книги из ГПНТБ / Бауман, Н. Я. Технология производства паровых и газовых турбин

2. Элементы технологических процессов

Под технологией машиностроения принято понимать учение о процессах изготовления деталей и сборки из них машин и ме­ ханизмов.

Технологическим процессом изготовления детали называют совокупность всех частей производственного процесса, непосред­ ственно связанных с изменением формы, состояния или свойства материала изготовляемой детали от момента поступления его на обработку до получения готовой детали.

Технологический процесс изготовления детали состоит из двух взаимосвязанных частей: технологического процесса изготовле­ ния заготовки и технологического процесса обработки детали. При использовании покупных заготовок на данном предприятии осуществляется только технологический процесс обработки со­ ответствующих деталей.

Полный технологический процесс обработки детали состоит из механической обработки, а также всех сопутствующих ей опе­ раций, таких как разметка, контроль качества, промежуточная термообработка и др. Технологический процесс обработки скла­ дывается из ряда отдельных операций, характеризуемых опреде­ ленными методами обработки деталей, например токарной, фре­ зерной, термической обработкой и т. и.

Операцией называется законченная часть технологического процесса, выполняемая на одном рабочем месте одним или не­ сколькими рабочими (т. е. бригадой) с помощью определенногооборудования и оснастки.

Рабочим местом называется часть площади цеха, предназна­ ченная для выполнения определенных работ, на которой разме­ щены соответствующее технологическое оборудование, оснастка, подъемно-транспортные устройства, стеллажи для хранения за­ готовок деталей или сборочных единиц и другие необходимые средства выполнения данных работ.

Целесообразность деления технологического процесса на опе­ рации вызывается техническими и экономическими соображени­ ями. К ним относится, например, техническая невозможность выполнения всей обработки детали на одном рабочем месте или на одном только станке определенного типа. Так, на токарном станке нельзя выполнить фрезерных операций и т. д. По эконо­ мическим соображениям также зачастую оказывается невыгод­ ным выполнять всю работу на одном станке (например, прово­ дить черновую и чистовую обработку крупного вала), так как при этом нерационально используется станок, инструмент и квалификация рабочего. Следует учитывать также то, что при отделении грубой обработки от чистовой станок, постоянно за­ нятый лишь чистовой и отделочной обработкой, будет меньше изнашиваться и поэтому дольше сохранит высокую точность обработки. Для станков черновой обработки потеря точности

30

не имеет такого большого значения. Поэтому в целом система из двух станков для раздельной черновой и чистовой обработки будет служить гораздо дольше, чем система из таких же двух станков, применяемых для полной обработки деталей, т. е. для черновой и чистовой обработки на одном и том же станке.

Технологическая операция является основным элементом производственного планирования и учета. На выполнение опре­ деленных операций обычно рабочему выписывается наряд. В со­ ответствии с операциями технологических процессов разрабаты­ вается вся планировочная и учетная техническая документация, составляются различные производственные графики и ведомо­ сти. Операции служат основанием для расчета трудоемкости изделия, потребного количества станков (но размерам и видам), а также рабочих, по их специальностям и квалификации. Опера­ ция, в свою очередь, состоит из нескольких элементов.

Для технологического процесса механической обработки ос­ новными элементами операции являются: переход, проход, уста­ новка и позиция. Деление операций на такие элементы необхо­ димо для более тщательного изучения процесса и уточнения расчетов трудоемкости обработки деталей.

Переходом называется часть операции, осуществляемая при обработке одной и той же поверхности, одним и тем же режущим инструментом, или набором нескольких одновременно работаю­ щих инструментов, без изменения режима резания. Например, обработка точного отверстия в детали при помощи сверла, зен­ кера и развертки, т. е. трех последовательно работающих инстру­ ментов, представляет собой обработку в три перехода. К пере­ ходам механической обработки деталей относятся п такие законченные элементарные части технологической операции, как установка и закрепление детали в приспособлении, ее открепле­ ние и снятие.

Проходом называется однократное перемещение режущего инструмента по обрабатываемой поверхности, сопровождаемое съемом слоя металла, при неизменной установке инструмента и неизменном режиме резания. Переходы делят на проходы, когда нельзя с одного раза, т. е. за один проход, снять весь слой ме­ талла, подлежащий удалению. Например, при обдирке поковки вала турбины надо снять с какой-нибудь из поверхностей заго­ товки слой металла толщиной 30 мм; при этом допустимая глу­ бина резания равна 10 мм. Следовательно, указанный слой может быть снят лишь за три прохода. Все проходы, если их в данном переходе несколько, характеризуются неизменностью режима и условий работы. Если при точении той же поверхности вала изменяется, например, режим работы, инструмент и т. п., то это будет новый переход.

Установкой называют часть операции, связанную с необхо­ димостью выверки и закрепления детали под обработку в при­ способлении или непосредственно на столе станка. Установка

31

характеризуется неизменностью положения детали в процессе обработки. Если при выполнении операции потребуется изменить положение детали с новой выверкой и перезакреплением ее на столе или в патроне станка, это будет уже следующая установка.

Позицией называется каждое новое положение детали, за­ крепленной неизменно в приспособлении, установленном на по­ воротном столе многошпиндельного станка для последователь­ ной обработки ее несколькими режущими инструментами, например на многошпиндельном токарном автомате последова­ тельного действия модели 123. Каждое новое положение детали после перемещения ее под следующий шпиндель путем поворота стола станка без перезакрепления детали будет позицией.

При подробном изучении технологических процессов- с целью их рационализации и получения исходных данных о целесооб­ разных затратах времени на выполнение той или иной операции, последнюю приходится делить на отдельные элементарные дей­ ствия, совершаемые рабочим при ее выполнении. Каждое из таких действий называют приемом. Так, например, операция по сверлению на станке отверстия в какой-нибудь детали может состоять из следующих приемов: очистки приспособления от стружки (после обработки предыдущей детали); установки де­ тали-в приспособление; закрепления детали; включения станка; открепления детали; снятия детали с приспособления. Как видно из этого примера, многие приемы при выполнении станочных операций являются вспомогательными действиями.

На основе изучения времени, затрачиваемого рабочим на выполнение отдельных приемов, и надлежащей математической обработки полученных данных разрабатываются различного рода нормативные графики и таблицы вспомогательного време­ ни, используемые для нормирования ручных процессов при вы­ полнении станочных операций. -Подобным же образом произво­ дится подробное изучение и анализ сборочных и других работ, в которых преобладает непосредственно ручной труд. В этом случае приемы будут относиться не к вспомогательным, а к ос­ новным рабочим действиям, направленным на исполнение той или иной конкретной операции технологического процесса обра­ ботки определенной детали или сборки той или иной сборочной единицы.

Глава III. ОСНОВЫ РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

1. Изучение конструкции объекта

Технологический процесс изготовления машины складывает­ ся из технологических процессов изготовления деталей и техно­ логических процессов сборки, контроля и испытания этой ма-

32

шины. Задачей каждого технологического процесса является наиболее экономичное и качественное изготовление машины при наиболее рациональном использовании средств производства. В соответствии с этой задачей до начала разработки технологи­ ческих процессов изготовления новой машины технологи должны хорошо ознакомиться с ее служебным назначением, работой ее отдельных узлов и деталей, подробно изучить особенности новой конструкции и технические условия на изготовление и испыта­ ние машины и ее частей.

Изучение новой машины должно сопровождаться критичес­ ким анализом чертежей с точки зрения технологичности конст­ рукции, которая, в принципе, должна обеспечиваться уже в про­ цессе проектирования новой машины, о чем было сказано ранее. При изучении готовой конструкции необходимо вновь рассмот­ реть вопросы о возможности использования при изготовлении деталей и сборке машины наиболее экономичных и технически

должен всесторонне анализироваться весь комплекс вопросов, связанных с технологией производства.

При анализе чертежей обнаруживаются примеры необосно­ ванного завышения норм точности на изготовление определен­ ных элементов машин, и, наоборот, имеются случаи, когда с точ­ ки зрения качественной и экономичной сборки машины точность изготовления некоторых деталей требуется повысить; нередко выявляется также необходимость уточнения или изменения кон­ струкции отдельных элементов с целью создания условий для наиболее рациональной механической обработки и сборки. При рассмотрении технологами чертежей в них обнаруживаются и прямые ошибки, однако такой, чисто конструктивный, контроль чертежей не может входить в прямые обязанности технологов и поэтому производится лишь попутно.

Изучение и критический анализ конструкции целесообразно осуществлять не после полного окончания разработки чертежей, а з течение всего процесса конструирования новой машины, в порядке творческого содружества конструкторов и технологов. Такой порядок исключает случаи коренных изменений конструк­ ции в процессе отработки технологических процессов.

2. Последовательность разработки технологических процессов изготовления машины

Наиболее целесообразной последовательностью разработки технологических процессов изготовления новой машины необхо­ димо признать следующую: разработка технологических процес­ сов сборки и разработка технологических процессов механичес­ кой обработки.

При указанной последовательности более рационально рас­ ходуется время на изучение конструкции машины, проведение критического анализа технических условий на изготовление де­ талей и сборку технологических узлов и сборочных единиц; пол­ нее выявляются недостатки конструкции как с точки зрения технологии сборки машины, так и с точки зрения механической обработки ее деталей.

Указанная последовательность позволяет уже на раннем этапе разработки технологических процессов выявить многие недостатки конструкции и исправить их до начала разработки технологических процессов механической обработки. Одновре­ менно при разработке технологических процессов сборки и ана­ лиза размерных цепей выявляются все основные требования технологии сборки к технологии механической обработки дета­ лей. В таком случае в технологии механической обработки будут полностью учтены как требования конструкции, так и условия производства.

3. Общие принципы разработки технологических процессов механической обработки

Разработка технологического процесса обработки детали представляет собой решение сложной комплексной задачи, ос­ новными составляющими которой являются: выбор технологиче­ ского пррцесса изготовления заготовки, разработка маршрута, т. е. последовательности обработки различных поверхностей де­ тали, выбор способов обработки каждой поверхности, расчет припусков, допусков и т. п. В соответствии с основной целью требуется найти оптимальный для данных производственных ус­ ловий вариант перехода от полуфабриката, поставляемого обыч­ но металлургической промышленностью, к готовой детали. Выб­ ранный оптимальный вариант должен обеспечить наиболее низкую себестоимость изготовления детали.

Для разработки технологических процессов обработки дета­ лей технолог должен иметь следующие исходные данные и ма­ териалы:

а) сборочные и рабочие чертежи изделия, сборочных единиц и деталей;

б) технические условия, нормы точности и другие данные, характеризующие служебное назначение обрабатываемых дета­ лей в работающей машине;

в) требования к деталям, выявленные при разработке тех­ нологического процесса сборки;

г) чертежи получаемых со стороны заготовок (РЧЗ) и полу­ фабрикатов;

д) стандарты и нормали на размеры и допуски для заготовок собственного производства;

34

номических показателей, характеризующих сравниваемые ва­ рианты. Полную оценку вариантов можно получить, сравнивая их себестоимости. Условие наименьшей себестоимости техноло­ гического процесса изготовления детали (или выполнения от­ дельной его операции) является основным критерием оценки целесообразности всего технологического процесса или отдель­ ной его операции.

Для расчета себестоимости может быть рекомендована сле­ дующая формула:

живого (заработная плата) труда. Условием целесообразности выбранного варианта технологического процесса является мень­ шая сумма затрат обоих видов труда.

В качестве заготовок могут использоваться сортовой прокат, поковки, штамповки и другие виды полуфабрикатов. Оборудова­ нием может служить (например, при обработке плоскостей де­ тали) фрезерный, строгальный, расточной или даже специаль­ ный станок с программным управлением. Приспособление мо­ жет быть с ручным или механизированным, пневматическим' или гидравлическим креплением заготовки.

Стоимость заготовок каждого вида, станков и оснащения различная. Высокая стоимость специального оборудования или специальной сложной оснастки будет оправданной при значи­ тельном повышении производительности труда в результате их применения, а следовательно, при соответствующем сокращении расходов на зарплату. Стоимость амортизационных расходов и стоимость материалов определяется по данным предприятия.

4. Последовательность обработки

Обработку детали ведут в определенной последовательности, которая зависит от следующих основных факторов: конструкции детали; ее размеров и формы; технических требований к изго-

36

товлению детали; вида и точности заготовки; технических усло­ вий на материал заготовки и др.

Точность принятой заготовки, технические условия на мате­ риал и технические требования, предъявляемые к детали, опре­ деляют общее построение и содержание технологического про­ цесса механической обработки и расчленение его на этапы чер­ новых, чистовых и отделочных операций.

При использовании литых заготовок и особенно заготовок для крупных деталей (например, цилиндров турбин), обработка которых связана с выполнением большого количества весьма трудоемких и сложных операций, в первую очередь производят обдирку их поверхностей и только после этого приступают к чи­ стовым и отделочным операциям. Это позволяет своевременно выявить и исправить литейные дефекты отливки (поры, трещи­ ны, раковины) или же забраковать отливку на более ранней ста­ дии обработки.

При изготовлении крупных деталей из горячего проката, по­ ковок и штамповок, имеющих обычно значительные припуски, также целесообразно выделять этапы черновой обработки. Вы­ полнение черновой обработки для снятия основной части при­ пуска позволяет в этом случае более целесообразно использо­ вать оборудование и квалификацию работающих.

Если по техническим условиям на материал требуется прове­ дение закалки и отпуска, то механическую обработку делят на два этапа: первый — предварительный — выполняют перед тер­ мической обработкой и второй — окончательный — после нее. Отделочные операции производятобычно в самом конце техно­ логического процесса.

Чистовую обработку детали следует начинать с обработки тех поверхностей, при помощи которых деталь присоединяется к другим деталям машины и занимает в отношении их требуе­ мое положение, или, иначе говоря,— с поверхностей, являющих­ ся обычно конструкторскими базами детали. Желательно, что­ бы эти поверхности были одновременно и конструкторскими, и установочными, и измерительными базами.

Конструкторскими базами называются поверхности, от кото­ рых на чертеже поставлены размеры до других обрабатываемых поверхностей. В качестве конструкторских баз часто принима­ ются не материальные поверхности, а осевые линии валов, от­ верстий и т. п. При обработке детали их заменяют установоч­ ными базами, выбираемыми по усмотрению технолога, в зави­ симости от конкретных условий обработки детали.

Установочными базами называются поверхности деталей (за­ готовок), ориентирующие их при установке под обработку отно­ сительно режущих инструментов.

Иэмеритальными базами называются поверхности, от которых проводится измерение расстояний до обрабатываемых поверх­ ностей. Для деталей типа тел вращения — роторов, валов, осей

37

и других подобных деталей, конструкторскими базами которых

верстия. Обработку таких деталей начинают с подготовки цент­ ровых отверстий.

При обработке деталей особо сложной формы, например ры­ чагов или направляющих лопаток, поверхности которых в силу их конструктивных особенностей не могут быть использованы в качестве базовых, технолог может предусмотреть в чертежах заготовок специальные технологические припуски для использо­ вания их в качестве места расположения базовых поверхностей.. В конце окончательной обработки детали технологические при­ пуски срезаются.

5. Выбор видов обработки

Выбор видов обработки отдельных поверхностей имеет боль­ шое значение для качественного и вместе с тем экономичного изготовления деталей. Как было уже сказано выше, черновые операции стремятся выполнять на отдельных менее точных стан­ ках. Однако в тяжелом машиностроении это не всегда удается осуществить, особенно при необходимости применения уникаль­ ного оборудования. В таких случаях черновую и чистовую обра­ ботку приходится выполнять на одних и тех же станках, стре­ мясь выделять станки хотя бы лишь для точной отделочной об­ работки.

Методы предварительной и отделочной обработки поверхно­ стей в соответствии с техническими требованиями к качеству деталей определяют по специальным справочным руковод­ ствам, корректируя их сообразно конкретным условиям пред­ приятия.

Поверхности, выбранные в качестве базовых, должны быть обработаны наиболее тщательно как с точки зрения геометриче­ ской формы и чистоты обработки, так и с точки зрения точности их взаимного расположения в пространстве. В ряде случаев технологические требования к точности расположения базовых поверхностей устанавливаются более жесткими, чем конструк­ тивные требования к точности расположения этих поверхностей. Для их обработки следует применять чистовые операции (шли­ фование, чистовое и тонкое точение, шабрящее фрезерование и др.). В случае возможности применения нескольких видов об­ работки необходимо разрабатывать несколько вариантов техно­

38

6 . Припуски на механическую обработку

Припуском на обработку называют слой материала, удаляе­ мый с поверхности заготовки в процессе полной ее обработки до получения готовой детали.

Промежуточным припуском называется'слой материала, сни­ маемый в процессе выполнения отдельных технологических пе­ реходов или операций. Имеется много факторов, влияющих на размеры припусков. Укажем, в частности, на следующие из них.

Каждой черной заготовке, в зависимости от метода ее полу­ чения, присущи определенные погрешности и дефекты. К ним относятся: твердая' поверхностная корка в литых заготовках; рванины, плены и закаты; трещины в поверхностном слое поко­ вок и штамповок; обезуглероживание поверхностного слоя у про­ ката и др.

В процессе механической обработки, при выполнении каждо­ го перехода, образуются свои погрешности, характеризуемые отклонениями размеров обрабатываемых деталей, нарушениями правильности их геометрической формы, поверхностными ми­ кронеровностями (шероховатостью), различными пространствен­ ными отклонениями взаимосвязанных поверхностей деталей в виде, например, несоосности их отдельных элементов и т. п.

Для достижения высокого качества и точности размеров де­ тали припуски на ее обработку должны иметь определенную ми­ нимальную величину, обеспечивающую полное удаление дефек­ тов поверхностного слоя заготовок и погрешностей предыдущей обработки. Это требует весьма внимательного отношения к оп­ ределению припусков.

При расчете необходимых припусков на обработку надо учи­ тывать величину всех возможных отклонений, могущих иметь место на предыдущих операциях, чтобы не допустить брака де­ талей при выполнении последующей обработки. Так, например, недостаточная величина припуска, оставленного при чистовом точении заготовки под шлифование без учета возможных пово­ док детали при ее закалке, неизбежно приведет к появлению брака в виде следов предыдущей чистовой токарной обработки на окончательно обработанных шлифованных поверхностях де­ тали.

Задача технолога заключается в назначении минимально не­ обходимых припусков, обеспечивающих как высокое качество обрабатываемых деталей, так и рациональный расход металла. Существует два метода определения величины припусков: рас­ четно-аналитический и табличный. *

Расчетно-аналитический метод определения величины припу­ сков базируется на исходных данных, полученных в результате анализа производственных погрешностей, возникающих при раз­ личных условиях выполнения заготовок и их последующей обра> ботки. По сравнению с определением величины припусков по

39