2.4. Технологическая подготовка производства
Чтобы воплотить в жизнь разработки конструкторов, необходимо высокоорганизованное машиностроительное производство со станками, инструмент ми и прогрессивной технологией. И тут на помощь конструктору приходит технолог. Он призван дать ответ на вопрос, как осуществить замысел конструктора с меньшими затратами для достижения заданного качества изделия. Технолога можно считать контролером конструктора в части технологичности разработки. А это значит, что технолог стоит рядом с конструктором у истоков всей новой техники.
Технолог-машиностроитель – такая же творческая техническая специальность, как и специальность конструктора. Ее базой являются глубокие знания производства, оборудования и оснастки, инструментов.
Технология машиностроения – это наука, изучающая и устанавливающая закономерности процессов обработки и параметры, воздействие некоторых наиболее эффективно отражается на интенсификации процессов и повышении их точности. Задачей технологии машиностроения является изготовление машин заданного качества в количестве, установленном программой выпуска, при наименьших затратах материалов, минимальной себестоимости и высокой производительности туда. Процесс изготовления машин или механизмов состоит из производства заготовок, их обработки, сборки из отдельных деталей составных частей (сборочные единицы) и, наконец, сборки из сборочных единиц и отдельных деталей готовых машин.
Совокупность всех действий людей и орудий труда, необходимых на данном предприятии для изготовления продукции называется производственным процессом. В производственный процесс входят не только процессы, непосредственно связанные с изменением формы и свойств материала изготовляемых деталей и сборки из них машин и механизмов, но и все вспомогательные процессы – транспортирование, хранение, изготовление и заточка инструментов, ремонт оборудования, технологический контроль и др.
Технологический процесс – это часть производственного процесса, в которой изменяют и определяют состояние предмета труда. Технологический процесс непосредственно связана с изменением размеров, формы и (или) свойств материала обрабатываемой заготовки, выполняемым в определенной последовательности по технологическим операциям.
Выбор вида заготовки для дальнейшей обработки резанием во многих случаях является одним из главных вопросов разработки технологического процесса изготовления той или иной детали. Правильный выбор заготовки — установление ее формы, размеров припуска на работку, точности размеров (допусков) и твердости материала, т. е. параметров, зависящих от способа ее изготовления, — обычно сильно влияет на трудоемкость и ответственно на себестоимость процесса изготовления; тали. Вид заготовки в большинстве случаев в значительной степени определяет процесс изготовления детали.
Разработка этого процесса может идти по двум правлениям — получение заготовки, приближают по форме и размерам к готовой детали, при этом значительная доля трудоемкости изготовления детали проходится на заготовительные цехи и относительно меньшая доля — на цехи механической обработки и получение грубой заготовки с большими припусками на обработку когда на механические цехи приходится основная трудоемкости изготовления детали.
В зависимости от типа производства (единичное, серийное, массовое) оказывается рациональным либо из указанных направлений, либо какое-нибудь промежуточное. Первое направление используют, как правило, в массовом и крупносерийном производстве. Дорогостоящее оборудование современных заготовительных цехов, обеспечивающее получение точных заготовок, экономически оправдано лишь при больших объемах выпуска изделий. Второе направление типично для единичного и мелкосерийного производства, когда применение дорогостоящего оборудования в заготовительных цехах неэкономично.
Основными видами заготовок в зависимости от назначения деталей являются отливки из черных и цветных металлов; заготовки из порошковых материалов; поковки и штампованные заготовки; заготовки из проката; сварные заготовки; заготовки из неметаллических материалов.
Отливки из черных и цветных металлов (рис. 2.5) выполняют различными способами. В единичном и мелкосерийном производстве их отливают в песчано-глинистые формы. Ручную формовку в опоках (специальных металлических ящиках) по моделям применяют для средних деталей, мелкие заготовки формуют с помощью формовочных машин. В настоящее время большое распространение получили быстротвердеющие формовочные смеси.
Рис. 2.5. Отливки из металлов и сплавов (разрез)
При формовке в этот состав нет необходимости сушить литейные формы в печах, так как быстротвердеющие смеси отверждаются при соединении с кислородом воздуха. Формовка этого вида повышает точность отливок крупных и сложных заготовок станков и машин, повышает культуру литейного производства. В серийном и массовом производстве применяют машинную формовку по деревянным или металлическим моделям. Главным недостатком способа литья в песчано-глинистые формы является необходимость разрушения формы после каждой заливки. На специальных литейных заводах централизованного литья заготовок для отраслей машиностроения уже работают автоматизированные линии по изготовлению литейных форм, которые каждые 15—20 с выдают литейную форму.
Детали сложных форм из сплавов, трудно обрабатываемых резанием, отливают по выплавляемым моделям. При этом способе литья обеспечивается высокая точность поверхности. Множество разновидностей отливок (этим способом получают и некоторые детали, применяемые без последующей обработки резанием) изготовляют способом литья по выплавляемым моделям на высокопроизводительных автоматизированных линиях.
Точные отливки с небольшими припусками на обработку получают литьем в оболочковые формы. Этот способ, широко распространенный в настоящее время, основан на свойстве термореактивной смолопесчаной смеси принимать форму подогретой металлической модели и образовывать плотную прочную и быстротвердеющую оболочку. Этот способ позволяет автоматизировать процесс формовки. По точности метод литья в оболочковые формы приближается к методу литья по выплавляемым моделям, а по параметру шероховатости поверхностей превосходит его.
К прогрессивным способам изготовления литых заготовок относится способ литья в металлические формы (кокили), который исключает процесс формовки, обеспечивает благоприятные условия охлаждения, а также простоту удаления отливок из формы.
Для изготовления отливок сложной конфигурации успешно применяют способ литья под давлением. Прочность отливок, полученных этим способом, на 30% выше прочности отливок, изготовленных литьем в песчано-глинистые формы. Этот способ широко применяют в серийном и массовом производстве при изготовлении небольших отливок сложной формы. Современные автоматы для литья под давлением отливок массой до 0,3 кг обеспечивают производительность до 6—8 тыс. отливок в час.
Для изготовления отливок с мелкозернистой структурой металла и повышенными механическими свойствами применяют способ центробежного литья, который получил наибольшее распространение для получения отливок, имеющих форму тел вращения (втулок, труб, шпинделей металлорежущих станков и т. д.).
В современном литейном производстве используется еще много специальных способов литья. Это и способ непрерывного литья, когда из раскаленного кристаллизатора непрерывно «вытягивается» отливка заданного профиля, которая затем разрезается на куски установленной длины — заготовки будущих деталей. Это и способ, основанный на электрошлаковом переплаве, позволяющий получать отливки из высоколегированных сталей.
Поковки и штампованные заготовки (рис. 2.6) изготовляют различными способами. Так, для получения заготовок деталей в единичном и мелкосерийном производстве применяют ковочные молоты и гидравлические ковочные прессы. Заготовки характеризуются сравнительно грубым приближением к форме готовых деталей и требуют больших затрат на последующую обработку резанием. Для большего приближения формы заготовки к форме готовой детали в мелкосерийном производстве применяют подкладные штампы.
В серийном и массовом производстве заготовки изготовляют на штамповочных молотах и прессах в открытых и закрытых штампах. Применяются следующие технологические процессы: штамповка заготовок отливок, полученных центробежным способом, и отливок в кокиль, штаповка методом выдавливания в обычных закрытых и разъемных штампах, безоблойная штамповка, объемная штамповка из заготовок, полученных способом непрерывной разливки стали.
Один из наиболее распространенных способов — штамповка из листового металла — позволяет получать детали и простой и сложной конфигурации: шайбы, втулки, сепараторы подшипников качения, баки, кабины автомобилей и т. д. Для них характерна почти одинаковая толщина стенок, мало отличающаяся от толщины исходного материала.
Заготовки и детали машин из пластмасс получают прессованием, литьем под давлением и литьем в формы. Наиболее распространен способ горячего прессования при необходимых давлении и температуре. В качестве основного оборудования обычно применяют гидравлические прессы, оснащенные пресс-формами.
Важным промышленным способом производства заготовок и деталей из пластмасс является способ литья под давлением. Он во многом сходен с литьем под давлением металлов. Сущность его заключается в следующем: в загрузочные приспособления специальных машин — термопластавтоматов — помещают пластическую массу в твердом состоянии. Затем подают ее в обогревающее устройство, где пластмасса расплавляется и под действием поршня (или шнека) выдавливается в пресс-форму. Машины для литья под давлением пластмасс весьма высокопроизводительны: 16—18 тыс. штук деталей за смену. Этим способом можно изготовлять самые различные заготовки и детали со сложными резьбами профилями, тонкостенные, со встроенной металлической арматурой и конструктивными элементами.
Рис. 2.6. Заготовки деталей машин, получаемые ковкой
и штампов
Заготовки не сразу после их изготовления попадают в механические цехи заводов для последующей обработки и превращения их в готовые детали машин, подвергаются предварительной обработке — правке, разрезке, очистке и термообработке.
Очистку литых и кованых заготовок производят на обдирочно-шлифовальных станках; крупные заготовки обрубаются пневматическими зубилами и зачищаю переносными шлифовальными машинами. Очистку поверхностей производят также проволочными вращающимися щетками или в дробеструйных камерах. Мелкие готовки очищают во вращающихся барабанах. Некоторые виды заготовок — поковки и штамповки из высоко углеродистых сталей или чугунные отливки подверг термической обработке (отжигу или нормализации) улучшения структуры металла и обрабатываемости, операции производят в специальных печах, вы; живая заготовки в определенных температурных условиях.
После того как получены заготовки, выполняют ответственные и наиболее точные технологические процессы обработки резанием — снимают слой металла с поверхностей заготовки превращают их в детали машин. Слой металла, удаляемый с поверхности заготовки в процессе обработки для получения готовой детали, является припуском на обработку.
Припуски подразделяют на общие, т. е. удаляемые в течение всего процесса обработки данной поверхности, и межоперационные, удаляемые при выполнении отдельных операций. Межоперационный припуск определяется разностью размеров, полученных на предыдущих операциях. Общий припуск на обработку равен сумме межоперационных припусков по всем технологическим операциям.
Размер припуска зависит от толщины поврежденного поверхностного слоя, т. е. от толщины корки для литых заготовок, обезуглероженного слоя для проката, глубины поверхностных неровностей, раковин, трещин, а также от неизбежных производственных и технологических погрешностей, возникающих при выполнении отдельных технологических операций.
Производственные погрешности характеризуются геометрическими нарушениями формы, поверхностными микронеровностями, глубиной дефектного поверхностного слоя.
Влияние размера припуска на экономичность процесса обработки очень велико, так как чем больше припуск, тем большее число рабочих ходов инструмента требуется для снятия соответствующего слоя металла, что приводит к повышению трудоемкости процесса, расхода электроэнергии, к более быстрому изнашиванию режущего инструмента и увеличению отхода металла, превращаемого в стружку. Размер припуска обеспечивается точностью изготовления заготовок, однако повышение требований к точности в ряде случаев увеличивает себестоимость их изготовления, поэтому припуск следует выбирать оптимальным, т. е. обеспечивающим качество обработанной поверхности при наименьшей себестоимости обработки в механических и заготовительных цехах. Проблема определения оптимальных припусков, особенно при производстве отливок из металлов и сплавов, настолько велика и значима для народного хозяйства страны, что разработаны стандарты по снижению и упорядочению припусков. Отливка сейчас, по образному выражению разработчиков стандартов, «будет выкраиваться технологами из металла, как; платье из дорогого материала». Внедрение в производство современных, научно обоснованных норм припусков для литых заготовок даст многомиллионный экономический эффект, сэкономит тысячи тонн металла, миллионы киловатт-часов электроэнергии.
Познакомившись с широким кругом технологических возможностей машиностроения, рассмотрим один из важнейших вопросов, успешное решение которого является предпосылкой серийного изготовления машин и приборов. Это вопрос технологической подготовки производства (ТПП).
Единый для всех отраслей машиностроения подход к решению проблем технологической подготовки производства регламентирует Единая система технологической подготовки производства (ЕСТПП). Эта система предусматривает широкое применение прогрессивных типовых технологических процессов, стандартной технологической оснастки и оборудования, средств механизации и автоматизации производственных процессов, инженерно-технических и управленческих работ.
ЕСТПП обеспечивает единый для всех предприятий и организаций системный подход к выбору и применению методов и средств технологической подготовки производства; освоение изделий высшей категории качества в минимальные сроки при минимальных трудовых и материальных затратах на ТПП на всех стадиях создания изделий, включая опытные образцы (партии) и изделия единичного производства; организацию производства высокой степени гибкости, допускающей возможность непрерывного его совершенствования и быструю переналадку на выпуск новых изделий и др.
Принципиальная новизна ЕСТПП состоит в том, что она впервые образовала единую технологическую цепь: унификация изделий — разработка и применение типовых технологических процессов — разработка и применение переналаживаемых средств технологического оснащения — автоматизация производственных процессов и инженерного труда, которая является основой организации взаимосвязанных процессов создания, освоения и выпуска новых машин и других изделий с использованием современных научных методов и прогрессивных технических средств подготовки производства и управления.
Функционирование ЕСТПП в соответствии с ее назначением обеспечивается комплексным применением государственных стандартов ЕСТПП, отраслевых стандартов и стандартов предприятий, конкретизирующих и развивающих отдельные правила и положения ЕСТПП применительно к специфике отрасли или предприятия.
ЕСТПП устанавливает необходимость широкого применения типовых технологических процессов для изготовления групп однородных или близких по конструкции и методам обработки деталей. Группы деталей, для которых целесообразен общий технологический процесс, независимо от производства, на котором их собираются изготовлять, определяют по классификатору изделий общепромышленного применения, по технологическому классификатору деталей машиностроения и приборостроения и классификатору технологических операций.
В ЕСТПП большое внимание уделяется техническим средствам и решению задач механизации и автоматизации инженерно-технических работ при технологической подготовке производства. Объясняется это тем, что внедрение стандартных методов автоматизированного проектирования технологических процессов обеспечивает сокращение сроков проектирования в 10—15 раз.
Внедрение ЕСТПП повышает производительность труда на 30—35 % в мелкосерийном и серийном производстве и па 10—15 % в массовом, сокращает затраты и сроки подготовки производства и освоения новых изделий в 2—2,5 раза.