Основы технологии машиностроения


Г. Е. Левшин







                ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ




Учебное пособие

















Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2022

УДК621.01
ББК 34.5
    Л38

Рецензенты:
д. т. н., проф., заведующий кафедрой менеджмента технологий АлтГТУ А. М. Марков;
к. т. н., ведущий инженер-технолог опытного производства АЗПИ Ю. К. Осипов







    Левшин, Г. Е.
Л38 Основы технологии машиностроения : учебное пособие / Г. Е. Левшин. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2022. -216 с. : ил., табл.
          ISBN 978-5-9729-0803-5


     Приведены основные понятия и определения технологии машиностроения. Освещена тема разработки технологического процесса изготовления деталей. Рассмотрены основы разработки технологии изготовления и сборки машины.
     Для студентов учреждений среднего профессионального образования, обучающихся по укрупненной группе специальностей 15.02.00 «Машиностроение», студентов вузов, а также технологов и конструкторов машиностроительных предприятий.




УДК 621.01

                                                               ББК 34.5






ISBN 978-5-9729-0803-5 © Левшин Г. Е., 2022
                         © Издательство «Инфра-Инженерия», 2022
                         © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2022

ВВЕДЕНИЕ


     Современный человек постоянно использует различного вида машины, облегчающие его труд, перемещающие его на необходимое расстояние, способствующие удовлетворению его материальных и духовных запросов. Любая технологическая машина осуществляет определенный технологический процесс, в результате которого получается полезная для человека продукция, удовлетворяющая его потребность.
     Процесс создания машины разделяют на два этапа.
  1. Проектирование, которое начинается с формулировки служебного назначения машины и завершается разработкой конструкции машины и представлением ее в чертежах как самой машины, так и ее отдельных узлов и деталей.
  2. Реализация (изготовление) конструкции с помощью производственного процесса. Построение и осуществление второго этапа составляет основную задачу технологии машиностроения.
     По своей конструкции любая машина представляет сложную систему двух видов сопряженных множеств связей: свойств материалов и размерных. При этом возможности конструктора реализуются при разработке конструктивных форм, размеров, относительного положения поверхностей деталей и самих деталей в машине.
     Для реализации этой системы связей в материале (натуре) должен быть создан и осуществлен производственный процесс, представляющий собой другую систему сопряженных множеств связей: свойств материалов, размерных, информационных, временных и экономических. Связи свойств материалов с размерными связями нужны в производственном процессе для создания аналогичных связей в изготовляемой машине. Информационные связи необходимы для управления производственным процессом, а сам производственный процесс не может быть осуществлен вне времени и без затрат живого и вещественного труда.
     Формирование технологических знаний у специалистов в области машиностроения происходит постепенно при изучении многих дисциплин. При этом они изучают свойства материалов и способы их обработки, технологическое и производственное оборудование и оснастку, методы и средства измерений, методы построения и организации технологических и производственных процессов, управления их ходом, автоматизацию и экономику.
     В машинах используются детали, полученные из заготовок, изготовленных методами литья и обработки давлением. Нередко детали

3

соединяются методами сварки или пайки. Специалистам в области получения таких заготовок и неразъемного соединения деталей также необходимы знания дисциплины «Основы технологии машиностроения». Они позволяют лучше понимать и обеспечивать технологический и производственный процессы изготовления машины при обработке заготовок и превращении в деталь с последующей сборкой их в машину.
    Особо отметим, что обработкой заготовок и сборкой машины занимаются специалисты другого профиля, которые также изучают основы заготовительных производств. Такое взаимопроникновение в смежные области знаний позволяет специалистам разного профиля лучше понимать друг друга и обеспечивать успешное достижение общей главной цели: создание машины надлежащего качества при наименьших затратах.
    Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлению «Машиностроение», в связи с отсутствием учебника или учебного пособия, соответствующего государственному образовательному стандарту по этим направлениям. Во втором издании устранены замеченные погрешности и дополнены сведения о технологичности конструкции изделия и качестве поверхностей деталей.
    При его создании за основу взят учебник И. М. Колесова, написанный для направления «Технология машиностроения», в содержании которого проведены существенные сокращения с добавлениями, взятыми из других источников. Изложение материала существенно отличается.

4

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

1.1. Производственный и технологический процессы

     1.    Технология машиностроения - отрасль науки, изучающая закономерности, действующие в производственном процессе изготовления машин с целью использования этих закономерностей для обеспечения требуемого качества машин и наименьшей их себестоимости.
   2.     Производственный процесс - совокупность всех действий людей и орудий производства по превращению предметов труда в готовую машину. Под предметами труда понимают необходимые для изготовления машины материалы, заготовки, изделия (шарикоподшипники, электрооборудование, крепежные детали и т. п.). Производственный процесс включает в себя получение заготовок, различные виды их обработки (механическую, термическую, химическую и др.), контроль качества, транспортирование, хранение на складах, сборку машины, испытание, регулировку, окраску, отделку и упаковку.
     3.     Технологический процесс - часть производственного процесса, во время которого происходит изменение качественного состояния объекта производства (материала, заготовки, детали, машины). Изменения качественного состояния касаются химических и физических свойств материалов, формы, размеров и относительного положения деталей в машине, качества поверхности, внешнего вида объекта производства и т. д. Так, механическая обработка изменяет размеры и форму материала, заготовки или детали, а термическая обработка изменяет их физические свойства. При сборке деталей изменяется форма и их относительное положение путем соединения деталей в сборочные единицы и готовую машину. Окраска и отделка машины качественно изменяет ее внешний вид. Технологический процесс осуществляют на одном (или более) рабочем месте.
     4.     Рабочее место - часть объема цеха, предназначенная для выполнения работы одним (или более) рабочим, в которой размещено технологическое и подъемно-транспортное оборудование, инструмент, приспособления, стеллажи для хранения заготовок, деталей или сборочных единиц.
     5.     Для осуществления практически любого технологического процесса в машиностроительном производстве применяют совокупность орудий производства, называемых средствами технологического оснащения (СТО).
     6.     Технологическим оборудованием называют средства технологического оснащения, в которых для выполнения определенной части

5

технологического процесса размещаются материалы или заготовки, а также средства воздействия на них. Это литейные машины, прессы, металлорежущие станки, печи, гальванические ванны, испытательные стенды и т. д.
     7.      Технологической операцией называют законченную часть технологического процесса, выполняемую на одном рабочем месте. Операция охватывает все действия оборудования и рабочих над одним или несколькими совместно обрабатываемыми или собираемыми объектами производства. При обработке на станках операция включает все действия рабочего, управляющего станком, а также автоматические движения станка, осуществляемые в процессе обработки заготовки до момента снятия ее со станка и перехода к обработке другой заготовки.
     8.      Содержание операций находится в широких пределах - от работы, выполняемой на отдельном станке (сборочной установке) в обычном производстве, до работ, выполняемых на автоматической линии. Число операций технологического процесса изменяется от одной-двух (при изготовлении болта) до десятков или даже сотен (при изготовлении турбинных лопаток). Кроме технологических различают и вспомогательные операции: транспортирование, контроль, маркирование и др.
     9.      При осуществлении технологического процесса на предприятии операции выполняют в определенной последовательности. При этом заготовка или сборочная единица часто проходит по цехам и производственным участкам в соответствии с выполняемыми операциями. Эту последовательность называют технологическим маршрутом . Различают межцеховой и внутрицеховой маршруты.
     10.     Операция часто осуществляется технологическими переходами. Технологический переход - законченная часть технологической операции, выполняемая одними и теми же средствами технологического оснащения при постоянных технологических режимах и установке.
     11.     Технологическим режимом называют совокупность изменений параметров технологического процесса в определенном интервале времени. К изменяемым параметрам процесса, определяющим режим, относят, например, глубину резания, подачу, скорость резания, температуру нагрева или охлаждения и т. д.
    12.     Технологический переход характеризует постоянство применяемого инструмента, поверхностей, образуемых обработкой или соединяемых при сборке, а также постоянство технологического режима.

6

Рис. 1.1. Эскиз токарной операции: а — простые переходы; б — сложный переход

     Переходы могут быть простыми или элементарными (рис. 1.1, а) и сложными (рис. 1.1, б). Сложный переход содержит совокупность переходов, когда в работе одновременно участвуют несколько инструментов (см .рис. 1.1, б). Технологические переходы могут выполняться последовательно (см. рис. 1.1, а) или параллельно-последовательно (см. рис. 1.1, б).
     Операция может состоять как из одного, так и из нескольких технологических переходов - простых и сложных.
     13.      Вспомогательный переход - законченная часть технологической операции, состоящая из действий человека и (или) оборудования, которые не сопровождаются изменением свойств предметов труда, но необходимы для выполнения технологического перехода. Примерами вспомогательных переходов являются закрепление заготовки, смена инструмента и т. д. Технологическую операцию следует рассматривать как совокупность технологических и вспомогательных переходов, причем технологические переходы обеспечивают изменение состояния предметов труда, а вспомогательные - выполнение технологических переходов.
     14.      Рабочий ход - законченная часть технологического перехода, состоящая из однократного перемещения инструмента относительно заготовки, сопровождаемого изменениями формы, размеров, качества поверхности или свойств заготовки. Число рабочих ходов, выполняемых в одном технологическом переходе, выбирают исходя из обеспечения оптимальных условий обработки, например, уменьшения глубины резания при съеме значительных слоев материала (рис. 1.2).

7

Рис. 1.2. Схема выполнения технологического перехода:
Аз — размер заготовки; Ао — размер обработанной поверхности; 1-3 — номера рабочих ходов

     15.     При выполнении технологической операции часто необходимо изменять относительное положение заготовки и инструмента (рабочих органов станка), при этом пользуются понятием установ.
     Установ - часть технологической операции, выполняемая при неизменном закреплении обрабатываемой заготовки или сборочной единицы. Например, подрезка торцов детали вала и их зацентровка могут быть выполнены на токарно-винторезном станке последовательно за два установа заготовки.
     16.     Позиция - фиксированное положение, занимаемое неизменно закрепленной обрабатываемой заготовкой или собираемой сборочной единицей совместно с приспособлением относительно инструмента или неподвижных частей оборудования. Изменение указанного положения осуществляется, например, на многопозиционных станках револьверного или карусельного типа, автоматических линиях и т. д.
     17.     Прием - законченная совокупность действий человека при выполнении перехода или его части, объединенных одним целевым назначением. Например, вспомогательный переход «установить заготовку в приспособление» состоит из приемов: взять заготовку из тары, установить в приспособление и закрепить в нем.
     18.     Подготовительно-заключительное время - это время вспомогательных переходов (приемов), выполняемых человеком для осуществления операций.
     19.     Полуфабрикат - исходный продукт, превращаемый на конкретном машиностроительном заводе в готовую деталь или машину и получаемый обычно от других заводов. Это такие материалы как разнообразные виды прокатов черных и цветных металлов, стальные слитки, чугун и алюминий в чушках, порошки металлов, гранули

8

рованные и порошковые пластмассы, а также изделия (подшипники, электродвигатели, крепежные детали, редукторы, резинотехнические изделия и т. п.).
     20.     Заготовка - изделие, приближенное по размерам и конфигурации к готовой детали и изготовляемое из полуфабриката в том случае, если полуфабрикат невозможно сразу превратить в деталь. Из заготовки получают деталь. Заготовки получают методами литья, пластического деформирования, тепловой резки и сварки, обработки режущим инструментом и т. д.

1.2. Типы производства и виды организации производственных процессов

     1.     Отношение числа всех различных технологических операций О, выполненных или подлежащих выполнению в течение месяца, к числу рабочих мест Р называют коэффициентом закрепления операций:

к₃₀=7.
     Коэффициент закрепления операций является одной из основных характеристик типа производства: массовое, серийное, единичное [ГОСТ 3.1121-84 и 14.004-83].
     2.     Массовое производство характеризуется большим объемом выпуска одинаковых изделий, непрерывно изготовляемых или ремонтируемых длительное время по неизменяемым чертежам, в течение которого на большинстве рабочих мест выполняется одна и та же рабочая операция. Для массового производства Кз.о =1. Продукция массового производства - шарикоподшипники, трактора, автомобили, электродвигатели, холодильники, швейные машины и др.
     3.     Серийное производство характеризуется изготовлением или ремонтом изделий периодически повторяющимися партиями или сериями по неизменяемым чертежам. В зависимости от количества изделий в серии и значения коэффициента закрепления операций различают крупносерийное, среднесерийное и мелкосерийное производство. Для крупносерийного производства Кз.о. = 1.10, для среднесерийного — Кз.о. = 10. 20, для мелкосерийного — Кз.о. = 20.40.
     4.     Единичное производство характеризуется малым объемом выпуска одинаковых изделий, повторное изготовление и ремонт которых, как правило, не предусмотрены. Изделия выпускают широкой номенклатурой в относительно малых количествах и часто индивидуально. Изготовление изделий либо совсем не повторяется, либо повторяется через неопределенное время. Так изготавливают машины, не имеющие

9

широкого применения (опытные образцы машин, тяжелые прессы, крупные гидротурбины, уникальные металлорежущие станки и т. п.). Коэффициент К₃.₀. не регламентируется.
     5.     Производственные процессы в зависимости от их организации делят на два вида: поточный и непоточный.
     Поточный процесс (производство) характеризуется расположением СТО в последовательности выполнения операций технологического процесса и определенным интервалом (тактом) выпуска изделий. Этот процесс организуют в основном на поточной линии, где на каждом рабочем месте выполняют одну технологическую операцию, а оборудование располагают по ходу технологического процесса. Применяют в массовом и крупносерийном производствах.
     6.     Непоточный процесс (производство) применяют при незначительных объемах выпуска, частых сменах выпускаемых изделий, а также невозможности использования поточного процесса. Его применяют в мелкосерийном и единичном производствах. Стремятся осуществить на каждом рабочем месте максимальное технологическое воздействие на предмет труда, уменьшить число операций в технологическом процессе.

1.3. Групповая обработка заготовок деталей

     В массовом и крупносерийном производстве увеличение производительности процессов изготовления деталей достигается главным образом за счет применения высокопроизводительных специальных оборудования и технологической оснастки.
     В мелкосерийном и единичном производстве, где объемы партий изготовляемых деталей обычно невелики, обходятся в основном универсальными средствами производства. Специальные приспособления и инструмент применяют лишь в исключительных случаях.
     Метод групповой обработки предоставляет возможность расширить применение более производительного оборудования в мелкосерийном и единичном производстве. Его сущность сводится к следующему.
     Детали, подлежащие изготовлению, группируют по близости их служебного назначения, что приводит к общности конструктивных форм, материалов, размеров, требований к точности. В группе выбирают наиболее сложную деталь и для каждой операции ее технологического процесса разрабатывают схему подстройки станка. Другие детали, входящие в группу, могут быть изготовлены на данной операции либо без поднастройки станка и с использованием только части

10