Технология машиностроения. Проектирование технологии изготовления деталей

            ТЕХНОЛОГИЯ МАШИНОСТРОЕНИЯ


ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ


Учебное пособие





















Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2023

УДК 621
ББК 34.4
    Т38

Авторы:
Лебедев В. А., Давыдова И. В., Шишкина А. П., Колганова Е. Н.

Рецензенты:
зав. кафедрой технологии машиностроения ФГБОУ ВО «Липецкий государственный технический университет» д. т. н., профессор Козлов Александр Михайлович;
профессор кафедры технологии машиностроения ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет» д. т. н., профессор
Болдырев Александр Иванович




Т38 Технология машиностроения. Проектирование технологии изготовления деталей : учебное пособие / [Лебедев В. А. и др.]. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2023. - 176 с. : ил., табл.
           ISBN 978-5-9729-1298-8

           Рассмотрен комплекс вопросов, связанный с обеспечением качества поверхности и эксплуатационных свойств деталей машин на стадии технологической подготовки производства. Изложены основные положения и этапы разработки технологического процесса изготовления детали в соответствии с последовательностью проектирования.
           Для студентов, обучающихся по направлению «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств», а также для инженерно-технических работников, занимающихся вопросами технологической подготовки машиностроительных и ремонтно-восстановительных производств.

УДК 621
ББК 34.4








ISBN 978-5-9729-1298-8

     © Издательство «Инфра-Инженерия», 2023
     © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2023

        ВВЕДЕНИЕ


     Технологический процесс (ТП) разрабатывается при проектировании новых и реконструкции существующих машиностроительных предприятий, а также при организации производства новых объектов, корректировке или разработке новых ТП на действующих машиностроительных предприятиях. Это вызывается текущими конструкторскими усовершенствованиями объектов производства и необходимостью систематического использования новейших достижений науки и техники.
     При проектировании новых и реконструкции существующих машиностроительных предприятий, разработанные ТП являются основой всего проекта. Они определяют потребность в оборудовании, рабочих, производственных площадях, технологической оснастке (приспособлений и инструмента), материалов, потребляемой энергии, транспортных средствах и др. Аналогичное назначение у ТП при постановке производства новых объектов на действующем машиностроительном предприятии при этом выделяют возможность использования имеющегося и необходимость приобретения нового технологического оборудования и оснастки.
     В соответствии с ГОСТ 14.301-83 ТП подразделяются на следующие виды: единичные и унифицированный, типовой и групповой.
     При создании автоматических линий и ГПС проектируется комплексные технологические процессы, в состав которых включаются не только технологические операции, но и операции перемещения, контроля и очистки обрабатываемых заготовок по ходу технологического процесса.
     ТП изготовления изделий одного наименования, типоразмера и исполнения независимо от типа производства, относится к единичным ТП.
     ТП изготовления группы изделий с общими конструктивными и технологическими признаками называют типовым ТП.
     Типовой ТП - это ТП изготовления группы изделий с разными конструктивными, но общими технологическими признаками.
     По степени детализации описание ТП подразделяют на маршрутное, операционное, маршрутно-операционное.
     Маршрутное описание ТП заключается в сокращенном описании всех технологических операций в маршрутной карте в последовательности их выполнения без переходов и технологических режимов.
     Операционное описание ТП характеризуется полным описанием всех технологических операций в последовательности их выполнения с указанием переходов и технологических режимов.
     Маршрутно-операционным описанием ТП называют сокращенное описание технологических операций в маршрутной карте в последовательности их выполнения с полным описанием отдельных операций в других технологических документах.
     Общие правила разработки ТП определены ГОСТ 14301-83.
     Разрабатываемый ТП должен быть прогрессивным и обеспечивать выполнение всех требований чертежа и технологических условий, повышение

3

производительности труда и качества изделий, сокращение трудовых и материальных затрат на его реализацию, уменьшение вредных воздействий на окружающую среду.
     ТП разрабатывают на изготовление изделий, конструкция которых отработана на технологичность, с учетом необходимости получения значений базовых показателей этой технологичности.
     ТП должен соответствовать требованиям безопасности жизнедеятельности и экологии окружающей среды.
     Имеющиеся типовые или групповые ТП является основой для разработки новых ТП, а в случае их отсутствия в качестве такой основы принимают ранее принятые прогрессивные решения в действующих единичных ТП изготовления аналогичных изделий.
     Основные требования, предъявляемые к ТП механической обработки, заключаются в том, чтобы процесс обработки протекал в рациональной организационной форме, с полным использованием всех технических возможностей станка, инструмента и приспособлений при оптимальных режимах резания металла, допускаемых на данном станке, наименьшей затрате времени, наименьшей себестоимости обработки.
     Для полного использования производительности станка необходимо выбирать станок в соответствии с габаритными размерами обрабатываемой заготовки и работать с такими режимами резания, чтобы мощность на резце, затрачиваемая на снятие стружки, с учетом к.п.д. станка максимально приблизилась к мощности установленного на станке электродвигателя. Особенно необходимо добиваться этого при обдирочных работах. При чистовой, отделочной обработке это требование не всегда удается выполнить, так как выбор элементов режимов резания находится в зависимости от необходимой степени точности и шероховатости обрабатываемой поверхности.
     Необходимо также сосредоточить особое внимание на рациональной организации рабочего места, своевременном и четком обслуживании его в процессе работы и наиболее рациональной планировке его (т. е. взаимное расположение рабочего станка, инструментов, приспособлений, заготовок, готовых деталей).

4

        1.   ДЕТАЛЬ КАК ОБЪЕКТ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА

     Деталью называют изделие, изготовленное из однородного по наименованию и марке материала без применения сборочных операций. Конструктивная форма детали образуется сочетанием объемов материала, ограниченных простыми геометрическими поверхностями - плоскостями, цилиндрами, конусами, сферами и т. д.
     Конструктивная форма детали, набор поверхностей, которые её образуют, размерные соотношения между ними и их точность не являются плодом вольной фантазии конструктора, а определяются теми задачами служебного назначения, решение которых должна обеспечивать деталь. Другими словами, каждая поверхность детали имеет своё определённое функциональное назначение.
     С этой точки зрения любая поверхность детали может быть отнесена к одной из следующих функциональных групп:
     - основная база (ОБ);
     - вспомогательная база (ВБ);
     - исполнительная поверхность машины или механизма (ИП);
     - свободная поверхность (СП).
     Из теории базирования известно, что комплект основных баз детали составляют поверхности (либо их элементы), участвующие в определении положения этой детали в машине или сборочной единице. Эти поверхности составляют комплект, лишающий деталь всех шести возможных степеней свободы (схема полного базирования) или только части из них (схема неполного базирования). Например, на рис. 1 приведены конструкции с полным (рис. 1, а) и неполным (рис. 1, б) базированием шестерни на валу. В первом случае в комплект основных баз шестерни входят отверстие, плоскость торца и боковая плоскость шпоночного паза. Во втором случае шестерня напрессована на вал в любом угловом положении, и её комплект основных баз составляют только поверхности отверстия и торца.
     Комплект основных баз у любой детали может быть полным или неполным, но он обязательно есть и обязательно только один, так как выполняет единственную функцию: определяет положение этой детали в изделии (машине).
     Комплект вспомогательных баз детали составляют поверхности, участвующие в определении положения в изделии (машине) другой детали, присоединяемой к данной. На рис. 1 показаны вспомогательные базы вала, используемые для определения положения шестерни. Как и для основных баз, комплект вспомогательных баз может быть полным или неполным. На рис. 1 комплект вспомогательных баз вала лишает шестерню пяти степеней свободы . Деталь может иметь несколько комплектов вспомогательных баз либо не иметь их совсем, это зависит от количества присоединяемых к ней деталей.

5

Рис. 1. Схемы базирования шестерни на валу:
••• - ОБ шестерни; ххх - ВБ вала; vvv - ИП шестерни

     Так, шестерня, на рис. 1, б не имеет вспомогательных баз, а вал на рис. 1, а имеет два таких комплекта - один для шестерни и второй - для шпонки.
     Некоторые детали имеют в своем составе исполнительные поверхности изделия (машины) или её механизмов. Исполнительными поверхностями изделия (машины) называют те поверхности составляющих её деталей, которыми она выполняет своё служебное назначение. Так, например, сверлильный станок выполняет своё назначение - обработку отверстий - сочетанием двух поверхностей: коническое отверстие шпинделя, куда устанавливается рабочий инструмент и плоскость стола, куда устанавливается заготовка или приспособление для её крепления. Взаимные движения этих поверхностей (вращение конической поверхности вокруг своей оси и поступательное перемещение ее перпендикулярно плоскости стола) реализуют кинематическую схему формообразования отверстия. Таким образом, только две детали сверлильного станка несут на себе его исполнительные поверхности - шпиндель и стол, остальные детали таких функциональных поверхностей не имеют.
     Более широкую группу составляют детали, имеющие в своем составе исполнительные поверхности механизмов. Механизмы предназначены для преобразования движения одних тел в требуемые движения других тел. Поэтому исполнительными поверхностями механизмов называют те поверхности составляющих их деталей, которыми производится преобразование движения по характеру, величине или направлению. Например, в зубчатом механизме преобразование вращательного движения шестерни во вращательное в противоположном направлении и с другой частотой движение зубчатого колеса осуществляется при взаимодействии (перекатывании со

6

скольжением) эвольвентных поверхностей зубьев шестерни и колеса. Эти поверхности и являются, исполнительными поверхностями зубчатого механизма и принадлежат они двум деталям - колесу и шестерне. Другие детали зубчатого механизма (валы, шпонки, подшипники, корпус и т. д.) исполнительных поверхностей не имеют.
      Свободные поверхности предназначены для ограничения материала, объединяющего в одно целое первые три группы поверхностей (см. рис. 1, а). Они не сопрягаются с поверхностями других деталей, как правило, к их точности предъявляются невысокие требования.
      Правильность и достаточность размеров, описывающих конструктивную форму детали, указание марки и отдельных особых свойств материала являются обязательными, но недостаточными условиями обеспечения требуемого качества детали. Важную, чаще всего решающую, роль играет здесь точность детали.
      Размерное описание конструктивной формы детали по объекту описания может быть классифицировано следующим образом:
      1)      размеры и технические требования к форме и качеству каждой отдельно взятой поверхности (допустимые погрешности формы, шероховатость, особые требования к качеству поверхностного слоя материала);
      2)      размеры и технические требования взаимного расположения поверхностей внутри комплекта одного функционального назначения (например, размеры взаимного расположения исполнительных поверхностей шестерни: диаметр делительной окружности, шаг по делительной окружности, толщина зуба и т. д.);
      3)      размеры и технические требования взаимного расположения комплектов поверхностей разного функционального назначения (например, несоос-ность делительного цилиндра, и базового отверстия шестерни на рис. 1, а).
      На рис. 2 приведен пример анализа конструктивной формы промежуточного вала редуктора и его размерного описания. Вал имеет основную базу, состоящую из двух цилиндрических поверхностей шеек под подшипники и плоскости торца, на которых построена собственная система координат XOYZ; комплект реализует схему неполного базирования, лишая вал пяти степеней свободы. Вал имеет 4 комплекта вспомогательных баз:
      1)      для установки шестерни - состоит из цилиндрической поверхности и плоскости торца с системой координат X1O1Y1Z1 лишает шестерню пяти степеней свободы;
      2)      для установки зубчатого колеса - состоит из цилиндрической поверхности и плоскости торца с системой координат X3O3Y3Z3 лишает колесо пяти степеней свободы;
      3)      для установки шпонки шестерни - состоит из плоскости дна шпоночной канавки, боковой плоскости и цилиндрической поверхности закругления канавки с системой координат X2O2Y2Z2 лишает шпонку всех шести степеней свободы;
      4)      для установки второй шпонки - состоит из плоскости дна, боковой плоскости и цилиндрической поверхности закругления второй шпоночной ка

7

навки с системой координат X4O4Y4Z4 лишает вторую шпонку всех шести степеней свободы.
     Системы координат, построенные на основной и вспомогательных базах вала, показаны на рис. 2 Вал имеет четыре свободных поверхности: одну цилиндрическую и три плоскости торцов. Все размеры и технические требования этого вала на рис. 2 классифицированы и цифра в кружке около условного обозначения размера показывает принадлежность его к одной из трех групп приведенной выше классификации.


3

Y⁴ ® 8 9 10

X. X.

Рис. 2. Конструктивная форма и структура размерного описания промежуточного вала редуктора: xxx - ВБ; vvv - СП; ₀₀₀ - ОБ

8

     Такой анализ конструкции и классификация описывающих её размеров позволяют при технологическом контроле чертежей оценить правильность и достаточность размерного описания детали. Правильность и достаточность размеров, описывающих конструктивную форму детали, указание марки и отдельных особых свойств материала являются обязательными, но недостаточными условиями обеспечения требуемого качества детали. Важную, чаще всего решающую, роль играет здесь точность детали.
     В технологической литературе в понятие «точность детали» вкладывается только геометрический смысл, то есть под точностью детали понимают степень её соответствия геометрически правильному прототипу. Принимая во внимание, что качество детали включает в себя, наряду с геометрической характеристикой, свойства материала, которым наполнена конструктивная форма (во всем ее объеме и даже в отдельных местах), имеет смысл расширить понятие точности детали, включив в это понятие и соответствие свойств материала заданному идеальному. В таком представлении точность характеризует степень приближения качества конкретной изготовленной детали (партии деталей) к заданному уровню.
     Соответствие идеалу конструктивной формы и материала одной детали количественно оценивается разностью величин соответствующего показателя точности в реально изготовленной детали и заданного номинального его значения.
     В партии изготовленных деталей реальные ее размеры, а следовательно, и их разницы с номинальным получают рассеяние и степень соответствия партии идеалу оценивается полем рассеяния, называемым погрешностью.
     В расширенном нами понятии точности детали количественно её будем оценивать следующими показателями:
     1) погрешностями размеров каждой из поверхностей детали;
     2)      макрогеометрическими погрешностями формы каждой из поверхностей детали;
     3)      микрогеометрическими погрешностями формы (шероховатостью) поверхностей;
     4) погрешностями размеров взаимного расположения поверхностей;
     5)      погрешностями состава, структуры и физико-механических свойств материала.
     Итак, при изготовлении детали технолог должен воспроизвести в заданном материале конструктивную форму, описанную совокупностью размеров, которые, с точки зрения объекта описания, могут быть разделены на две группы:
     а)      размеры, описывающие каждую отдельно взятую поверхность (её размер, форму, шероховатость);
     б)      размеры, описывающие взаимное расположение поверхностей (как внутри комплекта одного функционального назначение, так и между разными комплектами).

9

     Требуемая степень приближения реальной детали к геометрически правильному прототипу задается допусками размеров, которые представляют собой разрешенные погрешности, то есть допустимые поля их рассеяния.
     Конечно же, показатели свойств материала реальных деталей в партии (структура, фазовый состав, физико-механические свойства и т. д.) претерпевают рассеяние, их допустимые поля задаются конструктором и обеспечиваются технологиями обработки (термической, химико-термической и т. п.).
     Проектирование технологических процессов изготовления деталей является одной из частей технологической подготовки производства, поэтому его следует проводить в соответствии с последовательностью и этапами, определенными стандартами системы разработки постановки продукции на производство (СРПП). Общие правила разработки технологических процессов определяется ГОСТ 14.301-83.
     Для проектирования технологических процессов изготовления детали необходимы следующие основные исходные данные:
     1.      Сборочный чертеж с кратким описанием служебного назначения и технических условий приёмки изделия.
     2.      Рабочие чертежи, определяющие материал, конструкторские формы и размеры деталей, точность и качество обработанных поверхностей, особые требования (твердость и структура материала, покрытия, термообработка, балансировка и т. п.).
     3.      Объем выпуска изделий, в состав которых входят изготавливаемые детали, с учетом выпуска запасных частей.
     4.      Условия, в которых должны осуществляться ТП: вновь проектируемый или действующий завод, состав оборудования - наличие и перспектива обновления путем модернизации, получения нового, наличие производственных площадей, перспективы расширения, наличие и перспективы получения кадров.
     5.      Стандарты и нормали на полуфабрикаты.
     6.      Типовые, групповые и рабочие ТП на основные виды деталей.
     7.      Технологические характеристики оборудования, рабочего и измерительного инструмента.
     8.      Различного рода справочная литература, руководящие материалы, инструкции, нормативы.
     Последовательность действий технолога по проектированию технологического процесса изготовления детали должна включать следующие этапы:
     -  анализ конструкции и размерного описания детали;
     -  предварительное установление типа производства;
     -  анализ технологичности конструкции детали;
     -       выбор действующего группового, типового ТП или поиск аналога единичного ТП;
     -  выбор исходной заготовки и методов её изготовления;
     -  разработку технологического маршрута изготовления детали;

10