытаниях результаты обрабатывают с использованием методов экстраполяции и т. п.
По оцениваемым эксплуатационно-техническим свойствам
различают испытания на тягово-скоростные качества, топливную экономичность, тормозные качества, управляемость и устойчивость, плавность хода, проходимость, шум
и вибрацию, эргономические качества и обитаемость, надежность, пассивную безопасность и др.
Доводочные испытания проводят в процессе разработки
опытных образцов для оценки влияния вносимых в них изменений с целью достижения требуемых показателей качества.
Предварительные испытания – контрольные испытания
опытных образцов автомобилей, проводимые для определения
возможности их предъявления на приемочные испытания.
233
Глава 10. Испытание автомобильной техники
Приемочные испытания – контрольные испытания опытных
образцов автомобилей, проводимые соответственно для решения вопроса о целесообразности постановки на производство
модели или передачи ее в эксплуатацию. Приемочные испытания проводят по программе, при составлении которой учитывают типовые методики приемочных испытаний отдельных видов
автомобилей, действующие в стране. Приемочные испытания
могут быть ведомственными, межведомственными и государственными.
При испытаниях образцов установочной серии оценивают эффективность работ по устранению выявленных в процессе приемочных испытаний недостатков, осуществляют контроль качества изделий, поставляемых смежными производствами.
Периодические контрольные испытания серийных образцов могут быть краткими и длительными. После испытаний
дают заключение о качестве изготовленного автомобиля, соответствии его техническим условиям, эффективности проведенных предприятием-изготовителем мероприятий по улучшению
конструкции. При длительных контрольных испытаниях, кроме
того, проверяют надежность работы автомобиля в целом, его
агрегатов, узлов и деталей в пределах гарантийного пробега.
Испытания на надежность проводят для определения или
оценки показателей надежности работы в заданных эксплуата­
ционных условиях.
Ресурсные испытания – испытания на долговечность, проводимые для определения технического ресурса автомобиля или
подтверждения назначенного ресурса. В процессе испытаний
определяют предусмотренные ГОСТ показатели долговечности,
такие как пробеги автомобиля в заданных дорожно-климатических и эксплуатационных условиях до первого капитального ремонта, между капитальными ремонтами, общий до списания,
продолжительность работы отдельных агрегатов и систем автомобиля до наступления предельного состояния и др. Подтверждение назначенного ресурса автомобиля, его агрегатов и систем
дают на основании пробеговых испытаний (установленных инструкцией) в условиях эксплуатации. Ресурсные испытания проводят на автомобильном полигоне или на дорогах общего пользования, а также в автохозяйствах при перевозке грузов. Во время
234
Глава 10. Испытание автомобильной техники
испытаний периодически проводят проверку технического состояния автомобиля.
Приемосдаточные испытания автомобилей текущего производства проводятся для определения соответствия их технической документации.
Аттестационные испытания предназначены для оценки
уровня качества продукции при ее аттестации. Эти испытания
периодически повторяют в объеме и по показателям, установленным инструкцией о порядке и методике их проведения.
Задачей определительных испытаний является установление
значений конструктивных и эксплуатационно-технических параметров автомобилей с заданными значениями точности и достоверной вероятности.
Испытания называют оценочными, если при оценке качества
не требуется определение значений параметров и показателей
с заданными значениями точности и достоверной вероятности.
При эксплуатационных испытаниях дают оценку возможности работы автомобиля в условиях эксплуатации (в различных климатических и дорожных условиях), собирают данные
по надежности, уточняют параметры, необходимые для нормирования расхода горюче-смазочных материалов, периодичности технических обслуживаний, потребности в запасных частях
и шинах.
Исследовательские испытания проводят для изучения рабочих процессов механизмов, агрегатов и систем, эксплуатационно-технических свойств, нагрузочных, тепловых и скоростных
режимов работы агрегатов автомобиля и т. д. По полученным результатам проверяют правильность теоретических расчетов и исследований, намечают пути совершенствования и развития конструкций, обосновывают оптимальные решения при создании
новых образцов и модернизации автомобилей.
Во время специальных испытаний проверяют, соответствует ли автомобиль специфическим требованиям: выявляют способность работать в особых условиях (в северных районах,
в условиях жаркого и сухого климата, в высокогорных районах), определяют пригодность к перевозке специальных грузов и т. п.
235
Глава 10. Испытание автомобильной техники
Сертификация механических транспортных
средств по совокупности свойств
Для разрешения выпуска ранее не сертифицированной автомобильной продукции и ее компонентов на рынок и в эксплуатацию на территории РФ руководствуются Техническим регламентом Таможенного Союза (ТР ТС) «О безопасности колесных
транспортных средств».
Сертификация продукции предусматривает:
• определение путем проведения испытаний соответствия
образца продукции установленным требованиям;
• проверку производства сертифицируемой продукции на
наличие условий, обеспечивающих стабильный уровень характеристик и показателей, подтверждаемых сертификационными испытаниями;
• признание имеющихся у заявителя сертификатов соответствия;
• выдачу сертификата соответствия или одобрения типа
транспортного средства;
• инспекционный контроль за соответствием выпускаемой продукции сертифицированным характеристическим
показателям.
При этом весь процесс сертификации механического транспортного средства может быть условно разбит на отдельные
этапы, каждый из которых связан с проведением определенных
видов деятельности по сертификации в зависимости от рассматриваемых объектов, которыми могут быть:
• агрегаты, узлы, детали (т. е. составные части), которые
предназначены для установки на новый автомобиль;
• отдельные свойства транспортного средства (например,
эффективность тормозов);
• механическое транспортное средство в целом по совокупности свойств, привносимых в него агрегатами, узлами
и деталями.
Завершение каждого из указанных этапов должно быть оформлено документами, удостоверяющими соответствие объекта установленным требованиям:
236
Глава 10. Испытание автомобильной техники
• для агрегата, узла, детали или по отдельному свойству –
«Сертификат соответствия»;
• для механических транспортных средств выдается «Одобрение типа транспортного средства».
Тип транспортного средства − категория транспортных средств,
характеризующаяся совокупностью одинаковых конструктивных
признаков, зафиксированных в технических описаниях.
Одобрение типа транспортного средства − документ, подтверждающий в соответствии с установленной процедурой, что
обеспечивается необходимая уверенность в том, что должным образом идентифицированное транспортное средство соответствует перечню технических требований, предъявляемых к данному
типу транспортного средства.
В ходе проведения соответствия транспортных средств при
оформлении одобрения типа транспортных средств (ОТТС) и свидетельства безопасности конструкции транспортных средств
(СБКТС) возникает необходимость в прохождении сертификационных и (или) контрольных испытаний транспортного средства.
237
Рекомендуемая литература
1. Новиков В. Ю. Технология машиностроения: в 2 ч. / В. Ю. Новиков. –
2-е изд., перераб., М. : Издательский центр «Академия», 2012. – 352 с.
2. Акулич Н. В. Технология машиностроения / Н. В. Акулич. – Ростов н/Д : Феникс, 2015. – 395 с.
3. Ковшов А. Н. Технология машиностроения / А. Н. Ковшов. –
СПб. : Лань, 2008. – 320 с.
4. Суслов А. Г. Технология машиностроения / А. Г. Суслов. – М. :
Кнорус, 2013. – 336 с.
5. Зорин В. А. Технология машиностроения, производство и ремонт подъемно-транспортных, строительных и дорожных машин /
В. А. Зорин, Б. П. Долгополов, Г. Н. Доценко. – М. : Издательский центр
«Академия», 2010. – 576 с.
6. Дащенко А. И. Технология автомобилестроения / А. И. Дащенко. – М. : Издательский центр «Академия», 2005. – 624 с.
7. Синельников А. Ф. Основы технологии производства и ремонт автомобилей / А. Ф. Синельников. – М. : Издательский центр «Академия»,
2013. – 320 с.
8. Шапошников Ю. А. Технология технического обслуживания и текущего ремонта автомобиля. Курс лекций для студентов специальности
190601 «Автомобили и автомобильное хозяйство» / Ю. А. Шапошников. – Барнаул : АлтГТУ, 2009. – 274 с.
9. Туревский И. С. Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта. Введение в специальность / И. С. Туревский. – М. : Издательский дом «ФОРУМ»: ИНФРА-М, 2011. – 192 с.
10. Ярошевич В. К. Технология производства и ремонта автомобилей / В. К. Ярошевич, А. С. Савич, В. П. Иванов. – Минск : Адукацыя i
выхаванне, 2011. – 592 с.
11. Богачев В. А. Практикум по ремонту машин / В. А. Богачев,
А. А. Гаджиев, И. Н. Кравченко [и др.]. – М. : Колосс, 2009. – 327 с.
12. Черноиванов В. И. Организация и технология восстановления
деталей машин / В. И. Черноиванов, В. П. Лялякин. – 2-е изд., перераб.
и доп. – М. : ГОСНИТИ, 2003. – 487 с.
13. Единое окно доступа к образовательным ресурсам. – URL: http://
window.edu.ru/
14. Fisher J. W. Guide to design criteria for bolted and riveted joints /
J. W. Fisher, J. H. A. Struik. – Chicago : John Wiley and Sons, Inc., 1974.
238
Список литературы
15. The heritage of mechanical fasteners. Industrial Fasteners Institute,
1974.
16. Standard handbook of fastening and joining, Edited by Robert
O. Parmeley. McGraw-Hill Book Company, 1977.
17. Якушев А. И. Повышение прочности и надежности резьбовых
соединений / А. И. Якушев [и др.]. – М. : Машиностроение, 1979. – 215 с.
18. Мокринский В. И. Производство болтов холодной объемной
штамповкой / В. И. Мокринский. – М. : Металлургия, 1978. – 23 с.
19. Auslegung der Werkzeuge und Entwicklung der Formteile für
Mehrmatrizen-Kaltumformer. National Machinery Co. Tiffin, Ohio, 1996. –
320 s.
20. Материалы четвертой всероссийской конференции метизников. Стратегия развития метизного производства. Москва. 23-24 октября
2007. – М., 2007. – 33 с.
21. Ковка и штамповка : справочник: в 4 т. / Е. И. Семенов [и др.];
под ред. Г. А. Навроцкого. – М. : Машиностроение, 1987. – Т. 3. Холодная объемная штамповка. – 384 с.
22. Матвеев В. В. Размерный анализ технологических процессов /
В. В. Матвеев, М. М. Тверской, Ф. И. Бойков [и др.]. – М. : Машиностроение, 1982. – 264 с.
23. Аврамова Т. М. Металлорежущие станки : учебник: в 2 т. /
Т. М. Аврамова, В. В. Бушуев [и др.]. – М. : Машиностроение, 2011. –
608 с.
24. Колев Н. С. Металлорежущие станки / Н. С. Колев, Л. В. Красниченко [и др.]. – М. : Машиностроение, 1980. – 500 с.
25. Беспалов Р. С. Транспортная логистика. Новейшие технологии
построения эффективной системы доставки / Р. С. Беспалов. – М. : Вершина, 2008. – 384 с.
26. Николайчук В. Е. Транспортно-складская логистика / В. Е. Николайчук. – М. : Дашков и Ко, 2011. – 521 с.
27. Коган Б. И. Автоматизированные транспортно-складские системы на участках механической обработки деталей / Б. И. Коган. – Кемерово : КузГТУ, 2002. – 76 с.
28. Горохов В. Г. Философия техники: история и современность /
В. Г. Горохов [и др.]. – М. : Монография, 1997. – 283 с.
29. Степин В. С. Философия науки. Общие проблемы / В. С. Степин. – М. : Гардарики, 2006. – 384 с.
30. Кохановский В. П. Философия для аспирантов / В. П. Кохановский, Е. В. Золотухина, Т. Г. Лешкевич, Т. Б. Фатхи. – Ростов н/Д : Феникс, 2003. – 246 с.
31. Спиркин А. Г. Философия : учебник / А. Г. Спиркин. – 2-е изд. –
М. : Гардарики, 2002. – 736 с.
32. Лебедев С. А. Философия науки: Словарь основных терминов /
С. А. Лебедев. – М. : Академический проект, 2004. – 320 с.
239
Список литературы
33. Соломатин В. А. История науки / В. А. Соломатин. – М. : ПЕР
СЭ, 2003. – 352 с.
34. Микешина Л. А. Философия науки / Л. А. Микешина. – М. : Прогресс-Традиция: МПСИ: Флинта, 2005. – 464 с.
35. Лебедев С. А. Введение в историю и философию науки / С. А. Лебедев, В. В. Ильин, Ф. В. Лазарев, Л. В. Лесков. – М. : Академический
проект, 2007. – 384 с.
36. Виноградов В. М. Технология машиностроения: введение в специальность : учеб. пособие для студентов высших учебных заведений /
В. М. Виноградов. – М. : Издательский центр «Академия», 2006. – 176 с.
37. Никитенко В. М. История машиностроения: текст лекций /
В. М. Никитенко, Ю. А. Курганова. – Ульяновск : УлГТУ, 2006. – 68 с.
38. Курганова Ю. А. ОМД: краткий исторический экскурс, основы и тенденции развития машиностроения: для студентов специальности 1204 «Машины и технология обработки металлов давлением» /
Ю. А. Курганова. – Ульяновск : УлТГУ, 2005. – 41 с.
39. Дриц М. Е. Технология конструкционных материалов и материаловедение : учебник для вузов / М. Е. Дриц, М. А. Москалев. – М. :
Высш. шк., 1990. – 447 с.
40. Зубцов М. Е. Листовая штамповка / М. Е. Зубцов. – Л. : Машиностроение, 1980. – 432 с.
41. Конструкторско-технологический классификатор деталей.
42. Мансуров И. З. Специальные кузнечно-прессовые машины и автоматизированные комплексы кузнечно-штампового производства :
справочник / И. З. Мансуров, И. М. Подрабинник. – М. : Машиностроение, 1990. – 344 с.
43. Ахумов А. В. Справочник нормировщика / А. В. Ахумов. – Л. :
Машиностроение, 1987. – 458 с.
44. Кирсов А. С. Технология машиностроительного производства :
метод. указания к курсовому проектированию / С. А. Кирсов, С. Ф. Стрепетов, В. В. Коваленко. – Рязань : Рязан. гос. радиотехн. акад., 2000. –
36 с.
45. Кирсов А. С. Правила оформления технологических документов : метод. указания к курсовому и дипломному проектированию /
С. А. Кирсов, Л. М. Мокров, В. И. Рязанов. – Рязань : Рязан. гос. радиотехн. акад., 1997. – 36 с.
46. Бармашова Л. В. Испытание автомобилей : учеб. пособие /
Л. В. Бармашова, А. А. Матисов. – Вязьма : филиал ФГБОУ ВПО
«МГИУ» в г. Вязьме, 2012. – Т. 1. – 316 с.
47. Кравцов А. Г. Транспортно-накопительные системы и промышленные роботы / А. Г. Кравцов. – Оренбург : ГОУ ОГУ, 2011. – 254 с.
48. Косилова А. Г. Справочник технолога-машиностроителя /
А. Г. Косилова, Р. П. Мещеряков. – М. : Машиностроение, 1986. – 656 с.
240
Оглавление
Введение................................................................................................... 3
Глава 1. Изделие и его составные части. Производственный
и технологический процессы.................................................................. 8
1.1. Изделие и его составные части.............................................................8
1.2. Производственный и технологический процессы. Элементы
технологического процесса................................................................. 9
1.3. Типы производств и их технико-экономическая
характеристика............................................................................. 15
Глава 2. Размерный анализ технологического процесса.................... 19
2.1. Методы обеспечения припусков на обработку......................... 21
2.2. Размерные схемы технологических процессов........................ 23
2.3. Надежность технологических систем....................................... 24
2.4. Станочные приспособления....................................................... 25
Глава 3. Методы получения заготовок................................................. 34
3.1. Основные требования к конструкции заготовок...................... 34
3.2. Понятие о припуске и напуске на обработку............................ 38
3.3. Технико-экономический анализ выбора заготовок.................. 41
Глава 4. Точность обработки и качество поверхности деталей......... 45
4.1. Понятие точности обработки..................................................... 45
4.2. Отклонение формы в поперечном и продольном сечениях..... 56
4.3. Качество поверхностного слоя и его влияние
на эксплуатационные свойства детали............................................. 68
Глава 5. Технологичность конструкции изделия................................ 70
5.1. Классификация показателей технологичности......................... 70
5.2. Технологичность деталей в производстве................................. 73
5.3. Оценка технологичности конструкции изделия....................... 76
Глава 6. Основы проектирования технологических процессов......... 83
6.1. Виды технологических процессов............................................. 83
241
Оглавление
6.2. Виды технологических документов........................................... 90
6.3. Технологическая дисциплина..................................................... 91
6.4. Нормирование труда при выполнении технологических
операций.............................................................................................. 91
6.5. Особенности автоматизированного проектирования
технологических процессов.............................................................. 92
Глава 7. Технология изготовления деталей автомобиля................... 103
7.1. Классификация автомобильных деталей по их
конструктивно технологическим признакам................................. 103
7.2. Особенности базирования и механической обработки.......... 104
7.3. Типовые способы обработки деталей.......................................114
Глава 8. Особенности механической обработки автомобильных
деталей основных классов.................................................................. 123
8.1. Особенности механической обработки деталей класса
«корпусные»...................................................................................... 123
8.2. Технология производства деталей класса «круглые
стержни»........................................................................................ 133
8.3. Особенности механической обработки деталей класса
«некруглые стержни» (рычаги)....................................................... 139
8.4. Особенности механической обработки деталей класса
«полые цилиндры (втулки)»............................................................ 147
8.5. Особенности механической обработки деталей класса
«диски».............................................................................................. 163
8.6. Особенности базирования и механической обработки
деталей класса «крепеж»................................................................. 168
Глава 9. Механизация и автоматизация технологических
процессов в машиностроении............................................................ 186
Глава 10. Испытание автомобильной техники.................................. 232
Рекомендуемая литература.................................................................. 238
242
Учебное издание
Попов Александр Владимирович
ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА И РЕМОНТА
ТРАНСПОРТНЫХ И ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
МАШИН И КОМПЛЕКСОВ
Часть 1
ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА
Учебное пособие
Редактор О. Д. Камнева
Корректор М. А. Молчанова
Компьютерная верстка В. Е. Королевой
Подписано к печати 04.08.2017. Формат 60×84 1/16. Бум. офсетная.
Усл. печ. л. 14,2. Тираж 100 экз. Заказ 63. «С» 44.
Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет.
190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., д. 4.
Отпечатано на ризографе. 190005, Санкт-Петербург, ул. Егорова, д. 5/8, лит. А.
ДЛЯ ЗАПИСЕЙ
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
7
Размер файла
19 111 Кб
Теги
tehno, osnovy, popova
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа